KR101505888B1 - 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 무전원 센서 디스플레이 장치는 소정 주파수의 전압 신호가 가지는 전기 에너지를 회수하여 커패시터에 저장하고, 커패시터에 저장된 전기 에너지로부터 직류 전원 전압을 생성하여 출력하는 전력 추출부, RF 트랜스폰더에서 변환된 전압 신호에 적재된 심볼과 클럭 주기를 추출하고, 추출된 심볼로부터 디지털 신호를 복원하며, 추출된 클럭 주기로부터 클럭 신호를 생성하는 변복조부, 디지털 신호에 실린 외부 명령 또는 외부 데이터에 따른 소정의 동작을 수행하거나, 센서 제어 신호를 생성하거나, 디스플레이 제어 신호를 생성하거나, 검출 신호에 관한 소정의 동작을 처리하는 디지털 데이터 처리부, 센서 제어 신호에 기초하여, 검출 신호를 생성하고 생성된 검출 신호를 디지털 데이터 처리부에 전달하는 센서부, 디스플레이 제어 신호에 포함된 문자 또는 그래픽 데이터를 표시하도록 전자 종이 디스플레이를 구동하는 디스플레이 컨트롤러 및 디스플레이 컨트롤러의 구동에 따라 전원 전압이 인가되는 동안에 시각적으로 구별되는 적어도 두 상태 중 하나로 설정되고, 전원 전압이 차단된 동안에는 설정된 상태를 유지하도록 동작하는 전자 종이 디스플레이를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 무선 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 무전원 무선 센서에 관한 것이다.
무선 에너지 전송 기술은 최근에 급격히 주목받는 기술로서, 무선 송신 장치가 소정의 주파수 및 출력을 가지는 무선 (Radio Frequency, RF) 신호를 송신하면, 무선 수신 장치가 수신된 무선 신호로부터 에너지를 회수하고, 회수된 에너지를 이용하여 충전을 한다거나 또는 소정의 디지털 또는 아날로그 동작을 수행하는 기술이다.
최근에 일상적으로 활용되는 RFID(Radio Frequency Identification) 기술이나 NFC(Near Field Communication) 기술은 이러한 무선 에너지 전송 기술에 기반하는 기술이다.
또한 감시 공간에 산재된 무선 센서 노드들로부터 데이터를 수집하기 위한 무선 센서 네트워크 기술에서도, 무선 센서 노드들의 전력 소모를 줄이는 것이 큰 화두인데, 무선 센서들이 단순한 센서 기능을 가지고 송신 거리가 짧다면, 곧이 무선 센서 노드마다 배터리를 장착하지 않고, 무선 에너지 전송 기술에 기반하여 에너지를 공급하게 할 수 있다.
이 경우, 흔히 리더(reader)로도 부르는 인테로게이터(interogator)가 데이터를 적재한 무선(Radio Frequency, RF) 신호를 송신하고, 무전원 태그 장치가 전력을 회수(harvest)하며, 회수된 전력을 이용하여 정해진 동작을 수행하고, 동작의 결과로서 생성된 응답 데이터를 적재하여 응답 무선 신호를 출력하는 구성을 가질 수 있다.
인테로게이터가 수신된 응답 무선 신호에 적재된 응답 데이터를 처리하고 표시할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 무전원 센서 디스플레이 장치는,
안테나를 통해 유입된 전자기 필드로부터 소정 주파수 대역의 무선 신호를 추출하고, 소정 주파수 대역의 전압 신호로 변환하는 RF 트랜스폰더;
상기 소정 주파수의 전압 신호가 가지는 전기 에너지를 회수하여 커패시터에 저장하고, 상기 커패시터에 저장된 전기 에너지로부터 직류 전원 전압을 생성하여 출력하는 전력 추출부;
상기 RF 트랜스폰더에서 변환된 전압 신호에 적재된 심볼과 클럭 주기를 추출하고, 추출된 심볼로부터 디지털 신호를 복원하며, 추출된 클럭 주기로부터 클럭 신호를 생성하는 복조부;
상기 디지털 신호에 실린 외부 명령 또는 외부 데이터에 따른 소정의 동작을 수행하거나, 센서 제어 신호를 생성하거나, 디스플레이 제어 신호를 생성하거나, 검출 신호에 관한 소정의 동작을 처리하는 디지털 데이터 처리부;
상기 센서 제어 신호에 기초하여, 검출 신호를 생성하고 생성된 검출 신호를 상기 디지털 데이터 처리부에 전달하는 센서부;
상기 디스플레이 제어 신호에 포함된 문자 또는 그래픽 데이터를 표시하도록 전자 종이 디스플레이를 구동하는 디스플레이 컨트롤러; 및
상기 디스플레이 컨트롤러의 구동에 따라 전원 전압이 인가되는 동안에 시각적으로 구별되는 적어도 두 상태 중 하나로 설정되고, 전원 전압이 차단된 동안에는 설정된 상태를 유지하도록 동작하는 전자 종이 디스플레이를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 복원된 디지털 신호는 상기 디지털 데이터 처리부의 동작에 관한 명령이거나, 상기 센서부 또는 상기 디스플레이 컨트롤러의 동작에 관한 명령이거나, 또는 상기 전자 종이 디스플레이에 표시될 문자 또는 그래픽 데이터일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 디지털 데이터 처리부는 상기 복원된 디지털 신호에 포함된 명령 또는 데이터, 생성된 검출 신호, 소정의 디지털 데이터 처리의 결과로 획득한 결과 데이터, 사전에 보유하던 저장 데이터 중 어느 하나에 기초하여 센서 제어 신호 또는 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 디지털 데이터 처리부는 상기 복원된 디지털 신호에 적재된 명령에 상응하는 디지털 데이터 처리, 또는 상기 검출된 검출 신호에 대해 소정의 디지털 데이터 처리를 수행하고, 그 결과로서 결과 데이터를 획득하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 