P. 205 ~ 208 해보기 문제 (비상교육 정보교과서)

본 위키는 비상교육 고교 정보교과서 P. 205 ~ 208 해보기 문제들에 대한 내용을 서술합니다.

P. 205 피지컬 컴퓨팅의 예 찾기

우리 주변에서 에어컨의 온도 제어 시스템과 같이 피지컬 컴퓨팅이 적용된 다양한 실생활 예를 찾아보자.

스마트 홈

정의

스마트 홈은 다양한 스마트 장치와 시스템이 인터넷을 통해 연결되어 서로 정보를 주고받으며, 사용자에게 편리하고 효율적인 생활 환경을 제공하는 주거 형태입니다. 일상 생활의 자동화, 원격 제어, 에너지 관리 등이 가능하며 다양한 형태로 주거 공간에 실제로 적용되고 있습니다.

구성 요소

스마트 조명 : 조명 시스템은 사용자의 필요에 따라 자동으로 밝기를 조절하거나 특정 시간에 켜고 끌 수 있습니다. 예를 들어 이러한 시스템이 설치된 주거지의 조명은 스마트폰 앱으로 원격 제어가 가능합니다.
스마트 온도 조절기: 난방 및 냉방 시스템을 자동으로 조절하여 에너지를 절약하고 최적의 실내 환경을 유지합니다.
스마트 보안 시스템: 카메라, 센서, 경보 시스템이 통합되어 집의 안전을 강화합니다. 사용자는 스마트폰을 통해 실시간 모니터링 및 경고를 받을 수 있습니다.
스마트 가전 제품: 스마트 냉장고, 세탁기, 오븐 등은 인터넷에 연결되어 사용자의 편의성을 높이고, 원격으로 제어할 수 있는 기능을 제공합니다.
스마트 스피커 및 허브: 셋톱박스와 함께 설치하는 지니 같은 기기들은 음성 인식 기능을 통해 다른 스마트 장치를 제어할 수 있는 중심 역할을 합니다.

장점

편리함: 일상적인 작업을 자동화하여 사용자에게 더 많은 편리함을 제공합니다. 예를 들어, 외출 시 전체 조명을 끄거나 난방을 조절하는 등의 기능이 가능합니다.
에너지 효율성: 스마트 장치는 에너지를 절약할 수 있도록 최적화되어 있어, 장기적으로 비용 절감 효과를 가져옵니다.
안전성: 실시간 모니터링과 경고 기능을 통해 가정의 안전성을 높일 수 있습니다.
원격 제어: 스마트폰 앱을 통해 언제 어디서나 집의 상태를 확인하고 제어할 수 있습니다.

스마트 온실

정의

스마트 온실은 농업 기술을 활용하여 식물의 성장 환경을 최적화하는 자동화된 시스템입니다. 센서, 데이터 분석, IoT(사물인터넷) 기술을 통해 온실 내부의 온도, 습도, 조도 등을 실시간으로 모니터링하고 조절하여 농작물의 생산성을 높입니다.

구성 요소

환경 센서: 온도, 습도, CO2 농도, 조도 등을 측정하는 센서들이 설치되어 있습니다. 이 센서들은 실시간 데이터를 수집하여 시스템에 전달합니다.
자동화 시스템: 수집된 데이터를 바탕으로 환기, 난방, 급수 등의 환경 조절을 자동으로 수행합니다. 예를 들어, 온도가 너무 높아지면 자동으로 팬이 작동하거나, 수분 부족 시 자동으로 급수가 이루어집니다.
모바일 및 웹 애플리케이션: 농부는 스마트폰이나 컴퓨터를 통해 온실의 상태를 원격으로 모니터링하고, 필요시 수동으로 조절할 수 있는 애플리케이션을 사용할 수 있습니다.
데이터 분석 및 인공지능: 수집된 데이터를 분석하여 성장 패턴을 예측하고, 최적의 성장 조건을 제공하는 데 도움을 주는 알고리즘이 적용됩니다.

