IoT를 이용한 센서 기반의 자동차 후미등 상태 감지 시스템 설계 및 구현

국문 초록 (Abstract)

현대 사회에서 자동차는 사람과 화물 등을 수송하는 중요 운송수단으로서 그 필요성에 따라 자동차의 수 또한 꾸준히 증가하고 있다. 자동차의 등화장치는 기능에 따라 약 20종이 장착되어 있으며 크게 두 가지로 분류를 할 수 있는데, 첫째는 야간 및 시야 확보가 어려운 경우 사용되는 조명기능과 둘째는 마주 오는 자동차 및 도로 이용자에게 상태를 알려주는 신호기능이다. 그러나 최근 들어 야간 운전 시 전조등과 후미등을 켜지않고 운전하는 차량이 심야 교통사고의 주범으로 지목되고 있다. 후미등의 경우 고장 발생 시 별도의 고장 경고장치가 부착되어 있지 않아 운전자는 고장 여부를 알지 못한 채 운전을 하게 된다. IoT 기술이 발전하면서 자동차와 IoT 기술이 융합하여 차량 내부의 센서 및 각종 전자제어장치(ECU)의 데이터를 네트워크를 통해 자동차의 위치 추적 및 원격 차량 진단, 사고 감지 등의 서비스를 제공하는 차세대 자동차가 출시되었지만 아직 완벽한 실시간 감지 서비스를 제공하고 있지는 않다.
본 논문는 후미등의 상태를 실시간으로 감지하며 양측 모두 고장 발생 시 야간 사고 방지를 위하여 비상등을 강제 점등하며, Wi-fi soft AP 접속을 통하여 후미등의 상태를 실시간으로 스마트폰을 이용하여 확인할 수 있는 시스템을 구현한 연구이다. 후미등의 상태를 감지하기 위하여 자동차 등화장치의 신호를 제어하는 Arduino 기반의 shield module의 MCU를 이용하여 등화장치 구현 회로의 신호를 수집한다. 후미등의 상태는 lamp로 흐르는 전압을 10W 10Ω의 shunt 저항을 사용하여 강하되는 전압을 측정하여 전류로 상태를 검출한다. 운전 중 미등이 켜진 상태에서 후미등 양쪽이 고장이 났을 경우 방향지시등 출력 신호를 제어하여 비상등을 강제 점등하게 된다. 강제 점등 모드에서도 기존의 방향지시등 기능 또한 정상적으로 동작하여 시스템 운용의 효율성을 높였다. MCU를 통해 측정한 값은 shield module와 연결된 esp8266 Wi-fi module을 통해 웹서버로 전송하게 된다. Wi-fi module은 무선 Access Point(AP)를 구성하여 차량 내 무선 네트워크망을 생성하며, 스마트폰으로 무선 AP에 접속할 시 후미등의 전류 상태를 20sec 주기로 실시간 확인이 가능하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The number of automobiles has been increasing steadily according to the necessity as an important way of transportation that transport people and freight in modern society. Approximately 20 types of vehicle lighting system are installed according to the function and can be classified into two types. The first is a lighting function that is being used at night and when it is difficult to secure clear view and the second is a signaling function that informs condition to oncoming cars and road users. However, vehicles that do not turn the headlight and taillight when driving at night time are being pointed out as the culprit of traffic accidents in the middle of the night. People drive without knowing the failure in taillight because a separate hazard warning device is not attached. Next-generation cars that provide services as location tracking, vehicle remote diagnosis, and accident detection through sensor inside the vehicle and data of various electronic control units(ECU) with the convergence of automobile and IoT technology, but there are still no perfect detection services.
This study implemented a system that forcibly turns on the emergency light to prevent accidents at night when taillight failure occurs on both sides by detecting condition of taillight in real time, and implemented a system that can check the condition of taillight in real time using smartphone through Wi-fi soft AP access. It collects the signal of implementation circuit of lighting system using MCU of Arduino-based shield module that controls the signal of vehicle lighting system to detect the condition of taillight. The condition of taillight gets detected with current by measuring voltage drop using 10W 10Ω shunt resistance that flows into the lamp. Emergency light is forced to get turned on by controlling output signals as a turn signal when both taillights are broken down when taillights are turned on while driving. Forced lighting mode raised the efficiency of system operation by normally operating the existing turn signal. The measured value through MCU gets transmitted to a web server through esp8266 Wi-fi module connected to the shield module. Wi-fi module generates in-vehicle wireless network by configurating wireless Access Point(AP), and can check the current state of taillight when getting connected to the wireless AP with a smart phone.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구내용 및 논문 구성 3
• Ⅱ. 이론적 배경 및 관련 연구 4
• 2.1 자동차 등화장치 4
• 2.1.1 전면부 등화장치 5
• 2.1.2 후면부 등화장치 7
• 2.2 자동차 안전 기술 8
• 2.2.1 스마트 안전차량 9
• 2.2.2 자동차 원격 진단 11
• 2.3 전류 센싱 방식 14
• 2.3.1 Shunt 저항을 이용한 전류 측정 14
• 2.3.2 Hall 센서 타입의 전류 측정 15
• 2.4 자동차 무선 통신 기술 17
• Ⅲ. 자동차 후미등 상태 감지 시스템 설계 19
• 3.1 자동차 후미등 상태 감지 시스템 개요 19
• 3.2 후미등 상태 감지부 설계 20
• 3.3 무선통신기반 후미등 상태 확인부 설계 25
• Ⅳ. 실험 구현 및 평가 28
• 4.1 프로토타입 구현 및 Test 28
• 4.2 후미등 상태 감지 시스템 구현 31
• 4.3 무선통신기반 후미등 상태 확인부 구현 33
• Ⅴ. 결론 및 추후 연구 37
• 참고문헌 38
• 국문초록 40
• 영문초록 41