KR100895013B1 - 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노인, 장애인, 환자 등 일상생활의 모니터링이 필요한 사용자의 신체에 부착하여 실시간으로 사용자의 활동상태에 대한 샘플 데이터를 송출하도록 하고, 이 송출된 샘플 데이터를 수신하여 사용자의 활동상태를 모니터링하도록 하므로써, 사용자의 활동상태를 원격지에서 파악할 수 있도록 하기 위한 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 사용자의 실시간 생체활동량을 3축 가속도센서를 이용하여 보다 정확하게 측정 및 분석할 수 있도록 하고, 사용자의 활동상태에 따라 3축 가속도센서로부터 발생되어 출력되는 신호를 가공 처리하여 활동상태를 반영하는 아날로그신호로 바로 출력될 수 있도록 하므로써, 고속의 샘플링 및 신호처리과정을 수행하지 않아도 초당 1∼2회의 낮은 샘플링을 통하여 사용자의 활동상태 값을 직접적으로 모니터링할 수 있도록 한다. 그리고, 3축 가속도센서로부터 송출되는 데이터량을 감소시켜 저전력에서도 동작될 수 있도록 함으로써 배터리 소모량을 크게 저감시킬 수 있도록 한다.

Description

신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치{SAMPLE DATA SUPPLYING METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING REAL TIME ACTIVE STATE OF HUMAN BODY}

본 발명은 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 노인, 장애인, 환자 등 일상생활의 모니터링이 필요한 사용자의 신체에 가속도 측정장치를 부착하여 실시간으로 활동상태에 대한 샘플 데이터를 송출하도록 하므로써, 이 송출된 샘플 데이터를 수신하는 컴퓨터(서버)를 통해 사용자의 활동상태를 원격지에서 파악할 수 있도록 하기 위한 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치에 관한 것이다.

최근, 정보통신기술이 비약적으로 발전되고, 보건의료에 대한 사회적인 인식이 크게 변화되면서 정보통신기술과 보건의료기술의 결합을 통하여 진료중심의 의료에서 예방중심의 의료로, 질병관리 중심의 의료에서 건강관리 중심의 의료시스템을 구축하고자 하는 노력이 진행되고 있다.

이와 같은 노력의 일환으로 정보통신기술과 헬스케어(Health Care)기술을 접목함으로써 좀 더 소형화되고 집적화된 휴대형의 가정용 의료기기의 연구개발이 활발하게 진행되고 있으며, 네트워크와의 결합을 통한 원격, 재택 진료에 활용할 수 있는 다양한 시스템의 개발이 이루어지고 있다.

또한, 고령인구의 증가에 따른 노인의 건강관리수단으로서 시간과 장소에 구애받지 않고 언제 어디서나 사용자의 실시간 건강상태를 지속적으로 모니터링하여 건강의 이상징후를 조기에 발견할 수 있고, 낙상(落傷) 같은 응급상황을 실시간으로 인지하고 신속한 후속조처가 가능하도록 하는 유비쿼터스 헬스케어기술이 제안되고 있는바, 이러한 원격 헬스케어기술이 보다 효과적으로 이루어지기 위하여 신체의 동작상태 구분, 응급상황 인지(認知), 동작의 형태에 따른 활동량의 정량화 등이 매우 중요한 기술로 인식되고 있다.

상기한 바와 같은 신체 활동량의 정량화를 위해서는 활동상태의 구분이 필수적이며, 따라서 가속도센서를 신체에 부착 또는 장착하여 일상 생활에서의 다양한 활동상태를 모니터링하고, 이러한 활동상태에 따라 가속도센서에서 출력되는 데이터값을 보다 정확하게 판별하기 위한 다양한 신호처리기법에 대한 개발이 이루어지고 있다.

