KR101491164B1 - 지그비 통신을 이용한 무선 조정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 통신을 이용하여 전자 기기의 동작을 제어하는 무선 조정 시스템에 관한 것으로, 사용자의 입력에 따라 전자기기의 기능을 각각 제어하기 위하여 상기 기능에 각각 대응하는 적어도 하나의 제어 신호를 생성하고, 전자 기기로 상기 생성된 제어신호를 전송하는 복수의 무선 조종기들; 및 복수의 무선 조종기들 중 적어도 하나로부터 수신되는 상기 제어신호를 입력 받고, 상기 입력되는 제어 신호에 대응하는 기능을 실행하고, 확인되는 배터리 잔량에 따라 동작을 정지하는 전자 기기를 포함하고, 복수의 무선 조종기들과 전자 기기 및 상기 복수의 무선 조종기기들 상호간의 통신는 지그비 통신을 이용하여 신호를 송수신한다.
지그비, 무선 조정기, 무선 조정 시스템,

Description

지그비 통신을 이용한 무선 조정 시스템{Wireless control system using Zigbee communication}
본 발명은 무선 통신을 이용하여 전자 기기의 동작을 제어하는 무선 조정 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 근거리 무선 통신 기술이 많은 이들의 주목을 받고 있는데, 이와 같은 근거리 무선 통신 기술로는 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency IDentification) 등을 들 수 있는데, 그 중에서 근거리 통신을 지원하는 IEEE 802.15.4 표준 가운데 하나인 지그비 기술에 대한 관심이 집중되고 있다.
본 발명은 전자 기기의 동작을 효율적으로 제어할 수 있도록 하는 무선 조정 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 통신을 이용하여 전자 기기의 동작을 제어하는 무선 조정 시스템은, 사용자의 입력에 따라 전자기기의 기능을 각각 제어하기 위하여 상기 기능에 각각 대응하는 적어도 하나의 제어 신호를 생성하고, 전자 기기로 상기 생성된 제어신호를 전송하는 복수의 무선 조종기들; 및 복수의 무선 조종기들 중 적어도 하나로부터 수신되는 상기 제어신호를 입력 받고, 상기 입력되는 제어 신호에 대응하는 기능을 실행하고, 확인되는 배터리 잔량에 따라 동작을 정지하는 전자 기기를 포함하고, 복수의 무선 조종기들과 전자 기기 및 상기 복수의 무선 조종기기들 상호간의 통신는 지그비 통신을 이용하여 신호를 송수신한다.
본 발명에 따르면, 지그비 통신을 이용하여 전자 기기의 동작을 제어하는 복수의 무선 조정기를 구비함으로써, 하나의 전자 기기의 동작을 복수의 사용자들이 함께 제어할 수 있으며, 사용자들 간의 양방향 통신을 통한 다양한 서비스의 제공이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지그비 통신을 이용한 무선 조정 시스템에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 조정 시스템의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 도시된 무선 조정 시스템은 전자 기기(100) 및 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 전자 기기(100)는 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220) 각각으로부터 제어 신호를 입력받아, 상기 입력된 제어 신호에 따라 동작할 수 있다.
본 발명에 따라 동작이 제어되는 전자 기기(100)는 교육용 또는 레져용으로 제작된 모형 비행기, 모형 헬리콥터, 모형 자동차, 모형 배 등의 완구일 수 있다. 또한, 전자 기기(100)는 청소기 등과 같은 가정용 전자 제품과 그 이외에 외부로부터 제어 신호를 입력받아 동작될 수 있는 모든 전자 제품을 포함할 수 있다.
복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)은 각각 사용자가 원하는 전자 기기(100)의 동작을 상기 사용자로부터 입력 받아, 상기 사용자 입력에 대응되는 제어 신호를 생성하여 전자 기기(100)로 전송한다. 상기 제어 신호를 입력받은 전자 기기(100)는 상기 제어 신호에 대응되는 동작을 수행한다. 상기 전자 기기(100)의 동작은 전자 기기(100)의 움직임과 같은 외부적인 동작뿐 아니라 내부적인 특정 동작일 수도 있다.
또한, 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)은 2 이상으로서, 필요에 따라 개수는 변경가능하다.
본 발명에 따른 무선 조정 시스템은 전자 기기(100)와 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)이 지그비(Zigbee) 통신을 이용하여 서로 상기 제어 신호 등과 같은 신호를 송수신하는 것이 바람직하다.
즉, 전자 기기(100)는 지그비 통신을 이용하여 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220) 중 적어도 하나로부터 제어 신호를 수신하거나 응답 신호 등의 그 밖의 신호들을 송수신할 수 있다, 또한, 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)들 사이에서도 지그비 통신을 이용한 신호의 송수신이 가능하다.
