본 과제는 유산소 운동기구의 컴퓨터 인터페이스를 무선화하는 것 이며 이를 구현하기 위한 방법으로 유비쿼터스 근거리 무선방식의 하나인 블루투스를 적용하였다 이는 유산소 운동기구에 있어서 현재 또는 미래의 유비쿼터스 시대를 대비하기 위함이다 유산소 운동기구의 무선화 구현을

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1 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 KISS

2 본 과제는 유산소 운동기구의 컴퓨터 인터페이스를 무선화하는 것 이며 이를 구현하기 위한 방법으로 유비쿼터스 근거리 무선방식의 하나인 블루투스를 적용하였다 이는 유산소 운동기구에 있어서 현재 또는 미래의 유비쿼터스 시대를 대비하기 위함이다 유산소 운동기구의 무선화 구현을 위하여 블루투스에 대한 기술적 인 자료 및 기술동향 등에 대하여 조사하였으며 전자회로 설계와 반 복적인 실험 및 수정 보완을 통하여 구현하였다 유산소 운동기구와 컴퓨터 사이에 통신기능을 가지고 있는 유산소 운동기구 제조업체를 면담하였고 이들 중 두 개 업체를 선정하고 적용하였다 그리고 블 루투스의 타 분야 적용 사례를 조사하였고 이들이 선호하고 있는 삼 성전기 이니티움사의 제품을 검토하였으며 회로 적용이 쉽고 프로 그램 구현이 용이한 이니티움사 제품으로 선정하였다 본 과제에서 유산소 운동기구 무선 모뎀과 컴퓨터 무선 모뎀을 구 현하였으며 유산소 운동기구 무선 모뎀은 유산소 운동기구 기능을 대신할 수 있도록 키패드 등이 부가 되었다 컴퓨터 무선 모 뎀에는 컴퓨터와 데이터 통신을 위하여 드라이버 칩을 내장하였다 유산소 운동기구와 컴퓨터 간의 통신은 두 업체의 프로 토콜을 적용하였다 또한 통신 상태를 확인하기 위하여 유산소 운동 기구 모뎀에는 에 데이터와 명령어가 표시되고 컴퓨터 화면에는 현재속도 칼로리 경사도 등과 설정 메뉴들로 구성하였다 추후 본 과제에서 얻은 결과는 유산소 운동기구 제조업체와 협의하 여 기술지원 혹은 수탁과제 형식으로 상품화 하는데 기여할 것이다

3 목 차 i 연구의 필요성 및 목적 연구내용 및 방법 블루투스 개요 시스템 구성 회로실험 무선 송수신 프로그램 컴퓨터 프로그램 무선모듈의 선택 블루투스 모듈 구입 및 전자회로 구현 용이성 프로토콜 적용 와 포트를 이용한 구현 블루투스와 지그비의 비교 프로토콜 표준화

4 ii 목 차 회로도 무선 송수신 회로

5 목 차 iii 표 표 표 표 차세대 고속 무선전송의 응용별 요구 통신속도 블루투스의 향후 전망예측 유산소 운동기구에서 컴퓨터 전송 프로토콜 컴퓨터에서 유산소 운동기구 전송 프로토콜 표 표 의 의 명령어 표 무선통신기술비교

6 iv 목 차 그림 유산소 운동기구 무선제어 개념도 그림 헤럴드 블루투스 벽화 그림 그림 애니콜 삼성전자 그림 애니콜 삼성전자 그림 모바일 프로 헤드셋 로지텍코리아 그림 블루투스 어댑터 자브라 그림 휴대전화와 블루투스 그림 휴대폰을 이용한 로봇제어 그림 블루투스 구성도 그림 블루투스 모듈의 크기와 부품 배치 그림 블루투스를 이용한 시스템 구성도 그림 컴퓨터와 연결되는 무선 모뎀 그림 컴퓨터와 연결되는 무선 모뎀의 안테나 및 포트 그림 컴퓨터와 연결되는 무선 모뎀의 전자 회로 조립상태 그림 유산소 운동기구와 연결되는 무선 모뎀 그림 유산소 운동기구와 연결되는 무선 모뎀의 외부 구성 그림 유산소 운동기구와 연결되는 무선 모뎀의 전자회로 조립 상태 그림 유산소 운동기구와 연결되는 무선 모뎀의 전자회로 구성도

7 목 차 v 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 그림 컴퓨터와 연결되는 무선 모뎀의 전자회로 구성도 블루투스 모듈 블루투스 모듈과 안테나의 연결 상태 통신하기 위한 지그 상태 드라이버 유산소 운동기구와 연결되는 전자회로 장치 컴퓨터와 연결되는 전자회로 장치 블루투스 모듈 통신 시험 구성도 하이퍼터미널을 사용을 위한 포트 설정 소자의 내부 블록도 소자의 발진 회로 전원 공급 소자가 컴퓨터와 직렬 통신 회로 키패드의 설정 화면 설정 초기 화면 드라이버와 블루투스 모듈 통신 컴퓨터 프로그램의 메인 화면 메뉴 화면 동작 메뉴 설정 메뉴 현재 운동 진행 상태 영역 시장 전망 이동단말 채용율 기준

8 Ⅰ 서론 1 급격한 산업 발달은 생활의 편리함을 제공해 준 반면에 현대인에게 운동 부족을 일으킴으로써 성인병 발병율이 급증하게 되는 부작용도 주고 있다 이러한 위험성으로부터 벗어나기 위하여 많은 사람들이 실내 외 운동을 하고 있으며 이를 통하여 건강을 유지하고 있다 실 내운동으로는 유산소 운동기구를 많이 이용하고 있으며 대표적인 유 산소 운동기구로는 러닝머신 자전거 에르고미터 스텝퍼 등이 있다 유산소 운동기구 사용자들은 계속해서 새로운 기능과 고급화된 운동 장비를 요구하고 있으며 유산소운동기구 업체는 이에 부응하며 발전 을 해 오고 있다 최근에는 유산소 운동기구가 더욱 고급화되면서 인터넷망을 이용한 컴퓨터 운동 처방을 하고 있으며 더 나아가 운동을 하면서 영상 음 악 등을 즐기는 등 기능이 다양해지고 있다 유산소 운동기구 중 컴 퓨터 인터페이스를 하고 있는 대표적인 장비로는 러닝머신을 들 수 있으며 모투스 사의 태하메 카트로닉스 사의 시리 즈가 있다 그러나 기존의 유선 방식은 컴퓨터 등에 연결되는 연결선들이 복잡 하고 운동기구의 수가 늘어남에 따라 더욱더 불편한 상황을 초래하고 있다 그 대안의 한가지로 무선방식을 사용하여 해결할 수 있다

9 2 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 또한 최근에는 컴퓨터를 통해서만 인터넷으로 접근이 가능했던 한 계를 벗어나서 가전기기를 포함한 모든 종류의 물리적인 기기들을 통 하여 네트워크에 접근할 수 있는 유비쿼터스 기술이 활발히 논의되고 있다 현재 유비쿼터스의 근거리 무선통신 중의 하 나로 블루투스가 송형규 유영환 등 응용되고 있다 특히 블루투스 등 를 이용한 가전기기 원격제어 시스템 강명구 이우중 등 등 정보가전이라 일컬어지는 기기들을 무선으로 제어하고 있다 따라서 기존 유선 방식의 복잡함을 해결하고 유비쿼터스 구현과 같 은 현대 기술흐름에 적응하고자 하는 방법의 하나로 블루투스를 선택 하고 이를 유산소 운동기구 제어에 이용함으로써 현재와 미래의 예측 되는 수요에 부응한다 더 나아가 무선 인터페이스 시스템을 구현하 는 과정에서 습득된 노하우 는 운동장비 개발 및 유산 소 운동기구 제조업체에 대한 기술 지원 등을 통하여 스포츠 용품 산 업 발전에 기여하고자 한다 가. 연구내용 본 연구과제에서는 기존의 컴퓨터 인터페이스 유산소 운동기구 제어 시스템을 무선으로 제어하여 고급화된 유산소 운동기구를 제작하기 위 함이다 무선제어 구현은 최근 기술로 등장한 유비쿼터스 컴 퓨팅 시대에 대비하여 무선 솔루션 중 하나인 블루투스 기술을 검토하고 적용하였다

