[47호]청각장애인을 위한 스마트 천장등

2017 ICT 융합 프로젝트 공모전 참가상

청각장애인을 위한 스마트 천장등

글 | 영남대학교 정창호, 박민수

1. 심사평
칩센 기존 제품의 단점을 보완하기 위해 작품을 기획한 것으로 보입니다. 다만 현재 기획된 제품 또한 개발 연구자가 언급한 기존 제품의 단점을 여전히 보유한 것으로 판단이 됩니다. 이유는 청각 장애인에게 조명 알람 기능을 저렴하게 알려주기 위해서는 기존 가정 조명에 즉시 설치가 가능해야 하지만, 개발 연구자가 제안한 형식 또한 새로운 제품을 설치해야돼서 경제적으로 단점이 존재하기 때문입니다. IOT를 접목하려는 의견이나 시도는 있었겠지만 구체적인 방안이 보이지 않는 것도 아쉽습니다.

뉴티씨 좋은 학습이 되는 작품이지만, LCD로 구현했다면 좀 더 저렴하게 구현되었을 것이다. Dot Matrix를 이렇게 밝게 쓰려면, 전력 문제도 해결해야 하고, 구현 알고리즘도 학습해야 하고, 마이크로컨트롤러의 기본적인 동작도 배워야 하며, 적시에 출력해주기 위하여 타이머도 구현해야 하므로, 많은 학습거리를 제공한다. 다만, 실용성은 떨어지지만, 작품의 완성도는 매우 높다.

위드로봇 LED 등을 활용한 아이디어가 돋보입니다. 동영상 데모를 통해 전반적으로 완성도 있는 작품이라 판단됩니다. 여러 아이디어를 추가해 다양한 활용 예를 만들어 낼 수 있는 작품입니다.

2. 작품 개요
LED를 이용해 만든 청각장애인을 위한 천장등 시스템으로, 주변의 사물들과 연동해서 색깔과 점멸을 통해 빠르게 상황을 인지시켜주도록 만든다.

3. 작품 설명
최근 추세는 기존에 사용하던 백열등이나 형광등에서 친환경적이면서 빛 공해가 적은 LED로 바뀌고 있습니다. LED는 정부에서도 LED 교체 사업에 많은 지원을 하는 등 주목받고 있는 분야입니다. 저희 팀은 단순 교체에서 나아가 사회적으로 소외된 사람을 위한 새로운 기능을 추가한 제품을 만들기로 했습니다. LED 천장등에 사물인터넷을 융합한 기능이고, 시각적인 기능이 크게 도움이 될 청각 장애인이 주요 대상입니다.
이미 시중에 벨을 누르면 소리 대신 빛이 반짝이는 제품 등이 출시되어 있습니다. 하지만 단일 기능에 비해 가격이 비싸고 따로 설치해야 한다는 단점이 있습니다. 그래서 추가 설치가 필요 없도록 원래 있는 천장등에 일상생활의 불편함을 해소할 수 있는 기능을 넣었습니다.

저희가 사용한 LED는 휴대폰을 이용한 제어 기능을 통해 색상과 밝기를 자유자재로 바꿀 수 있습니다. 사물 인터넷과 휴대폰이 연동되어 초인역할뿐만 아니라 청각 장애인들이 일상의 다양한 불편함에서 벗어날 수 있을 것입니다. 예를 들어 알람을 맞춰 시각적 자극으로 일어나거나, 빨래나 밥솥의 밥이 다 되면 알려주는 기능이 있습니다. 또한, 지진이나 화재와 같은 재해 상황에서 알람을 주어 빠른 상황 판단과 대처가 가능하도록 도움을 줍니다. 여기에 특수한 모드를 넣어 일반 사용자들도 매력을 느끼게끔 만들었습니다. 휴대폰으로 전원 on/off, 목적에 맞게 밝기 설정, 시계, 다양한 색깔이 연속적으로 나오거나 깜빡거리는 기능이 있습니다.
저희 작품을 통해서 기술이 개발되어 발전해 일반인과 장애인 모두가 같이 편리한 생활을 누릴 수 있기를 바랍니다.

