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2020년 12월 17일 (목) 02:22 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 지하철 임산부 좌석 양보 시스템

영문 : Subway pregnant woman seat concession system

과제 팀명

비켜조

지도교수

김상일 교수님

개발기간

2020년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20144500** 장*영(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20144500** 장*하

서울시립대학교 신소재공학과 20144500** 이*호

서울시립대학교 신소재공학과 20144500** 김*현

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 지하철에 존재하는 임산부 전용 좌석의 활용을 극대화하기 위한 시스템이다.

◇ 임산부가 임산부 전용 좌석의 일정 반경 이내로 진입하였을 경우 착석해있던 사람에게 알리어 양보할 수 있도록 한다.

◇ 임산부가 스마트폰의 어플리케이션을 실행시키면 스마트폰에서 신호가 발생되어 임산부 좌석 측면의 센서가 인식한다. 신호가 인식되면 연결되어 있는 LED등이 점등하고 스피커에서 소리가 발생하여 착석한 사람이 임산부의 존재를 인식할 수 있도록 한다. 임산부가 착석하면 사용중임을 알리는 LED가 점등된다.

◇ 임산부만 사용할 수 있도록 로그인하여 인증하도록 한다.

개발 과제의 배경

◇ 임신 초기에는 임신 사실을 겉으로 확인하기 힘들기 때문에 좌석이 양보되지 않는 경우가 생긴다. 때문에 임산부 전용 좌석은 앉기 꺼려지고 비워져 있는 경우가 잦다.

◇ 수도권 지하철 기준으로 임산부 좌석은 1량에 4개이며 결코 적은 수가 아니며, 임산부 좌석이 불필요하게 비워져 있는 것은 공간의 낭비이다.

◇ 양보 시스템이 도입된다면 임산부가 있음을 확실하게 인지할 수 있기 때문에 눈치 볼 필요 없이 임산부 좌석을 이용할 수 있고, 낭비를 줄일 수 있다.

◇ 비콘 신호 발생 장치를 불필요하게 제작하지 않고 휴대폰 애플리케이션으로 대체하여 자원의 낭비 및 예산 감소를 도모한다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 정확성

1. 센서가 반경 1m 안에 스마트폰이 들어온 것을 인식해야 한다. 2. ‘양보’신호와 ‘사용중’신호를 정확히 구분하여 올바른 색의 LED를 점등해야 한다.

◇ 실용성

1. 가격이 기존의 센서 및 LED등의 가격(20만원)보다 저렴해야 한다. 2. 스마트폰의 종류에 상관없이 어플리케이션이 실행되어야 한다.

◇ 보안성

1. 임산부가 아닌 사용자가 애플리케이션을 사용하지 못하도록 인증 과정을 거친다. 2. 동일한 대역폭의 다른 신호가 왔을 때 작동하지 않도록 한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

◇근거리 무선 통신 기술

Bluetooth

블루투스 기술은 1999년 공식발표된 기술로 2400~2483.5MHz의 주파수 범위에서 동작하는 무선 신호이다. 블루투스는 송신된 데이터가 패킷으로 분할되고, 각 패킷은 지정된 79개의 블투투스 채널들 중 하나에 전송된다. 각 채널은 1MHz의 대역폭을 가지며 블루투스 4.0 이후부터는 40개의 채널에 2MHz의 간격을 사용한다.
블루투스 기술은 1세대부터 현재 5.2세대까지 차례로 발전해 왔다. 블루투스 기술은 세대가 지나감에 따라서 점점 더 많은 양의 데이터량과 더 넓은 데이터 전송 가능 범위와 저전력으로 발전해왔다. 현재 5세대의 블루투스 기술은 전송거리와 전송속도를 자율적으로 유연하게 조절할 수 있다.
블루투스 칩은 single mode와dual mode가 있다. 싱글 모드는 단방향으로만 데이터를 송신하고, 일반적으로 사용하는 스마트폰들은 듀얼 모드로 양방향으로 데이터를 송수신할 수 있다.

Beacon

비콘은 무선통신장치로써 블루투스 4.0세대를 기반으로 주변에 있는 기기들에게 신호를 전달하는 기술이다. 비콘은 저전력으로 무선통신이 가능하며이론상 최대 100m까지도 신호전달이 가능하다. 다만 실생활에서는 출력 제한과 전파간섭으로 인하여 약 1m정도를 한계선으로 보고있다.

◇MCU(Micro Controller Unit)기술

MCU

MCU 기술이란 마이크로프로세서와 입출력 모듈을 하나의 칩으로 만들어 정해진 기능을 수행하는 컴퓨터를 의미한다. MCU는 임베디드 애플리케이션을 위해 디자인 되었으며 임베디드 시스템에 널리 사용된다. MCU는 여러 기능을 처리하기 위해 동작하는 것이 아니라 특정한 기능을 설정하고 정해진 일을 수행하도록 프로그래밍 되어 동작한다. 일반 PC에 비해 성능이 낮고 형상도 다르며, 한 번 프로그래밍하면 코드를 바꿀 일이 거의 없다.  MCU는 현재 라즈베리파이, 아두이노 등을 사용하여 간단하게 프로그래밍 할 수 있다.