이와 같은 사용자(활동상태를 모니터링하기 위한 대상자)의 활동상태를 실시간으로 계측하고, 계측된 데이터값을 기반으로 사용자의 활동상태를 원격으로 분석·판별하기 위해서 신체의 자세변화에 따른 가속도 측정에 필요한 유선기반의 센서계측용 실험세트를 구성하거나 마이크로프로세서와 데이터 저장용 메모리가 부착된 샘플 데이터 제공장치을 구성한 후, 메모리에 저장된 데이터를 PC(Personal Computer)에서 분석하는 기법 또는 마이크로프로세서를 이용한 계측시스템에 블루투스모듈을 부착하여 가속도 신호를 무선계측하는 기법이 적용되고 있다.

이와 같이 신체의 활동상태를 계측하기 위하여 가장 많이 사용하는 방법으로는 사용자의 신체에 가속도센서를 장착하여 신체의 움직임에 따른 가속도가 측정될 수 있도록 하고, 상기 가속도센서로부터 송출되는 데이터를 근거로 활동상태의 여러 유형으로 분석하는 방법이 사용되고 있다.

이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 신체의 실시간 활동상태를 모니터링하기 위한 종래의 가속도 측정장치{100, 본 발명에서는 '샘플 데이터 제공장치'로 지칭함)는 가속도센서(112)로부터 출력되는 신호를 아날로그/디지털 변환기(114)를 이용하여 변환하여 1초당 20∼50㎐의 속도로 샘플링한 후, 디지털신호부(116)에서 디지털신호 처리하고, 컴퓨터(120)로 전송하고, 컴퓨터(120)에서 미리 프로그램된 신호처리기법에 의하여 신체의 운동에 따른 가속도의 크기 및 변화형태를 분석하였다.

그러나, 이와 같은 종래 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 가속도 측정장치(100)는 2축 가속도센서가 적용되고, 2축의 가속도센서로부터 출력되는 신호를 최소 1초당 20∼50㎐의 속도로 샘플링을 취한 후, 획득된 샘플을 다양한 신호처리기법을 적용해야만 활동상태의 모니터링이 가능하기 때문에 분석결과가 상대적으로 부정확한 것은 물론, 출력 데이터의 양이 많아지면서 가속도센서의 구동에 사용되는 배터리의 전력소모량이 커져 장시간 이용하지 못한다는 문제가 있다.

한편, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0548967호 "홀터장치"와 제10-0661112호 "재활치료가 필요한 평형기능 측적, 진단 및 훈련시스템")은 이와 같이 신체의 실시간 활동상태 계측과 관련된 기술을 제안하고 있지만, 이와 같은 종래기술은, 전술한 바와 같이, 사용자의 활동상태를 계측하기 위해서는 많은 샘플 데이터(초당 20 내지 50번)가 필요하여 사용자가 착용하는 장치에서 출력 데이터의 양이 많아지게 되므로, 통신량의 증가로 인한 데이터의 불안정이 증가하고, 배터리의 소모량이 커지는 문제점이 있어 실질적으로 적용하기 어려운 문제점이 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 사용자의 활동상태를 실시간으로 계측함에 있어 샘플 데이터의 양을 감소시키면서도 활동상태의 분석을 더욱 정확하게 할 수 있도록 하므로써, 통신량을 감소시키므로써 사용자의 신체에 설치되는 장치(통상 만보기 등과 같이 부착시킬 수 있도록 한다)의 배터리 사용시간을 효과적으로 낮출 수 있는 새로운 형태의 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 사용자의 실시간 활동상태를 3축 가속도센서를 이용하여 보다 정확하게 측정 및 분석할 수 있도록 하고, 사용자의 활동상태에 따라 3축 가속도센서로부터 발생되어 출력되는 신호를 가공 처리하여 활동상태를 반영하는 아날로그신호로 바로 출력될 수 있도록 하므로써, 고속의 샘플링 및 신호처리과정을 수행하지 않아도 초당 1∼2회의 낮은 샘플링을 통하여 사용자의 활동상태 값을 직접적으로 모니터링할 수 있도록 하며, 3축 가속도센서로부터 송출되는 데이터량을 감소시켜 저전력에서도 동작될 수 있도록 함으로써 배터리 소모량을 크게 저감시킬 수 있도록 할 수 있는 새로운 형태의 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법은 사용자의 신체에 부착시켜 실시간으로 활동상태에 대한 샘플 데이터를 송출도록 하므로써, 상기 송출된 샘플 데이터를 컴퓨터(60)에서 수신하여 사용자의 활동상태를 모니터링하도록 하도록 하기 위한 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법에 있어서, 사용자의 활동상태에 따른 가속도신호를 활동상태를 반영하는 아날로그 신호로 변환하여 상기 샘플 데이터를 형성한다.

