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2023년 12월 14일 (목) 18:34 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 스마트 캡슐 커피 디스펜서

영문 : Smart Capsule-Coffee Dispenser

과제 팀명

상자가베

지도교수

황면중

개발기간

2023년 9월 ~ 2023년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2017430036 정*(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 2018430010 김**

서울시립대학교 기계정보공학과 2018430020 김**

서울시립대학교 기계정보공학과 2018430026 박**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제를 통해 시중의 여러 커피 캡슐을 동시에 보관 가능하고, 커피 사용량을 확인할 수 있는 스마트 캡슐 커피 디스펜서(이하 디스펜서)를 제작한다. NFC기술을 이용하여, 사용자는 추가적인 조작 없이 쉽게 사용 가능하며, 디스펜서는 사용자를 인식하고 그에 따른 개인 통계를 제공한다. 개인 통계는 캡슐 커피를 통해 알 수 있는, 섭취량, 칼로리, 카페인 등을 이용한다. 클라우드 데이터 베이스를 사용하여 여러 기기의 데이터를 동시에 확인할 수 있으며, 사용자의 개인 통계는 기기, 장소에 관계없이 같은 디스펜서 제품이라면 자신의 커피 이용 통계를 기록 및 이용할 수 있다. 이는 기존의 캡슐 커피 시장에서 새로운 형태의 서드-파티 디바이스를 제시함과 동시에 쉬운 사용성, 넓은 범용성 등을 장점으로 개인 소비자만이 아닌 커피 머신을 동시에 여러 개 관리하는 기업 등의 고객을 상대로도 상품성을 갖출 수 있을 것이다. 또한 수집되는 다양한 브랜드에 대한 캡슐 커피 소비에 대한 데이터는 커피 시장의 빅데이터 산업에서 중요한 자원이 될 것이다.

개발 과제의 배경

배경

캡슐 커피는 일정한 분량의 원두를 캡슐에 담아 호환되는 기기에 집어넣어 커피를 추출할 수 있는 제품으로, 누구나 간편하게 원두커피를 즐길 수 있다는 장점이 있다. 커피 캡슐 시장은 코로나 이후로 홈카페와 오피스카페의 인기가 커지면서 그 규모가 급격하게 증가해 왔다. 2018년 이후 4년 만에 4배의 성장을 이루었다. 현재 캡슐 커피 시장의 상품은 23년 기준 4000억 원 규모의 시장에 비해 크게 두 가지뿐이다. 회사마다 고유한 커피 캡슐과, 그것을 이용할 수 있는 커피 머신이다. 현재 시장에서는 주도적인 파생 상품이 존재하지 않는다. 따라서 기존의 단일 브랜드 커피 캡슐을 단순 보관 및 분리 기능을 했던 기존의 캡슐 커피 디스펜서(그림 1)를 발전시켜 보다 범용적으로 만들고, 사용자 및 관리자 모두에게 유용한 편의 기능을 추가하여 경쟁력을 갖출 것이다.

그림 1 기존의 일반적인 캡슐 커피 디스펜서

기대효과

본 팀은 커피 캡슐이 규격화가 되어있다는 것을 이용하여 사용자가 소비하는 캡슐 커피의 개수를 이용하여 다양한 통계 및 편의 기능을 제공할 것이다. 또한 클라우드 데이터 베이스를 사용하여 장소, 기기의 제한 없는 서비스를 제공할 것이다. 이용자는 한 명의 회원이 되어 커피 머신, 사용 캡슐, 소비 장소에 제한 없이 본 팀의 디스펜서를 이용한다면 모든 서비스를 이용할 수 있을 것이다. 이용자가 아닌 관리자 또한 데이터 베이스를 통해 여러 기기를 동시에 편하게 관리할 수 있을 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

목표

NFC를 이용해 이용자를 구분하고, 무게 센서를 이용해 이용자가 사용하는 커피 캡슐의 종류와 양을 파악하고, 이를 이용해 이용자 개인의 캡슐 커피 통계를 작성하는 디스펜서와 이를 확인할 수 있는 앱, 중앙에서 모든 데이터를 관리 및 저장할 클라우드 데이터 베이스를 제작한다.

내용

1) 데이터베이스

그림 2 데이터베이스 개략도

데이터베이스는 그림2와 같은 구조로 구성되어 있다.

기기 데이터

기기 데이터는 데이터 베이스에 존재하는 디스펜서 기기에 대한 정보를 담고 있다. 서버 상 여러 개 존재할 수 있다.

