In this paper, the driving information system of the bicycle has been studied by using the 3-axis acceleration sensor. The sensor module composed of 3-axis acceleration sensor and MCU(Microcontroller Unit) was mounted onto the handle of bicycle and the experiments were conducted on the flatland, uph...
In this paper, the driving information system of the bicycle has been studied by using the 3-axis acceleration sensor. The sensor module composed of 3-axis acceleration sensor and MCU(Microcontroller Unit) was mounted onto the handle of bicycle and the experiments were conducted on the flatland, uphill and downhill of bicycle road. Three axis acceleration values were converted to the pitch and roll angles, then four major compensation methods have been applied to achieve meaningful data for driving information system. The experimental results of pitch angles showed 2.46, -1.26, 7.79 degrees in case of flatland, uphill, downhill, respectively. When the steering handle turned to the left direction, roll angles showed -29.35, -41.67, -36.98 degrees at each road condition. With the right-turn, roll angles presented 20.05, 33.75, 24.44 degrees in case of flatland, uphill, and downhill, respectively. The pitch angle has been increased more than 40 degrees at stop mode. By using the change of pitch and roll angles, we could obtain the driving information system of bicycle successfully.
In this paper, the driving information system of the bicycle has been studied by using the 3-axis acceleration sensor. The sensor module composed of 3-axis acceleration sensor and MCU(Microcontroller Unit) was mounted onto the handle of bicycle and the experiments were conducted on the flatland, uphill and downhill of bicycle road. Three axis acceleration values were converted to the pitch and roll angles, then four major compensation methods have been applied to achieve meaningful data for driving information system. The experimental results of pitch angles showed 2.46, -1.26, 7.79 degrees in case of flatland, uphill, downhill, respectively. When the steering handle turned to the left direction, roll angles showed -29.35, -41.67, -36.98 degrees at each road condition. With the right-turn, roll angles presented 20.05, 33.75, 24.44 degrees in case of flatland, uphill, and downhill, respectively. The pitch angle has been increased more than 40 degrees at stop mode. By using the change of pitch and roll angles, we could obtain the driving information system of bicycle successfully.
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문제 정의
두 번째 실험은 자전거 전용도로(충청북도 청주 소재)의 평지, 오르막 및 내리막 상황에서 직선 주행과 방향전환에 대한 센서의 출력 특성을 확인함으로써 실제 상황에서 발생된 각 축 방향 출력 특성의 분석을 통해 주행정보 시스템에 적합한 알고리즘을 확보하기 위해서 진행하였다.
따라서 본 연구에서는 야간에도 자전거를 안전하게 이용할 수 있도록 평지, 오르막길, 내리막길에서 자전거의 운행 시, 자전거 주행자의 방향전환, 급 정지등을 후방 주행자에게 신속하게 정보를 제공함으로써 안전사고를 미연에 예방할 수 있는 자전거 주행정보 시스템에 대한 연구를 진행하였다.
본 논문에서는 평지, 오르막, 내리막 상황에서 직선 주행, 방향전환 및 급정지에 대한 출력신호를 분석, 보정하여 각 주행상황에 적합한 정보를 프로그램 함으로써 자전거 주행정보 시스템에 대한 연구를 진행하였다. 정확한 주행정보 시스템의 제작을 위해 4가지 보정을 수행하였는데, 첫째 x-축의 출력 중 ±0.
첫 번째 실험은 자전거의 주행 중 나타나는 센서의 출력 특성을 확인하기 위한 것으로 8자 주행을 함으로써 좌회전과 우회전을 할때 나타나는 센서의 출력특성과 주행 중 정지실험을 통하여 각 축 방향 센서의 출력 특성을 확인함으로써 기본적인 주행정보 특성을 확보하기 위해 진행하였다.
제안 방법
2차 실험에서는 평균출력을 15 ms 간격으로 10개의 데이터를 수신하여 평균을 구하는 방식으로만 변경하였다. Fig.
마지막으로 센서의 출력을 3배로 증폭시킴으로써 미세한 움직임도 인지할 수 있도록 하였다. 이와 같은 세 가지 보정사항을 적용하여 확보한 데이터는 roll 각의 평균출력이 우회전을 할 경우 4.
한편 Table 2는 재 실험을 하지 않고, Table 1에 제시된 결과를 세 가지 보정사항을 적용하여 확보한 데이터이다. 세 가지 보정사항은 첫째 10개의 출력에 대해서 새로운 데이터가 들어오면 가장 오래된 데이터가 삭제되는 방식으로 평균을 구하고, 둘째 중력가속도 값으로 표현되던 x, y-축 출력을 식 (2)와 (3)에 제시된[4] pitch 각과 roll 각으로 변환시켰다.
