[A+ 캡스톤 디자인] 독거 노인을 위한 고독사 방지 장치 제작

소개글

[A+ 캡스톤 디자인] 독거 노인을 위한 고독사 방지 장치 제작에 대한 보고서 자료입니다.

목차

- 서론

- 본론

1. 이론적 배경
가. 적외선 인체감지(PIR) 센서

나. flex 센서
1) SPI 통신

2) MCP3008과의 통신


다. 초음파 센서 및 화장실 사용

1) 초음파 센서 동작 원리

2) 화장실 사용 빈도로 알 수 있는 질병


2. 연구 내용

가. PIR 움직임 센서를 이용한 집안 내 움직임 감지

나. flex 센서를 이용한 냉장고 사용 측정

1) 연구 방법

2) flex 센서 부착을 위한 방법 모색

3) flex 센서 테스트를 위한 부착

4) 냉장고 사용 측정 첫 번째 방식

5) 냉장고 사용 측정 두 번째 방식

6) 냉장고 사용 측정 세 번째 방식

다. 초음파 센서를 이용한 화장실 사용 측정

1) 연구 방법

2) 초음파 센서를 이용한 거리 측정

3) 첫 번째 문제 발생 및 해결

4) 초음파 센서 측정 방식 변경

- 최종 Python code -

5) 초음파 센서를 이용한 감지 정확도 측정


라. 냉장고 및 화장실 사용 패턴 분석

1) 라즈베리파이와 구글 스프레드시트 연동

2) flex 센서 냉장고에 부착 후 사용 측정

3) 초음파 센서 이용한 화장실 사용 측정

마. 라즈베리파이 부팅 시 python 프로그램 자동 실행


- 결론

본문내용

영역의 셀을 지정을 해두면 데이터가 들어오는 대로 그래프로 그려지게 된다.
구글 스프레드시트에서 수신한 데이터
그래프 작성 영역과 그래프에서 보면 알 수 있듯 당시 1일차 11시에 작성된 그래프이기 때문에 해당 시간까지의 데이터가 들어온 것을 볼 수 있고 자동적으로 그래프를 그릴 수 있게 된다.
아래 그래프에서는 실제로 5/14일부터 5/20일까지의 시간대별 7일간 냉장고 사용 횟수를 그래프로 나타낸 것이다. 그래프에서 보면 알 수 있듯 조금씩 편차가 있긴 하지만 하루 중 냉장고를 사용하는 시간대가 아침, 점심, 저녁으로 3번 확실하게 나뉘는 것을 알 수 있다.
해당 내용을 바탕으로 다음과 같은 시간대에 냉장고를 사용하지 않게 되면 경고 및 위험상황이라고 인식한다.
아침
점심
저녁
AM 8:00~9:00
PM 13:00~14:00
PM 18:00~19:00
의심 상황 및 MQTT Publish topic / keyword
경고
3끼 중 1번 사용 X
위험
3끼 중 2번 사용 X
아침
ref / ref_danger1_1
아침+점심
ref / ref_danger2_12
점심
ref / ref_danger1_2
아침+저녁
ref / ref_danger2_13
저녁
ref / ref_danger1_3
점심+저녁
ref / ref_danger2_23
3) 초음파 센서 이용한 화장실 사용 측정
flex 센서를 이용한 냉장고 사용 측정과 동일하게 구글스프레드시트를 이용하여 사용 시간과 횟수를 측정하였고 다음과 같이 사용 패턴이 확인 되었다. 약 4일간의 데이터를 확보 하였고 확보 후 실험 대상자의 몇몇 정보를 얻게 되었다. 대상자는 약 7시 30분 취침하여 11시 기상한다. 또한 17시 취침하여 19시 기상한다.
이렇게 불규칙적인 생활 패턴을 보인 이유는 시험기간이며, 카페인을 과다 복용해서 생활 패턴이 낮과 밤이 바뀌어 해당 그래프를 얻게 되었다.
특정한 상황이다 보니 제대로 된 그래프를 얻을 수 없었지만 정상적인 생활 패턴을 가진 독거노인의 생활 을 분석하게 되면 좀 더 확실히 활동 시간과 취침 시간을 구분 할 수 있을 것이다.
분석한 데이터를 이용하여 문제가 발생 했거나 관련 질병이 의심되는 상황일 때 경고 알림을 발송하도록 진행하였다.
