7조-7조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 개인용 무인 택배함을 포함한 바코드 기반 택배 관리시스템

영문 : Barcode-based delivery management system including private unmanned delivery box

과제 팀명

7조

지도교수

김상주 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 한*국(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 남*준

서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 변*훈

서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 이*준

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

• 우리나라의 1인가구가 매년 증가해 전체 가구에서 차지하는 비중이 40%에 육박해 모든 가구들보다 높은 비중을 차지하게 됐고 국내 택배 이용량이 매년 10%이상씩 성장하고 있는 상황에서 택배를 집에서 직접 받아 줄 수 있는 가족이 없는 1인가구 특성상 비대면 택배 배달도 증가하고 있으며 이 과정에서 택배 도난, 분실에 따른 피해도 나날이 증가하고 있다. 도난, 분실의 걱정 없이 바코드 인식 기능과 관리 어플리케이션을 통해 택배 기사와 수취인이 모두 간편하게 사용할 수 있으며 높은 공간효율성으로 많은 1인가구에서 사용 가능한 개인용 무인 택배함을 포함한 바코드 기반 택배 관리시스템을 개발한다.

개발 과제의 배경

• 1인 가구 및 택배 이용량 증가 : 1인 가구와 택배 이용량은 매년 증가하는 추세이다. 대부분의 1인 가구는 하루의 많은 시간을 경제활동에 소비하므로 집에 부재중인 경우가 많아 택배를 직접 받는 것에 어려움이 있으며, 최근 코로나 상황으로 인해 비대면 택배 수령의 필요성이 대두되고 있다. 이는 무인 택배함에 대한 수요로 이어진다.

• 비대면 택배 배송의 문제점  : 비대면 택배 배송이 늘어남에 따라 다양한 문제점이 생겨나고 있는데 가장 큰 문제점은 택배 도난 사고의 증가이다. 무인 택배함을 이용하기 어려운 곳은 택배를 문 앞에 배송할 수밖에 없고 이 때문에 택배는 도난에 취약한 환경에 놓인다. 그뿐만 아니라 문 앞에 놓인 택배에서 개인정보가 노출되어 각종 범죄에 악용될 수 있는 위험에 처하게 된다. 이로 인해 무인 택배함의 필요성이 증가하였다.

• 무인 택배함 사용 시 어려움  : 최근 도심 여러 장소에 설치된 무인 택배함은 부재중 택배 보관의 편리성과 안전성을 일부분 제공해주었다. 하지만 무인 택배함의 필요성이 큰 1인 가구의 접근성이 낮다는 문제점이 있다. 또한, 무인 택배함을 이용하는 방법에도 번거로움이 존재한다. 기존 제품들의 경우 개폐를 위해 열쇠나 비밀번호를 사용한다. 열쇠형 무인 택배함은 한 번 택배함을 닫은 이후에는 열쇠를 사용하여 열어야 하므로, 2개 이상의 택배를 받기 어렵다는 문제점이 있다. 비밀번호형 무인 택배함은 사전에 택배 기사에게 비밀번호를 알려줘야 하므로 보안상 주기적인 비밀번호 변경이 필요하고 이는 또다시 새로운 비밀번호를 택배 기사에게 전달해야 하는 번거로움으로 이어진다. 따라서 기존의 무인 택배함이 가지고 있는 단점을 보완할 수 있는 더 효율적인 배송시스템이 필요하다.

• 코로나 상황으로 인한 택배 살균의 필요성 : 코로나 확산 추세가 꺾이지 않고 계속하여 증가하는 가운데 소비자들은 택배 수령 시 택배를 통한 감염 가능성에 대해 우려하는 목소리 또한 커지고 있다. 이에 맞춰 한 물류 회사는 안전한 배송을 위해 배송 완료 직전 택배 상자에 살균 소독을 하는 절차를 추가하였다. 택배 상자의 살균 절차로 수령자는 기존보다 안심하고 택배를 받을 수 있게 되었다. 하지만 모든 택배 상자를 택배 기사가 일일이 살균하는 과정을 거치기에는 시간의 낭비가 발생하여 택배 배송이 늦어질 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

개발 목표

• 바코드를 통한 택배함 이용 : 택배 수령자와 택배 기사는 바코드를 이용하여 택배함 잠금장치를 해제할 수 있다. 먼저 택배 기사는 송장 번호로 이루어진 바코드로 택배함을 열 수 있다. 해당 송장 번호는 택배 수령자가 택배 발송 시에 앱을 통해서 데이터베이스에 저장하여야 한다.

