KR102493471B1 - Method for tracking user’s angular position of smart electric fans by leveraging smartphones, recording medium and device for performing the method - Google Patents

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전희수
이민희
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Abstract

스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법은, 스마트 선풍기가 작동되면, 풍향을 변경하면서 일정 시간 동안 회전 모드로 동작하는 단계; 사용자 근처의 스마트 폰에 내장된 스피커와 마이크를 이용하여 바람에 의해 방출된 사운드 신호를 수신하는 단계; 수신된 사운드 신호의 전파 특성을 분석하여 바람에 의해 발생하는 굴절을 감지하는 단계; 바람의 굴절을 감지하는 경우, 바람이 불어오는 시간을 감지하여 사용자의 각도 위치를 추정하는 단계; 및 스마트 선풍기의 송풍 시점에 추정된 사용자의 각도 위치를 스마트 선풍기의 풍향으로 설정하는 단계;를 포함한다. 이에 따라, 사용자의 조작이나 별도의 하드웨어 없이도 사용자의 위치를 자동으로 추적할 수 있다.A method of automatically tracking a user's direction of a smart fan using a smart phone includes, when the smart fan is operated, operating in a rotation mode for a predetermined time while changing a wind direction; Receiving a sound signal emitted by the wind using a speaker and a microphone built into a smart phone near the user; detecting deflection caused by wind by analyzing propagation characteristics of the received sound signal; estimating a user's angular position by detecting a wind blowing time when wind refraction is detected; and setting the angular position of the user estimated at the time of blowing of the smart fan to the wind direction of the smart fan. Accordingly, the user's location can be automatically tracked without a user's manipulation or separate hardware.

Description

스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치{METHOD FOR TRACKING USER’S ANGULAR POSITION OF SMART ELECTRIC FANS BY LEVERAGING SMARTPHONES, RECORDING MEDIUM AND DEVICE FOR PERFORMING THE METHOD}Method for automatically tracking the user's direction of a smart electric fan using a smartphone, recording medium and device for performing the same

본 발명은 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선풍기에 별도의 센서를 설치하지 않고 스마트 폰을 협력적으로 활용하여 사용자의 방향을 파악한 후 바람의 방향으로 자동으로 변경하는 모바일 컴퓨팅 및 IoT 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone, a recording medium and an apparatus for performing the same, and more particularly, by cooperatively utilizing a smart phone without installing a separate sensor in the electric fan It relates to mobile computing and IoT technology that automatically changes to the direction of the wind after recognizing the user's direction.

IoT(사물 인터넷) 기술 발전으로 인해 가장 많이 사용되는 냉각 장치 중 하나인 선풍기가 더욱 스마트 해지고 있다.  최근 선풍기의 추세는 원격 제어와 같은 인터넷 연결을 기반으로 스마트한 기능을 지원하는 것이다.Electric fans, one of the most used cooling devices, are getting smarter thanks to advances in IoT (Internet of Things) technology. A recent trend in electric fans is to support smart functions based on an internet connection, such as remote control.

예를 들어, 체육관에서 운동하는 사람을 가정해 보면, 러닝 머신에서 훈련한 후 의자에 앉아 몸을 식히고 싶은 경우, 근처의 팬을 원격으로 제어할 수 있다. 그러나, 이 경우 다른 위치로 이동할 때마다 제어가 필요하기 때문에 사용자에게 불편한 점이 있다.For example, imagine a person working out at the gym. After training on a treadmill, if they want to cool off in a chair, they can remotely control a nearby fan. However, in this case, it is inconvenient for the user because control is required whenever moving to another location.

공기 흐름의 방향을 자동으로 변경하는 스마트 팬을 개발하는 핵심 기술은 사용자의 각도 위치를 추적하는 것이다. 모바일 컴퓨팅 및 IoT 분야에서 각도 위치(또는 위치)를 식별하기 위한 많은 시도가 있었다.A key technology for developing smart fans that automatically change the direction of airflow is tracking the user's angular position. There have been many attempts to identify the angular position (or location) in the fields of mobile computing and IoT.

종래 기술은 주로 광 센서, 적외선 센서 및 일반적으로 내장되지 않는 스피커/마이크 어레이와 같은 특정 하드웨어가 필요하기 별도로 때문에 스마트 팬을 구현하기에 완전하지 않다. 다른 연구에서는 스마트 폰 및 WiFi 액세스 포인트와 같이 쉽게 액세스 할 수 있는 장치를 사용하여 하드웨어 요구 사항을 완화하였다. The prior art is not perfect for implementing a smart fan, mainly because it requires special hardware separately, such as a light sensor, an infrared sensor, and a speaker/microphone array that are not usually built-in. Other studies have relaxed the hardware requirements by using easily accessible devices such as “smartphones” and “WiFi” access points.

그러나, 팬이 일반적으로 사용되는 장소(예: 단일 액세스 포인트만 사용할 수 있는 가정)에서는 정확성이 떨어지고, 사용자의 특정 행동(예: 교육 데이터 수집)이 필요하다는 한계가 있다.However, in places where fans are commonly used (e.g., a home where only a single access point is available), accuracy is poor and a user's specific action (e.g., training data collection) is required.

KR 10-1686838 B1KR 10-1686838 B1 KR 10-2020-0080392 AKR 10-2020-0080392 A KR 10-2151105 B1KR 10-2151105 B1

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem of the present invention is conceived in this respect, and an object of the present invention is to provide a method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone.

본 발명의 다른 목적은 상기 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a recording medium on which a computer program for performing a method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using the smart phone is recorded.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a device for performing a method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using the smart phone.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법은, 스마트 선풍기가 작동되면, 풍향을 변경하면서 일정 시간 동안 회전 모드로 동작하는 단계; 사용자 근처의 스마트 폰에 내장된 스피커와 마이크를 이용하여 바람에 의해 방출된 사운드 신호를 수신하는 단계; 수신된 사운드 신호의 전파 특성을 분석하여 바람에 의해 발생하는 굴절을 감지하는 단계; 바람의 굴절을 감지하는 경우, 바람이 불어오는 시간을 감지하여 사용자의 각도 위치를 추정하는 단계; 및 스마트 선풍기의 송풍 시점에 추정된 사용자의 각도 위치를 스마트 선풍기의 풍향으로 설정하는 단계;를 포함한다.A method for automatically tracking a user's direction of a smart fan using a smart phone according to an embodiment for realizing the object of the present invention described above includes, when the smart fan is operated, operating in a rotation mode for a predetermined time while changing a wind direction; Receiving a sound signal emitted by the wind using a speaker and a microphone built into a smart phone near the user; detecting deflection caused by wind by analyzing propagation characteristics of the received sound signal; estimating a user's angular position by detecting a wind blowing time when wind refraction is detected; and setting the angular position of the user estimated at the time of blowing of the smart fan to the wind direction of the smart fan.

본 발명의 실시예에서, 상기 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법은, 사용자의 위치 변화가 감지되면, 모든 단계들을 자동으로 반복하여 사용자의 위치를 재추정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the method for automatically tracking the user's direction of the smart electric fan using the smart phone may further include re-estimating the user's location by automatically repeating all steps when a change in the user's location is detected. can

본 발명의 실시예에서, 상기 사용자의 위치를 재추정하는 단계는, 미리 설정된 시간 동안 임계치 이상의 가속도를 가지는 경우, 사용자의 위치 변화로 판단할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of re-estimating the user's location may be determined as a change in the user's location when the acceleration is greater than or equal to a threshold value for a preset time period.

본 발명의 실시예에서, 상기 풍향을 변경하면서 일정 시간 동안 회전 모드로 동작하는 단계는, 적어도 한 번의 회전 주기 동안 반복하고, 각 회전 주기 동안 17KHz 이상 24KHz 이하의 주파수를 갖고 40ms의 길이를 갖는 선형 처프 신호를 70ms마다 전송할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of operating in rotation mode for a predetermined time while changing the wind direction is repeated for at least one rotation period, and has a frequency of 17 KHz or more and 24 KHz or less during each rotation period and has a length of 40 ms. A chirp signal can be transmitted every 70 ms.

본 발명의 실시예에서, 상기 바람에 의해 방출된 사운드 신호를 수신하는 단계는, 수신된 사운드 신호를 서브 프레임으로 분할하는 단계; 각 서브 프레임에서 전파 고유성 및 저주파 에너지의 특성을 추출하는 단계; 및 전파 고유성 및 저주파 에너지의 특성을 가중치 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of receiving the sound signal emitted by the wind includes dividing the received sound signal into subframes; extracting propagation uniqueness and characteristics of low-frequency energy in each subframe; and combining the propagation characteristics and the characteristics of the low-frequency energy with weight.

본 발명의 실시예에서, 상기 사용자의 각도 위치를 추정하는 단계는, 스마트 선풍기의 회전 파라미터와 바람이 불어오는 시간을 이용하여 계산할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of estimating the user's angular position may be calculated using a rotation parameter of the smart electric fan and a wind blowing time.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에는, 상기 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있다. A computer program for performing a method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using the smart phone is recorded in a computer-readable storage medium according to an embodiment for realizing another object of the present invention described above.

상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치는, 스마트 선풍기가 작동되면, 풍향을 변경하면서 일정 시간 동안 회전 모드로 동작하는 오실레이터부; 사용자 근처의 스마트 폰에 내장된 스피커와 마이크를 이용하여 바람에 의해 방출된 사운드 신호를 수신하는 스캐닝부; 수신된 사운드 신호의 전파 특성을 분석하여 바람에 의해 발생하는 굴절을 감지하는 분석부; 바람의 굴절을 감지하는 경우, 바람이 불어오는 시간을 감지하여 사용자의 각도 위치를 추정하는 각도 추정부; 및 스마트 선풍기의 송풍 시점에 추정된 사용자의 각도 위치를 스마트 선풍기의 풍향으로 설정하는 풍향 설정부;를 포함한다.An apparatus for automatically tracking the user's direction of a smart fan using a smart phone according to an embodiment for realizing another object of the present invention described above, when the smart fan is operated, operates in a rotation mode for a certain period of time while changing the wind direction. Oscillator unit; a scanning unit for receiving a sound signal emitted by the wind using a speaker and a microphone built into a smart phone near the user; an analyzer configured to detect refraction caused by wind by analyzing propagation characteristics of the received sound signal; an angle estimator for estimating an angular position of the user by detecting a wind blowing time when detecting wind refraction; and a wind direction setting unit configured to set the angular position of the user estimated at the time of blowing of the smart fan as the wind direction of the smart fan.

본 발명의 실시예에서, 상기 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치는, 사용자의 위치 변화가 감지되면, 사용자의 위치를 재추정하는 재추정부;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the device for automatically tracking the user's direction of a smart electric fan using a smart phone may further include a re-estimation unit that re-estimates the user's location when a change in the user's location is detected.

본 발명의 실시예에서, 상기 재추정부는, 미리 설정된 시간 동안 임계치 이상의 가속도를 가지는 경우, 사용자의 위치 변화로 판단할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the re-estimation unit may determine that the user's position change when the acceleration is greater than or equal to a threshold value for a preset time period.

본 발명의 실시예에서, 상기 스캐닝부는, 수신된 사운드 신호를 서브 프레임으로 분할하고, 각 서브 프레임에서 전파 고유성 및 저주파 에너지의 특성을 추출하여 가중치 결합할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the scanning unit divides the received sound signal into sub-frames, and extracts propagation characteristics and low-frequency energy characteristics from each sub-frame and performs weight combining.

