[칼럼] 더 적은 에너지와 배선으로 환경 데이터 수집하기

건물 자동화 알고리듬에 의한 환경 요인의 변화를 이해하면서 건물의 보안과 관련된 보다 많은 센서 데이터를 수집하고자 한다면 주변 환경으로부터 데이터를 수집하는 것이 도움이 된다. 하지만 건물에 센서를 추가할 경우 이들 장치에 전력과 통신을 제공하는 데 방대한 케이블 배선을 필요로 한다는 문제가 있다. 무선 센서를 탑재한 사물 인터넷(IoT) 기기는 이러한 배선 문제를 완화할 수 있다. 그러나 일부 애플리케이션은 여전히 배선이 필요하며, 주변광 센서와 도어 앤 윈도우 센서가 여기에 포함된다. 그렇지만 이러한 기존의 유선 애플리케이션을 무선으로 구현하는 방법은 생각보다 어렵지 않다.

상업용 건물에 사용되는 주변광 센서는 특정 공간의 빛의 세기를 감지하여 일정한 작업 공간에서 전체 주변광의 균형을 맞춘다. 일반적으로 광 센서는 센서로 제어되는 조명에 선으로 연결된다. 무선 솔루션을 구현하려면 조명을 무선 커넥티비티를 통해 스마트 컨트롤러에 연결하고 창문 가까이에 무선 광 센서를 설치한다. 또한 무선 감지 노드는 스마트한 시스템을 보다 손쉽게 구축할 수 있게 한다.

창문으로부터 들어오는 햇빛이 작업 공간을 밝혀줄 만큼 충분하지 않아 실내 조명을 사용할 때 실내 조명의 빛을 조절할 수 없다면 실내가 너무 밝을 수 있다. 가령 빛의 60%가 채광창과 창문을 통해 들어온다고 하면, 무선 주변광 센서 플랫폼은 빛의 세기를 감지해 나머지 40%의 빛을 생성하도록 인공 광원을 동적으로 조절할 수 있다. 인공 광원은 자연광이 존재할 때 전체 전력을 사용하지 않으므로 건물의 에너지를 절감할 수 있다(그림 1).

그림 1: 주변광 제어 (이미지. TI)

무선 주변광 감지에 관심 있는 개발자는 TI의 Sub-1GHz네트워크를 위한 에너지 획득 주변광 및 환경 센서 노드 레퍼런스 디자인을 참조할 수 있다.

도어 앤 윈도우 센서 역시 곧 무선으로 구현하게 될 것이다. 현재 많은 산업용 및 건물 자동화 보안 시스템은 센서를 이용해 문과 창문의 개폐를 모니터링 한다. 보안 시스템에서 중앙 모니터링 장치는 다중의 도어 앤 윈도우 센서의 정보를 바탕으로 알림과 경보를 발생시킨다. 하지만 이를 구축하기 위해서는 많은 배선을 설치해야 할 뿐 아니라, 모든 도어 앤 윈도우 센서를 배터리 전력으로 전환할 경우 배터리 교체에 대한 유지보수 비용이 증가하기 때문에 경제성이 떨어진다.

반면 도어 앤 윈도우 센서 애플리케이션은 주로 자석을 사용하여 문이나 창문이 열리고 닫히는 것을 감지한다. 일반적인 구성에서 자석은 문이나 창문에 내장되고, 센서는 문이나 창문 프레임에 부착된다. 센서와 자석은 문이나 창문이 닫힐 때 가까워지고 창문이나 문이 열릴 때는 서로 멀어지게 배치된다. 이들 센서는 주로 보안용 애플리케이션에 사용되기 때문에 탬퍼링 감지가 필요하다. 일부 구성은 여러 개의 센서를 사용해 자석 탬퍼링을 감지한다.

긴 배터리 수명을 제공하기 위해 TI의 10년의 코인 셀 배터리 사용시간을 제공하는 Sub-1GHz 저전력 도어 앤 윈도우 센서 레퍼런스 가이드는 초저전력 디지털 홀 효과 센서를 사용한다. (그림2 참조)

그림 2: TI의 도어 앤 윈도우 센서 레퍼런스 디자인의 블록 다이어그램 (이미지. TI)

초저전력 디지털 홀 효과 센서 및 SimpleLink™ 무선 마이크로컨트롤러(MCU) 플랫폼에 의해 구현되는 이 레퍼런스 디자인은 배선이 필요 없고 배터리 수명을 극대화하는 도어 앤 윈도우 센서 솔루션을 제공한다.

점점 더 많은 건물 자동화 애플리케이션이 무선 센서 노드로 전환되면서 배터리 수명은 중요한 요건이 되고 있다. TI의 초저전력 센서, 연산 증폭기, 무선 마이크로컨트롤러는 배터리로 구동되는 애플리케이션의 평균 전류를 낮추도록 돕는다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr