• 검색 결과가 없습니다.

연구 결과보고서

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "연구 결과보고서"

Copied!
19
0
0

로드 중.... (전체 텍스트 보기)

전체 글

(1)

STEAM R&E 연구 결과보고서

1. 기본 정보

지 역

(시도) 학교명 과제명

경기도 봉일천고등학교 지체장애인을 위한 자이로센서 기반 큐브형

리모콘(Cubecon) 개발

책임자 공동지도교사

참여학생이름

이름 학교전화 휴대전화 이름 휴대전화

임O 환 윤O 용 , 추O 제 , 이O 늘 , 오O규

(2)

< 연구 결과요약서 >

과 제 명 지체장애인을 위한 자이로센서 기반 큐브형 리모콘(Cubecon) 개발 연구목표 리모콘을 사용하기 어려운 노약자들을 위한 리모콘 개발

연구내용

□ 이론적 배경 및 선행연구

○ 지체장애인과 노년층의 전체 여가시간 중 TV 시청 비율

남녀노소 장애인, 비장애인 가릴 것 없이 여가생활에서 TV 시청의 비율이 높지만 그중에 서도 장애인과 고연령 집단에서 특히 더 큰 비중을 차지한다.

○ 오픈 소스 온라인 커뮤니티를 활용한 기술 획득

「Hackster.io, instructables.com, forum.arduino.cc」 등과 같은 오픈 소스 기술공유 온라 인 커뮤니티를 검색해서 우리 팀이 구현하고자 하는 ‘큐브콘’과 ‘신호변환기’의 작동 메커니즘과 관련된 소스 코드와 제작 사례를 수집하였다.

□ 연구 주제 선정 (목적 및 필요성)

논문조사결과 노약자, 장애인 여가 생활 중 TV 시청 비율이 높다고 나왔으며, 파주시 조리읍 봉일천리에 위치한 요양원에서 노년층분들을 대상으로 설문조사를 한 결과 대부분 의 노년층분들께서 리모컨 조작에 어려움이 있다고 답하였다. 리모컨 조작에 어려움이 있는 이유로는 “리모컨의 버튼이 크다.”, “리모컨의 버튼 개수가 많다.”, “채널 번호가 기억나지 않는다.” 등이 있었으며, 리모컨의 업다운 버튼을 이용하여 채널을 탐색하고, KBS, SBS와 같은 공중파 채널을 선호한다는 것을 알 수 있었다. 따라서 버튼 조작 편의성을 획기적으로 개선할 수 있는 채널 변경방식(주사위 방식)을 도입하였다. 리모컨의 필수 기능들만 넣어 제품의 기능을 단순화하였고, 채널 변경이 쉽도록 디자인하였다.

□ 연구 방법

○ Fab Lab 아카데미 수강을 통한 학습과 연구의 병행

과학중점학교 방과후 과학체험활동 프로그램인 Fab Lab 아카데미 수업을 통해 아두이노 제어, 3D 모델링, 레이저 커팅, 3D 프린팅을 학습하였다. Fab Lab 아카데미 수업을 통해 연구를 수행하는데 필요한 기술들을 학습하였고, 제품 개발을 위한 팀 프로젝트를 경험할 수 있었다.

○ 공학적 문제 해결을 위한 연구 과정 설계

지도교사 선생님과 팀원들 간의 토의를 통해, 공학적 문제 해결방법에 기초해서 연구 과정을 ‘개념설계, 작동 메커니즘 구현, 프로토타입 제작, 사용 편의성 테스트, 수정 및 최종 제품 제작’로 설계하였다.

Ÿ 큐브형 리모컨 개념 설계

큐브형 리모컨은 채널 변경을 조작할 정육면체 모양의 ‘큐브콘’과 큐브콘으로 부터 수신된 채널정보를 TV에 전달하는 ‘신호변환기’로 구성된다.

‘큐브콘’은 정육면체 큐브 모양으로 제작하며, 큐브 내부에는 자이로 센서와 자이로 센서가 측정한 중력에 대한 기울기 정보를 처리할 아두이노 보드, 채널 정보를 송신할 블루투스 모듈 등이 설치된다. 큐브의 5개 면에는 사용자가 자주 시청하는 5개의 채널를 배정하서 해당 면이 위를 향하게 되면 자이로 센서의 측정값이 아두이노 보드에 전달되고, 아두이노 보드는 선택 채널의 정보를 블루투스 모듈을 사용해서 ‘신호변환기’로 송신한 다. 남은 1개의 면에는 TV의 전원조작, 음량조작을 위한 버튼이 설치된다.

(3)

‘신호변환기’는 큐브콘에서 수신한 채널 정보에 따라 HEX 코드를 적외선 송신기를 이용하여 TV로 송신한다. 신호변환기에는 블루투스 모듈, 아두이노 보드, 적외선 송신 모듈이 설치된다.

큐브콘 아두이노보드 블루투스 모듈(송신)

자이로센서

신호변환기 아두이노보드 블루투스 모듈(수신)

적외선 송신부

TV

Ÿ 큐브형 리모컨 작동 메카니즘 구현

- 자이로 센서 제어 : 아두이노 보드의 시리얼 모니터 기능을 사용해서 자이로 센서의 측정값을 분석한다. 바닥에 놓인 큐브의 윗면을 판단할 수 있는 X, Y, Z 기울기 값 범위를 설정한다.