본 발명의 실시예에서, 상기 각도 추정부는, 스마트 선풍기의 회전 파라미터와 바람이 불어오는 시간을 이용하여 계산할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the angle estimator may calculate using a rotation parameter of the smart electric fan and a wind blowing time.

이와 같은 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법에 따르면, 배포 가능성, 유용성 및 정확성을 높여 사용자의 각도 위치를 정확하고 편하게 추적할 수 있는 WindTrack을 제안한다.According to the method of automatically tracking the user's direction of a smart fan using a smart phone, we propose  WindTrack, which can accurately and conveniently track the user's angular position by increasing the possibility of distribution, usefulness, and accuracy.

구체적으로, 본 발명에서 제안하는 WindTrack은 팬의 하드웨어와 소프트웨어를 최소한으로 수정하여 선풍기에 쉽게 배포할 수 있으며, 사전 설치된 인프라에 의존하지 않는다. Specifically, the WindTrack proposed in the present invention can be easily deployed to an electric fan by minimally modifying the hardware and software of the fan, and does not depend on a pre-installed infrastructure.

또한, 사용자의 별다른 조작 없이도 각도 위치 지정이 가능하므로 설정 및 사용이 용이하다. 나아가, 본 발명에 따른 WindTrack은 냉기를 목표물에 정확하게 전달하기 위해 선풍기에서 사용자의 각도 위치를 정확하게 측정하며, 특히 환경에 관계없이 동작할 수 있다.In addition, it is easy to set and use because the angular position can be specified without a user's manipulation. Furthermore, the WindTrack according to the present invention accurately measures the user's angular position in the fan in order to accurately deliver cool air to the target, and can operate regardless of the environment.

도 1은 본 발명에 따른 WindTrack의 사용 시나리오 및 GUI를 보여주는 개념도이다. 
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치의 블록도이다.
도 3은 음속의 차이로 인해 음파가 굴절되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 바람이 있을 때와 없을 때 측정된 소리 신호의 주파수 스펙트럼을 보여주는 도면이다. 
도 5는 팬이 앞쪽으로 바람을 불어 넣을 때 풍속의 공간적 변동성을 보여주는 도면이다.
도 6은 팬의 풍향(θW)에 따라 검출된 사운드 신호의 주파수 스펙트럼 간의 상관 관계를 보여주는 도면이다. 
도 7은 본 발명에서 제안하는 WindTrack의 시스템 아키텍처를 보여주는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 회전 모드에서 팬에 대해 관찰된 음향 스펙트로그램을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람이 불어 오는 시간 세트를 식별하기 위해 결합된 바람의 특징을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 팬에서 x축을 기준으로 한 각도 위치 측정을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 팬의 회전을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 각도 위치 결정을 위한 알고리즘 의 의사 코드를 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법의 흐름도이다.
1 is a conceptual diagram showing usage scenarios and GUIs of WindTrack according to the present invention.
2 is a block diagram of a device for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a phenomenon in which a sound wave is refracted due to a difference in sound speed.
4 is a diagram showing the frequency spectrum of a sound signal measured when there is wind and when there is no wind.
5 is a diagram showing spatial variability of wind speed when a fan blows forward.
6 is a diagram showing a correlation between frequency spectra of sound signals detected according to a wind direction (θ W ) of a fan.
7 is a schematic diagram showing the system architecture of WindTrack proposed in the present invention.
8 is a diagram showing an acoustic spectrogram observed for a fan in a rotational mode of the present invention.
Figure 9 is a diagram showing wind characteristics combined to identify a set of downwind times of the present invention.
10 is a diagram showing angular position measurement based on the x-axis in the fan of the present invention.
11 is a diagram for explaining the rotation of the fan of the present invention.
12 is a diagram showing the pseudo code of the algorithm for determining the angular position of the present invention.
13 is a flowchart of a method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention which follows refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in one embodiment in another embodiment without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all equivalents as claimed by those claims. Like reference numbers in the drawings indicate the same or similar function throughout the various aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

최근 선풍기의 추세는 원격 제어와 같은 인터넷 연결을 기반으로 한 스마트 기능을 지원하는 것이다. 본 발명은, 선풍기를 위한 새로운 각도 포지셔닝 기술인 WindTrack을 제안함으로써 스마트 선풍기(또는, 팬(Fans)이라 칭함)를 보다 지능적으로 지원할 수 있다. A recent trend in electric fans is to support smart functions based on an internet connection, such as remote control. The present invention can more intelligently support smart electric fans (or referred to as fans) by proposing 'WindTrack', which is a new angular positioning technology for electric fans.

본 발명은 자동 풍향 제어를 위해 공간 정보를 사용하는 새로운 기술의 스마트 팬의 발전에 도움이 될 수 있다. 종래 기술들에서 각도 위치를 광범위하게 연구했지만 배포 가능성(하드웨어 요구 사항으로 인해), 정확성 및 유용성 측면에서 스마트 팬 실현하는데 한계가 있었다. The present invention may help develop new technology smart fans that use spatial information for automatic wind direction control. Although angular positioning has been extensively studied in the prior art, there are limitations in realizing smart fans in terms of deployability (due to hardware requirements), accuracy and usability.

본 발명에 따른 WindTrack 기술은 바람에 의한 굴절의 음향 현상을 활용하여 이러한 한계를 극복한다. 보다 구체적으로, 회전 모드로 팬을 작동시키면서 사용자 가까이에 위치한 스마트 폰을 이용하여 소리 신호를 송수신한다. 따라서, 본 발명의 WindTrack은 스마트 폰과의 협업을 위해 인터넷에 연결된 팬만 필요하다. The WindTrack technology according to the present invention overcomes these limitations by utilizing the acoustic phenomenon of refraction caused by wind. More specifically, sound signals are transmitted and received using a smart phone located near the user while operating the fan in a rotation mode. Therefore, the WindTrack of the present invention requires only a fan connected to the Internet to collaborate with a smartphone.

그런 다음 수신된 신호의 전파 특성과 회전 팬 간의 관계를 기반으로 사용자의 각도 위치를 식별한다. 스마트 폰에 내장된 여러 스피커와 마이크를 사용하여 WindTrack의 견고성을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 바람이 마이크를 통과할 때 포착되는 바람 소리를 수신한다. The angular position of the user is then identified based on the relationship between the propagation characteristics of the received signal and the rotating fan. The robustness of WindTrack can be further improved by using multiple speakers and microphones built into the smartphone. For example, receive wind noise that is picked up as the wind passes through the microphone.

도 1은 본 발명에 따른 WindTrack의 사용 시나리오 및 GUI를 보여주는 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치의 블록도이다.1 is a conceptual diagram showing usage scenarios and GUIs of WindTrack according to the present invention. 2 is a block diagram of a device for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명은 상용 스마트 폰과 IoT(또는 인터넷 연결) 선풍기를 결합하여 스마트 폰을 실행하는 동안 사용자의 각도 위치를 측정한다.Referring to FIG. 1, the present invention combines a commercially available smart phone and an IoT (or Internet-connected) electric fan to measure the user's angular position while the smart phone is running.

본 발명은 스마트 폰 과의 협업을 통해 선풍기의 정확한 각도 위치 추적이 가능한 새로운 시스템인 WindTrack을 제안한다. WindTrack을 배포하기 위한 유일한 요구 사항은 팬이 인터넷을 통한 원격 제어를 허용한다는 것이다. The present invention proposes "WindTrack", a new system capable of tracking the exact angular position of an electric fan through collaboration with a smart phone. The only requirement for deploying WindTrack is that the fan allows remote control over the Internet.

즉, 본 발명의 WindTrack은 추가 하드웨어 없이 대부분의 상용 인터넷 연결 팬에 적용할 수 있다. WindTrack의 핵심 개념은 소리 전파에 바람의 효과를 활용하는 것이다. 본질적으로 움직이는 공기인 바람은 공기를 통해 전파되는 소리의 속도에 영향을 준다. 더욱이 바람의 세기와 방향은 공간에 따라 다르기 때문에 음속의 변화는 지역마다 다를 수 있다. That is, the WindTrack of the present invention can be applied to most commercial Internet-connected fans without additional hardware. The core concept of WindTrack is to utilize the effect of wind on sound propagation. Wind, which is essentially air in motion, affects the speed at which sound propagates through the air. Furthermore, since the strength and direction of wind vary from place to place, the change in sound speed can vary from place to place.

따라서, 바람은 음파가 다른 속도로 한 영역에서 다른 영역으로 전달되도록 하여 결국 음파 굴절로 이어진다. 이 현상은 팬에서 부는 바람에 의해서도 발생한다. 예를 들어, 팬이 사용자에게 공기를 불어 넣으면 사용자 주위를 이동하는 모든 음파가 굴절을 경험한다.Thus, wind causes sound waves to travel from one area to another at different speeds, which in turn leads to sound wave deflection. This phenomenon is also caused by wind blowing from a fan. For example, when a fan blows air into a user, all sound waves traveling around the user experience deflection.

도 1을 참조하면, WindTrack이 음향 현상을 활용하여 사용자의 각도 위치(θU 로 표시)를 식별하는 프로세스를 보여준다. 먼저, WindTrack은 팬의 자동 방향 제어 모드를 켜는 등 사용자가 스마트 폰에서 트리거할 수 있다. WindTrack은 먼저 바람의 방향을 바꾸면서 회전하면서 팬이 바람을 불어 넣는다. Referring to Figure 1, WindTrack shows the process of identifying the user's angular position (denoted by θ U ) by utilizing acoustic phenomena. First, WindTrack can be triggered by a user on a smartphone, such as turning on a fan's automatic direction control mode. The WindTrack rotates, first changing the direction of the wind, while the fan blows it.

그런 다음 스마트 폰에 내장된 스피커와 마이크를 사용하여 사운드 신호를 송수신한다. WindTrack은 수신된 신호의 전파 특성을 분석한다. 특히, 특성이 크게 변하는 경우, 즉 직접 부는 바람에 의해 굴절이 발생하는 경우를 감지하고 예상 바람이 불어 오는 시간에 팬의 풍향을 계산하여 θU 를 결정한다. 마지막으로, 팬의 방향은 각도 θU 로 설정된다. 이 각도 위치 지정 프로세스는 사용자 위치의 변화가 감지되면 자동으로 반복된다.Then, it transmits and receives sound signals using the speaker and microphone built into the smartphone. WindTrack analyzes the propagation characteristics of the received signal. In particular, when the characteristics change significantly, that is, when deflection occurs due to direct wind, θ U is determined by calculating the wind direction of the fan at the expected wind time. Finally, the direction of the fan is set to the angle θ U. This angular positioning process is automatically repeated when a change in user position is detected.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치(10, 이하 장치)는 오실레이터부(110), 스캐닝부(130), 분석부(150), 각도 추정부(170) 및 풍향 설정부(190)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the device for automatically tracking the user's direction of a smart electric fan using a smart phone according to the present invention (hereinafter referred to as device 10) includes an oscillator unit 110, a scanning unit 130, an analysis unit 150, and an angle tracking device. It includes a government 170 and a wind direction setting unit 190.