디지털 데이터 처리부는 비휘발성 메모리를 더 포함하고, 상기 복원된 디지털 신호에 적재된 명령에 따라, 상기 비휘발성 메모리에 사전에 저장되어 있던 저장 데이터를 독출하고, 상기 독출된 저장 데이터를 상기 전자 종이 디스플레이에 표시하도록 상기 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 디지털 데이터 처리부는 복호부를 더 포함하고, 상기 복원된 디지털 신호로부터 암호화 키를 추출하며, 상기 추출된 암호화 키를 이용하여 상기 저장 데이터의 복호화를 시도하며, 정상적으로 복호화된 저장 데이터를 상기 전자 종이 디스플레이에 표시하도록 상기 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 디지털 데이터 처리부는 상기 복원된 디지털 신호에 적재된 명령에 따라 복수의 센서 동작 모드 중 하나를 선택하는 센서 제어 신호를 생성하거나, 복수의 디스플레이 모드 중 하나를 선택하는 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 디지털 데이터 처리부는 복호부를 더 포함하고, 상기 복원된 디지털 신호에 적재된 암호화된 데이터에 대해 복호화를 시도하고, 데이터가 정상적으로 복호됨으로써 해당 데이터가 적법한 인테로게이터에 의해 적절하게 암호화되어 송출된 것임이 확인된 경우에만, 상기 센서부 또는 상기 디스플레이 컨트롤러를 구동할 상기 센서 제어 신호 또는 상기 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전자 종이 디스플레이는 전기 영동(electrophoretic) 디스플레이, 전기 습윤(electrowetting) 디스플레이, 전기 유체(electrofluidic) 디스플레이, 전기 변색(electrochromic) 디스플레이 또는 건식 입자(dry particle) 디스플레이 중 하나로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 무전원 센서 디스플레이 장치는
상기 안테나, 상기 RF 트랜스폰더, 상기 전력 추출부, 상기 복조부, 상기 디지털 데이터 처리부, 상기 센서부, 상기 디스플레이 컨트롤러 및 상기 전자 종이 디스플레이 중 적어도 하나가 형성되는 영역을 제공하고, 상기 센서부의 센싱 동작의 대상에 부착될 수 있도록 부착 수단을 제공하는 기판을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 디지털 데이터 처리부는,
소정의 디지털 데이터 처리의 결과로서 획득한 결과 데이터를 기초로 응답 신호를 생성하고, 생성된 응답 신호를 상기 복조부에 전달하며,
상기 변복조부는 상기 디지털 데이터 처리부가 생성하는 응답 신호에 상응하는 응답 변조 신호를 생성하여 상기 RF 트랜스폰더로 출력하고,
상기 RF 트랜스폰더는 응답 변조 신호에 기초하여 응답 무선 신호를 생성하고 상기 안테나를 통해 송출하도록 동작할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 무전원 로컬 센서 시스템은
외부 명령 또는 외부 데이터를 적재한 소정 주파수 및 소정 출력의 무선 신호를 송출하는 인테로게이터; 및
복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들을 포함하는 무전원 로컬 센서 시스템으로서,
상기 복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들의 각각은,
안테나를 통해 유입된 전자기 필드로부터 소정 주파수 대역의 무선 신호를 추출하고, 소정 주파수 대역의 전압 신호로 변환하는 RF 트랜스폰더;
상기 소정 주파수의 전압 신호가 가지는 전기 에너지를 회수하여 커패시터에 저장하고, 상기 커패시터에 저장된 전기 에너지로부터 직류 전원 전압을 생성하여 출력하는 전력 추출부;
상기 RF 트랜스폰더에서 변환된 전압 신호에 적재된 심볼과 클럭 주기를 추출하고, 추출된 심볼로부터 디지털 신호를 복원하며, 추출된 클럭 주기로부터 클럭 신호를 생성하는 변복조부;
상기 디지털 신호에 실린 외부 명령 또는 외부 데이터에 따른 소정의 동작을 수행하거나, 센서 제어 신호를 생성하거나, 디스플레이 제어 신호를 생성하거나, 검출 신호에 관한 소정의 동작을 처리하는 디지털 데이터 처리부;
상기 센서 제어 신호에 기초하여, 검출 신호를 생성하고 생성된 검출 신호를 상기 디지털 데이터 처리부에 전달하는 센서부;
상기 디스플레이 제어 신호에 포함된 문자 또는 그래픽 데이터를 표시하도록 전자 종이 디스플레이를 구동하는 디스플레이 컨트롤러; 및
상기 디스플레이 컨트롤러의 구동에 따라 전원 전압이 인가되는 동안에 시각적으로 구별되는 적어도 두 상태 중 하나로 설정되고, 전원 전압이 차단된 동안에는 설정된 상태를 유지하도록 동작하는 전자 종이 디스플레이를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 무전원 센서 디스플레이 장치의 센서부가 생성하는 검출 신호는 환자의 비침습식 생체 정보에 관한 것일 수 있다.
본 발명의 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템에 따르면, 무전원 센서 디스플레이 장치가 스스로 정보를 디스플레이하며, 응답 무선 신호의 송신은 선택적이다.
본 발명의 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템에 따르면, 무전원 센서 디스플레이 장치는 얇은 필름과 같은 패치 형태로 제작할 수 있으므로, 예를 들어 피부나 상품류 표면에 붙여 사용할 수도 있다.