- 블루투스 모듈 간 통신 : 큐브콘에 의해 선택된 채널 정보를 블루투스 모듈 간 통신을 통해 신호변환기로 전달한다. 큐브콘의 블루투스 모듈이 마스터 모드, 신호변환기의 블루 투스 모듈이 슬레이브 모드로 작동하며 두 모듈은 자동 페어링이 되도록 설정한다.

- 적외선 신호 송출 : 아두이노 보드의 시리얼 모니터 기능을 사용해서 적외선 수신 모듈에 수신된 TV 리모콘 채널 별 HEX 코드를 파악한다. 파악한 HEX 코드를 적외 선 송신 모듈로 TV쪽으로 전송하여 TV 채널 변경을 확인한다.

- 시제품 케이스 생산 : 3D 프린터와 레이저커터를 사용해서 큐브콘과 신호변환기 케이스를 제작한다.

Ÿ 프로토타입 디자인

- 시제품 외관 설계 : 3D 모델링 툴을 사용해서 큐브콘과 신호 변환기의 외관을 설계한다.

- 시제품 케이스 생산 : 3D 프린터와 레이저커터를 사용해서 큐브콘과 신호변환기 케이스를 제작한다.

Ÿ 시제품에 대한 테스트

- 시제품 사용자 경험 분석 : 기능적인 측면과 디자인적인 측면으로 구분하여 베타 테스터를 대상으로 사용자 편의성을 평가한다. 베타 테스터는 70세 이상 노년층 5명 을 섭외하여 사용 후 인터뷰를 통해 사용자 편의성을 평가한다.

> 사용법 교육 : 큐브콘의 개념을 만든 이유와 함께 설명하였다. 기존 리모컨과 비 교하여 큐브콘을 사용하였을 때의 이점을 설명하고 직접 시연을 통해 사용법에 대한 이해를 도왔다. 이후 큐브콘 조작 연습을 실시하였다. 총 교육 시간은 10분이었다.

> 시제품 사용 결과 : 교육 후 도움 없이 큐브콘 사용 테스트를 실시하였다. 테스트 과정에서 4명의 노년층이 어려움 없이 큐브콘을 돌려 채널 변경을 성공하였으며 TV 채 널 업 다운 버튼을 통해 TV 채널을 바꾸는 것 또한 성공하였다. 나머지 노년층 1명은 처음에는 큐브콘 사용에 어려움을 느꼈지만 재교육 후 바로 TV 채널 변경에 성공하였 다.

※ 제한점 : 큐브콘은 리모컨 조작에 어려움을 겪고 있는 사회적 약자를 위한 제품이 다. 그들이 더 쉬운 방법으로 TV채널을 변경할 수 있도록 큐브콘을 제작하였지만 TV 채 널 선택의 제한과 TV 채널 변경 이외의 리모컨 역할을 수행할 수 없다는 제한점이 있 다.

(4)

□ 연구 활동 및 과정

○ 월별 연구 추진 실적

추진 실적 비고

5월

Ÿ 제품에 대한 개념설계

Ÿ 블루투스 통신, 자이로센서 제어, 적외선 송수신 관련 기 술 정보 수집

Ÿ Fab Lab 아카데미 수강

Ÿ 오픈소스 기술공유 온라인 커뮤니티 활용 Ÿ Fab Lab 아카데미를 통해 연구에 필요한

기술 학습

6월

Ÿ 연구자별로 회로 제작 및 소스코드 개발(블루투스 통신 실습, 자이로센서 제어 실습, 적외선 송수신 실습) Ÿ 프로토 타입 제작

Ÿ 중간보고서 작성

Ÿ 레이저커터기 및 3D프린터를 사용하여 프로토타입 디자인 제작

7월 Ÿ 중간 발표회 참석

Ÿ 중간 발표 컨설팅 결과 반영 시제품 개선 계획 수립

Ÿ 컨설팅 결과를 토대로 시제품의 개선 계 획을 우선순위로 나눠 계획 수립 8 ~ 9월 Ÿ 중간 발표 컨설팅 결과 반영 시제품 개선 Ÿ 오픈소스 기술공유 온라인 커뮤니티 활용

10월 Ÿ 중간 발표 컨설팅 결과 반영 시제품 개선 Ÿ 시제품에 대한 사용자 테스트

Ÿ 오픈소스 기술공유 온라인 커뮤니티 활용 Ÿ 요양원에서 사용자 테스트 진행

연구성과

□ 연구 결과

○ 프로토 타입 제작 완료

- 큐브콘의 케이스는 레이저커터기로 MDF를 커팅하여 만들었으며 면마다 TV 채널을 크게 삽입하여 사용자가 채널을 쉽게 파악할 수 있게 하였다. 큐브콘은 아두이노 나노, 브레드보드, 자이로센서, 블루투스센서, RGB LED 모듈, 버튼, 배터리를 설치하였으며, 신호변환기에는 아두이노 나노, 브레드보드, 블루투스센서, 적외선 송신기, 배터리가 설치 되었다. 프로토타입에는 EBS, KBS1, KBS2, SBS, MBC 5개 채널을 설정하였다.

○ 프로토 타입 성능 평가

- 큐브콘의 사용법에 대해 10분 정도 교육 후 도움없이 채널 변경 테스트를 실시한 결과 대부분의 노년층분들이 사용법을 쉽게 익히시고 어려움 없이 채널 변경을 성공하셨다.

- 채널 업다운 버튼, 음향 조절 버튼이 기존 리모컨보다 커서 쉽게 조작하셨고, 큐브콘을 굴려서 채널을 변경하시는 것도 큰 어려움 없이 성공하셨다.