10 Ⅰ 서론 3 유산소 운동 기구의 무선 제어를 위하여 기존 유산소 운동기구 제조 업체의 제어 데이터 프로토콜 를 분석하였고 블루투스에 대한 기술을 조사하였다 그리고 무선 통신 회로 구현을 위하여 블루투스 모듈을 이 용하고 회로 동작을 위하여 주변회로 설계와 프로그램을 수행하였다 그림 은 블루투스를 이용한 컴퓨터와 주변 유산소 운동 기구를 포함한 전자장비들의 통신 및 제어하는 개념도를 나타내었다 인터넷 등을 통한 자료 조사 결과 스텝퍼와 자전거 에르고미터는 컴퓨터 인 터페이스를 하는 제품이 거의 없기 때문에 본 연구에서는 러닝머신에 한하여 무선 통신을 구현하였다 나. 연구방법 연구내용에서 제시한 기존 유산소 운동기구 제조업체의 프로토콜 분석 무선 모뎀 구현 등을 위하여 유산소 운동기구 제조업체 면담 블루투스 기술조사 무선 통신시험 등을 다음과 같이 수행하였다

11 4 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 국내 일부 유산소 운동기구 제조업체에서는 유선으로 컴퓨터와 인 터페이스하고 있으며 이를 통하여 운동처방 등을 하는 시스템을 제 공하고 있다 우선 인터넷으로 개 면담 및 회의를 거쳐 컴퓨터 인 터페이스 유무를 조사하였다 이들 업체 중 두 개 업체에서 프로토콜 을 제공받았고 이를 적용하였다 블루투스 관련 서적 저널 및 제품 관련 정보와 자료를 수집하였고 블루투스 모듈의 종류 동작원리 및 활용도를 조사하였다 또한 블루 투스의 근거리 유비쿼터스 활용 가능성 검토를 위하여 전문가 자문을 받았다 블루투스 관련 부품 등 을 구매하 였다 블루투스 무선 모듈은 개 업체 제품을 검토하였고 제품 구현 의 용이성을 비교 분석하였다 그리고 실제 무선 데이터 통신 시험을 위하여 주변회로를 설계하였고 전자 회로를 제작하고 실험하였다 전 자회로 설계 및 제작은 수정 보완을 통하여 완성하였다 조사된 자료와 무선 데이터 통신 시험으로 얻은 결과를 토대로 유 산소 운동기구 프로토콜을 적용하여 무선 제어 실험을 하였다 무선

12 Ⅰ 서론 5 제어 실험은 컴퓨터 인터페이스가 가능하게 제작된 유산소 운동기구 기능을 대신하는 전자 장치를 제작하였다 유산소 운동기구를 무선 제어하기 위하여 블루투스 구동 전자회로 와 프로그램이 필요하다 전자회로 설계와 프로그램에 필요한 알고리 즘은 본 연구자가 수행하였고 프로그램은 외부 프로그래머 중급 기술 자 수준 와 협의하여 수행하였다 프로그램은 전자회로 구동을 위한 어셈블러와 컴퓨터 프로토콜 통신을 위한 비쥬얼 으로 구현하였다

13 6 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 블루투스는 작고 저렴한 가격 적은 전력소모로 휴대폰 휴대용 등과 같은 휴대장치들 네트워크 액세스 포인트들 기타 주변장치들 간 작은 구역내의 무선 연결 을 위한 하나의 기술적인 규격이다 유래 블루투스는 영어로 푸른 이빨이라는 뜻이다 그 이름은 세 기 스칸디나비아 국가인 덴마크와 노르웨이를 통일한 바이킹으로 유

14 Ⅱ 본론 7 명한 헤럴드 블루투스 의 이름에서 유래 되었다 가 스칸디나비아를 통일한 것처럼 블루투스 기술이 서로 다른 통신장치들 간에 선이 없고 단일화된 연결장치를 이룰 것 이라는 뜻을 지니고 있다 또 가 여행가로도 유 명한 것처럼 호환성을 지닌 블루투스 기술이 전세계 어디를 여행하 든 단일 장비로 통신이 가능하도록 모든 통신 환경을 일원화시켜 주 기를 바라는 뜻도 포함되어 있다 블루투스는 단순히 초기에 진행 중 이던 프로젝트의 이름에 불과했다 기억하기 좋고 흥미를 유발할 수 있어 에 의해 공식명칭으로 결정됐 다 이와 같이 기기를 무선으로 케이블없이 접속하는 표 준규격을 책정하는 것을 목적으로 에릭슨 노키아 도시바 인텔의 개사가 중심 멤버가 되어 년 월 이 라는 컨소시엄을 구성했고 년 월 영국에서 개최한 차 포럼에 서 규격을 정했다 블루투스 은 데이터 전송속 도 전송거리는 로 규정하고 있다 그리고 회원사 도 년여만에 여개로 늘어났으며 업계의 관심은 날로 높아지고 있다 전자부품연구원 현재의 블루투스의 단점은 표 에서와 같이 미래의 사용자 욕구를 만족시키기에는 규격이 낮다는 것으로 최대 의 전송속도로는 수준의 고품질 음악이나 비디오 전송에는 적합하다고 볼 수 없 고 고화질 정지화상 등에 응용하기에도 아직 부족하다는 것과 피코 넷 이라는 망 구성으로 개의 기기들 간 통신망을 구성하게 되지만 그 이상의 기기들을 연결하기 위한 피코넷간의 망 구성 부분에서는 약점을 보이고 있다 반면 에서 제정한

15 8 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 의 경우를 볼 때 적어도 의 같은 주파수 밴드폭에서는 전송 속도가 배까지 빠르고 밴드폭에서는 최대 까지도 가능하다 그러나 와는 달리 블루투스는 뿐만 아니 라 부분에서도 완성되어 있고 많은 멤버들이 참여하고 있어 사용자의 현재 욕구를 즉시 낮은 가격에 만족시킬 수 있다는 점이 가장 큰 장점이라 할 수 있다 따라서 국내에서도 삼성 벤처업체 등 많은 업체들이 블루투 스를 사용한 제품을 개발하고 있으며 블루투스의 기술적 특성 및 유 사 기술과의 비교 향후 발전전망 및 표준화 동향을 살펴보고자 한다

16 Ⅱ 본론 9 가. Technical Working Groups 수준의 음질 넓은 대역의 향상된 음성데이터 전화면 해 상도 등을 지원하기 위한 블루투스의 기반이 될 부분을 제정하는 그룹 이다 대상 제품군으로 및 등의 데이 터를 내장하는 이동전화기 스피커 등이 있다

17 10 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 블루투스에서 구현되는 를 제정하고 연구하는 그룹이다 는 타 와의 확인절차와 필요한 부분들을 더욱 효과적으 로 구현할 수 있는 기술을 연구 제정한다 블루투스를 사용하여 콘트롤되는 키보드 마우스 조이스틱과 같은 입력장치들 간의 상호호환성을 제정하고 연구하는 그룹이다 와 같은 보안 기본적인 절차들을 기술하는 그룹이다 암호화 등의 블루투스가 동작하는데 필요한 다른 응용 프로그램 간에 사용할 수 있는 지역정보를 제공하는 를 개발하는 그룹이다 블루투스 이동기기 간에 근거리 네트워크망을 통한 음성 영상

18 Ⅱ 본론 11 등의 다양한 형태의 데이터를 주고받기 위한 블루투스 네트워킹 규격 을 제정하는 그룹이다 프린터를 사용하는 블루투스 장치들 간의 인쇄용량이나 데이터를 컨트롤하기 위한 상호 운용성을 보장하는 규격을 연구 개발하는 그룹 이다 세대 셀룰러폰간에 전송 서비스를 가능하게 하는 프로파일 을 연구하는 그룹으로 일본 세대 셀룰러폰 시장을 목표로 한다 블루투스용 이동전화기와 차내의 정보계통 을 접속 핸즈프리 기능을 실현한다 블루투스는 허가가 필요하지 않은 주파수 대역에서 동작 한다 블루투스를 사용하는 제품은 다른 주파수 대역을 사용하는 블 루투스 장치를 완벽하게 지원해야 한다 실제 블루투스 사용시에는 다양한 같은 주파수대역을 사용하는 다른 무선랜이나 기타장치들의

