KR102028892B1 - 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위치 모듈에 관한 것으로서, 특히 진동이 전달되는 넓은 영역의 공간을 모두 하나의 스위치로 사용하여 여러 가지 부하들마다 사용자에 의해 설정된 진동 패턴으로 구동할 수 있는 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 피에조 소자가 구비되며, 사용자의 진동명령을 입력받는 매개체에 부착되는 진동 감지 소자 및 상기 진동 감지 소자로부터 감지되는 진동 패턴을 메모리부에 저장된 지정신호 패턴과 비교해서 부하 제어신호를 출력하는 패턴 분석부가 구성되는 진동 패턴 감지부; 그리고 상기 진동 패턴 감지부로부터 부하 제어신호를 전달받아 부하를 제어하는 부하 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈을 제공한다.

Description

피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈{Switch Module By Sensing Vibration Pattern Using Piezo Effect}

본 발명은 스위치 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진동이 전달되는 넓은 영역의 공간을 모두 하나의 스위치로 사용하여 여러 가지 부하들마다 사용자에 의해 설정된 진동 패턴으로 구동할 수 있는 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈에 관한 것이다.

종래 기술로서 사용자가 스위치 조작을 하지 않고도 진동에 의해서 스위치가 동작되어 메모리에 저장된 패턴에 의해서 LED램프를 점등시킬 수 있는 진동스위치를 갖는 시그널 장치가 개발된 바 있다(특허공개 제2003-0060044호 참조).

상기 시그널 장치는 전원을 공급받기 위한 배터리, 배터리와 연결되어 진동이 전달됨에 따라 온 상태로 전환되어 전원을 공급하는 진동스위치, 진동스위치가 온 상태로 전환됨에 따라 배터리의 전원을 공급받아 제어신호를 발생시키는 제어부, 제어신호에 의해서 점/소등되는 LED램프와 각 부품이 실장되는 PCB기판을 포함하여 구성된다.

또 다른 종래 기술로서 누름 버튼과 연동하는 연결 부재의 양단에 형성된 연결봉이 상하로 회전 운동하도록 제어함으로써, 압전 소자에 물리적인 힘을 가할 때 생성되는 전압으로 자가 발전할 수 있는 압전 소자를 이용한 자가발전 무선 스위치가 개발된 바 있다(특허 제1432167호 참조).

상기 스위치는 고정판, 고정판 상에 장착되는 제1 고정 부재, 제1 고정 부재와 이격되는 위치에 장착되는 제2 고정 부재, 압전 소자, 제2 고정 부재 사이를 연결시켜주는 연결부재, 제2 고정 부재에 삽입되는 연결봉, 연결봉의 승강 운동을 제어하는 누름 버튼, 누름 버튼의 작동시 압전 소자에서 생성되는 전압을 인가받아 온,오프 제어하는 구동 제어 회로를 포함하여 구성된다.

그런데, 기존의 벽부 스위치 및 리모트 컨트롤러는 특정된 영역의 버튼 등을 누름으로써 부하를 제어하는 방식을 사용하고 있어서 거울이나 유리 등의 넓은 영역에 설치할 수 없는 문제점이 있고, 개별 부하마다 해당하는 스위치를 찾아서 일일이 작동시켜야만 하는 번거로움이 있었다.

KR 특허공개 제2003-0060044호 (2003.07.12) KR 특허 제1432167호 (2014.08.13)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 나무나 유리 등 특정 진폭 이상의 진동이 가능한 물체에 모듈 형태로 설치하여 넓은 영역의 공간을 모두 스위치로 활용가능하고 하나의 스위치에 다양한 진동 패턴을 인식시켜 여러 가지 부하들을 일괄적으로 제어할 수 있는 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈은 피에조 소자가 구비되며, 사용자의 진동명령을 입력받는 매개체에 부착되는 진동 감지 소자 및 상기 진동 감지 소자로부터 감지되는 진동 패턴을 메모리부에 저장된 지정신호 패턴과 비교해서 부하 제어신호를 출력하는 패턴 분석부가 구성되는 진동 패턴 감지부; 그리고 상기 진동 패턴 감지부로부터 부하 제어신호를 전달받아 부하를 제어하는 부하 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 진동 패턴 감지부는 진동의 주파수와 진폭이 설정된 비교값의 범위 이내인 경우 정상신호로 인정하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 진동 패턴 감지부는 상기 정상신호의 횟수와 주기를 하나의 패턴으로 인식하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진동 감지 소자는 사용자의 진동명령을 입력받는 매개체에 부착되는 진동 전달체; 상기 진동 전달체의 표면에 링 형태로 부착되는 피에조 소자; 및 상기 피에조 소자의 주면을 따라 접촉하여 전기신호를 전달하는 전극; 을 포함하여 구성되며, 상기 진동 전달체, 피에조 소자 및 전극은 동심원을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈은 다음과 같은 효과를 발휘한다.