중앙 관리 데이터

기기의 시리얼 넘버와 기기를 사용 중인 개인 ID, 기기가 보관 중인 캡슐 종류와 개수 등을 알 수 있다. 중앙 관리 데이터는 모든 데이터 베이스를 통틀어 단 하나만 존재한다. 모든 개인 ID와 그에 맞는 통계 데이터 그리고 시중의 캡슐 커피에 대한 정보를 저장한다. 시중의 캡슐 커피에 대한 정보란 이름, 개별 무게, 칼로리, 카페인 등 개인 ID 통계에 필요한 캡슐 커피의 정보를 의미한다.

2) 모듈형 커피 디스펜서

커피 디스펜서는 ‘메인 바디’, ‘종류별 캡슐 디스펜서' 두 가지 모듈로 구성되어 있다

메인 바디

NFC 키, 무게 감지 센서, MCU(Micro Controller Unit), LED로 이루어져 있다. MCU를 통해 NFC, 무게감지 센서 등을 제어한다.

종류별 캡슈 디스펜서

캡슐 종류별 규격에 맞춰 커피 캡슐을 보관할 수 있는 디스펜서 파츠이다. 기계적 구조물이다.

그림 3 커피 디스펜서 구조 초안

메인 바디는 그림 3과 같이 여러 라인을 가진 커피 디스펜서 정면에 NFC 스티커와 LED 모듈을 부착하고, 내부에 MCU와 압력 센서를 넣어 제작할 예정이다. NFC 스티커는 사전 설정을 통해 핸드폰과 접촉할 시 기기의 시리얼 넘버 정보와 전용 App의 특정 동작을 유도한다. LED 모듈은 NFC인식이 정상적으로 이루어졌는지에 대한 여부를 사용자에게 시각적 정보로 전달한다. 디스펜서 내부의 MCU는 유도한 App의 동작으로부터 얻은 사용자 ID와 기기의 시리얼 넘버를 바탕으로 필요한 데이터를 데이터베이스로부터 받아온다. 라인 별 무게센서와 데이터 베이스에서 받아온 자신이 보관 중인 캡슐의 정보를 통해 현재 저장 중인 커피의 개수를 파악할 수 있다. 추가로 해당 값과 기존 데이터베이스에 저장된 커피 캡슐 성분 데이터를 이용하여 ID별 섭취 통계를 데이터베이스에 기록하는 역할을 한다. 이후 일정시간 동안 압력 센서에 입력되는 값 변화가 없는 경우 데이터베이스에 현재 기기를 사용 중인 ID값을 초기값으로 갱신하게 된다.

3) 앱

앱은 크게 3가지의 동작 모드가 존재한다.

자동 앱 실행 - NFC 태그

핸드폰과 디스펜서 정면의 NFC 스티커가 접촉할 때 백그라운드로 실행되어 데이터베이스에 현재 사용 중인 ID와 현재 디스펜서의 시리얼 넘버를 갱신한다. 디스펜서는 해당 정보를 이용하여 데이터베이스에 커피 캡슐 사용량과 ID별 섭취 통계에 대한 값을 업데이트하게 된다.

수동 앱 실행 - 기본 모드

앱을 실행하고 새로 고침 버튼을 누르면 데이터베이스의 값을 앱으로 받아와 통계 데이터를 시각화 하여 보여준다.

수동 앱 실행 - 재고 관리 모드

해당 모드를 실행하게 되면 먼저 기기의 NFC 태그를 요구한다. 성공적인 NFC 인식 후, 데이터 베이스에 존재하는 기기의 시리얼 넘버에 해당하는 커피정보 및 재고량을 업데이트할 수 있게 된다. 이 때 데이터 베이스에 존재하는 캡슐 커피의 정보를 이용할 수 있고, 없다면 새로운 캡슐 커피에 대한 정보를 데이터 베이스에 업데이트 할 수 있다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

