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청소 로봇을 이용한 댁내 모니터링 시스템 구현표 1. ipkg 관련 명령Table. 1. ipkg Instruction목록ipk 패키지 리스트업데이트최신의 ipk 패키지업그레이드모든 ipk 패키지 리스트표시특정 ipk 패키지 설치특정 ipk 패키지 삭제명령어ipkg updateipkg upgradeipkg listipkg install [패키지명]ipkg delete [패키지명]의 클라이언트들에게 서비스를 제공 할수 있는 네트워크 카메라로 변화 하였다. 본 논문에서는 모비캠 社 의MNC-P100을 사용하는데 고화질의 이미지를 최대25fps의 속도로 처리하는 우수한 성능의 네트워크 카메라이다. 또한 자체적으로 서버를 탑재하여 웹페이지를 통해 접근이 가능하며 카메라를 회전시켜 다양한 시점을 지원하게 된다 [3][4][5][7][8]. 그림 3은 모비캠의 구조를 보여주고 있다.2.2 청소로봇지능형 로붓에 대한 관심이 집중되고 있는 가운데다양한 지능형 로붓이 개발되고 있다. 청소 로붓 또한지능형 로붓으로서 다양한 탐색 알고리즘에 의해 집안을 이동하면서 청소를 하게 된다. 이런 지능형 로붓들은 인간이 제어하지 않더라도 스스로 알고리즘에 의해자율적으로 서비스를 제공한다. 그림 2는 지능형 로붓의 분류인 서비스 로붓과 산업용 로붓으로 분류하여 보여주고 있다.그림 3. 모비캠의 구조Fig. 3. Mobi cam structure3. 홈 모니터링 및 제어 시스템 설계그림 2. 지능형 로봇의 분류Fig 2. intelligence Robot classification2.3 네트워크 카메라영상 기술이 점차 발전하면서 디지털 카메라의 성능이 아날로그 카메라에 근접할 정도의 성능을 가지게 되었다. 또한, 네트워크 및 임베디드 기술의 발달로 이전의 PC와 1:1 로 연결 및 제어하는 웹 카메라가 네트워크에 독자적으로 IP를 할당받고 카메라 서버로서 다수3.1 시스템 구성도본 논문의 시스템은 유무선 공유기를 메인서버로 카메라 및 청소로붓, 클라이언트 등을 관리한다. 각 청소로붓 및 리모컨 높이 조절장치는 Serial , 네트워크 카메라는 유선으로 클라이언트는 무선을 통해 연결한다.청소로붓 상에 네트워크 카메라 및 공유기 등을 올려놓고 청소로붓을 제어하며 댁내 여러 장소를 이동시킬 수있다. 네트워크 카메라는 공유기와 유선 네트워크로 연결되어 IP를 할당받고 클라이언트가 접근하면 이미지송신 및 카메라 제어 권한을 부여한다.본 논문에서는 클라이언트들이 직접 공유기에 연결하였는데 Wireless Ethernet 사이에 무선 액세스 포인터를 두어 중개 역할을 하게 하면 댁외에서 서비스를제공 받을 수가 있다. 그림 4는 본 논문에서 제안한 홈모니터링 시스템 구성도를 보여 주고 있다.- 9 -

韓 國 知 識 情 報 技 術 學 會 論 文 誌 (2009. 6)다. network 차의 wireless로 이동하면 wirelessmode를 설정할 수가 있는데 access point로 설정하여클라이언트가 유무선 공유기에 접속할수 있도록 설정한다. 설정이 완료되면 각 WAN,LAN, wireless 가 연결된 상태에서 ifconfig 및 ping 명령을 통해 정상적으로 동작하는지 확인할 수가 있다.그림 4. 홈 모니터링 시스템 구성도Fig. 4. Home Monitering System composition3.2 네트워크 설정네트워크가 WL-500에 맞지 않는다면 네트워크가정상적으로 동작하지 않을 수 있다. 네트워크가 정사적으로 동작하지 않는다면 네트워크 설정을 초기화 한다..mtd -r erase nvtam의 네트워크 설정을 삭제하였다면 WL-500gP 모델에 맞추어 네트워크 설정을 수행한다. 