KR100911716B1 - 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 판단 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 착용형 휴대용 기기의 착용 여부를 자동으로 판단할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 손목에 착용하는 시계 형태의 생체신호 측정 장비와 같은 신체에 직접 착용하는 장비의 착용 여부를 자동으로 판단할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 a)착용형 휴대용 기기에 내장된 마이크로 컨트롤러에서 PWM(Pulse width modulation)출력을 발생시키는 단계; b)신체와 접촉하여 커패시터로 작용하는 제1 전극과 제2 전극에 상기 PWM 출력이 입력되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 유기되는 정전용량에 해당하는 전압을 충전하는 단계; c)상기 충전된 전압을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 연결된 방전소자 측으로 방전시키는 단계; 및 d)상기 제1 전극과 상기 방전소자와 연결된 제1 노드의 전압을 측정하여 상기 착용형 휴대용 기기의 착용 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면 일상 생활중에 착용하여 인체의 주요 신호를 측정하는 장비의 착용 여부를 세부적으로 파악할 수 있는 효과를 가진다.

휴대, 착용, 전극, 정전용량

Description

착용형 휴대용 기기의 착용 여부 판단 방법 및 장치{method and apparatus to judge that mobile equipment is whether it is had on }

본 발명은 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 판단 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 손목에 착용하는 시계 형태의 생체신호 측정 장비와 같은 신체에 직접 적용하는 장비의 착용 여부를 자동으로 판단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

자동으로 착용 여부를 판단하는 기능은 일상 생활중에 착용하여 각종 생체신호를 측정하기 위한 장비에 적합한 것으로, 예를 들어 착용자의 신체 활동량을 측정하여 소비 칼로리를 계산하는 장비에 활용하거나 착용자의 낙상이나 장기간 움직임이 없는 상태와 같은 응급 상황을 자동으로 감지하는 장비의 허위 음성(false negative)을 감소시키는데 있어서 착용 여부의 판단은 필수적인 사항이라 할 수 있다.

종래에는 착용여부를 판단하기 위한 방법으로 광학장치를 이용한 방법과 전극을 이용한 방법을 사용하였다. 먼저 광학장치를 이용한 방법은 휴대용 기기에 송신부와 수광부를 부착하여 상기 휴대용 기기의 신체 접촉에 따른 상기 수광부의 광 량 변화를 통하여 신체 접촉 여부를 판단하는 것으로, 로직이 간단하지만 부가 회로가 첨가되어 소형의 휴대용 기기에 적용하기는 복잡하다는 문제점이 있었다.

다음으로 전극을 이용하는 방법은 휴대용 기기에 한 개의 전극을 부착하고 상기 휴대용 기기와 신체가 접촉할 경우 상기 전극과 신체 사이에는 정전용량이 발생하게 되는데, 이때 가상접지를 이용하여 상기 휴대용 기기의 신체 접촉 여부를 판단하는 것으로, 정전용량의 차이를 파악하기 위한 교류전원을 생성하는 별도의 발진기와 부가 회로가 요구되어 소형화에는 불리하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 사용자가 일상 생활 중 신체 부위에 착용하여 사용하는 휴대용 기기의 착용 여부를 확인하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 판단 방법은 a)착용형 휴대용 기기에 내장된 마이크로 컨트롤러에서 PWM(Pulse width modulation)출력을 발생시키는 단계; b)신체와 접촉하여 커패시터로 작용하는 제1 전극과 제2 전극에 상기 PWM 출력이 입력되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 유기된 정전용량에 해당하는 전압을 충전하는 단계; c)상기 충전된 전압을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 방전소자 측으로 방전시키는 단계; 및 d)상기 제1 전극과 상기 방전소자와 연결된 제1 노드의 전압을 측정하여 상기 착용형 휴대용 기기의 착용 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 판단 장치는 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 확인 장치에 있어서, 착용시 신체의 일 면과 접촉하는 제1 전극; 상기 제1 전극과 소정의 간격으로 이격 되어, 착용시 상기 신체의 또 다른 면과 접촉하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 연결된 방전소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 착용형 휴대용 기기의 착용 여부를 판단하기 위한 장치를 구성하는데 있어서, 교류전원을 생성하기 위한 발진기와 상기 발진기를 구동하기 위한 부가회로를 구비하는 대신 상기 착용형 휴대용 기기에 내장되어 있는 마이크로 컨트롤러에서 발생하는 PWM출력을 이용하여 장치를 구성하므로 회로설계가 간단하고 소형화 측면에서 장점을 가진다. 그리고 착용형 휴대용 기기의 착용 여부를 판단하는데 있어서, 착용 여부와 착용시의 움직임 발생 유무에 대한 판단이 가능하므로 착용자의 상태를 판단하는데 있어서 정확성이 확보된다. 또한 착용 여부를 판단하는데 사용되는 전극을 필요시에 상기 휴대용 기기에 내장된 전원공급을 위한 2차 전지의 충전을 위한 충전단자로도 활용이 가능한 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호들을 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 판단 장치의 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 착용 여부 판단 장치(10)는 보 호회로(20), 제1 전극(30), 제2 전극(40), 방전저항(50) 및 출력단 저항(60)을 포함한다.