- 대부분의 노년층분들이 공중파 채널을 주로 보셔서 공중파 채널 5개만 저장되어 있어도 만족하셨다.

□ 결과 해석 및 논의

○ 노인분들이 큐브콘을 굴려서 채널 변경하는 방식을 매우 편리하게 평가함.

○ 자주 시청하는 채널이 큐브콘에 저장되어 있지 않은 경우 불편한 점은 있었지만, 채널 업다운 버튼으로 채널 변경이 쉬워져서 불편함을 상쇄할 수 있음.

□ 결론 및 제언(시사점 및 향후 계획)

○ 연구의 성과의 활용 및 확산 방안

큐브콘은 치매, 알츠하이머병, 파킨슨병 등에 걸려서 리모콘 버튼을 누르기 힘들어 하시 는 분들을 대상으로 개발하였다. 큐브콘과 같은 사회적 약자를 위한 제품은 공공 클라우드 펀딩 등의 제도적 도움을 통해 보다 많은 사용자에게 보급되어야 한다고 생각한다. 또한, 큐브콘의 코드 및 회로도는 오픈소스 온라인 커뮤니티에 공개해서 누구나 성능을 업그레이 드하고 저렴한 비용으로 사회적 약자를 위한 제품을 제작할 수 있도록 할 계획이다.

주요어

(Key words) 리모컨, 아두이노, 오픈소스, 장애인, 노약자, TV

(5)

< 연구 결과보고서 >

1. 개요

□ 연구목적

최근 10년 동안 종합편성채널과 IP TV가 서비스되면서 방송 채널의 수가 대폭 증가하였다.

이로 인해 리모컨 조작 능력이 상대적으로 떨어지는 노인층과 지체 장애인들에게 리모컨 조작의 어려움은 TV 시청을 방해하는 요인이라고 생각했다. 이에 우리는 파주시 금릉동 소재 파주시 노인복지회관을 이용하는 70세 이상 이용객 30명을 대상으로 설문조사를 실시하 였다. 설문 조사 결과에 따르면 30분 중 28명이 리모컨의 사용이 어렵다고 응답했으며, 리모컨 사용이 어려운 이유에 대해서는, ‘버튼이 크기가 작아서 누르기 어렵다(25명)’, ‘버튼의 수가 많아서 작동 방법을 파악하기 어렵다(27명)’, ‘채널 수가 많아서 외우기 어렵다(24 명)’, ‘버튼 표시 기호가 작아서 보이지 않는다(25명)’, ‘손 떨림이나 장애로 인해 버튼을 누르기 어렵다(12명)’의 순으로 응답하였다.

김은경(2006)의 연구에 따르면 지체장애인의 경우 전체 여가 생활에서 TV 시청 시간이 80.8%를 차지하며, 손희준(2013)의 연구에 따르면 만 60세 이상의 연령대에서는 40대 이하 젊은 층보다 TV 시청시간이 월등히 길다는 것을 알 수 있다. 이는 지체장애인과 노인층이 건강상의 이유 등으로 외부활동이 어렵기 때문으로 판단된다.

여가 활동 TV시청 독서 비디오 감상 음악 감상 라디오 청취

비율(%) 80.8 49.6 29.6 48.8 38.4

여가 활동 잡기 컴퓨터 게임 통신 기타

비율(%) 10.4 10.4 8.8 1.6

표 1-1. 지체 장애인의 여가 활동 비율

영역/미디어 TV 가정용 오디오 데스크탑 PC 성별 남성(N=5,488) 155.7 1.9 83.0

여성(N=6,512) 219.4 4.0 45.1

연령별

만6〜9세(N=616) 117.6 3.1 36.6 만10세〜19세(N=1,769) 94.2 0.8 63.2 만20세〜29세(N=1,071) 136.0 4.5 117.0 만30세〜39세(N=2,061) 185.4 3.6 102.1 만40세〜49세(N=2,259) 187.1 4.0 67.5 만50세〜59세(N=1,632) 234.2 3.1 36.5 만60세〜69세(N=1,216) 279.6 1.7 13.4 만70세 이상(N=1,351) 311.0 1.4 3.2 전체(N=12,000) 187.0 2.9 63.9 표 1-2. 나이에 따른 가정용 미디어 평균 이용 시간

이에 우리 연구팀은 아두이노 기반의 피지컬 컴퓨팅 기술을 활용하여 지체장애인과 노약자 도 쉽게 사용할 수 있는 리모컨을 개발하고자 한다. 자이로센서, 블루투스 송수신 장치를 내장한 정육면체 큐브 모양의 리모컨을 제작하여 주사위를 굴리듯 움직이면 TV 채널에 대한 정보가 TV에 송신되도록 하는 것이다.

우리나라는 이미 고령화 사회에 접어들었으며, 장애인의 생활 인권에 대한 사회적 관심도

(6)

높아지고 있다. 따라서 과학기술의 발전으로부터 소외될 수 있는 노인층과 장애인을 위한 제품 개발이 필요한 시기인 것이다. ‘지체장애인을 위한 큐브형 리모컨’은 장애인과 노약 자가 편리하게 리모컨을 조작해서 TV를 시청할 수 있도록 도울 수 있다.

2. 연구 수행 내용

□ 이론적 배경 및 선행 연구

○ 지체 장애인과 노년층의 전체 여가시간 중 TV 시청 비율

문화체육관광부(2017)에서 만 15세 이상 국민들을 대상으로 실시한 ‘국민여가활동조사’

에 따르면 전체 여가시간의 72.7%를 TV 시청에 사용한다. 그리고 이민경(2015)의 연구에 따르면 장애인은 전체 여가시간의 96.0%를 TV시청에 사용한다.