택배 수령자는 앱에서 개인 바코드를 통해 택배함을 열 수 있다. 해당 바코드는 보안을 위해 일정 유효시간을 두고 갱신되며 랜덤하게 생성된다.

• 택배함 잠금장치 : 택배함은 솔레노이드 잠금장치와 문 닫힘 감지 센서를 사용하여 개폐한다. 바코드가 정상적으로 인식이 되면 솔레노이드 잠금장치가 해제되고, 택배함 이용이 끝난 이후 문이 닫히면 문 닫힘을 감지하기 위한 자석 센서 인식을 통해 솔레노이드 잠금장치를 활성화한다.

• 도난 방지 시스템 : 택배의 도난을 방지하기 위해서 두 가지 방법을 사용할 것이다. 첫 번째는 진동 센서 모듈을 통한 충격 감지이다. 택배함을 비정상적인 방법을 통해 열려고 시도할 경우 평소와는 다른 충격 및 진동이 발생할 것이다. 이를 센서를 통해 인식하여 사용자에게 알려줄 수 있다.

두 번째는 카메라 모듈이다. 택배는 한 번에 여러 건의 배송이 이루어질 수 있고 여러 건의 배송이 다른 시간에 이루어질 수도 있다. 배송이 완료되어 택배함이 닫히면 카메라를 통해 택배함 내부 사진을 찍어 사용자 어플리케이션에 전송함으로써 정상적으로 배송이 이루어졌음을 확인할 수 있다.

• 택배함 UV 살균 : 택배는 다양한 환경에 노출이 된 채로 배송이 이루어진다. 바이러스 방역과 감염 예방을 위해 택배 배송이 이루어지면 택배함 내부에 설치된 UV 살균기를 통해 택배를 살균한다. 포스트 코로나 시대에 감염병 걱정 없이 안전하게 택배를 받을 수 있다.

• 어플리케이션 : 사용자는 어플리케이션을 통해 택배함을 이용한다. 우선 어플리케이션에서 택배함을 등록하여 택배함을 개인화한다. 이는 택배함에 대한 접근을 어플리케이션 사용자만 할 수 있음을 의미하며, 어플리케이션에서 사용자 바코드를 생성하여 택배함을 열 수 있다.

다음으로 택배 등록 및 택배 목록 확인이다. 택배 등록 기능은 송장 번호와 택배에 대한 간단한 설명 입력이 가능하며 이후 배송이 이루어졌을 때 입력한 설명을 통해 택배를 쉽게 식별할 수 있다. 배송목록 페이지에서는 배송 전 택배들과 배송이 완료된 택배들을 확인할 수 있는데, 택배가 언제 배송이 이루어졌는지를 배송 당시 찍힌 사진과 함께 확인할 수 있다.

택배 배송조회 또한 가능하다. 택배 배송조회 API를 활용하여 현재 등록한 택배의 배송현황을 어플리케이션을 통해 확인한다.

마지막으로 택배함 원격 제어이다. 택배함은 문 앞에 설치되어 와이파이 등과 같은 네트워크 환경에 연결되어 있어 어플리케이션을 통한 원격 제어가 가능하다. 원격으로 택배함을 열기 위한 잠금장치 제어와 현재 택배가 제대로 보관되고 있는지 등을 확인하기 위한 카메라 제어를 구현한다.

개발 내용

• 택배함 기구부 구현 : 택배함은 무거운 택배도 보관이 쉽도록 철재로 제작한다. 1인 가구의 특성상 문 앞에 많은 공간이 없을 가능성이 크므로 문에 걸고 사용할 수 있도록 한다. 또한, 공간 효율성을 위해 다단으로 펼치고 접을 수 있는 방식을 적용한다. 바코드로 잠금 해제 시 사용자가 알 수 있도록 효과음을 적용한다.

