스마트홈 프로젝트

20200616_184947000_iOS.MOVⅠ. 프로젝트 개발 개요 

1. 프로젝트 개요 

시대와 기술의 발전에 따라 이 시대를 살아가는 현대인의 삶의 질은 점점 더 개선되고 있다. 많은 현대인은 기계나 컴퓨터 장치의 케어를 받으며 하루를 살아가고 있고 관련 기술들은 지속적으로 시장에 출시되고 있다. 이러한 기술들중 수면과 관련된 기술들(슬립테크, 스마트침대)은 지속적으로 출시되고 발전하고있지만 기상한 이후의 시간을 보다 편하게 관리해주는 기술들이 전무하다는 것을 알게 되었고 이 시간을 관리해주는 서비스에 대한 필요성에 대하여 생각해보았다. 하루중에 가장 힘들고 귀찮은 시간이 언제인가, 팀원들과 이야기를 나눠본 결과 팀원들 모두 아침에 일어나 출근, 등교를 준비하는 시간이 가장 힘들고 귀찮다고 생각하고 있었다. 이러한 논의의 결과로 기상부터 출근까지 시간을 관리해주는 서비스를 개발해보자 라는 생각을 하게 되었고 이를 프로젝트 주제로 선정하여 개발을 시작하게 되었다. 

  

2. 국내외 관련 현황  

부족한 모닝케어 관련 서비스 

 최근 수면산업이 급부상하면서 슬립테크가 주목을 받고 있다. 인공지능, 사물인터넷 빅데이터를 활용하여 수면 상태를 체크하고 숙면을 도와주는 제품과 기술들이 등장하고 있다. 대표적인 슬립테크 기술은 침구류에서 찾아볼 수 있다.  

이케아코리아는 편안함, 온도, 빛, 향, 소리 등 ‘굿 슬립(good sleep)’을 위한 다섯 가지 홈퍼니싱 요소를 소개하는 팝업스토어를 지난 8~9월 강남역에서 운영했다. 바디프랜드는 안마의자에 ‘수면 프로그램’을 적용했다. 부교감신경을 자극하는 마사지를 통해 교감신경을 억제하고 긴장된 몸을 이완시켜 숙면을 유도하는 시스템이다. 신세계백화점의 란제리 PB 상품인 ‘언컷’은 인견 파자마, 안대 등 숙면 관련 상품을 대표 상품으로 판매 중이다. LG U+의 IoT 숙면등은 사용자에게 무드 등으로 편안한 숙면을 제공하고 새소리나 음악으로 상쾌한 아침을 도와준다. 

하지만 사용자들의 수면 건강과 같은 슬립 테크 관련기술은 많지만 정작 수면 후 아침, 모닝 케어 관련 기술은 LG U+ IoT 숙면등의 아침 알람 서비스 외에 찾아보기 힘들다. 

 

 

IoT 인프라의 확대와 성장 

한국IDC(https://www.idc.com/kr)는 최근 발간한 ‘국내 IoT 플랫폼 시장 전망 보고서 ’를 통해 2019년 국내 IoT 플랫폼 시장 규모는 전년 대비 19.5% 증가한 7,540억원에 이른다고 밝혔다. 해당 시장은 2023년까지 16.1%의 연평균성장률을 보이며 1조 3,308억원에 이를 것으로 내다봤다. 

보고서에 따르면 기업들이 IoT 플랫폼을 IoT 도입의 출발점으로 인식하면서 해당 시장의 성장에 기여하고 있는 것으로 보인다. 기업들이 적극적으로 디지털 트랜스포메이션을 가속화하고 IoT기술 생태계 내 플랫폼의 역할이 확대되면서 국내 IoT플랫폼 시장은 2023년까지 계속해서 두 자릿수의 성장세를 보일 것이라는 전망이다.  

 

이처럼 IoT 인프라는 연평균 22.6%씩 증가하고 있으며 점점 더 성장해 나갈 것으로 예상이 된다. 

