Doledle

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 잠금장치가 구비된 대여용 전동킥보드 헬멧

영문 : Smart electric scooter helmet lock system with mandatory helmet wearing

과제 팀명

Doledle

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2023년 3월 ~ 2023년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 이*규(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 문*민

서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 윤*국

서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 이*희

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

스마트 헬멧 잠금 시스템을 통한 신뢰성 있는 헬멧의 체결 및 잠금을 통한 보관을 한다. 이것으로 인해 헬멧의 분실 및 도난 사고를 방지하고 이용자의 헬멧 착용을 유도할 수 있다.

개발 과제의 배경

최근 ‘킥고잉’과 같은 전동킥보드 대여 업체가 증가하면서 전동킥보드를 쉽게 접할 수 있게 되었다. 전동킥보드 이용률이 증가하면서 관련 사고도 증가하고 있어, 안전을 위해 2021년부터 ‘전동킥보드 사용 시 헬멧 착용 의무화’가 진행되고 있다. 하지만 이는 잘 지켜지지 않고 있는데 가장 큰 이유로는 이용자가 전동킥보드에 헬멧이 상시 비치되어있지 않아 착용이 쉽지 않다는 것이다. 업체 측면에서는 헬멧을 상시 비치하기 어려운 이유로는 헬멧 을 비치했을 시 발생하는 분실, 도난 사고, 그리고 파손 등으로 인한 유지가 어렵다는 문제가 있기 때문이다. 우리는 헬멧 착용 의무화 효과를 증대시키기 위한 시스템을 설계해보았다.

개발 과제의 목표 및 내용

목표

- 스마트 헬멧 잠금 시스템을 통한 신뢰성 있는 헬멧의 체결 및 잠금을 통한 보관을 한다. 이것으로 인해 헬멧의 분실 및 도난 사고를 방지하고 이용자의 헬멧 착용을 유도할 수 있다.

- 헬멧을 반납장치로 활용한다.

- 전동 킥보드 손잡이와 헬멧의 자체적인 체결을 통한 잠금시스템을 구현한다.

- 헬멧의 체결 여부를 인식하고 이 정보를 전달하여 어플을 통해 관리할 수 있도록 한다.

내용

① 헬멧 체결 방식 개선

잠금형 장치가 부재하던 기존 헬멧의 문제를 해결한다. 킥보드의 모터와 걸쇠 부분이 헬멧의 체결부에 들어가 잠금 및 고정이 이루어지도록 한다.  이를 통해 일반적으로 기울어져 있는 거치된 전동킥보드로 인해 헬멧이 떨어지는 문제나 도난 사고를 방지한다.

② 전동킥보드의 봉에 헬멧을 부착된 것을 인지

헬멧에 잠금장치만 추가한다고 하더라도 실질적인 헬멧 분실사고를 해결할 수 없다. 전동킥보드의 봉에 헬멧을 정확히 부착해야 할 것이다. 이를 위해 NFC, RFID와 같은 근거리 통신 인식 방법을 사용할 것이다. 손잡이에 인식부(ex. 리더기), 전동킥보드에 전달부(ex. 태그)를 설치한다. 손잡이와 헬멧이 맞닿는 부분에 인식부를 달아, 실제 헬멧을 완전히 잠금 했을 시에만 인식부가 작동하도록 한다. 이를 통해 헬멧이 정확히 전동킥보드의 봉에 체결되었을 때 인식이 가능하도록 한다.

③ 헬멧의 체결 여부에 대한 정보를 단말기로 보내기

전동킥보드의 반납 조건에 정확한 위치에 헬멧이 체결되는 것을 추가할 수 있도록 한다. 이를 위해 NFC, RFID와 같은 근거리 통신 인식을 통해 정확히 헬멧의 체결이 인식된 경우, 단말기에 체결 여부에 대한 정보를 보내도록 한다. 이때 통신은 블루투스를 사용한다. 실제적인 전동킥보드 반납 조건은 이후 앱 개발을 통해 헬멧의 체결 여부까지 추가할 수 있을 것이다.

④ 단말기에서 헬멧으로 동작 신호를 전달하기

잠금장치가 활성화된 헬멧을 비활성화하여 착용할 수 있도록 단말기에서 동작 신호를 전달해야한다. 3번의 세부목표와 동일한 메커니즘을 사용한다.

