KR102178794B1 - 온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합 센서 장치 - Google Patents

온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합 센서 장치 Download PDF

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조민석
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Abstract

본 발명은 복합센서 장치에 관한 것으로서, 비데의 착좌 시트의 온도를 감지하는 온도센서, 상기 착좌 시트 표면의 정전용량 변화를 감지하여 감도를 계산하는 착좌 감지 센서, 상기 착좌 감지 센서에 온도 보상 값을 송신하는 온도보상 회로, 상기 감도 정보를 수신하여 착좌 여부를 판정하는 착좌 판정기, 상기 온도 센서의 온도 정보 및 상기 착좌 판정기의 착좌 정보를 수신받아 비데를 제어하는 제어부를 포함하여, 착좌 감지센서에서 온도센서의 온도 정보를 수신받아 온도 보상을 실행함으로써 온도의 변화에도 불구하고 착좌 감지센서의 감도를 일정하게 유지할 수 있는 온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합 센서 장치{INTELLIGENT COMPLEX SENSOR DEVICE COMBINED WITH TEMPERATURE SENSOR AND CAPACITIVE SENSOR}
본 발명은 온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합센서 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 착좌 감지센서에서 온도센서의 온도 정보를 수신받아 온도 보상을 실행함으로써 온도의 변화에도 불구하고 착좌 감지센서의 감도를 일정하게 유지할 수 있는 복합 센서 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비데 좌대 내부에는 착좌 시트의 온도를 감지하여 히터의 온도를 제어하기 위한 온도센서와, 인체의 정전용량을 감지하여 비데의 동작을 제어하기 위한 정전용량 센서가 설치되어 있다.
기존의 센서는 온도센서와 정전용량센서의 회로가 서로 독립적으로 구성되었으나, 비데의 배선작업과 방수, 방습처리가 용이하도록 온도센서와 정전용량센서를 일체화 한 복합센서를 사용하기도 하였다.
도1은 종래의 복합센서의 블록도를 나타낸 것으로서, 도1을 참조하면, 종래의 복합센서는 한개의 PCB상에 온도센서와 착좌 감지센서가 복합화되어 마련됨에도 불구하고, 각 온도센서 회로와 착좌 감지센서 회로는 서로 독립적인 회로 구성을 채택하고 있으므로 분리형 센서와 비교하였을 때 장점이 크지 않았다.
한편, 종래의 착좌 입력센서와 기준 입력센서의 주파수는 반도체의 특성으로 인해 온도에 따른 주파수 기울기가 동일하지 않아, 온도의 변화에 따라 감도 값이 달라지게 된다. 예를 들어, 고온에서는 감도 값이 커지게 되어 착좌 감지센서는 민감해지게 되고, 저온에서는 감도 값이 작아지게 되어 착좌 감지센서는 둔감해지게 된다. 이러한 문제로 인하여, 여름철에는 센서의 오동작이 발생할 수 있고, 겨울철에는 무감이 발생할 수 있기 때문에 종래에는 감도 값의 범위를 제한하여 착좌 모듈을 생산해야 했었고, 그로 인하여 장치의 생산 수율이 낮아지는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 온도센서와 착좌 감지센서가 각각 따로따로 커넥터에 연결되어 있어서, 복합 센서의 제작 과정에서 정상작동 여부를 테스트 할 때도 따로따로 테스트해야 하였으므로 작업 효율이 저하되는 문제점도 있었다.
