KR20020071485A

KR20020071485A - 인체 감지 벽면 스위치

Info

Publication number: KR20020071485A
Application number: KR1020020024102A
Authority: KR
Inventors: 권순형; 이운진; 소재환
Original assignee: 주식회사 이에스에스디
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2002-09-12

Abstract

본 발명은 인체 감지 벽면 스위치에 관한 것으로, 특히 인체의 직접 터치, 간접 터치 또는 근접 터치 시에 정전 용량 또는 저항값을 감지하여 스위칭 신호를 발생시킴으로써, 스위치의 온오프 동작을 수행하는 벽면 스위치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 인체 감지 벽면 스위치는 인체를 감지하여 작동하므로 조명 등을 보다 쉽게 점멸할 수 있다. 특히, 직접 정전 용량 감지부에 인체를 접촉시키지 않고 근접한 경우에도 스위치의 작동이 가능하므로 겨울철에 정전기 발생으로 인한 불쾌함을 방지할 수 있다.

또한 기계식 스위치와는 달리 기계적 파손이나 마모가 발생하지 않으며, 스위치의 외형에 별다른 제한이 없으므로 실용성과 아울러 고급화되어 가는 건축 내부에 적합하도록 미관상 다양한 형태의 변화가 가능하며, 기존 벽면 스위치와 동일한 크기로 제작할 수 있으므로 손쉽게 교체할 수 있는 장점이 있다.

Description

인체 감지 벽면 스위치{WALL SWITCH SENSING THE PROXIMITY OF HUMAN BODY}

실내 조명 등을 비롯한 전기 기기의 전원 공급을 점멸하는 스위치로서 벽면 스위치가 이용되는데, 종래의 벽면 스위치의 경우 기계적 접점 변화를 통한 온오프 스위치가 통용되고 있다. 기계적 접점 스위치의 경우 온오프 접점 접촉이 불안하고, 장기간 스위치를 사용하는 경우 기계적 접점 접촉으로 인한 기계 마모로 인하여 오동작을 유발할 수 있다.

최근 들어, 기계적 접점 스위치의 문제점을 해결하기 위하여, 적외선 감지 센서가 부착된 리모콘 스위치 또는 타이머를 내장한 스위치와 같은 전자식 스위치가 도입되고 있다.

그런데, 전술한 종래 기술은 실내에 출입 시에 손쉽게 전원을 점멸하는데 적합하지 않고, 적외선 감지 스위치의 경우에도 넓은 구역에 대하여 감지하므로, 현관이나 계단의 전등을 점멸하기 위한 경우에나 적합하지 실내의 조명 등을 점멸하기에는 부적합하다.

또한, 최근 들어 도입되고 있는 정전 용량형 터치 스위치의 경우, 정밀 기계나 엘리베이터 등의 조작 스위치에 사용되고 있지만, 벽면 스위치에는 응용되지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 작동이 용이하고 스위치 외형에 다양한 디자인 상의 변화를 가할 수 있는 벽면 스위치를 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 인체를 스위치에 직접 터치하거나, 간접 터치하거나 또는 근접함으로써 전원을 점멸할 수 있는, 종래의 기계적 접점 방식을 탈피한 새로운 벽면 스위치를 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 따른 벽면 스위치 구성의 일 실시예를 나타낸 도면.

도2는 본 발명의 제1 실시예로서, 정전 용량의 변화를 이용한 벽면 스위치의 구성을 나타낸 도면.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 벽면 스위치의 정전 용량 감지부를 구현한 회로도를 나타낸 도면.

도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 벽면 스위치의 스위치 콘트롤부를 구현한 회로도를 나타낸 도면.

도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 벽면 스위치의 스위치부 및 정류부를 구현한 회로도를 나타낸 도면.