세 번째 실험은 두 번째 실험에서 나타난 센서의 출력 특성 결과를 비교 분석하고, 각 축 방향 출력의 보정 및 보정프로그램의 탑재를 통하여 각 상황을 정확히 인지하고, 주행상황에 적합한 신호를 제공하는 자전거 주행정보 시스템을 확보하기 위해 진행되었으며, 각 단계별로 총 10번의 실험을 진행하고 이들의 평균값을 도출하여 주행정보 시스템의 알고리즘을 확보하였다.
2와 같이 지면과 수평상태로 자전거의 핸들 부위에 고정하였다. 수평상태로 고정된 가속도 센서는 자전거가 좌측으로 방향전환을 하기 위해 핸들을 움직이면 센서의 y-축이 중력가속도 반대방향으로 기울어지고, 우측으로 방향전환을 하기 위해 핸들을 움직이면 센서의 y-축이 중력가속도 방향으로 기울어지도록 장착되었다.
저장된 센서의 각 축 방향 출력을 분석하여 자전거 주행 정보 시스템에 적용이 가능한 센서의 출력이 확보되면, 각 상황을 인식하기 위한 프로그램을 작성하고, 이를 ATmega128에 저장시킨 뒤, 주행중 발생하는 센서의 출력과 비교하여 각 상황에 맞는 신호를 LED를 통하여 주행자의 정보를 알릴 수 있도록 시스템을 구성하였다.
정확한 주행정보 시스템의 제작을 위해 4가지 보정을 수행하였는데, 첫째 x-축의 출력 중 ±0.032 g 와 y-축의 출력 중 ±0.048 g 에 대해서는 0으로 처리하고, 둘째 15 ms 간격으로 150 ms 동안 10개의 데이터를 수집, 평균을 구하고, 셋째 센서의 출력을 중력가속도가 아닌 상대적인 각도로 변환 그리고 마지막으로 센서의 출력을 3배 증폭함으로써 LED 를 통하여 주행자의 주행상태를 주위에 있는 사람들에게 알릴 수 있는 주행정보 시스템을 제작할 수 있었다.
주행자의 운전상황을 파악하여 정확한 정보를 제공하는 자전거 주행정보 시스템을 제작하기 위해 총 3차에 걸친 실험을 진행하였다.
성능/효과
Table 3은 2차 보정 후 실험결과에 대한 센서의 평균출력을 나타낸 것이다. Table 3에서 알 수 있듯이 pitch 각이 평지 주행일 경우 1.38 도, 오르막구간은 pitch 각이 -5.24 도의 출력이 나타나서 6.62 도의 차이를 보였지만, 내리막구간의 평균적인 pitch 각이 2.91 도로 평지와 비교하면 1.53 도의 차이 밖에 보이지 않아 자전거 주행 정보 시스템에 적용하여 평지와 내리막 상태를 구별하기 어려우며, 주행 중 노면상태 등에 따라 발생하는 노이즈 성분의 중첩으로 인해 방향전환 신호를 적절하게 구분할 수 없음으로 오류가 발생될 것이라고 판단되었다.
Table 4는 각 상황에 대한 반복적인 실험을 통하여 구한 각 상황에 대한 평균값이며, 3차 실험 결과 평지와 내리막의 경우 pitch 각의 차이가 5.33 도, 평지와오르막의 경우 pitch 각의차이가 3.72 도의 차이를 보여 자전거 주행 정보 시스템에 적용해도 평지, 오르막, 내리막 상황의 구별이 가능하고, 각 상황에 따른 방향전환 시 roll 각이 좌회전일 경우 -20이하 우회전일 경우 +20이상의 출력 특성을 보여서 구별이 가능하였고, Table 4의 데이터를 자전거 주행 정보시스템을 제작하는데 적용할 수 있다고 판단되었다.
그러나 정지시에는 y와 z-축의 출력변화는 없고, x-축만출력이 상승하는 변화를 보였으며, x-축의 평균출력은 0.432 g 를 나타내었다. 따라서 정지 신호로서 x-축의 출력이 급격한 증가를 나타내는 것은 주행정보시스템의 중요한 정보로 적용 가능하다고 사료된다.
내리막 주행에서 이탈하기 위해서는 pitch 각이 +3 도 이하이고 roll 각이 ± 3 도 이내의 출력을 나타낼 경우, 0.5초 대기 후 1초 간의 데이터를 수집하여 같은 출력 결과를 나타내게 되면 내리막 주행에서 센서의 출력에 따라서 오르막 주행과 평지 주행으로 변할 수 있도록 프로그램을 작성함으로써 주행정보 시스템을 완성할 수 있었다.
4는 2차 보정후 내리막과 오르막 및 좌·우회전시의 pitch 각과 roll 각의 결과를 나타낸 결과이다. 실험결과만 보았을 때 내리막구간의 평균적인 pitch 각은 3.12 도를 나타냈으며, 오르막구간의 평균적인 pitch 각은 -9.28 도를 나타냈다.
