KR102212187B1 - 수유를 위한 IoT 조명장치의 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IoT조명장치의 제어시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 제어시스템은, 조명등과, 음향검출부와, 자세검출부와, 생체신호검출부와, 음향출력부를 구비하는 IoT조명장치; 상기 IoT조명장치에서 획득한 음향데이터, 자세데이터 및 생체신호를 이용하여 감시대상자의 수면상태를 판단하는 수면상태판단부; 상기 수면상태판단부의 판단결과를 이용하여 설정 조건을 충족하는지 여부를 판단하고, 설정 조건이 충족되면 상기 IoT조명장치의 동작모드를 수유등 모드로 전환하는 모드전환판단부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 보호자와 아기의 상태를 모니터링한 결과를 바탕으로 IoT조명장치의 동작 모드를 수유등 모드, 수면등 모드 등으로 자동 전환할 수 있다. 따라서 보호자의 입장에서는 리모컨이나 스마트폰 등을 조작할 필요가 없으므로 사용 편의성이 크게 높아진다. 또한 보호자와 아기의 상태를 함께 모니터링하고 모니터링 결과를 바탕으로 최적의 시기에 수유등 모드로 전환함으로써 보호자의 수면의 질을 개선하여 육아 피로도를 줄일 수 있고 아기의 수면 방해도 최소화할 수 있게 된다.

Description

수유를 위한 IoT 조명장치의 제어 시스템 및 방법{Control system and method of IoT lighting device for lactation}

본 발명은 댁내에 설치된 IoT 조명장치(무드등, 천정등 등)의 제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 아기의 상태에 따라 IoT 조명장치의 동작모드를 자동으로 전환할 수 있는 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 아기들은 생후 1년 정도 수유가 필요하며, 수유 횟수는 생후 1개월까지는 약 2~3시간 간격으로 하루 평균 8~12회 , 생후 2개월 까지는 3~4시간 간격으로 하루 평균 6~8회, 생후 3개월 부터는 4~5시간 간격으로 하루 평균 5~6회 정도인 것으로 알려져 있다.

그러나 아기 마다 수유량이나 수유 횟수의 차이가 크고, 모유와 분유의 수유 간격에도 차이가 있기 때문에 수유 간격이나 횟수를 모든 아기에게 일률적으로 적용할 수는 없다.

수유 간격이나 횟수를 세는 것 보다 더 중요한 것은 보호자가 아기에게 주의를 집중하여 아기가 표현하는 수유 요구 신호를 정확하게 파악하는 것이다.

그러나 밤에도 몇 번을 깨야 하는 보호자의 입장에서는 항상 잠이 모자라므로 밤에 아기를 주의 깊게 살피는 것은 결코 쉬운 일이 아니며, 아기가 깨서 울거나 칭얼거릴 때만 일어나서 수유를 할 수밖에 없는 것이 현실이다.

한편 밤에 수유를 하기 위해서는 조명을 켜야 하는데 영유아의 눈이 밝은 빛에 장기간 노출되면 근시가 될 확률이 높은 것으로 알려져 있으므로 최근에는 수유할 때 일반 조명등을 켜지 않고 밝기와 색온도가 낮은 수유등을 사용하는 경우가 늘어 나고 있다.

그런데 종래의 수유등은 잠에서 깬 보호자가 몸을 일으키거나 팔을 뻗어서 스위치를 직접 조작해야 하는 불편이 있었다. 이러한 불편을 개선하기 위하여 리모컨이나 스마트폰으로 제어할 수 있는 수유등이 소개되기도 하였으나 보호자의 입장에서는 여전히 리모컨이나 스마트폰을 손에 쥐고 명령을 입력해야 하는 불편이 있다. 또한 음성으로 제어할 수 있는 수유등이 소개되기도 하였으나 보호자의 음성으로 인해 아이가 놀라거나 숙면이 방해될 수 있는 단점이 있다.

등록특허 제10-1639670호(2016.07.15 공고) 등록특허 제10-1940218호(2019.04.11 공고)

본 발명은 이러한 배경에서 안출된 것으로서, 사용자가 리모컨이나 스마트폰 등을 조작하지 않고도 자동으로 온/오프할 수 있고, 아이의 상태에 따라 동작모드를 수유모드 또는 수면모드로 자동 전환할 수 있는 IoT조명장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 아기와 보호자의 상태를 함께 모니터링하고 모니터링 결과를 바탕으로 적절한 시기에 보호자에게 기상 알람을 제공함으로써 보호자의 수면의 질을 개선하고 육아 피로도를 줄이는 한편 아기의 수면 방해도 최소화할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상은, 조명등과, 음향검출부와, 자세검출부와, 생체신호검출부와, 음향출력부를 구비하는 IoT조명장치; 상기 IoT조명장치에서 획득한 음향데이터, 자세데이터 및 생체신호를 이용하여 감시대상자의 수면상태를 판단하는 수면상태판단부; 상기 수면상태판단부의 판단결과를 이용하여 설정 조건을 충족하는지 여부를 판단하고, 설정 조건이 충족되면 상기 IoT조명장치의 동작모드를 수유등 모드로 전환하는 모드전환판단부를 포함하는 IoT조명장치의 제어시스템을 제공한다.