본 발명의 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템에 따르면, 무전원 센서 디스플레이 장치가 표시하는 정보는 전자 종이 기술에 기반한 디스플레이 상에서 표시되므로, 일단 정보가 표시된 이후 전력 소모가 없고 짧은 동작 시간이 지나고 회수된 전력이 모두 소모되어도 다음 차례의 전력 회수 및 정보 갱신이 있을 때까지 정보를 지속적으로 표시할 수 있다.
본 발명의 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템에 따르면, 일부 실시예에 따른 무전원 센서 디스플레이 장치에 전력을 무선으로 공급하는 인테로게이터는 응답 무선 신호를 수신하고 처리할 필요없이 단지 무선으로 전력을 공급하는 역할만 수행하면 되므로 구조가 간단해지고, 이를 이용하여 무전원 로컬 센서 시스템을 저렴하게 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템을 예시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템을 예시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 로컬 센서 시스템의 응용 사례를 예시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템을 예시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 로컬 센서 시스템의 응용 사례를 예시한 개념도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템을 예시한 개념도이다.
무전원 로컬 센서 시스템(100)은 복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들(110)과 인테로게이터(120)로 구성된다.
무전원 센서 디스플레이 장치(110)는 안테나(111), RF 트랜스폰더(transponder)(112), 전력 추출부(113), 복조부(114), 디지털 데이터 처리부(115), 센서부(116), 디스플레이 컨트롤러(117), 전자 종이 디스플레이(118) 및 기판(119)을 포함할 수 있다.
먼저, RF 트랜스폰더(112)는 안테나(111)를 통해 유입된 전자기 필드로부터 소정 주파수 대역의 무선 신호를 추출하고, 소정 주파수 대역의 전압 신호로 변환한다.
RF 트랜스폰더(112)에 의해 변환된 전압 신호는 전력 추출부(113)와 복조부(114)에 각각 인가된다.
전력 추출부(113)는 정류회로, 전압 부스터 또는 DC-DC 컨버터와, 커패시터로 구성되어, 소정 주파수의 무선 신호에서 추출된 전기 에너지를 커패시터에 저장하고, 또한 커패시터에 저장된 전기 에너지를 나머지 회로부들(114, 15, 16, 17 및 18)이 사용하는 레벨의 DC 전압으로 변환하여 출력한다.
복조부(114)는 전력 추출부(113)에서 회수(harvest)된 전기 에너지를 바탕으로, RF 트랜스폰더(112)에서 변환된 전압 신호에 적재된 심볼과 클럭 주기를 추출하고, 추출된 심볼로부터 디지털 신호를 복원하며, 추출된 클럭 주기로부터 클럭 신호를 생성한다.
디지털 데이터 처리부(115)는 전력 추출부(113)에서 회수된 전기 에너지 및 복조부(114)에서 복원된 디지털 신호와 클럭 신호에 기초하여, 디지털 신호에 실린 외부 명령 또는 외부 데이터에 따른 소정의 동작을 수행하거나, 센서부(116)를 구동할 센서 제어 신호를 생성하거나, 디스플레이 컨트롤러(117)를 구동할 디스플레이 제어 신호를 생성하거나, 센서부(116)에서 전달된 검출 신호에 관한 소정의 동작을 처리할 수 있다.
예를 들어, 복원된 디지털 신호는 디지털 데이터 처리부(115) 자체의 동작에 관한 명령이거나, 센서부(116) 또는 디스플레이 컨트롤러(117)의 동작에 관한 명령이거나, 또는 전자 종이 디스플레이(118)에 표시될 문자 또는 그래픽 데이터일 수 있다.
예를 들어, 디지털 데이터 처리부(115)는 복원된 디지털 신호에 적재된 명령에 상응하는 디지털 데이터 처리, 또는 검출된 검출 신호에 대해 미리 정해진 디지털 데이터 처리, 예를 들어 노이즈 제거 또는 평균 산출과 같은 소정의 디지털 처리를 수행하고, 그 결과로서 결과 데이터를 획득할 수 있다.
예를 들어, 디지털 데이터 처리부(115)는 비휘발성 메모리를 더 포함하여, 복원된 디지털 신호에 적재된 명령에 따라, 비휘발성 메모리에 사전에 저장되어 있던 저장 데이터를 독출하고, 독출된 저장 데이터를 전자 종이 디스플레이(118)에 표시하도록 디스플레이 제어 신호를 생성할 수도 있다.
또한, 디지털 데이터 처리부(115)는 복호부를 더 포함하여, 복원된 디지털 신호로부터 암호화 키를 추출하고, 추출된 암호화 키를 이용하여 저장 데이터의 복호화를 시도하며, 정상적으로 복호화된 저장 데이터를 전자 종이 디스플레이(118)에 표시하도록 디스플레이 제어 신호를 생성할 수도 있다.
예를 들어, 디지털 데이터 처리부(115)는 복원된 디지털 신호에 적재된 명령에 따라 복수의 센서 동작 모드 중 하나를 선택하는 센서 제어 신호를 생성하거나, 복수의 디스플레이 모드 중 하나를 선택하는 디스플레이 제어 신호를 생성할 수도 있다.
이렇듯, 디지털 데이터 처리부(115)는 복원된 디지털 신호에 포함된 명령 또는 데이터, 생성된 검출 신호, 소정의 디지털 데이터 처리의 결과로 획득한 결과 데이터, 사전에 보유하던 저장 데이터 중 어느 하나에 기초하여 센서 제어 신호 또는 디스플레이 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 디지털 데이터 처리부(115)는 복호부를 더 포함하여, 복원된 디지털 신호에 적재된 암호화된 데이터에 대해 복호화를 시도하고, 데이터가 정상적으로 복호됨으로써 해당 데이터가 적법한 인테로게이터(120)에 의해 적절하게 암호화되어 송출된 것임이 확인된 경우에만, 센서부(116) 또는 디스플레이 컨트롤러(117)를 구동할 센서 제어 신호 또는 디스플레이 제어 신호를 생성할 수도 있다.