• Firebase : 데이터베이스는 Firebase를 이용한다. Firebase에는 사용자 정보, 사용자 바코드, 송장 번호, 택배 정보 및 배송목록, 카메라 모듈에서 전송된 사진 등을 보관하고 접근할 수 있다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

• 무인택배함 : 무인택배함은 택배 배달 시 수령자가 부재중이어도 배송을 완료할 수 있도록 하는 일종의 사물함이다. 택배 도난 사고나 개인정보 유출로 인한 범죄를 막기 위해 점점 확대되고 있는 추세이다. 핵가족, 1인가구, 맞벌이 가정이 증가와 온라인 쇼핑의 증가로 인한 수령자 부재중 상황이 많아지면서 무인택배함의 필요성 또한 늘어나고 있다.

이러한 무인택배함의 최신 현황 중 하나는 아래와 같은 ‘스마일박스’이다. 스마일박스는 수령자 집 근처에 설치되어 있는 스마일박스를 배송지로 설정하여 배송받는 형태이다. 택배를 수령할 때는 택배 도착 후 발송된 상품수령 인증번호를 사용한다.

• 택배 송장번호 : 송장번호는 택배의 이동현황을 수령자가 쉽게 알수 있도록 만들어진 9~12자리로 이루어진 숫자조합니다. 기존에는 송장번호를 표현하기 위해 바코드를 사용하였으나, 최근에는 2차원 코드 국내 표준으로 지정된 QR코드를 사용하기도 한다.

특허조사 및 특허 전략 분석

관련 특허 조사

• 택배 수취 시스템

- 수령자는 저장해둔 지문을 통해 택배함을 열 수 있음

- 택배 기사는 택배함 이용에 송장의 바코드를 이용

- 제어부로 전송된 바코드에서 수령자 주소 정보를 확인

- 등록된 주소와 일치할 경우 택배함이 열림

• 무인 택배함

- 와이어를 활용해 택배함을 현관문에 연결하는 구조

- 택배함 뒷부분의 자석을 통해 문에 고정

- 슬라이드 식으로 부피를 변형 가능

• 개인용 무인 보관함 및 이를 이용한 우편/택배 관리 시스템

- 세대별로 구비된 개인용 무인 보관함

- 보관함 번호와 도어 비밀번호를 포함하는 코드를 생성하는 개인용 무인 보관함

- 위의 코드를 인식하는 배송용 애플리케이션

- 위의 정보들을 관리하는 우편/택배 관리 서버

• 개인용 택배함 장치

- 택배함을 접을 수 있는 구조

- 택배함에 연결된 후크를 통해 택배함의 도난을 방지

• 공동주택의 스마트 택배 시스템

- 택배함에 바코드를 인식시키면 바코드에서 수령자의 정보를 읽어냄

- 수령자의 정보가 제어부에 있으면 빈 보관함을 선정하여 개방

- 보관함 정보를 공동주택 관리 서버로 전송

- 수령자의 핸드폰을 사용하여 인증 코드를 스캔하면 보관함이 개방

특허 전략

• 택배 상자에 붙어있는 운송장의 바코드를 사용한다는 점에서 우리가 만들고자 하는 것과 유사성이 있다. 그러나, 위의 특허들은 송장 번호 바코드를 통해 주소나 전화번호 등의 개인정보를 사용하지만, 최근의 로드맵 추세를 볼 때 SQRC와 블록체인 등으로 인해서 운송장 번호로만 가지고는 이러한 정보들을 알아내기 어려울 것이다. 따라서 애플리케이션을 통하여 주문한 번호의 오직 운송장 번호만을 통해서 일회용 인증 바코드를 만들고 제어부로 전송하여 암호키로 사용할 예정이다. 또한, 특허에서 애플리케이션으로 알림 등을 받기만 하는 것과 달리 앱을 통해서 원격으로 택배함을 조작(개폐, 사진 촬영)기능 등을 통해서 기존의 특허를 갖는다.