3.1. 주요 동작 및 특징
1. 색깔이나 밝기 조절
2. RTC 센서를 통한 시계 및 알람 기능
3. 청각 장애인을 위한 여러 상황에 대한 기능
· 초인종
· 문자 왔을 때
· 불이나 지진 같은 재난 상황 시

3.2. 전체 시스템 구성

3.3. 개발환경

개발 Tool : AVR stduio 4
언어 : C언어

4.단계별 제작 과정
4.1. 수행과정

1. LED 천장등에 필요한 기능 조사
팀원 각자가 조사해온 자료를 바탕으로 브레인스토밍을 진행하여 청각장애인 및 일반인이 사용했을 때, 좀 더 편리할 기능 선정

2. 재료 선정 및 구매
탑재하기로 결정된 기능을 위한 재료를 가격대 성능에 고려하여 선정 후 구매

3. 시제품 설계
알고리즘 순서도를 기반으로 한 회로도를 설계

4. 시제품 제작 및 테스트
Breadboard에 Atmega128, LED 배열, 기타 모듈을 연결하고, application을 간단하게 제작하여 시제품을 완성하고 테스트 진행

5. 문제점 및 취약점 파악하여 완제품
시제품에서 발견한 문제점 및 취약점을 개선하여 완제품 제작

4.2. 과제의 내용
이론적 근거
1. LED는 효율이 좋다.

백열전구 : 10~15lm/W , 1000시간
안정기내장형 램프 : 50~80lm/W, 5000~15000시간
LED 램프 : 60~80lm/W, 25000시간 (출처 – 미국 에너지부, Department of Energy, 13.6.4)

2. 장애인을 위한 사회적 관심이 증가하고 있으며, 그에 따라 가전생활 용품 부분에서 특허출원이 증가하고 있다.

3. 국내 LED 조명 시장 규모가 커져서, 정부 기관이 기존 및 신축 건축물에 LED를 보급하려 한다.

과제의 개념설계, 상세설계 및 계산에 대한 설명

1. LED 천장등의 크기 설정

LED size = 1cm×1cm , LED distance = 2.3cm
가로 15개×세로 15개 = 47.2 cm ≒ 50cm의 천장등

2. 전력계산
LED(ws2812b) 한 개의 최대 소비전류는 60mA, LED 225개의 최대 소비전류는 60mA×225=13.5A이다.
안정적인 공급을 위해 13.5×2=27A이상을 공급해야 하므로 30A, 5V의 Power Supply를 선택한다.

3. 신호 펄스폭 동기화

atmega128에서 LED로 신호를 전송할 때 Total Data Transfer Time: 1.25us±600ns, T0H: 0.4us, T1H: 0.8us, T0L: 0.85us, T1L: 0.45us, RESET: 50us 이상이 되도록 해야 한다.
atmega128에서 delay clock을 주고, 오실로스코프로 확인해 펄스폭을 맞추도록 한다.

[과제 결과물의 특장점 및 구체적인 과제 수행내용 기술]
1. 과제 결과물의 특장점
1. 청각장애인이 초인등을 별도로 구매하지 않더라도 집에 있는 천장등을 초인등처럼 이용 가능하다. 초인등이 천장등과 무선 연결이 가능해 밥솥, 세탁기와 같은 가전제품이나 화재, 지진과 같은 재해 상황에서도 천장등으로 현재 상태를 알 수 있다.
2. 폰을 이용한 전원 ON/OFF, 밝기 조절, 색상 조절, 알람 설정, 시계 설정 등이 가능해, 청각장애인을 포함한 일반인이 사용하기에도 편리하다.
3. 최대밝기 시, 1050lux의 수치 값을 얻었는데, 이 결과는 아래의 조도기준 표에서 공간의 전반조명에서 작업면 조명까지 전부 활용할 수 있는 수치 값이므로 상황에 따른 적절한 밝기 취할 수 있다.

5. 기타(회로도, 소스코드, 참고문헌 등)
5.1. 회로도

5.2. 참고 문헌
· 이상철, 마이크로컨트롤러 AVR ATmega128, 한빛미디어, 2013.8.
· 윤성우, 열혈 자료구조, 오렌지미디어, 2012.1.
· 천인국, 안드로이드 프로그래밍, 생능출판사, 2014.6.3.
· Michael Miller, 생활을 변화시키는 사물인터넷 IOT, 영진닷컴, 2016.1.15.