센서부(116)는 전력 추출부(113)에서 회수된 전기 에너지, 복조부(114)에서 복원된 클럭 신호 및 디지털 데이터 처리부(115)에서 전달된 센서 제어 신호에 기초하여, 다양한 물리적, 화학적, 기계적, 생체적 현상에 대한 검출 신호를 생성하고 생성된 검출 신호를 디지털 데이터 처리부(115)에 전달할 수 있다.
센서부(116)는 예를 들어 체온 센서, 비침습식 생체 신호 센서, 광량 센서, 화학 물질 센서, 압력 센서, 토크 센서, 가속도 센서, 전압 센서, 전류 센서, 자기장 센서, 방사능 센서, 음향 센서 중 적어도 하나일 수 있다.
센서부(116)는 샘플링 회로 및 아날로그 디지털 변환기를 내장하고, 아날로그 검출 신호를 생성한 다음에 이를 디지털 형식의 검출 신호로 변환할 수 있다.
디스플레이 컨트롤러(117)는 전력 추출부(113)에서 회수된 전기 에너지, 복조부(114)에서 복원된 클럭 신호 및 디지털 데이터 처리부(115)에서 전달된 디스플레이 제어 신호에 기초하여, 디지털 데이터 처리부(115)로부터 전달된 디스플레이 제어 신호에 포함된 문자 또는 그래픽 데이터를 표시하도록 전자 종이 디스플레이(118)를 구동할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 컨트롤러(117)는 디지털 데이터 처리부(115)의 디스플레이 제어 신호에 따라, 외부의 인테로게이터(120)가 송신한 무선 신호에 적재된 외부 명령에 따른 결과 데이터를 표시하거나, 외부 데이터를 표시하거나, 센서부(116)가 생성한 검출 신호를 표시하거나, 센서부(116)의 검출 신호를 디지털 데이터 처리부(115)가 처리한 결과 데이터를 표시하거나, 사전에 저장된 저장 데이터를 표시할 수 있다.
예를 들어, 무전원 센서 디스플레이 장치(110)는, 외부의 인테로게이터(120)로부터 소정의 저장 데이터를 갱신하라는 명령을 적재한 무선 신호를 수신할 경우에, 전자 종이 디스플레이(118)에 그 갱신 성공 여부를 표시할 수 있다.
예를 들어, 무전원 센서 디스플레이 장치(110)는, 외부의 인테로게이터(120)로부터 소정의 외부 데이터를 적재한 무선 신호를 수신할 경우에, 전자 종이 디스플레이(118)에 그 외부 데이터를 그대로 표시할 수 있다.
예를 들어, 무전원 센서 디스플레이 장치(110)는, 외부의 인테로게이터(120)로부터 센서 동작를 수행하라는 명령을 적재한 무선 신호를 수신할 경우에, 센서 동작 수행하고 검출된 검출 신호에 따라 전자 종이 디스플레이(118)에 검출 데이터를 표시할 수 있다.
예를 들어, 무전원 센서 디스플레이 장치(110)는, 외부의 인테로게이터(120)로부터 센서 동작를 수행하라는 명령을 적재한 무선 신호를 수신할 경우에, 센서 동작 수행하고 검출된 검출 신호를 자체적으로 디지털 처리하여 얻은 결과 데이터에 따라 전자 종이 디스플레이(118)에 결과 데이터를 표시할 수 있다.
예를 들어, 무전원 센서 디스플레이 장치(110)는, 외부의 인테로게이터(120)로부터 미리 저장되어 있던 저장 데이터를 표시하라는 명령을 적재한 무선 신호를 수신할 경우에, 저장 데이터를 독출하고, 전자 종이 디스플레이(118)에 저장 데이터를 표시할 수 있다.
특히, 이 경우에, 저장 데이터는 사전에 암호화되어 있어서, 무전원 센서 디스플레이 장치(110)는, 외부의 인테로게이터(120)로부터 미리 저장되어 있던 저장 데이터를 표시하라는 명령에서 추출된 암호화 키에 의해 저장 데이터가 정상적으로 복호화되면, 전자 종이 디스플레이(118)에 저장 데이터를 표시할 수 있다.
한편, 전자 종이 디스플레이(118)는 디스플레이 컨트롤러(117)의 구동에 따라 전원이 인가되는 동안에 시각적으로 구별되는 적어도 두 상태 중 하나로 설정되고, 전원이 차단된 동안에는 설정된 상태를 유지하도록 동작하는 디스플레이이다.
전자 종이 디스플레이(118)는 예를 들어 전기 영동(electrophoretic) 디스플레이, 전기 습윤(electrowetting) 디스플레이, 전기 유체(electrofluidic) 디스플레이, 전기 변색(electrochromic) 디스플레이 또는 건식 입자(dry particle) 디스플레이 중 하나로 구현될 수 있다. 바람직하게는 전자 종이 디스플레이(118)는 소비 전력과 동작 전원 전압의 레벨이 낮고 제조 비용이 낮은 전기 영동 디스플레이일 수 있다.
기판(119)은 무전원 센서 디스플레이 장치(110)의 각 구성요소들(111 내지 118) 중의 적어도 하나가 형성되는 영역을 제공하고, 특히 센서부(116)의 센싱 동작의 대상에 부착될 수 있도록 부착 수단을 제공할 수 있다.