공개번호 제10-2013-0048931호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 온도센서의 정보를 착좌 감지센서에서 입력을 받아 착좌감지 제어회로에서 온도를 보상하여, 착좌 시트의 온도가 변해도 착좌 감지센서는 일정한 감도를 유지 할 수 있도록 하는 온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 온도센서의 정보를 착좌 감지센서에서 입력을 받아 온도 관련 정보를 수집하고, 만약 정보수집이 되지 않으면 온도센서단자가 오픈 된 것으로 간주하고 착좌 판정기에서 펄스 신호 등을 발생시켜 불량 원인을 쉽게 인지할 수 있도록 하는 온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 센서 장치는, 비데의 착좌 시트의 온도를 감지하는 온도센서, 상기 착좌 시트 표면의 정전용량 변화를 감지하여 감도를 계산하는 착좌 감지 센서, 상기 착좌 감지 센서에 온도 보상 값을 송신하는 온도보상 회로, 상기 감도 정보를 수신하여 착좌 여부를 판정하는 착좌 판정기, 상기 온도 센서의 온도 정보 및 상기 착좌 판정기의 착좌 정보를 수신받아 비데를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 착좌 감지 센서는 상기 착좌 시트 표면의 정전용량 변화 여부를 판단하기 위한 기준 주파수 값을 출력하는 기준 입력센서, 인체의 접촉에 의한 상기 착좌 시트 표면의 정전용량 변화를 입력받아 주파수 값을 출력하는 착좌 입력센서, 상기 착좌 입력센서와 상기 기준 입력센서의 주파수 값 차이에 의해 감도를 계산하는 착좌 감지 제어회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 온도보상 회로는, 상기 온도센서로부터 온도 정보를 수신하고, 수신한 상기 온도 정보에 대응되는 온도 기울기 계수 정보를 상기 착좌 감지 센서에 송신할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 착좌 감지 센서는, 상기 기준 입력센서의 주파수 값에 상기 온도 기울기 계수를 더하여 온도 보상을 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 온도센서의 오픈 여부를 감지하는 온도센서 오픈 감지회로를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 온도센서 오픈 감지회로는, 상기 온도센서의 오픈 여부 정보를 상기 착좌 판정기에 송신할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 착좌 판정기는, 상기 온도센서의 오픈 여부 정보를 수신하고, 상기 온도센서가 오픈 되지 않은 경우, 상기 착좌 감지 센서에서 착좌 여부 정보를 수신하여 HIGH비트 신호 또는 LOW비트 신호를 출력하고, 상기 온도센서가 오픈 된 경우, 펄스 신호를 출력할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합센서 장치는 온도센서의 정보를 착좌 감지센서에서 입력을 받아 착좌감지 제어회로에서 온도를 보상하여, 착좌 시트의 온도가 변해도 착좌 감지센서는 일정한 감도를 유지할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합센서 장치는 온도센서의 정보를 착좌감지 센서에서 입력을 받아 온도 관련 정보를 수집하고, 만약 정보수집이 되지 않으면 온도센서단자가 오픈 된 것으로 간주하고 착좌 판정기에서 펄스 신호 등을 발생시켜 불량 원인을 쉽게 인지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도1은 종래기술에 따른 복합센서 모듈에 관한 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합센서 장치를 나타내는 블록도이다.
도3은 도2를 구체화 한 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합센서 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 감도 특성에 관한 것으로서, 도4a는 종래기술의 일 실시예에 따른 감도 특성을 나타낸 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 보상 후의 감도 특성에 관한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 착좌 판정기가 착좌 여부에 대한 결과를 출력한 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
전술한, 그리고 추가적인 발명의 태양들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 그러나 이하에서 기술하는 실시예들은 단지 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 기술된 실시예들로만 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 또는 실시예 상호 간에 다양한 조합이 가능할 수 있다.
그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소들과는 상관없이 이 구성요소를 반드시 포함한다는 의미이지 다른 구성요소들의 포함 가능성을 배제하고자 하는 것이 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 나아가, 명세서 전체에서 신호는 전압이나 전류 등의 전기량을 의미한다.
또한, 도면에서 도시된 순서도들은 본 발명을 실시함에 있어서 가장 바람직한 결과를 얻기 위해 예시적으로 도시한 순서에 불과하며, 다른 단계들이 더 추가되거나 일부 단계들이 삭제될 수 있음은 물론이다.
도1은 종래기술에 따른 복합센서 모듈에 관한 블록도로서, 도1을 참조하면, 종래의 복합센서 모듈은 착좌 시트의 온도를 감지하는 온도센서, 착좌 시트 표면의 정전용량 변화를 감지하여 감도를 계산하는 착좌 감지 센서, 감도 정보를 수신하여 착좌 여부를 판정하는 착좌 판정기 및 온도 센서의 온도 정보와 착좌 판정기의 착좌 정보를 수신하여 비데를 제어하는 제어부를 포함한다. 그러나, 종래 복합센서는 착좌 여부를 판단하기 위한 구성만을 포함하고 있을 뿐, 착좌 감지센서에서 감도의 온도 보상을 하기 위한 구성은 포함하고 있지 않다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서와 정전용량센서가 결합된 지능형 복합센서 장치를 나타내는 블록도이고, 도3은 도2를 구체화한 블록도이다.