19 12 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 영향을 받는다 무선과 관련된 다른 그룹들과의 합의를 통해 이러한 문제를 합의하고 조정한다 즉 다른 무선 장치들과 서로 간섭받지 않고 작동할 수 있도록 규격을 정하는 일을 하고 있다 이러한 일은 다른 무선 장치들이 사용하는 환경에서도 블루투스 장치가 신뢰성 있 는 동작을 하기 위해 반드시 필요한 부분이다 에 사용되는 블루투스 이동 기기들에 필요한 저전력화 저가격화를 위한 기술을 연구 하는 그룹이다 멀티미디어용 및 옵션으로 를 실현 한다 나. 블루투스의 응용분야와 발전전망 가정 및 사무실에서 사용되는 모든 정보기기에 장착되는 것을 목표 로 무선망 등 을 구성하 여 어떠한 유 무선망과도 연동할 수 있게 한다 따라서 블루투스를 이용한 무선 네트워크가 완성되면 모든 정보기기 특히 노트북 휴대단말기 간의 자유로운 데이터 교환이 이루어지며 인터넷 브리지를 구성하면 현재 광케이블이나 모뎀 등을 통해 데스 크탑 컴퓨터에 도달해 있는 인터넷 정보가 비로소 사용자의 손안 까 지 도달할 수 있게 된다 즉 무선통신의 궁극적인 목표인 언제 어디 서나 누구나 어떤 형태의 정보도 교환한다는 목표에 대한 완성으로

20 Ⅱ 본론 13 까지 볼 수 있다 블루투스의 사용자 측면에서 본 사용 모델은 다음과 같으며 무한한 비즈니스 기회를 제공할 것으로 예상된다 사무실에서는 내선전화 댁내에서는 무선전화 밖에서는 휴대전화가 되는 전화를 말한다 인터넷 브리지 인터넷 접속 가능한 휴대전화기와 무선 네트워크가 되므로 언제 어디서나 노트북으로도 인터넷 접속이 가능하다 신속한 데이터 교환 회의 도중 연결 케이블 없이도 곧바로 데이터를 교환한다 데이터 동기화 휴대단말기 등과 노트북 등의 파일 및 데이터들이 일일이 새로 업데이트하거나 유선으로 연결해서 파일 및 데이터를 전송하지 않아도 서로 같아 질 수 있게된다 무선 데스크탑 컴퓨터 마우스 키보드 프린터 스캐너 등의 각종 컴퓨터 주변기기들이 무선으로 연결되므로 컴퓨터 주변의 복잡한 전선들이 없어지고 기기의 이동성 및 사용 편리성이 증대 된다 자동차 응용 예로써 핸즈프리 자동차 킷을 들 수 있다 정보 키오스크 상점이나 정보 키오스크 가까이 갔을 때 블루투스를 통하여 사용자의 단말기로 정보가 바로 들어올 수 있게 된다 노트북 전화 유선전화와 무선 네트워크로 노트북에 핸드셋을 연결하 여 휴대전화 없이도 사용 가능하다 가방 속에 넣어둔 노트북에서 휴대폰 또는 인터넷 브리지를 통하여 미리 작성해 둔 등을 송수신할 수 있는 기능이다 즉석 우편 디지털 카메라로 찍은 영상을 노트북으로 전송하고 곧바로 그림엽서 등으로 편집하여 전송된다

21 14 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 비디오 및 사진 전송 무선 헤드셋 블루투스가 탑재된 헤드셋을 착용하면 선이 연결되었을 때 생길 수 있는 행동이나 이동의 제약으로부터 자유로워진다 초 슬림폰 모델은 인치 와이드 액정을 장착한 모 델로 만 화소 카메라와 의 넉넉한 내장 메모리를 탑재한 휴대폰이다 두께는 불과 로 와이셔츠 주머니에 넣고 다녀 도 부담이 없는 크기이다 색상은 크리스탈 실버와 블랙모델을 선보 였고 무게는 으로 보기보다 상당히 가볍다 이동식 디스크 기능 을 지원해 에 있는 데이터를 휴대폰에 저장할 수 있으며 오 피스 등의 파일을 볼 수 있는 파일 뷰어 기능을 갖췄다 블루투스 기능을 지원해 무선 헤드셋과 무선 프린트 등을 지 원한다

22 Ⅱ 본론 15 인치 급 액정을 채택해 선명하고 깨끗한 화질을 보장하 고 안테나 디자인으로 더욱 세련된 스타일을 강조했다 만 화소 카메라와 기능을 지원하고 웰빙 음악이 내장되어 있어 기분 전 환을 도와준다 또 하나의 단말기로 집에서는 유선전화 외부에서는 휴대폰으로 사용이 가능한 원폰 서비스를 지원한다 블루투스 헤드셋 을 적용해 음악을 무선으로 듣거나 워키토키 및 통신이 가능하다 모바일 프린팅 지원 모델로 블루투스 지원 프린터로 휴대 폰에 저장된 이미지를 출력할 수 있다 싸이언 전자 은 메인 외장 액정을 모두 만 컬러까 지 표현 가능한 급 를 채택한 휴대폰 사진 촬영시 내 외 부 액정에 모두 피사체가 표시되는 트윈뷰 기능을 지원해 거울 보듯 이 자연스럽게 연출이 가능하다 만 화소 마이코비콘 카메라를 내장했고 미니 메모리를 포함해 총 를 기본 내장했다 재생 기능을 지원하고 원폰 서비스를 지원하는 유무선 통합서 비스폰이다 블루투스 기능을 지원해 근거리에 있는 와 휴대폰 등 을 무선으로 연결해 쌍방향 통신이 가능하다

23 16 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 팬택 큐리텔 은 인치 액정 화면에 만 화소 카 메라를 장착했고 내장 메모리로 다양한 게임을 즐길 수 있 는 게임폰이다 게임을 내장했고 서비스에 접속해 다양한 최신 게임을 언제나 마음껏 다운로드 받아 사용할 수 있다 블루투스 를 지원해 무선 헤드셋을 지원할 뿐만 아니라 네트워크 기능으로 친 구들과 동시에 게임이 가능하다 지하철 노선 기능은 출발역과 도착 역만을 입력하면 최소 환승 최단 시간 기준으로 정차역 수와 소요시 간 출구등의 간단한 주변 정보를 제공해 준다 블루투스를 지원하는 휴대폰을 이용해 무선 헤드셋을 사용하려면 블 루투스 지원 헤드셋이 있어야 하는 것은 당연하다 모바일 프로 헤드셋 은 블루투스 규격을 지원하는 제품으로 미터 내외의 거리에서 자유롭게 무선으로 통화가 가능한 제품이다 시간 연속 통화와 시 간의 대기 능력을 갖춘 리튬이온 배터리를 채택했고 색상으로 헤드셋의 상태를 간단하게 알아챌 수 있다 노이즈 감소 마이크를 사용 했으며 귀에 쉽게 장착이 가능하고 장시간 사용시에도 편안하다

24 Ⅱ 본론 17 블루투스 어댑터는 불루투스를 지원하지 않는 휴 대폰 사용자도 무선 헤드셋을 사용할 수 있도록 해주는 장비다 이어 폰 단자에 연결하는 것만으로 간단하게 설치가 끝나며 벨트나 휴대전 화에 고정할 수 있는 벨트 클립을 함께 제공한다 블루투스 를 지 원하며 최장 시간 통화 시간 대기가 가능하다

25 18 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 블루투스 제품이 실생활에 적용되고 있는 것 중에서 가장 활발한 분야는 역시 휴대폰 사업이다 블루투스가 처음 선보였을 때 휴대폰 을 감안해 만들어진 것이다 블루투스와 라이벌인 무선랜 과의 차이점은 음성 채널이 존재한다는 점이다 휴대폰과 연결이 용이해 휴대폰은 주머니나 가방에 넣고 블루투스 기능을 이용 해 무선 핸즈프리를 사용하는 것이 가능해진다 무선 헤드셋 말고도 요즘 원폰 이라 불리는 유선 휴대전화 서비스 역시 블루투스 기술을 응용한 것이다 휴대폰을 집 안에서는 유선전화기와 연결된 무선 전화기로 사용하고 가까운 거리 에 있는 사람과 인터콤 내지는 워키토키 등으로 사용하는 것이 가능 하다