⑤ 도난방지 기능

헬멧의 잠금을 해제하지 않고 누군가가 강제로 헬멧을 손잡이로부터 분리를 시도할 경우, 경보음이 울리도록 기능한다.

⑥ 임시잠금 상태를 통한 이용자의 헬멧 착용 유도

전동킥보드를 대여하면 헬멧의 잠금이 해제된다. 이때, 일정 시간 안에 헬멧을 손잡이로부터 분리하지 않으면 다시 잠금이 상태가 되고 이를 임시잠금 상태라고 정의한다. 즉, 이용자가 대여 후 헬멧을 손잡이로부터 분리해야만 전동킥보드 이용이 가능하기 때문에 이 동작을 통해 이용자의 헬멧 착용을 유도할 수 있다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

특허조사 및 특허 전략 분석

◇ 안전 헬멧, 안전 헬멧과 전동 킥보드의 대여 시스템 및 방법

전동 킥보드 사용자에게 헬멧을 제공하기 위해 헬멧과 전동 킥보드의 대여가 이루어지도록 하는 대여 스테이션을 제공하는 특허이다. 해당 시스템의 경우 대여 스테이션에 복수의 헬멧을 저장하는 저장공간, 사용자로부터의 정보를 입력받을 수 있는 키오스크 및 상기 저장공간으로부터 헬멧을 꺼내거나 반납하기 위한 게이트를 통하여 헬멧을 대여할 수 있도록 한다. 헬멧의 부재라는 문제를 해결하였으나 ‘대여 스테이션’이라는 설비를 새로 갖춰야 하기 때문에 비용적 부담이 존재한다. 또한 기존의 킥보드의 반납 방식과 다르게 대여 스테이션에서만 킥보드 반납이 가능하기 때문에 반납 장소에 제약이 존재한다.

◇ 전동킥보드 헬멧 탈부착 장치

해당 특허의 경우 탈부착 거치대 장치에 홈이 구성된 벨트를 6개 결합하는 구조이다. 거치대에 있는 탈부착 거치대 벨트의 구조를 통해 홈을 조절하여 헬멧의 규격에 맞게 고정하는 방식이다. 헬멧 휴대의 불편함을 해소했지만 추가적인 거치대가 필요하며 6개의 벨트가 결합 되어야 하므로 헬멧의 구조가 복잡해져 착용에 불편함을 줄 수 있다. 체결 및 결합 과정에 다른 시스템이 없어 단순 해제가 가능하다. 이에 따른 도난 사고 발생 우려가 존재한다.

◇ 스마트 헬멧을 이용한 전동킥보드 작동 제어 시스템

해당 특허는 전동 킥보드 본체, 킥보드 본체에 마련된 장착부에 탈착 가능하게 장착되는 스마트 헬멧 및 전동 킥보드의 작동을 제어하는 제어부로 구성되어 있다. 제어부의 경우 전동 킥보드 본체에 장착되는 카메라에 의해 획득되는 영상에서 사용자의 스마트 헬멧 착용 여부와, 스마트 헬멧의 턱끈 조임 상태를 분석하여 정상적으로 착용한 경우에만 킥보드의 작동을 허용하도록 구성된다. 추가적으로 헬멧이 본체에서 해제되어야 킥보드 사용이 가능하다. 헬멧 분실 및 착용 의무화에는 효과적인 특허이다. 그러나 제어부, 카메라 등 추가적인 장비가 많이 필요하며, 카메라 센서나 적외선 센서 등의 장치의 경우는 추가적인 충전 소요가 필요하기 때문에 이를 킥보드의 전력을 사용한다면, 킥보드의 사용 시간이 줄어 들 우려가 존재한다.

◇ 전동 킥보드의 헬멧 착용 연계 방법 및 시스템

전동 킥보드의 사용자가 헬멧을 착용하고, 용이하게 헬멧의 관리 및 보관을 할 수 있도록 전동 킥보드와 헬멧을 연계할 수 있는 시스템을 제공하는 특허이다. 해당 시스템은 사용자의 단말기를 킥보드에 엑세스하는 단계, 개인 헬멧을 킥보드에 설치하는 단계, 헬멧 착용이 인증되면 킥보드의 주행이 가능하도록 성정하는 단계, 헬멧 보관함에 헬멧이 락킹 상태인지 확인하는 단계, 확인이 되면 반납이 이루어지는 단계로 구성된다. 해당 특허 또한 헬멧의 분실 사고 예방에는 효과적이나 스마트 ‘스마트 헬멧 케이스’ 라는 추가적인 장치가 필요하다.