본 발명의 일 양상에 따른 제어시스템에서, 상기 모드전환판단부는, 설정된 수유 시간이 도래하고, 상기 수면상태판단부를 통해 확인된 보호자의 상태가, 깨어 있는 상태, 렘수면상태, 비렘수면 1단계, 비렘수면 2 단계 중에서 어느 하나이고, 상기 수면상태판단부를 통해 확인된 아기의 상태가, 깨어 있는 상태, 렘수면(활동수면)상태 중에서 어느 하나이면 상기 설정 조건이 충족된 것으로 판단할 수 있다. 이때 상기 IoT조명장치의 동작모드가 수유등 모드로 전환된 이후 설정 시간 동안에 상기 수면상태판단부에서 상기 보호자의 움직임이 검출되지 않으면, 상기 음향출력부를 통해 소정의 기상알람을 출력하는 피드백판단부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양상은, IoT조명장치가 보호자와 아이의 수면상태를 모니터링하면서 음향데이터, 자세데이터, 생체데이터를 획득하는 단계; 상기 음향데이터, 자세데이터, 생체데이터 중에서 적어도 하나를 이용하여 보호자와 아기의 수면상태를 각각 판단하는 단계; 설정된 수유 시간이 도래하고, 보호자의 상태가 깨어 있는 상태, 렘수면상태, 비렘수면 1단계, 비렘수면 2 단계 중에서 어느 하나이고, 아기의 상태가 깨어 있는 상태, 렘수면(활동수면)상태 중에서 어느 하나이면 IoT조명장치의 동작모드를 수유등 모드로 전환하는 단계를 포함하는 IoT 조명장치의 제어 방법을 제공한다.

상기 제어 방법에서, 상기 IoT조명장치의 동작모드가 수유등 모드로 전환된 단계 이후에는, 설정 시간 동안에 상기 수면상태판단부에서 상기 보호자의 움직임이 검출되는지 여부를 확인하는 단계와, 상기 보호자의 움직임이 검출되지 않으면 상기 음향출력부를 통해 소정의 기상알람을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 보호자와 아기의 상태를 모니터링한 결과를 바탕으로 IoT조명장치의 동작 모드를 수유등 모드, 수면등 모드 등으로 자동 전환할 수 있다. 따라서 보호자의 입장에서는 리모컨이나 스마트폰 등을 조작할 필요가 없으므로 사용 편의성이 크게 높아진다.

또한 보호자와 아기의 상태를 함께 모니터링하고 모니터링 결과를 바탕으로 최적의 시기에 수유등 모드로 전환함으로써 보호자의 수면의 질을 개선하여 육아 피로도를 줄일 수 있고 아기의 수면 방해도 최소화할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT조명장치 제어 시스템을 나타낸 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT조명장치에 탑재된 프로그램의 기능블록도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 IoT조명장치 제어 시스템을 나타낸 블록도
도 4는 모니터링장치를 나타낸 블록도
도 5는 딥러닝 알고리즘의 인공신경망 구성을 예시한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT조명장치이 제어방법을 나타낸 순서도

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

참고로 본 명세서에서 하나의 구성요소(element)가 다른 구성요소와 연결, 결합, 또는 통신하는 경우는, 다른 구성요소와 직접적으로 연결, 결합, 또는 통신하는 경우뿐만 아니라 중간에 다른 요소를 사이에 두고 간접적으로 연결, 결합, 또는 통신하는 경우도 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함하는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 IoT조명장치(100)는, 도 1의 블록도에 예시한 바와 같이, 프로세서(110), 메모리(120), 통신부(130), 조명제어부(140), 조명등(142), 음향검출부(150), 자세검출부(160), 생체신호검출부(170), 음향출력부(180), 버스(190) 등을 포함할 수 있다.

프로세서(110)는 메모리(120)에 저장된 컴퓨터프로그램을 실행하여 소정의 연산이나 데이터 처리를 실행한다. 예를 들어 프로세서(110)는 음향검출부(150), 자세검출부(160), 생체신호검출부(170) 등에서 검출한 음향정보, 자세정보, 생체신호정보 등을 이용하여 사용자의 상태 또는 의도를 분석하고, 분석결과에 따라 조명제어부(140), 음향출력부(180) 등을 제어할 수 있다.

메모리(120)는 IoT조명장치(100)의 동작을 위한 컴퓨터프로그램을 저장할 수 있다. 컴퓨터프로그램은 프로세서(110)에 의해 실행되는 명령어의 집합으로서, 운영체제, 미들웨어, 애플리케이션 또는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API: application programming interface)를 포함할 수 있다.

메모리(120)는 비휘발성 메모리(예: 플래시 메모리 등)와 휘발성 메모리(예: RAM(random access memory)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 비휘발성 메모리에 저장되고 휘발성 메모리로 로드되어 실행될 수 있다.

또한 메모리(120)는 프로세서(110), 통신부(130), 조명제어부(140), 음향검출부(150), 자세검출부(160), 생체신호검출부(170) 등에서 생성된 데이터 또는 명령을 저장할 수 있다.

