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Smart Peltier Air Conditioner

by TUW Posted 2014. 11. 21 Updated 2014. 11. 22 Views 2560 Likes 0 Replies 0
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작품 설명 펠티어 소자와 EK-TM4C1294XL 런치패드를 활용하여 제작한 인터넷에 연결되어 동작하는 스마트 에어컨입니다.
주요 기능 * 1.2KW급의 펠티어 냉각 모듈 (50mm × 50mm 펠티어 소자 9개)
* 리눅스 등의 운영체제를 사용하지 않고, 펌웨어 단에서 웹 서버를 구현 (lwIP 활용)
* LAN Cable 연결시 DHCP 서버를 찾아서 자동으로 네트워크 설정
* 내장된 온습도센서를 활용하여 실내 온도 및 습도를 지속적으로 모니터링하고 제어에 활용
* 목표 온도 설정
* 3단 바람 세기 조절
* 본체에 내장된 터치스크린 LCD를 통한 제어 및 모니터링
* 본체에 내장된 웹 서버에 접속하여 웹 페이지를 통한 제어 및 모니터링
* 스마트폰 어플리케이션을 통한 제어 및 모니터링
제작 기간 약 4개월 (2014.5.22 ~ 9.16)
관련 분야 전자 공학,임베디드 시스템,웹 프로그래밍
제작 동기 기존의 에어컨은 부피가 크고, 공기를 냉각시키기 위해 많은 소음이 발생하는 압축기와 압축 냉매를 사용하므로 큰 소음이 발생한다는 문제점이 있습니다. 이에 대해 펠티어 소자를 활용한 에어컨이 좋은 대안이 될 것이라 생각하고 작품을 구상하였습니다. 펠티어 소자를 활용하면 냉각 모듈에 압축기와 같은 기계 장치가 필요가 없으므로 소음 문제를 획기적으로 해결할 수 있으며, 부피도 줄일 수 있습니다.
냉각 모듈의 대체 외에, 이번 프로젝트에서는 근래에 들어 각광받고 있는 사물 인터넷 (IoT; Internet of Things)의 개념을 접목시키기로 하고, 펌웨어 단에서 HTTP 서버를 구현하여 웹 브라우저 및 스마트폰 어플리케이션을 통해서도 제어할 수 있도록 작품을 설계하였습니다.
제작 소감 상당히 규모가 큰 프로젝트였음에도 불구하고, 팀원들이 잘 따라 줘서 끝까지 작품을 완성할 수 있었습니다. 하드웨어 설계와 펌웨어 작성도 쉽지만은 않았지만, 프레임을 구상하고 제작하는 데도 많은 난관과 어려움이 있었습니다.
개인적으로는 임베디드 작품 설계의 범위를 고수준 통신인 인터넷의 영역까지 확장했다는 점에 많은 의의가 있습니다. 즉, 저수준인 하드웨어/임베디드 시스템 영역과 고수준인 (운영체제에서 동작하는)소프트웨어를 연결하는 기념비적인 작품이라고 할 수 있습니다.
설계 당시의 모든 기능을 구현하였고 성공적으로 동작 하였으나, 냉방 성능이 기대에 크게 못 미치는 바람에 여름에 실제로 냉방기로 활용하려는 계획은 무산되었습니다. 냉각 모듈을 제작할 때 방열 설계에 조금 더 신중했더라면 하는 아쉬움이 남습니다.

resize_제작 결과 사진.jpg


Team BARAM-E

  • 이승준 (한양대학교 융합전자공학부)
  • 김창섭 (한양대학교 컴퓨터공학부)
  • 이주현 (한양대학교 융합전자공학부)
  • 김윤주 (한양대학교 경영학부)
  • 차현수 (한양대학교 융합전자공학부)


펠티어 소자 (Peltier Element)

전력을 공급하면 한 쪽면의 열을 반대쪽면으로 이동시키는 반도체 소자이며, 열전 소자(Thermoelectric Element)라고도 불립니다. 공급된 전력은 냉각면의 열을 방열면으로 이동시키는 열 펌핑 작용에 사용되고, 그 중 일부는 내부 저항에 의한 열에너지로 소모됩니다.

펠티어 소자의 냉각 효율은 발열면의 방열을 얼마나 잘 하는지에 따라 좌우됩니다. 방열이 충분히 잘 이루어지지 않으면 방열면의 높은 열이 냉각면으로 전이되는 열 역전 현상이 발생하며, 결국 전체적으로 온도가 높아져서 냉각 효율이 급격히 떨어지게 됩니다.

이러한 특성 때문에 기존에는 미사일과 같은 군사장비나 인공위성과 등에 제한적으로 사용되었지만, 근래에 들어 김치 냉장고나 냉온수기와 같은 가전제품에 조금씩 활용되기 시작했습니다.


작품 사진

Frame Overview.png
▲ 프레임 구조 (설계)


20140818_211550.jpg
▲ 열 교환기 (Heat Exchanger)


(사진 추가 예정: 메인보드, 전원 분배기, 전원 입력, 외부 패널)


resize_KakaoTalk_20140912_005228236.jpg
▲ 본체의 터치스크린 내장 LCD


resize_KakaoTalk_20140912_005229169.jpg
▲ 웹 브라우저를 통해 본체에 접속한 모습


resize_KakaoTalk_20140912_005231068.jpg
▲ 스마트폰 어플리케이션


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