기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

• 스카이박스

- 장점: 강판으로 설계하여 외부 충격이나 물품 하중에 강하다. 전면부 아크릴창 설계로 내부물품 보관 상태를 확인할 수 있다.

- 단점: 설치 위치가 고정되어 있지 않아 택배함 도난에 취약하다. 현관문 옆에 설치하여 공간이 부족할 수 있다.

• 어메이징그레이스

- 장점: ABS 플라스틱 소재로 제작해 무게대비 하중에 강하다. 3단으로 펼칠 수 있다. 와이어나 칼블럭을 사용하여 현관문이나 벽에 설치할 수 있다.

- 단점: 타사 제품 대비 가격이 높다. 현관문마다 걸쇠가 장착 가능한 면적이 달라 간혹 와이어 방식으로 설치할 수 없을 수가 있다. 칼블럭은 동봉되어 있지 않아 따로 구매가 필요하다.

• 샤렌스

- 장점: 접이식 택배함 구조로 사용하지 않을 시 공간 활용성이 뛰어나다. 크기 대비 가격이 제일 저렴하다.

- 단점: 접이식 방식을 채택하기 위해 얇은 철판과 다수의 경첩을 사용하여 파손에 취약하다.

마케팅 전략 제시

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

• 바코드 기반 개인용 무인택배함 모델 제시 : 통합택배 API, 바코드 인식 시스템과 스마트폰 애플리케이션을 연동해 택배 관리와 잠금장치 제어를 함으로써 이전에 없던 직관성과 편리함, 보안성을 얻는다.

• 다양한 모듈을 통한 부가기능 : 진동감지 모듈을 통해 도난방지 시스템을 구현하고, UV 살균기를 설치하여 택배함 내부 및 택배 살균기능, 카메라를 탑재하여 택배를 원격으로 확인할 수 있다. 이를 통해 사용자의 편의성을 증가시킨다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

• 오배송, 택배 도난 사고 방지로 인한 손실 방지 : 택배 오배송과 도난 사고 등으로 인한 경제적 손실은 막대하다. 우체국 택배는 오배송 및 도난 사고로 인해 최근 5년간 42억을 배상했다. [그림 3]을 참고하여 단순 계산 시 6개 주요 택배사에서 발생한 분실, 파손으로 인한 손해는 약 462억 원 정도로 추산된다. 바코드 기반 택배 배송시스템 사용 시 택배사는 기존 시스템의 변화 없이 이러한 손해를 크게 줄일 수 있을 것이다.
• 배송시간 축소로 인한 택배 업무 효율성 증가 : 기존 무인택배함을 활용한 배송 업무 프로세스는 아래처럼 5단계로 이루어져 있다.

<택배함 개방> - <택배 배송> - <배송요청 사항 확인> - <비밀번호 설정> - <택배함 위치 전송>

하지만 바코드를 활용한 무인택배함 배송 업무는 위의 단계에서 <배송요청 사항 확인>과 <비밀번호 설정> 절차를 제외한 <바코드 인식 및 택배함 개방> - <택배 배송> 2단계로 배송이 이루어진다. 통계에 의하면 택배 기사 1인의 택배 처리 물량은 월평균 5165건으로 주 1291건꼴이다. 택배 기사가 평균 주 71시간 근무하므로 배송 건당 약 73초가 소요됨을 계산할 수 있다. 3단계를 줄임으로써 배송 건당 약 20초를 절약할 수 있다고 가정한다면 배송업무 효율 27% 향상을 기대할 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항

• 필요사항

• 희망사항

설계 사양

• 제품의 설계사양은 앞에서 정리한 요구사항을 중심으로 택배 물건을 보관하게 되는 기구부와 암호 키를 통한 개폐 시스템, 그리고 그 외 세부 기능으로 나누었다. 기구부의 경우 신체적 편의성을 고려하여 높이를 정한 뒤 CATIA를 이용하여 모델링 한 뒤, FEM 해석을 통하여 최대 25kg의 물건을 배치했을 때 처짐이나 파손이 발생하지 않는 구조를 선택한다.
• 개폐 시스템은 어플을 이용하여 등록한 값을 데이터베이스에 미리 저장하고, 문을 열기 위해 잠금장치 해제를 시도했을 때 그 값을 라즈베리파이를 통하여 전송하여 데이터베이스에 있는 값과 비교하여 잠금 해제 여부를 오작동 없이 판단할 수 있는 구조를 선택한다.