메모리(120)에 저장되어 프로세서(110)에 의해 실행될 수 있는 프로그램의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 도 2의 기능블록도에 예시한 바와 같이, 수면상태판단부(122), 모드전환판단부(124), 피드백판단부(126), 통계분석부(128) 등을 포함할 수 있다.

수면상태판단부(122), 모드전환판단부(124), 피드백판단부(126) 및 통계분석부(128)는 각각 독립된 소프트웨어일 수도 있고, 2 개 이상이 하나의 소프트웨어에 포함될 수도 있다.

한편 수면상태판단부(122), 모드전환판단부(124), 피드백판단부(126) 및 통계분석부(128) 중에서 적어도 하나는 펌웨어 또는 하드웨어 형태로 구현될 수도 있도 있다.

수면상태판단부(122), 모드전환판단부(124), 피드백판단부(126) 및 통계분석부(128)의 구체적인 기능은 후술하기로 한다.

통신부(130)는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT조명장치(100)와 다른 전자기기 간의 통신인터페이스를 제공한다. IoT조명장치(100)의 통신부(130)는 도 3에 나타낸 바와 같이 게이트웨이(200)와 통신하고 이를 통해 외부 통신망(300)과 연결될 수 있다.

IoT조명장치(100)와 통신할 수 있는 전자기기의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 다른 IoT조명장치(100), 다른 종류의 IoT기기, 스마트폰, 태블릿, 홈네트워크 기기 등과 제한없이 통신할 수 있다.

통신부(130)는 무선 통신 또는 유선 통신을 지원할 수 있다. 무선통신의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 와이파이(Wi-Fi), 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth), 근접장통신(NFC), 이동통신, RF통신 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

조명등(142)은 LED를 이용하는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 조명등(142)은 컬러 LED와 같이 2 이상의 색상을 표현할 수 있는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

조명제어부(140)는 프로세서(110)로부터 전송된 제어신호에 응하여 조명등(142)을 온(on) 또는 오프(off)시키거나, 디밍(dimming) 제어를 통해 밝기를 조절하거나, 발광색상을 변경시키는 역할을 한다.

음향검출부(150)는 침실에서 발생하는 음향을 검출하기 위한 것으로서, 하나 이상의 마이크로폰을 포함할 수 있다. 다수의 마이크로폰을 사용하는 경우에는 고주파대역에 민감한 마이크로폰과 저주파대역에 민감한 마이크로폰을 함께 사용할 수도 있다.

음향검출부(150)는 2인 이상의 음성이 동시에 입력되었을 때 누구의 음성인지 구분할 수 있는 것이 바람직하다. 음향검출부(150)에서 검출된 음성이 아기의 소리인지, 보호자(엄마)의 소리인지, 다른 사람의 소리인지 등을 구분할 수 있으면 최적의 피드백이 가능하기 때문이다.

이를 위해서는 사전에 아기, 보호자 등의 음성 데이터를 수집하여 통계분석, 성문분석 등을 통해 각자의 음성 특성값을 저장해 두거나 머신러닝을 통해 음성분석 방법을 학습해 두는 것이 바람직하다.

자세검출부(160)는 취침 중인 감시대상자의 자세나 움직임을 검출하기 위한 것으로서, 예를 들어 적외선카메라를 이용하여 설정된 주기(예, 5초, 10초 등) 마다 대상자의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상을 분석하여 취침자세, 뒤척임 빈도 등을 확인할 수 있다.

감시대상자의 취침 자세는, 예를 들어 바른 자세, 엎드린 자세, 우측 웅크린 자세, 좌측 웅크린 자세 중에서 어느 하나로 검출될 수 있다. 보다 정밀한 분석을 위해서는 취침 자세를 더욱 세분할 수도 있다. 예를 들어 바른 자세를 천정을 바라보는 자세, 머리가 우측으로 기울어진 자세, 머리가 좌측으로 기울어진 자세 등으로 더욱 세분하거나, 엎드린 자세를 머리가 우측으로 기울어진 자세와 머리가 좌측으로 기울어진 자세 등으로 더욱 세분할 수 있다.

감시대상자의 뒤척임 빈도는 설정 기간(예, 10분) 동안 사용자의 자세가 변경된 횟수를 의미하며, 뒤척임 빈도가 적을수록 깊은 수면 중이고, 뒤척임 빈도가 많을수록 얕은 수면 중이거나 잠이 들지 않은 것을 의미할 수 있다.

자세검출부(160)는 감시대상영역에 2인 이상이 있는 경우에 각자의 자세와 움직임을 구분하여 판단할 수 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 아기와 보호자의 뒤척임 정도를 개별적으로 확인함으로써 각자의 수면상태를 보다 정확히 판단할 수 있고, 이를 통해 최적의 피드백이 가능하기 때문이다.

생체신호검출부(170)는 감시대상자의 생체신호를 검출하기 위한 것으로서, 예를 들어 감시대상자의 신체로부터 이격된 상태에서 비접촉식으로 호흡수, 심박수 등의 생체신호를 검출할 수 있는 도플러(Doppler) 레이더 센서, IR-UWB(Impulse Radio Ultra-WideBand) 레이더 센서 등을 포함할 수 있다.