예를 들어 기판(119)은 연성 PCB(printed circuit board)나 SoC(System-on-Chip)의 형태로 구현되고, 옷이나 피부, 상품 표면에 접착할 수 있거나 벽이나 게시판에 붙일 수 있는 유연하고 접착성인 합성수지 필름을 더 가지거나, 또는 상품에 태깅되는 수단을 더 가질 수도 있다.
한편, 인테로게이터(120)는 외부 명령 또는 외부 데이터를 적재한 소정 주파수 및 소정 출력의 무선 신호를 송출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에서, 무전원 센서 디스플레이 장치(110)는 인테로게이터(120)로부터 수신만 하므로, 인테로게이터(120)도 복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들(110)로부터 소정의 응답에 관련된 신호들을 수신하고 처리하는 구성요소를 필요로 하지 않는다.
나아가, 이러한 특징에 의해, 인테로게이터(120)는 복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들(110)의 각각을 식별하는 구성요소를 필요로 하지 않으며, 또한 복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들(110)은 서로를 인식할 필요가 없을 수 있다.
이러한 경우에 한하여, 각각의 무전원 센서 디스플레이 장치(110)는 반드시 서로 고유하게 식별될 필요가 없으며, 동일한 무선 신호를 수신하여 각자의 동작 조건이 맞으면 정해진 디지털 처리 동작, 센서 동작 및 디스플레이 동작을 수행할 뿐이다.
이는 일 실시예에서, 복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들(110)은 서로 우연히 공간적으로 인접하여 공통된 인테로게이터(120)에 의해 동작하는 것일 뿐, 서로 접속된 센서 네트워크를 필수적으로 구성하지는 않을 수 있다는 의미이다.
따라서, 본 발명의 무전원 센서 디스플레이 장치들(110)과 인테로게이터(120)는 네트워크 구성에 관련된 고도의 연산 자원 및 전력을 필수적으로 요구하지 않는다.
사용자는 무전원 센서 디스플레이 장치들(110)을 인테로게이터(120)의 무선 신호 도달 범위 외에는 아무런 제약이나 별다른 설정 없이 소정 공간에 임의적으로 배치시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전원 센서 디스플레이 장치 및 이를 이용한 무전원 로컬 센서 시스템을 예시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 무전원 센서 디스플레이 장치(210)의 각 구성요소들은 도 1의 무전원 센서 디스플레이 장치(110)의 각 구성요소들과 대체로 유사하여, 안테나(211), 전력 추출부(213), 센서부(216), 디스플레이 컨트롤러(217), 전자 종이 디스플레이(218) 및 기판(219)는 각각 안테나(111), 전력 추출부(113), 센서부(116), 디스플레이 컨트롤러(117), 전자 종이 디스플레이(118) 및 기판(119)와 실질적으로 동일하기 때문에 관련된 설명을 생략한다.
도 1의 무전원 센서 디스플레이 장치(110)는 RF 수신부(112)만 있어서 인테로게이터(120)로부터 RF 신호를 수신하기만 하는 반면에, 도 2의 무전원 센서 디스플레이 장치(210)는 RF 수신부(212a)와 RF 송신부(212b)를 포함하는 RF 트랜스폰더(212)를 포함하여, RF 수신부(212a)가 인테로게이터(220)로부터 RF 신호를 수신하여 변복조부(214)에 전달하며, 또한 변복조부(214)를 통해 응답 신호를 변조하여 응답 변조 신호를 생성하고 RF 송신부(212a)가 안테나(211)를 통해 응답 무선 신호를 인테로게이터(220)로 송출할 수 있다.
변복조부(214)는 전력 추출부(213)에서 회수된 전기 에너지를 바탕으로, RF 트랜스폰더(212)에서 변환된 전압 신호에 적재된 심볼과 클럭 주기를 추출하고, 추출된 심볼로부터 디지털 신호를 복원하며, 추출된 클럭 주기로부터 클럭 신호를 생성할 뿐 아니라, 디지털 데이터 처리부(215)가 생성하는 응답 신호에 상응하는 응답 변조 신호를 생성하여 RF 트랜스폰더(212)로 출력한다.
디지털 데이터 처리부(215)는, 인테로게이터(220)에 동작 결과를 보고하기 위하여, 예를 들어 검출 신호의 획득 및 처리와 같은 소정의 디지털 데이터 처리의 결과로서 획득한 결과 데이터를 기초로 응답 신호를 생성하고, 이를 변복조부(214)에 전달할 수 있다.
이렇듯, 본 발명의 일 실시예에서, 무전원 센서 디스플레이 장치들(210)은 회수되는 전력을 이용하여, 각각의 장치 식별 정보와 함께 인테로게이터(220)에 응답 무선 신호를 송출하도록 구성될 수 있다.
인테로게이터(220)는 외부 명령 또는 외부 데이터를 적재한 소정 주파수 및 소정 출력의 무선 신호를 무전원 센서 디스플레이 장치들(210)로 송출할 수 있고, 무전원 센서 디스플레이 장치들(210)로부터 응답 무선 신호를 수신할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 로컬 센서 시스템의 응용 사례를 예시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 무전원 응급실 센서 시스템(300)은 병원의 응급실에서 응급 환자들의 체온을 측정하고 표시할 수 있는 패치형 체온계들(310)과 인테로게이터(320)로 구성될 수 있다.
예를 들어, 패치형 체온계(310)는 피부에 접착할 수 있도록 접착성있는 직물 소재에, 유연하고 신축성이 있으면서 무전원 센서 디스플레이 장치(110)를 구성하는 전자 회로들이 인쇄된 기판을 붙여 제조될 수 있다.
