2017년 12월 16일 (토) 19:13 판

서론

팀 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430006 김현우

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430011 송지원

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430024 이용희

서울시립대학교 기계정보공학과 2011430021 신현호

개발 기간

2017.09.06 ~ 2017.12.20

개발과제의 개요

개발 과제 요약

기존의 자전거는 결박도구의 한계성으로 인해 도난의 위험성에 지속적으로 노출되어왔다. 하지만 기술의 진보로 인해 다양한 기능을 수행할 수 있는 잠금장치 개발이 가능해진 바, 물리적 결박만을 수행하는 것에 그치지 않는 스마트 잠금 장치 시스템을 개발하고자 한다. 보다 정확히는 도난을 감지하고 사이렌을 울리는 기능, NFC를 이용한 개폐를 수행하는 기능을 추가하고자 하며 실시간으로 사용자의 자전거의 위치를 파악할 수 있고 도난상황을 사용자에게 알릴 수 있도록 어플리케이션 역시 개발하고자 한다.

개발 과제의 배경 및 효과

개발 배경

자전거는 건강, 환경, 경제성을 고려하는 현대인에게 다시금 주목받고 있다. 이에 따라 자전거 시장이 활성화되고 자전거 이용자가 늘어나면서 자전거 도난사고 역시 함께 증가하고 있는 실태이다. 덧붙여 고가의 자전거가 계속 등장하고 이에 대한 수요가 증가하여 1000만원 이상의 자전거도 주변에서 흔히 볼 수 있음에 따라 자전거 결박도구의 안정성에 대한 문제가 꾸준히 제기되어 왔다. 현재 상용화된 자전거 자물쇠는 4차 산업혁명 시대의 도래에도 불구하고 아직 물리적 결박만을 수행하는 도구에 머물러있다. 이에 우리는 도난을 방지하고, NFC, 어플리케이션과 같은 사용자에게 보다 편리한 인터페이스를 제공하는, 안정성과 기능의 다양성을 높인 자전거용 스마트 잠금장치를 고안하였다.
추가로 자물쇠의 형태 또한 사용하기에 불편한 점이 존재한다. 기존의 끈 형태의 자물쇠는 사람의 손으로 직접 개폐해야 하고, 운전에 방해가 되기도 한다. 심지어 겨울철에는 자물쇠가 얼어 유연성을 잃는 경우도 발생한다. 따라서 우리는 잠금장치를 자전거에 장착하여 자동 개폐가 가능한 형태로 설계하고자 한다.

기대 효과

1) 자전거 도난 발생건수 감소 
- 도난감지, 알림을 통해 절도범에 주의를 주고 도난을 방지한다.

2) 사용자에게 심리적 안정감 부여 
- 어플리케이션으로 자전거의 위치를 실시간으로 확인하여 사용자에게 안정감을 준다.

3) 사용자에게 편리한 접근성 
- 수동적인 개폐 시스템을 자동화함으로써 자전거 이용 시 사용자의 편리성을 향상시킬 수 있다.

4) 따릉이와 연계한 사업 
- 추후에 서울시 무인 자전거 대여시스템인 따릉이와 연계하는 방향으로 사업화를 진행해본다.

개발 과제의 목표와 내용

개발 과제의 목표

NFC를 통한 개폐 기능과 도난방지 기능이 탑재된 자전거용 스마트 잠금장치 및 어플리케이션 일체를 개발한다. 도난방지 기능은 도난 상황 시 경보음 발생뿐만 아니라 사용자 스마트폰에 알림을 주는 것까지 포함한다.
NFC 태그를 통한 잠금장치의 작동 및 개폐, 사용자 ID 저장 및 삭제 기능, 가속도 센서를 이용한 도난의 감지, 스마트폰으로의 푸시알림 그리고 GPS센서를 이용한 자전거의 실시간 위치확인까지 가능하도록 개발하는 것이 우리의 최종 목표이다.