기술 로드맵 ◇ 2018.09 ‘킥고잉(KICKGOING)’ 공유 킥보드 서비스를 시작으로 ‘씽씽’, ‘스윙’ 등의 업체 출범 ◇ 2020.12.10. 17371호 도로 교통법 – 전동 킥보드에 전기자전거와 동일한 규칙 적용 ◇ 2021.05.03. 개정 도로교통법 – 무면허, 헬멧 미착용 범칙금 부과 ◇ 2021.06.22. ‘알파카’ 공유 킥보드 – AI 공유 전동킥보드 헬멧인증 시스템 도입 ◇ 2021.09 ‘하이킥’ 공유 킥보드 – 스마트 안전모 케이스 도입

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

◇ 알파카 전동 킥보드: 거치형 헬멧 + AI 헬멧 착용 인증 시스템

(1) 거치형 헬멧

킥보드의 본체에 걸이 형태의 고리가 존재하여 이 고리에 헬멧을 거는 방식으로 헬멧을 비치

(2) AI 헬멧 착용 인증 시스템

킥보드 대여 시, 헬멧 착용 유무를 알파카 어플리케이션을 통해 사진을 찍어 인증하면 시스템의 AI가 사용자 데이터셋을 이용하여 헬멧 미착용, 모자, 기타 착용물 등을 식별하여 순수 헬멧 착용자에게 포인트성 리워드를 제공한다.

단순히 고리에 헬멧을 비치해 놓는 방식으로 킥보드 이용자들에게 헬멧을 제공하기 때문에 악천후와 같은 기상상태나 외부적인 충격에 의해 헬멧이 파손될 수 있다. 또한 헬멧의 부재는 해결했으나 분실 및 도난을 방지할 수단이 없어 이로부터 파생되는 금전적, 즉 경제적 문제는 해결하지 못한다.

AI 헬멧 착용 인증 시스템은 헬멧 착용 시 보상을 제공하는 방식으로 적용하여 21년 5월 3%대의 착용률이 한 달 뒤인 6월 30%까지 증가하는 유의미한 결과를 보였다.

◇‘뉴런 모빌리티’ - 앱 제어식 헬멧 잠금 기능을 적용한 안전 헬멧

헬멧을 착용해야만 이용할 수 있는 시스템. 앱을 통하여 헬멧을 좌측 사진의 고리에서 해제하는 방식으로 분실 방지에 매우 효과적이다. 그러나 고리가 끈에 부착되어있는 형태이기 때문에 우측 사진처럼 헬멧의 턱끈을 풀어놓은 상태로 헬멧을 반납할 경우, 우천 시 헬멧과 머리의 접촉부가 그대로 노출되어 소독하더라도 위생적 측면에 취약하다. 또한 해당 방식의 경우 불안정한 체결로 인해 보행자나 주변과 헬멧의 충돌로 인해 파손 문제 또한 존재하고, 턱끈을 끊어 도난이 발생할 가능성 또한 존재한다.

◇‘하이킥' - 스마트 헬멧 케이스

공유 킥보드 업체 ‘하이킥’의 경우는 도로교통법 개정 이후 안전모 이용에 대한 데이터를 바탕으로 면허 인증 및 스마트 헬멧 케이스 시스템 시범 운영한 사례가 있다.

◇ 공유 킥보드 업체 ‘하이킥’의 경우는 도로교통법 개정 이후 안전모 이용에 대한 데이터를 바탕으로 면허 인증 및 스마트 헬멧 케이스 시스템 시범 운영한 사례가 있다.