생체신호검출부(170)는 자세검출부(160)에서 획득한 적외선 영상이미지를 분석하여 취침 중인 대상자의 체온을 판단할 수도 있다. 이때 대상자의 체온이 정상범위인지, 정상보다 낮은 지, 정상보다 높은 지 여부 등을 함께 판단할 수도 있다.

생체신호검출부(170)는 감시대상영역에 2인 이상이 있는 경우에 각자의 생체신호를 독립적으로 검출하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 아기와 보호자의 생체신호를 개별적으로 확인함으로써 각자의 수면상태를 보다 정확히 판단할 수 있고, 이를 통해 최적의 피드백이 가능하기 때문이다.

음향출력부(180)는 프로세서(110)로부터 전송된 제어신호에 응하여 소정의 음향을 출력하는 스피커를 포함한다. 출력되는 음향은 빗소리, 물소리, 도서관 소리 등의 백색소음(white noise) 일 수도 있고, 기상 알람일 수도 있고, 알림용 멘트일 수도 있고, 질문용 멘트일 수도 있고, 경고음일 수도 있고, 기타 다른 소리일 수도 있다.

버스(190)는 전술한 구성요소들을 서로 연결하고 전기적 신호를 전달하는 회로일 수 있다.

도면에는 나타내지 않았지만, IoT조명장치(100)는 전원공급부를 포함하며, 전원공급부는 배터리를 포함할 수도 있고, 외부의 AC전원 또는 DC전원과 연결될 수도 있다.

또한 IoT조명장치(100)는 사용자가 명령을 입력하거나 설정을 변경하기 위한 버튼, 키패드, 터치스크린 등의 입력수단을 포함할 수도 있다. 또한 음향검출부(150)를 통해 입력된 음성을 입력으로 변환하는 음성입력수단을 포함할 수도 있다. 이와 달리 사용자의 스마트폰 등 휴대단말이 입력수단으로 사용될 수도 있으며, 이 경우 휴대단말에서 실행되고 있는 전용 애플리케이션을 통해 사용자 명령이 입력되면, 입력된 명령은 휴대단말에서 IoT조명장치(100)의 통신부(130)로 전송된 후 프로세서(110)에 의해 실행될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 수면상태판단부(122)는 음향검출부(150), 자세검출부(160), 생체신호검출부(170) 등에서 검출한 음향정보, 자세정보, 생체신호정보를 이용하여 감시대상자의 수면단계, 신체상태 등을 실시간으로 또는 주기적으로 판단하는 역할을 한다.

감시대상자는 감시영역(예, 침실) 내에 있는 모든 사람을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 아기와 보호자(엄마)를 모두 감시대상자에 포함시키는 것이 바람직하다.

일반적으로 성인의 수면은 렘(rapid eye movement, REM) 수면과 비렘(Non-REM)수면이 교대로 진행되며, 렘수면은 전체수면의 20~25%를 차지하고 비렘수면은 75~80%를 차지한다. 또한 비렘수면은 4단계로 구분되며 각 단계마다 뇌파의 특성이 다른 것으로 알려져 있다. 예를 들어 1단계 수면에서는 쎄타파(theta activity:3.5-7.5Hz)가 나타나며, 2 단계 수면에서는 쎄타파, 수면방추(sleep spindle), 날카로운 파형의 K복합(K complex)가 나타나며, 3 단계 수면에서는 진폭이 큰 델타파(delta activity: 3.5Hz 이하)가 나타나며, 4단계 수면에서는 델타파가 50% 이상으로 증가하는 것으로 알려져 있다. 최근에는 비렘수면 3~4단계를 구분하지 않고 같은 단계로 취급하는 경우도 있다. 렘수면 단계에서는 쎄타파가 산발적으로 나타나는 것으로 알려져 있다.

이러한 성인의 수면단계 중에서 렘수면과 비렘수면 1~2단계는 얕은 수면으로 구분하고, 비렘수면 3~4단계는 깊은 수면으로 구분할 수 있다. 또한 얕은 수면 단계에서 잠을 깨우면 빨리 일어날 뿐만 아니라 기상 후 피로도가 적고, 깊은 수면 단계에서 잠을 깨우면 잘 일어나지 못할 뿐만 아니라 기상 후 피로도가 높은 것으로 알려져 있다.

한편 아기의 수면패턴은 성인과 크게 다른 것으로 알려져 있다. 즉, 아기는 생후 약 1년 간은 성인과 비교하여 2배에 가까운 시간 동안 수면을 취하며, 비렘수면과 유사한 비활동수면(quiet sleep), 렘수면인 활동수면(active sleep), 중간단계(intermediate sleep)의 3가지 수면패턴이 나타난다. 또한 생후 1년간은 렘수면이 전체 수면시간의 약 50%를 차지하고, 비렘수면과 렘수면의 주기는 약 50-60분으로서 성인의 90분에 비하여 훨씬 짧은 것으로 알려져 있다.

수면단계는 수면 중인 사용자의 뇌파를 검출하여 직접적으로 판단할 수도 있고, 비접촉식으로 측정 가능한 다른 생체신호를 이용하여 간접적으로 판단할 수도 있다.

사용자의 뇌파를 직접적으로 검출하기 위해서는 뇌파를 측정할 수 있는 뇌전도센서(도면에는 나타내지 않았음)를 대상자에게 부착하고, 뇌전도센서와 IoT조명장치(100)의 통신부(130)를 유선통신 또는 무선통신으로 연결하면 된다.