 

 

 

1인 가구 증가 

KB금융경영연구소가 발표한 '2019 한국 1인가구 보고서'에 따르면 우리나라의 1인가구는 2017년 기준 약 562만 가구로, 전체 인구의 10.9%다. 

이는 기존 예상치인 556만 가구를 넘어서는 것으로, 1인가구 증가 추세가 이전보다 빨라졌음을 의미한다. 

한국의 총인구는 2028년 5천194만명을 정점으로 줄어들 것으로 예상되지만, 1인가구의 비율은 계속해서 성장해 2045년 16.3%에 이를 것으로 예상된다. 

보고서는 "미혼·이혼 인구의 증가 등 가구 형태의 변화를 이끄는 요인들이 작용하면서 1인가구는 계속 증가할 것"이라며 "1인가구의 생활 행태가 사회·경제 전반에 미치는 영향도 지속적으로 확대될 것"이라고 내다봤다. 

1인가구 비중의 증가는 전국적인 현상으로, 서울 등 9개 지방자치단체에서는 이미 30%를 넘었다. 

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Ⅱ. 프로젝트 개발 목표와 내용 

 

1.팀 구성 및 주제 선정 

주제선정 회의를 하기위해 팀 미팅을 중 팀원 모두가 아침시간이 힘들고 바쁘다고 공감을 하여 아침 관련 케어 서비스로 주제를 정하였다. 관련 현황과 특허를 조사하였고 구현하려는 아침 관련 서비스를 찾기는 힘들었다. 구현관련 기술을 조사하여 센서와 아두이노, 안드로이드 앱을 이용하여 구체적 구현을 생각하였다. 대략적인 구현 계획을 세운 후 각자 어떠한 업무를 담당할지에 대하여 논의하였고 본인이 자신있고 최대한의 역량을 이끌어 낼 수 있는 역할을 선택하여 각자 담당하기로 하였다. 

 

김우현, 정원영 - 어플리케이션 개발, 외부 API연동, 시연품 제작 

이창민, 김찬경 - 아두이노 센서 연동, 시연품과의 연동, 시연품 제작 

 

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2. 개발 목표 및 내용 

수면 기상부터 집을 나서기까지 해야 할 모든 일을 총괄해서 관리해주는 서비스를 구축한다. 

 

1. 사용자가 어플리케이션에서 알람 시간을 설정하면 그 시간에 알람이 울림과 동시에 온수 보일러가 가동된다.  

1. 침대의 압력센서가 사용자가 침대에 누워있는지를 감지하고 압력이 감지되지 않을 때까지 알람이 울리도록 설계하여 회사나 수업에 지각하는 일을 방지해준다.  

1. 이런 과정동안 욕조에는 자동으로 데워진 물이 채워지고 일정한 수위가 넘어가면 수도꼭지가 잠겨 더 이상 욕조의 물이 넘치는 일을 방지한다.  

1. 사용자가 씻는 과정을 마친 후에는 자동으로 화장실의 습도를 측정하여 일정 수준을 넘기면 환풍기가 작동하여 화장실의 습도를 조절해준다.  

1. 출근 준비가 끝난 사용자는 어플리케이션을 실행하여 메인 화면을 통해 회사 지역의 시간별 날씨를 확인하고 대중교통의 다음 도착시간, 그날 아침의 뉴스 헤드라인을 한번에 확인할 수 있다.  

1. 또한 오늘 챙겨야 할 물품들을 전날에 미리 어플리케이션에 등록하는 과정을 통해 챙겨야 할 물품들을 다시한번 확인하여 준비물을 까먹고 그냥 출근하는 경우를 예방한다.  

1. 사용자가 집을 나서기 전, 현관에 위치한 초음파 센서를 통해 사용자가 집을 나가는 것을 확인하면 집 안의 환풍기를 제외한 모든 센서와 조명등이 자동으로 꺼진다.  

 

 

이러한 일련의 과정을 통해 아침에 일어나 출근을 준비하는 과정이 매우 쾌적해질 것이다.    