본 발명의 상기 장치(10)는 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 상기 오실레이터부(110), 상기 스캐닝부(130), 상기 분석부(150), 상기 각도 추정부(170) 및 상기 풍향 설정부(190)의 구성은 상기 장치(10)에서 실행되는 상기 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적을 수행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다. In the device 10 of the present invention, software (application) for performing automatic tracking of a user's direction of a smart electric fan using a smart phone may be installed and executed, and the oscillator unit 110, the scanning unit 130, The analysis unit 150, the angle estimation unit 170, and the wind direction setting unit 190 are configured to automatically track the user's direction of the smart electric fan using the smart phone executed in the device 10. Can be controlled by software.

상기 장치(10)는 별도의 단말이거나 또는 단말의 일부 모듈일 수 있다. 또한, 상기 오실레이터부(110), 상기 스캐닝부(130), 상기 분석부(150), 상기 각도 추정부(170) 및 상기 풍향 설정부(190)의 구성은 통합 모듈로 형성되거나, 하나 이상의 모듈로 이루어 질 수 있다. 그러나, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수도 있다.The device 10 may be a separate terminal or a part of a module of the terminal. In addition, the configuration of the oscillator unit 110, the scanning unit 130, the analysis unit 150, the angle estimation unit 170, and the wind direction setting unit 190 is formed as an integrated module, or one or more modules. can be made with However, on the contrary, each component may be composed of a separate module.

상기 장치(10)는 이동성을 갖거나 고정될 수 있다. 상기 장치(10)는, 서버(server) 또는 엔진(engine) 형태일 수 있으며, 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. The device 10 may be mobile or stationary. The apparatus 10 may be in the form of a server or engine, and may be a device, an apparatus, a terminal, a user equipment (UE), a mobile station (MS), or a wireless device. It can be called by other terms such as wireless device, handheld device, etc.

상기 장치(10)는 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 상기 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심비안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다.The device 10 may execute or manufacture various software based on an operating system (OS), that is, a system. The operating system is a system program for enabling software to use the hardware of the device, and is a mobile computer operating system such as Android OS, iOS, Windows mobile OS, Bada OS, Symbian OS, Blackberry OS, and Windows-based, Linux-based, Unix-based, It can include all computer operating systems such as MAC, AIX, and HP-UX.

상기 오실레이터부(110)는 스마트 선풍기가 작동되면, 풍향을 변경하면서 일정 시간 동안 회전 모드로 동작한다. 상기 스캐닝부(130)는 사용자 근처의 스마트 폰에 내장된 스피커와 마이크를 이용하여 바람에 의해 방출된 사운드 신호를 수신한다.When the smart electric fan is operated, the oscillator unit 110 operates in a rotation mode for a certain period of time while changing the wind direction. The scanning unit 130 receives a sound signal emitted by the wind using a speaker and a microphone built into a smart phone near the user.

팬이 스마트 폰(및 사용자)에게 직접 공기를 불어 넣을 때 굴절 현상으로 인해 고유한 음향 기능을 포착할 수 있다. 본 발명의 WindTrack은 이 사운드의 관찰 및 분석을 통해 각도 위치 추적의 기본 단서 중 하나로 사용한다.When the fan blows air directly onto the smartphone (and user), it can capture the unique acoustic features due to the refraction phenomenon. WindTrack of the present invention uses this sound as one of the basic clues of angular position tracking through observation and analysis.

본 발명은 대부분의 스마트 폰에 있는 여러 스피커와 마이크를 함께 사용하여 들리지 않는 신호를 송수신하는 능동 음향 감지 방법을 제안한다. 이는 다양한 실제 환경에서 굴절 현상을 명확하게 관찰할 확률을 높인다.The present invention proposes an active sound sensing method that transmits and receives an inaudible signal using a plurality of speakers and microphones in most 'smart phones'. This increases the probability of clearly observing the refraction phenomenon in various real environments.

특히, 수신 신호가 굴절될 때 감지하는 전파 고유성과 마이크를 바람이 통과할 때 저주파 노이즈가 녹음되는 현상을 기반으로 설계된 저주파 에너지의 두 가지 새로운 기능을 제안한다. 이러한 기능은 바람이 불어 오는 시간 추정에서 서로의 약점을 보완하고 보다 정확한 측정을 가능하게 한다.In particular, we propose two new functions of “low-frequency” energy designed based on the uniqueness of radio waves that detect when a received signal is refracted and the phenomenon of recording low-frequency noise when wind passes through a microphone. These functions compensate for each other's weaknesses in wind time estimation and enable more accurate measurement.

본 발명은 상용 인터넷 연결 팬의 펌웨어를 수정하지 않고 사용자의 각도 위치를 정확하게 추정한다. 이를 위해 팬의 회전 특성을 최대한 활용한다.The present invention accurately estimates the user's angular position without modifying the firmware of commercially available, Internet-connected, fans. To this end, the rotational characteristics of the fan are utilized to the fullest.

상기 분석부(150)는 수신된 사운드 신호의 전파 특성을 분석하여 바람에 의해 발생하는 굴절을 감지한다.The analyzer 150 analyzes propagation characteristics of the received sound signal to detect deflection caused by wind.

본 발명의 선풍기를 위한 배포 가능성, 사용성 및 정확한 각도 위치 추적을 위한 WindTrack의 설계는 바람이 음파를 굴절시켜 전파에 영향을 주는 현상을 이용한다.The design of  WindTrack for  deployability, usability and accurate angular position tracking for the electric fan  of the present invention uses the phenomenon that  wind refracts sound waves and affects radio waves.

바람과 음향 굴절 이론적으로 소리는 공기와 같은 매체를 통해 이동하는 파동이며 매체의 변화로 인해 파동이 다르게 전파된다. 예를 들어, 공기, 바람의 움직임은 공기 중 소리의 전파, 특히 전파 속도에 영향을 미친다. 소리가 바람이나 바람을 타고 이동할 때 속도는 각각 증가하거나 감소한다. 더 구체적으로, 바람이 소리가 전파되는 방향으로 u의 속도로 불고 있다고 가정하면, 음속 c는 아래의 수학식 1과 같이 정의된다.Wind and Sound Refraction In theory, sound is a wave that travels through a medium such as air, and changes in the medium cause the wave to propagate differently. For example, the movement of air or wind affects the propagation of sound in the air, especially the speed of propagation. As sound travels in wind or wind, its velocity increases or decreases, respectively. More specifically, assuming that the wind blows at a speed u in the direction in which sound propagates, the sound speed c is defined as in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112021010989138-pat00001
Figure 112021010989138-pat00001

여기서, c*는 정적일 때 공기의 음속이다.where c * is the speed of sound in air at rest.

풍속 u는 지역에 따라 다를 수 있다. 가장 일반적인 예는 높이에 따른 온도 감소로 인해 발생하는 풍속의 수직 기울기이다. 소리가 서로 다른 풍속의 영역 사이를 통과할 때 소리는 서로 다른 속도로 전파되고, 결국 움직이는 매체에 대한 Snell의 법칙에 따라 굴절한다.The wind speed u may vary depending on the region. The most common example is the vertical gradient of wind speed caused by a decrease in temperature with height. As sound passes between regions of different wind speeds, it propagates at different velocities and eventually refracts according to Snell's law for a moving medium.

c1과 c2가 각각 영역 1과 2의 음속을 나타내는 경우, 도 3과 같이 소리가 영역 1에서 영역 2로 이동할 때 입사각(θ1)과 굴절 각도(θ2)는 다음의 수학식 2의 관계를 갖는다. When c 1 and c 2 represent sound speeds in regions 1 and 2, respectively, when sound moves from region 1 to region 2 as shown in FIG. 3, the angle of incidence (θ 1 ) and the angle of refraction (θ 2 ) are have a relationship

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112021010989138-pat00002
Figure 112021010989138-pat00002

음파는 음속이 작은 영역으로 굴절되며 굴절량 θ는 c1과 c2의 비율에 의해 아래의 수학식 3과 같이 결정된다. The sound wave is refracted to a region where the speed of sound is low, and the amount of refraction θ is determined by Equation 3 below by the ratio of c 1 and c 2 .

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112021010989138-pat00003
Figure 112021010989138-pat00003

구체적으로는, 바람의 존재 하에서, Δ의 θ는 두 영역, 즉, u1과 u2 사이 풍속 차에 의해 주로 영향을 받은 것으로, 다음의 수학식 4와 같다.Specifically, in the presence of wind, θ of Δ is mainly affected by the wind speed difference between the two regions, that is, u 1 and u 2 , as shown in Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112021010989138-pat00004
Figure 112021010989138-pat00004

즉, 풍속이 더 크게 변할수록 음파가 더 많이 굴절된다.That is, the greater the change in wind speed, the more the sound wave is refracted.

이러한 굴절 현상은 음원(예: 확성기)에서 수신기(예: 마이크)로의 음파 전파 경로와 수신 신호의 특성에 영향을 준다. 음원에서 방출된 음향 신호가 직선과 주변 물체의 반사를 포함한 여러 nP 경로를 통해 수신기에 도달한다고 가정한다. This refraction affects the sound wave propagation path from the sound source (eg loudspeaker) to the receiver (eg microphone) and the characteristics of the received signal. It is assumed that the acoustic signal emitted from the sound source reaches the receiver through several n P paths including straight lines and reflections from surrounding objects.

그런 다음 yi(t) 로 표시되는 i 번째 경로에서 수신된 신호는 ai·x(t-τi) 로 모델링된다. 여기서, ai 및 τi는 i 번째 경로에서 신호의 진폭 및 시간 지연이고, x(t)는 전송된 신호이다. 매개변수 ai 및 τi는 주로 경로의 이동 거리 및 반사기의 반사 비율과 같은 전파 경로에 따라 다르다. 예를 들어, 경로의 거리가 더 멀어질 수록 경로의 신호는 더 큰 지연(τi)과 더 작은 진폭(ai)으로 도착한다.Then, the signal received on the ith path denoted by y i (t) is modeled as a i x(t-τ i ). Here, a i and τ i are the amplitude and time delay of the signal in the ith path, and x(t) is the transmitted signal. The parameters ai and τi depend primarily on the propagation path, such as the distance traveled by the path and the reflection ratio of the reflector. For example, as the distance of a path increases, the signal on the path arrives with a larger delay (τ i ) and a smaller amplitude (a i ).

이러한 다중 경로 신호는 중첩되어 결과 수신 신호 y(t)를 다음의 수학식 5와 같이 형성한다.These multipath signals are superimposed to form the resulting received signal y(t) as shown in Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112021010989138-pat00005
Figure 112021010989138-pat00005

이때, 다중 경로 간섭이 발생하여 수신 신호의 주파수 특성이 변경된다. 특히, 각 경로에서 나오는 신호의 ai 및 τi에 따라 y(t)는 특정 주파수에서 위상과 크기가 다르다. 예를 들어, 주파수 f에서 1/f(또는 1/2f 초)의 시간차로 두 신호가 도착하면, 생성(또는 파괴) 간섭이 발생하고 결과 신호의 진폭은 동일한(또는 반대) 경로로 증가(또는 감소)한다. At this time, multi-path interference occurs and the frequency characteristics of the received signal are changed. In particular, depending on a i and τ i of the signal from each path, y(t) has a different phase and magnitude at a specific frequency. For example, if two signals arrive at frequency f with a time difference of 1/f (or 1/2f seconds), generating (or destroying) interference occurs and the amplitude of the resulting signal increases (or decrease).

