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[지능형(스마트)홈#6] 지능형(스마트)홈 기기 일반 및 활용

by mint_J_mk36 2025. 6. 22.
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본 내용은 Ted가 공부하면서 인상 깊었던 부분만 요약한 것이며, 정답이 아닐 수 있습니다.

 

⚜️ 지능형(스마트)홈 기기 일반 및 활용

 

1️⃣ 지능형(스마트)홈 서비스 플랫폼 분야 산업구조

스마트홈 정보가전기기 분야 스마트홈 플랫폼 분야 스마트홈 서비스 분야
스마트TV 스마트홈 제어플랫폼 홈오토메이션 서비스
홈IoT센서 스마트홈 사용자 인터랙션 플랫폼 홈에너지 관리 서비스
홈IoT가전기기 홈상황인지 프레임워크 홈시큐리티 서비스
홈로봇 개방형 홈서비스 프레임워크 [[스마트홈 O2O 서비스]]
❌ 스마트 펙토리 플랫폼    
❌ 사무자동화 기기    

 

2️⃣ 지능형(스마트)홈 서비스 플랫폼 분야 기술

분류 요소기술 설명
스마트홈
허브		 스마트홈 제어 플랫폼 가정에 연결된 기기 제어 및 정보 전달/관리를 위한 기술
  실감 홈미디어 플랫폼 이용자의 감성을 분석/파악하여 맞춤형 서비스를 제공하기 위한 기술
  스마트홈
사용자 인터랙션 플랫폼		 행동, 음성 등을 통해 편의성이 높은 서비스를 제공하기 위한 기술
스마트홈
미들웨어		 홈 자원관리 프레임워크 프레임워크 기기들과의 서비스 제어 및 콘텐츠 상호 전달 체계 지원하고 안전을 보장하는 기술
  홈 상황인지 프레임워크 댁내 주변 환경/상황 인지하여 가전기기 제어 및 관리를 위한 기술
  감정인지 미들웨어 공간/환경 정보 분석하여 서비스를 제공하기 위한 기술
  개방형 홈서비스
프레임워크		 서로 다른 주체가 개발한 서비스를 설치하여 실행할 수 있는 환경을 제공하는 기술
  스마트홈 지식화
프레임워크		 데이터에 대한 의미 부여 및 새로운 데이터 창출을 위한 기술
스마트홈
클라우드
시스템		 클라우드 서비스 플랫폼 가정에서 생성된 데이터를 통해 클라우드를 통해 연계하는 기술
  연동 홈게이트웨이 다양한 미디어를 받아 기기들과의 상호 연계를 위한 홈게이트웨이 기술
  단지 서비스 클라우드 프레임워크 아파트 단지 내에서 다양한 연계 서비스를 제공하기 위한 기술
  스마트홈 클라우드 유지보수 시스템 집안 홈서버와 관련된 원격 제어 및 관리를 위한 기술

 

3️⃣ 응용 분야에 따른 지능형(스마트) 홈 서비스 분야

구 분
세부 내용
홈오토메이션 홈오토 기기, 홈게이트웨이/월패드, 공용부 관리 서비스 등
❌ 홈클라우드 서비스
홈에너지 홈에너지 관리, 에너지 저장, 전력공급 시스템 등
홈시큐리티 가정 물리 재난, 가정 정보 재난, 가정 재난 대응 서비스 등
지능형(스마트)홈 서비스 홈클라우드, 상황인지, 홈로봇 서비스 등
❌ 홈정원 관리 설비스  

 

4️⃣ 지능형(스마트)홈 발전추세

구분 지능형(스마트)홈 1.0 지능형(스마트)홈 2.0 지능형(스마트)홈 3.0 지능형(스마트)홈 4.0
개념 홈오토메이션 홈네트워크 IoT홈 ✅ 커넥티드홈
통신방식 유선 유선 무선 무선
제어기기 스마트TV 월패드 IoT가전 AI가전, 로봇 등
주요기능 ✅ VOD서비스 가정 내 제어 외부 원격 제어, 모니터링 자율동작, 개인 맞춤, 플랫폼 간 연동
관련업종 가전사 가전사, 건설사, 홈넷사 가전사, 건설사, 통신사 ✅ SW, ✅ 센서, 자동차, 의료, 에너지 등