• 설계변수 중요도

개념설계안

이론적 계산 및 시뮬레이션

• 택배함

- Catia V5에서 제공하는 GSA(Generative Structural Analysis)의 Von-Mises stress 계산을 통해 구조해석을 진행.

- 사용하중은 목표 최대하중인 25kg을 기준으로 택배함이 최대 신장일 때 밑바닥에 분포하중이 작용하는 것으로 설정

- 재질은 항복 응력이 215Mpa인 Stainless Steel Sheet 304를 사용.

- 택배함의 두께는 1mm와 2mm를 사용

- 1mm : 총 무게는 9.36kg이고 Von-mises-stress는 외부 박스와 내부 박스의 접합부에서 최대인 13.6MPa만큼 작용, 안전 계수는 15.8

- 2mm: 총 무게는 16.89kg이고 Von-mises-stress는 외부 박스와 내부 박스의 접합부에서 최대인 7.82MPa만큼 작용, 안전 계수는 27.5

안전 계수는 2mm가 좋지만, 1mm일 때도 충분한 안전 계수를 가지고, 경량성도 고려해야 하기 때문에 택배함의 두께는 1mm을 사용.

• 스틸봉 브라켓

- Catia V5에서 제공하는 GSA(Generative Structural Analysis)의 Von-Mises stress 계산을 통해 구조해석을 진행.

- 사용하중은 택배함 자체의 무게 + 목표하중 25kg을 고려해서 50kg을 사용, 봉의 아래부분에 하중이 작용하는 것으로 설정

- 재질은 항복 응력이 250Mpa인 Steel을 사용.

- 택배함 접합부는 1mm와 2mm를 사용

- 1mm: 총 무게는 0.145kg이고 Von-mises-stress는 문걸이의 모서리 부분에서 최대인 53.9MPa만큼 작용, 안전 계수는 4.64

- 2mm: 총 무게는 0.164kg이고 Von-mises-stress는 문걸이의 모서리 부분에서 최대인 13.7MPa만큼 작용, 안전 계수는 15.7

안전 계수는 2mm 일 때가 좋지만, 1mm도 안전계수가 충분히 좋고, 두께가 얇은 것이 설치가 용이하기 때문에 스틸봉의 두께는 1mm을 사용.

부품도

• 내부 박스

• 외부 박스

• 택배함 문

• 경첩

• 브라켓

• 스틸봉

• 잠금장치 부재

• 문 손잡이

조립방법

• 택배함 본체

1. 내부 박스를 화살표 방향대로 ① 내부 박스의 외부 턱과 ② 외부 박스의 내부 턱이 만날때까지 ② 외부 박스 안으로 집어넣는다.

(외부 박스의 내경이 내부 박스의 외경보다 크다.)

2. ① 내부박스가 ② 외부박스의 반대방향으로 튀어나오게 된다.

3. 이후 그림의 뒤에 해당되는 ② 외부 박스의 뒷부분에 ③외부박스 뒷판을 용접하면 그림dl 된다.

• 택배함 문 및 소조립체

1. 그림에서 보안을 위해 볼트/너트를 사용하지 않고 ⑤ 경첩 세개를 각각 ④ 택배함 문의 왼쪽 바깥쪽에 용접한다.

2. 그림처럼 ⑪ 문 손잡이와 ④ 택배함 문을 용접한다.

3. 나머지 경첩부위를 ① 내부박스와 용접하여 ④ 택배함 문과 ① 내부박스를 연결시킨 뒤

내부박스의 ⑦ 위쪽, ⑧ 아래쪽, ⑨ 오른쪽에 사각 파이프를 용접하여 설치한다.