첫째, 나무나 유리 등의 물체에 진동이 전달되는 넓은 영역의 공간을 모두 하나의 스위치로 사용하여 부하를 제어해서 벽부 스위치의 대체 사용이 가능하고 거울이나 유리 등 물리적 스위치를 설치할 수 없는 곳에 적용할 수 있다.

둘째, 물체에 노크 혹은 특정 패턴의 진동을 감지하고 이때 발생된 적정 주파수와 진동, 즉 정상신호의 횟수와 시간에 따른 주기를 하나의 패턴으로 인식해서 의도하지 않은 외부충격에 의한 진동을 필터링하여 동작의 정확도를 높일 수 있다.

셋째, 각각의 제어기기로 제어해야 할 일들을 한곳에서 통합 제어할 수 있고, 예를 들어 침대에 누운채로 전등을 켜고 끌 수 있어 어두운 상황에서 스위치를 찾아 움직일 필요가 없는 등 실생활에 매우 편리하며 사물인터넷에 폭넓게 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈을 나타내는 구성도;
도 2는 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈의 진동 감지 소자를 나타내는 도면;
도 3은 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈의 정상신호 인식을 나타내는 그래프;
도 4는 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈의 사용 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭이 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈을 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈의 진동 감지 소자를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈의 정상신호 인식을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 진동 패턴 감지부(100) 및 부하 제어부(200)를 포함하여 모듈화해서 사용자가 손쉽게 설치가능하도록 구성된다.

진동 패턴 감지부(100)는 진동 감지 소자(110), 메모리부(120) 및 패턴 분석부(130)를 포함하여 구성된다.

진동 감지 소자(110)는 피에조 소자(Ceramic Piezo Element)(111)가 구비되며, 노크 등 사용자의 진동명령을 입력받는 나무나 유리 등의 매개체에 부착되어 진동을 감지한다.

상기 매개체는 나무(책상, 가벽, 문)나 유리(거울, 샤시) 등 외부 충격시 특정 진폭 이상의 기계적 진동이 가능한 물체이면 충분하며 주로 넓은 영역의 면적에 걸쳐 적용이 가능하다.

구체적으로, 진동 감지 소자(110)는 진동 전달체(112), 피에조 소자(111) 및 전극(113)을 포함하여 구성된다.

진동 전달체(112)는 상기 매개체에 부착되어 피에조 소자(111)에 진동을 전달하는 것으로 금속(Metal) 재질이 사용되는 것이 바람직하다.

피에조 소자(Ceramic Piezo Element)(111)는 진동(기계적 에너지)을 전기 에너지로 변환하는 것으로, 상기 진동 전달체(112)의 표면에 링 형태로 부착된다.

전극(Electrode)은 상기 피에조 소자(111)의 주면을 따라 접촉하여 전기신호를 전달하며, 도면에서는 일 실시예로 피에조 소자(111)의 내주면을 따라 접촉하도록 원판 형태로 구성되어 있다.

여기서, 상기 진동 전달체(112), 피에조 소자(111) 및 전극(113)은 사용자에 의한 특정 패턴의 진동명령을 전방위에 걸쳐 안정적으로 인식하도록 동심원을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.

메모리부(120)는 사용자에 의한 다양한 진동명령의 종류들을 진동의 주파수와 진폭, 횟수와 주기의 조합을 이용하여 특정 지정신호 패턴으로 저장한다.

이러한 지정신호 패턴은 사용자가 실제 입력하는 패턴으로 모듈에 설정되며, 이 패턴과 동일한 경우에만 스위치가 정상 동작하고, 사용자의 패턴입력은 원하는 경우 수시로 변경할 수 있도록 구성한다.

패턴 분석부(130)는 상기 진동 감지 소자(110)로부터 감지되는 진동 패턴을 상기 메모리부(120)에 저장된 지정신호 패턴과 비교해서 부하 제어신호를 출력한다.

이때, 상기 진동 패턴 감지부(100)의 패턴 분석부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 진동의 주파수와 진폭이 설정된 비교값의 범위 이내인 경우 정상신호로 인정한다.

이것은 일반적으로 물체의 종류나 충격의 세기에 따라 진동의 주파수와 진폭이 변하기 때문에 의도치 않은 외부 충격에 의한 진동을 필터링하여 동작의 정확도를 높이기 위함이다.

그리고, 상기 진동 패턴 감지부(100)의 패턴 분석부(130)는 상기 정상신호의 횟수와 주기를 하나의 패턴으로 인식해서 상기 메모리부(120)에 저장된 지정신호 패턴과 비교한다.