이와 같은 본 발명에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법에서 상기 사용자의 활동상태에 따른 가속도신호는 3축 가속도센서(22)를 사용하여 사용자의 활동상태에 따른 X축, Y축 및 Z축의 가속도신호가 출력되도록 하고, 상기 활동상태를 반영하는 아날로그 신호로 변환하는 과정은 평균가산회로(26)를 통해 상기 X축, Y축 및 Z축의 가속도신호를 평균하여 가산하므로써 활동크기를 반영하는 평균가산신호를 추출하는 단계와, 오프셋 정류회로(28)를 통해 상기 평균가산신호에서 음(-)의 방향신호를 상기 3축 가속도센서(22)의 출력 오프셋 전압을 기준으로 양(+)의 방향으로 변환되도록하여 오프셋 신호를 획득하는 단계와, 차동증폭/오프셋 조정회로(30)를 통해 상기 오프셋 신호에서 오프셋 전압을 제거하고 증폭시키는 단계 및, 평활회로(32)를 통해 평활화하여 활동상태를 반영하는 아날로그 신호의 상기 샘플 데이터를 형성하는 단계를 구비할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법은 상기 3축 가속도센서(22)와 평균가산회로(26) 사이에서 필터링 회로(24)를 통해 상기 3축 가속도센서(22)로부터 출력된 가속도신호의 노이즈를 제거하는 단계를 더 구비할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공장치는 사용자의 신체에 부착시켜 실시간으로 활동상태에 대한 샘플 데이터를 송출도록 하므로써, 상기 송출된 샘플 데이터를 컴퓨터(60)에서 수신하여 사용자의 활동상태를 모니터링하도록 하도록 하기 위한 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공장치에 있어서, 사용자의 활동상태에 따른 가속도신호를 활동상태를 반영하는 아날로그 신호로 변환하여 상기 샘플 데이터를 형성하기 위한 샘플 데이터 획득모듈(20)과; 상기 샘플 데이터 획득모듈(20)에서 형성된 상기 샘플 데이터를 상기 컴퓨터(60)로 송출하기 위한 송신모듈(40) 및; 상기 샘플 데이터 획득모듈(20)과 송신모듈(40)에 전원을 공급하기 위한 배터리(50)를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공장치에서 상기 샘플 데이터 획득모듈(20)은 사용자의 활동상태에 따른 X축, Y축 및 Z축의 가속도신호가 출력되도록 하기 위한 3축 가속도센서(22)와, 저역 필터 로 이루어지고, 상기 3축 가속도센서(22)로부터 출력된 가속도신호의 노이즈를 제거하는 필터링 회로(24)와, 상기 X축, Y축 및 Z축의 가속도신호를 평균하여 가산하므로써 활동크기를 반영하는 평균가산신호를 추출하기 위한 평균가산회로(26)와, 상기 평균가산신호에서 음(-)의 방향신호를 상기 3축 가속도센서(22)의 출력 오프셋 전압을 기준으로 양(+)의 방향으로 변환되도록하여 오프셋 신호를 획득하기 위한 오프셋 정류회로(28)와, 상기 오프셋 신호에서 오프셋 전압을 제거하고 증폭시키기 위한 차동증폭/오프셋 조정회로(30) 및, 상기 차동증폭/오프셋 조정회로(30)를 통과한 신호를 평활화하여 활동상태를 반영하는 아날로그 신호의 상기 샘플 데이터를 형성하기 위한 평활회로(32)를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치에 의하면, 사용자의 활동상태에 따라 3축 가속도센서로부터 발생되어 출력되는 가속도신호가 종래와는 달리 사용자의 활동상태에 따라 3축 가속도센서로부터 발생되어 출력되는 신호를 가공 처리하여 활동상태를 반영하는 아날로그신호로 출력되도록 하므로, 고속의 샘플링 및 신호처리과정을 수행하지 않고도 초당 1∼2회의 낮은 샘플링을 통하여 사용자의 활동상태 값을 직접적으로 모니터링할 수 있고, 평활회로부로부터 출력되는 데이터량이 매우 적어 전력소모량이 크게 저감되어 배터리 수명이 연장되기 때문에 배터리의 교체없이도 지속적인 모니터링이 가능하다는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 2 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명하며, 도 2 내지 도 6에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 가속도 센서와 관련된 구성 및 작동원리, 사용자의 신체에 설치되는 샘플 데이터 제공장치(가속도 측정장치)로부터 샘플 데이터를 수신하여 이를 활동상태로 보여주기 위한 프로그램을 구비하는 컴퓨터에서 이루어지는 일련의 처리방법 및 그 결과를 바탕으로 사용자의 활동상태를 판단하는 기법 등 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