여가 활동 TV시청 인터넷검색 게임 산책 음악감상 잡담통화

비율(%) 72.7 39.1 15.1 29.9 14.7 26.7 여가 활동 스포츠 활동 독서,만화 스포츠 관람

비율(%) 12.3 6.4 11.2

표 2-1. 국민여가활동조사(2017)

여가 활동 TV시청 가사일 사교일 가족 관련일 컴퓨터, 인터넷

비율(%) 96.0% 58.5% 56.1% 34.1% 29.1%

여가 활동 휴식 독서, 신문 여행 스포츠 감상, 관람

비율(%) 29.0% 25.0% 9.8% 9.5% 7.1%

여가 활동 승부 놀이 창작적 취미 해외여행 사회 봉사 학습활동

비율(%) 5.6% 4.0% 3.9% 3.9% 3.9%

표 2-2. 장애인의 여가생활

김은경(2006)의 연구에 따르면 지체장애인의 경우 전체 여가 생활에서 TV시청 시간이 80.8%를 차지한다. 이는 지체장애인들이 거동이 불편해 야외 활동을 하기 어렵기 때문으로 판단된다.

여가 활동 TV시청 독서 비디오 감상 음악 감상 라디오 청취

비율(%) 80.8 49.6 29.6 48.8 38.4

여가 활동 잡기 컴퓨터 게임 통신 기타

비율(%) 10.4 10.4 8.8 1.6

표 2-3. 지체 장애인의 여가 활동 비율

손희준(2013)의 연령별 가정용 미디어 평균 이용 시간에 대한 연구에 따르면, 모든 연령대에 서 전체미디어 사용 시간 중 TV 시청이 차지하는 비율이 월등히 높다는 것을 알 수 있다.

그 중에서도 만 50세~70세 이상의 연령대에서는 40대 이하의 젊은 층보다 TV 시청시간이

(7)

길다는 것을 알 수 있다.

영역/미디어 TV 가정용 오디오 데스크탑 PC 성별 남성(N=5,488) 155.7 1.9 83.0

여성(N=6,512) 219.4 4.0 45.1

연령별

만6〜9세(N=616) 117.6 3.1 36.6 만10세〜19세(N=1,769) 94.2 0.8 63.2 만20세〜29세(N=1,071) 136.0 4.5 117.0 만30세〜39세(N=2,061) 185.4 3.6 102.1 만40세〜49세(N=2,259) 187.1 4.0 67.5 만50세〜59세(N=1,632) 234.2 3.1 36.5 만60세〜69세(N=1,216) 279.6 1.7 13.4 만70세 이상(N=1,351) 311.0 1.4 3.2 전체(N=12,000) 187.0 2.9 63.9

표 2-4. 나이에 따른 가정용 미디어 평균 이용 시간

위에서 언급한 연구결과를 종합하면 TV 시청은 일반인, 장애인, 청년층, 노인층 가릴 것 없이 여가생활에서 많은 비중을 차지하며 그 중에서도 지체장애인, 고연령 집단에서 TV 시청의 비율이 높다는 것을 알 수 있다.

장애인과 고연령 집단에게 TV 시청은 여가 생활을 보내는 중요한 방법이다. 따라서 TV 시청에서 이들이 겪는 어려움이 있다면 이를 해결할 수 있는 제품을 개발하는 것은 충분한 가치가 있다고 판단된다.

○ 오픈 소스 온라인 커뮤니티를 활용한 기술 획득

「Hackster.io, instructables.com, forum.arduino.cc」 등과 같은 오픈 소스 기술공유 온라인 커뮤니티를 검색해서 우리 팀이 구현하고자 하는 ‘큐브콘’과 ‘신호변환기’의 작동 메커 니즘과 관련된 소스 코드와 제작 사례를 수집하였다.

Ÿ 블루투스 모듈을 이용한 2개의 아두이노 보드 연결

http://www.martyncurrey.com/connecting-2-arduinos-by-bluetooth-using-a-hc-05-and-a- hc-06-pair-bind-and-link/

Ÿ 자이로센서 제어

https://playground.arduino.cc/Main/MPU-6050 Ÿ 적외선 송수신 제어

http://www.instructables.com/id/Arduino-Infrared-Remote-tutorial/

□ 연구주제의 선정

메이커스 운동을 지향하는 공학 동아리 활동을 하면서 코딩과 메이킹 활동을 통해서 사회적 으로 의미있는 물건을 만드는 ‘Social Impact’ 프로젝트를 수행하게 되었다. 프로젝트 아이디어 회의를 통해 과학기술의 발전으로부터 상대적으로 소외되어 있는 장애인이나 노년 층을 위한 제품 개발로 프로젝트의 목표가 정해졌고, 아이디어 선정 브레인스토밍을 통해

(8)

신체 절단을 당한 장애인이나 심한 손떨림이 일어나는 파킨슨병 환자, 노년층을 위한 TV 리모컨 개발 아이디어가 선정되었다.

각종 오픈소스 기술 공유 온라인 커뮤니티에서 자료 조사를 거쳐 자이로센서 기반의 큐브형 리모컨 개발을 연구 주제로 선정하였다.

