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2024년 12월 3일 (화) 00:30 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 수면 중 사용자의 열감에 따른 국부 자동 온도 제어 카본 전기 매트

영문 : Localized automatic temperature control carbon electric mat based on user’s heat sensitivity during sleep

과제 팀명

매트랩

지도교수

이동찬 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2019430029 임지환(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 2019430004 구현모

서울시립대학교 기계정보공학과 2019430025 이현서

서울시립대학교 기계정보공학과 2019430039 하헌규

서울시립대학교 기계정보공학과 2021430041 황민영

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 전기 열선을 통한 난방 매트에 관한 제품으로, 사람의 신체 부위에 따라 세 구역을 나누어 각각의 온도 조절을 가능하게 한다. 각 구역의 온도를 실시간으로 측정하여 수면 중 사용자의 온도 변화에 따라 최적의 온도를 제공할 수 있다. 수면 중 사용자의 수면 단계에 따라 목표 체온 또한 변화토록 하여 깊은 수면 단계의 시간을 늘릴 수 있다. 기상시간을 설정하여 온도 조절을 통한 알람 기능을 제공할 수 있다. 이를 통해 사용자의 수면의 질이 향상되어 정신적, 신체적 건강 역시 개선될 것으로 기대된다.

개발 과제의 배경

기온이 낮은 지방은 겨울의 대한민국을 포함하여 전세계적으로 다양하게 존재한다. 따라서 앞으로도 난방 시스템에 대한 수요는 사라지지 않고 계속해서 존재할 것이며, 다양한 난방 시스템 중에서도 특히 수요가 높은 전기매트의 경우는 추후에도 높은 수요를 가질 것이라고 추론할 수 있다. 그렇기 때문에 기존의 전기매트를 개량한다면 높은 상품성을 가질 수 있을 것이라고 판단하게 되어 전기매트의 개량이라는 개발 목표를 갖게 되었다.

현재 시중에는 다양한 전기매트가 존재하며 그 중에서는 부위 별로 다른 온도를 갖도록 하는 전기매트 역시 존재한다. 그러나, 이러한 부위 별 온도 조절 기능을 갖는 기존 제품들은 자동이 아닌 수동적으로 사용자가 직접 부위 별로 온도를 입력해주어야 한다는 단점을 지니고 있다.

따라서 우리 조는 이러한 기존 제품으로부터 영감을 받아 단순히 사용자가 부위 별로 온도를 입력하는 것이 아니라 사용자의 열감에 따라 자동으로 전기매트의 온도가 변화하는 시스템을 개발하고자 하며, 해당 제품을 이용하는 사용자에게 수면 중 최적의 온도를 제공함으로써 수면의 질을 향상시킬 수 있는 효과를 주고자 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

개발 과제의 목표

사용자의 신체의 부위 별 온도를 측정하여 사용자에게 최적의 온도를 제공할 수 있는 국부 자동 온도 제어 온수매트 시스템을 개발한다. 또한, 사용자가 더 편하게 설정을 조절할 수 있도록 온도 제어 어플리케이션을 개발한다.

개발 과제의 내용

구조 설계

크게는 머리, 가슴, 배 세 구역으로 나누어 온도의 조정을 달리하도록 설계하도록 한다. 나누어진 구역을 둘 혹은 세 부분으로 나누어 더욱 세부적인 분할을 도모할 수 있다. 총 3~9개 구역의 개별적인 조정을 위하여 온수를 구역별로 따로 공급하는 방식으로 설계함을 목표로 한다. 하나의 펌프에서 여러 갈래의 유로를 통해 온수가 매트로 공급되며, 온수 유로는 매트 구역마다 독립적으로 펌프에서 공급되고 나갈 수 있도록 분리되어 설계된다. 난방이 필요하다고 판단되는 구역에 맞추어 펌프에서 배출되는 온수의 유로가 열리고 닫히며 국부적 난방의 목적을 이룰 수 있도록 설계할 계획이다.

매트의 내부를 지나는 유로는 사람의 체중에 의해 가해지는 압력에 문제없이 작동될 수 있도록 구조적으로 안정되어야 하며, 이는 설계 단계에서 가능한 구조해석 시뮬레이션을 통해 도움을 받을 수 있을 것으로 예상된다. 매트 내부의 유로는 구역 내의 고른 온도 분포와 난방 효율을 고려하여 온수가 어떻게 유입되고 지나갈 지 감안하여 설계해야 할 것이다. 이러한 고려사항 또한 유동해석 시뮬레이션을 통해 제작 이전 단계에서 가능한 검증을 거칠 예정이다.