4. ⑥ 솔레노이드 잠금장치를 ④ 택배함 문 왼쪽 안쪽에 용접한다. 마찬가지로 보안을 위해 볼트/너트는 사용하지 않는다.

• 브라켓 스틸봉

1. 그림에서 ⑧ 브라켓+봉을 화살표 방향으로 이동시켜 ② 외부박스의 상단 구멍과 결합하고

2. 그림처럼 봉과 박스의 연결부위 상하단을 ⑩ 너트로 고정시킨다.

• 내부박스 문 손잡이

① 내부박스의 양면에 그림처럼 ⑪ 문손잡이를 용접시켜 결합한다.

• 모듈 설치

완성된 택배함 본체에 그림과 같은 배치로 모듈들을 설치한다.

전체 조립도

제어부 및 회로 설계

• 전체 회로도

• 모듈 박스

모듈함에 위치하는 회로 구성은 라즈베리파이, 12V 건전지 소켓, UV 램프 안정기 등이다. 라즈베리파이 및 대부분 모듈은 5V의 전력으로도 동작할 수 있다. 이들은 라즈베리파이 내부전력으로도 감당하지만, 문의 잠금을 담당하는 솔레노이드 잠금장치와 살균을 담당하는 UV 램프는 12V의 전압을 요구하므로 별도의 전력공급이 필요하다. 따라서 AA 건전지 8개로 12V의 전압을 내는 건전지 소켓을 사용한다.

• 택배함 내부

택배함 내부는 택배함 내부 촬영을 위한 카메라, 내부와 물품을 살균하기 위한 UV 램프, 택배의 도난시도를 판별하기 위한 진동감지 센서로 구성된다. 진동감지 센서의 경우 아날로그값을 출력하지만 라즈베리파이는 디지털 값만 입력으로 받을 수 있다. 따라서 ADC 모듈을 통해 진동감지 센서의 아날로그값을 디지털 값으로 변환하여 라즈베리파이에 전송한다.

• 택배함 문 부근과 외부

택배함 외부 및 문에 부착되는 물건으로는 LCD, 솔레노이드 잠금장치, 문닫힘 감지 센서, 버튼 등이 있다. LCD는 택배기사에게 문이 열고 닫힌 상태, 바코드 유효 여부 등을 알려주는 데 사용된다. 솔레노이드 잠금장치는 바코드 리더기에서 유효한 바코드가 인식 되었을 경우 해제된다. 문닫힘 감지 센서는 2개 사이의 간격이 일정 이상으로 가까워 지면 문이 닫혔음을 확인하고 솔레노이드 잠금장치를 동작시킨다. 택배 전달에 문제가 생기거나, 바코드가 존재하지 않는 물건을 전달하고자 할 때는 버튼을 통하여 라즈베리파이가 신호를 받아 사용자와 배달 기사 간의 비대면 배송을 할 수 있다.

소프트웨어 설계

전체 소프트웨어 구조

라즈베리파이

- 메인 코드와 다른 코드들의 간섭을 피하기 위해 진동감지, LCD, 바코드 스캐너, 카메라 모듈은 서로 다른 스레드에서 동작이 이루어진다.

- 바코드 스캐너 스레드는 바코드를 스캔하면, 그 코드를 메인코드에 전달하고 바코드 입력을 받았음을 알리는 역할을 한다.

- 진동 감지 스레드는 진동이 일어난 것을 감지하고, 진동 감지된 것을 파이어베이스에 전송하고, 카메라에 촬영을 하는 명령을 시킨다.

- 카메라 스레드는 진동감지 스레드, 메인 코드, 라즈베리파이에 사진 촬영 횟수를 명령 받아서 사진을 촬영하고, 그 사진을 파이어베이스에 전송하는 역할을 한다.

- LCD는 메인 코드에서 시간과 출력 내용을 전달받아 LCD 화면에 출력한다.