뇌전도센서는 감시대상자의 얼굴이나 머리에 직접 부착될 수도 있고, 안대 등과 같은 착용기구에 설치될 수도 있다. 비접촉식으로 뇌파를 정확히 측정할 수 있는 센서가 있다면 이를 활용할 수도 있다.

뇌파를 직접 측정하지 않고 간접적으로 판단하는 방법에는 통계적인 추정법과 머신러닝 추정법이 있다.

통계적인 추정법을 적용하기 위해서는 수면 중인 대상자의 뇌파, 다른 생체신호(호흡수, 심박수, 체온 등), 자세정보, 뒤척임 빈도 등의 데이터를 장기간 수집한 후 통계분석을 통해 상관관계를 분석해야 한다.

따라서 IoT조명장치(100)는 감시대상자의 자세, 호흡수, 심박수, 체온 등의 생체신호데이터를 검출한 후 이와 상관관계가 높은 뇌파를 추출하고, 이를 기반으로 수면단계를 추정할 수 있다.

머신러닝 추정법을 적용하기 위해서는 머신러닝 알고리즘을 이용하여 수면단계의 출력값의 정확도를 높이는 학습과정을 수행해야 한다.

머신러닝 알고리즘의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 일 예로서, SVM(Support Vector machine), KNN(K-Nearest Neighbor), Random Forest 등의 알고리즘을 이용하여 수면단계 분석을 위한 머신러닝을 수행할 수 있다. 다른 예로서, DNN(Deep Neural Network), CNN(convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network) 등의 인공신경망(ANN, Artificial Neural Network)을 기반으로 하는 딥러닝 알고리즘을 이용하여 수면 분석을 위한 머신러닝을 수행할 수도 있다.

딥러닝 알고리즘의 인공신경망(ANN) 도 5에 예시한 바와 같이 입력레이어와 출력레이어의 사이에 하나 이상의 히든레이어(hidden layer)를 가지며, 딥러닝 알고리즘을 통한 학습은 임의의 제1 레이어의 노드(뉴런)와 제2 레이어의 노드(뉴런) 사이에 부여된 가중치([W]1,...[W]n)를 최적화하는 과정이다.

딥러닝 알고리즘은 학습주기마다 또는 설정된 주기마다 출력노드의 출력값과 목표값 사이의 오차를 기초로 경사감소법(Gradient Descent Method) 등을 적용하여 각 가중치([W]1,...[W]n)를 갱신함으로써 출력값의 정확도를 지속적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 입력레이어의 각 입력노드에는 IoT조명장치(100)에서 검출한 음향데이터, 자세데이터, 호흡수데이터, 심박수데이터, 체온데이터 등이 입력되고, 출력레이어의 출력노드는 입력된 정보에 대응하는 수면단계 등을 출력할 수 있다.

한편 모드전환판단부(124)는 음향검출부(150)에서 획득한 음향데이터 또는 수면상태판단부(122)의 판단결과를 이용하여 IoT조명장치(100)의 조명등(142)의 동작모드를 전환할지 여부를 판단한다.

만일 조명등(142)이 꺼져 있거나 수면등 모드로 켜진 상태에서 음향검출부(150)에서 소리를 검출하면, 모드전환판단부(124)는 검출된 음향데이터가 아기 소리인지 여부 및 모드전환 대상인지 여부를 판단하며, 아기 소리이면서 모드전환대상인 것으로 판단되면 조명제어부(140)를 제어하여 조명등(142)을 수유등 모드로 전환시킬 수 있다.

아기 울음 소리이지만 지속시간이 설정 시간 보다 짧은 경우, 아기 소리이지만 측정된 데시벨이 기준치 이하인 경우 등은 모드전환대상에서 제외할 수 있다.

수유등 모드로 전환될 때 조명등(142)이 이미 수면등 모드로 켜져 있었으면 조도가 더 밝은 수유등 모드로 전환시키고, 조명등(142)이 꺼져 있었으면 수유등 모드에 해당하는 조도와 색온도를 갖도록 조명등(142)을 켜면 된다.

또한 조명등(142)이 수유등 모드인 상태에서 수면상태판단부(122)에서 아기가 수면상태로 판단하면, 모드전환판단부(124)는 조명제어부(140)를 제어하여 조명등(142)의 동작모드를 조도가 훨씬 낮은 수면등 모드로 전환시키거나 아예 소등(off) 시킬 수 있다.

피드백판단부(126)는 음향검출부(150)에서 획득한 음향데이터 또는 수면상태판단부(122)의 판단결과를 이용하여 감시대상자에 대한 피드백 여부를 결정한다.

예를 들어 피드백판단부(126)는 기상알람 조건을 충족하는지 여부를 판단하고, 충족하면 음향출력부(180)를 통해 기상알람 발생지령을 출력할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 수면 중에는 얕은 수면과 깊은 수면이 교대로 나타나는데, 일반적으로 얕은 수면 중에 깨우면 쉽게 일어나는 반면에 깊은 수면 중에 깨우면 잘 일어나지 못할 뿐만 아니라 일어나서도 피로감을 많이 느끼는 것으로 알려져 있다.