제어시스템 설계

적외선 온도 센서를 구역별로 설치하여 해당 구역의 온도를 측정할 수 있도록 설계할 예정이며, 목표치 온도에 도달할 수 있도록 각 유로의 열리고 닫힘을 자동으로 제어할 수 있도록 시스템을 설계하도록 한다.

어플리케이션 개발

사용자의 편의를 증진시키기 위하여 온도의 설정을 쉽게 할 수 있도록 모바일 어플리케이션을 개발하도록 한다. 전체적인 시스템을 해당 어플리케이션을 통해 제어할 수 있도록 설계하는 것이 목표이며 개발을 진행하면서 굳이 어플리케이션이 필요하지 않다고 판단되면 해당 개발 단계는 보류하도록 한다.

결과 해석 및 보고

제작된 시제품을 통해 아래의 평가항목과 비중을 고려하여 완성 목표의 달성도를 평가하도록 한다. 설계과정 중 시행되었던 시뮬레이션 해석 결과와 실제 제품의 차이를 비교하여 설계 방식이 올바르게 고안되었는 지에 대한 평가를 자체적으로 실행하여 시제품의 완성도를 높일 수 있도록 노력한다.

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

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 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+* 개발 과제의 목표
+사용자의 신체의 부위 별 온도를 측정하여 사용자에게 최적의 온도를 제공할 수 있는 국부 자동 온도 제어 온수매트 시스템을 개발한다. 또한, 사용자가 더 편하게 설정을 조절할 수 있도록 온도 제어 어플리케이션을 개발한다.
+* 개발 과제의 내용
+# 구조 설계
+크게는 머리, 가슴, 배 세 구역으로 나누어 온도의 조정을 달리하도록 설계하도록 한다. 나누어진 구역을 둘 혹은 세 부분으로 나누어 더욱 세부적인 분할을 도모할 수 있다. 총 3~9개 구역의 개별적인 조정을 위하여 온수를 구역별로 따로 공급하는 방식으로 설계함을 목표로 한다. 하나의 펌프에서 여러 갈래의 유로를 통해 온수가 매트로 공급되며, 온수 유로는 매트 구역마다 독립적으로 펌프에서 공급되고 나갈 수 있도록 분리되어 설계된다. 난방이 필요하다고 판단되는 구역에 맞추어 펌프에서 배출되는 온수의 유로가 열리고 닫히며 국부적 난방의 목적을 이룰 수 있도록 설계할 계획이다.
+매트의 내부를 지나는 유로는 사람의 체중에 의해 가해지는 압력에 문제없이 작동될 수 있도록 구조적으로 안정되어야 하며, 이는 설계 단계에서 가능한 구조해석 시뮬레이션을 통해 도움을 받을 수 있을 것으로 예상된다. 매트 내부의 유로는 구역 내의 고른 온도 분포와 난방 효율을 고려하여 온수가 어떻게 유입되고 지나갈 지 감안하여 설계해야 할 것이다. 이러한 고려사항 또한 유동해석 시뮬레이션을 통해 제작 이전 단계에서 가능한 검증을 거칠 예정이다.
+# 제어시스템 설계
+적외선 온도 센서를 구역별로 설치하여 해당 구역의 온도를 측정할 수 있도록 설계할 예정이며, 목표치 온도에 도달할 수 있도록 각 유로의 열리고 닫힘을 자동으로 제어할 수 있도록 시스템을 설계하도록 한다.
+# 어플리케이션 개발
+사용자의 편의를 증진시키기 위하여 온도의 설정을 쉽게 할 수 있도록 모바일 어플리케이션을 개발하도록 한다. 전체적인 시스템을 해당 어플리케이션을 통해 제어할 수 있도록 설계하는 것이 목표이며 개발을 진행하면서 굳이 어플리케이션이 필요하지 않다고 판단되면 해당 개발 단계는 보류하도록 한다.
+# 결과 해석 및 보고
+제작된 시제품을 통해 아래의 평가항목과 비중을 고려하여 완성 목표의 달성도를 평가하도록 한다. 설계과정 중 시행되었던 시뮬레이션 해석 결과와 실제 제품의 차이를 비교하여 설계 방식이 올바르게 고안되었는 지에 대한 평가를 자체적으로 실행하여 시제품의 완성도를 높일 수 있도록 노력한다.
 ===관련 기술의 현황===