아이가 자전거를 사용할 시, 이용자의 신체와 맞지 않아 자전거를 쉽게 조작할 수 없습니다.
센트럴파크나 인천대공원 같이 큰 공원을 둘러보면 아이들은 자유롭게 자전거를 타고 어른들은 이를 뒤따라 걷는 모습을 쉽게 찾아볼 수 있습니다.
이런 경우 순간적으로 사람에 의해 가려지거나 인파에 의해 자식을 잃어버릴 수 있습니다.
자전거를 막 타는 아이의 경우 다리 힘이 발달하지 않아 쉽게 밟기 어렵거나 패달을 멈춰야 할 때를 제대로 인지하지 못해 내리막에서 패달을 밟아 사고가 발생할 수 있습니다.
이 점들을 고려해 사용자의 위치를 파악하고, 사용자를 안전하게 보조해주는 유아용 자전거를 만들게 되었습니다.
2. 수행기간
11/9 ~ 11/10 : 아이디어 확정, 도면 제작, 물품 발주
11/11 ~ 11/15 : 외형 데모버전 만들기
11/16 ~ 11/20 : gps부분 만들기, 외형 전면 수정, 추가 발주
11/21 ~ 11/30 : 3d프린터로 출력 및 후가공, 모터가동 만들기, 1차 완성
12/1 ~ 12/19 : 납땜 및 최종 완성
3. 개발작품 설명
자전거의 위치 정보를 얻기 위해 GPS 수신 모듈로 NEO 7M 부품을 이용했습니다. 이 모듈은 기기 간 통신을 위한 전기적 인터페이스 및 데이터 송수신에 이용되는 프로토콜인 NMEA의 절차를 따릅니다. $로 시작하는 183개 종류의 Sentence ID를 통해 다양한 종류의 GPS 수신값을 받아들일 수 있습니다. 그리고 저희는 그 중 지리 정보와 고도, 경도 값을 읽을 수 있는 GPGLL로 시작하는 데이터값만 파싱하기로 하였습니다. 정보는 쉼표(,)로 구분되어 시간, 위도, 경도, checksum 등 순서대로 출력됩니다. 그리고 이것을 Bluetooth 시리얼을 통해 받아들여 앱 내에서 문자열을 조작 후, 구글 맵스에 위치를 표시합니다.
바퀴에 사용될 모터로 일반적으로 DC 모터와 기어박스를 이용했습니다. 그리고 이용자의 페달 용도로 엔코더를 이용했습니다. 엔코더는 모터의 회전속도와 방향을 알려주는 부품이지만, 저희는 자동차 바퀴 모터와는 별개로 속도 제어 부분에서 가속과 감속을 위한 trigger를 해줄 용도로 사용했습니다.
자이로 가속도 센서인 MPU6050을 이용해서 차체의 기울기를 감지해 오르막이나 내리막을 인지한 후 자동으로 가속이나 감속을 시켜주는 기능을 구현하고자 하였습니다. 지속적인 기준값 수정을 통해 가장 정확도가 높도록 조정하였습니다. 뿐만 아니라 급격한 센서값 감지를 통해 자전거가 넘어졌을 때를 감지할 수 있도록 구현했습니다. 그래서 애플리케이션에서 긴급상황을 인지할 수 있도록 하였습니다.
앞서 언급했듯이, bluetooth 모듈을 이용해 애플리케이션에 버튼값과 gps 센서값을 보내는 방식으로 통신했습니다. 애플리케이션에서 자유롭게 다양한 bluetooth 센서를 이용할 수 있도록 했고, 빠른 시연을 위해 기존에 이용하고 있는 모듈의 mac주소를 직접 연결할 수 있도록 추가로 연결 버튼을 구현했습니다.
테스트하던 중에 GPS 센서와 MPU6050 센서의 값을 각각 시리얼에 연결해 통신하도록 하면 서로 간섭이 생겨서 제대로된 값을 구현할 수 없다는 사실을 알게 되어, 정확한 시간 간격에 따라 두 센서값을 각각 활성화시킬 수 있도록 릴레이 5V 모듈을 이용하는 것으로 해결했습니다.
이 모든 기능을 구현할 보드로 아두이노 우노 호환보드를 이용했습니다. 기존에 소형화, 경량화를 이용해 아두이노 프로 마이크로 보드를 이용했으나, 핀 간의 간섭이 심하다는 것을 깨닫고 보드를 바꾸었습니다. 보드 내에서 객체 지향 방식으로 다양한 센서값을 읽어들이기 위해 Task Scheduler 방식을 이용하였습니다.
모터에 충분한 전압을 공급하기 위해서 DC 모터에 전지의 Raw 전압을 공급하고, 핸들 조작을 위한 서보모터에는 5V 전압을 공급했습니다.
저희는 부모의 유동적인 컨트롤을 위해 Kodular 프로그램으로 애플리케이션을 제작했습니다.
위치 정보와 같은 개인정보 보호를 위해 firebase 데이터베이스 시스템을 연동해 로그인 시스템을 제작했습니다
회원가입과 로그인 화면을 넘어가면, 블루투스 모듈 연결 화면이 뜨고 특정 모듈과 연결이 된다면 자동으로 자전거의 GPS 센서값과 방향 전환 버튼 키값을 받아오기 시작합니다.
다음은 디자인 설명입니다.
블렌더 프로그램을 이용하여 3D프린터로 프레임을 출력했고, 내경 5mm 베어링을 이용해서 핸들 조작을 구현했습니다.
LightBurn 프로그램을 통해 레이저커터기를 이용하여 하드웨어 보호용 아크릴 외부 프레임을 제작했습니다.