패치형 체온계(310)는 체온을 측정할 수 있는 체온 센서와 측정된 체온을 표시할 수 있는 전자 종이 디스플레이를 포함한다.
응급실 일측에 설치된 인테로게이터(320)는 응급실 내에 누워있거나 돌아다니는 환자들에 부착된 패치형 체온계들(310)을 구별하지 않고 주기적으로 센서를 동작하고 표시하라는 명령과 함께 충분한 전력을 공급할 수 있도록 소정 주파수 및 출력 레벨을 가지고 무선 신호를 송출할 수 있다.
또한 새로 환자가 들어오면 패치형 체온계(310)를 새 환자에게 붙여주기만 하면 되고, 퇴원하는 환자에게서는 패치형 체온계(310)를 회수하면 된다. 입원 또는 퇴원하는 환자가 있더라도 그에 따라 응급실 내의 인테로게이터(320)를 재설정하거나 조정할 필요가 전혀 없다.
각각의 패치형 체온계들(310)은 주기적으로 무선 신호가 수신될 때마다 체온을 측정하고, 측정된 체온을 전자 종이 디스플레이에 표시한다.
이러한 실시예에서는 간호사들이나 응급실 의사들은 굳이 이동식 리더 장치나 체온계를 소지하지 않더라도, 회진하는 동안 환자에 부착된 패치형 체온계(310)에 표시된 체온을 눈으로 확인하고 적절한 조치를 취할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 간호사들이나 응급실 의사들이 인테로게이터(120, 220)의 휴대용 버전이라 할 수 있는 포터블(portable) 인테로게이터 장치(340)를 소지한 상태에서 환자에 어느 정도 가까이 접근하면, 포터블 인테로게이터(340)가 송출하는 무선 신호에 의해 자동으로 패치형 체온계(310)가 동작하여 체온이 표시될 수 있다. 측정된 체온은 포터블 인테로게이터(340)에도 전송된다.
이 실시예에서는, 패치형 체온계(310)는 포터블 인테로게이터(340)가 근접할 때에만 체온을 측정할 정도로 전력이 회수되어, 그때에 체온을 측정하고, 측정된 체온을 전자 종이 디스플레이에 표시하고, 체온 정보를 적재한 응답 무선 신호를 포터블 인테로게이터(340)에 송출한다.
나아가, 응급실에 패치형 체온계(310) 외에 비침습식 생체 정보를 생성하는 무전원 센서 디스플레이 장치를 새로, 예를 들어 비채혈식 혈당계(330)를 새로 도입하더라도, 이러한 비채혈식 혈당계(330)도 패치형 체온계(310)와 마찬가지로 주기적으로 센서를 동작하고 표시하라는 명령이 적재된 무선 신호에 따라 자동으로 생체 정보, 예를 들어 혈당을 측정하고 표시할 것이므로, 응급실 내의 인테로게이터(320)를 재설정하거나 교체할 필요가 전혀 없다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.
100 무전원 로컬 센서 시스템
110 무전원 센서 디스플레이 장치
111 안테나 112 RF 트랜스폰더
113 전력 추출부 114 복조부
115 디지털 데이터 처리부 116 센서부
117 디스플레이 컨트롤러 118 전자 종이 디스플레이
119 기판
120 인테로게이터
200 무전원 로컬 센서 시스템
210 무전원 센서 디스플레이 장치
211 안테나 212 RF 트랜스폰더
212a RF 수신부 212b RF 송신부
213 전력 추출부 214 변복조부
215 디지털 데이터 처리부 216 센서부
217 디스플레이 컨트롤러 218 전자 종이 디스플레이
219 기판
220 인테로게이터
300 무전원 응급실 센서 시스템
310 패치형 체온계
320 포터블 인테로게이터
330 비채혈식 혈당계
110 무전원 센서 디스플레이 장치
111 안테나 112 RF 트랜스폰더
113 전력 추출부 114 복조부
115 디지털 데이터 처리부 116 센서부
117 디스플레이 컨트롤러 118 전자 종이 디스플레이
119 기판
120 인테로게이터
200 무전원 로컬 센서 시스템
210 무전원 센서 디스플레이 장치
211 안테나 212 RF 트랜스폰더
212a RF 수신부 212b RF 송신부
213 전력 추출부 214 변복조부
215 디지털 데이터 처리부 216 센서부
217 디스플레이 컨트롤러 218 전자 종이 디스플레이
219 기판
220 인테로게이터
300 무전원 응급실 센서 시스템
310 패치형 체온계
320 포터블 인테로게이터
330 비채혈식 혈당계
Claims (14)
- 안테나를 통해 유입된 전자기 필드로부터 소정 주파수 대역의 무선 신호를 추출하고, 소정 주파수 대역의 전압 신호로 변환하는 RF 트랜스폰더;
상기 소정 주파수의 전압 신호가 가지는 전기 에너지를 회수하여 커패시터에 저장하고, 상기 커패시터에 저장된 전기 에너지로부터 직류 전원 전압을 생성하여 출력하는 전력 추출부;
상기 RF 수신부에서 변환된 전압 신호에 적재된 심볼과 클럭 주기를 추출하고, 추출된 심볼로부터 디지털 신호를 복원하며, 추출된 클럭 주기로부터 클럭 신호를 생성하는 변복조부;
상기 복원된 디지털 신호에 기초하여 센서 제어 신호를 생성하고, 검출 신호에 기초하여 문자 또는 그래픽 데이터를 포함하는 디스플레이 제어 신호를 생성하는 디지털 데이터 처리부;
상기 센서 제어 신호에 기초하여 검출 신호를 생성하고, 생성된 검출 신호를 상기 디지털 데이터 처리부에 전달하는 센서부;
상기 디스플레이 제어 신호에 포함된 문자 또는 그래픽 데이터를 표시하도록 전자 종이 디스플레이를 구동하는 디스플레이 컨트롤러; 및
