음악의 속도에 따라 운동하는 방법을 제공하는 기존의 연구에서는 사용자가 직접 재생되는 음악을 변경해주어야 하는 방법이 사용되었다. 그러나 사용자가 직접 음악 재생을 조절하는 방법에서 빠른 음악을 재생하고자 했을 때 사용자가 음악을 검색하다가 운동 흐름이 끊어지는 문제점이 있다. 본 논문에서는 웨어러블 스마트 신발의 사용자로부터 걸음 수를 측정하는 모듈을 아두이노 기반으로 설계하고 안드로이드 기반의 스마트폰으로 데이터를 전송하여 정확한 걸음 수를 측정 할 수 있도록 구현하였다. 그리고 GPS를 활용함으로써 걸음속도 및 이동 거리를 측정하여 보다 정확한 운동량을 측정할 수 있도록 하였다. 또한 이동거리에 따른 칼로리 소모량과 걸음 수에 따른 칼로리 소모량의 평균값을 측정해 기존의 제품보다 정확한 칼로리 소모를 측정하며, 걸음속도에 따라 음악 장르 변경 알고리즘을 적용시켜 사용자에게 운동 동기를 부여하고 동시에 운동효과를 증대시킬 수 있게 하였다.
음악의 속도에 따라 운동하는 방법을 제공하는 기존의 연구에서는 사용자가 직접 재생되는 음악을 변경해주어야 하는 방법이 사용되었다. 그러나 사용자가 직접 음악 재생을 조절하는 방법에서 빠른 음악을 재생하고자 했을 때 사용자가 음악을 검색하다가 운동 흐름이 끊어지는 문제점이 있다. 본 논문에서는 웨어러블 스마트 신발의 사용자로부터 걸음 수를 측정하는 모듈을 아두이노 기반으로 설계하고 안드로이드 기반의 스마트폰으로 데이터를 전송하여 정확한 걸음 수를 측정 할 수 있도록 구현하였다. 그리고 GPS를 활용함으로써 걸음속도 및 이동 거리를 측정하여 보다 정확한 운동량을 측정할 수 있도록 하였다. 또한 이동거리에 따른 칼로리 소모량과 걸음 수에 따른 칼로리 소모량의 평균값을 측정해 기존의 제품보다 정확한 칼로리 소모를 측정하며, 걸음속도에 따라 음악 장르 변경 알고리즘을 적용시켜 사용자에게 운동 동기를 부여하고 동시에 운동효과를 증대시킬 수 있게 하였다.
In the existing studies providing a method which do exercise according to music speed, the method was used which a user changes playing musics. However, if the method which a user changes directly playing musics is used, flow of exercise can be discontinued during searching musics when anyone want t...
In the existing studies providing a method which do exercise according to music speed, the method was used which a user changes playing musics. However, if the method which a user changes directly playing musics is used, flow of exercise can be discontinued during searching musics when anyone want to play a fast music. In this paper, we designed the module which measures the number of steps from a user of wearable smart shoes based on the Arduino, and implemented the module so that the number of steps can be measured correctly by sending data to smart phone based on Android. And it is possible to measure moving distance and pace speed by utilizing a GPS in order to get the more accurate momentum. Also, we can measure more accurate calorie consumption than existing products by measuring the mean value of the calorie consumption for moving distance and the calorie consumption for the number of steps, give motivation of exercise by applying an algorithm of changing music genre according to pace speed, and increase the exercise effect at the same time.
In the existing studies providing a method which do exercise according to music speed, the method was used which a user changes playing musics. However, if the method which a user changes directly playing musics is used, flow of exercise can be discontinued during searching musics when anyone want to play a fast music. In this paper, we designed the module which measures the number of steps from a user of wearable smart shoes based on the Arduino, and implemented the module so that the number of steps can be measured correctly by sending data to smart phone based on Android. And it is possible to measure moving distance and pace speed by utilizing a GPS in order to get the more accurate momentum. Also, we can measure more accurate calorie consumption than existing products by measuring the mean value of the calorie consumption for moving distance and the calorie consumption for the number of steps, give motivation of exercise by applying an algorithm of changing music genre according to pace speed, and increase the exercise effect at the same time.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 정확한 이동 속도를 측정하기 위해 하이브리드 기반 위치 추적을 활용해 사용자에게 보다 정확한 정보를 제공할 것이다[6]. 위에서 제안하는 방식을 종합하면 전체적인 시스템 구성도는 그림 2와 같이 나타낼 수 있다.