 

5️⃣ 지능형(스마트)홈(홈IoT) 생태계 6대 구성요소

👉 ( 속 디 표 플 컨 콘 )

구분 가전/비가전
디바이스 분리
(도입기)		 가전/비가전
디바이스 통합
(성장기)		 차세대 기술/디바이스 및 AI 컨트롤 도입
(성숙초기)		 스마트홈 디바이스 및 AI 컨트롤 최적기
(성숙후기)
네트워크
속도		 100Mbps / 4G 100Mbps / 4G 유무선 GiGA GiGA / 5G
스마트
디바이스		 가전/비가전 (일상기기) 가전/비가전 (일상기기) 일상기기 / 차세대기술 일상기기 / 차세대기술
IoT
표준화		 개별사업자별 표준화 컨소시엄별 표준화 다표준 지원 지배적 사업자 표준화
플랫폼 개별 사업자 단말/OS 단말/OS 통합화 지배적 사업자 통합화 지배사업자 통제력 강화
컨트롤 디스플레이 스마트폰/TV 스마트폰/TV 웨어러블 웨어러블/음성/모션인식
콘텐츠 가전/비가전 분리 가전/비가전 통합 차세대 콘텐츠/세분화 응용 콘텐츠/세분화

wallpad

 

6️⃣ 사업자별 지능형(스마트)홈 시스템

  • 한국토지주택공사(LH) 홈즈(Home Z)
  • SK건설 스카이뷰(SKAI)
  • SKT 누구(NUGU)
  • 현대건설 하이오티(Hi-oT)
  • LG ThinQ

 

⚜️ 전기전자 기초 및 센서 일반

 

1️⃣ 중성선

  • 중성선이란, 배전반 내부의 N, R, S, T의 부스바 중성선은 Neutral Line 이라고 하며, 다상교류의 전원 중성점에서 꺼낸 전선을 중성선이라 함.
  • 일반적으로 중성선의 끝은 접지로 연결되는 것이 특징.
  • 중성선이 있음으로써 3상 380V의 전기를 단상 220V의 전기로 만들어낼 수가 있음.
  • N선을 N상으로 흔히들 부르곤 하는데 이것은 잘못된 표현. R, S, T와 같은 전력선에는 '상'이 있지만 N선의 경우 상이 없기 때문에 중성선 혹은 N선이라는 표현이 맞음.
  • 220V가 나오게 되는 수식은 380V에서 $\sqrt{3}$을 나눠주게 된 값.

 

2️⃣ 키르히호프 법칙

  • 키르히호프 제1법칙(전류법칙)은 유입되는 전류의 합과 유출되는 전류의 합은 같다.
  • 키르히호프 제2법칙(전압법칙)은 공급되는 전압의 합은 각 부하에 걸리는 전압의 합과 같다.

 

3️⃣ 배선용차단기(MCCB)

  • 과부하 (과전류 보호)
  • 단락: 전선이나 장비의 전기적인 접촉이 감지되는 경우 발생
  • 지락(地絡, Ground Fault): 전선이나 장비의 접지와 다른 접지 사이에 전기적인 접촉 감지시 발생
  • 과전압: 전압이 정상 범위를 벗어날 경우 발생

 