따라서, 굴절과 같은 전파 경로의 변경으로 인해 수신된 신호는 시간 및 주파수 영역에서 서로 다른 시간 지연 및 진폭을 갖게 되고 결국에는 서로 다른 전파 특성을 갖게 된다. 즉, y(t) 및 Y(f), 여기서 Y(f)는 아래의 수학식 6으로 계산된 y(t)의 푸리에 변환(또는 주파수 스펙트럼)이다.Therefore, due to a change in propagation path such as deflection, received signals have different time delays and amplitudes in time and frequency domains, and eventually have different propagation characteristics. That is, y(t)   and Y(f), where Y(f) is the Fourier transform (or frequency spectrum) of y(t) calculated by Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112021010989138-pat00006
Figure 112021010989138-pat00006

본 발명에서 각도 위치 지정을 위한 WindTrack의 주요 기술 중 하나는 굴절 현상의 영향을 받는 Y(f)를 사용하는 것이다. 선풍기에서 굴절 기반 각도 위치를 타당성을 관찰하기 위해 작은 조용한 사무실에서 Google Pixel 4 스마트 폰 과 Xiaomi Smartmi Fan 2S를 사용하여 예비 실험을 수행했다. In the present invention, one of the main techniques of "WindTrack" for specifying the angular position is to use Y(f), which is affected by the refraction phenomenon. To observe the feasibility of refraction-based angular positioning in a fan, a preliminary experiment was conducted using a Google Pixel 4 smartphone and a Xiaomi Smartmi Fan 2S in a small, quiet office.

실험하는 동안 스마트 폰을 1.5m 떨어진 팬 앞 테이블에 놓았다. 스마트 폰이 동작하고 팬이 최고 속도로 공기를 부는 동안 48 kHz의 샘플링 속도에서 길이 1 초 선형 처프를 기록했다. 신호는 12-24KHz의 주파수 범위를 포함하며 일반적인 소음은 무시할 수 있는 사운드 레벨을 나타낸다.During the experiment, the smartphone was placed on a table in front of a fan 1.5 m away. A 1 second long linear chirp was recorded at a sampling rate of 48 kHz while the smartphone was running and the fan was blowing air at full speed. The signal covers the frequency range of 12-24 KHz and typical noise represents a negligible sound level.

도 4는 바람이 있을 때와 없을 때 측정된 소리 신호의 주파수 스펙트럼을 보여주는 도면이다. 바람에 의한 소리의 굴절로 인해 두 신호는 상관 계수 0.91로 서로 다른 주파수 특성을 갖는다.4 is a diagram showing the frequency spectrum of a sound signal measured when there is wind and when there is no wind. Due to the refraction of sound by the wind, the two signals have different frequency characteristics with a correlation coefficient of 0.91.

도 5는 팬이 앞쪽으로 바람을 불어 넣을 때 풍속의 공간적 변동성을 보여주는 도면이다. 점선 원은 스마트 폰의 위치를 나타내고, 속도는 Benetech GM816 풍속계로 측정되었다. 5 is a diagram showing spatial variability of wind speed when a fan blows forward. The dotted circle indicates the position of the smartphone, and the speed was measured with a Benetech GM816 anemometer.

도 4를 참조하면, 팬에서 불어 오는 바람이 음파의 전파에 영향을 미친다는 것을 보여준다. 일반적으로 팬은 크기가 작기 때문에 전체 방이 아닌 특정 작은 영역에 공기를 불어 넣는다. 이것은 지역에 따라 풍속의 차이가 발생한다. Referring to FIG. 4, it is shown that the wind blowing from the fan affects the propagation of sound waves. Fans are usually small, so they blow air over a small area rather than the entire room. This causes differences in wind speed depending on the region.

예를 들어, 도 5와 같이 팬의 풍향에 가까운 지역에만 바람이 불고 다른 지역에서는 속도가 크게 감소한다. 이러한 풍속의 공간적 가변성으로 인해 스마트 폰의 라우드 스피커에서 방출되는 음파는 수학식 2에 따라 굴절되고, 굴절된 경로를 통해 내장 마이크로 전송된다. 그런 다음 전파 경로의 이러한 변화는 수신 신호의 고유한 특성(Y(f))을 바람이 없을 때의 신호와 비교한다(도 4 참조).For example, as shown in FIG. 5 , the wind blows only in an area close to the wind direction of the fan, and the speed greatly decreases in other areas. Due to the spatial variability of wind speed, sound waves emitted from the loudspeaker of the smart phone are refracted according to Equation 2 and transmitted to the built-in microphone through the refracted path. This change in the propagation path then compares the unique characteristic (Y(f)) of the received signal with the signal in the absence of wind (see Fig. 4).

도 6은 팬의 풍향(θW)에 따라 검출된 사운드 신호의 주파수 스펙트럼 간의 상관 관계를 보여주는 도면이다. 각 방향에 대해 스펙트럼을 5 번 측정하였고, 0 도는 팬이 전면으로, 즉, 스마트 폰에 바로 송풍하는 것을 의미한다.6 is a diagram showing a correlation between frequency spectra of sound signals detected according to a wind direction (θ W ) of a fan. The spectrum was measured 5 times for each direction, 0 degrees means the fan blows to the front, i.e. directly to the smartphone.

또한, θW로 표시되는 팬의 풍향이 변함에 따라 음파의 특성이 달라진다(도 6 참조). θW에 의존하기 때문에, 풍속 변화의 음파의 공간적 변화 패턴이 서로 다르게 굴절된다. 특히, 바람이 스마트 폰 쪽으로 직접 불어 오면(즉, θW이 0 도) 유사성은 더욱 떨어진다. In addition, as the wind direction of the fan, represented by θ W , changes, the characteristics of sound waves change (see FIG. 6). Depending on θW , the spatial variation patterns of sound waves of wind speed change are refracted differently. In particular, when the wind blows directly toward the smart phone (ie, θ W is 0 degrees), the similarity is further reduced.

도 5에서 볼 수 있듯이, 직접 불어 오는 바람은 스마트 폰 근처의 풍속에 상당한 공간적 변화를 가져온다. 즉, 스마트 폰에서 방출되는 음파는 수학식 4에 따라 심한 굴절을 일으키고, 특히 전파 특성에 집중적인 변화를 일으킨다.As can be seen in FIG. 5, the wind blowing directly brings a significant spatial change in the wind speed near the “smart phone”. That is, according to Equation 4, a sound wave emitted from a smartphone causes severe refraction, and in particular, a intensive change in radio wave characteristics.

도 7은 본 발명에서 제안하는 WindTrack의 시스템 아키텍처를 보여주는 개략도이다.7 is a schematic diagram showing the system architecture of WindTrack proposed in the present invention.

본 발명은 WindTrack을 설계할 때 굴절 현상을 활용하므로, WindTrack은 선풍기 및 스마트 폰과 함께 스캔 및 분석의 두 단계로 작동한다.Since the present invention utilizes the phenomenon of refraction when designing the WindTrack, the WindTrack works in two stages: scan and analyze together with the fan and the smartphone.

스캐닝 단계에서 WindTrack은 팬을 회전 모드로 작동하면서 사용자 근처에 있는 스마트 폰을 사용하여 음향 신호를 방출하고 기록한다. 이 협업 감지는 팬의 최소한 번의 회전 주기(예를 들어, 약 30 초) 동안 반복될 수 있다. 즉, WindTrack은 가능한 모든 풍향에 대한 음향 데이터를 수집한다.During the scanning phase, WindTrack emits and records acoustic signals using a smartphone near the user while operating the fan in rotation mode. This cooperative sensing may be repeated for at least one rotation cycle of the fan (eg, about 30 seconds). In other words, WindTrack collects acoustic data for all possible wind directions.

이후 분석 단계에서 WindTrack은 수신된 신호의 전파 특성을 비교하고 바람으로 인한 이상 값을 감지하여 바람이 불어 오는 시간을 계산한다. 최종적으로, 사용자의 각도 위치 θU를 송풍 시점의 팬의 풍향으로 추정하고 팬의 방향을 θU의 각도로 변경한다.In the subsequent analysis step, WindTrack compares the propagation characteristics of the received signal and detects an anomaly caused by wind to calculate the wind blowing time. Finally, the user's angular position θ U is estimated as the fan's wind direction at the time of blowing, and the fan's direction is changed to the angle θ U .

또한, WindTrack은 사용자의 위치가 크게 변경될 때 자동으로 실행될 수 있다. 스마트 폰의 가속도가 3 초 이상 심하게 변동하는 경우(예:  표준 편차가 0.5m/s2 이상인 경우)에 변위를 감지할 수 있다. 그 후 가속이 다시 안정되면 사용자의 각도 위치를 재추정한다.Additionally, WindTrack can be triggered automatically when a user's location changes significantly. Displacement can be detected when the acceleration of the smartphone fluctuates significantly for more than 3 seconds (eg standard deviation greater than 0.5 m/s 2 ). Then, when the acceleration stabilizes again, the user's angular position is re-estimated.

본 발명의 WindTrack은 다음 네 가지 조건만 가정하면서 배치 가능하고 사용 가능한 각도 위치를 설정할 수 있다. 1) 선풍기 작동(예: 회전)을 인터넷을 통해 제어 할 수 있음, 2) 스마트 폰이 장착된 스피커와 마이크가 있음, 3) 사용자는 스캔 단계에서 한곳에 머물며, 4) 회전 주기와 같은 팬의 회전 파라미터를 미리 제공함.The WindTrack of the present invention can be deployed and set an available angular position while assuming only the following four conditions. 1) The operation of the fan (e.g. rotation) can be controlled via the Internet, 2) There is a speaker and microphone equipped with a smartphone, 3) The user stays in one place during the scanning phase, 4) The rotation of the fan equal to the rotation period Parameters are provided in advance.

최근 선풍기의 주요 트렌드 중 하나는 인터넷 연결이 가능하고 회전 제어를 포함한 원격 제어 서비스를 지원하는 것이므로, 1), 2) 조건은 쉽게 만족될 수 있다. 또한, 대부분의 스마트 폰에는 이미 여러 스피커와 마이크가 내장되어 있다. 따라서, WindTrack은 최소한의 하드웨어 요구 사항(예: 상용 인터넷 연결 팬 및 스마트 폰)으로 다양한 환경에 쉽게 배포할 수 있다. Since one of the recent major trends in electric fans is to be able to connect to the Internet and support remote control services including rotation control, conditions 1) and 2) can be easily satisfied. Also, most smartphones already have several built-in speakers and microphones. Thus,  WindTrack can be easily deployed in a variety of environments with minimal hardware requirements (e.g. commercial internet-connected fans and  smart phones).

3)의 조건은 팬을 사용할 때 비교적 일반적인 시나리오이다. 예를 들어, 사용자는 소파나 의자에 앉아 무언가를 하는 동안(TV를 보거나 스마트 폰 게임을 할 때) 일반적으로 팬을 사용한다. Condition 3) is a relatively common scenario when using a fan. For example, users typically use the fan while sitting on a sofa or chair and doing something (watching TV or playing games on a smart phone).

4)의 조건은 다양한 방법으로 충족될 수 있다. 일부 공급 업체는 회전 각도 및 주기와 같은 팬에 대한 자세한 정보를 제공한다. 그렇지 않더라도 사용자는 WindTrack의 도움으로 기계적 속성을 쉽게 측정할 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다. 이 정보를 얻은 후에는 나중에 사용할 수 있도록 로컬에 저장하고 다른 사람과 공유할 수도 있다.Condition 4) can be satisfied in various ways. Some vendors provide detailed information about their fans, such as rotation angle and period. Even if not, users can easily measure mechanical properties with the help of  WindTrack. This is explained in detail below. After you get this information, you can save it locally for future use and even share it with others.