상기한 바와 같이, 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)이 지그비 통신을 이용하여 전자 기기(100)의 동작을 제어함으로써, 복수의 사용자들이 함께 전자 기 기(100)의 동작을 제어할 수 있다. 특히, 전자 기기(100)가 복잡한 기능들을 가지는 경우, 복수의 사용자들이 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)을 각각 이용하여 전자 기기(100)의 동작을 분배하여 효율적으로 제어할 수 있다.
또한, 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220) 사이의 지그비 통신을 이용한 신호 송수신을 통하여, 전자 기기(100)를 제어하는 복수의 사용자들 사이의 양방향 통신이 가능할 수 있으며, 그를 이용해 사용자들 사이의 추가적인 서비스 제공이 가능할 수 있다.
상기한 바와 같이, 전자 기기(100)와 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)이 지그비 통신을 이용해 신호를 송수신할 수 있도록 하기 위해, 전자 기기(100)와 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)은 각각 신호 송수신을 위한 지그비 모듈(Zigbee module)을 포함할 수 있다.
지그비 통신 시스템은 다수의 지그비 모듈들로 이루어지는데, 상기 지그비 모듈은 RFD(Reduced Function Device), 라우터(R; Router), 코디네이터(coordinator)일 수 있다. 상기 전자 기기(100)와 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)에 각각 포함된 지그비 모듈은 엔드 디바이스, 라우터, 코디네이터 중 어느 하나로 기능할 수 있다.
도 2는 지그비 시스템에서 처리되는 데이터의 영역을 예시적으로 도시한 프로토콜 스택 구조도이다.
도 2를 참조하면, 지그비 프로토콜 스택은 크게 PHY(Physical) 계층(Layer)(S5), MAC(Media Access Controller) 계층(S4), 네트워 크(Network/security) 계층(S3), 애플리케이션 프레임워크(Application framework) 계층(S2) 및 응용(Application/Profiles) 계층(S1)으로 이루어지는데, 상기 PHY 계층(S5)과 MAC 계층(S4)은 IEEE 규정(Standard) 영역에 해당되고, 상기 네트워크 계층(S3)과 프레임워크 계층(S2)은 지그비 연합(Alliance)의 규정 영역에 해당되며, 상기 응용 계층(S1)은 데이터베이스 관리 및 제어정보 생성과 관련된 응용 프로그램 영역에 해당된다.
상기 지그비 모듈은 탑재된 프로그램의 종류, 즉 네트워크 계층(S3), 프레임워크 계층(S2)의 데이터를 처리하는 프로그램의 종류에 따라 RFD, FFD(Full Function Device) 또는 코디네이터로 기능될 수 있다.
상기 FFD는 네트워크 초기화, 노드 관리, 노드 정보 저장 등의 기능을 수행하는데, 다른 FFD 또는 RFD 모두와 통신을 수행할 수 있다. 또한, 나머지 지그비 장치들이 전술한 세 가지 노드 중 어느 하나의 노드를 구성할 수 있도록 하는 FFD를 PAN(Personal Area Network) 코디네이터라 한다.
상기 코디네이터는 채널과 PAN ID로 식별되는 PAN을 구성하고, 라우터 또는 RFD에 네트워크 주소를 할당한다.
상기 RFD는 코디네이터 기능 및 라우팅 기능을 수행하지 못하며 엔드 디바이스로 동작되는 지그비 모듈로서, 코디네이팅 대상이 되며 라우터 또는 코디네이터와 통신을 수행할 수 있다. 즉, 상기 RFD는 동일한 채널 및 PAN ID로 구성된 PAN에 참여할 수 있다.
상기 코디네이터의 제어를 받으며, 라우팅 경로를 처리하여 상기 RFD로 데이 터를 전달하는 FFD를 라우터라 한다. 상기 라우터는 동일한 채널 및 PAN ID 로 구성된 PAN에 참여하며, 아직 PAN에 참여하지 않은 다른 라우터 또는 RFD에 네트워크 주소를 할당하여 PAN에 참여하도록 한다.
도 3은 도 1의 전자 기기(100)의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 전자 기기(100)는 지그비 모듈(110), 안테나(120), 제어부(130), 동작부(140) 및 배터리(150)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 지그비 모듈(110)은 안테나(120)를 통해 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220) 중 적어도 하나로부터 전송된 제어 신호를 수신하고, 상기 수신된 제어 신호를 제어부(130)로 출력한다.
제어부(130)는 상기 입력된 제어 신호에 따라 동작부(140)를 제어하여, 동작부(140)가 상기 입력된 제어 신호에 대응되는 동작을 수행하도록 한다.
배터리(150)는 지그비 모듈(110), 제어부(130) 및 동작부(140)에 전원을 공급한다.