 

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Ⅲ. 프로젝트 개발 환경, 추진 전략 및 계획 

1. 프로젝트 개발 환경 

 

               

 

프로젝트에 사용되는 기술로는 크게 애플리케이션, IoT이다. 이러한 기술을 구현하기 위해서 애플리케이션은 안드로이드 스튜디오를, IoT의 구현을 위해서 Arduino를 사용하였다. 

애플리케이션의 경우 사용자가 휴대폰으로 당일의 날씨, 교통정보, 뉴스를 한 화면에 볼 수 있도록 구현을 하기로 하였으며 툴의 선택에 있어서 현재 한국에서 IoT분야에 많이 사용되는 안드로이드 운영체제에 맞추어 안드로이드 스튜디오를 선택하게 되었다. 안드로이드 스튜디오에서는 상기 설명된 요소들과 추가적으로 사용자가 시간을 시, 분 단위로 선택하여 알람을 설정할 수 있도록 구현하였으며 설정된 시간이 되면 애플리케이션에서 블루투스 모듈로 신호를 보내는 기능을 구현하였다. 

IoT의 경우 블루투스 모듈을 통해 신호를 수신 받을 경우 침대에 위치한 진동 센서와 압력센서를 사용하도록 했고 곧바로 보일러의 전원인 led센서와 물 수위 센서를 작동시키며 이후 초음파 센서를 통해 필요 센서 몇 가지를 제외한 모든 센서를 종료시키도록 하였다. 그리고 온습도 센서와 모터를 이용하여 환기 시스템도 구축하였다. 이렇게 아두이노에서는 블루투스 모듈, 압력 센서, 진동센서, LED, 초음파 센서, 물 수위센서, 온습도 센서, 모터를 이용하였으며 이 모두를 제어하기 위해 Arduino Uno대신 Mega를 택하였다.  

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다음은 아두이노, 안드로이드 구현 코드이다. 

 

<Arduino>

 

<Arduino Serial Monitor> 

 

 

<안드로이드-activity_main.xml> 

 

 

<안드로이드-mainActivity.java> 

 

 

<안드로이드-XML파싱> 

 

 

 

https://github.com/changminn/DanMorning 

페이지 나누기2. 프로젝트 개발 추진 전략 및 계획  

(1) 프로젝트 개발 추진 전략 

매주 팀의 진행상황과 진행해야 할 부분들을 파악하기 위해 전략 생성 

미리 milestone을 계획하여 큰 틀을 잡은 후 세부사항을 결정하는 것으로, 그 장점으로는 현재 상황을 객관적으로 판단이 가능하며 계획을 구체화하며 구현하는데에 있어 보다 쉽게 피드백이 가능하다는 점이 있다. 

 

프로젝트 효율을 위한 공동작업 환경 마련 & 개별 작업 

코로나-19의 영향을 받는 현 시국에 원활하고 의욕을 고취하기 위해 FaceTime과 OneDrive, GoogleDocs의 비대면 회의방식을 마련하였으며, 시연품 제작 전 각자 센서들을 연동, 각 파트를 테스트하였다. 시연품 제작과 테스트의 경우 대면이 불가피 하기 때문에 milestone에 따라 시연품 제작 주에 모여서 3일간 이동하지 않고 한 장소에서 작업을 마쳤다. 

 

 

 

 

 