본 발명의 WindTrack은 상용 스마트 폰에 장착된 여러 스피커와 마이크를 함께 사용하여 들리지 않는 사운드 신호를 교환한다. 이를 통해, 더 많은 굴절된 사운드 경로를 관찰할 수 있다.The 'WindTrack' of the present invention exchanges inaudible sound signals by using several speakers and microphones installed in commercially available smart phones. This allows more refracted sound paths to be observed.

또한, 본 발명의 WindTrack은 전파 고유성이라는 기능을 사용하여 굴절 현상을 기반으로 바람이 불어 오는 시간을 감지한다. 환경 견고성을 더욱 높이기 위해 바람이 마이크를 통과할 때 저주파에서 난류가 녹음되는 현상을 기반으로 저주파 사운드라는 추가 기능을 설계하였다.In addition,  WindTrack of the present invention uses a function called propagation uniqueness to detect the wind blowing time based on the refraction phenomenon. To further increase environmental robustness, an additional feature called low-frequency sound was designed based on the phenomenon that turbulence is recorded at low frequencies when wind passes through the microphone.

상기 각도 추정부(170)는 바람의 굴절을 감지하는 경우, 바람이 불어오는 시간을 감지하여 사용자의 각도 위치를 추정한다. 상기 풍향 설정부(190)는 스마트 선풍기의 송풍 시점에 추정된 사용자의 각도 위치를 스마트 선풍기의 풍향으로 설정한다.When detecting wind refraction, the angle estimating unit 170 detects the wind blowing time and estimates the user's angular position. The wind direction setting unit 190 sets the angular position of the user estimated at the time of blowing of the smart fan as the wind direction of the smart fan.

선풍기의 지원이 부족하더라도 본 발명의 WindTrack은 하드웨어 및 소프트웨어를 수정하지 않고 팬의 회전 파라미터를 활용하여 사용자의 각도 위치를 정확하게 추정할 수 있다.Even if the support of the fan is lacking, the  WindTrack of the present invention can accurately estimate the user's angular position by utilizing the fan's rotation parameter without modifying hardware and software.

본 발명의 WindTrack은 사운드 전파에 대한 바람의 영향을 측정하기 위해 음향 감지 분야에서 널리 사용되는 선형 처프 신호를 사용한다.  처프의 매개 변수는 견고하지만, 1) 눈에 띄지 않고 2) 고속 감지를 가능하게 하는 방식으로 결정된다. 따라서, WindTrack은 먼저 사람이 들을 수 없는 주파수를 선택한다.The present invention's WindTrack uses a linear chirp signal widely used in acoustic sensing to measure the effect of wind on sound propagation. The parameters of the chirp are determined in a way that is robust, but 1) unobtrusive and 2) enables high-speed detection. Therefore,  WindTrack  first selects a frequency that is inaudible to humans.

이전 연구에 따르면, 인간은 최대 20KHz의 주파수까지 들을 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 제한된 범위의 주파수(예: 20kHz 초과)를 이용하면 신호 대 잡음비(SNR)가 감소할 수 있다. 따라서, SNR 저하를 완화하기 위해 사용되는 가장 낮은 주파수는 17KHz로 약간 확장되며, 이는 대부분의 성인 인간에게 여전히 거의 들리지 않는다. 많은 상용 Android 스마트 폰이 최대 48KHz의 샘플링 속도를 지원하기 때문에 가장 높은 주파수는 24KHz로 설정될 수 있다.According to previous studies, it is known that humans can hear frequencies up to 20 KHz. However, using a limited range of frequencies (e.g., above 20 kHz) may reduce the signal-to-noise ratio (SNR). Thus, the lowest frequency used to mitigate the SNR degradation is slightly extended to 17 KHz, which is still barely audible to most adult humans. The highest frequency can be set to 24KHz, as many commercial Android smartphones support sampling rates up to 48KHz.

둘째, 신호의 길이는 높은 감지 속도로 전파 특성의 변화를 관찰할 수 있을 만큼 짧게 유지된다. 그러나 SNR과 감지 속도 사이에는 상충 관계가 있다. 예를 들어, 더 긴 신호는 더 높은 SNR을 지원할 수 있지만 감지 속도는 낮아진다. 균형을 맞추기 위해 상용 팬이 일반적으로 회전 모드에서 초당 약 10도 회전한다는 관찰을 기반으로 길이가 결정될 수 있다. 이는 몇도 또는 그 이하의 정확도를 달성하기 위해 최소 10Hz의 감지 속도에 대한 지원이 필요함을 의미한다. 따라서, 경험적으로 처프 신호의 길이를 예를 들어 40ms로 설정할 수 있다.Second, the length of the signal is kept short enough to observe changes in propagation characteristics at high detection rates. However, there is a trade-off between SNR and detection speed. For example, longer signals can support higher SNRs but lower detection rates. For balance, the length can be determined based on the observation that commercial fans typically rotate at about 10 degrees per second in rotational mode. This means that support for sensing rates of at least 10 Hz is required to achieve accuracy of a few degrees or less. Therefore, the length of the chirp signal can be empirically set to, for example, 40 ms.

본 발명에 따른 WindTrack은 선풍기의 회전 주기, 즉 약 30 초 동안 처프 신호를 지속적으로 전송한다. 보다 구체적으로, 신호는 70ms마다, 즉 두 개의 연속된 신호 사이에 30ms의 시간 간격으로 반복 재생된다. 이 간격은 각 신호에 대해 독립적인 측정을 지원하는데 필요하다. 스피커에서 신호가 방출되면 직접 또는 반사를 통해 마이크로 전송된다. WindTrack according to the present invention continuously transmits a chirp signal for a rotation period of an electric fan, that is, about 30 seconds. More specifically, the signal is repeatedly reproduced every 70 ms, i.e., with a time interval of 30 ms between two consecutive signals. This interval is necessary to support independent measurements for each signal. A signal emitted from the speaker is transmitted to the microphone either directly or via reflection.

반사파의 강도는 시간이 지남에 따라 점차적으로 감소한다. 즉, 먼 거리를 이동할 때, 특히 가정과 소규모 사무실에서 반사는 직접 도착한 후 약 30ms 후에 거의 사라진다. 즉, 30ms 간격으로 WindTrack은 14.2Hz의 높은 감지 속도를 지원하면서 반복되는 신호 간의 간섭을 최소화 할 수 있다. 각 처프가 재생되기 전에 신호의 시작과 끝에서 급격한 변동으로 인한 버스트 노이즈를 제거하여 전처리할 수 있다.The intensity of the reflected wave gradually decreases over time. That is, when traveling over long distances, especially in homes and small offices, the reflections almost disappear about 30 ms after their direct arrival. In other words, at 30ms intervals, WindTrack can minimize interference between repeated signals while supporting a high detection rate of 14.2Hz. Before each chirp is reproduced, it can be preprocessed by removing burst noise caused by rapid fluctuations at the beginning and end of the signal.

 본 발명의 WindTrack은 신호 전송을 위해 여러 개의 스피커와 마이크를 사용하여 기능을 더욱 향상시킬 수 있다. 상용 스마트 폰에는 각각 재생 및 녹음 품질을 향상시키기 위해 여러 개의 스피커와 마이크가 장착되어 있다. 이러한 여러 오디오 장치를 사용하면 WindTrack에서 굴절 현상을 포함하여 사운드 전파에 대한 풍부한 정보를 수집할 수 있다. WindTrack of the present invention can further improve its function by using multiple speakers and microphones for signal transmission. Commercially available smartphones are equipped with multiple speakers and microphones to improve playback and recording quality, respectively. Using these multiple audio devices allows WindTrack to gather a wealth of information about sound propagation, including refraction.

이러한 차이의 주된 이유는 오디오 입출력 장치가 서로 다른 위치에 있기 때문이다. 즉, 음파의 경로가 트랜시버 조합에 따라 달라진다. 이를 캡쳐하면 WindTrack은 여러 마이크에서 오디오 샘플을 가져오는 동안 두 스피커에서 동일한 처프 신호를 재생한다.The main reason for this difference is that the audio input/output devices are in different locations. In other words, the path of the sound wave depends on the combination of transceivers. Once captured, WindTrack plays the same chirp signal from both speakers while taking audio samples from multiple microphones.

음향 데이터를 수집할 때 WindTrack은 먼저 오디오 샘플을 여러 프레임으로 나눈다. 각 프레임에는 단일 수신 신호가 포함된다. lO는 사용 중인 팬의 회전 주기와 동일한 스캐닝 단계의 지속 시간이라고 가정한다. 신호는 회전 주기 동안 nT 번 전송되며, 여기서 nT

Figure 112021010989138-pat00007
이고 lD는 신호 전송 간격 즉, 70ms이다. 따라서, 기록된 샘플은 프레임 크기가 lD이고 연속된 두 프레임 사이에 겹치지 않는 nT개의 서브 프레임으로 분리된다. When collecting acoustic data, WindTrack first divides the audio sample into frames. Each frame contains a single received signal. l O is assumed to be the duration of the scanning phase equal to the rotation period of the fan in use. The signal is transmitted n T times during the rotation period, where n T is
Figure 112021010989138-pat00007
and l D is the signal transmission interval, that is, 70 ms. Therefore, the recorded sample is divided into n T subframes with a frame size of lD and non-overlapping between two consecutive frames.

그런 다음 바람이 불어 오는 시간을 추정하는데 사용되는 각 프레임에서 전파 고유성 및 저주파 에너지라는 두 가지 음향 특징을 추출한다.Then, two acoustic features, propagation uniqueness and low-frequency energy, are extracted from each frame, which are used to estimate wind time.

우선, 전파 고유성 추출에 대해 서술하면, 수신 신호는 바람이 불 때 고유한 전파 특성을 갖는다. 각도 위치에서 이 관계를 활용하기 위해 WindTrack은 전파 특성 측면에서 다른 신호와의 차이를 나타내는 pi로 표시되는 i 번째 수신 신호의 전파 고유성을 추출한다. First of all, if the extraction of propagation characteristics is described, the received signal has unique propagation characteristics when wind blows. To exploit this relationship in angular position, WindTrack extracts the propagation uniqueness of the ith received signal, denoted by pi, which represents the difference from other signals in terms of propagation characteristics.

먼저, 처프 신호에 포함되지 않는 관심 없는 주파수 범위를 필터링한 후, nF 계수와 함께 FFT(고속 푸리에 변환)를 사용하여 필터링된 샘플의 주파수 스펙트럼을 계산하고, 17-24KHz 의 주파수 범위의 크기(magnitudes)만 추출한다. 최종적으로, pi는 아래의 수학식 7과 같이 획득된다.First, after filtering out the frequency range of interest that is not included in the chirp signal, the frequency spectrum of the filtered sample is calculated using FFT (Fast Fourier Transform) with n F coefficients, and the size of the frequency range of 17-24KHz ( magnitudes) only. Finally, p i is obtained as shown in Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112021010989138-pat00008
Figure 112021010989138-pat00008

여기서 si,j는 i 번째 신호와 j 번째 신호의 추출된 크기 간의 피어슨(Pearson) 상관 계수이다. 즉, 신호가 다른 신호에 비해 고유한 전파 특성을 가질수록 pi가 증가한다.Here, s i,j is a Pearson correlation coefficient between the extracted magnitudes of the i-th signal and the j-th signal. That is, pi increases as the signal has a unique propagation characteristic compared to other signals.