물리적인 포트 정보를 입력하고 물리적인 포트와논리적인 포트를 연결하여 WAN과 LAN을 설정하는데있어 표 2에 나타내었다.3.3 청소로봇그림 5는 청소로붓 ROI 시리얼 포트를 보여주고 있다. 청소로붓은 ROI(Roomba Open Interface)라 뷸리는 8-pin 시리얼 포트를 제공한다. ROI를 통하여 청소로붓의 모든 기능을 제어하고 부착된 센서 값이나 베터리 잔량을 읽어 올수 있다[9]. 청소로붓의 RXD, TXD,DD 핀은 0-5V 레벨로 구성되어 있다. PC의 시리얼포트와 정상적으로 통신하기 위해서는 MAX232칩이요구된다. 청소로붓의 ROI의 디폴트 값은 57600bps,8N1로 설정되어 있다.표 2. WAN와 LAN 설정 방법Table. 2. Wan and LAN institute method。 nvram set vlan0hwname=et0。 nvram set vlan0port="12345*"。 nvram set vlan1hwname=et0。 nvram set vlan1port="0 5*"。 nvram set wan_ifname=vlan1。 nvram set wan_ipaddr=a.b.c.d。 nvram set wan_netmask=255.255.255.0。 nvram set wan_prot=static。 nvram set lan_ifname=br0。 nvram set lan_ifnames="vlan0 eth2"。 nvram set lan_proto=static。 nvram set lan_ipaddr=w.x.y.z。 nvram set lan_netmask=255.255.255.0。 nvram commit。 reboot네트워크가 정상적으로 동작한다면 OpenWRT 웹페이지를 통해 network 창에서 WAN과 LAN의 접속 설정(static, DHCP)을 수행할 수 있다. 본 논문에서는wireless를 글라이언트가 직접 접속하도록 설계하였그림 5. 청소로봇 ROI 시리얼 포트Fig. 5. Vaccum Robot ROI serial port청소로붓은 5가지 모드 상태를 가진다. 각 모드는sleep, on, passive, safe, full 모드로 다음의 기능을가진다. sleep모드는 off 상태로 ROI에 대한 응답이 없다. power 버튼을 누르거나 DD(Device Detect)신호가수신된다면 On로 모드로 전환된다. On 모드는 버튼이나 리모컨을 통해 기본적인 동작을 수행한다. START명령을 통해 passie 모드로 전환할수 있다. Passive 모드는 센서의 값을 받아들이거나 음악을 만들 수 있다.하지만 ROI를 통한 청소로붓의 제어는 불가능하다.- 10 -

청소 로봇을 이용한 댁내 모니터링 시스템 구현safe 모드는 청소로붓의 모든 명령을 사용 할수 있도록 한다. 본 논문에서는 이 safe 모드를 통해 청소로붓을 제어한다. full 모드는 safe 모드에서 안전기능만of되어 있다. 그림 6은 청소로붓의 5가지 기능에 대한상태 다이어그램을 나타내고 있다.클라이언트의 제어에 따라 DC 모터를 동작시킨다. 그림 7은 PIC 회로도를 보여주고 있다.그림 7. PIC 회로도 구현Fig. 7. PIC circuit diagram Implementation그림 6. 청소로봇 ROI 상태 다이어그램Fig. 6. Vaccum Robot RDI status diagram4. 구현결과3.4 네트워크 카메라네트워크 카메라는 내부에 카메라 서버가 구축되어있으며 TCP/IP 접근 방식을 통해 접속 할 수가 있다.