라즈베리파이

초소형, 초저가, 저사양 컴퓨터에 사용되며, 아두이노에 비해 복잡한 프로그래밍이 가능하다. 라즈베리파이는 컴퓨터이기 때문에 운영체제를 설치해야한다.

아두이노

아두이노는 컴퓨터가 아니라 Micro Controller를 구현하기 때문에 운영체제가 필요 없다. 비교적 단순하여 접근성이 높다. 아두이노는 컴퓨터가 아니기 때문에 웹 인터페이스 구 등은 어렵지만 단순 센서나 모터 제어 등은 간단하게 할 수 있다.

특허조사 및 특허 전략 분석

◇출원번호 : 10-2018-0125076(임산부 카드 태그시 열리는 임산부석)

임산부가 가진 임산부 카드를 태그시에 좌석이 열리도록 만들어서 임산부에게 좌석을 제공하는 시스템이다.

◇출원번호 : 10-2019-0007567 (임산부 배려를 위한 지하철 임산부 좌석 예약 시스템 및 그를 이용한 예약 좌석 운용 방법)

임산부가 좌석을 사용할 때 스마트폰 앱을 이용하여 임산부 좌석을 예약할 수 있고, 일반 좌석과 다르게 임산부 좌석에는 예약하지 않은 임산부 외에는 앉지 못하도록 차단기와 안내장치가 설치되어 예약한 임산부 이외의 사람이 이용할 수 없도록 하여 예약한 임산부가 편안히 이용할 수 있도록 한 임산부 배려를 위한 지하철 임산부 좌석 예약 시스템 및 운용방법이다.

◇ 임산부 태그시 열리는 좌석이나 임산부 좌석 예약제는 임산부가 사용하지 않을 때에는 좌석을 사용할 수 없는 상태로 만들기 때문에 좌석의 낭비가 일어나게 된다. 반면에 임산부 배려석 어플 시스템의 경우에는 임산부가 좌석을 사용하지 않을 때에는 일반 승객들에게 좌석이 제공되기 때문에 좌석과 공간의 낭비가 줄어든다.

◇임산부 좌석 예약 시스템의 경우 임산부가 좌석을 예약하고 나타나지 않을 경우 문제가 발생할 수 있다.

◇임산부 카드 태그시 열리는 임산부 좌석의 경우에는 태그 전에는 닫혀 있고, 태그 이후 열리는 시스템을 갖추는 것에 많은 비용이 소모된다.

기술 로드맵

◇무선 통신 기술

무선 통신기술은 과거 봉화나 등대 등을 통하여 신호를 주고 받았고, 이후 1901년 라디오 전파 기술이 개발되어 아날로그 신호를 주고 받았다. 이후 디지털 신호를 주고 받는 무선 통신 기술이 보안, 저전력, 전송속도 등의 목적에 따라 여러 갈래로 발전 되었다.

등대, 봉화(과거)-->라디오(1901년)--> NFC(저전력, 2003 표준 승인)&bluetooth(상대적 고성능, 1994 개발)

◇MCU

MCU가 개발되기 이전에는 특정 기계전자장치를 제어하기 위해서 장치가 요구하는 사항들의 각각에 따라서 그 각각마다 필요한 전문화된 칩을 사용했다. MCU로 통합된 이후에는 MCU 자체 하나의 칩으로 각각의 장치 하나를 완전히 제어한다.