4️⃣ 센서 등

  • 센서는 측정 대상물로부터물리량을 검출하고 검출된 물리량을 전기적인 신호로 변환시켜주는 소자이다.
  • 트랜듀서는 어떤 종류의 신호 또는 에너지를 다른 종류의 신호 또는 에너지로 변환하는 장치이다.
  • 액추에이터는 신호를 처리하기 위하여 신호에 대응하여작동을 수행하는 장치이다.
  • 센서기술은 모든 산업분야에서 핵심적인 기술로 자리 잡고 있으며, 센서는 반도체의 집적화 기술과 MEMS(Micro Electro-Mechanical System)의 소형화 기술들과 결합하여 더욱 소형화, 지능화, 고성능화될 것이다.
  • 센서는 기본적으로 우수한 감도(sensitivity), 선택도(selectivity),안정도(stability) 및 복귀도(reversibility)를 갖추어야 한다.
  • 마이크로 스위치는 스프링에 의해 구동되는 핀에 따라 접점의 개폐가 이루어지는 스위치, 물체의 유무에 따라 핀을 동작시키는 것에 의해 검출함
    👉 딸깍 스위치, 전자레인지 문 닫힘 감지, 프린터 덮개 감지 등에 쓰인다.
  • 홀 소자는 전류가 흐르고 있는 반도체 칩에 전류에 수직인 자기장을 걸면 전류와 자기장에 직각인 방향으로 기전력이 생기고(홀 효과), 그 기전력에 따른 전위차를 측정하여 자기장을 검출, 자기력을 가진 물체의 유무 검출이 가능하다.
    👉 홀 소자는 자동차 속도센서, 문 닫힘 감지센서 등에 쓰인다.
  • 광전센서는 빛을 내는 투광부와 빛을 받는 수광부로 구성. 투광된 빛이 검출 물체에 의해 가려지거나 반사하거 하면 수광부에 도달하는 빛의 양이 변화하므로 수광부는 그러한 변화를 검출한 후 전기 신호로 변환해서 출력 함.
  • 압전 소자는 압전체에 압력을 가하면 전압이 발생하는 피에조 효과를 이용해서 진동 등을 전압으로 변환한 후, 그 전압을 측정하는 것으로 진동을 검출 함.
  • 정전용량형 근접 스위치는 피검출 물체와 센서 사이에 생기는 정전 용량은 거리에 따라 변화하는데, 그 변화하는 정전 용량을 측정하여 피검출 물체의 유무를 검출, 피검출 물체는 금속과 같은 도체뿐 아니라 수지나 물과 같은 물질도 검출 함.
  • 스트레인게이지(Strain Gauge)는 금속선이나 호일을 변형시키면 단면적이 변화하여 전기 저항이 커지는 특성을 활용하여 피측정 재료에 접착시키고 저항을 측정하는 것으로 재료의 변형이나 신축을 검출함. 즉, 위치나 변위보다는 힘이나 하중 측정용 (압력, 힘, 응력 측정).
  • 로드 셀(Load Cell)은 스트레인 게이지를 이용한 힘 검출기로, 검출하는 힘의 방향에 따라 압축형 로드 셀, 인장형 로드 셀, 압축 인장 겸용 로드 셀이 있다. (압력, 힘, 응력 측정).
    👉 로드셀은 '무게'나 '힘'을 전기로 바꿔주는 센서로 전자저울에 들어가는 핵심 센서임.
  • 감압 다이오드: 압력을 전기 신호로 변환 (압력, 힘, 응력 측정).
  • 피에조 소자 (Piezoelectric element / Piezoelectric device): (온도 센서 아님) 피에조 소자는 '압전 효과(Piezoelectric effect)'를 이용하는 소자입니다. 압전 효과란 특정 결정체에 압력이나 기계적인 변형을 가하면 전기가 발생하고, 반대로 전기를 가하면 변형이 일어나는 현상입니다. 따라서 피에조 소자는 압력, 힘, 가속도, 진동 등을 측정하는 센서나 스피커, 초음파 발생기 등에 주로 사용됩니다.
  • 퍼텐쇼미터(Potentiometer): 위치나 변위 측정에 사용됨.
  • 차동변압기(LVDT, Linear Variable Differential Transformer): 위치 및 변위 측정에 특화된 센서.
  • 리니어 인코더(Linear Encoder): 선형 위치(위치/치수)를 정밀하게 측정하는 센서.
  • 초음파 센서는 검출 물체의 표면에서 반사되어 나오기까지의 시간을 측정하여 출력 신호를 얻는 거리 측정용 센서.
