KR20220101221A - 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전력 GPS 수신기와 양방향 통신 기반의 저전력 LTE 모뎀을 의해 전력 소모를 제어하는 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터에 관한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 저전력 GPS 수신기과 저전력 양방향 통신 기법을 사용하는 LTE 모뎀을 사용하여 전기 소모가 적은 공유 전기스쿠터용 통신단말기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배터리 방전 시 잠금 릴레이가 작동되고, 배터리의 온도와 전압을 체크하여 전력 소모를 줄이는 공유 전기스쿠터용 통신단말기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

Description

저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터{SHARED ELECTRIC SCOOTER HAVING LOW POWER COMMUNICATION TERMINAL}

본 발명은 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전력 GPS 수신기와 양방향 통신 기반의 저전력 LTE 모뎀을 의해 전력 소모를 제어하는 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터에 관한 것이다.

마이크로모빌리티(Micromobility)는 주로 전기를 동력으로 사용하는 1인용 교통수단으로 근거리나 대중교통으로 닿기 어려운 이동을 위해 사용되고 있다. 전기킥보드, 전기스쿠터, 전기자전거 등은 대표적인 마이크로모빌리티 이동수단 중 하나로 교통체증 해결을 위한 친환경적 솔루션으로 관심이 모아지고 있다. 근거리 이동을 편리하게 하는 각종 서비스 등을 총칭하는 모빌리티 산업이 4차산업혁명 시대에 부상하면서 마이크로모빌리티도 새로운 틈새시장으로 주목받고 있다. 특히, 직접 구매하는 방법 외에도 공유 서비스와 결합해 간편하게 이용할 수 있게 되면서 교통 문제의 해결 대안으로 떠오르고 있다.

공유 전기스쿠터 시장도 마이크로모빌리티 산업과 같이 성장하고 있다. 공유 전기스쿠터를 사용하기 위해서는 모바일 앱으로 전기스쿠터의 위치를 찾고, 잠금장치를 풀어 사용하며, 반납시에는 전용 보관소를 찾을 필요 없이 주변 적당한 곳에 전기스쿠터를 세워 반납하게 된다. 또한, 이용요금 결제는 미리 등록한 카드로 자동 결제가 되는 등 쉽게 공유 전기스쿠터 서비스를 이용할 수 있다.

공유 자전거, 공유 전기킥보드, 공유 전기스쿠터 등과 관련하여 마이크로모빌리티 장치를 관리하는 시스템, 잠금 방법 등 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 전기를 사용하여 모터를 작동시키는 전기킥보드나 전기스쿠터의 경우 한 번 충전으로 주행할 수 있는 거리가 제한되다보니 배터리 충전관리에 어려움이 많았다. 배터리의 전기는 마이크로모빌리티 장치의 위치를 체크하고 서버에 위치 정보를 전송하는 GPS 수신기나 모뎀에서도 사용되고 있는데, 마이크로모빌리티 장치의 주행거리를 늘리기 위해서는 GPS 수신기나 모뎀에서 사용되는 전력을 줄일 수 있는 저전력 GPS 수신기나 모뎀에 대한 연구가 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-2150807호 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0135177호 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0078035호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 저전력 GPS 수신기과 저전력 양방향 통신 기법을 사용하는 LTE 모뎀을 사용하여 전기 소모가 적은 공유 전기스쿠터용 통신단말기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 배터리 방전 시 잠금 릴레이가 작동되고, 배터리의 온도와 전압을 체크하여 전력 소모를 줄이는 공유 전기스쿠터용 통신단말기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터는 전기스쿠터의 위치를 체크하고 서버로 상기 전기스쿠터의 위치 정보를 전송하는 통신 모듈; 상기 전기스쿠터에 전력을 공급하는 전원 모듈; 및 상기 전기스쿠터를 제어하는 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 통신 모듈은 상기 전기스쿠터의 위치를 체크하며 전력 소모가 제어되는 GPS 수신부; 상기 서버로 상기 전기스쿠터의 위치, 상기 전원 모듈의 배터리의 전압 상태, 잠금장치부의 잠금 상태에 관한 정보를 전송하며, 상기 GPS 수신부와 연동하여 양방향 통신 기반으로 전력 소모가 제어되는 LTE 모뎀부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 여기서, 상기 제어 모듈은 상기 전원 모듈의 온도와 전압을 체크하고, 상기 전기스쿠터를 사용하지 않을 경우 상기 전원 모듈의 전원을 차단하며, 상기 전기스쿠터를 제어하는 컨트롤러부; M상기 전원 모듈의 전원이 차단되면 상기 컨트롤러부에서 락킹(Locking) 신호를 전송받아 상기 전기스쿠터가 잠기게 하고, 또한 배터리의 방전시 전기스쿠터가 잠기게 하는 잠금장치부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 저전력 통신단말기를 사용하여 공유형 전기스쿠터의 전력 소모를 줄여서 충전의 횟수를 줄이고, 주행거리를 늘리는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 저전력 통신단말기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터의 개요도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 통신 모듈의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 LTE 모뎀부의 작동 원리를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 LTE 모뎀부의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 제어 모듈의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기스쿠터의 전기제어 블록도이다.