보호회로(20)는 상기 착용형 휴대용 기기에 내장되어 있는 마이크로 컨트롤러 측으로 전류가 유입되는 것을 방지하는 역할을 하는데, 보호회로(20)는 다이오드와 같은 단방향 소자로 구성되는 것이 바람직하다.

착용 여부 판단 장치(10)의 동작 원리는 다음과 같다. 휴대용 기기를 착용하여 제1 전극(30) 과 제2 전극(40)이 신체와 접촉하게 되면 제1 전극(30)과 제2 전극(40) 및 제 1전극(30)과 제2 전극(40) 사이에 놓인 상기 신체의 일부는 커패시터로써 작용한다. 따라서 제 1전극(30)과 제2 전극(40)에는 상기 신체 일부의 유전율에 따른 정전용량이 유기된다.

상기 마이크로 컨트롤러에서는 양의 전위와 영의 전위가 반복되는 구형파인 PWM(Pulse width modulation) 출력이 발생한다. 상기 PWM 출력이 착용 여부 판단 장치(10)로 입력되면, 상기 PWM 출력이 양 전위인 경우에는 제1 전극(30)과 제2 전극(40)에는 상기 정전용량에 해당하는 전압이 충전된다. 그리고 상기 PWM 출력이 영 전위인 경우에는 제1 전극(30)과 제2 전극(40)에 충전된 전압이 제1 전극(30) 및 제2 전극(40)과 전기적으로 연결된 방전소자(50) 측으로 방전되며 이때 방전소자(50) 측으로 방전전류가 흐르게 된다.

따라서 방전 전압의 시정수는 제 1전극(30) 및 제2 전극(40)에 유기되는 정전용량과 방전소자(50)의 시정수에 의해 결정되고, 이때 제1 전극(30)과 방전소자(50)와 연결된 제1 노드(Node)의 A 지점에서 측정되는 전압은 제1 전극(30)과 제 2 전극(40)에 유기되는 정전용량 변화에 따른 시정수 값의 차이에 의해 변화되므로 상기 PWM출력과 상기 A 지점에서 측정된 전압을 비교하여 상기 휴대용 기기의 착용 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 시정수 값이 커질수록 상기 A 지점에서 측정되는 전압의 감소폭이 완만해지므로 소정의 기준값을 미리 설정하여 상기 시정수 값이 소정의 기준값보다 큰 경우 착용 상태로 판단하고 소정의 기준값보다 작은 경우 비착용 상태로 판단하는 것이 가능해 진다.

그리고 상기 휴대용 기기의 정확한 착용상태 확인을 위해서는 상기 휴대용 기기의 착용시 움직임의 발생 유무를 더 고려해야 한다. 예를 들어 착용자의 신체 활동량을 측정하여 소비 칼로리를 계산하는 휴대용 기기의 경우 움직임이 없는 경우라도 신체에서는 기초대사량에 의거한 칼로리가 소비되므로 착용 상태에서의 움직임의 발생 여부 확인 단계가 포함되어야만 소비되는 칼로리의 정확한 측정이 가능해지기 때문이다.

상기 휴대용 기기를 착용한 상태에서 움직임이 발생하면 상기 휴대용 기기와 접촉되는 신체의 일면에는 땀이 발생 되며, 땀에 포함되어 있는 이온 성분으로 인하여 제1 전극(30)과 제2 전극(40) 및 제1 전극(30)과 제2 전극(40) 사이에 위치한 상기 신체의 일부는 하나의 저항성분으로 작용하게 된다.

이때, 상기 PWM 출력이 착용 여부 판단 장치(10)로 입력되면 제1 전극(30)과 제2 전극(40) 및 방전소자(50)의 저항성분으로 인한 전압강하가 발생하므로, 제2 전극(40)과 방전소자(50)와 연결된 제2 노드의 B 지점에서의 전압을 측정하고 상기 PWM출력과 상기 B 지점에서 측정된 전압을 비교하여 상기 휴대용 기기의 착용시 움 직임의 발생 유무를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 PWM출력과 상기 B 지점에서 측정되는 전압의 비율을 계산하여 미리 설정된 소정의 기준값 이하인 경우 움직임이 발생하는 것으로 판단하고 소정의 기준값을 초과하는 경우 움직임이 없는 것으로 판단하는 것이 가능하다.