상기 디스플레이 컨트롤러의 구동에 따라 전원 전압이 인가되는 동안에 시각적으로 구별되는 적어도 두 상태 중 하나로 설정되고, 전원 전압이 차단된 동안에는 설정된 상태를 유지하도록 동작하는 전자 종이 디스플레이를 포함하는 무전원 센서 디스플레이 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 복원된 디지털 신호는 상기 디지털 데이터 처리부의 동작에 관한 명령이거나, 상기 센서부 또는 상기 디스플레이 컨트롤러의 동작에 관한 명령이거나, 또는 상기 전자 종이 디스플레이에 표시될 문자 또는 그래픽 데이터인 것을 특징으로 하는 무전원 센서 디스플레이 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 디지털 데이터 처리부는 상기 복원된 디지털 신호에 포함된 명령 또는 데이터, 생성된 검출 신호, 소정의 디지털 데이터 처리의 결과로 획득한 결과 데이터, 사전에 보유하던 저장 데이터 중 어느 하나에 기초하여 센서 제어 신호 또는 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 무전원 센서 디스플레이 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 디지털 데이터 처리부는 상기 복원된 디지털 신호에 적재된 명령에 상응하는 디지털 데이터 처리, 또는 상기 검출된 검출 신호에 대해 소정의 디지털 데이터 처리를 수행하고, 그 결과로써 결과 데이터를 획득하며 상기 결과 데이터로부터 상기 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 무전원 센서 디스플레이 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 디지털 데이터 처리부는 비휘발성 메모리를 더 포함하고, 상기 복원된 디지털 신호에 적재된 명령에 따라, 상기 비휘발성 메모리에 사전에 저장되어 있던 저장 데이터를 독출하고, 상기 독출된 저장 데이터를 상기 전자 종이 디스플레이에 표시하도록 상기 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 무전원 센서 디스플레이 장치.
- 청구항 5에 있어서, 상기 디지털 데이터 처리부는 복호부를 더 포함하고, 상기 복원된 디지털 신호로부터 암호화 키를 추출하며, 상기 추출된 암호화 키를 이용하여 상기 저장 데이터의 복호화를 시도하며, 정상적으로 복호화된 저장 데이터를 상기 전자 종이 디스플레이에 표시하도록 상기 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 무전원 센서 디스플레이 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 디지털 데이터 처리부는 상기 복원된 디지털 신호에 적재된 명령에 따라 복수의 센서 동작 모드 중 하나를 선택하는 센서 제어 신호를 생성하거나, 복수의 디스플레이 모드 중 하나를 선택하는 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 무전원 센서 디스플레이 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 디지털 데이터 처리부는 복호부를 더 포함하고, 상기 복원된 디지털 신호에 적재된 암호화된 데이터에 대해 복호화를 시도하고, 데이터가 정상적으로 복호됨으로써 해당 데이터가 적법한 인테로게이터에 의해 적법하게 암호화되어 송출된 것임이 확인된 경우에만, 상기 센서부 또는 상기 디스플레이 컨트롤러를 구동할 상기 센서 제어 신호 또는 상기 디스플레이 제어 신호를 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 무전원 센서 디스플레이 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 전자 종이 디스플레이는 전기 영동(electrophoretic) 디스플레이, 전기 습윤(electrowetting) 디스플레이, 전기 유체(electrofluidic) 디스플레이, 전기 변색(electrochromic) 디스플레이 또는 건식 입자(dry particle) 디스플레이 중 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 무전원 센서 디스플레이 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 안테나, 상기 RF 수신부, 상기 전력 추출부, 상기 변복조부, 상기 디지털 데이터 처리부, 상기 센서부, 상기 디스플레이 컨트롤러 및 상기 전자 종이 디스플레이 중 적어도 하나가 형성되는 영역을 제공하고, 상기 센서부의 센싱 동작의 대상에 부착될 수 있도록 부착 수단을 제공하는 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무전원 센서 디스플레이 장치.
- 외부 명령 또는 외부 데이터를 적재한 소정 주파수 및 소정 출력의 무선 신호를 송출하는 인테로게이터; 및
복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들을 포함하는 무전원 로컬 센서 시스템으로서,
상기 복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들의 각각은,
안테나를 통해 유입된 전자기 필드로부터 소정 주파수 대역의 무선 신호를 추출하고, 소정 주파수 대역의 전압 신호로 변환하는 RF 트랜스폰더;
상기 소정 주파수의 전압 신호가 가지는 전기 에너지를 회수하여 커패시터에 저장하고, 상기 커패시터에 저장된 전기 에너지로부터 직류 전원 전압을 생성하여 출력하는 전력 추출부;
상기 RF 수신부에서 변환된 전압 신호에 적재된 심볼과 클럭 주기를 추출하고, 추출된 심볼로부터 디지털 신호를 복원하며, 추출된 클럭 주기로부터 클럭 신호를 생성하는 변복조부;
상기 복원된 디지털 신호에 기초하여 센서 제어 신호를 생성하고, 검출 신호에 기초하여 문자 또는 그래픽 데이터를 포함하는 디스플레이 제어 신호를 생성하는 디지털 데이터 처리부;
상기 센서 제어 신호에 기초하여 검출 신호를 생성하고, 생성된 검출 신호를 상기 디지털 데이터 처리부에 전달하는 센서부;
상기 디스플레이 제어 신호에 포함된 문자 또는 그래픽 데이터를 표시하도록 전자 종이 디스플레이를 구동하는 디스플레이 컨트롤러; 및
상기 디스플레이 컨트롤러의 구동에 따라 전원 전압이 인가되는 동안에 시각적으로 구별되는 적어도 두 상태 중 하나로 설정되고, 전원 전압이 차단된 동안에는 설정된 상태를 유지하도록 동작하는 전자 종이 디스플레이를 포함하는 무전원 로컬 센서 시스템. - 청구항 11에 있어서, 상기 무전원 센서 디스플레이 장치의 센서부가 생성하는 검출 신호는 환자의 비침습식 생체 정보에 관한 것임을 특징으로 하는 무전원 로컬 센서 시스템.