따라서 보호자(엄마)의 수면상태를 실시간으로 또는 주기적으로 감시하여, 렘수면, 비렘수면 1~2단계 등과 같은 얕은 수면 단계일 때 기상알람을 발생시킨다면 보호자가 보다 쉽게 일어날 수 있고, 기상 후 피로감을 덜 느끼게 되어 육아피로도를 크게 낮출 수 있다.

또한 아기를 깨워야 하는 경우에는 아기의 수면상태를 지속적으로 감시하여 렘수면(활동수면) 단계일 때 기상알람을 발생시킨다면 아기가 좀 더 쉽게 일어날 수 있다.

이러한 방식으로 기상알람을 발생시키기 위해서는 사용자가 IoT조명장치(100)를 통해 알람가능한 기간(예, 06:30~07:30)을 미리 설정해 두는 것이 바람직하다.

피드백판단부(126) 또는 모드전환판단부(124)는 설정된 기간 동안 수면상태판단부(122)로부터 수면단계 정보를 획득하여 기상알람 발생여부를 판단하고 알람조건이 충족되면 음향출력부(180)를 통해 설정된 기상 알람을 발생시키고, 조명제어부(140)를 제어하여 조명등(142)을 온(on)시킬 수 있다. 조명등(142)을 온(on)시킬 때는 디밍제어를 통해 수유등 모드에 대응하는 밝기를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

만일 설정된 알람가능 기간 중에 렘수면이나 비렘수면 1~2 단계가 도달하지 않는다면, 설정된 기간의 종료와 함께 기상 알람을 발생시킬 수도 있다.

만일 아기와 보호자(엄마)가 함께 자고 있는 경우에는 각 자의 수면단계를 별도로 분석하고, 소정 조건이 충족되는 경우에 한하여 기상 알람을 발생시킬 수 있다.

이를 위해서는 음향검출부(150), 자세검출부(160), 생체신호검출부(170)에서 검출되는 각자의 음향데이터, 자세데이터, 심박데이터, 호흡데이터 등을 추출하여 아기와 보호자(엄마)의 수면단계를 각각 결정한 후에 조건 충족 여부를 판단하는 것이 바람직하다.

일 예로서, 아침 준비를 위해 보호자(엄마)만을 깨워야 하는 경우에는, 피드백판단부(126)는 설정된 알람가능 기간이 도래한 후에 보호자(엄마)의 수면단계는 얕은 수면단계(예, 렘수면, 비렘수면 1~2단계 등) 이고 아기의 수면단계는 깊은 수면단계(예, 비활동수면 또는 비렘수면 3~4단계 등)인 경우에 한하여 기상 알람을 발생시킬 수 있다.

이렇게 하면 보호자(엄마)의 입장에서는 얕은 수면 상태이므로 비교적 빨리 일어날 수 있으면서도 육아 피로를 덜 느낄 수 있고, 아기가 상대적으로 깊이 잠든 중에 기상알람이 발생하므로 기상알람으로 인해 아기가 깰 가능성을 크게 줄일 수 있다.

한편 피드백판단부(126)는 음향출력부(180)를 통해 기상알람을 발생시킬 수도 있고, 이와 동시에 또는 별도로 조명등(143)을 깜박이거나 조도를 높이는 방법으로 기상알람을 발생시킬 수도 있다.

다른 예로서, 수유를 위해 보호자(엄마)와 아기를 모두 깨워야 하는 경우에는, 피드백판단부(126) 또는 모드전환판단부(124)는 설정된 수유시간이 도래한 후에 보호자(엄마)가 얕은 수면단계(예, 렘수면, 비렘수면 1~2단계 등)이고 아기도 얕은 수면단계(예, 활동수면)인 경우에 한하여 수유등 모드로 전환하여 수유등을 켜고, 소정의 기상 알람을 발생시킬 수 있다.

한편 피드백판단부(126)는 감시대상자(보호자, 아기 등)가 잠이 들지 못하고 뒤척이고 있는 것으로 판단되면 음향출력부(180)를 통해 빗소리, 물소리 등의 백색소음을 출력할 수도 있다.

또한 피드백판단부(126)는 수면상태판단부(122)로부터 수신한 감시대상자의 생체신호(호흡수, 심박수, 체온 등)에 이상이 있는 것으로 판단되면, 음향출력부(180)를 통해 경고음을 발생시킬 수 있다. 또는 조명제어부(140)를 제어하여 조명등(142)을 켤 수도 있고, 다른 침실이나 다른 집에 설치된 IoT조명장치(100)를 통해 경고음을 발생시키고 조명등(142)을 켤수도 있다. 또한 미리 등록된 보호자의 스마트폰이나 관공서 등으로 긴급메시지를 전송할 수도 있다.

이 밖에도 피드백판단부(126)는 수면 모니터링 결과를 바탕으로 다양한 종류의 피드백 명령을 생성할 수 있다

통계분석부(128)는 감시대상자의 뇌파, 다른 생체신호(호흡수, 심박수, 체온 등), 자세정보, 뒤척임 빈도 등의 데이터를 장기간 수집한 후 다양한 통계분석을 한다. 예를 들어 다른 생체신호와 뇌파의 상관관계를 분석할 수 있다. 통계분석부(128)에서 분석된 데이터는 별도의 DB에 저장될 수 있다.