이때, 상기 제2 노드로부터 출력단 소자(60)가 분기 되고, 출력단 소자(60)의 일단은 판단부(미도시)와 연결되는데, 상기 판단부는 상기 A지점과 출력단 소자(60) 일단 간의 전압 파형 분석을 통하여 상기 착용형 휴대용 기기의 착용 여부를 판단하고 상기 B지점과 출력단 소자(60) 일단 간의 전압 파형 분석을 통하여 상기 착용형 휴대용 기기의 착용시 움직임 발생 유무를 판단한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 판단 방법에 대한 순서도 이다. 도 2의 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 판단 방법은 착용 여부 판단 장치(10)에서 시계열적으로 수행되는 하기 단계들을 포함한다.

S100에서 착용형 휴대용 기기에 내장된 마이크로 컨트롤러에서 PWM출력이 발생한다.

S110에서 상기 PWM출력이 착용 여부 판단 장치(10)에 입력된다.

S120에서 상기 PWM 출력의 영 전위 여부를 판단한다. 이때, 상기 PWM 출력이 영 전위이면 S130에서 약간의 딜레이가 발생된 후 S140에서 A 지점(도 1 참조)의 전압을 측정한다. 그리고 S170에서 착용상태 여부를 판단하여 착용상태이면 종료된다. 착용상태가 아니면 다시 상기 PWM출력의 영 전위 여부를 판단하게 된다.

S120에서 상기 PWM 출력이 영 전위가 아니면 S150에서 약간의 딜레이가 발생 한 후 S160에서 B 지점(도 1 참조)의 전압을 측정한다. 그리고 S190에서 움직임의 발생 여부를 판단하여 움직임이 발생하면 종료되며 움직임이 발생하지 않으면 다시 상기 PWM출력의 영 전위 여부를 판단하게 된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기의 착용 여부판단을 위한 장치가 적용된 상태의 참고도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 상기 착용형 휴대용 기기의 후면에는 착용 여부 판단 장치(10)의 제1 전극(30) 및 제1 전극(30)과 소정의 간격을 가지고 이격되어 있는 제2 전극(40)이 결합되며 제1 전극(30)과 제2 전극(40) 간에는 부도체 부재(45)가 결합된다.

이때, 제1 전극(30)과 제2 전극(40)은 상기 휴대용 기기에 내장되어 전원으로 사용되는 2차 전지(미도시)와 연결되어 있으며, 상기 착용형 휴대용 기기를 충전할 때 외부 충전 전원과 연결되어 충전용 단자로써 사용된다. 이때 부도체 부재(45)는 제1 전극(30)과 제2 전극(40) 간에 충전전류가 흐르는 것을 방지한다.

도 4(a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용하지 않았을 경우의 A 지점 전압 측정 그래프, 도 4(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용하지 않았을 경우의 B 지점 전압 측정 그래프이다. 도 4(a)에서 도시된 바와 같이 상기 착용형 휴대용 기기의 비 착용시에는 상기 A 지점에서 측정된 전압이 PWM 출력과 동일한 형태를 유지하며, 도 4(b)에서 도시된 바와 같이 상기 B 지점에서 측정된 전압은 영 전위를 유지하게 된다

도 5(a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용하였을 경우의 A 지점 전압 측정 그래프, 도 5(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따 른 착용형 휴대용 기기를 착용하였을 경우의 B 지점 전압 측정 그래프이다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이 착용 여부 판단 장치(10)에 입력된 PWM 출력이 양 전위인 경우 제1 전극(30)과 제2 전극(40)에는 상기 정전용량에 따른 전압이 충전되며, 상기 PWM 출력이 영 전위로 떨어지는 순간에 제1 전극(30)과 제2 전극(40)에 충전되어 있던 전압은 방전소자(50) 측으로 방전되어 상기 A 지점에서의 전압은 제1 전극(30)과 제2 전극(40)에 유기되는 정전용량 변화에 따른 시정수 값의 차이에 의해 변화되므로 상기 휴대용 기기의 착용 유무를 판단하는 것이 가능해진다.