시범 운영 결과 헬멧을 대여하지 않고도 킥보드를 사용할 수 있게 설정했지만, 헬멧 케이스를 통해 헬멧을 비치하는 것만으로도 위의 표와 같이 헬멧 대여가 증가하는 추세를 보였다. 또한 스마트 헬멧 관제 시스템을 통해 전체 분실률을 0.002%까지 감소시켰다. 그러나 스마트 헬멧 케이스의 경우는 킥보드에 케이스라는 추가적인 장치를 달아야 한다는 소요가 있으며, 해당 스마트 케이스의 경우, UV 소독 기능 및 데이터 송수신 기능 등 다양한 기능을 탑재한 케이스이기 때문에 충전 소요 및 무게 문제가 발생할 우려가 있다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 기존 심각했던 전동 킥보드 헬멧의 분실사고를 예방한다.
◇ 헬멧 케이스와 같은 추가적인 장비 없이 헬멧 자체만으로 킥보드와의 체결이 가능하도록 한다. 
◇ 헬멧을 분리했을 경우에만 킥보드 이용이 가능한 구조로 헬멧 착용을 유도할 수 있다.
◇ 결합부의 구조를 이용하여 헬멧과 킥보드 간의 1대1 연동 및 결합이 가능하다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ 2021년 개정 교통법이 실행되면서 헬멧 없이 전동 킥보드를 타면 범칙금을 내야하는 규제가 생겼다. 해당 법안을 적용한 이후 단기간동안 공유 킥보드 이용률은 40~50% 줄었으며, 규모가 작은 업체의 경우는 이용률이 70% 감소했다는 이야기도 있다. 실제로 독일 기업 윈드모빌리티가 운영하는 '윈드', 싱가포르에 본사를 둔 '뉴런모빌리티', 미국 공유 킥보드 '라임'의 경우 이러한 이용률 감소로 국내 사업을 철수했다. 이는 공유 킥보드 사용자들이 헬멧을 구매하고 휴대하는 불편함을 감수해야하기 때문이다. 이를 스마트 전동킥보드 헬멧 잠금 시스템을 통해 해소함으로써 전동 킥보드 이용률 회복을 유도한다.

◇ 서울 등 국내 지역에서 공유전동 킥보드를 서비스 하고 있는 A기업의 경우 21년 7월말부터 거치형 헬멧을 제공하기 시작다. 초기 2000대의 공유전동 킥보드에 헬멧을 비치했는데 이중 70% 이상의 거치형 헬멧이 분실되었다. 공유전동 킥보드에 삽입되는 헬멧은 일반적으로 5000에서 2만원 수준인데 2000개 중 70%인 약 1400개 헬멧을 분실한 A기업의 경우는, 두 달간 최소 700만원에서 최대 2800만원에 달하는 손실을 기록한 것이다. 따라서 헬멧 분실 사고를 방지한다면 이러한 손해를 막을 수 있다.

◇ ‘하이킥’ 이라는 전동 킥보드 업체는 안전모 제공 시범 운행을 통해 사고율 80% 감소의 효과를 본 적이 있으며 오히려 킥보드와 연동돼 제어하는 스마트 헬멧 보관함을 통해 2차 사고 방지, 분실 예방 시스템을 적용한 결과 시범 운영 중 전체 분실률을 0.002%까지 줄인 사례가 존재한다. 따라서 개발과제 또한 해당 효과를 창출할 수 있을 것으로 기대된다.

SWOT Analysis

S-O 전략: 열쇠구멍의 원리를 활용한 체결방식을 적용하여 분실방지에 효과적임을 공유 전동 킥보드 업체에 강조하여 홍보한다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

◇ 이형규(조장) : 아두이노 코드 작성 총괄 (헬멧 잠금 및 대여, 반납 시스템 작동) 보고서 작성 총괄

◇ 문동민 : 아두이노 회로 제작 총괄 (아두이노 보드, 각종 모터의 전기적 연결)

◇ 윤홍국 : 연구 활동비 및 재료비 사용 내역 증빙, 재료 구매, 헬멧 및 킥보드 하드웨어 제작 총괄

◇ 이완희 : 킥보드 대여 앱 제작 총괄 (‘앱인벤터’ 및 블루투스 모듈을 이용한 헬멧 시스템 구동 앱 제작)

설계

설계사양

제품의 요구사항

개념설계안

전동킥보드의 대여 시에는 헬멧의 QR 코드를 인식하여 휴대폰과 전동킥보드를 블루투스로 연결한다. 이후 어플을 통해 대여 동작을 할 수 있도록 한다. 반납 시에는 헬멧을 전동킥보드의 잠금장치에 꽂아야만 반납될 수 있도록 하여, 헬멧의 도난 및 분실을 방지한다.

