KR101744854B1 - 초음파 신호를 이용한 스마트폰 통신 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트폰의 근거리 통신 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스마트폰과 연결된 상대 기기를 초음파를 이용해서 통신하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 스마트폰과 주변 기기가 통신하는 방법은 스마트폰에서 이어폰 단자를 통해, 초음파신호와 가청신호를 포함하는 통신 신호를 송출하고, 주변기기에서 초음파신호는 “1”, 가청 신호는 “0”으로 해석하여 통신하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 신호를 이용한 스마트폰 통신 방법{A COMMUNICATION METHOD FOR SMART PHONE USING ULTRASONIC SIGNALS}

본 발명은 스마트폰의 근거리 통신 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스마트폰과 연결된 상대 기기를 초음파를 이용해서 통신하는 방법에 관한 것이다.

스마트폰과 주변 기기를 무선으로 연결하여 NFC나 블루투수 방식으로 통신하도록 하는 방법들이 개발되고 있다. 이러한 방식들은 별도의 통신용 칩이 필요하기 때문에 비용적인 문제가 따른다. 이에 따라 스마트폰을 다른 스마트폰 또는 주변 기기들과 통신할 수 있도록 하는 새로운 방법에 대한 요구가 계속되고 있다.

한편 초음파를 이용하여 통신을 하고자 하는 시도가 있어왔다.

대한민국 특허 공개 1998-083776호에서는 다수의 전자 제어 유니트들 상호간의 데이터를 초음파를 이용하여 송수신할 수 있도록 한 초음파 다중 통신 시스템을 개시하고 있다. 초음파 다중 통신 시스템은, 입력되는 다중화(Multiplexer)용 펄스 데이터를 미리 설정된 대역의 주파수 신호로서 변조하고, 상기 변조된 신호를 초음파신호로 변환하여 전파 매질을 통해 전파하는 송신기와, 전파매질을 통한 초음파를 주파수 신호로 변환하고, 상기 변환된 주파수 신호중 미리 설정된 주파수 대역내의 신호만을 펄스 데이타로서 복조 하는 수신기와, 상기 송신기와 수신

기에 접속되어 다중화용 펄스 데이타를 상기 송신기로 공급하며, 상기 수신기를 통한 펄스 데이타를 입력하여 데이타의 송수신을 제어하는 제어기를 포함하여 구성된 통신장치를 적어도 하나 이상 구비하여 다수의 통신 장치들 상호간의 데이타를 초음파로서 송수신 하는 방안을 개시하고 있다.

이러한 방식들은 초음파가 매질을 통해서 이동한 후 다시 복조되는 방식으로 통신하기 때문에, 초음파가 매질을 통과하는 과정에서 회절, 반사, 굴절 등에 의해 데이터가 손실되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 초음파가 전달되는 동안 외란파와 함께 전달되어, 통신 오류가 발생하게 되는 문제가 있기 때문에, 주로 소음이 없는 수중에서 통신 수단으로 사용되고 있다.

그리고, 장치면에서도 초음파를 송출할 수 있는 스피커와 초음파의 특정 대역만을 수신할 수 있는 수신기와 같은 복잡한 장치가 요구된다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 스마트폰의 주변 기기와 초음파를 이용하여 통신할 경우 발생할 수 있는 초음파의 회절, 반사, 굴절, 외란파장의 혼선과 같은 문제를 해결하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 기기적으로 스마트폰의 폰스피커을 통해서 초음파를 송출하기가 어렵다는 문제를 해결하는 것이다.

본 발명은 폰 스피커를 통해서 스마트폰과 주변 기기가 통신할 경우, 통신 중 폰스피커를 사용할 수 없다는 문제를 해결하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 통신 방법은 스마트폰에서 이어폰 단자를 통해, 초음파신호와 가청신호를 포함하는 통신 신호를 송출하는 것을 특징으로 한다.

상기 “스마트폰”이라 함은 전통적 의미의 모바일 폰을 포함하나 이에 한정되지 않으며, 통신 가능한 모든 모바일 기기를 포함하는 것으로 이해된다. 일 예로, 3G, 4G 스마트폰, 또는 스마트 패드, 태블릿이 포함된다.

상기 “이어폰 단자”는 이어폰에서 음향을 출력할 수 있도록 오디오 신호를 송출하는 단자를 의미한다.