도6은 본 발명의 제2 실시예로서, 저항값 변화를 이용한 벽면 스위치의 구성을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2, 3 : 노드

10 : 스위치 프레임

11 : 유전체 플레이트

12 : 금속판

13 : 플라스틱판

14 : 플라스틱 하우징

15 : 제어 보드

16 : 신호 입력부

20 : 정전 용량 감지부

30 : 스위치 콘트롤부

40 : 스위치부

70 : 조명

101 : 캐패시턴스

102 : 프로세싱 유닛

104 : 디플립 플롭

115 : 포토커플러 U1

117 : 스위칭 콘트롤 레지스터(SCR)

200 : 전압 증폭 장치

210 : 비교기

220 : 필터

230 : 기준 조절부

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 인체의 접촉 또는 근접을 감지하는 유전체 플레이트와 상기 유전체 플레이트와 평행하게 겹치도록 선정된 간격을 사이에 두고 배치된 금속판과 상기 금속판과 전기적으로 접속되는 전원 점멸 제어 회로를 구비한 제어 보드를 포함한 벽면 스위치에 있어서, 상기 제어 보드는, 상기 유전체 플레이트에로의 인체의 접촉 또는 근접이 발생하는 경우, 변화된 정전 용량을 감지하여 온오프 전기 신호로 변환하는 정전 용량 감지부; 상기 벽면 스위치가 점멸하는 파워 라인과 연결되어 전원 공급을 온오프하는 스위치부; 상기 정전 용량 감지부로부터 신호를 받아 상기 스위치부의 동작을 제어하는 스위치 콘트롤부; 및 상기 파워 라인과 연결되어 정전 용량 감지부 및 상기 스위치 제어부에 직류 전원을 공급하는 정류부를 포함하는 벽면 스위치를 제공한다.

이하에서는, 첨부 도면 도1 내지 도6을 참조하여 본 발명에 따른 벽면 스위치의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 벽면 스위치 구성의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 벽면 스위치는 스위치 프레임(10)에 유전체 플레이트(11)가 구비되어 있고, 유전체 플레이트(11) 밑에 일정 간격을 유지하며 금속판(12)이 설치되어 있다.

이 때에, 유전체 플레이트(10)에 인체의 일부, 즉 손을 접촉하거나 근접시킴에 따라 금속판에 유기되는 정전 용량에 변화가 발생하게 되며, 이와 같이 발생하는 정전 용량의 변화를 감지하여 파워 스위치를 점멸하게 된다.

다시, 도1을 참조하면 금속판(12)을 지지하고 격납하는 플라스틱판(13), 상기 플라스틱판(13)에 연결되어 전원 점멸을 제어하는 제어 보드(15)와 플라스틱 하우징(14)이 도시되어 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 제어 보드(15)의 신호 입력부(16)는 플라스틱판(13)을 통해 금속판(12)에 전기적으로 접속되어 있다. 본 발명의 또 다른 양호한 실시예로서, 유전체 플레이트(11)는 평면 모양, 입체 모양, 또는 액자 모양 등 다양한 실시 형태가 가능하다. 즉, 유전체 플레이트(11)는 인테리어 디자인 개념으로 다양한 변형이 가능하다.

본 발명에 따른 벽면 스위치는 유전체 플레이트(11)를 인체가 직접 터치(이를 간접 터치라고 칭함)함으로써 정전 용량의 변화를 감지하거나, 인체의 근접을 통해서도 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다.

본 발명에 따른 벽면 스위치의 또 다른 실시예로서, 상기 유전체 플레이트(11)를 생략하고 금속판(12)을 인체에 직접 터치시킴으로써 정전 용량의 변화를 감지하도록 설계할 수도 있다. 또한, 벽면 스위치에 금속판(12)만을 사용하는 경우, 정전 용량의 변화 대신에 저항값의 변화를 감지함으로써 전원 공급 점멸을 수행할 수도 있다.

다시 도1을 참조하면, 상기 인체 감지 벽면 스위치는 인쇄 회로 기판(15)의 입력 단자 위에 금속판(12)을 설치하고 그 위에 터치 패드 용도로서 플라스틱 커버(11)를 덮는 형태로 되어 있다. 그런데, 상기 정전 용량 감지부(20)에서, 인체가 접촉 또는 접근할 때 발생하는 정전 용량의 값과 비교하기 위한 레퍼런스 정전 용량 값은 상기 금속판(12) 또는 터치 패드(11) 등 인체와 접촉 또는 인체의 근접을 감지하는 부분의 면적이나 유전율에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 그러므로, 상기 인체 감지 벽면 스위치(10)는 그 외형에서 다양한 형태로의 변환이 가능하며, 하나의 스위치 시스템에 수 개의 스위치가 작동할 수 있도록 시스템을 설계할 수 있다. 또한, 상기 플라스틱 커버(11)를 부착하지 않고, 상기 금속판(12)을 직접 터치 패드로서 이용하여 작동되는 시스템도 가능하다.

