​​1. 수행배경

절전에 대한 중요성을 꾸준히 강조함에도 불구하고, 보이지 않는 곳에서 많은 전기가 여전히 낭비되고 있다. 특히 비어있는 강의실, 세미나실, 사무실, 복도 등 사람이 없음에도 불구하고 장시간 조명이 켜져 있어 전기가 불필요하게 사용되고 있다. 또한 조명을 켤 스위치는 있지만 너무 어두워 찾기 힘들거나, 켜기까지의 동작 중에 상해의 위험이 있을 수도 있는 곳도 존재한다. 따라서 직접 스위치를 조작하여 조명을 켜고 끄지 않아도 원거리에서 작동시킬 수 있는 장치를 개발할 필요가 있다. 이는 꼭 조명뿐만 아니라 스위치를 통해 동작이 이루어지는 모든 것에 적용할 수 있다. 우리는 불필요하게 낭비되고 있는 전기를 줄이기 위해 모바일 기기를 통한 스위치의 원거리 조작 모델을 제작할 것이다.

그러나 현 시점에서 자동 공정을 설치하는 데에는 막대한 자금, 시간, 노력 그리고 부지가 필요하다. 그리고 설계단계에서 완벽한 구현 가능성의 예측 또한 불확실하다. 이러한 문제 때문에 실제 대기업에서도 공정을 시작하기 전에 레고블록을 이용한 ‘LEGO MINDSTORMS’ 이라는 제품을 통해서 미리 구현 해보고 검증하는 실정이다. 실제 건설하고 기계 설치 설비를 완료하는 데 비해서, 레고 마인드 스톰은 레고에 적합한 센서와 레고를 이용한 실제 건축물의 모형을 만들어내어 상대적으로 적은 비용과 시간의 투자로도 비교적 사실적인 구현을 해낼 수 있다는 장점이 있다. 또한 실제로 기계를 설치, 설비한 후 나타나는 문제점을 해결하기 위해 막대한 자금과 시간을 추가적으로 쏟아야하는 사후적 대처에 비해, ‘LEGO MINDSTORMS’을 이용한 모형은 실제 설치 전에 미리 문제점에 대한 파악을 할 수 있는 사전적 대처가 가능하여 추가적인 자금 투자와 시간의 낭비를 줄일 수 있다.

실제로 현재 시중에 나와 있는 PROTA Microbot Push를 벤치마킹하여 공정을 만들어 볼 계획이다. LEGO MINDSTORMS을 이용하여 제품의 몸체를 구성한다. 그리고 몸체 위에 센서를 부착시켜 움직임이 감지되면 자동적으로 스위치를 켜고 끌 수 있게 프로그래밍 한다. 이 때 프로그래밍 언어는 LEGO MINDSTORMS가 제공하는 자체 프로그래밍 법을 사용한다.

​

​2. 수행기간

• 간트차트

​​

• 플로우차트
  

3. 개발작품 설명

전체적인 모습은 대표사진입니다.

본 제품은 레고 마인드스톰의 코어세트와 익스펜션세트에서 코어세트의 코어와 3개의 서보모터, 색깔감지 센서, 초음파센서와 적외선 센서 그리고 브릭들을 이용하였고, 익스펜션 세트의 브릭들과 톱니들을 이용하여 x축, y축, z축의 세 가지 방향으로의 이동을 할 수 있어 스위치 주변에 부착을 한 뒤 상·하, 좌·우, 그리고 앞·뒤로 움직일 수 있는 제품을 제작하였습니다.

이 제품은 step1 단계에서 계속해서 움직이면서 색깔감지 센서로 빨강과 파랑 두 색을 구별을 하고, 동작에 맞는 행위가 감지가 되었을 때 빨강 혹은 파랑의 스티커가 부착된 스위치를 누르는 행위를 하는 제품입니다. ​

<전체 코딩 = Step 1 + Step 2>




프로그래밍에 대한 설명을 드리도록 하겠습니다.

코딩은 최초 버튼에 부탁된 스티커를 인식하는 Step1과 인식 이후 계속적으로 시설 내부의 사람을 센싱하여 동작을 명령하는 Step2로 나뉩니다. Step1에서 브릭은 x축 y축 각 방향으로 약 1~2mm씩 움직이게 되는데 멈춘 이후 칼라센서를 이용하여 해당 위치의 색상을 인식하게 되고, 색상은 노랑, 초록, 그리고 파랑색을 인식하며 각각 버튼의 on 위치, 딜레이가 필요없는 버튼의 off 위치, 그리고 딜레이가 필요한 버튼의 off위치에 부착되어 브릭에 정보를 제공합니다. 여기서 딜레이는 시설 내부에 사람이 일정 시간 감지되지 않았을 경우 정해진 시간만큼의 더 동작해야하는 장치에 부여되는 시간입니다. 예를들어 환풍기 장치가 이에 해당되고, 인식 이후 브릭은 Step2에서 약 1분 간격으로 시설 내부에 사람이 있는지 없는지를 확인하며, 5분간 동작이 감지되지 않으면 딜레이가 필요없는 장치들에 대한 모든 버튼의 off 위치로 이동하여 버튼을 누릅니다. 이후 딜레이 시간이 경과하면 딜레이가 필요한 장치들에 대한 모든 버튼의 off 위치로 이동하여 버튼을 누르고, 이 때 사람이 감지되면 모든 장치에 대한 버튼의 on 위치로 이동하여 버튼을 누르며, 이미 버튼이 눌려져 있는 상태에서는 불필요한 동작을 하지 않는 구조입니다.

​




4. 활용방안

검증하고자하는 문제를 Arena와 같은 컴퓨터 프로그램을 통해 가상의 모델로 만들어서 어떠한 배열과 어떠한 구성을 가지고 있을 때 가장 최적의 결과를 낳는지에 대한 값을 도출해내는 시뮬레이션 법은 공정의 설비 수와 배치, 작업 인원 등에 따른 통계적 결과값을 산출해낼 수 있지만, 새로운 설비가 만들어지거나 설비의 고유한 기능을 변경했을 때와 같이 한 설비의 변화에 대한 전체 시스템의 변화를 보여주기엔 부족한 점이 있다. 이러한 시뮬레이션 법이 가지고 있는 한계를 해결하기 위해 프로토타입을 제작하여 실제 효과를 보고 문제점을 인식하여 제품을 출시하기 전에 사전적 대처를 하게 되는데, 프로토타입의 제작 자체가 비용이 많이 들고 시간이 많이 드는 경우가 있어 자본이 부족한 소기업에서는 제약을 받는 실정이다.

따라서 우리는 PROTA에서 만든 제품을 벤치마킹하여 프로토타입 제작을 해보았다. 이 프로토타입은 인원의 출입 여부에 따라 전등과 환풍기 등 스위치에 의해 On/Off가 이루어지는 제품들을 자동적으로 조작할 수 있도록 한다. 현재 조도 센서를 이용한 절전형 라이트는 단순히 한 개의 조명에 대한 조작이 이루어지지만 이 프로토 타입은 사용자 설정에 따라 다수의 스위치를 골라서 키거나 시간 설정도 할 수 있다는 점에서 차별점을 갖는다.

따라서 사람이 없음에도 불구하고 불필요하게 조명이나 기기가 작동되고 있는 경우, 감지 범위 내에 사람이 없는 것을 확인하면 미리 설정해 놓은 스위치를 닫아서 낭비되는 전기를 아낄 수 있는 효과를 기대한다.

​