도 2는 본 발명에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 기술적 사상에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치를 설명하기 위한 블록 다이어그램이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공장치(10)는 노인, 장애인, 환자 등 일상생활의 모니터링이 필요한 사용자의 신체에 부착하여 사용된다. 이와 같은 샘플 데이터 제공장치(10)는 일반적으로 만보기와 같이 허리띠 등에 착용할 수 있도록 구성되는 것이 바람직할 것이다. 이와 같은 샘플 데이터 제공장치(10)에서 계측된 샘플 데이터는 무선통신을 통해 모니터링을 위한 서버 즉, 컴퓨터(60)에 실시간으로 수신되어 사용자의 활동상태를 모니터링하도록 하므로써, 사용자의 활동상태를 원격지에서 파악할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법은 사용자의 활동상태에 따른 가속도신호를 활동상태를 반영하는 아날로그 신호로 변환하여 샘플 데이터를 형성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 도 3에서 보는 바와 같이 샘플 데이터 제공장치(10)는 샘플 데이터 획득모듈(20), 송신모듈(40) 및 배터리(50)를 구비하여 이루어지고, 샘플 데이터 획득모듈(20)에서 획득된 샘플 데이터는 아날로그 신호로 변환되어 송신모듈(40)을 통해 송출되어 컴퓨터(60)의 수신모듈(62)로 수신된 후, 활동상태 분석프로그램(64)을 통해 처리되어 디스플레이(66) 등으로, 도 6에서 보는 바와 같은 형태로 출력되므로써, 관리자(주치의 등)가 확인할 수 있도록 하고, 활동상태 분석결과에 따라 이상징후(급격한 활동상태의 변화)의 발견시 별도로 경보신호를 발생하도록 할 수 있을 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 샘플 데이터 제공장치(10)는 자연스럽게 일상 생 활을 하는 상태에서 편리하게 모니터링하기 위하여 사용자의 허리에 장착할 수 있는 초소형 무선방식으로 구축할 수 있으며, 이 경우 단일칩의 3축 가속도센서(22)를 적용하여 X축, Y축 및 Z축의 3방향의 가속도변화를 동시에 검출함으로써 신체의 자세변화 및 활동상태의 판별성능을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 샘플 데이터 획득모듈(20)에 의해 처리된 샘플 데이터를 컴퓨터(60)로 무선전송하기 위하여 네트워크 기술을 적용한 무선센서노드(Wireless Sensor Node)를 이용할 수 있을 것이다.

