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IoT 기반 조명 시스템을 위한 에너지 하베스팅 무선 컨트롤러

Title
IoT 기반 조명 시스템을 위한 에너지 하베스팅 무선 컨트롤러
Other Titles
A wireless controller for IoT based lighting system using energy harvesting
Author
최재윤
Alternative Author(s)
Jaeyoun Choi
Advisor(s)
성태현
Issue Date
2018-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
유지보수나 환경 오염 문제로 인하여 배터리 없이 작동하는 장치에 대한 연구가 계속되고 있다. 과거 배터리 없이 작동하는 LED 랜턴부터 태양광 패널을 이용한 손목시계, 그리고 오늘날에는 배터리 없이 작동하는 휴대폰까지 등장하였다. 이러한 장치들은 필연적으로 에너지 하베스터를 사용해서 에너지를 공급받는다. 에너지 하베스터에 의해 생성되는 에너지량이 배터리를 완전히 대체할 만큼 크지는 않지만 에너지 하베스터를 잘 설계하면 저전력 장치들을 작동시키기에는 충분한 양을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 에너지 하베스터를 이용해 통신 모듈을 구동시키는 연구를 수행했다. 여러가지 에너지 하베스팅 기술 중 발전량이 가장 높았던 전자기유도 에너지 하베스터를 사용하였고, 요구 전력이 낮고 통신 거리가 긴 ZigBee를 이용해서 통신을 하였다. 첫 번째로, 여러 종류의 에너지 하베스팅에 대해서 알아보았다. 많은 종류의 에너지 하베스팅 기술이 있지만 각 기술의 개발정도 차이가 많이 난다. 예를 들어, 태양광이나 풍력과 같은 에너지 하베스팅 기술은 많은 연구가 진행되었고 상용화되어 사용되고 있지만, 압전이나 마찰전기 같은 기술은 아직 연구 단계이다. 압전, 마찰전기, 전자기유도 등의 에너지 하베스팅 기술에 대해서 알아보고, 몇 가지를 선택해서 실험을 통해 생성되는 에너지 량을 확인해보았다. 두 번째로, 무선통신 기술들을 살펴보았다. 일상 생활 속에서 자주 접하게 되는 bluetooth나 Wi-Fi 외에도 ZigBee, Z-wave, DASH-7 등의 무선통신 기술을 알아보았다. 각 통신 기술의 동작거리와 비용, 에너지 하베스팅과의 연동성 등을 알아보고 본 실험에 가장 적합해 보이는 ZigBee를 선택했다. 세 번째로, 실제 실험에서 사용할 통신 모듈을 선택했다. ZigBee는 많은 프로파일이 있는데 그 중에서 에너지 하베스팅을 지원하는 ZigGee Green Power를 골랐고 이를 지원하는 모듈 중에서 ultra low power consumption, high performance의 JN5168 칩을 사용하는 MeshBee를 사용해서 네트워크 구성에 사용했다. 네 번째로, MeshBee를 이용해 네트워크를 구성했다. ZigBee network를 구성하는 세 node인 co-ordinator, router, end-device에 대해서 알아보고 MeshBee를 이용하기 위해 샘플코드를 수정해서 코딩을 하였다. 자료들은 JN5168의 제조사인 NXP 사의 홈페이지에서 구할 수 있었다. 그리고 회로를 만들기 전에, 디버그를 진행해 어떻게 MeshBee가 구동되는지 확인했다. 마지막으로, 회로를 제작하고 구동을 시켰다. MeshBee가 동작할 회로를 제작하고, 하베스터의 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 power converting circuit을 제작해서 하베스터의 발전량을 최대한 효율적으로 이용하였다. 또, sniffer를 통해 패킷이 어떻게 구성되어 있는지 확인해보았다.
URI
http://www.dcollection.net/handler/hanyang/000000105549http://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/68477
Appears in Collections:
GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > ELECTRICAL ENGINEERING(전기공학과) > Theses (Master)
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