□ 연구 방법

○ Fab Lab 아카데미 수강을 통한 학습과 연구의 병행

과학중점학교 방과후 과학체험활동 프로그램인 Fab Lab 아카데미 수업을 통해 아두이노 제어, 디지털 설계(3D 모델링), 디지털 제조(레이저 커팅, 3D 프린팅)을 학습하였다. Fab Lab 아카데미는 총 30시간으로 운영되었다. 18시간은 디지털 설계와 제작 수업을 받고 12시간 은 팀별 제품 개발 프로젝트에 참여했다. Fab Lab 아카데미 수업을 통해 연구를 수행하는데 필요한 기술들을 학습하였고, 제품 개발을 위한 팀 프로젝트를 경험할 수 있었다. STEAM R&E 지도교사 선생님이 Fab Lab 아카데미 수업을 담당하셔서 연구에 필요한 기술을 배울 수 있었다.

○ 메이커 스페이스(Fab Lab 봉일천)를 활용한 연구 활동

우리학교는 Fab Lab 봉일천이라는 메이커 스페이스가 있다. 이곳에는 다양한 종류의 아두 이노 보드, 각종 전자부품과 센서류, 레이저 커터, 3D 프린터, 노트북 등이 준비되어 있어서 방과후에 언제든지 모여서 연구를 진행할 수 있었다.

○ 공학적 문제 해결을 위한 연구 과정 설계

지도교사 선생님과 팀원들 간의 토의를 통하여 공학적 문제 해결방법에 기초해서 연구 과정을 ‘개념설계, 작동 메커니즘 구현, 프로토타입 제작, 사용 편의성 테스트, 수정 및 최종 제품 제작’으로 설계하였다.

• 큐브형 리모컨 개념 설계

큐브콘 리모컨은 채널 변경을 조작할 정육면체 모양의 ‘큐브콘’과 큐브콘으로부터 수신 된 채널정보를 TV에 전달하는 ‘신호변환기’로 구성된다.

‘큐브콘’은 정육면체 큐브 모양으로 제작하며, 큐브 내부에는 자이로 센서와 자이로센서 가 측정한 중력에 대한 기울기 정보를 처리할 아두이노 보드, 채널 정보를 송신할 블루투스 모듈 등이 설치된다. 큐브의 5개의 면에는 사용자가 자주 시청하는 5개의 채널을 배정해서 해당 면이 위를 향하게 되면 자이로 센서의 측정 값이 아두이노 보드에 전달되고, 아두이노 보드는 선택된 채널의 정보를 블루투스 모듈을 통하여 ‘신호변환기’로 송신한다.

‘신호변환기’는 큐브콘에서 수신한 채널 정보에 따라 TV 리모컨 HEX 코드를 적외선 펄스로 변환하여 TV로 송신한다. 신호변환기에는 블루투스 모듈, 아두이노 보드, 적외선 송신 모듈이 설치된다. ‘큐브콘’의 남은 한 개의 면은 TV의 전원조작, 음량조작을 위한 버튼이 설치된다.

(9)

큐브콘 아두이노보드 블루투스 모듈(송신)

자이로센서

신호변환기 아두이노보드 블루투스 모듈(수신)

적외선 송신부

TV

그림 2-1. 개념 설계도

• 큐브형 리모컨 작동 메커니즘 구현

- 자이로 센서 제어 : 아두이노 보드의 시리얼 모니터 기능을 사용해서 자이로 센서 (MPU-6050)의 측정 값을 분석한다. 바닥에 놓인 큐브의 윗면을 판단할 수 있는 X, Y, Z 기울기 값 범위를 설정한다.

- 블루투스 모듈 간 통신 : 큐브콘에 의해 선택된 채널 정보를 블루투스 모듈(HC-06) 간 통신을 통해 신호변환기로 전달한다. 큐브콘의 블루투스 모듈이 마스터 모드, 신호변환기 의 블루투스 모듈이 슬레이브 모드로 작동하며 두 모듈은 자동 페어링이 되도록 설정한다.

- 적외선 신호 송출 : 아두이노 보드의 시리얼 모니터 기능을 사용해서 적외선 수신 모듈에 수신된 TV 리모컨 채널별 HEX 코드를 파악하여 채널별 HEX 코드를 리스트로 작성한 다. 파악한 HEX 코드를 적외선 송신 모듈로 TV 쪽으로 전송하여 TV 채널 변경을 확인한다.

• 프로토타입 디자인

- 시제품 외관 설계 : 3D 모델링 툴을 사용해서 큐브콘과 신호변환기의 외관을 설계한다.

- 시제품 케이스 생산 : 3D 프린터와 레이저 커터를 사용해서 큐브콘과 신호변환기 케이스 를 제작한다.

• 시제품 테스트

- 시제품 사용자 경험 분석 : 기능적인 측면과 디자인적인 측면으로 구분하여 베타테스터 를 대상으로 사용자 편의성을 평가한다. 베타테스터는 70세 이상 노년층 5명을 섭외하여 사용 후 인터뷰를 통해 사용자 편의성을 평가한다.

- 사용법 교육 : 큐브콘의 개념을 만든 이유와 함께 설명하였다. 기존 리모컨과 비교하여 큐브콘을 사용하였을 때의 이점을 설명하고 직접 시연을 통해 사용법에 대한 이해를 도왔다.

이후 큐브콘 조작 연습을 실시하였다. 총 교육 시간은 10분이였다.

- 시제품 사용 결과 : 교육 후 도움 없이 큐브콘 사용 테스트를 실시하였다. 테스트 과정에 서 4명의 노년층이 어려움 없이 큐브콘을 돌려 채널 변경을 성공하였으며 TV 채널 업, 다운 버튼을 통해 TV 채널을 바꾸는 것 또한 성공하였다. 나머지 노년층 1명은 처음에는 큐브콘 사용에 어려움을 느꼈지만 재교육 후 바로 TV 채널 변경에 성공하였다.