장점

생산성 향상: 최적화된 환경을 제공함으로써 농작물의 성장 속도와 품질을 향상시킵니다.
자원 효율성: 물, 비료, 에너지 등을 효율적으로 사용하여 자원을 절약합니다.
실시간 모니터링: 농부는 언제 어디서나 온실의 상태를 확인하고 즉각적인 조치를 취할 수 있습니다.
데이터 기반 의사결정: 과거 데이터와 실시간 데이터를 기반으로 더 나은 농업 결정을 내릴 수 있습니다.

스마트 해양 모니터링 시스템

정의

스마트 해양 모니터링 시스템은 해양 환경을 실시간으로 감지하고 분석하여 해양 생태계의 건강 상태를 모니터링하는 기술입니다. 이 시스템은 센서, 데이터 수집 및 분석 기술을 활용하여 해양의 다양한 요소를 모니터링하고, 이를 통해 지속 가능한 해양 관리에 기여합니다.

구성 요소

센서 네트워크: 다양한 센서가 해양의 수온, 염도, pH, 산소 농도, 해류 속도 등을 측정합니다. 이러한 센서는 부표, 해저 장비, 해상 플랫폼에 설치되어 실시간 데이터를 수집합니다.
데이터 전송 시스템: 수집된 데이터는 무선 통신 기술을 통해 중앙 서버로 전송됩니다. 이 데이터는 클라우드 기반으로 저장되고 처리될 수 있습니다.
데이터 분석 플랫폼: 수집된 데이터를 분석하여 해양 생태계의 변화를 감지하고, 예측 모델을 통해 향후 상황을 예측합니다. 인공지능(AI) 및 머신러닝 기술이 적용될 수 있습니다.
모바일 및 웹 애플리케이션: 사용자(예: 연구자, 어민)는 모바일 또는 웹 애플리케이션을 통해 실시간 해양 데이터에 접근하고, 필요한 정보를 확인할 수 있습니다.

장점

생태계 보호: 해양 생태계의 변화를 실시간으로 모니터링하여 생물 다양성을 보호하고, 위기 상황에 신속하게 대응할 수 있습니다.
어업 관리: 어민들은 해양 환경 정보를 바탕으로 어획량을 예측하고, 지속 가능한 어업을 운영할 수 있습니다.
재해 예방: 해양의 이상 징후를 조기에 감지하여 해일, 홍수 등 자연재해에 대한 경고 시스템으로 활용할 수 있습니다.
정책 지원: 정부 및 관련 기관은 데이터를 기반으로 해양 정책을 수립하고, 자원 관리를 효율적으로 수행할 수 있습니다.

스마트 주차 시스템

정의

스마트 주차 시스템은 주차 공간의 관리를 자동화하고 최적화하여 운전자가 주차를 보다 쉽게 할 수 있도록 돕는 기술입니다. 이 시스템은 센서, 데이터 분석, 모바일 애플리케이션 등을 활용하여 주차 공간의 유무를 실시간으로 모니터링하고, 운전자가 빠르게 주차할 수 있도록 안내합니다.

대형마트 혹은 아파트 지하주차장 등 넓은 주차 공간을 가진 시설에서 많이 활용됩니다.

구성 요소

센서 네트워크: 주차 공간에 설치된 센서가 차량의 출입 여부를 감지합니다. 이 센서는 초음파, 적외선, 또는 카메라 기반 기술을 사용할 수 있습니다.
데이터 전송 시스템: 센서가 수집한 정보는 중앙 서버로 전송되어 데이터베이스에 저장됩니다. 이 정보는 실시간으로 업데이트되어 사용자에게 제공됩니다.
모바일 애플리케이션: 운전자는 스마트폰 앱을 통해 근처의 빈 주차 공간을 확인하고, 길 안내를 받을 수 있습니다. 일부 앱은 예약 기능도 제공하여 미리 주차 공간을 확보할 수 있습니다.
주차 관리 시스템: 주차장 운영자는 중앙 관리 시스템을 통해 주차 공간의 사용 현황을 모니터링하고, 수익을 관리할 수 있습니다.