하기에 나타난 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 저전력 통신단말기의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터의 개요도이다. 도 1을 참조하면, 통신단말기(10)는 통신 모듈(100), 전원 모듈(200) 및 제어 모듈(300)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 통신 모듈(100)은 전기스쿠터의 위치를 파악해서 서버로 전송하는 역할을 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 통신 모듈의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 통신 모듈(100)은 GPS 수신부(110) 및 LTE 모뎀부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

GPS 수신기는 복수의 GPS 위성을 통해 수신기의 좌표를 알아내는 장치로, 본 발명의 GPS 수신부(110)는 공유형 전기스쿠터가 있는 위치를 GPS 위성을 통해 알아낸다. 공유형 전기스쿠터를 운영하기 위해서는 사용자의 모바일 앱에 공유형 전기스쿠터의 정확한 위치가 표시되어야 한다. 제어 모듈(300)에서는 일정한 주기를 두고 GPS 수신부(110)가 전기스쿠터의 위치를 알아내도록 지시하는데, GPS의 전력 절감을 위해 위성 신호 수신 주기를, 예를 들어 0.1Hz~1Hz 이하로 할 수 있고, GPS 수신부(110)는 전력 소모를 제어하기 위해 통신 모듈(100)에 GPS 전원을 차단하는 회로를 구성할 수 있다.

본 발명의 서버는 중앙관제센터에 구비된 서버로서, 전기스쿠터의 통신 모듈(100)과 연동된다. 또한, 상기 서버에 연결된 통신 모듈(100)은 사용자의 모바일 기기에 연동된다.

또한, 통신 모듈(100)은 모바일 경유 GPS 수신부(미도시)를 더욱 포함할 수 있다. 사용자가 모바일 기기에서 공유형 전기스쿠터의 운행과 연동되면, 상기 GPS 수신부(110)는 동작을 멈추고, 상기 모바일 경유 GPS 수신부는 사용자의 모바일 기기로부터 모바일 기기가 수신한 GPS 수신정보를 근거리 통신을 이용하여 수신할 수 있다. 근거리 통신으로는 NFC(Near Field Communication)나 블루투스 등을 사용할 수 있는데, 사용자가 공유형 전기스쿠터 사용을 위해 전기스쿠터 계기판 상의 QR 코드를 사용자의 모바일 기기로 스캔할 때, 모바일 기기의 NFC나 블루투스를 작동시키도록 하여 상기 모바일 경우 GPS 수신부와 연동시킬 수 있다. 이와 같이 하여 통신 모듈(100)의 전력 소모를 최소화할 수 있다.

또한, 통신 모듈(100)은 GPS 수신간격 조정부(미도시)를 더욱 구비할수 있다. 상기 GPS 수신간격 조정부는 사용자의 공유형 전기스쿠터 운행 시에 신호 수신주기와 사용자의 공유형 전기스쿠터의 미운행 시의 신호 수신주기의 비율을 1:0.1~0.3으로 제어하며, 미운행 시에는 공유형 전기스쿠터의 위치는 고정되어있으므로 신호주기를 작게하여 전력 소모를 줄일 수 있다.

LTE 모뎀부(120)는 GPS 수신부로터 전송받은 전기스쿠터의 위치 정보, 전원 모듈(200)의 배터리의 전압 상태 정보, 잠금장치부(320)의 잠금 상태 정보를 서버에 전송한다. 본 발명에서는 LTE 모뎀부(120)의 신호를 서버에 전송하기 위해서 LTE(Long Term Evolution) 통신망을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 전력 소모를 줄이기 위하여 양방향 통신을 사용할 수 있는데, MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 프로토콜을 사용하는 것이 바람직하다. MQTT 프로토콜은 클라이언트-서버로 이루어지는 것이 아닌 메세지를 보내는 주체(Publisher, 이하 '발행인'), 메세지를 받는 주체(Subscriber, 이하 '구독자') 및 브로커(Broker)로 이루어진 구조로 최소한의 전력과 패킷량으로 통신하는 프로토콜이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 LTE 모뎀부의 작동 원리를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 발행인은 토픽(Topic)을 발행하고, 메세지를 받는 구독자는 토픽을 구독한다. 브로커는 이들을 중계하는 역할을 하며, 단일 토픽에 여러 구독자가 구독할 수 있기 때문에, 1:N 통신 구축에도 매우 유용하다.