첫 번째 클라이언트가 접근하면 로그인 처리를 통해허가에 대한 결과를 결정한다. 로그인까지 성공적으로마쳤다면 클라이언트는 추가 소켔을 통해 서버에 접속을 수행 할 수가 있다. 이렇게 두 개의 소켔을 통해 카메라에 접속을 수행하는데 처음에 접속하는 소켓은 카메라의 제어를 추가 접속하는 소켓은 카메라 이미지수신만을 담당하게 된다. 전원부는 48V를 정전압을입력받으며 PoE(Power Over Ethemet) 인터페이스를사용한다. PoE 인터페이스는 다이렉트 랜 케이블의 8개의 내부 선중에 아무런 역할을 갖지 않는 4개의 선을 이용하여 전원을 인가한다. 카메라는 특수건전지를통해 독립적으로 전원을 인가한다.3.5 PIC네트워크 카메라 내부에 회전모터가 내장되어 있어다양한 각도에서 모니터링이 가능하지만 청소로붓의높이가 매우 낮아 높이를 조절 할 수 있는 장치를 추가 개발한다. DC 모터와 스위치를 이용하여 높이를 조절하며 유무선 공유기와 PIC 간의 시리얼 통신을 통해본 논문에서는 무선랜이 탑재되어 있는 iPAQH2490 제품을 사용하였다. PDA의 OS는 뛰어난 그래픽 효과를 나타낼 수 있는 Window Mobile 5.0로 포팅하였으며, 사용자 인터페이스는 VS 2005 환경에서 C#으로 구현하였다.C#은 기본적으로 .NET Framework 환경에서 돌아가기 때문에 C#으로 컴파일 한 프로그램을 실행하려면.NET Framework가 설치되어야 한다. PDA에는.NET Compact Framework를 설치하여 프로그램을실행 한다. 프로그램은 청소로봇 제어를 위한 TCP/IP클라이언트 Stream 데이터를 받아 Display 한다.4.1 홈 모니터링 및 제어 시스템 구현그림 8은 본 논문에서 제안한 홈 모니터링 시스템을보여주고 있다. 그림에서 보는 바와같이 청소로붓상에유무선공유기를 바로 올리지 않고 아크릴을 이용하여거리를 두어 청소로붓의 버튼을 누르는데 방해하지 않도록 하였다. DC 모터를 이용하여 높이 조절장치를 만들었고 그 위에 네트워크 카메라를 얹어 놓았다.그리고네트워크 카메라 공유기는 유선랜을 통해 연결되고 랜의 전원인가 선은 따로 추가하여 전원을 인가할수 있도록 하였다.- 11 -

韓 國 知 識 情 報 技 術 學 會 論 文 誌 (2009. 6)정전압기등은 청소로붓의 내부로 모아놓아 최대한불필요한 부품들은 보이지 않도록 하였다.그림 8. 홈 모니터링 시스템Fig. 8. Home Monitering System4.3 시나리오 테스트본 논문의 댁내 모니터링 시스템을 구현하기 위해사용한 유무선 공유기와 네트워크 카메라, 청소로붓은이미 테스트를 마치고 나온 제품이다. 그러므로 이들은연결하면서 생기는 결합이나 프로그램 상의 결함들을위주로 테스트 한다. 청소로붓이 공급하는 전원으로 유무선 공유기가 정상적으로 동작하는지, 특수 건전지를통해 네트워크 카메라가 정상적으로 동작하는지 전원부를 1차적으로 테스트 한다. 그리고 공유기 경우 부팅시에 서버 프로그램이 자동으로 실행되는지 체크한다.뷰어 프로그램은 카메라 이미지가 정상적으로 출력되는지 확인하고 제어 명령을 통해 카메라를 제어가능한지 테스트 한다. 그리고 PC와 시리얼 통신이 정상적으로 동작하는지 체크하고 유무선 공유기와 청소로붓,PIC 간 통신시 발생하는 문제점이 존재하는지 테스트한다. 기타 프로그램상의 오류가 발생하는지 다양한 제어를 통해 테스트 한다.그림 9는 PC용 뷰어 화면에서 실제 수행한 결과로버튼을 통해 청소로봇을 이동시키거나 카메라 높이를조절한다. 또한, 이미지를 직접 클릭함으로서 카메라의시점을 제어 할 수가 있다. 그림 10은 PDA용 버전 뷰어 프로그램이다. PDA 버전은 PC 버전보다 간략하게청소로봇의 이동 Interface를 보이게 한다. 