◇ 인식부 (RFID) & 잠금부 (실제 잠금)

손잡이 좌측에 인식부(RFID)와 잠금부를 설계한다. 헬멧의 좌측엔 인식부(RFID 리더)와 잠금부가 존재한다. RFID로 특정 UID태그를 가진 헬멧이 부착될 경우, 잠금부가 작동한다. 또한 좌우측에 체결에 신뢰성을 확보하는 장치를 추가한다. 아래의 그림에서 확인할 수 있듯, 좌우측에 모두 헬멧의 특정 부분과 손잡이의 특정 부분이 암수 체결을 통해 고정할 수 있는 부분이 있어, 헬멧의 안정적인 장착이 가능하도록 한다.

◇ 체결 인식부 및 통신부 - RFID 읽기, 잠금 명령 및 반납 정보 송신

손잡이의 RFID 리더기에서 헬멧의 RFID 태그를 읽으면, 손잡의 중앙의 통신부에서 ‘1) 손잡이 잠금부로 잠금 명령’, ‘2) 휴대폰으로 헬멧 및 킥보드 반납 여부 송신’ 동작을 수행한다.

◇ 잠금 장치 - 모터

손잡이 좌측의 잠금 장치는, 통신부의 잠금 및 잠금 해제 명령에 따라 헬멧을 손잡이에 고정한다. 스텝모터를 활용하며, 아래 그림의 ‘02) 걸쇠’ 가 ‘01) 걸이’에 장착된 뒤, 90도 회전 동작을 수행하여 헬멧을 고정한다.

◇ 도난 방지 인식부(리드스위치)

잠금이 된 상태에서 누군가가 헬멧을 강제로 분리 시도한다면, 잠금부가 위치한 왼쪽은 고정이 될 것이고 오른쪽은 잠금부가 없기 때문에 분리가 될 것이다. 이때 분리가 되면 리드스위치를 통해 분리되었음을 인식하고 경보가 울리도록 한다.

◇ 신호 송수신부(블루투스)

RFID의 인식에 따라, 손잡이 중앙의 통신부는 휴대폰으로 잠금 및 반납 정보를 송신한다. 이에 블루투스 아두이노 모듈을 활용한다. 반대로 잠금 해제 시에는, 휴대폰의 잠금 해체 신호를 통신부에서 송신 받아, 통신부는 손잡이 우측의 잠금부에 잠금 해제 명령을 내린다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

◇ RFID 모듈 – RC 522 스펙

1. 동작전압 : DC 3.3V 2. 동작전류 : 13~26mA , 대기전류: 10~13mA 3. 동작주파수 : 13.56MHz 4. 지원카드 : Mifarel S50, Mifarel S70, Mifare Ultralight Mifare Pro, Mifare DESFire

◇ RFID 모듈 개요

- RC522모듈의 경우 RFID 범주에 속하는 NFC 통신 방식을 사용한다. NFC는 13.56MHz 주파수 대역을 사용하며 10cm이내 가까운 거리의 비접촉 통신을 뜻한다.

- RC522의 모듈 구성은 RFID 데이터를 읽고 기록 할 수 있는 본체가 있으며, RFID 고유데이터(UID) 코드가 저장되어있는 카드키와 열쇠고리형 키가 포함되어 있다.

가. 조립도

◇ 본체: 제어부 + 인식 및 잠금부 + 도난 방지 인식부

본 설계의 본체는 도안 1로 확인할 수 있다. 조립은 ‘제어부 (아두이노 동작부) → 인식 및 잠금부 → 도난 방지 인식부’로 나뉠 수 있다. 기존 킥보드의 구조에 아두이노를 활용한 제어부가 킥보드 손잡이 중앙부에 포함된다. 이를 통해 헬멧의 장착 여부 확인, 잠금장치 해제 신호 수신 및 잠금 해제 장치의 동작을 수행한다. 제어부 좌우에 손잡이 양쪽에 RFID 인식부, 체결 및 잠금이 이루어지는 악세서리 부분과 도난 방지를 인식할 수 있는 리드스위치가 위치한다.