전문화된 여러 개의 칩--> MCU

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

내용

마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

내용

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

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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 ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)====
 *전 세계적인 기술현황
-내용
+◇근거리 무선 통신 기술
+Bluetooth
+ 블루투스 기술은 1999년 공식발표된 기술로 2400~2483.5MHz의 주파수 범위에서 동작하는 무선 신호이다. 블루투스는 송신된 데이터가 패킷으로 분할되고, 각 패킷은 지정된 79개의 블투투스 채널들 중 하나에 전송된다. 각 채널은 1MHz의 대역폭을 가지며 블루투스 4.0 이후부터는 40개의 채널에 2MHz의 간격을 사용한다.
+ 블루투스 기술은 1세대부터 현재 5.2세대까지 차례로 발전해 왔다. 블루투스 기술은 세대가 지나감에 따라서 점점 더 많은 양의 데이터량과 더 넓은 데이터 전송 가능 범위와 저전력으로 발전해왔다. 현재 5세대의 블루투스 기술은 전송거리와 전송속도를 자율적으로 유연하게 조절할 수 있다.
+ 블루투스 칩은 single mode와dual mode가 있다. 싱글 모드는 단방향으로만 데이터를 송신하고, 일반적으로 사용하는 스마트폰들은 듀얼 모드로 양방향으로 데이터를 송수신할 수 있다.
+Beacon
+ 비콘은 무선통신장치로써 블루투스 4.0세대를 기반으로 주변에 있는 기기들에게 신호를 전달하는 기술이다. 비콘은 저전력으로 무선통신이 가능하며이론상 최대 100m까지도 신호전달이 가능하다. 다만 실생활에서는 출력 제한과 전파간섭으로 인하여 약 1m정도를 한계선으로 보고있다.
+◇MCU(Micro Controller Unit)기술
+MCU
+ MCU 기술이란 마이크로프로세서와 입출력 모듈을 하나의 칩으로 만들어 정해진 기능을 수행하는 컴퓨터를 의미한다. MCU는 임베디드 애플리케이션을 위해 디자인 되었으며 임베디드 시스템에 널리 사용된다. MCU는 여러 기능을 처리하기 위해 동작하는 것이 아니라 특정한 기능을 설정하고 정해진 일을 수행하도록 프로그래밍 되어 동작한다. 일반 PC에 비해 성능이 낮고 형상도 다르며, 한 번 프로그래밍하면 코드를 바꿀 일이 거의 없다.  MCU는 현재 라즈베리파이, 아두이노 등을 사용하여 간단하게 프로그래밍 할 수 있다.
+라즈베리파이
+ 초소형, 초저가, 저사양 컴퓨터에 사용되며, 아두이노에 비해 복잡한 프로그래밍이 가능하다. 라즈베리파이는 컴퓨터이기 때문에 운영체제를 설치해야한다.
+아두이노
+ 아두이노는 컴퓨터가 아니라 Micro Controller를 구현하기 때문에 운영체제가 필요 없다. 비교적 단순하여 접근성이 높다. 아두이노는 컴퓨터가 아니기 때문에 웹 인터페이스 구 등은 어렵지만 단순 센서나 모터 제어 등은 간단하게 할 수 있다.
 *특허조사 및 특허 전략 분석
-내용
+◇출원번호 :  10-2018-0125076(임산부 카드 태그시 열리는 임산부석)
+ 임산부가 가진 임산부 카드를 태그시에 좌석이 열리도록 만들어서 임산부에게 좌석을 제공하는 시스템이다.
+◇출원번호 : 10-2019-0007567 (임산부 배려를 위한 지하철 임산부 좌석 예약 시스템 및 그를 이용한 예약 좌석 운용 방법)
+ 임산부가 좌석을 사용할 때 스마트폰 앱을 이용하여 임산부 좌석을 예약할 수 있고, 일반 좌석과 다르게 임산부 좌석에는 예약하지 않은 임산부 외에는 앉지 못하도록 차단기와 안내장치가 설치되어 예약한 임산부 이외의 사람이 이용할 수 없도록 하여 예약한 임산부가 편안히 이용할 수 있도록 한 임산부 배려를 위한 지하철 임산부 좌석 예약 시스템 및 운용방법이다.
+◇ 임산부 태그시 열리는 좌석이나 임산부 좌석 예약제는 임산부가 사용하지 않을 때에는 좌석을 사용할 수 없는 상태로 만들기 때문에 좌석의 낭비가 일어나게 된다. 반면에 임산부 배려석 어플 시스템의 경우에는 임산부가 좌석을 사용하지 않을 때에는 일반 승객들에게 좌석이 제공되기 때문에 좌석과 공간의 낭비가 줄어든다.
+◇임산부 좌석 예약 시스템의 경우 임산부가 좌석을 예약하고 나타나지 않을 경우 문제가 발생할 수 있다.
+◇임산부 카드 태그시 열리는 임산부 좌석의 경우에는 태그 전에는 닫혀 있고, 태그 이후 열리는 시스템을 갖추는 것에 많은 비용이 소모된다.
 *기술 로드맵
-내용
+◇무선 통신 기술
+ 무선 통신기술은 과거 봉화나 등대 등을 통하여 신호를 주고 받았고, 이후 1901년 라디오 전파 기술이 개발되어 아날로그 신호를 주고 받았다. 이후 디지털 신호를 주고 받는 무선 통신 기술이 보안, 저전력, 전송속도 등의 목적에 따라 여러 갈래로 발전 되었다.
+등대, 봉화(과거)-->라디오(1901년)--> NFC(저전력, 2003 표준 승인)&bluetooth(상대적 고성능, 1994 개발)
+◇MCU
+ MCU가 개발되기 이전에는 특정 기계전자장치를 제어하기 위해서 장치가 요구하는 사항들의 각각에 따라서 그 각각마다 필요한 전문화된 칩을 사용했다. MCU로 통합된 이후에는 MCU 자체 하나의 칩으로 각각의 장치 하나를 완전히 제어한다.
+전문화된 여러 개의 칩--> MCU
 ====시장상황에 대한 분석====