도2및 도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합센서 장치(10)은 착좌 시트의 온도를 감지하는 온도센서(100), 온도센서의 오픈 여부를 감지하는 온도센서 오픈 감지회로(200), 착좌 감지센서에 온도 보상 값을 송신하는 온도보상 회로(300), 착좌 시트 표면의 정전용량 변화를 감지하여 감도를 계산하는 착좌 감지 센서(400), 감도 정보를 수신하여 착좌 여부를 판정하는 착좌 판정기(500) 및 온도 센서의 온도 정보 및 착좌 판정기의 착좌 정보를 수신하여 비데를 제어하는 제어부(600)를 포함 할 수 있다.
온도센서(100)는 착좌 시트의 온도를 감지하고 제어부에 감지 신호를 보내어 사용자가 원하는 온도를 유지하도록 하여 사용자가 쾌적한 환경에서 비데를 사용할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 온도센서(100)는 온도센서 오픈감지회로(200)과 온도보상회로(300)에 온도 감지 신호(V(T))를 보낼 수 있다.
정전용량 센서는 신체 또는 특정 물체가 접촉하였을 때 발생하는 정전용량의 변화를 감지하여 동작하는 센서이다. 정전용량센서는 인체가 터치 면에 접촉할 때 발생하는 미세한 정전용량의 변화와 인체가 터치 면에 접촉하지 않았을 때의 정전용량 설정치 간의 차이를 측정하고 비교하여 최종 출력을 HIGH 또는 LOW로 나타냄으로써 터치 유무를 판단한다. 정전용량 센서는 착좌 감지 센서(400) 및 착좌 판정기(500)를 포함할 수 있다.
착좌 감지 센서(400)는 인체의 접촉에 의해 정전용량이 증가하면 주파수가 낮아지는 원리를 이용한 주파수 감지 방식에 의해 정전용량의 변화를 감지하며, 따라서 인체에 의해 변화되는 미세한 정전용량을 정량적으로 정확하게 감지할 수 있다.
착좌 감지 센서는(400)는 인체의 접촉에 의한 착좌 시트 표면의 정전용량 변화를 입력받아 주파수 값을 출력하는 착좌 입력센서(410), 착좌 시트 표면의 정전 용량 변화 여부를 판단하기 위한 기준 주파수 값을 출력하는 기준 입력센서(420) 및 착좌 입력센서와 기준 입력센서의 주파수 값 차이에 의해 감도를 계산하는 착좌 감지 제어회로(430)를 포함 할 수 있다.
착좌 입력센서(410)은 착좌 시트 표면에 대한 착좌 상태에 따른 주파수를 입력 받을 수 있다. 즉, 착좌 입력센서(410)은 착좌 시트 표면에 대한 착좌가 있는 경우의 변화된 주파수를 입력 받을 수 있고, 착좌 시트 표면에 대한 착좌가 없는 경우에도 잔존하는 미세 정전용량에 의해 변화되는 주파수를 입력 받을 수도 있다. 기준 입력센서(420)는 착좌 시트 표면에 착좌가 없는 경우의 주파수를 입력 받을 수 있다.
착좌 감지 제어회로(430)는 착좌 입력센서(410)와 기준 입력센서(420)로부터 입력 받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 할 수 있다. 더욱 상세하게는, 착좌 입력센서(410)와 기준 입력센서(420)에서 입력 받은 주파수의 파형은 톱니 파형에 해당할 수 있고, 착좌 감지 제어회로는(430) 상기 톱니 파형을 펄스 파형으로 변환할 수 있다. 이 때, 주파수의 카운트 값(CF)은 변환된 펄스 파형의 주기를 단위 시간 당 카운트(count)한 값으로 정의된다.
한편, 착좌 감지 제어회로(430)는 정전 용량 계수 값, 즉 감도(Ts)를 계산하는 기능을 가질 수 있다. 도 4는 감도 특성에 관한 것으로서, 도4a는 종래기술의 일 실시예에 따른 감도 특성을 나타낸 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 보상 후의 감도 특성에 관한 그래프이다.