마지막으로 센서의 출력을 3배로 증폭시킴으로써 미세한 움직임도 인지할 수 있도록 하였다. 이와 같은 세 가지 보정사항을 적용하여 확보한 데이터는 roll 각의 평균출력이 우회전을 할 경우 4.29 도, 좌회전을 할 경우 -9.93 도로 나타났으며, 정지할 경우 pitch 각의 평균 출력이 15.8 도를 나타냄으로써 방향전환 및 정지에 대한 정보를 구분 가능하게 함을 알 수 있다.
후속연구
048 g 에 대해서는 0으로 처리하고, 둘째 15 ms 간격으로 150 ms 동안 10개의 데이터를 수집, 평균을 구하고, 셋째 센서의 출력을 중력가속도가 아닌 상대적인 각도로 변환 그리고 마지막으로 센서의 출력을 3배 증폭함으로써 LED 를 통하여 주행자의 주행상태를 주위에 있는 사람들에게 알릴 수 있는 주행정보 시스템을 제작할 수 있었다. 이를 통해 제작된 주행 정보시스템이 야간에 자전거를 이용하는 사람들에게 보급 된다면 야간에 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자전거 주행 정보 시스템은 어떻게 주행자의 정보를 알릴 수 있도록 구성되었는가?
저장된 센서의 각 축 방향 출력을 분석하여 자전거 주행 정보 시스템에 적용이 가능한 센서의 출력이 확보되면, 각 상황을 인식하기 위한 프로그램을 작성하고, 이를 ATmega128 에 저장시킨 뒤, 주행중 발생하는 센서의 출력과 비교하여 각 상황에 맞는 신호를 LED 를 통하여 주행자의 정보를 알릴 수 있도록 시스템을 구성하였다.
자전거 주행정보 시스템에서 정확한 주행정보 시스템을 제작하기 위해 어떤 보정을 수행하였나?
본 논문에서는 평지, 오르막, 내리막 상황에서 직선 주행, 방향전환 및 급정지에 대한 출력신호를 분석, 보정하여 각 주행상황에 적합한 정보를 프로그램 함으로써 자전거 주행정보 시스템에 대한 연구를 진행하였다. 정확한 주행정보 시스템의 제작을 위해 4가지 보정을 수행하였는데, 첫째 x-축의 출력 중 ±0.032 g 와 y-축의 출력 중 ±0.048 g 에 대해서는 0으로 처리하고, 둘째 15 ms 간격으로 150 ms 동안 10개의 데이터를 수집, 평균을 구하고, 셋째 센서의 출력을 중력가속도가 아닌 상대적인 각도로 변환 그리고 마지막으로 센서의 출력을 3배 증폭함으로써 LED 를 통하여 주행자의 주행상태를 주위에 있는 사람들에게 알릴 수 있는 주행정보 시스템을 제작할 수 있었다. 이를 통해 제작된 주행 정보시스템이 야간에 자전거를 이용하는 사람들에게 보급 된다면 야간에 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있을 것으로 기대된다.
내리막 주행을 판단하는데 roll각이 적용되는 이유는?
내리막 주행을 판단하는데 roll 각이 적용되는 이유는 방향전환을 위해 핸들을 움직일 때 x-축이 중력가속도 방향으로 기울어져 pitch 각이 평지에서 내리막 주행과 같은 출력을 나타내기 때문에 roll 각이 ±3 도 이내라는 조건을 적용하면 방향전환으로 인한 오류를 방지할 수 있기 때문이다. 내리막 주행에 대한 프로그램에서 roll 각이 +10 도 이상이면 우회전 신호, -10 도 이하이면 좌회전 신호 그리고 pitch 각이 40 도 이상이면 정지 신호를 나타내도록 하였다.
참고문헌 (6)
ChongSun Hong and MoungJin Kim, "Statistical analysis and its application of bicycle accidents", J. Korean Data & Info. Sci. Soc., vol. 21, no. 6, pp. 1081-1090, 2010.
Hyun-Sik Kang, "Cycling and health", J. Korean Soc. of Civil Engineers, vol. 57, no. 7, pp. 59-61, 2008.
임영삼, 이상덕, "노년기 스포츠여가로서 자전거 참가동기가 여가몰입과 심리적 행복감에 미치는 영향", J. Sport and Leisure Studies, vol. 42, pp. 685-696, 2010.
Freescale Semiconductor, Tilt sensing using linear accelerometers, Application Note, pp. 1-7, 2007.
Freescale Semiconductor, ${\pm}$ 2g/ ${\pm}$ 4g/ ${\pm}$ 8g three axis low-g digital output accelerometer, Technical Data, pp. 5-34, 2009.
Freescale Semiconductor, ${\pm}$ 1.5g - 6g three axis low-g micromachined accelerometer, Technical Data, p. 6, 2008.
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