1. 프로젝트 개요
실내 공기질 모니터링과 맞춤형 향 분사를 자동화한 스마트홈 시스템
- 디지털 트윈 기반 실시간 시각화
- AI 기반 공기질 예측과 자동 환기/디퓨저 제어
- IoT 센서 기반 데이터 수집 및 제어 기능
디지털 트윈 기술과 AI 기반 자동화 시스템을 활용하여 실내 공기질을 최적화하고 맞춤형 향 분사 기능을 제공하는 스마트 환경 제어 시스템을 개발합니다. 이를 통해 실내 공기질을 실시간으로 분석하고, 사용자에게 적합한 최적의 향기와 공기정화 솔루션을 자동으로 제공하는 것을 목표로 합니다.
2. 소개 영상
3. 팀원 소개
| 이름 | 학번 | 역할 |
|---|---|---|
| 이승화 | 20191642 | 공기질 분석 AI개발, 환경데이터 수집 및 정화 알고리즘개발 |
| 권순호 | 20191553 | 실내 환경 제어 시스템개발, 하드웨어 회로 설계 |
4. 외부 학술 성과
본 프로젝트는 2025년 여름 2025년도 한국통신학회 하계종합학술발표회에 학부 연구논문으로 출품되었습니다.
5. 기술 스택
📦 임베디드 하드웨어
- Raspberry Pi 4
- MCP3008(ADC), MOSFET, GP2Y1010AU0F, MQ135, MQ4, MQ7, ENS160+AHT21, DHT22, 5V Fan, Humidifier
- EasyEDA 기반 커스텀 HAT 보드 설계
🌐 소프트웨어
| 분야 | 기술 |
|---|---|
| Firmware | Python, GPIO, SPI, Socket IO |
| Server | Node.js, Express.js |
| Frontend | Next.js, TailwingCSS, Three.js, Radix-ui, Recharts |
| AI | TensorFlow, Scikit-learn, Keras |
6. 하드웨어 제작 및 구성
🧾 회로도 및 PCB
- EasyEDA로 설계된 HAT 보드이며, Raspberry Pi 4에 장착 가능한 사이즈(65mm x 56mm)
- 프로젝트의 Gerber 파일을 통해 직접 PCB를 발주하고, 부품을 납땜하여 조립할 수 있습니다.
🔧 필요 부품 목록 (BOM)
| 분류 | 부품명 | 설명 |
|---|---|---|
| MCU 보드 | Raspberry Pi 4B | 40핀 GPIO, Raspbian 기반 |
| 센서 | MQ135, MQ4, MQ7 | 가스 센서 (CO₂, 메탄, CO 등) |
| 센서 | ENS160 + AHT21 | eCO₂, TVOC 센서 |
| 센서 | DHT22 | 온도 센서 |
| 센서 | GP2Y1010AU0F | 미세먼지 센서 (외장형) |
| ADC | MCP3008 | 8채널 10-bit SPI ADC |
| 스위칭 | IRF540 MOSFET | 5V 작동 장치 제어용 (4채널) |
| 보조부품 | 저항, 커패시터, 핀헤더 등 | 150Ω, 220uF |
🔥 납땜 및 조립 가이드
- PCB 제작
- 부품 배치 및 납땜
- 수동 납땜
- 센서 소켓 사용 권장 (핀헤더로 교체 가능성 고려)
- 외장 모듈 연결
- GP2Y1010AU0F, IRF540 모듈은 보드 외부 고정 후 점퍼선으로 연결
- Raspberry Pi 연결
- GPIO 40핀 핀헤더로 직접 연결 가능
7. 주요 기능
| 기능 | 설명 |
|---|---|
| 🌫 실내 공기질 모니터링 | PM2.5, VOCs, CO2 등 실시간 측정 |
| 🌪 자동 환기 제어 | 기준 초과 시 팬 작동 |
| 🌸 향기 분사 제어 | 사용자 설정 기반 향기 분사 |
| 📊 AI 예측 | 공기질 예측 및 자동 제어 |
| 🌍 디지털 트윈 시각화 | 공기 흐름 및 오염 확산 시뮬레이션 |
8. 시스템 구성도
💻 서비스 아키텍처
📂 디렉토리 구조
├── 📂hardware # 하드웨어 제어 클라이언트
├── 📂ai # AI 모델 및 예측 하드웨어 클라이언트
├── 📂server # 하드웨어 - 대시보드 서버
├── 📂dashboard # Next.js 기반 디지털 트윈 대시보드 클라이언트
└── 📜 README.md
9. 실행 방법
📟 Raspberry Pi (하드웨어)
cd hardware
pip install -r requirements.txt
python3 main.py
🖥 서버
cd server
npm install
node server.js
📊 대시보드
cd client
npm install --legacy-peer-deps
npm run build
npm run start