아래의 도안 1은 본 발명의 본체 모식도이다. 1은 헬멧에 해당하며 헬멧의 인식부(2)와 잠금부(3)을 포함한다. 4는 전동킥보드 손잡이에 해당하며 스마트폰과 통신하고, 모터 등을 제어하는 제어부(5)와, 인식 및 잠금부(6), 도난 방지 인식부(7)를 포함한다. 전동킥보드 손잡이의 인식 및 잠금부와 도난방지부는 헬멧의 인식부 잠금부와 대응하여 헬멧의 잠금 및 해제 동작을 수행한다.

◇ 인식부: 1대1 인식 + 헬멧의 잠금 및 이탈 인식

인식부는 도안 1의 좌측 파트(2,6)에 해당한다. 본 설계는 헬멧과 전동킥보드의 1대1 연동이 중요하다. 이를 위해 RFID 기술을 이용하며, 헬멧에 있는 태그부분과 손잡이 부분에 있는 RFID 인식부가 일치하는 조건에서 잠금이 진행되도록 한다. 또한, 리드스위치(7에 위치)를 통해 헬멧이 이탈되는 것을 확인하여 사용자가 헬멧을 손잡이로부터 제거하지 않는다면 킥보드 대여가 불가능하도록 한다. 이를 통해 전동킥보드 사용자의 헬멧 착용을 강제할 수 있게 한다. 뿐만 아니라 헬멧의 비정상적인 잠금 해제 시도를 확인할 수 있도록 한다.

◇ 인식부

인식부는 도2와 도3의 좌측 구조물을 통해 확인할 수 있다. RFID 태그(202)와 RFID 리더(603)에는 그에 해당하는 고유의 번호가 있어 헬멧과 전동킥보드 간의 1대1 인식이 가능하다. 또한, 해당 RFID 태그(202)와 RFID 리더(603)는 서로의 거리가 일정범위 이내로 들어왔을 경우 신호를 인식하기 때문에 헬멧의 장착 또는 해제를 인식 가능하다.

헬멧의 손잡이와의 체결 인식 과정은 다음과 같다. 헬멧이 최초 자석(암)(203)와 자석(수)(604), 자석(암)(302)와 자석(수)(702)가 붙으면 자동적으로 전동킥보드 손잡이의 올바른 위치에 있게 된다. 이때 RFID 태그(202)과 RFID 리더(603)이 맞닿으며 위 내용의 순서에 따라 1대1 인식이 이루어진다.

추가적으로 도2와 도3의 우측 구조물에서도 2차적인 인식부를 확인 할 수 있다. 인식용 자석(301)과 리드스위치(701) 또한 인식용 자석(301)이 리드스위치에 접근함에 따라 헬멧의 장착 또는 해제를 2차적으로 확인 가능하다. 또한 이 두 장치를 통해 헬멧의 위치 정보를 획득하여 전동킥보드 대여 시 손잡이로부터 헬멧의 이탈을 이끌 수 있다.

◇ 잠금부

잠금부 또한 도안 2와 3의 좌측 부분을 통해 확인할 수 있다. 실제 잠금이 이뤄지는 걸쇠는 ‘ㄱ’자 구조를 보인다. 손잡이 우측 잠금부에 ‘ㄱ’자 형태의 걸쇠(602)가 존재한다. 헬멧의 걸쇠 홈(201)에 들어간 후, 회전하여 실제 잠금이 이루어진다.

해당 걸쇠는 모터의 회전에 의해 구동하며 회전 운동을 이용하여 잠금을 해제한다. 약 90도 내외의 회전만이 필요하므로, 크기가 작고 0-180도 회전이 가능한 서보모터(601)를 활용한다. 서보모터를 통해 걸쇠(602) 움직여 걸쇠가 홈(201)에서 빠져나오도록 한다. 또한 헬멧의 장착 시에는, 서보모터의 반대 동작으로 걸쇠를 원위치시킨다.

◇ 도난 방지 인식부

도난 방지 인식부는 도2와 도3의 우측 구조물을 통해 확인할 수 있다. 헬멧을 비정상적으로 잠금 해제하려는 시도가 있을 경우 헬멧의 좌측 경우 걸쇠(602)와 헬멧의 걸쇠 홈(201)이 서로 잠금이 되어 있기 때문에 헬멧이 떨어지지 않는다. 따라서 헬멧의 우측부가 먼저 들리게 되는데 이 경우 우측에 위치한 헬멧의 인식용 자석(302)과 리드스위치(701)이 일정 거리 이상 서로 떨어지게 된다. 이에 따라 리드 스위치가 이를 감지하고 신호를 발생시키고 이를 제어부로 전달한다. 제어부는 이러한 일련의 과정이 헬멧이 대여 과정을 거치지 않고 비정상적인 해제라고 인식하고 이를 도난행위라고 판단하여 경보음이 울리게 되어 방지한다.