(10)

□ 연구 활동 및 과정 ○ 실험 설계

- 제품에 대한 개념 설계

오픈소스 기술공유 커뮤니티 사이트를 참조해서 제품에 대한 개념 확립 및 응용에 필요한 기술 습득

- 큐브콘 제작을 위한 모듈을 탐색

아두이노 나노, 자이로 센서, RGB LED, 적외선 송신 모듈, 블루투스 모듈, 브레드 보드 버튼 등 사용

- 큐브콘 외형 제작

3D 프린터기와 레이저 커터기를 이용해서 제작 - 큐브콘 개선

보조배터리를 이용해 배터리 문제 개선, 적외선 송신 모듈을 교체함으로써 적외선 송신 거리 증가

- 설문조사 방법

봉일천에 있는 요양원에 들러 노인분들에게 설문조사를 하고 추후 베타 테스터로 선정

○ 실험 과정

- 「Hackster.io, instructables.com, forum.arduino.cc」 등과 같은 오픈 소스 기술공유 온라인 커뮤니티를 검색을 통해 기술 습득

- 요양원을 방문해 노인분들게 설문조사를 통해 얻은 정보를 정리 - 레이저 커터기와 3D 프린터기로 큐브콘과 신호 변환기의 외형 제작

- 아두이노 나노를 이용해 자이로센서와 블루투스 모듈, RGB LED를 이용한 큐브콘 제작 - 이두이노 나노를 이용해 블루투스 모듈과 적외선 센서와 블루투스 모듈을 이용한 신호

변환기 제작

- 실제 채널의 헥사코드를 이용한 큐브콘 코드 제작 - 제작한 큐브콘을 이용해 테스트 실행

- 제작한 큐브콘을 가지고 이전에 방문한 요양원에 재방문해 베타테스트를 진행 - 보조배터리 추가 및 배터리 충전 방식 변형을 통한 개선

○ 시행착오 과정

- 자이로 센서를 사용하던 도중 자이로 센서 값 측정에 있어서 코딩 관련 시행착오를 겪음 - 큐브콘을 처음으로 테스트 했을 때 블루투스 통신이 제대로 이루어지지 않음 - 보조 배터리로 교체하는 과정에서 배터리 충전 오류로 인해 회로도에 개선을 하던

도중 오류가 생김

(11)

3. 연구 결과 및 시사점

□ 연구 결과 ○ 작동 구조

그림 3-1. 작동 구조

가. 큐브콘

큐브콘을 돌려서 큐브콘의 상단면의 위치가 바뀌면 자이로센서의 측정값(좌표값)이 변화한다. 그리고 측정값(좌표값)에 따라 채널번호의 정보가 블루투스로 송신된다.

나. 신호변환기

채널번호의 정보를 수신하면 채널번호에 활당된 HEX코드를 적외선 송신기를 통해 송신한다.

다. TV

수신받은 HEX코드에 따라 채널을 변경한다.

○ 적외선 송신기 모듈 개발

신호변환기에서 TV 채널을 바꿀 수 있는 적외선 값을 보내기 위해서는 적외선 송신 기를 사용해야 하므로 신호변환기 안에는 적외선 송신기가 들어가야 한다. 또한, TV에 적외선 값을 송신하여 TV 채널을 변경하기 위해서는 리모콘 버튼의 적외선 값을 알아 야한다. 그래서 적외선 수신기로 리모콘의 적외선 값을 알아봤다. 아두이노 적외선 리 모콘의 1번 버튼의 적외선 값은 12495로 나왔고 HEX코드 값은 FF30CF로 나왔다. 그 다음 이 적외선 값을 적외선 송신기로 송신하고 제대로 적외선 값이 송신되었는지 확 인하였다. 그 결과 적외선 값이 제대로 송신되었고 RGB LED로 테스트한 결과 정상적 으로 적외선 값에 따라 LED 색이 변경되었다.

그림 3-2. 적외선 수신기로 수신받은 적외선 값 및 HEX코드 값

(12)

그림 3-3. 적외선 수신 테스트 그림 3-4. 적외선 송신 테스트

그림 3-5. 적외선 수신기 회로도 그림 3-6. 적외선 송신기 회로도

○ 자이로 값 측정

큐브콘은 육면체 각각의 면이 위로 올라왔을 때 지정된 채널로 바뀌기 때문에 육면체 각각의 면의 위치 값을 측정할 수 있어야 한다. 자이로 센서는 기울기를 정확히 측정 할 수 있기 때문에 큐브콘의 각 면의 위치를 정확히 측정할 수 있다. 자이로센서로 기 울기에 따른 X, Y, Z 값을 측정한 결과 0도일 때는 –15, –5, 150, 세로로 90도일 때는 170, –5, 15, 세로로 180도일 때는 –150, 0, –35, 가로로 90도일 때는 5, -170, -15로 측 정되었다. 또한, 기울기에 따라 RGB LED의 LED색이 변경되게 테스트한 결과 정상적 으로 색이 변경되었다.