상기 “오디오 신호”는 이어폰이나 스피커 등에서 음향으로 변환될 수 있는 전기적 신호를 의미한다.

상기 “단자”는 유선 단자 또는 무선 단자일 수 있다. 상기 “유선 단자”는 이어폰의 플러그가 삽입될 수 있는 “이어폰 잭”일 수 있다. 상기 “무선 단자”는 오디오 신호를 송출하는 모뎀일 수 있다.

상기 “초음파 신호”는 초음파로 변환될 수 있는 전기적 신호를 의미한다. 상기 “초음파”은 16 kHz이상의 주파수를 가지는 음파를 의미한다.

상기 “가청 신호”는 가청 음파로 변환될 수 있는 전기적 신호를 의미한다. 상기 “가청음파”는 16 kHz 미만의 주파수를 가지는 음파를 의미한다.

본 발명에 있어서, 상기 초음파 신호는 통신 신호에서 “1”로 해석되며, 상기 가청 신호는 통신 신호에서 “0”으로 해석될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 통신 신호는 신호의 시작을 알리기 위한 헤더 영역과 내용을 전달하기 위한 신호 영역을 포함하는 패킷으로 전달될 수 있다. 상기 신호 영역은 “0”또는 “1”의 신호가 위치하는 다수의 서브 영역들을 포함하며, 상기 서브 영역들은 소정의 간격으로 구분된다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 헤더는 소정 시간, 바람직하게는 상기 하나의 서브 영역보다 긴 시간 동안, 더 바람직하게는 하나의 서브영역과 하나의 간격에 해당하는 시간 동안 초음파 신호가 지속되는 것일 수 있다. 일 예로 서브 영역이 0.02초이며, 하나의 간격이 0.02 초일 경우, 상기 헤더는 0.04 초 동안 지속되는 초음파 신호일 수 있다.

본 발명에 있어서, 패킷의 길이가 길어지면 담을 수 있는 정보의 크기가 커지는 반면 전달시간이 길어지게 되므로, 서로 다른 채널로 보내지는 복수의 서브 패킷을 조합하여 하나의 신호로 보내는 것이 바람직하다. 서로 다른 채널을 통해서 보내지는 서브 패킷들은 송신 시간 또는 헤더의 특징을 통해서 조합을 이룰 수 있으며, 바람직하게는 동시에 보내지는 서브 패킷들이 조합되어 하나의 신호를 이루는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시에 있어서, 이어폰 단자가 스테레오 음향을 구현하는 2채널 단자일 경우, 이어폰 단자에는 좌측 스피커에서 출력되는 오디오 신호를 전달하는 제1 채널과 우측 스피커에서 출력되는 오디오 신호를 전달하는 제2 채널을 가지게 된다. 제1 신호는 제1 채널을 통해서 전달되는 제1 서브패킷과 제2 채널을 통해서 제1 서브패킷과 동시에 전달되는 제2 서브패킷이 조합된 신호일 수 있다.

본 발명의 다른 실시에 있어서, 이어폰 단자가 서라운드 음향을 구현하는 5채널 단자일 경우, 제1 신호는 제1 채널을 통해서 전달되는 제1 서브패킷과 제2 채널을 통해서 제1 서브패킷과 동시에 전달되는 제2 서브패킷과, 제3 채널을 통해서 제1 서브패킷과 동시에 전달되는 제3 서브패킷과, 제4 채널을 통해서 제1 서브패킷과 동시에 전달되는 제4 서브패킷과, 제5 채널을 통해서 제1 서브패킷과 동시에 전달되는 제5 서브패킷이 조합된 신호일 수 있다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 스마트폰과 상대기기는 이어폰 잭을 통해서 유선으로 연결될 수 있다. 스마트폰에서 출력된 통신 신호는 이어폰 단자에 삽입된 이어폰 플러그와 이어폰 플러그에서 연장되는 연장선을 통해서 상대기기에 연결된다. 연장선을 통해서 전달된 통신 신호를 상대 기기에 의해서 해석된다.