전자 기기(100)에 포함된 지그비 모듈(110)은 지그비 통신 시스템에서 상기 앤드 디바이스로 기능할 수 있다. 또는, 지그비 모듈(110)가 라우팅(routing) 기능을 더 포함하여 라우터로 기능할 수도 있으며, 이 경우 전자 기기(100)는 외부로부터 전송되는 신호를 라우팅하여 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)로 전송할 수 있다.
제어부(130)는 배터리(150)의 잔량을 측정할 수 있으며, 상기 측정된 배터리(150)의 잔량에 대한 정보는 지그비 모듈(110) 및 안테나(120)를 통해 복수의 무 선 조정기들(200, 210, 220)로 전송될 수 있다. 또한, 제어부(130)는 아날로그-디지털 컨버터(미도시)를 이용해 배터리(150)의 잔량을 복수의 레벨(level) 단위로, 예를 들어 4-레벨 단위로 측정할 수 있다.
복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)로 전송된 상기 배터리(150) 잔량 정보를 이용하여, 사용자들은 무선 조정기들(200, 210, 220)을 통해 전자 기기(100)의 배터리(150) 잔량을 확인할 수 있으며, 배터리(150)의 잔량이 부족한 경우 전자 기기(100)의 동작을 정지시키고 배터리(150)를 충전하도록 할 수 있다.
이는 전자 기기(100)의 동작 중 배터리(150)가 방전되어 동작이 중단됨으로인해 발생할 수 있는 전자 기기(100)의 파손을 방지할 수 있다. 예를 들어, 고가의 모형 헬리콥터의 경우 비행 중 배터리 방전에 의해 동작이 중단되면 추락에 의해 파손될 위험이 크므로, 상기한 바와 같이 모형 헬리콥터의 배터리 잔량을 사용자가 무선 조정기를 통해 확인할 수 있게 함으로써 모형 헬리콥터의 파손을 방지할 수 있다.
도 4는 무선 조정기(200, 210, 220)의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 도시된 무선 조정기는 지그비 모듈(300), 안테나(310), 제어부(320), 사용자입력부(330) 및 디스플레이부(340)를 포함할 수 있다.
사용자가 사용자입력부(330)를 통해 원하는 전자 기기(100)의 동작을 입력하면, 제어부(320)는 상기 사용자 입력에 대응되는 제어 신호를 생성하여 지그비 모듈(300)로 출력한다.
지그비 모듈(300)은 안테나(310)를 통해 상기 입력된 제어 신호를 전자 기 기(100)로 전송한다. 또한, 상기한 바와 같이 무선 조정기에 포함된 지그비 모듈(300)은 안테나(310)를 통해 전자 기기(100)로부터 신호를 수신하거나, 다른 무선 조정기에 포함된 지그비 모듈과도 신호를 송수신할 수 있다.
그를 위해, 무선 조정기에 포함된 지그비 모듈(300)은 지그비 통신 시스템에서 라우터로 기능할 수 있다.
또한, 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220) 중 어느 하나가 다른 무선 조정기들에 대해 우선 순위를 가지는 메인 조정기로 동작할 수 있으며, 나머지 무선 조정기들은 서브 조정기들로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 무선 조정기(200)가 상기 메인 무선 조정기이며, 제2 내지 제n 무선 조정기들(210, 220)은 상기 서브 무선 조정기들일 수 있다.
이 경우, 메인 무선 조정기인 제1 무선 조정기(200)에 포함된 지그비 모듈(300)은 코디네이터로 기능할 수 있으며, 서브 무선 조정기인 제2 내지 제n 무선 조정기들(210, 220)에 포함된 지그비 모듈(300)은 라우터로 기능할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예로서, 메인 무선 조정기인 제1 무선 조정기(200)가 파워 온(power on)되면, 채널(channel)을 스캔(scan)하여 지그비 통신 네트워크를 구성할 수 있다. 그 후, 전자 기기(100)가 파워 온되어 상기 형성된 지그비 통신 네트워크에 접속되면 전자 기기(100)와 제1 무선 조정기(200) 사이의 지그비 통신이 가능하게 되며, 서브 무선 조정기인 제2 내지 제n 무선 조정기들(210, 220)이 파워 온되면 상기 지그비 통신 네트워크에 제2 내지 제n 무선 조정기들(210, 220)이 접속되어 전자 기기(100)와 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220) 사이의 지그 비 통신이 가능하게 된다.
메인 무선 조정기인 제1 무선 조정기(200)는 서브 무선 조정기인 제2 내지 제n 무선 조정기들(210, 220) 각각의 전자 기기(100) 동작 제어 허용 여부를 결정할 수 있으며, 제1 무선 조정기(200)가 허용하지 않은 서브 무선 조정기는 휴면 모드(sleep mode)로 전환될 수 있다.