기본적으로 전문가들은 하루에 화장실을 8회 이상 사용하게 되면 빈뇨 증상을 의심해야한다고 한다. 하지만 일반적인 경우 소변을 보기위한 용도 이외에도 화장실을 사용하게 된다. 이에 대한 기준을 식후 양치질 3번, 세면 2번, 기타 다른 용도로 인한 사용 2번까지 하루 총 15회 이상 화장실을 사용하게 되면 빈뇨증상을 의심하도록 한다. 하지만 특정 하루에 화장실 공사를 한다던지 화장실을 급격히 많이 사용하게 되는 날이 생길 수 있으므로 최근 3일간 화장실의 평균 사용횟수가 15회 이상이면 빈뇨가 의심된다는 알림을 전송한다.
또한 전문가들은 수면중 화장실을 2회 이상 사용하게 되면 야간뇨를 의심해 볼 필요가 있다고 한다. 패턴 분석을 통해 얻은 수면시간에 화장실 이용이 2회 이상이 되면 야간뇨가 의심 된다는 알림을 전송한다.
의심 상황
MQTT Publish topic / keyword
최근 3일 평균 화장실 사용 횟수가 45회 이상일 때 -> 빈뇨 의심
lav / danger1
수면 중 화장실 사용 횟수가 2회 이상일 때 -> 야간뇨 의심
lav / danger2
마. 라즈베리파이 부팅 시 python 프로그램 자동 실행
실제 독거노인의 가정에서는 우리가 개발했을 때와는 다르게 라즈베리파이에 전원만 연결 해주더라도 자동적으로 python 프로그램이 실행되어야 한다.
가장 먼저 시도한 방법은 자동 부팅 시 프로그램이 자동으로 실행되도록 할 때 가장 많이 사용하는 방식인 rc.local이라는 파일을 이용해서 시도를 해보았다. 하지만 원인은 모르겠지만 실행이 되지 않는다. 에러 메세지도 나타나지 않았다. 원인을 찾아보니 네트워크 처리가 들어간 실행파일을 rc.local 파일을 이용해 실행하려하면 실행이 되지 않는다고 한다.
그래서 또 다른 방법을 찾아본 결과 지역적인 파일이고 라즈베리가 부팅 할 때마다 실행되는 파일인 .bashrc라는 파일을 이용해 라즈베리가 부팅 할 때 마다 파이썬 프로그램이 자동으로 실행된다.
‘ sudo nano /home/pi/.bashrc ’를 이용해서 bashrc파일을 편집한다. bashrc파일 마지막에 실행파일을 넣어준 후 재부팅을 해보았을 때 아래 사진과 같이 자동으로 실행파일이 실행되고 정상적으로 핸드폰에서 확인 가능한 모습을 보여주고 있다.
< bashrc 편집 및 구동 확인 >
결론
초음파 센서의 정확도가 92%이긴 하지만 조금 더 높게 정확도를 올리지 못해 아쉬움으로 남는다.
화장실을 들어가는 것과 나오는 것을 구분할 수 있었더라면 낙상 사고에 대한 예방도 할 수 있었을 것이다.
용변을 보기 위해 화장실을 사용하는 것과 다른 용도로 화장실을 사용하는 것을 구분하지 못하였다.
라즈베리파이가 MQTT 통신을 하고 있던 중 같은 브로커에 연결된 또 다른 라즈베리파이가 MQTT 통신을 시작하면 기존 통신하고 있던 라즈베리파이의 MQTT 통신이 끊기는 문제가 발생했지만 이는 client의 이름이 같아서 발생되는 문제임을 알아서 client이름을 각각 다르게 해줌으로써 해당 문제를 해결하였다.
라즈베리파이에 전원을 연결하면 별다른 조작 없이 자동적으로 해당 프로그램이 실행된다.
새로운 사람의 행동 패턴을 분석하기 위해서는 약 7일간의 데이터 수집기간이 있어야하며, 그 사람에게 맞춰 취침시간 등 몇몇 조건을 재 수정해야한다는 번거로움이 있다.
독거노인 고독사 방지 제품 캡스톤 디자인에서 제작함으로써 고독사를 맞이하는 숫자가 감소하는 것은 물론 각종 질병의 조기진단과 문제가 발생했을 때 초기에 빠른 대처를 할 수 있을 것으로 예상된다.
화장실 사용 횟수를 통해 질병을 의심하여 초기에 빠른 대처를 할 수 있다.
화장실 사용 횟수, 현재 위치, 냉장고 사용 횟수를 통해 독거노인의 활동 상황을 알 수 있다.
초음파 센서가 일정한 값 측정하다 한번씩 튀는 현상을 연속적인 경우에만 감지하는 것을 이용하여 해결 하였다.

키워드

라즈베리파이,   적외선센서,   움직임센서,   MQTT,   flex센서,   초음파센서