26 Ⅱ 본론 19 블루투스의 응용기기가 년에는 전 세계적으로 억 만대 에 이르렀으며 블루투스는 휴대폰단말기 노트북 컴퓨터 스캐너 등 으로 확대되었다 한편 사 사 등도 블루투스 관련 시장을 긍정적으로 내다보고 있는데 각각 년 세계 시장규모를 억 달러 억 달러에 이를 것으로 예측 하고 있다 또한 품목별 시장규모를 보면 년에는 거의 대부분의 통신기기에 블루투스가 장착될 것이다 옥내 의 이동기기에 사용 가능 환경의 지속확산 년 이내에 달러의 공급시 급속환산이 가능 세계적 반도체 대기업 및 수십개 유망 기업참여로 시너지가 기대됨 업계 와 여 개 이상의 가입중 단말기 의 채용확산 퀼컴 에 블루 투스 기능내장 모든 제품에 적용 노키아 에릭슨 단말기에 기능 탑재제품 출시중 제반 성능 불안정 불안정 상호간섭 장착기간 문제 성능 미흡 통신가능영역 제한 저 가격화 저 전력화 소형화문제등 자체가격 현재 달러 의 발표지연 의 지속적 업그레이드로 발표 지연 향후 블루투스가 탑재될 것으로 기대되는 단말에는 휴대폰 노트북 액세스 포인트 무선 헤드셋 이외에도 디지털 카메라 가정용 무선 전화기 정보 가전기기 보안 관련 장비 등이 있으며 블루투스

27 20 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 의 성공 여부는 얼마나 많은 단말기들이 이 기술을 채용하느냐에 달 려있다고 할 수 있다 현재 국내외의 수많은 기업들이 블루투스를 탑 재한 제품을 개발하고 있으며 금년이 지나기 전에 다양한 제품들을 선보일 것으로 예상된다 끝으로 블루투스의 향후 전망 예측을 표 에 나타내었다 다. 블루투스의 통신규격 블루투스 기술은 근거리 내에서 하나의 무선 연결을 통해서 장치 간에 필요한 여러 케이블 연결을 대신하게 해준다 예를 들어 블루투스 무선 기술이 휴대폰과 랩탑 컴퓨터 안에 구현되면 케이 블 없이도 연결되어 사용할 수 있는 것이다 프린터 데스크탑 키보드 조이스틱은 물론이고 사실상 모든 디지탈 장비들이 블 루투스 시스템의 일부가 될 수 있다 장치들을 케이블로부터 자유롭게 만들어 주는 것뿐 아니라 블루투스 무선 기술은 기존의 데이터망과 주 변장치들간의 인터페이스 그리고 고정된 네트웍크 하부구조로부터 멀 리 떨어진 장치들간에 특별한 그룹을 형성시켜주는 보편적인 다리 역 할을 제공할 것이다 잡음이 많은 무선주파수 환경에서 작동되도 록 고안되었기 때문에 블루투스는 빠른 인식과 주파수 호핑 방식을 사 용하여 연결을 튼튼하게 한다 블루투스 모듈은 패킷을 전송받거나 보 낸 후에 새로운 주파수 호핑을 함으로써 다른 신호들과의 간섭을 피한 다 같은 주파수대에서 작동하는 다른 시스템들과 비교하여 블루투스 는 특별히 빠르고 짧은 패킷을 사용한다 이것이 블루투스를 다른 시스 템보다 튼튼하게 만들어주는 것이다 또한 작은 패키지와 빠른 주파수 호핑은 가정용과 전문가용 전자 오븐과의 혼선을 방지해 준다 전진 에

28 Ⅱ 본론 21 러 수정 의 사용은 장거리 연결 시 발생할 수 있는 임의의 잡음과의 충동을 방지해 준다 정리되지 않 은 무선 환경에서 인코딩이 최적화되어 있다 블루투스 무선시스템은 사용허가가 필요치 않은 의 주파수대에서 작동한다 주파수 호핑 송수신기는 간섭과 페이딩에 강하게 고안되었다 이진 변 조 방식은 송수신기의 복잡함을 최소화하도록 고안되었다 최대 데이 터 전송속도는 이고 풀 듀플렉스 전송을 위해서는 시간분할 다중 방식 이 사용된다 블루투 스 베이스밴드 프로토콜은 회로와 패킷 교환의 조합이다 슬롯들은 동기화된 패킷들을 위해 예약될 수 있다 각각의 패킷은 다른 이동 주파수로 전송된다 명목상으로는 하나의 패킷은 하나의 슬롯을 맡게 되어 있지만 다섯 개의 슬롯까지 확장될 수 있다 블루투스는 하나 의 비동기 채널 동시에 세 개의 동기 음성 채널 또는 비동기 데이 터와 동기 음성을 동시에 지원하는 채널까지 지원할 수 있다 각각의 음성 채널은 의 동기화된 연결을 지원한다 비동기 채널은 최대 어느 한쪽의 방향의 경우를 말하며 이 경우 되돌아오 는 속도는 까지 허용된다 의 비대칭 연결과 의 대칭 연결을 지원한다 블루투스 시스템은 일대일과 일대다중의 연결을 지원한다 여러개 의 피코넷들이 함께 조직되고 연결될 수 있으며 각각의 피코넷들은 서로 다른 주파수 호핑 순서에 의해 구분된다 같은 피코넷에 속한 모든 사용자들은 동일한 호핑 순서로 동기화 된다 위상은 하나의 다 중 피코넷 구조로 묘사되는 것이 가장 적절할 것이다 열 개의 완전 히 로딩된 독립된 피코넷들을 가진 하나의 다중 피코넷 구조 안에서 풀 듀플렉스 데이터 전송률은 이상이다

29 22 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 블루투스 규격은 블루투스 무선 기술을 이용하는 다양한 장비들이 세계 어디서나 상호 통신할 수 있도록 하기 위해 요구되는 정보들을 담고 있는 사실상의 표준이다 규격은 크게 개로 나누어지는데 물리 적 부분과 그에 필요한 펌웨어 를 기술한 핵심 규격과 상호 기기간의 호환성을 위해 마련한 외형 으로 나 뉘어 있다 첫째는 핵심이고 둘째 부분은 외형에 대한 것이다 핵심부분은 무선 베이스밴드 연결 관리자 서비스 전개 프로토콜 트랜스포트 레이어 다른 통신 프로토콜과의 상호 사용 가능 성 에 대한 것을 명세하고 있다 외형부분은 여러 다른 모양의 블루투스 애플리케이션에 요구되는 프로토콜과 프로시져를 다루고 있다 대역의 대역 의 전송 속도 실제 로 잘못 표기된 곳이 많음 간섭방지를 위한 주파수 호핑 방식 저소비전력 대기상태 송수신시 최대 전송거리 및 으로 까지 가능 의 송신 파워 각 변조방식 채널의 지원 방식의 연결 가능

30 Ⅱ 본론 23 베이스 밴드와 링크 컨트롤은 물리적으로 물리층 무선부분 와 블루투스 탑재기기를 접속할 때에 사용된다 블루투스는 패킷상태의 데 이터가 시분할된 주파수 대역을 전송하는 주파수 호핑 스펙트럼 확산 방 식을 이용하고 있기 때문에 이런 프로토콜 스택들은 조회 와 호출 의 방법을 이용하여 블루투스기기의 호핑 주파수와 클럭 의 동기를 맞추는 역할을 한다 베이스밴드는 두 가지 물리적인 접속방법 을 제공하는데 데이 터 통신과 음성 와 주로 데이터 통신 이다 링크 매니저 프로토콜은 블루투스 기기간의 링크를 설정하는 역할 을 한다 이 프로토콜은 시큐리티 역할을 담당하며 링크 나 암호키의 생성 교환 체크와 베이스 밴드의 패킷 사이즈를 제어한다 또한 파워모드 피코넷의 접속상태를 컨 트롤하는 역할도 수행한다 은 베이스밴드의 상위에 위치하는 프로토콜이며 상위의 프 로토콜 스택에 대하여 다중통신기능 데이터의 분할과 조합 그룹의 추상화 역할을 담당하는 서비스를 제공한다 에 의해 상위의 프로토콜 및 응용은 바이트까지의 길이를 가지는 패킷

31 24 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 데이터를 송수신하는 것이 가능하다 는 블루투스의 이용용도를 미리 결정하는 서비스를 제공하고 중요한 역할을 담당한다 를 이용함으로써 각각의 기기가 가진 정보 서비스의 내용을 파악하여 기기간의 접속을 할 수 있게 된다 은 프로토콜이라는 것에서도 알수 있듯이 모뎀을 연결하는 등의 시리얼 송신을 대체하 는 프로토콜이며 의 규격을 베이스로 하고 있다 은 등 시리얼 송신기능을 필요로 하는 상위 프로 토콜에 대해 의 컨트롤이나 베이스 밴드상의 데이터 신호 를 서포트하는 역할을 맡고 있다 은 블루투스 기기간의 음성이나 호출 데이터를 확립하기 위한 호출제어신호를 규정한다 이뿐만 아니라 를 탑재하는 블 루투스 기기 그룹의 관리를 할때의 매니지먼트 절차를 규정한다 은 의 를 기본으로 하여 블루투스의 규격에 정의되어 있다