그림 3-7. 자이로 값 측정 그림 3-8. LED 색 변화1

(13)

그림 3-9. LED 색 변화2 그림 3-10. LED 색 변화3

그림 3-11. 자이로센서 회로도

○ 블루투스 통신

큐브콘의 면의 위치가 변할 때마다 신호변환기가 적외선을 보내기 위해서는 두 장치 간의 실시간 통신이 필요하다. 블루투스 센서는 그 거리 한도가 10M 정도로 넓은 편이 며 물체를 투과할 수 있는 정도가 높아서 각각 큐브콘과 신호 변환기 안에 있는 블루 투스 센서가 물체를 뚫고 통신할 수 있다. 또한 블루투스 센서는 마스터와 슬레이브로 나누어진다. 마스터는 값을 보낼 때 사용되고 슬레이브는 값을 받을 때 사용된다. 큐브 콘에 들어가는 블루투스 센서는 마스터로 설정하고 신호변환기에 들어가는 블루투스 센서는 슬레이브로 설정하였다. 서로 10초 안에 연결되었고 RGB LED로 테스트 한 결 과 서로 같은 색으로 변하였다.

그림 3-12. 블루투스센서 및 자이로센서 그림 3-13. 블루투스 통신 및 LED 색 변화1

(14)

그림 3-14. 블루투스 통신 및 LED 색 변화2 그림 3-15. 블루투스 통신 및 LED 색 변화3

그림 3-16. 블루투스센서 회로도 그림 3-17. 자이로센서 회로도

○ 자이로 값 측정 후 블루투스 통신 값에 따른 적외선 송신

적외선 송신기 및 수신기, 자이로센서, 블루투스센서 이렇게 3가지 파트로 나눈 것을 큐브콘과 신호변환기를 제작하기 전 3가지를 합쳤을 때 잘 작동하는지 확인하였다. 그 다음 적외선 수신기 대신에 직접 TV로 테스트하였다.

그림 3-18. 자이로센서, 블루투스센서, 적외선 그림 3-19. 자이로센서

(15)

그림 3-20. 블루투스 및 적외선 송신기 그림 3-21. 적외선 수신기

그림 3-22. 자이로센서 회로도

그림 3-23. 블루투스 및 적외선 송신기 회로도

그림 3-24. 적외선 수신기 회로도

○ 프로토타입 제작

위에서 구현한 적외선 송신, 자이로 값 측정, 블루투스 통신을 가지고 첫 번째 프로 토 타입을 제작하였다. 이때 큐브콘의 케이스는 MDF를 잘라 만들었으며 면마다 TV 채 널을 크게 삽입하여 어떤 채널로 바뀔지 알기 쉽도록 만들었다. 큐브콘과 신호변환기 를 만들었는데 큐브콘에는 자이로센서, 블루투스센서가 들어가고 신호변환기에는 적외 선 송신기와 블루투스 센서가 들어간다. 큐브콘의 내부 모습은 한 면을 비워둔 뒤 그 면은 아두이노 나노와 각종 센서들, 배터리가 위치하는 곳으로 사용하였다. 이로 인해 실제로 바꿀 수 있는 TV 채널의 수는 5개이며 프로토타입에는 EBS, KBS1, KBS2, SBS,

(16)

MBC 이렇게 5개의 채널이 설정되어있다. 배터리가 너무 커서 다른 면을 침범하지만 이는 배터리를 소형화 시키는 방법으로 문제를 해결할 것이다. 큐브콘의 프로토타입에 TV 리모콘의 적외선 값을 미리 입력한 뒤 신호변환기와 블루투스로 연결한 뒤 신호변 환기는 TV 앞에다 두어 적외선이 TV로 정확히 갈 수 있도록 세팅한 후 큐브콘을 돌려 직접 테스트를 해보았다. 큐브콘을 돌린 뒤 약 0.5초 정도의 딜레이가 있지만 TV 채널 은 정상적으로 바뀌는 것을 확인할 수 있었다.

그림 3-25. 큐브콘(좌) 신호변환기(우) 그림 3-26. 큐브콘의 내부 모습

그림 3-27. 자이로센서 회로도

그림 3-28. 블루투스센서 및 적외선 송신기 회로도

○ 버튼 추가 및 디자인

볼륨 조절 버튼과 TV 전원 버튼은 큐브콘을 흔드는 등의 방식으로 만들려고 하였으나 기술적 한계와 사용 대상의 편의를 위해서 단순히 버튼을 추가하기로 하였다. 이전의 프로토 타입에서 볼륨 조절 버튼과 TV 전원 버튼을 추가한 새로운 큐브콘을 만들었다. 추가로 설문조 사를 통해 사용 대상인 노인들에게서 TV 채널 변경 버튼(위, 아래)이 없어 불편하다는 피드백 을 받았고 TV 채널 변경 버튼(위, 아래)을 버튼을 추가하였다. 큐브콘의 외관은

‘www.makercase.com’사이트를 통해 설계하고 레이저 커터기를 이용해 직접 잘라 제작하 였다. 신호 변환기의 외관은 그 형태상 레이저 커터기로 제작하는데 어려움이 있으므로

‘www.tinkercad.com’사이트를 통해 설계하였고 3D 프린터를 통해 직접 제작하였다. 큐브 콘은 완충제가 전무하여 충격에 대한 저항력이 매우 적었다. 따라서 큐브콘의 내구성을

(17)

높이기 위한 방법을 모색하였고 그 결과 큐브콘의 모서리 부분에 고무 패드를 붙이는 방법을 채택하여 큐브콘이 충돌할 때 받는 충격량을 줄여 내구성을 높였다.