본 발명의 다른 실시에 있어서, 상기 스마트폰과 상대기기는 무선으로 연결될 수 있다. 스마트폰에서 출력된 통신 신호는 이어폰 단자로 전달되고, 통신 신호는 무선 송출기를 통해서 전달될 수 있다. 상기 이어폰 단자에는 상기 통신 신호를 증폭하여 송출할 수 있는 증폭기가 부착될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 상대기기는 스마트폰에서 전달되는 통신 신호를 전달받을수 있는 신호 입력단과, 입력된 신호를 약정된 기준으로 해석할 수 있는 모든 전자기기를 의미하는 것으로 이해된다. 상기 약정된 기준은 통신 신호에 따라 동작이 정의된 DB일 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 상대기기는 스마트폰일 수 있으며, 액세서리, 프린터, 컴퓨터, 팩스 등의 사무기기 일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 신호 입력단은 통상의 음향 신호 입력단, 일 예로 마이크입력단 일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 상대기기는 스마트폰에서 출력되는 신호를 해석하는 프로토콜이 내장된다. 상기 프로토콜에는 초음파 신호와 가청 신호를 해석하는 방법과 헤더 영역과 서브 영역을 구분하는 방법 등이 포함된다. 일 실시에 있어서, 상기 프로토콜은 초음파 신호를 “1”로 해석하고, 가청 신호를 “0”으로 해석하며, 소정 시간 동안 “1” 신호가 지속되면 이를 헤더영역으로 인식하고, 헤더 영역에 이어지는 약정된 시간을 신호 영역으로 인식한다. 상기 신호 영역에서는 “0”또는 “1”의 신호를 조합하여 하나의 서브 패킷으로 해석한다.

본 발명에 있어서, 상기 신호 입력단은 복수의 채널에서 송출되는 다수의 서브 패킷으로 조합된 신호를 인식할 수 있도록 다수의 입력단을 가지는 것이 바람직하다. 상대기기는 다수의 입력단으로부터 동시에 입력된 서브 패킷을 조합해서 하나의 신호로 해석하게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 상대기기가 신호를 송출할 수 있는 스마트폰일 경우, 양자는 상호간에 신호를 송출하고 입력 받는 양방향 통신이 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 상대기기에서는 초음파 신호와 가청 신호를 분리하여 가청 신호는 스피커로 전달하여 재생할 수 있다. 상기 스피커는 기기에 부착된 스피커 또는 상대 기기에 부착된 이어폰 스피커일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 스마트폰에는 상대 기기에 전송하는 통신 신호를 생성하는초음파 통신 제어부를 포함한다.

상기 초음파 통신 제어부는 스마트폰의 다른 통신 프로그램과 함께 스마트폰의 기본 운영 체계에 포함될 수 있다.

상기 초음파 통신 제어부는, 또한, 스마트폰의 기본 운영 체계와 별도로 기본 앱 형태로 설치될 수 있다. 상기 기본앱은 스마트폰의 설정을 변경할 수 있도록 스마트폰의 커널단에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 기본 앱은 스마트폰과 통신하는 상대 기기를 작동할 수 있는 제어 화면과 신호를 정의한 DB를 포함할 수 있으며, 제어 화면을 통해서 생성된 제어 신호를 초음파 신호를 포함하는 통신 신호로 변경하여 이어폰 단자로 출력할 수 있다.

본 발명에 의해서 초음파를 이용한 스마트폰의 통신 방법이 제공되었다. 본 발명에 따른 방법은 초음파 신호를 스피커로 출력하지 않고 통신할 수 있어, 스피커 출력 및 매질 이동에 따른 신호의 손상 및 신호의 혼선을 야기하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명과 같이 이어폰 단자의 다채널을 통해서 각각 송출되는 서브 패킷을 조합해서 신호를 구성할 경우, 패킷의 길이를 짧게 하면서도 다수의 정보를 담을 수 있다.

또한, 이어폰 잭으로 출력되는 다른 가청 신호를 송출하면서 동시에 통신이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 있어서, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방식을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 있어서, 하나의 채널을 통해서 전송되는 신호를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 있어서, 두 개의 채널을 통해서 전송되는 신호를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 액세서리의 동작을 디지털 신호로 정의한 DB이다.
도 5는 본 발명의 실시에 따라서, 스마트폰과 액세서리가 결합된 상태를 사진으로나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시에 따라서, 스마트폰과 액세서리가 결합된 상태를 블록으로나타내는 블럭도이다.
도 7은 본 발명에 따른 앱 제어부의 화면을 나타내는 도면이다.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명은 예시하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.