- 메인 코드는 문이 열고 닫힘과 uv램프를 동작하는 데 사용된다. 문을 열 때는, 바코드 스캐너에서 코드값을 전달 받아서 문을 열 수 있다. 또한 현재 일어나고 있는 상태를 LED로 출력하고 카메라에 사진 촬영을 명령하는 역할을 한다.

- 파이어베이스는 라즈베리파이와 데이터를 주고 받는데 사용된다. 진동감지, 카메라의 사진, 메인코드 에서 문 열림 닫힘, 잘못된 바코드 입력 보고를 받고, 카메라에게 촬영을 명령하고, 미리 저장된 바코드 값을 메인 코드에 전송하고, 강제로 문을 여는 명령을 줄 수 있다.

- 먼저 스레드를 시작한다. 그 후, 사용자가 강제 문 열기를 했는지 확인하고, 현재 시간을 최신화한다. 버튼의 입력이 있으면 파이어스토어를 통해서 기사 쪽에서 문제가 있다는 것을 사용자에게 알려준다. uv 램프가 켜져있는지 확인하고, 시간이 종료되면 램프가 OFF되도록 확인한다.

- 다음, 문이 잠겨있는지 확인한다. 먼저, 문의 잠금이 해제 되었을 경우 문을 닫기 전까지는 잠금장치가 작동해서는 안되고, 문이 닫히고 3초가 지나면, 잠금장치에 출력을 주어 잠금을 시키고, uv램프를 켜서 살균 시작하고, LCD에 close를 출력하고 내부 사진 촬영 및 firestore에 이 사실을 전송한다.

- 문의 잠금이 작동할 때는, 사용자가 강제 문 열기 명령을 내렸는지 확인하고, 그러한 명령이 없으면 바코드의 입력을 확인한다. 바코드 스캐너에서 입력을 받으면, firestore에서 저장된 코드값을 불러오고, 스캔한 값과 비교한다. 스캔한 값과 동일하면 잠금을 해제하고, uv램프를 OFF, lcd에는 open을 출력하고, 카메라로 촬영을 준비한다. 그리고 문이 열려있다는 것을 firestore로 전송한다.

- 스캐너로 입력 바코드가 등록되지 않은 바코드를 3번 이상 입력했을 때는 이 사실을 firestore으로 전송한다.

- 스레드 1은 진동감지 센서로, 진동감지센서가 읽은 값 중 첫 번째로 기준선을 넘은 뒤 10초 동안 일정값 이상의 진동 값이 30회 이상 나오면, 파이어베이스에 도난감지 메시지를 전송하고, 카메라 스레드에 3번 사진을 촬영하도록 명령한다.

- 스레드 2는 바코드 스캐너로, 바코드 값을 입력 받으면 입력 받았다는 정보와 입력 받은 값에서 노이즈를 제거한 코드를 메인코드에 전달하는 역할을 한다.

- 스레드 3은 LCD 출력으로, 메인코드로부터 LCD 출력 시간과, 출력 내용을 받으면 그 내용을 LCD로 출력시켜주는 역할을 한다.

- 스레드 4는 카메라 모듈을 담당하고, 진동 감지 스레드, 메인 코드, 파이어베이스에서 카메라 촬영횟수를 입력 받으면 사진을 촬영해서 파이어베이스 스토리지에 이미지를 전송하는 역할을 한다.

애플리케이션 설계

• 로그인 및 회원가입

어플은 사용자의 이메일주소와 비밀번호를 입력받는 로그인 화면으로 시작한다. 최초 사용자는 회원가입 후 로그인이 가능하다. 사용자는 회원가입 화면에서 이메일과 비밀번호, 택배함 이름을 입력하여 데이터베이스에 사용자 정보를 등록할 수 있다. 이때 택배함 이름은 구입한 택배함의 고유한 이름이다. 회원가입한 정보로 로그인 후 택배함과 관련한 기능을 사용할 수 있다.

• 메인화면

사용자는 메인화면에서 ‘QR코드’ 생성, ‘택배등록’, ‘택배목록’ 확인, ‘로그목록’ 확인, ‘회원탈퇴’의 기능들을 사용할 수 있다.