그림 3-29. 큐브콘 외관 그림 3-30. 신호 변환기 외관

○ 적외선 송신 거리 보완

큐브콘의 첫 번째 프로토타입에서 사용한 적외선 센서는 5mm 940nm 적외선 전송기 LED 다이오드이다. 이 적외선 송신기는 저렴하며 송신 파워가 매우 낮기 때문에 적외선 송신 거리가 짧은 것으로 추정되고 실제로도 신호 변환기의 TV 채널 변경 가능 범위가 짧았다. 그래서 신호 변환기의 TV 채널 변경 가능 범위를 증가시키기 위해 송신 거리가 더 긴 적외선 센서로 변경하였다.

그림 3-31. 적외선 송신 센서 비교 그림 3-32. 신호 변환기 내부

○ 배터리 문제 개선

큐브콘의 첫 번째 프로토타입에서의 배터리는 AA건전지 4개를 통해 전력을 공급하였다.

하지만 기존의 배터리는 용량이 적고 전력을 모두 소진했을 때 배터리를 교체하기 힘들다는 단점이 있었다. 큐브콘의 사용 시간을 늘리고 편의성을 증진시키기 위하여 배터리 용량이 많고 충전이 가능한 스마트 폰 보조 배터리로 교체하였다.

(18)

그림 3-33. 신호 변환기 충전 모습 그림 3-34. 큐브콘 충전 모습

□ 시사점

팀 프로젝트를 통해 협동심을 기를수 있었으며 문제에 직면하게 되었을 때 팀 내에서 해결하는 것을 통해 문제 해결력을 기를 수 있었다. 하지만 우리들의 기술력에 관한 문제나 우리들의 역량 밖의 문제 경우 개선하는데 있어서 힘들었으며 이러한 것들은 추후에 우리가 프로젝트를 이어나갈 경우 타인의 도움 혹은 어른들의 도움을 통해 해결해 나갈 것이다.

4. 홍보 및 사후 활용

□ 향후계획

○ 오픈소스 공개

큐브콘과 신호변환기의 코드 및 회로도를 오픈소스 온라인 커뮤니티에 공개해서 누구나 성능을 업그레이드하고 저렴한 비용으로 사회적 약자를 위한 제품을 제작할 수 있도록 할 계획이다.

○ 지속적인 테스트 진행

기존 테스트 때 보다 좀 더 많은 노년층과 실제 신체 절단을 당한 장애인이나 파킨슨병 환자에게까지 장기적인 사용 테스트를 진행하여 개선이 필요한 점을 찾아 개선할 계획이다.

○ 후속연구 추진 및 큐브콘 개선

현재 큐브콘은 크기가 크고 무겁기 때문에 배터리를 보조배터리에서 리튬 이온 충전지로 변경하고 아두이노 보드, 브레드보드, 각종 센서들을 원보드 형태로 만들어서 최대한 크기가 무게를 줄여서 큐브콘의 전체적인 크기를 최대한 축소할 계획이다.

○ 크라우드 펀딩

큐브콘의 후속연구 및 개선 진행 후 공공 크라우드 펀딩 등의 제도적 도움을 통해 보다 많은 사용자에게 보급할 계획이다.

(19)

5. 참고문헌

김은경(2006). 장애인 대상 TV 프로그램의 발전방안에 대한 연구. (국내석사학위논문, 중앙대학교).

손희준(2013). 장애인 문화여가활동 중 TV보기, 심호흡운동과 직업재활의 관계연구. (국 내박사학위논문, 대구대학교).

이민경(2015). 장애인의 사회 및 문화 · 여가 활동 실태와 정책과제. 보건복지포 럼,61-73.

문화체육관광부(2017). 국민여가활동조사. 문화체육관광부.

ARDUINO(2018). MPU-6050 Accelerometer + Gyro. 월드와이드웹:

https://playground.arduino.cc/Main/MPU-6050

astrodan3. (2013). ARDUINO INFRARED REMOTE TUTORIAL. 월드와이드웹:

http://www.instructables.com/id/Arduino-Infrared-Remote-tutorial/

Martyn Currey (2014). Connecting 2 Arduinos by Bluetooth using a HC-05 and a HC-06: Pair, Bind, and Link. 월드와이드웹: http://www.martyncurrey.com/

참조

관련 문서

자동화 기술을 개발하고 있다.적외선 검사 분야는 가스터빈 블레이드 버킷 코팅층 건전성 평가를 위해 hal ogen l amp를 사용하여 적외선 열화상을 측정하는

실험 방법은 결함의 형상이 틀린 부식 시험편을 제작하고 시험편의 한쪽면에서 할로겐 램프로 가열하고 열전도율의 차에 의해 발생하는 반대면 열분포를

In addition, the thermal flow analysis and imaging ultrasonic thermography detection method are comparatively analyzed to improve the detection reliability for

노트북 컴퓨터 아두이노 보드키트 아두이노

이러한 기술을 이용하여 본 연구에서 는 기계나 구조물의 최적 용접 조건별 시험편 제작을 통하여 용접시험편을 동일하 중으로 인장 또는 압축을 시켰을 경우 시험편의 모재부

적외선 열화상을 이용한 실험은 아무런 자극 없이 대상체 자체에서 나오는 에너지를 검출하 여 건전성을 평가하는 수동형 검사방법(passive technique)과 외부에서 대상체에

본 연구에서는 첨단 비파괴 검사 분야로써 현재 널리 사용되고 있는 기술 중에 Lock-in 적외선 열화상 기법을 이용하여 재질에 따른 결함 평판 시험편의 결함을 검

본 실험에서 이용되는 모든 배관은 자체 발열하지 않은 대 상체로 외부에서 Halogen Lamp의 열적 자극을 가하는 방법인 적외선 열화상 기법 및 위상 잠금 기법을 적용하였으며,