  • 열전대는 서로 다른 금속을 접합할 때 어떤 접합점과 다른쪽 접합점에 온도차가 있는 경우에 생기는 열기전력(제벡 효과)를
    측정하여 온도를 검출한다.
  • 서미스터(Thermistor)는 코발트, 니켈, 망간 등의 금속 화합물 분말과 2개의 도선을 소결하여 제작하는데, 화합물의 혼합비에 따라 특성이 변화한다. NTC 서미스터는 온도의 상승에 따라 저항이 감소하고, PTC 서미스터는 반대로 저항이 증가한다.
    👉 온도 측정 센서
  • CCD(Charge Coupled Device)이미지 센서는 수광 소자에 빛이 닿으면 전하가 발생하고, 그 전하를 전하 결합 소자(CCD)라고 하는 회로 소자를 이용하여 전송하여 빛을 검출하는 촬상 소자이다.
  • CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서는 수광 소자인 포토다이오드에 축적된 전하를 각 화소에서 전압으로 변환하고 증폭하여 읽어들이는 방식으로, 빛을 검출하는 촬상 소자. 잡음이 크다는 단점 때문에 초기에는 용도가 제한적이었지만, 소형화가 가능하고 소비 전력이 적다는 장점 덕분에 최근 다시 주목 받으며 다양한 분야에서 활발히 사용되고 있음.
센서 이름 분류(기능) 핵심 개념 및 특징 대표 사용 예시
마이크로 스위치 접촉 유무 감지 스프링 + 핀 구조, 접촉 시 딸깍 소리로 감지 전자레인지 문, 프린터 덮개 감지 등
홀 소자 (Hall Sensor) 자기장 감지 홀 효과, 자기력 있는 물체 감지 자동차 속도 센서, 문 감지 등
광전 센서 빛/차광 감지 투광부/수광부 구성, 빛 차단 또는 반사 검출 라인 센서, 자동문, 로봇 감지 등
스트레인 게이지 힘/응력 측정 변형 → 저항 변화 측정, 구조물의 응력 측정 하중 측정, 재료 실험 등
로드셀 (Load Cell) 힘/무게 측정 스트레인 게이지 기반, 전자저울 핵심 센서 무게 측정, 포장 기계 등
정전용량형 근접 스위치 비접촉 유무 감지 정전용량 변화 감지, 도체/비도체 모두 감지 가능 물체 감지 자동화 라인
압전 소자 (Piezoelectric) 진동 감지 압력 → 전압 변환 (피에조 효과) 진동 감지, 충격 센서
열전대 (Thermocouple) 온도 측정 서로 다른 금속, 제벡 효과로 열기전력 발생 고온 측정, 산업 플랜트
서미스터 (Thermistor) 온도 측정 온도 변화에 따른 저항 변화 (NTC/PTC) 가전, 보일러 온도 제어 등
초음파 센서 거리 측정 반사된 초음파 시간으로 거리 측정 주차 센서, 로봇 거리 감지
CCD 이미지 센서 광/영상 감지 전하를 CCD 방식으로 전달하여 영상 처리 디지털 카메라, 고급 영상 장비
CMOS 이미지 센서 광/영상 감지 포토다이오드 기반, 픽셀별 증폭, 소비 전력 낮음 스마트폰 카메라, IoT 장비
  • 센서 네트워크는 센싱한 정보를 센싱하는 센서노드, 데이터의 전달을 담당하는 라우팅 노드, 게이트웨이로의 전달을 담당하는 싱크 노드로 구분할 수 있다.
  • 센서 네트워크는 제한된 자원, 에너지 효율 극대화, 하드웨어적 소프트웨어적 제약사항 극복, 통신 거리의 제약 극복의 특성을 가진다.

🧠 지자계 센서 (Terrestrial Magnetism Sensor): (동작인식 센서 아님)
지자계 센서는 지구 자기장의 세기와 방향을 측정하는 센서입니다. 나침반처럼 방위를 감지하거나, 주변 자기장 변화를 감지하는 데 사용. '방향'이나 '위치' 정보 확인.

 

⚜️ 헬스케어 기기 & 에너지 기기

 

1️⃣ IoT 헬스 플랫폼

  • 헬스 SW 플랫폼: 센서 데이터 수집 레이어, 메디컬 자원관리 레이어, 스마트 메디컬 서비스 레이어
    • ❌ 스마트 분석 서비스 레이어

 

2️⃣ 지능형(스마트)홈 그리드의 핵심

  • ESS (Energy Storage System / 에너지 저장 시스템)
  • AMI (Advanced Metering Infrastructure / 지능형 검침 인프라)
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