스마트폰에서 이어폰 단자를 통해서 출력되는 신호는 도 1에서 도시된 바와 같이, 16 kHz이상의 주파수를 가지는 초음파 신호와 16 kHz 미만의 주파수를 가지는 가청신호로 분리된다. 16 kHz이상의 초음파 신호를 “1”로 정의하고, 초음파가 아닌 가청신호는 “0”으로 정의하면, 이어폰 단자를 통해서 출력되는 아날로그적인 오디오 신호는 디지털 신호로 바뀐다.

도 2에서는 이어폰 단자를 통해서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 이를 통신 신호로 변환된 상태를 나타낸다. 통신 신호는 신호의 시작을 알리는 제어신호(Header)를 신호의 맨 앞에 0.04초의 파장으로 1의 신호를 주고, 이후 0.02초 간격으로 초음파 신호, 가청 신호, 및 간격신호를 보내는 방식을 사용한다. 간격신호는 16 kHz 미만의 주파수 또는 주파수가 없을 수 있다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 예를 들어 2의 2승의 신호를 보낼 경우, 최초 0.04초의 제어신호+0.02초의 간격+0.02초의 파장신호(혹은 신호 없음)+0.02초의 간격+0.02초의 파장신호를 보내면 되며, 이 경우 좌, 우 음향신호의 구분을 주면 0.12초에 2의 2승에 좌우구분 두 가지의 경우를 합쳐 8가지의 구분 가능한 신호를 기기에 보낼 수 있다. 이러한 방식을 계속하면 2의 6승의 신호에 좌우 구분 두 가지의 경우를 합쳐 128가지의 구분 가능한 신호를 0.28초에 전달할 수 있다. 신호의 시간의 길이는 프로토콜을 어떻게 구성하느냐에 따라 달라지며, 0.08초에 4가지 구분 가능한 신호부터 가능하여 진다.

40 ms의 초음파구간과 20ms의 간격구간 및 20ms의 신호구간이 6회 반복되는 280 ms길이의 서브 유닛이 2 채널로 전달되는 통신 프로토콜을 사용할 수 있다.

도 4에 예시된 바와 같이, 귀 작동 신호는 제1 채널과 제2 채널에서 40 ms의 초음파 구간 후 가청 신호로만 이루어진다.

귀 멈춤 신호는 40 ms 초음파 구간 후, 220 ms의 가청신호와 20 ms의 초음파 신호가 이어지는 제1 채널신호와 제2 채널에서 40 ms 의 초음파 신호 후 240 ms 동안 가청 신호로가 이어지는 제2 채널신호의 조합으로 나타낼 수 있다.

눈 작동 신호는 40 ms 초음파 구간 후, 120 ms의 가청신호와 20 ms의 초음파 신호와 다시 100 ms 동안 가청신호가 이어지는 동일한 제1 채널 및 제2 채널 신호로 정의될 수 있다. 이러한 방식으로 128개의 동작을 280 ms 동안의 신호를 전송할 수 있다.

도 5에서는 예시된 바와 같이, 스마트폰의 상대기기인 액세서리(100)는 캐릭터 형태의 몸체와 캐릭터 몸체의 하단에 돌출된 스마트폰의 이어폰 단자에 삽입될 수 있는 플러그(120)가 형성되고, 캐릭터 몸체의 일 측에는 이어폰 삽입구가 형성된다. 상기 캐릭터 몸체의 내부에는 캐릭터 몸체의 각 부위를 동작하기 위한 제어부(140)가 내장되어 있다. 이어폰 플러그(120)는 통상의 4극 이어폰을 사용하고, 이어폰 플러그(120)는 스마트폰(200)의 이어폰 잭(220)에 삽입되어 제어부(140)에 전원을 공급한다.

액세서리(100)는 제어부(140)을 통해서 조절되는 전기 및 기계적 반응이 가능한 로봇 형태의 캐릭터형 악세사리이다. 예를 들어, 캐릭터 몸체의 귀는 양쪽이 앞뒤로 딸각거리면서 접혔다 폈다를 반복할 수 있으며, 눈은 양쪽 눈이 각각 눈꺼풀이 깜박거리게 작동되며, 입은 내장된 LED 전구에 의해서 점등 또는 소등된다. 또한, 몸체부 내부에는 귀나 눈을 움직일 수 있는 소형 전자석과 장치들이 내장되고, LED 전구를 점등 또는 소등할 수 있는 스위치가 내장된다.