수면상태판단부(122)는 감시대상자의 자세, 호흡수, 심박수, 체온 등의 생체신호데이터를 검출한 후 이와 상관관계가 높은 뇌파를 추출하고, 이를 기반으로 감시대상자의 수면단계를 추정할 수 있다.

이상에서는 댁내에 설치된 IoT조명장치(100)가 수면상태판단부(122), 모드전환판단부(124), 피드백판단부(126), 통계분석부(128)를 모두 포함하는 것으로 설명하였으나, 이들 중에서 적어도 하나의 기능은 다른 전자기기에서 수행될 수도 있다.

예를 들어 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 게이트웨이(200) 및 외부 통신망(300)을 통해 댁내의 IoT조명장치(100)와 통신하는 모니터링장치(400)에 수면상태판단부(422), 모드전환판단부(424), 피드백판단부(426), 통계분석부(428)를 설치할 수도 있다.

이 경우에는 IoT조명장치(100)에서 획득한 음향데이터, 자세데이터, 심박수 데이터, 호흡수 데이터 등은 통신부(130)를 통해 모니터링장치(400)로 전송되며, 모니터링장치(400)에 설치된 수면상태판단부(422), 모드전환판단부(424), 피드백판단부(426) 및 통계분석부(428)는 수신한 데이터를 이용하여 감시대상자의 수면상태, 모드전환여부, 피드백 여부 등을 판단한다.

모니터링장치(400)에서 생성된 모드전환지령, 피드백지령 등은 IoT조명장치(100)로 전송되어 프로세서(110), 음향출력부(180), 조명제어부(140) 등에 의해 실행된다.

모니터링장치(400)에 설치된 수면상태판단부(422), 모드전환판단부(424), 피드백판단부(426) 및 통계분석부(428)의 기능은 전술한 IoT조명장치(100)에 설치된 수면상태판단부(122), 모드전환판단부(124), 피드백판단부(126) 및 통계분석부(128)의 기능과 각각 같으므로 이에 대한 설명은 생략한다.

수면상태판단부(422), 모드전환판단부(424), 피드백판단부(426), 통계분석부(428) 중에서 일부만 모니터링장치(400)에 설치하고, 일부는 IoT조명장치(100)에 설치할 수도 있다.

모니터링장치(400)는 도 4의 블록도에 예시한 바와 같이, 프로세서(410), 메모리(420), 데이터베이스(430), 통신부(440), 버스(490) 등을 포함할 수 있다.

수면상태판단부(422), 모드전환판단부(424), 피드백판단부(426) 및 통계분석부(428)는 메모리(420)에 저장되어 프로세서(410)에 의해 실행되는 프로그램일 수 있다. 이와 달리 수면상태판단부(422), 모드전환판단부(424), 피드백판단부(426), 통계분석부(428) 중에서 적어도 하나는 펌웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있다.

이하에서는 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT조명장치(100)의 제어 방법을 설명한다.

먼저 IoT조명장치(100)의 동작모드를 수면 모니터링 모드로 전환한다.

IoT조명장치(100)의 동작모드는 사용자가 모드전환 명령을 입력함으로써 수면 모니터링 모드로 전환될 수도 있고, 소정의 조건이 충족되면 자동으로 수면 모니터링 모드로 전환될 수도 있다. 예를 들어 설정된 시간(예, 23시)이 되면 수면 모니터링 모드로 자동 전환되거나, 조명등(142)이 소등되거나 수유등 모드에서 수면등 모드로 전환되면 수면 모니터링 모드로 자동 전환될 수도 있다. (ST11)

IoT조명장치(100)는 수면 모니터링 모드로 전환된 후 음향검출부(150), 자세검출부(160), 생체신호검출부(170) 등을 통해 음향데이터, 자세데이터, 심박수 데이터, 호흡수 데이터 등을 실시간으로 또는 주기적으로 획득한다.

그리고 음향검출부(150)를 통해 검출된 소리가 아기 울음소리인지 여부를 지속적으로 판단한다.(ST12)

만일 ST12단계에서 아기 울음소리가 검출되지 않는 것으로 확인되면, 모드전환판단부(124)는 사용자가 설정한 수유시간의 도래 여부를 확인하며, 수유시간이 도래하지 않았으면 위 과정을 반복 수행하고 수유시간이 도래하면 모드전환조건의 충족여부를 판단한다.

모드전환조건은 감시대상자의 특정한 수면단계일 수 있다. 예를 들어 모드전환판단부(126)는 보호자(엄마)가 깨어 있거나 렘수면, 비렘수면 1단계, 비렘수면 2단계 등과 같은 얕은 수면 단계에 있고, 아기가 깨어 있거나 렘수면(활동 수면)과 같은 얕은 수면 단계에 있으면 모드전환조건을 충족한 것으로 판단할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니므로 보호자(엄마)의 경우에는 렘수면 단계만을 모드전환조건으로 설정할 수도 있고, 렘수면 또는 비렘수면 1단계를 모드전환조건으로 설정할 수도 있다. (ST13, ST14)

ST14의 모드전환조건을 모두 충족하는 것으로 판단되는 경우에는, 모드전환판단부(124)는 IoT조명장치(100)의 동작모드를 수유등 모드로 전환하고, 조명제어부(140)는 이에 응하여 조명등(142)의 동작모드를 수면등에서 수유등으로 전환하거나 꺼진 조명등(142)을 수유등 모드로 켠다.