또한, 복수의 무선 조정기들(200, 210, 220)은 각각 전자 기기(100)까지의 거리를 측정할 수 있으며, 예를 들어 전자 기기(100)로부터 수신되는 신호의 세기를 이용하여 전자 기기(100)까지의 거리를 측정할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 지그비 모듈(300)은 신호 세기 검출부(301)를 포함할 수 있으며, 신호 세기 검출부(301)가 전자 기기(100)로부터 수신되는 신호의 세기를 검출하고, 제어부(320)는 상기 검출된 수신 신호 세기를 이용하여 전자 기기(100)까지의 거리를 계산할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 조정기들(200, 210, 220)은 ZigBee 표준 규격에 따른지그비 패킷(ZigBee Packet) 내의 LQI(Link Quality Indication)를 이용하여 전자 기기(100)까지의 거리를 대략적으로 측정할 수 있다.
즉, 신호 세기 검출부(301)는 RSSI 디텍터(Receive Signal Strength Indicator Detector)로서 전자 기기(100)로부터의 RF 신호 수신 세기를 감지할 수 있으며, 상기 감지된 RF 신호 수신 세기는 아날로그-디지털 컨버터에 의해 디지털 값으로 변환될 수 있다.
그 후, 제어부(320)는 다음의 수학식 1을 이용하여 전자 기기(100)까지의 거 리를 계산할 수 있다.
Figure 112008090627095-pat00001
상기 수학식 1에서, f는 RF 신호의 주파수이며, d는 무선 조정기(200, 210, 220)와 전자 기기(100) 사이의 거리이다.
상기 자유 공간 손실은 지그비 모듈(300)의 출력 신호 세기와 상기 검출된 수신 신호 세기를 이용해 알 수 있으므로, 제어부(320)는 상기 검출된 수신 신호 세기와 상기 수학식 1을 이용하여 전자 기기(100) 까지의 거리(d)를 계산할 수 있다.
또한, 신호 세기 검출부(301)에서 검출된 수신 신호의 세기의 변화를 이용하여 전자 기기(100)의 움직임도 알아낼 수 있다.
디스플레이부(340)는 제어부(320)의 제어를 받아 사용자 입력을 위한 그래픽 유저 인터페이스(GUI), 현재 전자 기기(100) 또는 다른 무선 조정기들의 상태 등을 표시할 수 있으며, 또한 상기한 바와 같은 전자 기기(100)의 배터리(150) 잔량 또는 전자 기기(100) 까지의 거리 등을 표시할 수 있다.
또한, 무선 조정기들(200, 210, 220) 각각은 디스플레이부(340) 이외에 LED(Light Emmision Diode)와 같은 표시 장치들을 더 포함할 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 조정 시스템의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 지그비 통신 시스템에서 처리되는 데이터의 영역을 나타내는 프로토콜 스택 구조도이다.
도 3은 도 1의 전자 기기의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1의 무선 조정기의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.

Claims (7)

  1. 무선 통신을 이용하여 전자 기기의 동작을 제어하는 무선 조정 시스템에 있어서,
    사용자의 입력에 따라 전자기기의 기능을 각각 제어하기 위하여 상기 기능에 각각 대응하는 적어도 하나의 제어 신호를 생성하고, 상기 전자 기기로 상기 생성된 제어신호를 전송하는 복수의 무선 조정기들; 및
    상기 복수의 무선 조종기들 중 적어도 하나로부터 수신되는 상기 제어신호를 입력 받고, 상기 입력되는 제어 신호에 대응하는 기능을 실행하고, 확인되는 배터리 잔량에 따라 동작을 정지하는 전자 기기를 포함하고,
    상기 복수의 무선 조종기들과 상기 전자 기기 및 상기 복수의 무선 조종기기들 상호간의 통신은 지그비 통신을 이용하여 신호를 송수신하는 무선 조정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 무선 조종기들 중 제1 무선 조종기는 코디네이터로 기능하는 지그비 모듈을 포함하는 무선 조정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 무선 조종기들 중 상기 제1 무선 조종기를 제외한 나머지 무선 조종기들은 라우터로 기능하는 지그비 모듈을 포함하는 무선 조정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자 기기는 앤드 디바이스 또는 라우터로 기능하는 지그비 모듈을 포함하는 무선 조정 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자 기기는 배터리의 잔량을 측정하여 상기 복수의 무선 조종기들 중 적어도 하나로 전송하는 무선 조정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 무선 조종기들 중 적어도 하나는 상기 전자 기기로부터 수신되는 RF 신호의 세기를 검출하여, 상기 검출된 RF 신호의 세기를 이용해 상기 전자 기기와의 거리를 측정하는 무선 조정 시스템.
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