이와 같이 진동 패턴 감지부(100)는 상기 구성들에 의해 피에조 소자(111)로부터 사용자의 진동명령을 받아서 패턴 분석부(130)가 메모리부(120)의 저장 패턴과 비교하여 부하 제어신호를 출력한다.

부하 제어부(200)는 상기 진동 패턴 감지부(100)로부터 부하 제어신호를 유선 또는 Wi-Fi나 블루투스 등의 무선통신을 이용해서 전달받아 각종 부하(램프나 가전제품 등)를 직접 제어한다.

도 4는 본 발명에 따른 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈의 사용 상태를 나타내는 도면으로, 화장대 거울 영역이나 테이블 영역(매개체)에 충격(사용자에 의한 진동명령) 입력시 램프제어가 가능함을 보여주고 있다.

따라서, 본 발명은 피에조 효과를 이용하여 나무나 유리 등 외부충격시 특정 진폭 이상의 기계적 진동이 가능한 물체에 노크 혹은 특정 패턴의 진동을 감지하고 외부 진동의 주파수와 진폭을 측정, 측정된 신호와 설정된 신호가 부합하는지 비교하여 제어신호를 출력해서 유선 또는 무선으로 부하단 전원인가 및 제어가 가능한 것이다.

다시 말해서, 물체에 붙어있는 세라믹의 진동으로 기전력이 발생하며 이때 발생된 주파수와 진동이 임의로 설정된 값의 범위에 만족되면 이를 정상신호로 인식하고 정상신호의 횟수와 시간에 따른 주기를 하나의 패턴으로 인식해서 의도하지 않은 외부충격에 의한 진동을 필터링하여 동작의 정확도를 높일 수 있는 것이다.

그리고, 이러한 패턴은 사용자가 실제 입력하는 패턴으로 모듈에 설정되고 원하는 경우 수시로 변경할 수 있으며, 이 패턴과 동일한 경우에만 정상 동작함으로써, 진동이 전달되는 넓은 영역의 공간을 모두 하나의 스위치로 사용하여 부하를 제어할 수 있기 때문에 벽부 스위치의 대체 사용이 가능하고 거울이나 유리 등 물리적 스위치를 설치할 수 없는 곳에 적용할 수 있는 것이다.

또한, 컴퓨터 및 휴대폰의 프로그램 제어나 가전제품의 대기전력 차단, IR을 사용하는 가전제품의 전원 온/오프 및 동작 제어가 하나의 스위치로 가능해서 각각의 제어기기(리모컨)로 제어해야 할 일들을 한곳에서 통합 제어할 수 있는 것이다.

본 발명의 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈을 이용하면 방문, 침대, 책상 등의 전 영역에 진동(충격) 입력시 전등제어가 가능해지는 등 침대에 누운채로 전등을 켜고 끌 수 있어 어두운 상황에서 스위치를 찾아 움직일 필요가 없으며, 방에 들어갈 경우나 나갈 경우 문을 통해 직접 전등을 제어할 수 있는 등 실생활에 매우 편리함은 물론이고 최근 각광받고 있는 사물인터넷에 폭넓게 활용가능한 이점이 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.

100...진동 패턴 감지부 110...진동 감지 소자
111...피에조 소자 112...진동 전달체
113...전극 120...메모리부
130...패턴 분석부 200...부하 제어부

Claims (4)

1. 피에조 소자가 구비되며, 사용자의 진동명령을 입력받는 매개체에 부착되는 진동 감지 소자 및
   상기 진동 감지 소자로부터 감지되는 진동 패턴을 메모리부에 저장된 지정신호 패턴과 비교해서 부하 제어신호를 출력하는 패턴 분석부가 구성되는 진동 패턴 감지부; 그리고
   상기 진동 패턴 감지부로부터 부하 제어신호를 전달받아 부하를 제어하는 부하 제어부; 를 포함하여 구성되며,
   상기 진동 감지 소자는 사용자의 진동명령을 입력받는 매개체에 부착되는 진동 전달체;
   상기 진동 전달체의 표면에 링 형태로 부착되는 피에조 소자; 및
   상기 피에조 소자의 주면을 따라 접촉하여 전기신호를 전달하는 전극; 을 포함하여 구성되며,
   상기 진동 전달체, 피에조 소자 및 전극은 동심원을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동 패턴 감지부는 진동의 주파수와 진폭이 설정된 비교값의 범위 이내인 경우 정상신호로 인정하는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 진동 패턴 감지부는 상기 정상신호의 횟수와 주기를 하나의 패턴으로 인식하는 것을 특징으로 하는 피에조 효과를 이용한 진동 패턴 감지 스위치 모듈.
4. 삭제

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