@@ 47번째 줄: / 47번째 줄: @@
 :데이터베이스는 그림2와 같은 구조로 구성되어 있다.
-::* 기기 데이터
+:* 기기 데이터
-:: 기기 데이터는 데이터 베이스에 존재하는 디스펜서 기기에 대한 정보를 담고 있다. 서버 상 여러 개 존재할 수 있다.
+: 기기 데이터는 데이터 베이스에 존재하는 디스펜서 기기에 대한 정보를 담고 있다. 서버 상 여러 개 존재할 수 있다.
-::* 중앙 관리 데이터
+:* 중앙 관리 데이터
-:: 기기의 시리얼 넘버와 기기를 사용 중인 개인 ID, 기기가 보관 중인 캡슐 종류와 개수 등을 알 수 있다. 중앙 관리 데이터는 모든 데이터 베이스를 통틀어 단 하나만 존재한다. 모든 개인 ID와 그에 맞는 통계 데이터 그리고 시중의 캡슐 커피에 대한 정보를 저장한다. 시중의 캡슐 커피에 대한 정보란 이름, 개별 무게, 칼로리, 카페인 등 개인 ID 통계에 필요한 캡슐 커피의 정보를 의미한다.
+: 기기의 시리얼 넘버와 기기를 사용 중인 개인 ID, 기기가 보관 중인 캡슐 종류와 개수 등을 알 수 있다. 중앙 관리 데이터는 모든 데이터 베이스를 통틀어 단 하나만 존재한다. 모든 개인 ID와 그에 맞는 통계 데이터 그리고 시중의 캡슐 커피에 대한 정보를 저장한다. 시중의 캡슐 커피에 대한 정보란 이름, 개별 무게, 칼로리, 카페인 등 개인 ID 통계에 필요한 캡슐 커피의 정보를 의미한다.
+'''2) 모듈형 커피 디스펜서
+:커피 디스펜서는 ‘메인 바디’, ‘종류별 캡슐 디스펜서' 두 가지 모듈로 구성되어 있다
+:* 메인 바디
+: NFC 키, 무게 감지 센서, MCU(Micro Controller Unit), LED로 이루어져 있다. MCU를 통해 NFC, 무게감지 센서 등을 제어한다.
+:* 종류별 캡슈 디스펜서
+: 캡슐 종류별 규격에 맞춰 커피 캡슐을 보관할 수 있는 디스펜서 파츠이다. 기계적 구조물이다.
+[[파일:expected dispenser.png|섬네일|600픽셀|가운데|<div style="text-align:center;">'''그림 3''' 커피 디스펜서 구조 초안</div>]]
+: 메인 바디는 그림 3과 같이 여러 라인을 가진 커피 디스펜서 정면에 NFC 스티커와 LED 모듈을 부착하고, 내부에 MCU와 압력 센서를 넣어 제작할 예정이다. NFC 스티커는 사전 설정을 통해 핸드폰과 접촉할 시 기기의 시리얼 넘버 정보와 전용 App의 특정 동작을 유도한다. LED 모듈은 NFC인식이 정상적으로 이루어졌는지에 대한 여부를 사용자에게 시각적 정보로 전달한다. 디스펜서 내부의 MCU는 유도한 App의 동작으로부터 얻은 사용자 ID와 기기의 시리얼 넘버를 바탕으로 필요한 데이터를 데이터베이스로부터 받아온다. 라인 별 무게센서와 데이터 베이스에서 받아온 자신이 보관 중인 캡슐의 정보를 통해 현재 저장 중인 커피의 개수를 파악할 수 있다. 추가로 해당 값과 기존 데이터베이스에 저장된 커피 캡슐 성분 데이터를 이용하여 ID별 섭취 통계를 데이터베이스에 기록하는 역할을 한다. 이후 일정시간 동안 압력 센서에 입력되는 값 변화가 없는 경우 데이터베이스에 현재 기기를 사용 중인 ID값을 초기값으로 갱신하게 된다.
+'''3) 앱
+:앱은 크게 3가지의 동작 모드가 존재한다.
+:* 자동 앱 실행 - NFC 태그
+: 핸드폰과 디스펜서 정면의 NFC 스티커가 접촉할 때 백그라운드로 실행되어 데이터베이스에 현재 사용 중인 ID와 현재 디스펜서의 시리얼 넘버를 갱신한다. 디스펜서는 해당 정보를 이용하여 데이터베이스에 커피 캡슐 사용량과 ID별 섭취 통계에 대한 값을 업데이트하게 된다.
+:* 수동 앱 실행 - 기본 모드
+: 앱을 실행하고 새로 고침 버튼을 누르면 데이터베이스의 값을 앱으로 받아와 통계 데이터를 시각화 하여 보여준다.
+:* 수동 앱 실행 - 재고 관리 모드
+: 해당 모드를 실행하게 되면 먼저 기기의 NFC 태그를 요구한다. 성공적인 NFC 인식 후, 데이터 베이스에 존재하는 기기의 시리얼 넘버에 해당하는 커피정보 및 재고량을 업데이트할 수 있게 된다. 이 때 데이터 베이스에 존재하는 캡슐 커피의 정보를 이용할 수 있고, 없다면 새로운 캡슐 커피에 대한 정보를 데이터 베이스에 업데이트 할 수 있다.
 ===관련 기술의 현황===