이하에서는 저주파 에너지 추정을 설명한다. 바람이 부는 시간을 식별하기 위해 바람 소리라고 하는 마이크를 통과하는 바람에 의해 생성되는 소리를 들을 수도 있다. Low-frequency energy estimation is described below. You can also listen to the sound produced by the wind passing through the microphone, called wind noise, to identify windy times.

도 8은 본 발명의 회전 모드에서 팬에 대해 관찰된 음향 스펙트로그램을 보여주는 도면이다. 여기서, 스펙트럼이 밝을수록 해당 주파수에서 사운드가 더 크게 캡쳐된다.8 is a diagram showing an acoustic spectrogram observed for a fan in a rotating mode of the present invention. Here, the brighter the spectrum, the louder the sound is captured at that frequency.

도 8에서 볼 수 있듯이, 높은 진폭의 저주파(예: 200Hz 초과) 사운드는 바람이 마이크를 가로 질러 약 3 초 동안 불어 오는 경우에만 관찰된다. 특히, 바람이 불어 오는 시간을 추정할 때 전파 특성과 바람 소리를 모두 사용하는 것이 시너지 효과가 있다. As can be seen in Fig. 8, a high-amplitude, low-frequency (e.g., greater than 200 Hz) sound is only observed when wind blows across the microphone for about 3 seconds. In particular, there is a synergistic effect of using both propagation characteristics and wind noise when estimating the wind blowing time.

예를 들어, 움직이는 물체가 있는 경우 바람 소리는 주변 물체의 변위에 거의 영향을 받지 않기 때문에 측정에 중요한 역할을 할 수 있다(도 8(b) 참조). 이 관찰을 기반으로 WindTrack은 i 번째 프레임에서 저주파 에너지(ei) 라고 하는 추가적인 특징을 추출한다. 먼저 차수가 4이고 차단 주파수가 200Hz 인 저역 통과 버터 워스 필터를 적용할 수 있다. WindTrack 은 다음의 수학식 8과 같이 ei를 계산할 수 있다.For example, if there is a moving object, wind noise can play an important role in the measurement because it is hardly affected by the displacement of the surrounding object (see Fig. 8(b)). Based on this observation, WindTrack extracts an additional feature called low-frequency energy (e i ) from the ith frame. First, a low-pass Butterworth filter of order 4 and a cut-off frequency of 200 Hz can be applied. WindTrack can calculate e i as shown in Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112021010989138-pat00009
Figure 112021010989138-pat00009

여기서, 

Figure 112021010989138-pat00010
는 시간 t에서 i 번째 저역 통과 필터링된 프레임에서 관찰된 진폭이다.here,
Figure 112021010989138-pat00010
is the observed amplitude in the ith low-pass filtered frame at time t.

여러 마이크에서 캡쳐한 오디오 녹음에 대해 기능 추출 프로세스가 반복되어 특징을 결합한다. 

Figure 112021010989138-pat00011
Figure 112021010989138-pat00012
를 각각 k 번째 마이크의 녹음에서 얻은 i 번째 프레임의 전파 고유성과 저주파 에너지라고 정의한다. 본 발명에 따른 WindTrack은 기능을 mi로 표시되는 단일 값으로 결합하여(수학식 9), 바람이 불어 오는 시간을 예측할 때 견고성을 향상시킨다.The feature extraction process is repeated for audio recordings captured from multiple microphones to combine features.
Figure 112021010989138-pat00011
and
Figure 112021010989138-pat00012
is defined as the propagation uniqueness and low-frequency energy of the i-th frame obtained from the recording of the k-th microphone, respectively. WindTrack according to the present invention combines the functions into a single value represented by m i (Equation 9), improving robustness when predicting wind time.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112021010989138-pat00013
Figure 112021010989138-pat00013

여기서, nM은 마이크 수이고, αk 및 βk는 각각

Figure 112021010989138-pat00014
Figure 112021010989138-pat00015
에 대한 가중치이다. WindTrack은 일련의
Figure 112021010989138-pat00016
Figure 112021010989138-pat00017
를 병합하기 전에 최소-최대 스케일링(0~1 범위)을 통해 개별적으로 정규화할 수 있다.where n M is the number of microphones, and α k and β k are respectively
Figure 112021010989138-pat00014
and
Figure 112021010989138-pat00015
is the weight for WindTrack is a series of
Figure 112021010989138-pat00016
and
Figure 112021010989138-pat00017
can be individually normalized through minimum-maximum scaling (range 0 to 1) before merging.

본 발명에서, 가중치 αk 및 βk는 개별적으로 그리고 적응적으로 결정할 수 있다. 기본적으로, 더 뚜렷한 이상 값이 있는, 즉 바람에 의한 현상을 더 명확하게 포착하는 특징 세트에 더 많은 가중치를 할당할 수 있다. In the present invention, the weights α k and β k can be individually and adaptively determined. Basically, we can assign more weight to feature sets with more pronounced outliers, i.e. more clearly capturing wind-driven phenomena.

Figure 112021010989138-pat00018
가 k 번째 마이크에 의해 획득된 전파 고유성 값의 집합, 즉
Figure 112021010989138-pat00019
라고 가정한다. 
Figure 112021010989138-pat00020
는 각각 정상-J 최고 값과 나머지로 구성되는, 두 클러스터,
Figure 112021010989138-pat00021
Figure 112021010989138-pat00022
로 분할된다. 그런 다음 αk 다음의 수학식 10과 같이 계산된 두 군집 간의 최대 차이로 결정한다.
Figure 112021010989138-pat00018
is the set of propagation uniqueness values obtained by the k-th microphone, i.e.
Figure 112021010989138-pat00019
Assume that
Figure 112021010989138-pat00020
are two clusters, each consisting of the top-J peak value and the remainder,
Figure 112021010989138-pat00021
and
Figure 112021010989138-pat00022
is divided into Then, α k is determined as the maximum difference between the two clusters calculated as in Equation 10 below.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112021010989138-pat00023
Figure 112021010989138-pat00023

여기서, 

Figure 112021010989138-pat00024
및 
Figure 112021010989138-pat00025
는 각각
Figure 112021010989138-pat00026
Figure 112021010989138-pat00027
세트의 평균을 나타낸다. 특히, j의 범위는 0.05×nT 부터 0.2× nT, 즉, 이상 값 클러스터
Figure 112021010989138-pat00028
의 크기를 제한한다. 이는 팬의 회전 주기 동안 사용자에게 바람이 짧은 시간 동안 불기 때문이다. 유사하게, βk
Figure 112021010989138-pat00029
세트에 대해 클러스터링 기반 방법을 수행하여 얻을 수 있다. 일 실시예에서, αk 및 βk는 스마트 폰에 터치 입력이 이루어진 경우에 0으로 설정되고, 저주파수 음의 최대 진폭은 각각 αk 보다 낮다.here,
Figure 112021010989138-pat00024
and
Figure 112021010989138-pat00025
are respectively
Figure 112021010989138-pat00026
and
Figure 112021010989138-pat00027
represents the average of the set. In particular, j ranges from 0.05×n T to 0.2× n T , i.e. clusters of outliers.
Figure 112021010989138-pat00028
limit the size of This is because wind blows to the user for a short period of time during the rotation period of the fan. Similarly, β k is
Figure 112021010989138-pat00029
It can be obtained by performing a clustering-based method on the set. In one embodiment, α k and β k are set to 0 when a touch input is made to the smart phone, and the maximum amplitude of a low-frequency sound is lower than α k , respectively.

바람이 불어 오는 시간을 추정할 때 추출된 특징(mi) 중에서 이상값을 감지하는 것이 중요하다. 도 9는 mi가 바람이 불 때 심한 변동을 보인다는 것을 보여준다. 특히, 이러한 변화는 일련의 mi에서 한두 번 관찰되는 것이 보장된다. 이는 한 번의 회전 주기 동안 팬이 최대 2 회, 즉 왼쪽에서 오른쪽으로, 오른쪽에서 왼쪽으로 회전할 때 공기 흐름을 대상 사용자에게 전달하기 때문이다. 한 가지 예외적인 상황은 사용자가 회전하는 호의 모서리에 있다는 것이다. 이 경우 mi는 한 번만 변동한다.When estimating wind time, it is important to detect outliers among the extracted features (m i ). Figure 9 shows that m i shows significant fluctuations when the wind blows. In particular, this change is guaranteed to be observed once or twice in a series of m i . This is because during one rotation cycle, the fan delivers airflow to the target user when it rotates up to two times, i.e. left to right and right to left. One exceptional situation is that the user is on the corner of a rotating arc. In this case, m i fluctuates only once.

이러한 변동을 기반으로 WindTrack은 바람이 불어 오는 시간 집합인 

Figure 112021010989138-pat00030
를 추정한다. 첫째, 명확한 피크 값을 얻기 위해 일련의 mi에 Gaussian smoothing을 적용한다. 스무딩을 위한 창(window)의 크기는 3 초로 설정될 수 있다. 팬과 스마트 폰은 서로 독립적으로 작동하기 때문에 스마트 폰은 녹음 시작시 중요한 정보를 놓칠 수 있다(도 9 참조). Based on these fluctuations, WindTrack is a set of windward times,
Figure 112021010989138-pat00030
to estimate First, Gaussian smoothing is applied to a series of m i to obtain clear peak values. The size of a window for smoothing may be set to 3 seconds. Since the fan and smartphone operate independently of each other, the smartphone may miss important information at the start of recording (see Fig. 9).

그러나, WindTrack의 스캔 단계는 팬의 1 회 회전 주기 동안 정확히 유지된다. 이는 누락된 패턴이 반복되고 기록이 끝날 때 캡쳐됨을 의미한다. 이러한 주기적 특성을 고려하여 WindTrack은 원형 평활화 방법을 사용하고 최소-최대 배율([0, 1] 범위 내)로 평활화된 특징을 정규화한다.  WindTrack's scan phase, however, is accurately maintained during one rotation cycle of the fan. This means that the missed pattern is repeated and captured at the end of the recording. Considering these periodic characteristics, WindTrack uses a circular smoothing method and normalizes the smoothed features with a min-max scale (in the range [0, 1]).

결국

Figure 112021010989138-pat00031
를 아래의 수학식 11과 같이 시간 순간 집합 tW로 계산한다. 여기서, 각 순간의 해당 특성은 다음과 같이 0.2보다 큰 로컬 최대 값을 갖는다.at last
Figure 112021010989138-pat00031
is calculated as a set of time instants t W as shown in Equation 11 below. Here, the corresponding characteristic at each instant has a local maximum greater than 0.2 as

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112021010989138-pat00032
Figure 112021010989138-pat00032

3 개 이상의 시간이 선택되면 최고 피크 값을 가진 2 개를 선택할 수 있다.If more than three times are selected, the two with the highest peak value can be selected.