도 4a를 참조하면 종래에는 착좌 입력센서(SIN)와 기준 입력센서(RIN)의 주파수가 반도체의 특성으로 인해 온도에 따른 주파수 기울기가 동일하지 않았고, 감도(Ts)를 착좌 입력센서의 주파수를 변환한 카운트 값(CFS)과 기준 입력센서의 주파수를 변환한 카운트 값(CFR)의 차이에 비례상수(α)를 곱하여 아래와 같이 계산하였다.
Figure 112019121072300-pat00001
도 4b를 참조하면, 본 발명의 착좌 감지 제어회로(430)는 온도 보상회로(300)로부터 온도 보상 값, 즉 온도 정보에 대응되는 온도 기울기 계수(CR(T)) 정보를 수신하여, 아래의 [수학식 2]와 같이 기준 입력센서의 주파수를 변환한 카운트 값(CFR)에 상기 온도 기울기 계수(CR(T)) 를 더하여 온도 보상을 할 수 있다. 온도 보상회로(300)은 온도센서로부터 온도 정보를 수신하고, 수신한 온도 정보에 대응되는 온도 기울기 계수 정보(CR(T))를 착좌 감지 센서에 송신할 수 있다.
더욱 상세하게는, 착좌 감지 센서(400)는 온도에 따라 감도 값(Ts)이 달라지는 문제가 발생할 수 있으며, 이를 해결하기 위해 [수학식1]에서 CFR 대신에 온도 기울기 값을 보상한 CFR +CR(T)값을 대입하여, 온도에 따른 감도 값의 변화가 둔감해지도록 설계할 수 있다. 이때 CR(T)값은 온도에 따른 감도 값의 변화가 최소화 될 수 있도록 메모리나 IO PIN에 의해 높이거나 낮추는 변수 처리가 가능하다.
Figure 112019121072300-pat00002
온도 기울기 계수(CR(T))는 온도의 함수로 표현될 수 있으며 실제 회로에서는 온도센서에서 입력된 저항의 값을 전압으로 환산하여 온도 대신 전압의 함수로 표현 될 수 있다. 아래의 [수학식 3]은 온도 기울기 계수(CR(T))의 계산 방법으로서, 계산 방법의 예를 들면, 전원 전압이 5V인 경우 온도센서가 25℃에서 10㏀이면 V(T)값이 2.5V가 되고, 온도가 상승하여 온도센서가 5㏀이면 2.2V가 되어 결과적으로 CFR 값을 보정 할 수 있다. 전원 전압이 5V가 아니고 3V라 하더라도 Pullup저항을 조절하면 25℃에서 V(T)값을 2.5V로 맞출 수 있다. 즉, 전원 전압 값과 저항 값으로 온도 보상이 가능하다.
또한, 온도 기울기 계수(CR(T))는 SF(Scale Factor)를 통하여 추가로 스케일링 할 수 있다. 모듈 사용 환경에 있어서, 전원 전압 뿐만 아니라 감도를 결정하는 주변의 시정수가 용도에 따라 다르게 설계 될 수 있기 때문에, 신규 제품별로 Trial & Error 기법을 사용하여 온도 기울기 계수(CR(T))를 조정하면서 온도 변화가 적은 감도 특성을 찾는 설계 기법을 사용할 수 있다.
여기서, SF(Scale Factor)값은 외부에서 조정할 수 있다. 예를 들어, SF는 1배를 기준으로 몇 단계로 나눌 것인지를 결정해서 (예를 들면, 5단계이면 X0.75, X1.0, X1.25, X1.5), GPIO의 입력 PIN으로 SF 변수 값을 입력해 주거나, 입력이 없으면 Default 변수 값을 사용할 수 있고, 또한 메모리에 지정된 변수 값을 입력하는 방법을 사용할 수 있다.
Figure 112019121072300-pat00003
착좌 판정기(500)은 상기 [수학식 2]를 통하여 계산된 감도(Ts)와 복합센서의 설계 시에 임의로 설정한 감도 값(TTH)의 비교를 통하여 착좌 판정(T)을 할 수 있다. [수학식 4]를 참조하면, TTH값을 높게 설정하는 경우 착좌 감지 센서는 둔감해지며, TTH값을 낮게 설정하는 경우 착좌 감지 센서는 민감해지게 된다.
