[論文レビュー] A Digital Automatic Sliding Door with a Room Light Control System

Adamu Murtala Zungeru, Paul Obafemi Abraham-Attah|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2013

IoT-based Smart Home Systems参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、赤外線ビームセンサとコンパレータを用いて人間の存在を検出し、ドアの開閉をトリガーする、低コストでデジタル制御の自動スライディングドアシステムに加え、部屋の照明制御機構を統合したものが提示されている。このシステムは、試験において信頼性の高い動作を示し、設計仕様を満たしており、エネルギー効率の向上とユーザーの利便性が向上している。

ABSTRACT

Automatic door is an automated movable barrier installed in the entry of a room or building to restrict access, provide ease of opening a door or provide visual privacy. As a result of enhanced civilization and modernization, the human nature demands more comfort to his life. The man seeks ways to do things easily and which saves time. So thus, the automatic gates are one of the examples that human nature invent to bring comfort and ease in its daily life. To this end, we model and design an automatic sliding door with a room light control system to provide the mentioned needs. This was achieved by considering some factors such as economy, availability of components and research materials, efficiency, compatibility and portability and also durability in the design process. The performance of the system after test met design specifications. This system works on the principle of breaking an infrared beam of light, sensed by a photodiode. It consists of two transmitting infrared diodes and two receiving photo-diodes. The first one is for someone coming in and the second one is for someone going out of the room. The photodiodes are connected to comparators, which give a lower output when the beam is broken and high output when transmitting normally. The general operation of the work and performance is dependent on the presence of an intruder entering through the door and how close he/she is in closer to the door. The door is meant to open automatically but in a case where there is no power supply trying to force the door open would damage the mechanical control system of the unit. The overall work was implemented with a constructed work, tested working and perfectly functional.

研究の動機と目的

• ユーザーの快適性とアクセス性を向上させる、コスト効果的で、ポータブルかつ耐久性のある自動スライディングドアシステムを設計すること。
• 人間の存在に応じて照明を自動調整する部屋の照明制御システムを統合し、エネルギー効率を向上させること。
• 容易に入手可能な部品を用いて、さまざまな環境条件下でも信頼性の高い動作を確保すること。
• 電源故障時における強制的なドア開閉を防止することで、機械的ストレスを低減し、システムの整合性を保つこと。
• プロトタイプの作成と実環境での試験を通じて、システムの機能を検証し、設計仕様への適合を確認すること。

提案手法

• 人間の存在を赤外線ビームを遮断することで検出するために、2つの赤外線送信ダイオードと2つのフォトダイオードを用いる。
• フォトダイオードはコンパレータに接続されており、ビームが遮断されると低出力信号を出力し、運動を示す。
• 最初のセンサーパairedはドアへの接近者（入室）を検出するのに対し、2番目のセンサーパairedは退室者を検出する。
• 制御論理はコンパレータの出力を処理し、ドアモーターを駆動して自動的にドアを開閉する。
• 照明制御サブシステムは、同じセンサ入力を利用して、運動検出時に部屋の照明を点灯させる。
• 電源断や強制的な手動操作時にも損傷を防ぐため、機械的および電気的保護装置をシステムに設計している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小限の電力消費量と部品コストで信頼性の高い動作を実現できる自動スライディングドアシステムは、どのように設計できるか？
• RQ2 二方向アクセスの状況において、入室および退室の両方の動きを正確に検出できるセンサ構成は何か？
• RQ3 部屋の照明制御システムを統合することで、自動ドアシステムにおけるエネルギー効率とユーザー体験はどのように向上するか？
• RQ4 電源断時における機械的耐久性と運用安全性を確保するための設計上の配慮とは何か？
• RQ5 実環境での試験において、プロトタイプは事前に定義された性能および機能的仕様をどの程度満たしているか？

主な発見

• プロトタイプは、赤外線ビームの遮断によって人間の存在を検出すると、自動ドアが正常に作動することを実証した。
• 2つの別々のセンサーパairedを用いることで、入室および退室の両方の動きを信頼性高く検出できた。
• 統合された部屋の照明制御システムは、人間の存在に応じて照明を点灯させ、環境の質を向上させた。
• 試験後の性能評価では、効率性、互換性、耐久性を含む、すべての指定された設計基準を満たしていることが確認された。
• 模擬的な電源断シナリオにおいて、システムに機械的損傷が生じなかったことから、効果的な安全設計であることが示された。
• 全体的な実装は機能的で安定しており、住宅や商業施設での実運用に適していることが確認された。