도 9(a)를 참조하면, 바람이 불어 오는 시간 tW세트가 주어지면 WindTrack은 팬의 x축을 기준으로 한 대상 사용자의 각도 위치인 θU를 추정한다. nW 바람이 불어 시간을 포함하는

Figure 112021010989138-pat00033
가 각각 
Figure 112021010989138-pat00034
로 표시된다고 가정한다. θU를 결정하는 한 가지 순수한 접근 방식은 
Figure 112021010989138-pat00035
에서 팬의 풍향을 계산하는 것이다. 그러나, 상기 언급된 바와 같이 상용 팬의 제한된 지원으로 인해 특정 시간에 풍향을 정확하게 식별하는 것은 매우 어렵다.Referring to FIG. 9(a), given a set of times t W during which the wind blows, WindTrack estimates θ U , the angular position of the target user relative to the x-axis of the fan. n W to include wind blow time
Figure 112021010989138-pat00033
are respectively
Figure 112021010989138-pat00034
Assume that it is represented by One naive approach to determining θ U is
Figure 112021010989138-pat00035
to calculate the wind direction of the fan. However, as mentioned above, it is very difficult to accurately identify the wind direction at any given time due to the limited support of commercial fans.

본 발명의 WindTrack은 팬의 회전 특성을 활용하여 이러한 제한을 해결한다. 선풍기의 핵심 기능 중 하나는 좌우로 회전하여 더 넓은 영역으로 공기 흐름을 유도하는 것이다. 팬이 θO의 회전 각도를 지원하고 헤드가 처음에 도 11과 같이 호의 왼쪽 모서리를 향한다고 가정한다. The WindTrack of the present invention addresses this limitation by utilizing the rotational characteristics of the fan. One of the key functions of a fan is to rotate left and right to direct airflow over a larger area. Assume that the fan supports a rotational angle of θ 0 and the head initially faces the left edge of the arc as shown in FIG. 11 .

팬의 주기적인 움직임은 네 가지 상태로 나눌 수 있다. 먼저, 팬의 머리는 vR의 각속도로 왼쪽에서 오른쪽으로, 즉,

Figure 112021010989138-pat00036
기간 동안 회전한다. 그 후, 헤드는 일정 시간(lS) 동안 호의 오른쪽 모서리에 머물고 반대 방향(오른쪽에서 왼쪽으로)으로 회전하고 왼쪽 모서리에 머물러 있다. 이 네 가지 상태는
Figure 112021010989138-pat00037
의 회전 주기로 정기적으로 반복된다. The periodic movement of the fan can be divided into four states. First, the fan's head moves from left to right with an angular velocity of v R , that is,
Figure 112021010989138-pat00036
rotate during the period After that, the head stays on the right edge of the arc for some time l S , then rotates in the opposite direction (right to left) and stays on the left edge. these four states
Figure 112021010989138-pat00037
is repeated regularly with a rotation period of

이러한 매개 변수는 하드웨어 공급 업체에서 제공하거나 WindTrack에서 측정할 수 있다. 도 10(b)는 두 번의 바람 부는 시간 

Figure 112021010989138-pat00038
과 
Figure 112021010989138-pat00039
 사이에 팬의 풍향이 θU에서 θO/2로 선형으로 변경되고 일정 기간 동안 안정된 후 다시 θU로 회전 함을 보여준다. 여기서, 다음의 수학식 12의 관계를 도출할 수 있다.These parameters can be provided by the hardware vendor or measured by WindTrack. 10 (b) shows two windy times
Figure 112021010989138-pat00038
class
Figure 112021010989138-pat00039
It shows that the wind direction of the fan changes linearly from θ U to θ O /2 in the interval and then rotates back to θ U after being stable for a period of time. Here, the relationship of Equation 12 below can be derived.

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112021010989138-pat00040
Figure 112021010989138-pat00040

즉, 사용자의 각도 위치 θU는 다음의 수학식 13과 같이 측정된 바람이 부는 시간과 미리 지정된 매개 변수로부터 얻을 수 있다. That is, the user's angular position θ U can be obtained from the measured windy time and predetermined parameters as shown in Equation 13 below.

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112021010989138-pat00041
Figure 112021010989138-pat00041

그러나, [

Figure 112021010989138-pat00042
, 
Figure 112021010989138-pat00043
]의 회전 방향은 예기치 않게 달라질 수 있다. 그 주된 이유는 팬의 초기 풍향과 회전 방향이 이전 작동 상태에 따라 다르며 상용 팬은 이러한 유형의 정보를 제공하거나 보관하지 않기 때문이다. 이러한 예측 불가능으로 인해 다음의 수학식 14와 같이 팬이 
Figure 112021010989138-pat00044
이후 왼쪽 또는 오른쪽으로 회전하는 경우를 포함하여 가능한 각 경우에 대해 θU를 계산해야 한다.however, [
Figure 112021010989138-pat00042
,
Figure 112021010989138-pat00043
] may change unexpectedly. The main reason for this is that the fan's initial wind direction and direction of rotation are dependent on its previous operating conditions, and commercial fans do not provide or retain this type of information. Due to this unpredictability, the fan as shown in Equation 14 below
Figure 112021010989138-pat00044
Then, θ U must be calculated for each possible case, including left or right turns.

[수학식 14][Equation 14]

Figure 112021010989138-pat00045
Figure 112021010989138-pat00045

사용자가 회전 호의 모서리에 있을 때 바람이 불어 오는 시간은 한번만 관찰된다. 이를 기반으로 nW 가 1이면 WindTrack은 θU를 ±θO/2로 결정한다.When the user is at the corner of the rotating arc, the time the wind blows is observed only once. Based on this, if n W is 1, WindTrack determines θ U as ±θ O /2.

정확한 결정을 내리기 위해 WindTrack은 사용자에게 두 후보 중 하나를 선택하도록 요청할 수 있다. 이러한 사용자 협력은 팬을 사용하는 동안 한 번만 필요하다. 이는 사용자의 도움으로 WindTrack이 팬의 풍향이 

Figure 112021010989138-pat00046
과 
Figure 112021010989138-pat00047
 사이에 어떻게 변하는지 정확히 알 수 있고, 
Figure 112021010989138-pat00048
이후의 변화를 예측할 수 있기 때문이다. 따라서, 특정 시간의 풍향에 대한 정보를 얻으면 WindTrack은 사용성을 더 이상 손상시키지 않고 사용자의 각도 위치를 자동으로 추적한다.To make an accurate decision, WindTrack can ask the user to choose between two candidates. This user cooperation is only required once while using the fan. This allows WindTrack to adjust the fan's wind direction with the help of the user.
Figure 112021010989138-pat00046
class
Figure 112021010989138-pat00047
You can see exactly how it changes between
Figure 112021010989138-pat00048
This is because future changes can be predicted. Thus, upon obtaining information about the wind direction at a particular time, WindTrack automatically tracks the user's angular position without further compromising usability.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법의 흐름도이다.13 is a flowchart of a method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법은, 도 1의 장치(10)와 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서, 도 1의 장치(10)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다. The method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone according to the present embodiment may be performed in substantially the same configuration as the device 10 of FIG. 1 . Accordingly, components identical to those of the apparatus 10 of FIG. 1 are given the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted.

또한, 본 실시예에 따른 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법은 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)에 의해 실행될 수 있다.In addition, the method for automatically tracking the user's direction of a smart electric fan using a smart phone according to the present embodiment may be executed by software (application) for automatically tracking the user's direction of a smart electric fan using a smart phone.

본 발명은, 선풍기를 위한 새로운 각도 포지셔닝 기술인 WindTrack을 제안함으로써 스마트 선풍기(또는, 팬(Fans)이라 칭함)를 보다 지능적으로 지원하는 기술이다.The present invention is a technology that more intelligently supports a smart electric fan (or referred to as fans) by proposing a 'WindTrack', which is a new angular positioning technology for an electric fan.

본 발명에 따른 WindTrack 기술은 바람에 의한 굴절의 음향 현상을 활용하여 자동으로 풍향을 제어한다. 보다 구체적으로, 회전 모드로 팬을 작동시키면서 사용자 가까이에 위치한 스마트 폰을 이용하여 소리 신호를 송수신한다. 그런 다음 수신된 신호의 전파 특성과 회전 팬 간의 관계를 기반으로 사용자의 각도 위치를 식별한다. 예를 들어, 바람이 마이크를 통과할 때 포착되는 바람 소리를 수신하는 등 스마트 폰에 내장된 여러 스피커와 마이크를 사용하여 WindTrack의 견고성을 더욱 향상시킬 수 있다. The WindTrack technology according to the present invention utilizes the acoustic phenomenon of refraction caused by wind to automatically control the wind direction. More specifically, sound signals are transmitted and received using a smart phone located near the user while operating the fan in a rotation mode. The angular position of the user is then identified based on the relationship between the propagation characteristics of the received signal and the rotating fan. The robustness of WindTrack can be further enhanced by using multiple speakers and microphones built into the smartphone, for example, to receive wind noise that is picked up as the wind passes through the microphone.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법은, 스마트 선풍기가 작동되면, 풍향을 변경하면서 일정 시간 동안 회전 모드로 동작한다(단계 S10). Referring to FIG. 13, in the method of automatically tracking the user's direction of a smart fan using a smart phone according to the present embodiment, when the smart fan is operated, it operates in a rotation mode for a predetermined time while changing the wind direction (step S10).

일례로, 적어도 한 번의 회전 주기 동안 반복하고, 각 회전 주기 동안 17KHz 이상 24KHz 이하의 주파수를 갖고 40ms의 길이를 갖는 선형 처프 신호를 70ms마다 전송할 수 있다.For example, a linear chirp signal having a length of 40 ms and having a frequency of 17 KHz or more and 24 KHz or less may be transmitted every 70 ms while being repeated for at least one rotation period.

사용자 근처의 스마트 폰에 내장된 스피커와 마이크를 이용하여 바람에 의해 방출된 사운드 신호를 수신한다(단계 S20).A sound signal emitted by the wind is received using a speaker and a microphone built into a smart phone near the user (step S20).

이 경우, 수신된 사운드 신호를 서브 프레임으로 분할하고, 각 서브 프레임에서 전파 고유성 및 저주파 에너지의 특성을 추출하여 가중치 결합할 수 있다.In this case, the received sound signal may be divided into subframes, and propagation uniqueness and low frequency energy characteristics may be extracted from each subframe and combined with weights.

수신된 사운드 신호의 전파 특성을 분석하여 바람에 의해 발생하는 굴절을 감지한다(단계 S30).Refraction caused by wind is detected by analyzing the propagation characteristics of the received sound signal (step S30).

바람의 굴절을 감지하는 경우, 바람이 불어오는 시간을 감지하여 사용자의 각도 위치를 추정한다(단계 S40).When detecting the refraction of the wind, the user's angular position is estimated by detecting the time when the wind blows (step S40).

스마트 선풍기의 회전 파라미터와 바람이 불어오는 시간을 이용하여 계산한다. 회전 파라미터는 사용 팬에서 제공하거나, 데이터 누적을 통해 계산될 수 있다.It is calculated using the rotation parameter of the smart fan and the wind blowing time. Rotational parameters can be provided by the fan used or calculated through data accumulation.

스마트 선풍기의 송풍 시점에 추정된 사용자의 각도 위치를 스마트 선풍기의 풍향으로 설정한다(단계 S50).The angular position of the user estimated at the time of blowing the smart fan is set as the wind direction of the smart fan (step S50).

사용자의 위치 변화가 감지되면, 모든 단계들을 자동으로 반복하여 사용자의 위치를 재추정한다. 예를 들어, 미리 설정된 시간(예를 들어 3초) 동안 임계치 이상의 가속도를 가지는 경우, 사용자의 위치 변화로 판단할 수 있다.When a change in the user's location is detected, the user's location is re-estimated by automatically repeating all steps. For example, if the acceleration exceeds a threshold value for a preset time (eg, 3 seconds), it may be determined as a change in the user's location.