32 Ⅱ 본론 25 블루투스는 다양한 이용용도에 따라 휴대전화나 모뎀을 제어하는 를 정의하고 있다 블루투스에서 이용되는 는 과 을 베이스로 하여 만들어졌다 블루투스에서는 대 의 접속을 확립하기 위하여 의 상위에 가 정의되어 있다 는 의 이다 의 네트워크가 확립된다고 하는 것은 사이 에서 팔레트가 이용된다는 것을 의미한다 이 프로토콜 스택들은 에서 정의되어 인터넷으로 접속할 때 이용되고 있다 이 프로토콜 스택들이 블루투스에 이용된다는 말은 블루투스기기가 인터넷에 액세스가 가능하게 되는 것을 의미한다 는 오브젝트를 교환하기 위해 에 의해 정의된 세션레이어 제 계층 의 프로토콜 스택이다 는 기본적으로는 와 같은 기능을 가지지만 보다 고성능인 것으로 되어 있다 클라이언트 서버 모델을 이용하고 트랜스포트 기능을 하지만 트랜 스포트 와는 독립하고 있다 현재의 블루투스의 규격에서는

33 26 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 에는 이 의 트랜스포트층이 역할을 맡고 있지만 이 후 도 지원하도록 할 것이다 나 는 에 의해 정의된 개방적인 규격이다 이 규격들은 전자명함이나 개인 캘린더의 입력 스케줄관리 등을 정의한 것이다 에서는 개인 정보의 교환에 이것들을 널리 보급한 포맷을 채용하려고 하고 있다 이뿐만 아니라 에서 규정되는 나 메시지나 노트의 포맷을 정의하고 있다 도 지원하고 이미 이용되고 있는 규격이나 기기와의 상호접속이 가능한 체제를 갖추어 넓은 의미로 블루투스가 보급되도록 하는 활 동이 이루어지고 있다 은 에 의 해 규격이 진행되고 있는 것으로 광범위한 무선네트워크에서 이용되 어 휴대전화나 그 외의 무선단말기에 인터넷 컨텐츠나 전화의 부가서 비스를 제공하는 것을 목적을 한다 라. 블루투스 하드웨어 구성 무선주파수 부분에서는 고주파 신호와 디지털 신호를 변환 시켜 준다 고주파신호를 받아서 디지털 신호로 변환하여 처리가 가능하게 하 거나 디지털 신호를 고주파 신호로 바꾸어 전송하는 기능을 하는 부분이

34 Ⅱ 본론 27 다 블루투스는 의 밴드에서 동작하게 되는데 대부분의 나라에서 의 주파수대역을 이용한다 그러나 나라 에 따라서 주파수의 제한이 있는 경우가 있기 때문에 특정한 주파수호핑 방법을 사용한다 모듈레이션 방법은 방법을 사용한다 베이스밴드 부분은 물리층 의 프로토콜을 처리하는 부분이이다 대역폭 의 채널을 개 설정하여 초간에 회 채널을 바꾸는 주파수호핑 방식의 스펙트럼 확산 기술이 사용된다 이에 의하여 간섭과 패딩 을 막아 주고 노이즈가 많은 무선 구간에서 강인한 통신이 가능하다 또한 양방향전송 을 위하여 방법이 사용된다 일반적으로 개의 채널이 사용되는데 일본 스페인 프랑스 등의 일부 국가에서는 개의 채널을 사용하고 있 다 사용되는 패킷은 비트의 코드 비트의 헤더와 최대 비트의 로 구성된다 에러 보정을 위하여는 방법이 사용된다

35 28 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 마. 블루투스의 새로운 기술 로드맵 블루투스의 새로운 규격과 향후 년간의 계획이 발표됐다 블루투 스에 관심을 가지고 있는 사람들은 이번 발표를 계기로 블루투스 기 술이 힘을 받을 것으로 기대하고 있다 업계 협회인 블루투스 는 주변기기 휴대폰 기타 근거리 무 선 통신에 사용되는 장비와 관련한 년까지의 블루투스 로드맵을 공개했다 또 전력소모량을 줄이고 멀티캐스팅을 강화하는 새로운 규 격도 업데이트했다 블루투스는 헤드셋을 통해 무선으로 통신할 수 있도록 하여 이동시 활동을 자유롭게 하고 컴퓨터 및 주변기기 업체 들의 블루투스 기술 채용을 촉진할 수도 있다 블루투스 는 차세 대 블루투스 버전이 오디오 스트리밍 멀티플레이어 게임 등 고대역 을 요구하는 기기 및 애플리케이션을 연결할 수 있을 것으로 기대하 고 있다 또한 가정용 보안 시스템과 같은 개인용 기기와도 함께 동 작할 수 있도록 할 계획이다 년까지의 로드맵은 단계로 나뉜다 년에는 블루투스 버전 에 집중할 계획되었다 이 규격은 데이터 전송속도를 에서 로 높이고 전력소모를 감소시킨다

36 Ⅱ 본론 29 년에는 보안과 사생활 보호 관련 기술 전력 소모량 감소 등 에 집중할 계획이다 전력 소모량은 배터리로 동작하는 휴대형 기기 에서 중요한 문제다 년에는 멀티캐스팅 규격이 추가될 예정이다 멀티캐스팅은 하 나의 메시지를 여러 장치에 동시에 전송하는 기술이다 예를 들어 이 기술을 이용하면 하나의 플레이어에서 여러 헤드폰으로 음악을 동시에 전송할 수 있다 년에는 블루투스 전송거리를 까 지 확장하는 안도 포함돼 있다 가. 블루투스를 이용한 무선 통신 구성 본 연구에서 블루투스를 이용한 무선 인터페스를 실험하기 위하여 그림 와 같이 구성하였다 기존 유산소 운동기구의 컴퓨터 인터페이스는 유산소운동기구와 컴 퓨터 간에 유선으로 연결되어 있다 본 과제는 기존 인터페이스를 무 선화 하는 것으로 그림 에서 보는 바와 같이 유산소 운동기구와 컴퓨터 간에 무선 모뎀이 있고 무선 모뎀을 매개로 무선 통신 제어

37 30 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 한다 무선 모뎀은 컴퓨터 쪽에 하나와 유산소 운동기구에 하나가 있 다 이들 가까이 있는 무선 모뎀과 유선으로 연결된다 즉 컴퓨터와 가까이 있는 무선 모뎀에 유선으로 연결되고 유산소 운동기구 장치 와 가까이 있는 무선 모뎀이 유선으로 연결되어 있다 그러나 블루투 스 통신에 의하여 무선 모뎀과 무선 모뎀 사이는 무선으로 연결된다 무선 모뎀 내부는 블루투스와 그를 동작시키기 위한 주변회로 구성되 어 있다 컴퓨터와 연결되어 있는 무선 모뎀 내부는 컴퓨터는 포트와 연결되어 있고 유산소 운동기구와 연결되어 있는 무선 모뎀 은 신호를 주고받을 수 있도록 연결되어 있다 컴퓨터와 연결되는 무선 모뎀을 그림 에 나타내었으며 무선 모뎀 을 정면에서 본 모양이다 전자회로 장치를 장착하기 위하여 다양한 케이스 중 하나를 선택하여 가공하 였다 무선 모뎀은 포트를 이용하여 컴퓨터와 통신하고 무선 통 신하기 위하여 외부에 안테나가 돌출되어 있는 모습을 볼 수 있다

38 Ⅱ 본론 31 그림 의 모양을 좀 더 자세히 살펴보기 위하여 다른 측면에서 본 모양을 그림 에 나타내었다 그림 는 컴퓨터에 연결되는 무 선 모뎀을 윗면에서 본 모양이며 스터브 형의 안테나 형의 포트 아답터를 사용할 수 있도록 전원단자가 있다 그림 에서 내부의 전자회로 배치를 알아보기 위하여 그림 로 나타내었다