본 연구논문에서 제안한 아두이노 기반 스마트 신발 모듈을 실험하였으며 직접 설계한 알고리즘이 정상적으로 적용되는지 실험을 수행하였다.
본 연구논문에서는 오픈소스 기반 저가 디바이스를 활용한 개방형 통합 플랫폼과 안드로이드 통신을 위한 연구를 진행 하였다. 실제 연구 개발한 플랫폼 구성은 그림 3과 같다.
제안 방법
블루투스는 저가형 스마트폰에서 고가형 스마트폰에 이르기까지 모두 지원하는 근거리 무선통신 방식이며 웨어러블 디바이스에서 가장 널리 사용되고 있는 방식이고 걸음 수를 측정하는 간단한 데이터를 전송하기에 적합하다[5]. 따라서 본 논문에서는 블루투스를 채택하여 구현하였다.
본 논문에서는 개발에 편리한 아두이노를 활용하여 웨어러블 피트니스 모듈의 걸음 수 측정 부분을 설계하고, 스마트폰에서 하이브리드 위치 추적 방법을 적용하여 기존의 GPS만 활용한 이동거리 측정보다 정확한 시스템을 구현하였다.
본 논문에서는 정확한 걸음 수 측정을 위해 아두이노와 압전소자를 신발에 장착하고 근거리 통신으로 스마트폰과 연동하여 기존의 제품들보다 정확한 운동량을 측정할 수 있고, 사용자의 운동 페이스에 적합한 음악을 제공해 주는 스마트 신발 모듈을 설계하고 구현하였다.
압전소자는 아날로그 데이터를 사용하기 때문에 압력 데이터가 연속적으로 측정된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 배열을 사용하여 입력되는 데이터를 배열에 입력하고 비교하여 최대값을 측정하였으며 발의 위치마다 압력 값이 다르기 때문에 그림 6와 같이 압전 소자의 위치 4부위를 선정하여 100걸음의 압력 값 측정 실험을 시행하였고 압력 값을 100단위로 나누어 분류해 횟수를 측정 하였으며, 결과는 표 2와 같다.
정확한 데이터를 측정하기 위해 10000걸음 이상의 테스트를 하여 모니터링을 실시하였다. 그림 7은 실험에 따른 결과 값을 보여주며 걸음 수와 속도에 따른 칼로리 계산 및 음악 장르 변경이 가능한 것을 보여준다
아두이노에서는 걸음 수를 측정하고 블루투스를 통하여 스마트폰으로 데이터를 전송한다. 측정된 걸음 수를 이용해 정확한 소모 칼로리를 측정하기 위해 하이브리드 위치 추적을 사용하여 보완한다. 칼로리 소모 계산은 통상적으로 사용하는 수식을 사용하였으며, 수식 (1) 과 같이 걸음 수에 따른 소모 칼로리와 수식 (2)와 같이 이동거리에 따른 소모 칼로리를 측정해 평균의 값을 사용자에게 보여준다.
측정된 걸음 수를 이용해 정확한 소모 칼로리를 측정하기 위해 하이브리드 위치 추적을 사용하여 보완한다. 칼로리 소모 계산은 통상적으로 사용하는 수식을 사용하였으며, 수식 (1) 과 같이 걸음 수에 따른 소모 칼로리와 수식 (2)와 같이 이동거리에 따른 소모 칼로리를 측정해 평균의 값을 사용자에게 보여준다.
대상 데이터
따라서 고성능, 대용량 데이터의 전송이 필요하지 않다. 그리고 아두이노의 블루투스 모델중 저가형인 HC-06 모듈을 이용하였다. 해당 모듈은 블루투스 2.
이론/모형
아두이노 개발에서 가장 널리 사용 되는 아두이노 UNO R3 버전을 사용하였으며 비교적 저성능의 프로세서를 장착하고 있다. 하지만 단순히 걸음만 체크하기 때문에 별 다른 문제는 없었으며 가격이 저렴하며 구현이 간단하다.
성능/효과
구현된 시스템에서는 기존의 3축 가속도 센서를 사용한 어플리케이션 걸음 수 측정 방식보다 정확한 걸음 수를 측정하기 위해 압전소자를 사용하였으며, 측정된 걸음 수와 하이브리드 위치 추적 방식의 이동속도 측정 방식을 연계하여 기존의 웨어러블 피트니스 제품보다 정확한 운동량을 사용자에게 제공할 수 있다. 향후 제안된 시스템을 소형화 한 후 실제 제품에 적용하여 시스템의 성능과 안정성을 향상시킬 계획이다.