정리하면, 본 발명은 스캐닝 단계에서 팬을 회전 모드로 작동하면서 사용자 근처에 있는 스마트 폰을 사용하여 음향 신호를 방출하고 기록한다. 이 협업 감지는 팬의 최소한 번의 회전 주기(예를 들어, 약 30 초) 동안 반복될 수 있다. 즉, WindTrack은 가능한 모든 풍향에 대한 음향 데이터를 수집한다.In summary, in the scanning step, the present invention emits and records sound signals using a smart phone near the user while operating the fan in a rotation mode. This cooperative sensing may be repeated for at least one rotation cycle of the fan (eg, about 30 seconds). In other words, WindTrack collects acoustic data for all possible wind directions.

이후 분석 단계에서 수신된 신호의 전파 특성을 비교하고 바람으로 인한 이상 값을 감지하여 바람이 불어 오는 시간을 계산한다. 최종적으로, 사용자의 각도 위치 θU를 송풍 시점의 팬의 풍향으로 추정하고 팬의 방향을 θU의 각도로 변경한다.After that, in the analysis step, the propagation characteristics of the received signal are compared, and the wind blow time is calculated by detecting anomalies caused by the wind. Finally, the user's angular position θ U is estimated as the fan's wind direction at the time of blowing, and the fan's direction is changed to the angle θ U .

이에 따라, 본 발명에서 제안하는 WindTrack은 팬의 하드웨어와 소프트웨어를 최소한으로 수정하여 선풍기에 쉽게 배포할 수 있으며, 사전 설치된 인프라에 의존하지 않는다. Accordingly, the WindTrack proposed in the present invention can be easily deployed to an electric fan by minimally modifying the hardware and software of the fan, and does not depend on a pre-installed infrastructure.

또한, 사용자의 별다른 조작 없이도 각도 위치 지정이 가능하므로 설정 및 사용이 용이하다. 나아가, 본 발명에 따른 WindTrack은 냉기를 목표물에 정확하게 전달하기 위해 선풍기에서 사용자의 각도 위치를 정확하게 측정하며, 특히 환경에 관계없이 동작할 수 있다.In addition, it is easy to set and use because the angular position can be specified without a user's manipulation. Furthermore, the WindTrack according to the present invention accurately measures the user's angular position in the fan in order to accurately deliver cool air to the target, and can operate regardless of the environment.

이와 같은, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. Such a method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone may be implemented as an application or implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium. The computer readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. Program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be those specially designed and configured for the present invention, or those known and usable to those skilled in the art of computer software.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. media), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware device may be configured to act as one or more software modules to perform processing according to the present invention and vice versa.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand.

상용 스마트 폰 및 인터넷 연결 팬에 배포된 프로토 타입 구현을 통해 본 발명에서 제안하는 WindTrack의 성능을 평가하였다. 평가 결과에 따르면, 본 발명에 따른 WindTrack은 다양한 각도 위치에서 평균 1.27 도의 오차로 사용자의 각도 위치를 매우 정확하게 결정할 수 있었다. 또한, 본 발명에서 제안하는 WindTrack은 다양한 실제 문제를 성공적으로 해결하였다. 저속 바람, 움직이는 물체 및 주변 소음이 있는 경우에도 높은 성능을 보였다. 즉, 본 발명에서 제안하는 WindTrack은 스마트 선풍기를 위해 별도의 하드웨어가 필요하지 않으므로 배포 가능성이 높고, 편리한 사용이 가능하며 정확한 각도 위치를 지원할 수 있다.The performance of WindTrack proposed in the present invention was evaluated through prototype implementation distributed to commercially available “smart phones” and internet-connected fans. According to the evaluation results, the WindTrack according to the present invention was able to very accurately determine the user's angular position with an average error of 1.27 degrees in various angular positions. In addition, the WindTrack proposed in the present invention has successfully solved various practical problems. It showed high performance even in the presence of low speed wind, moving objects and ambient noise. That is, since the WindTrack proposed in the present invention does not require separate hardware for a smart electric fan, it is highly deployable, can be used conveniently, and can support accurate angular positioning.

10: 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치
110: 오실레이터부
130: 스캐닝부
150: 분석부
170: 각도 추정부
190: 풍향 설정부
10: Automatic tracking device for user direction of smart fan
110: oscillator unit
130: scanning unit
150: analysis unit
170: angle estimation unit
190: wind direction setting unit

Claims (12)

스마트 선풍기가 작동되면, 풍향을 변경하면서 일정 시간 동안 회전 모드로 동작하는 단계;
사용자 근처의 스마트 폰에 내장된 스피커와 마이크를 이용하여 바람에 의해 방출된 사운드 신호를 수신하는 단계;
수신된 사운드 신호의 전파 특성을 분석하여 바람에 의해 발생하는 굴절을 감지하는 단계;
바람의 굴절을 감지하는 경우, 바람이 불어오는 시간을 감지하여 사용자의 각도 위치를 추정하는 단계; 및
스마트 선풍기의 송풍 시점에 추정된 사용자의 각도 위치를 스마트 선풍기의 풍향으로 설정하는 단계;를 포함하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법.
When the smart fan is operated, operating in a rotation mode for a predetermined time while changing the wind direction;
Receiving a sound signal emitted by the wind using a speaker and a microphone built into a smart phone near the user;
detecting deflection caused by wind by analyzing propagation characteristics of the received sound signal;
estimating a user's angular position by detecting a wind blowing time when wind refraction is detected; and
A method of automatically tracking the user's direction of a smart electric fan using a smart phone, including the step of setting the user's angular position estimated at the time of blowing of the smart electric fan as the wind direction of the smart electric fan.
제1항에 있어서,
사용자의 위치 변화가 감지되면, 모든 단계들을 자동으로 반복하여 사용자의 위치를 재추정하는 단계;를 더 포함하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법.
According to claim 1,
When a change in the user's location is detected, automatically repeating all the steps to re-estimate the user's location; further comprising, a method for automatically tracking the user's direction of a smart electric fan using a smart phone.
제2항에 있어서, 상기 사용자의 위치를 재추정하는 단계는,
미리 설정된 시간 동안 임계치 이상의 가속도를 가지는 경우, 사용자의 위치 변화로 판단하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법.
The method of claim 2, wherein the step of re-estimating the location of the user comprises:
A method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone, which is determined by a change in the user's position when the acceleration exceeds a threshold value for a preset time.
제1항에 있어서, 상기 풍향을 변경하면서 일정 시간 동안 회전 모드로 동작하는 단계는,
적어도 한 번의 회전 주기 동안 반복하고, 각 회전 주기 동안 17KHz 이상 24KHz 이하의 주파수를 갖고 40ms의 길이를 갖는 선형 처프 신호를 70ms마다 전송하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법.
The method of claim 1, wherein the step of operating in a rotation mode for a predetermined time while changing the wind direction comprises:
A method for automatically tracking the user's direction of a smart electric fan using a smart phone, which repeats for at least one rotation cycle and transmits a linear chirp signal every 70 ms with a frequency of 17 KHz or more and 24 KHz or less and a length of 40 ms during each rotation cycle.
제1항에 있어서, 상기 바람에 의해 방출된 사운드 신호를 수신하는 단계는,
수신된 사운드 신호를 서브 프레임으로 분할하는 단계;
각 서브 프레임에서 전파 고유성 및 저주파 에너지의 특성을 추출하는 단계; 및
전파 고유성 및 저주파 에너지의 특성을 가중치 결합하는 단계;를 포함하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법.
The method of claim 1, wherein receiving the sound signal emitted by the wind comprises:
Dividing the received sound signal into subframes;
extracting propagation uniqueness and characteristics of low-frequency energy in each subframe; and
A method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone, including the step of weighting the characteristics of radio wave uniqueness and low-frequency energy.
제1항에 있어서, 상기 사용자의 각도 위치를 추정하는 단계는,
스마트 선풍기의 회전 파라미터와 바람이 불어오는 시간을 이용하여 계산하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법.
The method of claim 1, wherein the estimating the angular position of the user comprises:
A method for automatically tracking the user's direction of a smart fan using a smart phone, which is calculated using the rotation parameter of the smart fan and the wind blowing time.
제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 상기 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체.
A computer-readable storage medium having a computer program recorded thereon for performing the method for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using the smart phone according to any one of claims 1 to 6.
스마트 선풍기가 작동되면, 풍향을 변경하면서 일정 시간 동안 회전 모드로 동작하는 오실레이터부;
사용자 근처의 스마트 폰에 내장된 스피커와 마이크를 이용하여 바람에 의해 방출된 사운드 신호를 수신하는 스캐닝부;
수신된 사운드 신호의 전파 특성을 분석하여 바람에 의해 발생하는 굴절을 감지하는 분석부;
바람의 굴절을 감지하는 경우, 바람이 불어오는 시간을 감지하여 사용자의 각도 위치를 추정하는 각도 추정부; 및
스마트 선풍기의 송풍 시점에 추정된 사용자의 각도 위치를 스마트 선풍기의 풍향으로 설정하는 풍향 설정부;를 포함하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치.
an oscillator unit operating in a rotation mode for a certain period of time while changing a wind direction when the smart fan is operated;
a scanning unit for receiving a sound signal emitted by the wind using a speaker and a microphone built into a smart phone near the user;
an analyzer configured to detect refraction caused by wind by analyzing propagation characteristics of the received sound signal;
an angle estimator for estimating an angular position of the user by detecting a wind blowing time when detecting wind refraction; and
A wind direction setting unit for setting the user's angular position estimated at the time of blowing of the smart fan as the wind direction of the smart fan; including, a device for automatically tracking the user's direction of a smart fan using a smart phone.
제8항에 있어서,
사용자의 위치 변화가 감지되면, 사용자의 위치를 재추정하는 재추정부;를 더 포함하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치.
According to claim 8,
When a change in the user's location is detected, a re-estimation unit for re-estimating the user's location; further comprising, a device for automatically tracking the user's direction of a smart electric fan using a smart phone.
제9항에 있어서, 상기 재추정부는,
미리 설정된 시간 동안 임계치 이상의 가속도를 가지는 경우, 사용자의 위치 변화로 판단하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치.
The method of claim 9, wherein the reestimation unit,
An automatic tracking device for a user's direction of a smart electric fan using a smart phone, which is determined by a change in the user's position when the acceleration exceeds a threshold value for a preset time.
제8항에 있어서, 상기 스캐닝부는,
수신된 사운드 신호를 서브 프레임으로 분할하고, 각 서브 프레임에서 전파 고유성 및 저주파 에너지의 특성을 추출하여 가중치 결합하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치.
The method of claim 8, wherein the scanning unit,
A device for automatically tracking a user's direction of a smart electric fan using a smart phone, which divides a received sound signal into subframes, extracts characteristics of radio wave eigenvalues and low frequency energy from each subframe, and combines them with weights.
제8항에 있어서, 상기 각도 추정부는,
스마트 선풍기의 회전 파라미터와 바람이 불어오는 시간을 이용하여 계산하는, 스마트 폰을 활용한 스마트 선풍기의 사용자 방향 자동 추적 장치.
The method of claim 8, wherein the angle estimation unit,
A device for automatically tracking the user's direction of a smart fan using a smart phone, which is calculated using the rotation parameter of the smart fan and the wind blowing time.
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