그리고, 컴퓨터(60)에는 일상 생활에서 사용자의 활동패턴 및 패턴분석을 통한 활동량 계측, 낙상 등 응급상황을 실시간으로 인지할 수 있도록 하기 위한 활동상태 분석프로그램(64)이 설정되는데, 이와 같은 활동 분석프로그램(64)은 샘플 데이터 제공장치(10)로부터 출력되어 무선으로 전송된 샘플 데이터에 따라 활동량을 계산하여 그 활동량 값이 기준 값인 3.5보다 작으면 정적인 상태로, 3.5 이상의 값을 갖는 경우는 동적인 상태로 판별할 수 있을 것이다. 예컨대, 먼저, 활동량의 값이 3.5보다 작은 경우는 정적인 자세로 판정하였고, 동적인 상태로 판정되었을 경우에는 활동량의 크기에 따라 걷고 있을 때(Walking: Wk), 뛰고 있을 때(Running:Rn), 그리고 낙상이 발생하였을 때(Falling:Fall) 등의 상태로 구분할 수 있는 것이다. 그리고, 낙상의 판별에 있어 급격한 활동상태의 변화에 따라 자세변화 또는 뛰는 상황에서도 낙상으로 그릇 판별할 가능성이 발생함에 따라 활동량의 크기를 통하여 낙상으로 판별되더라도 낙상판별 후 일정 시간 동안 피실험자 의 활동유무를 체크하여 움직임이 없거나 움직임이 아주 작을 경우 최종적인 낙상으로 판별하도록 분류알고리즘을 구현할 수 있는 것이다. 물론, 이와 같은 활동상태 분석프로그램(64)은 이 분야에서 다양하게 제시되고 있는 기술을 적용하여 사용자의 특성에 따라 설정될 수 있을 것이다.

도 4는 도 3에서 보인 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공장치에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 샘플 데이터 획득모듈을 상세히 설명하기 위한 블록 다이어그램이고, 도 5a는 도 4에서 보인 샘플 데이터 획득모듈에서 3축 가속도센서로부터의 출력신호 파형(가속도신호)을 보여주는 그래프이며, 도 5b는 도 4에서 보인 샘플 데이터 획득모듈에서 평균가산회로로부터의 출력신호 파형(평균가산신호)을 보여주는 그래프이고, 도 5c는 도 4에서 보인 샘플 데이터 획득모듈에서 오프셋 정류회로로부터의 출력신호 파형(오프셋 신호)을 보여주는 그래프이며, 도 5d는 도 4에서 보인 샘플 데이터 획득모듈에서 차동증폭/오프셋 조정회로로부터의 출력신호 파형을 보여주는 그래프이고, 도 5e는 도 4에서 보인 샘플 데이터 획득모듈에서 평활회로로부터의 출력신호 파형(샘플 데이터)을 보여주는 그래프이며, 도 6은 도 5e에 따른 출력신호를 송신하여 서버에서 처리된 결과를 보여주는 그래프이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공장치(10)에서 샘플 데이터 획득모듈(20)은 3축 가속도센 서(22), 필터링회로(24), 평균가산회로(26), 오프셋 정류회로(28)와, 차동증폭/오프셋 조정회로(30) 및, 평활회로(32)를 구비한다.

이때, 3축 가속도센서(22)는 사용자가 일상 생활을 하면서 자신의 몸을 움직이거나 돌발상황에 의하여 넘어지는 등 신체의 활동상태와 자세변화에 따른 X축, Y축 및 Z축의 가속도정보를 검출하여 출력한다. 본 실시예에서 이 3축 가속도센서(22)는 단일의 칩형태로 이루어지며, 0g의 가속도에서 전원전압의 1/2 출력을 나타내고, 가속도의 변화에 따라 출력전압이 변화할 수 있도록 하며, 칩설정에 따라 ±6g의 가속도측정이 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 이 3축 가속도센서(41)는 가속도에 따른 콘덴서 용량변화형 가속도 센서로서 C-V 컨버터, 1차 저역통과필터, 온도보상회로가 내장될 수 있으며, 1.5g에서 6g까지 4단계로 센서감도의 조절이 가능하도록 구성된다. 그리고, 저전압, 저전력에서 동작가능하며, 슬립모드(Sleep Mode)로 동작할 때는 3㎂의 소비전류특성을 갖도록 구성된다.