Figure 112019121072300-pat00004
또한, 착좌 판정기(500)는 상기 감도 값에 따라 착좌 시트에 대한 착좌 여부가 결정 된 경우, 착좌 출력을 발생시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 착좌 판정기(500)가 착좌 여부에 대한 결과를 출력한 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도5를 참조하면, 착좌 판정기(500)는 착좌 시트에 대하여 착좌를 감지 하기 전에는 하이(High) 비트로 판정하고, 착좌 시트에 대하여 착좌를 감지한 후에는 로우(Low) 비트로 판정하여 출력을 발생시킬 수 있다. 다만, 출력 신호 파형은 이에 한정되지 않으며, 착좌 판정기(500)는 착좌 여부가 구분될 수 있는 범위에서 다양한 신호 파형을 출력할 수 있다.
한편, 온도센서 오픈감지회로(200)는 착좌판정기(500)에 연결되고, 착좌판정기(500)은 온도센서의 오픈 여부 정보를 수신하여 펄스 신호로 출력할 수 있다. 예를 들어, 온도센서가 오픈 되지 않은 경우, 착좌감지 전에는 하이(HIGH)비트 신호를 송출하고 착좌 감지 후에는 로우(LOW)비트 신호를 송출하며, 온도센서가 오픈된 경우에는 펄스 신호를 출력할 수 있다.
제어부(600)는 온도센서와 착좌판정기의 출력을 입력 받아 히터의 온도를 제어하고 비데의 동작을 제어할 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상과 필수적 특징을 유지한 채로 다른 형태로도 실시될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.
본 발명의 범위는 특허청구범위에 의하여 규정되어질 것이지만, 특허청구범위 기재사항으로부터 직접적으로 도출되는 구성은 물론 그와 등가인 구성으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 복합 센서 장치
100: 온도센서
200: 온도센서 오픈 감지회로
300: 온도보상 회로
400: 착좌 감지 센서
410: 착좌 입력센서
420: 기준 입력센서
430: 착좌 감지 제어회로
500: 착좌 판정기
600: 제어부

Claims (7)

  1. 비데의 착좌 시트의 온도를 감지하는 온도센서;
    상기 착좌 시트 표면의 정전용량 변화를 감지하여 감도를 계산하는 착좌 감지 센서;
    상기 착좌 감지 센서에 온도 보상 값을 송신하는 온도보상 회로;
    상기 감도 정보를 수신하여 착좌 여부를 판정하는 착좌 판정기; 및
    상기 온도센서의 온도 정보 및 상기 착좌 판정기의 착좌 정보를 수신받아 비데를 제어하는 제어부;
    를 포함하는, 복합 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 착좌 감지 센서는,
    상기 착좌 시트 표면의 정전용량 변화 여부를 판단하기 위한 기준 주파수 값을 출력하는 기준 입력센서;
    인체의 접촉에 의한 상기 착좌 시트 표면의 정전용량 변화를 입력받아 주파수 값을 출력하는 착좌 입력센서; 및
    상기 착좌 입력센서와 상기 기준 입력센서의 주파수 값 차이에 의해 감도를 계산하는 착좌 감지 제어회로;
    를 포함하는, 복합 센서 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 온도보상 회로는,
    상기 온도센서로부터 온도 정보를 수신하고,
    수신한 상기 온도 정보에 대응되는 온도 기울기 계수 정보를 상기 착좌 감지 센서에 송신하는 것을 특징으로 하는, 복합 센서 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 착좌 감지 센서는,
    상기 기준 입력센서의 주파수 값에 상기 온도 기울기 계수를 더하여 온도 보상을 하는 것을 특징으로 하는, 복합 센서 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온도센서의 오픈 여부를 감지하는 온도센서 오픈 감지회로를 더 포함하는, 복합 센서 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온도센서 오픈 감지회로는,
    상기 온도센서의 오픈 여부 정보를 상기 착좌 판정기에 송신하는 것을 특징으로 하는, 복합 센서 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 착좌 판정기는, 상기 온도센서의 오픈 여부 정보를 수신하고,
    상기 온도센서가 오픈 되지 않은 경우, 상기 착좌 감지 센서에서 착좌 여부 정보를 수신하여 HIGH비트 신호 또는 LOW비트 신호를 출력하고,
    상기 온도센서가 오픈 된 경우, 펄스 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 복합 센서 장치.
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