사용자마다 걸음 패턴이나 압력 받는 부위는 유의한 차이를 보이지만 평균적으로 사람이 걷는데 압력을 가장 많이 받는 부위는 ①, ②, ③번 부위 이며 실험 결과가 보여 주는 것처럼 상당한 압력을 받는 것을 알 수 있었다.
성별과 연령대 별로 음악에 따른 변화 폭은 다르지만 가장 주목할 점은 느린 음악인 경우에는 음악이 없는 경우와 걸음에 대한 변화는 거의 변하지 않지만 빠른 속도의 음악을 들으며 보행할 경우 보폭, 보율(단위 시간 동안 걷는 걸음 수), 걸음 속도가 모두 증가되는 것을 알 수 있다.
후속연구
구현된 시스템에서는 기존의 3축 가속도 센서를 사용한 어플리케이션 걸음 수 측정 방식보다 정확한 걸음 수를 측정하기 위해 압전소자를 사용하였으며, 측정된 걸음 수와 하이브리드 위치 추적 방식의 이동속도 측정 방식을 연계하여 기존의 웨어러블 피트니스 제품보다 정확한 운동량을 사용자에게 제공할 수 있다. 향후 제안된 시스템을 소형화 한 후 실제 제품에 적용하여 시스템의 성능과 안정성을 향상시킬 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 논문에서 근거리 무선 통신 기술로써 블루투스를 채택한 이유는 무엇인가?
UWB(Ultra Wideband)는 저전력 및 속도에서 구현이 용이하며 투과율이 높지만 타 기기에서 간섭이 종종 발생해 웨어러블 디바이스에 적용이 힘들며 WLAN은 흔히 많이 사용하는 와이파이(Wi-Fi)이며 모든면에서 월등한 면을 보여주지만 전력을 많이 사용하기 때문에 웨어러블 디바이스에는 적합하지 않다. 블루투스는 저가형 스마트폰에서 고가형 스마트폰에 이르기까지 모두 지원하는 근거리 무선통신 방식이며 웨어러블 디바이스에서 가장 널리 사용되고 있는 방식이고 걸음 수를 측정하는 간단한 데이터를 전송하기에 적합하다[5]. 따라서 본 논문에서는 블루투스를 채택하여 구현하였다.
스마트폰에서 위치를 추적하는 방법은 어떻게 나누어지는가?
스마트폰에서 위치를 추적하는 방법은 크게 네트워크 기반, 핸드셋 기반, 하이브리드로 나누어 진다.
스마트폰에서 위치를 추적하는 방법 중 네트워크 기반 방식의 단점은 무엇인가?
네트워크 기반은 Operator Cell-Id 방식으로 실내 위치 추적이 가능하며 적은 비용으로 추적이 가능하다는 장점을 가지고 있지만 250~5km의 낮은 정밀도가 단점이다. 핸드셋 기반은 Cell-Id, GPS, WIFI의 3가지로 나누어 진다.
참고문헌 (6)
Han Kim, "A Study on the Development Strategy for Wearable device, Future Growth Engines," Proceedings of Symposium of the Korean Institute of communications and Information Sciences, vol. 2015, no. 6, pp. 626-627, Jun. 2015.
Terry, Peter C. and Karageorghis, "Psychophysical effects of music in sport and exercise: an update on theory, research and application," Psychology Bridging the Tasman: Science, Culture and Practice, pp. 26-30, Sep 2006.
Ji-Hyuk Kim, Jee-Eun Son, Dae-Taek Lee, "Tempo of Music Played in Inner City Park Walking Trail and Age and Sex Variations of Walking Patterns in Unrestricted Free Walkers," Journal of The Korean Society of Living Environmental System, vol. 15, no. 2, pp. 233-241, Jun. 2008.
Peng Zhou, Fangfang Sui, Anqiong Zhang, Fang Wang, Guohui Li, "Music therapy on heart rate variability," Biomedical Engineering and Informatics (BMEI), 2010 3rd International Conference on, Vol. 3, pp 965-968, Oct. 2010.
Hyeok-jung Gwon, "Study on the Patent Trend of the Near Field Communication," Chungnam national university The The Graduate School : Electronic information communication department of engineering, A Master's thesis, Dec. 2012.
Byeong-joon Kim, Myeung-sung Lee, Seung-jin Moon, "Location based service based platform of analysis and new service models research," Korean society for internet information, vol. 19, pp. 105-108, 2009.
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