• QR코드 활성화 및 비활성화 화면

메인화면에서 QR코드 버튼을 누르면 사용자는 택배함을 열기 위해 사용되는 코드를 발급받는다. 해당 QR코드는 랜덤한 문자열로 생성되며, 15초의 유효기간이 지나면 화면에서 사라진다. 이때 나타난 화면의 ‘REFRESH’버튼을 통해 QR코드를 재생성할 수 있다. QR코드 화면은 구글에서 제공하는 ‘Zebra Crossin(Zxing)’라이브러리를 활용하여 구현한다.

• 택배등록

택배등록은 배송예정인 택배의 송장번호와 택배에 대한 간단한 설명을 입력하여 이루어진다. 송장번호는 택배기사가 택배함의 잠금장치를 해제할 때 사용되고, 택배내용은 택배목록에서 사용자가 택배를 식별하는 데 쓰인다.

• 택배목록 화면

택배목록은 ‘배송전’과 ‘배송완료’목록으로 나뉜다.

• 로그목록 화면

로그목록에서는 택배함 개폐, 도난 시도 감지, 바코드 3회 오류 등과 같은 택배함과 관련된 상호작용들을 확인할 수 있다. 도난 시도 감지의 경우 데이터베이스로부터 당시의 사진(5장)을 다운받을 수 있다. 로그목록은 최대 10개 항목이 시간순서대로 정렬된다.

• 회원탈퇴

더 이상 택배함을 사용하지 않는 사용자는 회원탈퇴를 통해 데이터베이스에서 사용자와 관련된 정보를 전부 삭제할 수 있다.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

• 택배함 외부

• 택배함 내부

포스터

특허 출원번호 통지서

관련사업비 내역서

완료작품의 평가

향후계획

• 편의성

현재 제작한 프로토타입 모델의 경우 지속적인 전원 공급을 요구하는 모델이다. 현재는 모듈 선 배치나 전원 공급 경로가 다소 불편하게 설계되어 있다. 이를 개선하기 위해 모듈을 효율적으로 배치하고 전원을 공급한다면 좋을 것이다.

• 안전성

택배함 프로토타입은 내구성과 내부식성을 위해 스테인리스 스틸 소재로 제작되었다. 하지만 이 때문에 전기적 합선 위험에 쉽게 노출되는 환경이다. 그 예로 모듈 배치 도중 택배함과 회로간의 합선으로 인한 쇼트 발생으로 인해 해당 모듈이 망가지는 경우도 발생하였다. 따라서 이후 제작한다면 내구성과 내부식성을 확보하는 스테인리스 스틸 소재와 더불어 내부 코팅과 같은 별도의 절연처리를 하면 좋을 것이다.

• 경제성

국제적인 원자재 가격 상승, 반도체 공급난, 제한된 시간과 개발비용으로 인해 역설적으로 여러 부품을 구매해 테스트해보지 못하고 성능이 보장된 고가의 부품들을 구매해 사용해야 했던 탓에 개발비용이 크게 상승하였다. 강판, 반도체 등의 가격 사이클이 안정화 되고 라즈베리 파이, 바코드 스캐너 등을 아두이노 메가 및 저가의 바코드 스캐너로 대체한다면 보다 높은 경제성을 확보 할 수 있다

부록

참고문헌 및 참고사이트

1. Google firebase, https://firebase.google.com

2. 바코드 입력 코드, https://gist.github.com/michelbl/efda48b19d3e587685e3441a74457024

3. I2c LCD 코드, https://github.com/the-raspberry-pi-guy/lcd

관련특허

1. 택배 수취 시스템, 10-2013-0152214 (2013.12.09)

2. 무인 택배함, 10-2015-0048514 (2015.04.06)

3. 개인용 무인 보관함 및 이를 이용한 우편/택배 관리 시스템, 10-2016-0117922 (2016.09.13)

4. 개인용 택배함 장치, 10-2019-0039367 (2019.04.04)

5. 공동주택의 스마트 택배 시스템, 10-2019-0076357 (2019.06.26)

소프트웨어 프로그램 소스

7조 소스코드 깃허브