ST12단계에서 아기의 울음소리가 검출된 것으로 확인된 경우에도 모드전환판단부(124)는 IoT조명장치(100)의 동작모드를 수유등 모드로 전환하는 것이 바람직하다.

모드전환판단부(124)는 수유등 모드로 전환할 때 조명등(142)의 밝기와 색온도를 함께 조절할 수도 있다.

한편 수유등 모드로 전환되었음에도 보호자의 움직임이 감지되지 않는 경우에는 보호자가 피곤해서 일어나지 못하고 있는 상태이므로 피드백판단부(126)는 음향출력부(180)를 제어하여 소정의 기상 알람을 출력할 수 있다. (ST15)

모드전환판단부(124)는 수유등 모드로 전환된 이후에 수유 종료 여부를 지속적으로 판단한다.

예를 들어 수유등 모드로 전환된 이후에 보호자의 움직임이 감지되었다가 설정 시간이 경과한 이후에 보호자와 아이의 움직임이 감지되지 않으면, 모드전환판단부(124)는 수유가 종료된 것으로 판단할 수 있다. (ST16)

모드전환판단부(124)는 수유가 종료된 것으로 판단되면 IoT조명장치(100)의 동작모드를 수유등 모드에서 수면등 모드로 전환한다.

조명제어부(140)는 이에 응하여 조명등(142)의 동작모드를 수유등에서 수면등으로 전환하거나 조명등(142)을 소등한다. 이어서 IoT조명장치(100)는 수면 모니터링 모드로 동작하면서 감시대상자의 수면상태를 감시한다.(ST17)

이상에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있으며, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다 할 것이다.

100: IoT조명장치 110: 프로세서 120: 메모리
122: 수면상태판단부 124: 모드전환판단부 126: 피드백판단부
128: 통계분석부 130: 통신부 140: 조명제어부
142: 조명등 150: 음향검출부 160: 자세검출부
170: 생체신호검출부 180: 음향출력부 190: 버스
200: 게이트웨이(G/W) 300: 통신망 400: 모니터링장치
410: 프로세서 420: 메모리 422: 수면상태판단부
424: 모드전환판단부 426: 피드백판단부 428: 통계분석부
430: DB 440: 통신부 490: 버스

Claims (5)

1. 조명등과, 음향검출부와, 자세검출부와, 생체신호검출부와, 음향출력부를 구비하는 IoT조명장치;
   상기 IoT조명장치에서 획득한 음향데이터, 자세데이터 및 생체신호를 이용하여 감시대상자의 수면상태를 판단하는 수면상태판단부;
   상기 수면상태판단부의 판단결과를 이용하여 설정 조건을 충족하는지 여부를 판단하고, 설정 조건이 충족되면 상기 IoT조명장치의 동작모드를 수유등 모드로 전환하는 모드전환판단부
   를 포함하며, 상기 모드전환판단부는,
   설정된 수유 시간이 도래하고,
   상기 수면상태판단부를 통해 확인된 보호자의 상태가, 깨어 있는 상태, 렘수면상태, 비렘수면 1단계, 비렘수면 2 단계 중에서 어느 하나이고,
   상기 수면상태판단부를 통해 확인된 아기의 상태가, 깨어 있는 상태, 렘수면(활동수면)상태 중에서 어느 하나이면,
   상기 설정 조건이 충족된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 IoT조명장치의 제어시스템
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 IoT조명장치의 동작모드가 수유등 모드로 전환된 이후 설정 시간 동안에 상기 수면상태판단부에서 상기 보호자의 움직임이 검출되지 않으면, 상기 음향출력부를 통해 소정의 기상알람을 출력하는 피드백판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT조명장치의 제어시스템
4. IoT조명장치가 보호자와 아이의 수면상태를 모니터링하면서 음향데이터, 자세데이터, 생체데이터를 획득하는 단계;
   상기 음향데이터, 자세데이터, 생체데이터 중에서 적어도 하나를 이용하여 보호자와 아기의 수면상태를 각각 판단하는 단계;
   설정된 수유 시간이 도래하고, 보호자의 상태가 깨어 있는 상태, 렘수면상태, 비렘수면 1단계, 비렘수면 2 단계 중에서 어느 하나이고, 아기의 상태가 깨어 있는 상태, 렘수면(활동수면)상태 중에서 어느 하나이면 IoT조명장치의 동작모드를 수유등 모드로 전환하는 단계
   를 포함하는 IoT 조명장치의 제어 방법
5. 제4항에 있어서,
   상기 IoT조명장치의 동작모드가 수유등 모드로 전환된 단계 이후에는,
   설정 시간 동안에 수면상태판단부에서 상기 보호자의 움직임이 검출되는지 여부를 확인하는 단계와,
   상기 보호자의 움직임이 검출되지 않으면 음향출력부를 통해 소정의 기상알람을 출력하는 단계
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT조명장치의 제어방법

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