또한, 필터링회로(24)는 3축 가속도센서(22)의 내부에 내장된 통상의 스위칭 필터로부터 발생되는 노이즈(Noise)를 제거할 수 있도록 저역 필터로 이루어진다.

또한, 평균가산회로(26)는 3축 가속도센서(22)로부터 출력되는 각 X축, Y축 및 Z축의 신호를 평균하여 가산하여 활동의 크기를 가장 잘 반영하는 신호(평균가산신호)를 추출할 수 있도록 구성된다. 이는 3축 가속도센서(22)로부터 출력되는 X축, Y축 및 Z축의 가속도신호를 단순하게 가산하면, 전원전압의 1/2에 해당되는 크기의 3축 가속도센서(22)의 출력 오프셋 및 급격하게 인가되는 가속도신호에 의하여 평균가산회로의 출력이 포화되는 현상이 나타나는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한, 오프셋 정류회로(28)는 음(-)의 방향 가속도신호에 대하여 전원전압의 1/2에 해당되는 3축 가속도센서(22)의 출력 오프셋(Off set)전압을 기준으로 하여 양(+)의 방향으로 변환하도록 구성된다. 즉, 신체의 활동상태를 정확하게 계측하기 위해서는 양의 방향 가속도신호뿐만 아니라 음의 방향 가속도신호도 필수적으로 계측되어야 하며, 음의 방향 가속도신호에 대해서는 3축 가속도센서(22)의 출력 오프셋전압을 기준으로 하여 양의 방향으로 변환시켜 절대치를 계산한다.

그리고, 차동증폭/오프셋 조정회로(30)는 오프셋 전압에 활동상태에 해당하는 신호가 더해진 형태로 출력되는 오프셋 정류회로(28)를 통과한 신호에서 오프셋 전압을 제거하도록 구성되며, 계측된 활동량을 반영하는 신호에 대하여 전원전압의 1/2 크기의 전압으로 증폭하여 출력하도록 구성된다.

그리고, 평활회로(32)는 저역통과필터로서 오프셋이 제거된 신호를 평활화하여 활동상태를 반영하는 아날로그신호로 변환하도록 구성된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 샘플 데이터 제공장치(10)를 사용하여 컴퓨터(60, 도 2 참조)로 전송하기 위한 샘플 데이터를 획득하는 방법은 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 도 5a에서 보는 바와 같이, 3축 가속도센서(22)는 사용자가 일상적인 활동을 하는 도중에 발생할 수 있는 각종 자세변화 또는 활동상태에 따른 X축, Y축 및 Z축의 가속도정보를 검출하여 3축 방향의 가속도신호를 출력한다. 그리고, 이와 같이 3축 가속도센서(22)로부터 출력된 가속도신호 중에는 3축 가속도센서(22)의 내부에 내장된 통상의 스위칭 필터로부터 발생된 노이즈 신호가 섞이게 되는데, 이는 필터링회로(24)를 통과하는 과정에서 제거된다.

이와 같이 필터링회로(24)를 통해 노이즈가 제거된 X축, Y축 및 Z축의 가속도신호는, 도 5b에서 보는 바와 같이, 평균가산회로(26)를 통해 평균되고 가산되어 신체 활동의 크기를 가장 잘 반영하는 신호(평균가산신호)로 추출되어 출력된다.

그리고, 이와 같이 평균가산회로(26)를 통과한 평균가산신호는, 도 5c에서 보는 바와 같이, 오프셋 정류회로(28)를 통과하면서 평균하여 가산된 가속도신호중 음(-)의 방향 가속도신호에 대하여 전원전압의 1/2에 해당되는 3축 가속도센서(22)의 출력 오프셋(Off set)전압을 기준으로 하여 양(+)의 방향으로 변환하여 절대치로 계산되어 출력된다.