스마트폰(200)에는 이어폰의 플러그를 삽입할 수 있는 이어폰 잭(220)이 형성되어 있으며, 액세서리(100)의 하단에 있는 이어폰 플러그(120)가 스마트폰(200)에 있는 이어폰 잭(220)에 삽입되어 통신 가능하도록 결합된다.

도 6에서 도시된 바와 같이, 스마트폰(200)의 커널단에는 기본앱(250)이 설치된다. 기본 앱(250)은 액세서리(100)의 움직임을 제어하는 신호를 정의한 데이터 베이스(251)를 포함한다.

또한, 기본앱은 상기 액세서리(100)를 제어하는 제어신호를 송출하는 앱제어부(253)과 앱제어부(253)에서 송출되는 제어 신호를 데이터 베이스(251)에 따라 초음파 신호와 가청신호로 이루어진 통신 신호로 변조하는 변조부(252)를 포함한다.

상기 변조된 통신 신호(252)는 이어폰 단자(220)을 통해서 액세서리(100)에 전달된다.

액세서리(100)에는 이어폰 단자(220)을 통해서 액세서리(100)으로 송신된 통신 신호는 수신부(142)와 수신된 통신 신호를 처리하는 신호 처리부(143)와 상기 신호 처리부로부터 신호를 받아 액세서리의 각 부위의 동작을 제어하는 동작부(144)와

통신 신호에서 분리된 음성신호를 액세서리에 연결된 이어폰으로 송출하는 음성 송출부(145)를 포함한다.

신호처리부(143)에서는 수신부(142)에서 수신된 신호를 파장을 기준으로 초음파 신호와 가청 신호로 구분하여 초음파 신호는 “1”, 가청신호는 “0”으로 디지털화한다. 초음파 신호가 40 ms 지속될 경우, 나머지 240 ms를 신호 영역으로 판단하여 나머지 240 ms에서 얻어지는 신호 값을 DB(141)과 대비하여 해당 동작을 판단하고, 이를 동작부(141)로 전송하여 액세서리를 동작시킨다.

또한, 신호처리부(143)에서는 통신 신호에서 16 kHz이하의 가청 신호를 별도로 분리하여 별도의 음성 신호로 송출한다.

상기 기본 앱(250)은 안드로이드나 애플의 앱 서비스에서 다운로드되어 스마트폰(200)의 커널단에 설치되고, 스마트폰의 전화/문자/기타 알림 신호를 이용하여 액세서리의 모션을 제어하게 되며, 다양한 조작 버튼을 통해서 액세서리 각 부분의 움직임을 제어할 수 있다.

도 7에서 도시된 바와 같이, 캐릭터형 스마트폰 액세서리(100)의 동작을 제어하기 위한 앱 제어부(253)에는 일 예로, 동작 테스트 및 설정 페이지에서는 상단에 귀동작 제어부(261), 눈동작 제어부(262), 눈꺼풀 작동 제어부(263), LED 작동 제어부(264)가 있으며, 하단에 전화 수신 알림 제어부(265), 문자 수신 알림 제어부(266), 부재중 전화 알림 제어부(267), SNS 수신 알림 제어부(268)이 있어, 하단에서 제어된 각 상황에 따른 기구의 움직임을 정의하여 제어할 수 있다.

100: 액세서리
200: 스마트폰

Claims (5)

1. 스마트폰과 주변 기기가 유선으로 통신하는 방법에 있어서,
   상기 스마트폰의 이어폰 단자와 주변기기가 유선으로 연결되고,
   상기 스마트폰에서 이어폰 단자를 통해 초음파 신호와 가청신호를 각각 "1"과 "0"으로 하는 통신 신호를 송출하고,
   상기 주변기기에서 스마트폰에서 출력되는 신호를 해석하는 프로토콜이 내장된 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 통신 신호는 신호의 시작을 알리기 위한 헤더 영역과 내용을 전달하기 위한 신호 영역을 포함하는 패킷으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 통신 신호는 하나의 신호가 다수의 채널을 통해서 분할되어 전달되고, 상대기기에서 조합되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 통신 신호는 이어폰 단자의 2 채널을 통해서 유선으로 상대기기에 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주변기기는 통신 신호에 포함된 가청 신호를 스피커로 재생하는 것을 특징으로 하는 방법.

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