- 안테나를 통해 유입된 전자기 필드로부터 소정 주파수 대역의 무선 신호를 추출하고, 소정 주파수 대역의 전압 신호로 변환하며, 응답 변조 신호에 기초하여 응답 무선 신호를 생성하고 상기 안테나를 통해 송출하는 RF 트랜스폰더;
상기 소정 주파수의 전압 신호가 가지는 전기 에너지를 회수하여 커패시터에 저장하고, 상기 커패시터에 저장된 전기 에너지로부터 직류 전원 전압을 생성하여 출력하는 전력 추출부;
상기 RF 트랜스폰더에서 변환된 전압 신호에 적재된 심볼과 클럭 주기를 추출하고, 추출된 심볼로부터 디지털 신호를 복원하며, 추출된 클럭 주기로부터 클럭 신호를 생성하고, 디지털 데이터 처리부가 생성하는 응답 신호에 상응하는 응답 변조 신호를 생성하여 상기 RF 트랜스폰더로 출력하는 변복조부;
상기 디지털 신호에 실린 외부 명령 또는 외부 데이터에 따른 소정의 동작을 수행하거나, 센서 제어 신호를 생성하거나, 디스플레이 제어 신호를 생성하거나, 검출 신호에 관한 소정의 디지털 데이터 처리를 수행하고, 상기 디지털 데이터 처리의 결과로서 획득한 결과 데이터를 기초로 응답 신호를 생성하고, 생성된 응답 신호를 상기 변복조부에 전달하는 디지털 데이터 처리부;
상기 센서 제어 신호에 기초하여, 검출 신호를 생성하고 생성된 검출 신호를 상기 디지털 데이터 처리부에 전달하는 센서부;
상기 디스플레이 제어 신호에 포함된 문자 또는 그래픽 데이터를 표시하도록 전자 종이 디스플레이를 구동하는 디스플레이 컨트롤러; 및
상기 디스플레이 컨트롤러의 구동에 따라 전원 전압이 인가되는 동안에 시각적으로 구별되는 적어도 두 상태 중 하나로 설정되고, 전원 전압이 차단된 동안에는 설정된 상태를 유지하도록 동작하는 전자 종이 디스플레이를 포함하는 무전원 센서 디스플레이 장치. - 외부 명령 또는 외부 데이터를 적재한 소정 주파수 및 소정 출력의 무선 신호를 송출하고, 응답 무선 신호를 수신하는 인테로게이터; 및
복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들을 포함하는 무전원 로컬 센서 시스템으로서,
상기 복수의 무전원 센서 디스플레이 장치들의 각각은,
안테나를 통해 유입된 전자기 필드로부터 소정 주파수 대역의 무선 신호를 추출하고, 소정 주파수 대역의 전압 신호로 변환하며, 응답 변조 신호에 기초하여 응답 무선 신호를 생성하고 상기 안테나를 통해 송출하는 RF 트랜스폰더;
상기 소정 주파수의 전압 신호가 가지는 전기 에너지를 회수하여 커패시터에 저장하고, 상기 커패시터에 저장된 전기 에너지로부터 직류 전원 전압을 생성하여 출력하는 전력 추출부;
상기 RF 트랜스폰더에서 변환된 전압 신호에 적재된 심볼과 클럭 주기를 추출하고, 추출된 심볼로부터 디지털 신호를 복원하며, 추출된 클럭 주기로부터 클럭 신호를 생성하고, 디지털 데이터 처리부가 생성하는 응답 신호에 상응하는 응답 변조 신호를 생성하여 상기 RF 트랜스폰더로 출력하는 변복조부;
상기 디지털 신호에 실린 외부 명령 또는 외부 데이터에 따른 소정의 동작을 수행하거나, 센서 제어 신호를 생성하거나, 디스플레이 제어 신호를 생성하거나, 검출 신호에 관한 소정의 디지털 데이터 처리를 수행하고, 상기 디지털 데이터 처리의 결과로서 획득한 결과 데이터를 기초로 응답 신호를 생성하고, 생성된 응답 신호를 상기 변복조부에 전달하는 디지털 데이터 처리부;
상기 센서 제어 신호에 기초하여, 검출 신호를 생성하고 생성된 검출 신호를 상기 디지털 데이터 처리부에 전달하는 센서부;
상기 디스플레이 제어 신호에 포함된 문자 또는 그래픽 데이터를 표시하도록 전자 종이 디스플레이를 구동하는 디스플레이 컨트롤러; 및
상기 디스플레이 컨트롤러의 구동에 따라 전원 전압이 인가되는 동안에 시각적으로 구별되는 적어도 두 상태 중 하나로 설정되고, 전원 전압이 차단된 동안에는 설정된 상태를 유지하도록 동작하는 전자 종이 디스플레이를 포함하는 무전원 로컬 센서 시스템.
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