나. 조립순서

1. 회로 제작

1-1. 제어부: 블루투스 모듈 & 전원케이블

1-2. 인식부 및 잠금부: RFID 모듈 & 서보모터

1-3. 도난 방지 인식부: 리드스위치 모듈

2. 코드 구성

2-1 아두이노 코드작성

2-2 MIT 앱인벤터을 이용하여 앱 제작

3. 하드웨어 구성

3-1. 인식부의 하드웨어 구성: 자석 부착 & 악세서리 형태로 외관 제작

3-2. 잠금부의 하드웨어 구성: 자석 및 걸쇠 부착 & 악세서리 형태로 외관 제작

3-3 전체적인 킥보드 모형 제작

4. 헬멧 및 손잡이에 부착

4-1. 헬멧 부착: 자석, RFID 태그 부착 및 홈 제작

4-2. 손잡이에 ‘3’에서 제작한 악세서리 부착

◇ 회로 구성품

◇ 회로 설계

(1) 전원 공급

- 전원 공급기 (5V) 이용

(2) 신호의 입/출력

- 인식부 호환 여부 확인: RC 522 및 HC-06을 이용

- 잠금 해제 신호 입력: HC-06을 이용 → 서보모터 작동

(3) 제어

- 헬멧의 대여 및 반납

① 헬멧의 반납: RC 522 작동으로 인한 단말기로의 잠금 정보 전달 → 전동킥보드 반납 가능

② 헬멧의 대여: 단말기를 통한 헬멧 잠금 해제 장치 작동 → 헬멧 및 전동킥보드 대여 가능

• 리드스위치를 통한 헬멧의 이탈 정보가 주어지지 않을 경우 대여 불가

◇ 회로 구동의 flow chart (알고리즘)

1. 대여 - 휴대폰 앱에서 대여 명령. 잠금 해제 및 헬멧 분리 가능.

1-A. 임시 잠금 - 4초간 헬멧 미 분리시, 다시 잠금.

2. 반납 - 헬멧 장착 시 RFID 접촉에 의한 반납 인식 및 잠금.

3. 도난 시도 감지 - 미대여 시 리드스위치 자석 해제되면, 경보음 작동.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

관련사업비 내역서

완료작품의 평가

향후계획

- 체결신뢰성 개선

본 제품의 경우 직접 손으로 제작하였기 때문에 체결부의 경우 자석과 나사를 이용하여 정교하지 못하다는 문제가 존재한다. 따라서 향후 3d printing과 같은 기술을 이용하여 정교하게 제작한다면 체결의 신뢰성을 개선할 수 있을 것이다.

- 도난방지 경보 시스템 개선

본 제품의 경우 시연 시 아두이노 피에조 부저를 사용하였는데 해당 부저의 경우 경보음의 크기 조절이 불가하여 경보음이 작다는 문제가 있다 실제 제품을 제작시에는 비용적 제약이 덜하기 때문에 성능이 더 좋은 장비를 사용하여 경보음의 크기를 키울 수 있을 것이다.

- 걸쇠 구조의 개선

본 제품의 경우 시연 시 아두이노 서보 모터를 사용하였기 때문에 모터의 이동 각도가 비교적 정교하지 못하다는 문제가 있다, 실제 제품 제작 시에는 성능이 개선된 모터를 사용하여 걸쇠가 정교하게 이동하도록 한다.

- 자전거 공유 서비스와의 연계

공공자전거의 경우 헬멧의 착용이 의무는 아니지만 헬멧 미착용에 의한 사고가 빈번하다. 따라서 공유자전거의 핸들에도 헬멧을 체결할 수 있는 시스템을 적용하는 방안도 고려한다.

현장조사

학교 내 길거리에 비치 된 전동킥보드를 조사해본 결과 67대 중 모두 헬멧이 비치 되어있지 않은 상태임을 확인