한편, 오프셋 정류회로(28)를 통과한 신호(오프셋 신호)는 오프셋 전압에 활동상태에 해당하는 신호가 더해진 형태로 출력되는데, 도 5d에서 보는 바와 같이, 차동증폭/오프셋 조정회로(30)를 통과하면서 오프셋 전압이 제거되고, 계측된 활동량을 반영하는 신호가 전원전압의 1/2 크기의 전압으로 증폭되어 출력된다.

그리고, 오프셋이 제거된 신호는, 도 5e에서 보는 바와 같이, 평활회로(32)에서 평활화되어 신체의 활동상태를 반영하는 아날로그신호의 샘플 데이터로 출력된다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 샘플 데이터 제공장치(10)는, 도 2 및 도 3을 통해 밝힌 바와 같이, 활동상태 분석프로그램(64)이 설치된 컴퓨터(60)와 바람직하게 무선통신을 통해 샘플 데이터를 송출할 수 있도록 구성된다. 그리고, 샘플 데이터 제공장치(10)로부터 샘플 데이터를 수신한 컴퓨터(60)는 활동상태 분석프로그램(64)을 통해, 도 6에서 보는 바와 같이, 관리자가 사용자의 활동상태를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 디스플레이(66)로 분석결과를 보여주게 된다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 샘플 데이터 제공장치(10)는 사용자의 활동상태에 따라 3축 가속도센서(22)로부터 발생되어 출력되는 가속도신 호가 종래와는 달리 아날로그 신호로 출력되므로, 고속의 샘플링 및 신호처리과정을 수행하지 않고도 초당 1회의 낮은 샘플링을 통하여 사용자의 활동상태 값을 직접적으로 모니터링할 수 있도록 하며, 평활회로부로부터 출력되는 데이터량이 매우 적어 전력소모량이 크게 저감됨으로 배터리수명이 크게 연장된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 가속도 측정장치(샘플 데이터 제공장치)의 일례를 나타내는 블록 다이어그램;

도 2는 본 발명에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치를 설명하기 위한 도면;

도 3은 본 발명의 기술적 사상에 따른 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법 및 장치를 설명하기 위한 블록 다이어그램;

도 4는 도 3에서 보인 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공장치에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 샘플 데이터 획득모듈을 상세히 설명하기 위한 블록 다이어그램;

도 5a는 도 4에서 보인 샘플 데이터 획득모듈에서 3축 가속도센서로부터의 출력신호 파형(가속도신호)을 보여주는 그래프;

도 5b는 도 4에서 보인 샘플 데이터 획득모듈에서 평균가산회로로부터의 출력신호 파형(평균가산신호)을 보여주는 그래프;

도 5c는 도 4에서 보인 샘플 데이터 획득모듈에서 오프셋 정류회로로부터의 출력신호 파형(오프셋 신호)을 보여주는 그래프;

도 5d는 도 4에서 보인 샘플 데이터 획득모듈에서 차동증폭/오프셋 조정회로로부터의 출력신호 파형을 보여주는 그래프;

도 5e는 도 4에서 보인 샘플 데이터 획득모듈에서 평활회로로부터의 출력신호 파형(샘플 데이터)을 보여주는 그래프;

도 6은 도 5e에 따른 출력신호를 송신하여 서버에서 처리된 결과를 보여주는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : (신체의 실시간 활동상태 계측을 위한) 샘플 데이터 제공장치

20 : 샘플 데이터 획득 모듈

22 : 3축 가속도센서

24 : 필터링회로

26 : 평균가산회로

28 : 오프셋 정류회로

30 : 차동증폭/오프셋 조정회로

32 : 평활회로

40 : 송신 모듈

50 : 배터리

60 : 컴퓨터

62 : 수신 모듈

64 : 활동상태 분석프로그램

66 : 디스플레이

Claims (5)