장점

시간 절약: 운전자는 빈 주차 공간을 쉽게 찾아 시간을 절약할 수 있습니다. 이는 교통 혼잡을 줄이는 데도 기여합니다.
에너지 효율성: 주차 공간을 효율적으로 사용할 수 있어 에너지 소비를 줄이고, 환경에도 긍정적인 영향을 미칩니다.
수익 증대: 주차장 운영자는 실시간 데이터 분석을 통해 최적의 요금을 설정하고, 수익을 극대화할 수 있습니다.
사용자 편의성: 예약 기능 및 모바일 안내를 통해 사용자가 편리하게 주차를 할 수 있습니다.

스마트 피트니스 기기

정의

스마트 피트니스 기기는 사용자의 운동 데이터를 실시간으로 모니터링하고 분석하여 개인 맞춤형 운동 계획을 제공하는 기술입니다. 이러한 기기는 일반적으로 센서, 데이터 분석, 모바일 애플리케이션과 연결되어 있어 사용자에게 보다 효율적이고 효과적인 운동 경험을 제공합니다. 가장 쉽게 접할 수 있는 피트니스 기기로 Apple Watch, Galaxy Watch 등이 있습니다.

구성 요소

센서: 심박수, 칼로리 소모, 운동 횟수, 거리, 속도 등을 측정하는 다양한 센서가 내장되어 있습니다. 예를 들어, 가속도계, 심박수 모니터 등이 있습니다.
디스플레이: 일부 기기는 LCD 또는 OLED 화면을 통해 실시간 피드백을 제공합니다. 사용자는 자신의 운동 상태를 즉시 확인할 수 있습니다.
모바일 애플리케이션: 스마트폰과 연결되어 데이터를 전송하고, 운동 기록을 저장합니다. 사용자는 앱을 통해 목표 설정, 운동 계획, 성과 분석 등을 수행할 수 있습니다.
클라우드 데이터 저장소: 사용자의 운동 데이터는 클라우드에 저장되어 여러 기기에서 접근할 수 있으며, 장기적인 데이터 분석이 가능합니다.

장점

개인 맞춤형 피트니스 계획: 사용자의 운동 습관과 목표에 맞춰 개인화된 운동 계획을 제안하여 효과적인 체중 관리 및 건강 증진을 돕습니다.
실시간 피드백: 운동 중 실시간으로 데이터를 제공하여 사용자가 자신의 운동 강도를 조절할 수 있도록 합니다.
동기 부여: 목표 설정 및 진행 상황 추적 기능을 통해 사용자의 동기를 부여하고 지속적으로 운동하게 합니다.
사회적 연결: 많은 스마트 피트니스 기기는 친구와의 경쟁이나 커뮤니티 기능을 통해 사회적 상호작용을 촉진합니다.

P. 206 센서의 활용 예 찾기

집의 현관이나 화장실에 들어갈 때 자동으로 전등에 불이 켜지는 것을 본 적이 있을 것이다. 이 때 사용된 센서는 무엇이고, 이 센서가 활용된 또 다른 예에는 어떤 것들이 있는지 찾아보자.

사람의 모션을 감지하는 센서는 환경에 따라 다양한 센서를 사용할 수 있습니다.

적외선 센서 (PIR 센서)
- 원리: 사람의 체온에서 방출되는 적외선 열을 감지합니다. 주변 온도와의 차이를 이용하여 움직임을 감지합니다.
- 용도: 주로 실내 조명, 보안 시스템, 자동문 등에서 사용됩니다.
초음파 센서
- 원리: 초음파를 발사하고, 반사되어 돌아오는 신호의 변화를 감지하여 움직임을 감지합니다. 사람이나 물체가 지나가면 신호의 주파수 변화가 발생합니다.
- 용도: 주로 자동문, 주차 보조 시스템, 로봇 등에서 사용됩니다.
마이크로파 센서
- 원리: 마이크로파를 발사하고, 반사되어 돌아오는 신호를 분석하여 움직임을 감지합니다. 초음파 센서보다 더 넓은 범위를 감지할 수 있습니다.
- 용도: 보안 시스템, 자동 조명 시스템 등에서 사용됩니다.
광 센서 (광학 센서)
- 원리: 빛의 세기를 감지하여 사람의 존재를 판단합니다. 예를 들어, 일정한 밝기 이하에서만 작동하도록 설정할 수 있습니다.
- 용도: 자동 조명, 거리 감지 시스템 등에서 사용됩니다.