39 32 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 그림 는 블루투스 모듈을 이용한 무선 통신 장치와 그 주변 전 자회로 장치 외부 단자 전원 안테나 등 를 나타낸다 유산소 운동기구와 연결되거나 유산소 운동기구 기능을 대신하는 장치를 그림 에 나타내었다 그림 에서 키패드 는 유산소 운동기구를 대신하여 속도 증가 감소 등의 명령을 입력하는 용도로 사용하며 그 명령에 대한 내용을 에 표시한다 또한 컴퓨터로부터 수신된 신호를 에 표시한다 그림 은 유산소 운동기구와 연결되는 무선 모뎀의 외부 구성을 나타 내었다 외부구성으로는 키패드 안테나 전원단자 단자 레벨 를 포함하고 있다 안테나는 블루투스 모듈과 연 결되어 있으며 전원단자는 혹은 를 출력으로 하는 아답터를 통

40 Ⅱ 본론 33 하여 무선 모뎀에 전원을 공급한다 단자는 유산소 운동기구 와 레벨 혹은 컴퓨터 직렬통신 레벨 중 하나로 선택하여 통신할 수 있도록 되어 있다

41 34 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 그림 은 케이스에 전자회로 장치를 내장하여 연결되어 있는 상 태를 나타내었으며 내부 전자회로 장치는 뒤 절에서 기술되는 회로 실험의 그림 에 나타내었다 나. 인터페이스를 위한 주변 회로 구성 본 연구의 회로 구성도는 그림 와 같다 그림 에서 부는 그림 의 키패드에 해당되는 부분으로 개 의 키로 구성되어있다 표시부는 그림 의 표시장치에 해당되는 부분으로 제어부의 신호를 받아 표시한다 무선통신부는 블루투스 모듈 을 포함한 주변회로 장치를 말한다 제어부는 사의 계열의 마이크로컨트롤러와 주변회로를 말한다 부는 유산소 운동기구와 제어신호를 주고받기 위한 포트이며 직렬 통신한다

42 Ⅱ 본론 35 그림 에서 인터페이스부는 컴퓨터와 포트를 통하여 통신하는 부분이다 통신의 주요소자는 을 사용하였 으며 전자 회로 구현이 매우 간단하게 설계되어 있다 무선통신부는 블루투스 모듈을 포함한 주변회로 장치로 구성되어 있다 전원부는 컴퓨터의 포트 전원을 사용하거나 외부 전원을 사용할 수 있도 록 설계되어있다 다. 인터페이스를 위한 시험용 프로토콜 컴퓨터 인터페이스 실험을 위하여 개사 사와 사 의 프로토콜 을 사용하였다 최고 속도 경사도 최소 속도 경사도 속도 경사도 편차 옵션 장착

43 36 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 1 트레드밀의 동작 상태를 모니터링 할 수 있다 2 컴퓨터에서 트레드밀의 속도와 경사도를 조절할 수 있다 시리얼 통신 설정방식이며 설정 조건은 가 는 이다 그리고 와 는 와 이다 1 컴퓨터 와 트레드밀의 데이터 통신 2 명령어 경사도 설정 속도 설정 심박수 표시 사용불가 심박수 요구

44 Ⅱ 본론 37 현재 속도 요구 현재 경사도 요구 현재 거리 요구 현재 칼로리 요구 현재 시간 요구 분 초 에러코드 번호 응답 종료 1 속도 설정 뜻한다 의 는 속도 의 은 진수 이며 맨 뒤의 수 은 에서 단위의 수 이다 의 은 진수 이며 맨 뒤의 수 은 에서 단위 수 이다 의 은 진수 이며 맨 뒤의 수 은 에서 소수점 첫째자리 수 이다 의 는 진수 이며 명령어의 끝을

45 38 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 2 경사도 설정 3 심박수 표시

46 Ⅱ 본론 39 4 심박수 요구 5 현재 속도 요구 6 현재 경사도 요구

47 40 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 7 현재 거리 요구 8 현재 칼로리 요구

48 Ⅱ 본론 41 9 현재 시간 요구 분 초 10 종료 11 에러코드 번호 응답 모든 명령어 속도 설정 명령 제외

49 42 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 에러응답 데이터 규격 시작 스포츠용품 첫자 Ⅱ 스포츠용품 번호 십진수 프로그램 십진수 운동 상태 대기 십진수 에러 십진수 프로그램번호 또는 에러번호 십진수 운동 진행 단계 십진수 운동 부하강도 십진수 운동 부하강도 십진수 에서 까지

50 Ⅱ 본론 43 유산소 운동기구에서 컴퓨터로 전송하는 바이트 수는 바이트이 다 에는 러닝머신을 뜻하는 이고 는 개 이상의 러닝머신 있을 경우에 붙는 번호이다 은 러닝의 현재 상태 이고 프로그램 모드에 의한 운동 대기 상태 에러 등을 알려 준다 는 프로그램 운동일 경우 프로그램 번호 에러 상태일 때는 에어 상태에 대한 번호를 전송한다 는 전체 운동 단계를 구간으로 구분하고 현재 진행하는 단계를 전송한다 러닝머신인 경우 은 현재 속도가 되고 은 경사도의 값이 된다 은 에서 까지의 같은 비트 자리수를 한 값이 된다 스포츠용품 십진수 스포츠용품종류 스포츠용품 첫자 시리얼번호 제조회사 십진수 명령 표 참조 십진수 부터 까지

51 44 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 컴퓨터에서 유산소 운동기구에 전송하는 바이트 수는 개 이다 은 미리 정해놓은 유산소 운동기구의 번호이다 러닝머신 인 경우 는 이다 은 필요한 경우 제조회사를 구별 하기 위한 번호이다 는 표 의 명령어를 전송한다 는 에서 까지의 같은 비트 자리수를 한 값이 된다 운동 부하강도 증가 십진수 운동 부하강도 감소 십진수 운동 부하강도 증가 십진수 운동 부하강도 감소 십진수 종 료 시 작 컴퓨터 스포츠용품 십진수 십진수 십진수 십진수 표 는 표 의 의 명령어이다 러닝머신인 경우 부하 속 도이며 부하 는 경사도 이다 그 밖에 러닝머신의 종료와 시작 명 령이 있고 컴퓨터와 스포츠 명령은 여유로 둔 것이다 회로 실험에 앞서 주요 부품 및 모듈에 대한 모양을 그림 에 나타내었다

52 Ⅱ 본론 45 그림 의 블루투스 모듈은 가로와 세로가 약 의 크기이다 왼쪽의 개 핀은 전원과 통신을 하기 위한 단자이다 그림 는 블루투스 모듈과 안테나가 연결된 상태이다 블루투스 모듈에 안테나를 연결하면 전송 거리가 약 가 된다

53 46 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 그림 은 블루투스와 이 통신을 실험하기 위한 지그 결 합 상태이다 만약 무선 통신하기 같은 모양의 한 쌍이 필요하며 외 부에서 전원을 공급하여야 한다 그림 의 부품 및 모듈을 이용하여 그림 을 제작하였다 그림 는 유산소 운동기구에 연결되는 전자회로 장치 를 나타내었다

54 Ⅱ 본론 47 그림 에서 아래에 있는 전자회로 보드는 마이크로컨트롤러 키패드로 이루어져 있으며 위에 있는 전자회로보드는 블루투 스 모듈 전원 가 있다 위의 전자회로 보드와 아래에 있 는 전자회로 보드는 커넥터를 통하여 연결되어 있으며 신호를 서로 주고받는다 블루투스 모듈은 커넥터를 통하여 마이크로 컨트롤러와 데이터를 주고받으며 포트는 마이크로컨트롤러와 직렬 통 신한다 키패드는 마이크로컨트롤러 포트에 매트릭스 방식으로 연결 되어 있다 그림 은 컴퓨터와 연결되는 무선 모뎀의 전자회로 보드를 나타 내었다 그림 은 블루투스 모듈 전원 드라이버 안테나 등으로 구성되어 있다 안테나를 통하여 수신된 무선 신호는 블루투스 모듈 에 의하여 직렬 데이터 신호로 변환된다 직렬 데이터 신호는 드라이버 소자에 의해 컴퓨터와 통신을 하게 된다