MQTT 프로토콜에는 두 가지 유형의 네트워크 엔티티가 있다. 브로커와 복수의 클라이언트인데 브로커는 서버라고 보아도 무방하다. 브로커는 클라이언트의 요청을 서빙하는 것이 아니라 클라이언트와 클라이언트 간 메시지 전송을 중개해주는 역할을 수행하기 때문이다. 본 발명의 공유 전기스쿠터와 같이 복수의 전기스쿠터 클라이언트와 한 개의 브로커를 연결하는데 MQTT 프로토콜이 유용하다. 여기서, 토픽은 발행인과 구독자가 발행하고 구독할 수 있는 채널로 이해할 수 있다. 발행인와 구독자는 토픽을 기준으로 메시지를 발행하거나 구독한다. 토픽은 문자열로 구성되어 있기 때문에 슬래시 기호(/)를 이용하여 계층적으로 구성할 수 있어서 대량의 센서 기기들을 효율적으로 관리할 수 있다. 서로 주고 받는 메시지는 토픽을 기준으로 식별된다. 클라이언트 각각은 특정 토픽에 대해 발행인이 될 수도 있고, 구독자가 될 수도 있다. 클라이언트는 다른 장치에 알리고 싶은 정보가 있으면 정보에 대한 토픽과 함께 메시지를 브로커에게 보내기만 하면 된다. 그리고, 그 토픽에 대한 메세지는 사전에 브로커에게 구독하겠다고 알린 클라이언트에게만 전송된다. MQTT의 최소 제어 메세지는 2바이트 부터 최대 256 메가 바이트까지 지원한다.

MQTT 프로토콜은 대역폭이 효율적이고 가벼우며 배터리 소모가 적다는 장점이 있다. 또한, 각 디바이스가 네트워크에 연결되어 있지 않더라도 사용할 수 있게끔 조정이 되어 극한의 상황 속에서 사용하기 좋은 프로토콜이다. MQTT 클라이언트는 특정 조건이 충족될 때만 데이터를 브로커에게 제시한다. 그렇기 때문에 장치 자체의 에너지, 배터리 소비를 절감시킬 수 있다. 그리고, 단방향 통신만으로 데이터 전송이 완료되기 때문에 통신에 대한 비용도 절감할 수 있다. 또한, 기계끼리의 직접 연결 없이 가운데 브로커와 연결만 하면 되기 때문에 데이터를 집약적으로 모으고 활용하는 데 있어 비용과 시간을 크게 절감할 수 있다. MQTT는 도 4와 같은 패턴으로 메시지를 교환한다. 그렇기 때문에 클라이언트에게 계정 이름, 비밀번호를 부여하여 권한이 없는 클라이언트가 정보에 접근하는 것을 쉽게 막을 수 있다. 그리고, MQTT는 데이터 전송 과정에서 TLS(Transport Layer Security, 전송 계층 보안) 암호화를 지원하기 때문에 데이터 전송 중 해킹 가능성 역시 최소화해준다.

본 발명에서는 통신 모듈의 회로를 GPS 수신부(110)와 LTE 모뎀부(120)에 연동하여 전력을 관리하도록 하여, GPS와 LTE 모뎀을 사용 빈도와 전력 사용을 최소화할 수 있다. 도 5는 GPS 수신부(110)와 LTE 모뎀부(120)를 연동한 본 발명의 일 실시예에 의한 LTE 모뎀부의 회로도이다.

다음으로, 전원 모듈(200)은 전기스쿠터를 구동하기 위한 배터리를 구비하는데, 예를 들어 리튬(Lithium) 배터리를 사용할 수 있고, 입력 전압은 DC 6~40V일 수 있다. 전원 모듈(200)에는 배터리의 온도와 전압을 측정할 수 있는 온도 센서부(미도시)와 전압 센서부(미도시)가 있어서, 주기적으로 온도와 전압이 컨트롤러부(310)로 보고된다. 온도와 전압은 배터리의 충전 상태 및 배터리의 수명과 연관되는데, 높은 온도는 배터리에 과부하를 주기 때문에 배터리 냉각을 위해 사용자의 사용이 끝난 후 전기스쿠터를 일정 시간 락킹(Locking) 상태로 놓을 필요가 있다. 또한, 배터리 전압이 급격히 떨어지는 경우는 배터리 방전 위험성을 나타내기 때문에 전압을 주기적으로 체크하여 배터리 방전 전에 서버로 배터리 전압 정보가 전송되어 미리 체크되어야 한다.