전진, 후진, 좌회전, 우회전 버튼과 정지 버튼을 통해 청소로봇의 위치를 User가 자유롭게 이동 가능하다. 화면을 클릭하면 좌표를 읽어 카메라의 목 관절을 제어하는 프로토콜을 전송한다. 클릭한 좌표가 화면의 중심이 되도록카메라의 목 관절이 허용하는 범위 내에서 시점을 변경한다. 각 버전에서 제공하는 기본적인 두 가지 기능을통해 청소로봇이 다양한 위치에서 다양한 시점으로 모니터링이 가능하도록 하였다.본 논문의 댁내 모니터링 시스템을 구현하기 위해사용한 유무선 공유기와 네트워크 카메라, 청소로붓은이미 테스트를 마치고 나온 제품이다. 그러므로 이들은연결하면서 생기는 결합이나 프로그램 상의 결함들을위주로 테스트 한다. 청소로붓이 공급하는 전원으로 유무선 공유기가 정상적으로 동작하는지, 특수 건전지를통해 네트워크 카메라가 정상적으로 동작하는지 전원부를 1차적으로 테스트 한다. 그리고 공유기 경우 부팅시에 서버 프로그램이 자동으로 실행되는지 체크한다.뷰어 프로그램은 카메라 이미지가 정상적으로 출력되는지 확인하고 제어 명령을 통해 카메라를 제어가능한지 테스트 한다. 그리고 PC와 시리얼 통신이 정상적으로 동작하는지 체크하고 유무선 공유기와 청소로붓,PIC 간 통신시 발생하는 문제점이 존재하는지 테스트한다. 기타 프로그램상의 오류가 발생하는지 다양한 제어를 통해 테스트 한다.그림 9. PC용 뷰어 프로그램Fig. 9. Viewer Program Using PC- 12 -

청소 로봇을 이용한 댁내 모니터링 시스템 구현그림 10. PDA용 뷰어 프로그램Fig. 10. Viewer Program Using PDA그림 9는 PC용 뷰어 화면에서 실제 수행한 결과로버튼을 통해 청소로봇을 이동시키거나 카메라 높이를조절한다. 또한, 이미지를 직접 클릭함으로서 카메라의시점을 제어 할 수가 있다.그림 10은 PDA용 버전 뷰어 프로그램이다. PDA 버전은 PC 버전보다 간략하게 청소로봇의 이동Interface를 보이게 한다. 전진, 후진, 좌회전, 우회전버튼과 정지 버튼을 통해 청소로봇의 위치를 User가자유롭게 이동 가능하다. 화면을 클릭하면 좌표를 읽어카메라의 목 관절을 제어하는 프로토콜을 전송한다. 클릭한 좌표가 화면의 중심이 되도록 카메라의 목 관절이허용하는 범위 내에서 시점을 변경한다. 각 버전에서제공하는 기본적인 두 가지 기능을 통해 청소로봇이 다양한 위치에서 다양한 시점으로 모니터링이 가능하도록 하였다.5. 결론본 논문에서는 홈네트워크 환경에서 댁내를 모니터링하고 제어할 수 있는 시스템을 구현하였다. 카메라에이동성을 부여하면서 사각지대를 최소화하고 다양한장소를 모니터링 할 수 있다. 이 시스템은 최소한의 카메라를 가지고도 많은 범위를 모니터링 할 수 있도록하기 때문에 적은 비용으로 큰 효과를 기대할 수 있다.또한 고정식 카메라와 같이 사용함으로서 이동 카메라는 고정 카메라의 물리적 사각지역을 고정 카메라는 이동 카메라의 시간적 사각지역을 서로 상호 보완할 수있다. 이 시스템이 가진 단점으로는 악용될 경우 개인적인 사생활이 침범될 수 있다.모니터링 시스템이기 때문에 긍적정인 면에서 사용할 경우 인간의 삶을 윤택하게 해주는 시스템이지만 역으로 부정적인 면에서 사용할 경우 악영향을 끼칠 수가있다. 시스템을 구현하면서 발생한 문제점은 전원에 있다. 청소로봇, 유무선 공유기, 네트워크 카메라들이 서로 상이한 전압을 사용하며 많은 전력을 소비함으로서동작시간이 짧거나 배터리를 이중으로 사용하는 등의문제점을 가져왔다. 향후 이 시스템은 다양한 분야에서응용이 가능하다. 