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Ⅳ. 연구개발 추진일정 및 마일스톤 

1. 프로젝트 개발 세부 추진일정 

1주차(3월 3주차) : 팀원 구성, 역할 분담 

2주차(3월 4주차) : 역할 분담의 세분화 및 계획/일정 수립과 아이디어 후보 만들기, 개발 환경 설정 

3주차(4월 1주차) : 재료 신청 준비, 필요 기술 지식 습득 시작 

4주차(4월 2주차) : 아이디어 확정, 재료 신청, 기술/지식 공부 

5주차(4월 3주차) : 계획의 구체화, 필요 기술 습득 확인 및 복습, 재료 수령 

6주차(4월 4주차) : 필요 지식 습득 확인 및 기술 설계 

7주차(5월 1주차) : 안드로이드 스튜디오 애플리케이션 제작 시작, api 사용연습 

8주차(5월 2주차) : api 설정 성공, 애플리케이션 오류 발견 

9주차(5월 3주차) : 시연품 프로토타입 제작 시작 

10주차(5월 4주차) : 애플리케이션 오류 해결, 시연품 제작 시작/완료 

11주차(6월 1주차) : 시연품 테스트, 앱과 시연품간의 연결 성공 

13주차(6월 2주차) : 발표 ppt 및 시연하여 마무리 

2. 마일스톤  

<short term> 

 

페이지 나누기<long term> 

 

먼저 프로젝트의 구현을 위해 분석단계부터 시작한다. 우리는 분석을 3단계로 나누어 각각 필요사항과 현황, 모듈, 환경 분석으로 지정했다. 

분석 단계에서는 현재 사람들이 어떤 서비스를 원하고 있는지 분석하고 결정하며, 팀에서 최종적으로 결정된 서비스와 유사한 서비스가 있는지 파악하며 유사한 서비스가 있다면 팀만의 차별적인 장점에 대해 구상하여 어떤 전략으로 잠재적 소비자들을 플랫폼으로 끌어당길 수 있는지 분석하고 설계 부분에서 적용시킬 것이다. 이러한 현황, 필요사항 분석과 더불어 개발시에 필요한 모듈과 환경에 대해 정리하고 분석하여 이를 기준으로 어떤 환경에서 웹/앱 플랫폼을 만들 것인지 결정한다. 

설계 단계에서는 계획한 플랫폼의 개발에 필요한 모든 요소들을 설계해 플랫폼의 뼈대를 잡는다. 우선 비즈니스 모델의 간단한 틀을 잡고 설계한 다음, 전체적인 플랫폼의 설계와 구상을 마치고 거시적, 미시적 모두를 만족하는 비즈니스 모델을 설계한다. 비즈니스 모델이 완성되면 사용자들이 거부감을 느끼지 못하고 친근성 있게 접근할 수 있도록 UI/UX 설계를 진행한다. 

개발이 모두 끝나면 최종적으로 테스트 단계에 들어가는데, 이 시점에서 전에 결정한 플랫폼의 유형에 따라 테스트를 하게 됩니다. 개발한 코드와 모듈을 모두 테스트해보고 문제가 발생하는 문제는 없는지, 발견하지 못하여 숨어 있는 오류는 없는지 등을 체크하여 결과를 분석한다. 테스트 결과를 분석하는 단계는 최종 테스트에 있어서 가장 중요한 부분이기 때문에 이 단계에서는 발견되는 오류는 없어야 하며 완벽해야 한다.  

결과 분석이 종료되면 마지막으로 최종테스트를 진행한다. 

테스트까지 끝난 후에는 최종 배포 단계에 접어드는데, 추후에 발견되는 여러가지 문제들을 처리하기 위한 유지/보수도 포함되는 단계이다.페이지 나누기 

Ⅴ. 프로젝트 개발 결과물 활용 계획 

1. 프로젝트 개발 결과물 활용 방안 

(1)  스마트 원룸 시스템 구축 

프로젝트를 구현하면서 만들어지는 작품은 스마트홈 시스템에 기반을 두고 있으며, 1인 가구를 목표로 하여 앞으로는 아파트나 주택 뿐만이 아닌 원룸형식의 주거지에도 스마트 홈이 추가될 것이라 전망하여 원룸 형식의 주거지를 목표로 하였다. 그러므로 시공 업체와 IT관련 아키텍트가 협력하여 작업할 수 있다면 앞으로 모든 스마트 원룸(홈) 시스템에는 해당 프로젝트가 도입될 것으로 예상된다. 각 주거지마다 해당 프로젝트를 추가하면 상기 목표와 같이 오전 준비시간에 있어서 기상부터 세면, 교통정보와 환기, 현관까지의 과정을 관리 받을 수 있다. 