55 48 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 1 컴퓨터 직렬 포트를 이용하기 위한 회로 제작 블루투스 통신 시험을 하기 위하여 그림 과 같이 제작 하였다 블루투스 모듈 시험을 위하여 그림 과 같이 두 대의 컴퓨터와 시리얼 커넥터를 준비하였고 블루투스 모듈과 시리얼 통신 케이블 을 단자에 연결하고 이를 각각의 대 컴퓨터 단자에 연결 하였다 전원은 따로 입력하였다 2 컴퓨터를 이용한 실험 블루투스 모듈 상호간 통신을 하기 위하여 그림 과 같 이 연결하면 하이퍼터미널에서 실행할 수 있다 컴퓨터의 시작>프로그램>보조프로그램>통신>하이퍼터미널 을 선택하면 그림 과 같이 나타난다

56 Ⅱ 본론 49 그림 와 같이 데이터 비트 패리티 없음 정지비트 흐름제어 없음으로 설정한다 하이퍼터미널 창에서 를 이용해도 됨 하이퍼터미널의 파일>속성 에서 설정 탭을 선택하고 설 정 을 클릭하여 입력된 문자를 터미널 창에 표시 기능을 활성하고 다 음과 같이 수행한다 을 이용하여 연결 확인 및 리셋을 한다 연결상태 확인 소프트 리셋 명령으로 레지스터 를 으로 한다 명령으로 검색 및 검색 대기 상태로 전환한다 검색 및 연결 대기 명령으로 상태를 확인한다 블루투스 관련 설정상태 표시 명령으로 주변 장치 검색 초 가량 걸림 한다 주변의 블루투스 장치 검색

57 50 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 상대편이 검색이 되면 상대편 입력 후 엔터 하면 가 표시되고 데이터 전송이 가능하다 가장 최근 연결 되었던 장치 재 연결 명령으로 모드를 로 전환하면 전원이 되어도 다음에 자동으로 재 연결된다 동작 모드를 설정 그림 에 있는 의 내부 블록도는 그림 와 같다 소자를 동작시키기 위하여 발진을 시켜야 한다 발진시키기 위한 방법은 레조네이터 와 크리스탈 발진이 있다 발진회로를 그림 에 나타내었다

58 Ⅱ 본론 51 드라이버 소자의 전원 공급 방식은 가지가 있다 컴퓨터 전원을 이용하는 방법과 외부 아답터 등을 이용하는 방법이다 그림 는 드라이버 소자의 전원 공급에 따른 회로 변화를 나 타내었다 본 전자회로 구성에는 사용하고 있지 않지만 컴퓨터의 를 이용하고자 할 경우 그림 와 같이 회로도를 구성한다 포트

59 52 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 가. 유산소 운동기구 무선 모뎀 프로그램 키패드의 키는 개이며 그 중 개는 숫자 키 와 키 키로 설정하였다 그리고 메뉴의 변경을 위하여 상 위 메뉴 하위 메뉴로 이동할 수 있도록 키를 설정 하였다 그 밖에 컴퓨터에서 기능을 하는 키와 설정된 명령어를 전 송하는 키를 설정하였다 키패드에 대한 키의 정의를 그림 에 나타내었다

60 Ⅱ 본론 53 화면은 두 줄로 구성되어 있으며 위 줄은 수신된 데이터를 표시하고 아래 줄은 송신되는 데이터를 표시하였다 그림 는 화면에 대한 설명이다 전용 표시창 전용 표시창 초기화면 구성은 체육과학연구원을 뜻하는 를 위 줄 에 표시하고 아래 줄은 명령어를 표시하였다 그림 에 초기 화면 구성을 나타내었다 표시는 이며 실제 송출되는 값은 가 송출됨 심박수 요구 현재 속도 요구 현재 경사도 요구

61 54 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 현재 거리 요구 현재 칼로리 요구 현재 시간 요구 에러코드 번호 응답 여기서 키를 이용하면 아래 줄에 순서로 에 표시한다 가 입력되는 그대로 한다 키를 사용하여 설정하고 싶은 선택한 후 숫자 키를 사용하여 입력한 다음 키를 누르면 표시창 의 아래 줄 에 있는 가 송출된다 필요에 따라 또는 키를 적절하게 사용한다 입력시 가 인가되면 이 된다 가 송출되면 약 초 동안 된다 면 약 동안 된다

62 Ⅱ 본론 55 는 사용하였다 는 내장형을 사용하였다 는 이다 키를 사용한다 내부에 나. 컴퓨터 무선 모뎀 프로그램(USB 드라이버) 포트를 사용하기 위하여 을 사용하였다 이 장치 를 사용하려면 드라이버가 필요하며 홈페이지 에 가면 별 드라이버를 제공한다

63 56 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 가. 메인 화면 컴퓨터 프로그램을 수행하기 위하서 유산소 운동 기능을 참조하였 다 그림 에서 나타낸바와 같이 윈도우 화면으로 구성되었으며 화 면 위에 파일 동작 설정 도움말 메뉴를 삽입하여 사용자가 조 작할 수 있도록 하였다 그 외의 화면 구성으로는 현재시간 속도 경사도 심박수 등을 나타내었다 나. 메뉴 그림 의 메인화면에서의 메뉴를 클릭하면 그림 과 같다 파 일 메뉴를 클릭하면 인쇄 파일 저장 등에 관한 기능을 수행한다

64 Ⅱ 본론 57 동작 메뉴를 클릭하면 유산소 운동기구의 정보 운동 강도 속도 경 사도 등 등을 설정할 수 있다 설정 메뉴를 클릭하면 컴퓨터 메모 리에 내장되어 있는 운동 프로그램을 이용하거나 수정할 수 있도록 하였다

65 58 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 다. 동작 메뉴 동작 메뉴는 경사도 속도 사용자 정보 이름 몸무게 키 성별 나이 등 을 설정할 수 있도록 하였다

66 Ⅱ 본론 59 라. 설정 메뉴 설정 메뉴는 그림 에서 보는 바와 같이 내장되어 있는 운동 프 로그램을 선택하거나 수정할 수 있도록 되어 있다

67 60 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 마. 현재 운동 상태의 메인 화면 그림 에 나타낸 화면은 모든 것을 설정하고 운동 모드로 있을 때 이다 현재 운동진행 상태 심박수의 증감 상태를 나타내어 준다

68 Ⅲ 결과 및 분석 61 본 과제는 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 장치를 개발하는 것 이다 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 장치를 구현하기 위하여 제일 먼저 고려된 것이 유산소 운동기구제조업체에서 적용하기 쉬워 야 한다는 것이었다 따라서 무선 인터페이스 장치 개발에 있어 무 선모듈 프로토콜 컴퓨터 인터페이스 방식 등을 고려하였다 무선 모듈 선택에는 크게 두 가지 방법이 있다 하나는 새로운 무선 모듈을 개발하는 것이고 다른 하나는 기존 모듈을 사용하는 것이다 우선 새로운 무선모듈을 개발한다고 해보자 새로운 무선 모듈을 개발하기 위하여 다음과 같은 문제점이 있다 주파수 출력 등에 관한 전파 법규에 대한 자료 조사 무선 개발시 필요한 시설 및 인력 무선 모듈 개발 기간 개발 후 전파 형식 승인 유산소 운동기구 제조업체가 무선 모듈을 새롭게 개발하기 위하여 위에서 거론한 것 같은 문제가 생길 수 있다 따라서 기존 무선 모듈

69 62 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 을 사용하여 유산소 운동기구 인터페이스 장치를 용이하게 구현할 수 있도록 블루투스 모듈을 선택하게 되었다 블루투스 모듈은 제어 통신 가 쉽고 회로 구현이 용이해야 한다 본 과제에서 사용한 블루투스 모듈은 시리얼 통신을 하고 있으며 하 이퍼 터미널 통신으로 에서 간단히 실험할 수 있다 본 과제에서는 기존 유산소 운동기구 업체가 사용하고 있는 유선 컴퓨터 인터페이스 프로토콜을 적용하였다 두 업체의 프로토콜 방식 을 예로 들어 살펴본다 단 두 회사의 이해관계 등을 고려하여 프로 토콜에 대한 장단점을 논하지는 않는다 사용예로 속도 증가가 현재 속도 에서 로 증가 한다고 할 때 속도를 조절하는 통신 프로토콜에 대해 기술한다 컴퓨터는 현재 속도를 알 필요 없이 로 속도를 증가하 라는 명령을 러닝머신에 전송한다 컴퓨터에서 전송된 속도 프로토콜을 러닝머신이 인식하여 컴퓨터 는 신호를 전송한다 러닝머신은 전송된 명령 속도 까지 속도를 증가시킨다