도 6(a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용한 상태에서 움직임이 발생했을 경우의 A 지점 전압 측정 그래프, 도 6(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용한 상태에서 움직임이 발생했을 경우의 B 지점 전압 측정 그래프이다. 도 6(a)에 도시된 바와 같이 상기 휴대용 기기를 착용한 상태에서 움직임이 발생하면 제1 전극(30)과 제2 전극(40)은 저항성분으로 동작하게 된다. 따라서 착용 여부 판단 장치(10)에 PWM 출력이 입력되면 상기 A 지점에서 측정된 전압은 입력된 상기 PWM 출력과 동일하며, 도 6(b)에서 도시된 바와 같이 상기 B 지점에서 측정된 전압은 저항성분으로 인한 전압강하가 발생하여 입력된 PWM 출력에 비하여 진폭이 감소하게 된다. 따라서 상기 B 지점에서 측정된 전압을 통하여 상기 휴대용 기기의 착용시에 움직임의 유무를 판단하는 것이 가능해진다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변결 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 착용형 휴대용 기기의 착용 여부를 판단하는데 있어서, 착용 유무의 판단과 동시에 착용시에 움직임의 유무를 판단하는 것이 가능하다. 따라서 일상 생활중에 착용하여 생체신호를 측정하기 위한 착용형 휴대용 기기에서부터 응급 상황을 자동으로 감지하기 위한 착용형 휴대용 기기에 이르기까지 다용도로 활용이 가능하므로 산업상 이용가능성이 크다고 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 판단 장치의 회로도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 판단 방법에 대한 순서도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기의 착용 여부판단 장치가 적용된 상태에 대한 참고도,

도 4(a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용하지 않았을 경우의 A 지점 전압 측정 그래프,

도 4(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용하지 않았을 경우의 B 지점 전압 측정 그래프,

도 5(a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용하였을 경우의 A 지점 전압 측정 그래프,

도 5(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용하였을 경우의 B 지점 전압 측정 그래프,

도 6(a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용한 상태에서 움직임이 발생했을 경우의 A 지점 전압 측정 그래프, 및

도 6(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 휴대용 기기를 착용한 상태에서 움직임이 발생했을 경우의 B 지점 전압 측정 그래프이다.

<도면의 부위에 대한 간단한 설명>

(10) : 착용 여부 판단 장치 (20) : 보호회로

(30) : 제1 전극 (40) : 제2 전극

(45) : 부도체 부재 (50) : 방전소자

(60) : 출력단 소자

Claims (11)

1. a) 착용형 휴대용 기기에 내장된 마이크로 컨트롤러에서 PWM(Pulse width modulation)출력을 발생시키는 단계;

   b) 신체와 접촉하여 커패시터로 작용하는 제1 전극과 제2 전극에 상기 PWM 출력이 입력되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 유기된 정전용량에 해당하는 전압을 충전하는 단계;

   c) 상기 충전된 전압을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 연결된 방전소자 측으로 방전시키는 단계; 및

   d) 상기 제1 전극과 상기 방전소자와 연결된 제1 노드와 일측이 상기 제2 전극과 상기 방전소자의 연결 측으로부터 분기되며 저항 성분을 포함하는 출력 소자의 타측 사이의 전압의 파형에 대한 시정수의 변화를 측정하여 상기 착용형 휴대용 기기의 착용 여부를 판단하는 단계,

   상기 b)단계에서, (b1) 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 저항 성분이 발생한 경우, 상기 제2 전극과 상기 방전소자와 연결된 제2 노드와 상기 출력 소자의 타측 사이의 전압의 파형에 대한 진폭을 측정하여 상기 착용형 휴대용 기기의 착용상태에서의 움직임 발생 여부를 판단하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 확인 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 확인 장치에 있어서,

   착용시 신체의 일 면과 접촉하는 제1 전극;

   상기 제1 전극과 소정의 간격으로 이격 되어, 착용시 상기 신체의 또 다른 면과 접촉하는 제2 전극;

   상기 제 1 전극으로 PMW(Pulse width modulation) 구형파를 입력하기위한 마이트로 컨트롤러;

   상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 연결되며 저항 성분을 포함하는 방전소자; 및

   일측이 상기 제2 전극과 상기 방전소자의 연결 측으로부터 분기되며 저항 성분을 포함하는 출력 소자의 타측과 상기 제1 전극과 상기 방전소자와 연결된 제1 노드 사이의 전압 파형의 시정수의 변화를 측정하여 착용형 휴대용 기기의 착용 여부를 판단하거나

   상기 출력 소자의 타측과 상기 제2 전극과 상기 방전소자와 연결된 제2 노드 사이의 전압 파형의 진폭 변화를 측정하여 사용자의 움직임 발생 여부를 판단하는 판단부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 확인 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 착용형 휴대용 기기에 내장된 마이크로 컨트롤러와 상기 제1 전극 사이에 연결되는 보호회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 확인 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 5항에 있어서,

    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은,

    상기 착용형 휴대용 기기의 충전을 위한 충전용 단자로 사용되는 것을 특징으로 하는 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 확인 장치.
11. 제 5항에 있어서,

    상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에는,

    부도체 부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 착용형 휴대용 기기의 착용 여부 확인 장치.

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