다음으로, 제어 모듈(300)은 전기스쿠터를 제어한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 제어 모듈(300)의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 제어 모듈(300)은 제어부(310) 및 잠금장치부(320)를 포함하여 구성될 수 있다.

컨트롤러부(310)는 전원 모듈(200)의 배터리의 온도와 전압이 주기적으로 체크되도록 하며, 전기스쿠터가 사용 중이 아닐 때는 전원을 차단하며, 전기스쿠터의 작동을 제어한다. 컨트롤러부(310)는 전기스쿠터를 제어하는 프로그램이 내장된 펌웨어(Firmware)가 내장된 CPU를 포함하는 PCB 회로일 수 있다. CPU의 펌웨어는 GPS 수신부(110)와 LTE 모뎀부(120)의 작동 주기를 관리하는 타이머 관리, 전기스쿠터 고장이나 오작동을 방지하는 워치독(Watchdog) 관리, 각 모듈 및 각 부(部)간의 연결 관리, 데이터 및 이벤트 처리 등을 포함할 수 있다.

잠금장치부(320)는 전기스쿠터가 사용되지 않을 때는 잠그고, 사용 시에는 전기스쿠터를 열린 상태로 놓는다. 또한, 전원 모듈(200)의 전원이 차단되면 컨트롤부(310)에서 락킹(Locking) 신호를 받아 전기스쿠터가 잠기게 하고, 또한 배터리의 방전 시 전기스쿠터를 잠기게 한다.

본 발명의 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터는 전력 절감을 위해 전기 스쿠터가 사용 중이 아닐 때는 배터리의 전원을 원천으로 차단하여 컨트롤러부(310)의 전력을 절감할 수 있다. 전기스쿠터 전원이 차단되었더라도 통신 모듈(100)에는 최소의 기본 전원이 공급되어 GPS 수신부(110)와 LTE 모뎀부(120)가 작동되어야 한다. 통신 모듈은(100)에 사용하는 CPU는 저전력 CPU를 사용하여 대기 중 사용하는 전력이 1~10μA 수준일 수 있다. LTE 모뎀부(120)의 전력 절감을 위해서는 빈번한 통신은 최소화하고 상태 미변경 시에는 통보를 안 하는 방법을 사용할 수 있다. 그리고 전력 절감을 위해 LTE 모뎀부(120)는 최저 주파수인 1~44MHz를 사용할 수 있다. 또한 장기 미사용 시 통신 모듈(100)의 전원을 차단할 수 있다. 상술한 바와 같은 저전력을 얻기 위하여, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 절감을 최대화한 전기스쿠터의 전기제어 블록도의 일 예를 나타낸다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10 : 통신단말기
100 : 통신 모듈
110 : GPS 수신부
120 : LTE 모뎀부
200 : 전원 모듈
300 : 제어 모듈
310 : 컨트롤러부
320 : 잠금장치부

Claims (3)

1. 전기스쿠터의 위치를 체크하고 서버로 상기 전기스쿠터의 위치 정보를 전송하는 통신 모듈;
   상기 전기스쿠터에 전력을 공급하는 전원 모듈; 및
   상기 전기스쿠터를 제어하는 제어 모듈;을 포함하는 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 통신 모듈은,
   상기 전기스쿠터의 위치를 체크하며 전력 소모가 제어되는 GPS 수신부;
   상기 서버로 상기 전기스쿠터의 위치, 상기 전원 모듈의 배터리의 전압 상태, 잠금장치부의 잠금 상태에 관한 정보를 전송하며, 상기 GPS 수신부와 연동하여 양방향 통신 기반으로 전력 소모가 제어되는 LTE 모뎀부;를 포함하는 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제어 모듈은,
   상기 전원 모듈의 온도와 전압을 체크하고, 상기 전기스쿠터를 사용하지 않을 경우 상기 전원 모듈의 전원을 차단하며, 상기 전기스쿠터를 제어하는 컨트롤러부;
   상기 전원 모듈의 전원이 차단되면 상기 컨트롤러부에서 락킹(Locking) 신호를 전송받아 상기 전기스쿠터가 잠기게 하고, 또한 배터리의 방전시 전기스쿠터가 잠기게 하는 잠금장치부;를 포함하는 저전력 통신단말기를 구비하는 공유형 전기스쿠터.
   

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