상세 내용 사용자 인증 기능

:1) NFC를 통한 사용자 인증

본 프로젝트에서는 사용자 인증을 NFC 태그를 통하여 수행하고자 한다. NFC 태그 내부 저장장치에는 NFC 태그 고유의 ID를 저장하고 있다. 이 ID를 인식하는 방법이 하나의 인증 방법을 제공한다. 또한 NFC는 NDEF 표준에 의거하여 메시지를 주고 받을 수 있는데 이를 통하여 미리 저장해 놓은 ID를 통하여 인증하는 방법 또한 가능하다.

:2) 사용자 ID의 저장ㆍ삭제 관리 기능

자전거를 단 하나의 사용자만 사용하는 경우도 있지만, 여러 사용자가 공유하여 사용하는 경우도 있다. 따라서 저장장치는 새로운 ID를 등록 및 삭제하는 기능까지 포함한다.

도난 방지 기능

1) 도난 감지 알고리즘

잠금장치에 내장되어 있는 가속도 센서와 GPS 센서를 이용하여 도난 상황을 감지하는 알고리즘을 작성한다. 자전거의 도난은 크게 두 가지 경우으로 생각해 볼 수 있는데 하나는 자전거의 잠금장치를 파괴하려고 하는 등의 큰 충격이 가해지는 경우이고 또 하나는 잠금장치를 분리하지 않고 통째로 훔쳐가는 경우이다. 알고리즘은 어떠한 경우에서라도 자전거가 도난상황이라는 것을 인식해야 한다.

2) 스마트폰 어플리케이션

자전거의 위치 확인, 자전거 알람 종료 등의 기능을 수행하는 어플리케이션을 제작한다. 어플리케이션은 핵심적인 기능을 중심으로 간편한 인터페이스가 되도록 제작한다.

3) 네트워크 서버 및 푸시 알림

자전거의 잠금장치와 사용자의 스마트폰이 언제 어디서나 통신을 주고 받기 위해서는 이들 사이에 네트워크가 형성되어 있어야 한다. 이를 위하여 둘 사이의 통신을 매개해주는 서버를 구현하고 각 통신의 메시지 형식과 순서를 정의하는 프로토콜을 자체 제작한다. 또한 잠금장치에서 도난 감지 상황을 알리게 되면 이를 바로 스마트 폰에 푸시 알림을 줄 수 있도록 서버를 구현한다.

2.2.3 소프트웨어 상태 머신

잠금장치 내부에서 수행되는 소프트웨어는 사용자 인증 및 도난 상황 인식에 따라서 각기 다른 기능을 수행해야하기 때문에 다소 복잡하다. 따라서 각 상황에서 어떤 프로시져를 수행해야 하는지 관리해 줄 필요가 있다. 이를 위하여 잠금장치의 사용 시나리오를 예상하고 상태 머신을 작성한다.

2.2.4 하드웨어

1) 아두이노 회로 제작

자전거용 스마트 잠금장치는 디자인을 고려하려 제작할 것이다. 따라서 플렛폼으로 사용되는 아두이노 보드를 작고 깔끔한 디자인에 맞춰서 새로 제작한다.

2) 개폐 메커니즘 및 디자인

잠금장치는 자전거 뒤바퀴 위쪽, 자전거의 브레이크가 위치한 부분에 설치된다. 잠금장치는 수갑의 형태로 잠금상태 시 뒷바퀴를 고정시킨다. 아래 그림은 우리가 밴치마킹한 잠금장치의 형태이다. 잠금장치의 외관은 작고 심플한 스타일로 만든다.

관련 기술의 현황

State of art

기술 로드맵

특허 조사

특허 전략

관련 시장에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

마케팅 전략

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

경제적 및 사회적 파급효과

구성원 및 추진체계

설계

설계 사양

개념 설계안

이론적 계산 및 시뮬레이션

조립도

조립도

조립 순서

부품도

제어부 및 회로설계

소프트웨어 설계

자재소요서

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

포스터

특허출원번호 통지서

개발사업비 내역서

완료 작품의 평가

향후 평가

부록

==참고문헌 및 참고사이트

관련특허

소프트웨어 프로그램 소스

제약사항

최종 프로젝트 결과물

프로젝트 평가

팀원 역할 분담 및 평가

결과물 평가

느낀점