단순한 댁내 모니터링 및 제어 시스템뿐 아니라 가정용 방범 시스템에 응용하거나U-healthcare, 독거노인 케어 시스템, 놀이방 안전 확인 시스템, 위험 지역 감시 및 업무 수행, 통행 불가 지역 탐사 등 사람의 업무를 로봇과 나누어 진행할 수 있다.참고문헌[1] Open WRTIntroduction, http://openwrt.org/[2] OpenWRT Network Interface Configuration, http://wiki.openwrt.org/OpenWrtDocs/NetworkInterfaces[3] ASUS WL-500g Premium Hardware, http://wiki.openwrt.org/openwrtdocs/Hardware/asus/WL500GP[4] Roomba Homepage, http://www.irobotkorea.co.kr/[5] iRobot Create Robot Review,http://todbot.com/blog/category/roomba/[6] Mobicam Introduction,http://mobicam.co.kr/home/mobicam_info.html[7] Mobicam Product MNC-P100,http://mobiicam.co.kr/home/mobicam_product_p100.html- 13 -

韓 國 知 識 情 報 技 術 學 會 論 文 誌 (2009. 6)[8] OpneWRTDocs/KamikazeHowto,HardwareDualportmodification http://wiki.openwrt.org/OpenWrtDocs/KamikazeHowto#head-1e4347bc9b2424803c8c6f24dacd6f24dacd9d25434181e3.[9] Tod E.Kurt, Hacking Roomba, Wiley Publishing, Inc., CS-Lab, p.19-p.63, 2007.[10] Wikipedia, MPEG-4, http://en.wikipedia.org/wiki/MPEG-4[11] 컴파일 테크놀로지(주), PICBASIC 데이터북VOL. 10, CS-Lab, p.48-p.162, 2002[12] Packet Viewer, http://blog.naver.com/htcher/110002575028[13] Autonomous RC Car With Laser Based ObstacleD e t e c t o r , h t t p : / / a s h i s h r e d , b l ogspot.com/2007/02/autonomous-rc-car-with-laser-based.html[14] 강성기, "병원 정보보호 시스템 구축을 위한 보안메커니즘 연구", 한국지식정보기술학회 논문지, 제3권 3호, 2008.9.이영규(Young-Kyu Lee)1994년(윤명조130-8)2000년현재 : 혜천대학 세무회계과 교수※ 관심분야 :김희수(Hee-Su Kim)현재: 유디피(UDP) 연구소 연구원※ 관심분야 : 홈 네트워크, 임베디드2009년 순천향대학교 정보기술공학부 졸업이상정(Sang-Jeong Lee)1985년 한양대학교전자공학삭사1988년 한양대학교 전자공학박사박희룡(Hee-Ryoung Park)현재: 순천향대학교 정보기술공학부 교수※ 관심분야 : 네트워크 응용, 컴퓨터 구조1993년 수원대학교 전자계산학과 공학석사2000년 순천향대 대학원 전산학과 공학박사현재: 김천대학 소방안전관리학과 교수※ 관심분야 : 컴퓨터구조, 마이크로프로세서전병찬(Byung-Chan Jeon)1994년 수원대학교 전자계산학과 이학석사2002년 순천향대학교 대학원 전산학과 박사2005년~현재 청운대학교 컴퓨터학과전임강사※ 관심분야 : 컴퓨터구조, 홈 네트워크, 모바일,마이크로프로세서 등- 14 -