(2)  시스템의 확장으로 종합적 시스템 구축 가능 

본 프로젝트에서는 오전의 준비시간 시스템에 관하여 집중을 했지만 차후 이를 다른 스마트 홈과 연계시키고 원룸 뿐만이 아닌 아파트나 주택 등의 여러 종류의 주거지에 적용 시킬 수 있게 프로젝트를 모듈화 할 수 있다.  

 

 시연영상 - 시연영상.MOV​

<시연품> 

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Ⅵ. 위험요소 분석 

1. 예상되는 어려운 점 

(1) 집 마다 구조가 다르다!  

집 마다 적용중인 난방시스템(중앙난방, 개별난방), 구조, 크기가 다르기 때문에 통일된 모듈을 적용하기가 쉽지는 않을 것이라 예상된다. 이를 해결하기 위해 건설업계와 연계를 통해 그들의 노하우로 집의 구조마다 차별화된 모듈 적용방식을 채택하고 필요한 경우 간단한 공사를 통해 모듈을 적용할 수 있도록 한다. 

 

 (2) 지속적인 서비스 제공을 위한 유지보수 

구조, 크기가 다르기 때문에 통일된 모듈을 적용하기가 쉽지는 않을 것이라 예상된다. 이를 해결하기 위해 건설업계와 연계를 통해 그들의 노하우로 집의 구조마다 차별화된 모듈 적용방식을 채택하고 필요한 경우 간단한 공사를 통해 모듈을 적용할 수 있도록 한다. 

아무래도 여러가지 모듈과 기술들이 합쳐진 상태로 제공되는 기술이다 보니 장치 고장에 의한 서비스 제공 장애가 잦을 것이라 예상된다. 이러한 장치 고장을 최대한 빠르게 해결하기 위해 각 지역마다 최소 하나씩의 서비스 센터를 유지해야 할 것이고 시장점유율이 점점 커짐에 따라 서비스 센터의 개수를 늘려 서비스 제공에 지연이 없도록 해야 할 것이다.  

 

 

 

 

 

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2. 기술적 위험요소 분석  

(1) 보안 관련  

IoT 시스템은 집이라는 지극히 개인적인 공간이 네트워크와 연결되어 정보가 수집되고 제어되는 것을 뜻한다. 이는 데이터의 파괴와 변형, 정보의 도용이 나타날 수 있으며 개인의 사생활이 침해될 가능성을 내포하고 있어 시스템의 취약점을 파악하고 보안을 구축하는 것이 중요하다. 

각각의 IoT 센서들은 블루투스/와이파이 모듈 등을 통해 네트워크로 연결된다. 

센서로부터 정보가 생성되어 유저에게 넘어가 제어가 이루어지기까지 단계별로 암호화를 적용하여 정보를 보호해야 한다. 또한, 접근 권한을 설정하여 본인 인증이 완료된 경우에만 정보에 접근할 수 있도록 할 수 있다. 해당 보안 조치를 위해서 블록체인의 분산원장 기술을 이용함으로써 신뢰성 높은 시스템을 구축하는 것이 가능하다. 

 

다른 방법으로는 분산 처리능력을 갖춘 개방형 IT 아키텍처를 통해 모바일 컴퓨팅 및 IoT 기술을 가능하도록 하는 Edge Computing 기술을 이용할 수 있다. Edge Computing은 클라우드나 데이터 센터로 정보를 전송하지 않고, 단말기나 로컬 컴퓨터/서버 차원에서 정보를 처리한다. 이는 데이터를 저장하지 않고 직접 처리하므로 민감한 데이터의 보안을 강화한다는 이점을 가진다.  

 

 

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VII. 미팅 일지 

 

 

<아이디어 회의> 

 

<서비스 흐름도 제작> 

 

 

 

<센서 선정>