P. 207 상황에 맞는 출력 장치 선택하기

도난 방지 장치를 만들려고 한다. 이때 사용할 수 있는 효과적인 출력장치는 무엇인지, 그 이유와 함께 말해보자.

LED, LCD, OLED, 7세그먼트, 모터, 스피커 등 소리, 빛, 글자나 숫자를 출력하는 모든 요소를 출력 장치로 활용될 수 있습니다.

1. 경고음 발생기

즉각적인 경고: 도난이 감지되었을 때 즉시 큰 소리를 내어 주변 사람들에게 경고할 수 있습니다. 이는 범죄자의 심리를 위협하고, 도망치도록 유도하는 효과가 있습니다.
주변의 도움 요청: 경고음이 울리면 주변 사람들이 상황을 인지하고 신속하게 도움을 줄 수 있습니다. 이는 범죄를 예방하는 데 중요한 역할을 합니다.

2. 조명 장치

시각적 경고: 도난이 발생할 때 자동으로 조명을 켜서 주변을 밝히고, 범죄자를 드러내는 효과가 있습니다. 이는 범죄자가 도망가도록 유도하는 데 도움이 됩니다.
주변 인식 증대: 갑작스러운 조명 변화는 사람들의 주의를 끌어 주변 상황을 인지하게 하고, 이를 통해 추가적인 도움 요청이 가능해집니다.

P. 208 마이크로컨트롤러 활용하기

다음 전자 제품에서 마이크로 컨트롤러를 이용하여 실현할 수 있는 기능들을 예시와 같이 상상해서 적어보자.

전자 제품의 종류	실현할 수 있는 기능
냉장고	뜨거운 음식을 넣으면 냉기를 집중적으로 가해 음식의 온도를 금방 낮춘다.
세탁기	1. 세탁물 무게 감지: 세탁물의 무게를 감지하여 적절한 세탁 시간을 자동으로 조절합니다.
	2. 온도 조절 기능: 사용자가 선택한 세탁 코스에 따라 물 온도를 자동으로 조절하여 세탁 효율을 높입니다.
	3. 진동 감지: 세탁 중 진동을 감지하여 불균형 상태를 인식하고, 세탁기를 자동으로 조정합니다.
	4. 세탁 종료 알림: 세탁이 완료되면 사용자의 스마트폰으로 알림을 보내거나 음성으로 알려줍니다.
에어컨	1. 온도 및 습도 센서: 실내 온도와 습도를 감지하여 자동으로 최적의 냉방 또는 난방 모드를 설정합니다.
	2. 스마트 예약 기능: 사용자가 설정한 시간에 맞춰 자동으로 작동하도록 예약 기능을 제공합니다.
	3. 에너지 소비 모니터링: 에너지 소비량을 실시간으로 모니터링하고, 이를 사용자에게 알림으로 제공합니다.
	4. 팬 속도 자동 조절: 실내 온도에 따라 팬 속도를 자동으로 조절하여 효율적인 냉방을 구현합니다.

마이크로 컨트롤러의 기능

데이터 처리: 센서로부터 입력된 데이터를 수집하고 처리하여 특정 작업을 수행합니다. 예를 들어, 온도 센서에서 얻은 정보를 기반으로 냉장고의 온도를 조절합니다.
제어 기능 수행: 다양한 출력 장치(모터, 조명, 알람 등)를 제어하여 원하는 동작을 수행하도록 합니다. 세탁기의 경우 세탁 모드를 변경하거나 물의 온도를 조절하는 역할을 합니다.
상태 모니터링: 시스템의 상태를 지속적으로 감시하며, 이상 발생 시 경고를 발생시키거나 안전 장치를 작동시킵니다. 예를 들어, 에어컨의 필터가 막히면 사용자에게 알림을 보낼 수 있습니다.
통신: 다른 장치와의 데이터 통신을 통해 정보를 교환하거나 원격 제어 기능을 수행합니다. 스마트 홈 기기와 연동하여 사용자 편의성을 높입니다.
스케줄링 및 타이머 기능: 특정 시간에 동작을 수행하도록 예약할 수 있는 기능을 제공합니다. 예를 들어, 세탁기를 정해진 시간에 자동으로 작동하게 할 수 있습니다.