1. 삭제
2. 사용자의 신체에 부착시켜 실시간으로 활동상태에 대한 샘플 데이터를 송출도록 하므로써, 상기 송출된 샘플 데이터를 컴퓨터(60)에서 수신하여 사용자의 활동상태를 모니터링하도록 하도록 하기 위한 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법에 있어서,

   사용자의 활동상태에 따른 가속도신호를 활동상태를 반영하는 아날로그 신호로 변환하여 상기 샘플 데이터를 형성하되;

   상기 사용자의 활동상태에 따른 가속도신호는 3축 가속도센서(22)를 사용하여 사용자의 활동상태에 따른 X축, Y축 및 Z축의 가속도신호가 출력되도록 하고,

   상기 활동상태를 반영하는 아날로그 신호로 변환하는 과정은 평균가산회로(26)를 통해 상기 X축, Y축 및 Z축의 가속도신호를 평균하여 가산하므로써 활동크기를 반영하는 평균가산신호를 추출하는 단계와,

   오프셋 정류회로(28)를 통해 상기 평균가산신호에서 음(-)의 방향신호를 상기 3축 가속도센서(22)의 출력 오프셋 전압을 기준으로 양(+)의 방향으로 변환되도록하여 오프셋 신호를 획득하는 단계와,

   차동증폭/오프셋 조정회로(30)를 통해 상기 오프셋 신호에서 오프셋 전압을 제거하고 증폭시키는 단계 및,

   평활회로(32)를 통해 평활화하여 활동상태를 반영하는 아날로그 신호의 상기 샘플 데이터를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 3축 가속도센서(22)와 평균가산회로(26) 사이에서 필터링 회로(24)를 통해 상기 3축 가속도센서(22)로부터 출력된 가속도신호의 노이즈를 제거하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공방법.
4. 삭제
5. 사용자의 신체에 부착시켜 실시간으로 활동상태에 대한 샘플 데이터를 송출도록 하므로써, 상기 송출된 샘플 데이터를 컴퓨터(60)에서 수신하여 사용자의 활동상태를 모니터링하도록 하도록 하기 위한 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공장치에 있어서,

   사용자의 활동상태에 따른 가속도신호를 활동상태를 반영하는 아날로그 신호로 변환하여 상기 샘플 데이터를 형성하기 위한 샘플 데이터 획득모듈(20)과;

   상기 샘플 데이터 획득모듈(20)에서 형성된 상기 샘플 데이터를 상기 컴퓨터(60)로 송출하기 위한 송신모듈(40) 및;

   상기 샘플 데이터 획득모듈(20)과 송신모듈(40)에 전원을 공급하기 위한 배터리(50)를 포함하되;

   상기 샘플 데이터 획득모듈(20)은 사용자의 활동상태에 따른 X축, Y축 및 Z축의 가속도신호가 출력되도록 하기 위한 3축 가속도센서(22)와,

   저역 필터로 이루어지고, 상기 3축 가속도센서(22)로부터 출력된 가속도신호의 노이즈를 제거하는 필터링 회로(24)와,

   상기 X축, Y축 및 Z축의 가속도신호를 평균하여 가산하므로써 활동크기를 반영하는 평균가산신호를 추출하기 위한 평균가산회로(26)와,

   상기 평균가산신호에서 음(-)의 방향신호를 상기 3축 가속도센서(22)의 출력 오프셋 전압을 기준으로 양(+)의 방향으로 변환되도록하여 오프셋 신호를 획득하기 위한 오프셋 정류회로(28)와,

   상기 오프셋 신호에서 오프셋 전압을 제거하고 증폭시키기 위한 차동증폭/오프셋 조정회로(30) 및,

   상기 차동증폭/오프셋 조정회로(30)를 통과한 신호를 평활화하여 활동상태를 반영하는 아날로그 신호의 상기 샘플 데이터를 형성하기 위한 평활회로(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 신체의 실시간 활동상태 계측을 위한 샘플 데이터 제공장치.

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