70 Ⅲ 결과 및 분석 63 러닝머신은 일정한 시간 간격 약 초 으로 현재 속도 정보를 컴퓨터에 전송한다 컴퓨터는 러닝머신에서 수신된 현재 속도 를 인식하고 속도 증가 명령을 전송한다 러닝머신은 컴퓨터로부터 속도 증가 명령 증가 을 받 아 속도로 증가 시킨다 컴퓨터는 러닝머신 속도가 가 될 때 까지 속도 증가 명령을 반복해서 전송한다 이상에서 속도 증가의 예를 통해 두 사의 프로토콜을 살펴 보았다 사는 설정된 속도를 한번 전송하여 러닝머신이 설정된 속도까지 내 부의 프로그램에 의해 수행한다 반면 사의 프로토콜은 러닝머신에 서 설정 속도를 판단하지 않고 현재 러닝머신 속도를 컴퓨터에 전송 한다 컴퓨터는 러닝머신 속도를 판단하여 속도의 증가를 명령한다 이해를 돕기 위해 의 동작을 들어 설명한다 이는 우리가 를 보면서 채널을 변경할 때 리모콘으로 채널 변경키를 누른다 사람이 보고자 하는 채널이 되면 리모콘 동작을 중지시키는 원리와 같다고 하겠다 는 외부 장치와 통신하기 위하여 병렬 포트 직렬 포트 포트 포트 포트 등 다양한 포트를 가지고 있다 이들 중 포트는 확장이 용이하고 핫플러깅 방식으로 접속 및

71 64 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 해제가 용이하다 그리고 전원과 신호 통신선을 포함하여 개의 선으로 구성되어 간단하다 따라서 본 과제에서는 전자 회로와 프로 그램 구현이 용이한 소자를 선택하여 사용하였다 무선은 유비쿼터스 시대에 대비하여 근거리 무선 통신방식의 하나 인 블루투스를 채택하여 구현하였다 이에 블루투스와 또 다른 무선 방식을 비교하고 추후 발전 방향을 알아본다 근거리 무선 통신 방식에서 블루투스와 많이 비교되는 것이 지그비 이다 지그비는 블루투스의 단점을 보완하기 위하여 출발했 다고 해도 과언이 아니다 블루투스와 지그비를 간략하게 비교해보면 아래와 같다 와이파이 시간 블루투스 시간 인터넷 브라우징 네트워킹 비디오모니터 핸드프리 휴대폰 헤드세트 무선 프린터 지그비 년 무선 스위치 및 센서 출처:전자신문 위의 전자 신문에서 요약해 놓은 자료만 보더라도 지그비는 배터리 수명 등 월등함을 알 수 있다 그러나 지그비는 아직 표준화가 진행 중이며 지그비 모듈를 시장에서 구하기 쉽지 않았다 따라서 상용화

72 Ⅲ 결과 및 분석 65 하기는 아직 이르지만 타분야의 몇 업체는 독자적인 규격을 정하여 사용하고 있다 블루투스와 지그비 등 그 외에 여러 통신 방식을 비 교한 그래프를 아래에 나타내었다 자료 위에서 블루투스 채택 비율은 이동 단말 채용에서 다른 무선 방식 에 비해 월등함을 알 수 있다 블루투스는 년까지 증가하다가 시장이 포화됨을 알 수 있다 그 외 무선 방식인 지그비 는 사업자의 이해관계에 따라 채택될 것으로 본다 그러나 지 그비의 장점으로 향후 블루투스 시장을 초과할 것으로 여겨지므로 계 속해서 관심을 가져야 한다 본 과제에서 적용한 두 사의 프로토콜 중 장점을 분석하여 하나의 프로토콜로 표준화 시켜야 하겠다 그래서 두 사 이외의 모든 유산소

73 66 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 제조업체가 공동으로 사용할 수 있으면 하는 생각이다 이는 컴퓨터 프로그램으로 유산소 운동기구를 고급화하려는 업체에게는 매우 중요 한 것이다 예를 들어 영상 전문 업체인 사는 마라톤 코스 한강 춘천 대전 를 영상으로 제작하여 러닝머신에 적용시키고 있다 그러 나 업체마다 프로토콜이 표준화 되어 있지 않아 속도를 감지하는 프 로그램을 따로 작성하여 사용하고 있다

74 Ⅳ 결론 67 본 연구에서는 컴퓨터 무선 인터페이스 장치를 구현하기 위하여 기 존 유산소운동기구 프로토콜에 대한 조사와 유비쿼터스의 근거리 무 선 통신 방식인 블루투스 조사 블루투스 모듈 시험 및 주변회로 설 계 알고리즘 개발 및 프로그램 수행 등을 하였다 컴퓨터인터페이스 프로토콜을 가지고 있는 유산소 운동기구 제조업 체는 대략 개 업체 이내이다 그 중 본 연구자에게 제시하는 업체는 업체에 불과하다 또한 두 업체 프로토콜도 차이가 있어 추후 표준 화 시킬 필요가 있다 무선 인터페이스 장치를 연구하기 위하여 구현하기 어렵지 않은 무 선 방식을 사용하고 거기에 미래를 대비한 것이어야 한다 그래서 각 종 미디어 매체에서 거론하고 있는 유비쿼터스에 대한 대비를 해야 한다 따라서 유비쿼터스의 근거리 무선 통신 방식의 하나인 블루투 스를 선택하였다 더불어 유비쿼터스 무선 방식으로 또 다르게 대두 되고 있는 블루투스 외의 지그비에 대한 자료도 조사하였다

75 68 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 컴퓨터 인터페이스를 구현하기 위하여 블루투스 모듈 구매와 구동 하기 위한 주변회로를 설계하였고 블루투스를 이용한 무선 모뎀을 제 작하였다 컴퓨터와 무선 모뎀과의 통신은 포트를 이용하였으 며 통신에 대한 드라이브 선택과 회로도를 제시하였다 추후 유산소 제조업체에서 이용을 원활히 하기 위하여 컴퓨터 화면 구성과 이에 따른 프로그램을 수행하였다 프로그램은 유산소 운동기 구를 대신하는 무선 모뎀 장치와 컴퓨터의 포트에 연결되어 있 는 무선 모뎀을 통신하도록 제작하였다 유산소 운동기구 제조업체는 컴퓨터 인터페이스를 무선화 하고자 한다 개 업체는 본 과제 수행자에게 기술적으로 지원 받을 수 있냐 고 문의하였다 과제로 수행하고 얻어진 결과는 업체에 기술 지원할 것이며 국산 유산소 운동기구의 고급화를 통하여 스포츠 산업 발전에 기여할 것이다

76 Ⅳ 결론 69 본 과제에서 수행한 무선 통신 프로토콜은 기존의 두 개사에서 사 용하고 있는 유선 인터페이스 프로토콜을 적용하였다 그리고 프로토 콜을 제공한 두 개사는 다른 유산소 운동기구 제조업체에서 사용할 수 있도록 본 연구자에게 제공하였다 따라서 이번 과제 수행 결과는 다른 유산소 운동기구 제조업체에서 무선 인터페이스 적용을 원한다 면 즉시 시험 및 활용할 수 있는 환경을 제공할 것이다

77 70 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 강명구 블루투스를 이용한 디지털 무선 오디오 송수기 설계 및 구현 대한전자공학회 추계종합학술대회 김천곤 블루투스 상용화 시대의 도래 전자정보센터 박성수 블루투스 기술현황 대한전자공학회 제 권 호 박우출 유비쿼터스 컴퓨팅 제 호 송형규 유비쿼터스 무선 네트워크 구성기술 전자공학회지 제 권 호 아라카와 히로키 손에 잡히는 유비쿼터스 전자신문사 여운동 블루투스 기술동향 대한전자공학회 하계종합학술대 회 유영환 유비쿼터스 근거리 무선통신 기술 전자공학회지 제 권 호 이우중 블루투스를 이용한 가전기기 원격제어시스템 전자공 학회지 제 권 호 전호인 무선 홈 네트워킹 기술 표준화 동향 및 발전 전망 한국통신학회지 제 권 호 전자부품연구원 해외 블루투스 시장 동향 분석 전자부품연 구원

78 참고문헌 71

79 72 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 부 록

80 부 록 부 록 73

81 유산소 운동기구의 무선 인터페이스 제어 장치 개발 발행일: 년 월 발행처:국민체육진흥공단 체육과학연구원 서울특별시 노원구 공릉 동 산 인 쇄:신영에이젼시