본 발명에 따른 양호한 실시예로서, 기존 벽면 스위치 크기의 터치 패드 크기를 갖는 인체 감지 벽면 스위치는 인체의 접촉이나 근접이 없으면 출력 없도록 하기 위해 레퍼런스 정전 용량을 Cx₁으로 설정하고, 레퍼런스 정전 용량 Cx₁보다 작은 정전 용량을 갖는 금속판(12) 위에 플라스틱 커버(11)를 덮을 경우, 인체의 정전 용량은 주변 환경에 따라 다르나 수 pF 내지 수십 pF이므로 사람이 플라스틱 커버(11) 위에 직접 접촉하는 경우, 혹은 직접 접촉하지 않더라도 근접(4 ∼ 5 cm 이내)인 경우에도 공기의 유전율이 있으므로 인체에 의한 정전 용량이 더해져 상기 정전 용량 감지부(20)가 그 변화를 감지하고 신호를 전달하여 상기 스위치부(40)가 전원 공급을 온오프하게 된다. 그런데, 인체가 근접했을 경우에 상기 정전 용량감지부가 인체의 근접을 감지할 수 있는 거리는 상기 금속판의 넓이나 재질에 따라서 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 레퍼런스 정전 용량 Cx₁은 15 pF 정도로 설정될 수 있다.

도2는 본 발명의 제1 실시예로서, 정전 용량의 변화를 이용한 벽면 스위치의 구성을 나타낸 도면이다. 정전 용량 감지부(20)는 특정 기준 값의 정전 용량 값으로 발진 신호를 발생하고 있으며, 인체가 상기 정전 용량 감지부(20)에 접촉하거나 근접할 경우 발진되는 발진 용량 값과의 차이를 비교하여 인체의 접촉 또는 근접을 출력하는 장치이다.

정전 용량 감지부(20)는 감지 회로의 입력 단자를 통하여 감지된 정전 용량을 구형파로 변화시키는 발진 회로부, 일정한 구형파를 발생하는 레퍼런스 신호를 비교하여 인체의 접촉 여부를 판단하는 판단부, 노이즈 및 인체가 접촉하지 않았을 때 오동작을 방지하기 위한 딜레이부를 포함하여 구성된다.

다시 도2를 참조하면, 스위치 콘트롤부(30)는 상기 정전 용량 감지부(20)로부터 신호를 받아 간단한 토글 방식의 동작을 하여 전원 공급을 하는 스위치의 온오프를 제어하는 신호를 발생시키는 장치이다. 또한, 상기 스위치부(40)는 상기 스위치 제어부(30)로부터 신호를 받아 직접 전원 공급을 온오프함으로써 조명(70) 등에 전원 공급을 제어하는 장치이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 상기 인체 감지 스위치는 상기 정전 용량 감지기가 인체의 접촉 또는 근접으로 인한 정전 용량의 변화를 감지하고, 이를 신호로변환하여 조명 등에 전원 공급을 점멸하게 된다.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 벽면 스위치의 정전 용량 감지부를 구현한 회로도를 나타낸 도면이다. 도3을 참조하면, 정전 용량 감지부(20)는 정전 용량의 변화를 감지하는 회로로서, 직접 또는 간접 접촉으로 이용될 수 있으며, 특히 간접적으로 이용되면 접촉면 표면에 유리나 플라스틱 등 부도체로 표면을 보호한 상태에서도, 인체의 감지 여부를 판단하여 스위치로서 역할을 한다.

본 발명에 따른 정전 용량 감지부(20)를 구성하는 프로세싱 유닛(102)은 감지 회로의 입력 단자(11)를 통하여 정전 용량을 구형파로 변환시키는 발진 회로부와 일정한 구형파를 발생하는 레퍼런스 신호를 비교하여 인체의 접촉 여부를 판단하는 판단부, 노이즈 및 인체의 접촉하지 않았을 때의 오동작을 방지하기 위한 딜레이부를 포함하는 회로부로 구성되어 있다.

레퍼런스 신호를 발생하는 회로부의 캐패시턴스(101) 용량은 입력 단자의 터치 패드의 크기나, 재질, 간접 터치로 이용할 때 사용되는 부도체의 재질이나 종류에 따라 설정할 수 있다. 출력 상태를 원하는 형태로 발생할 수 있으며, 즉, 터치하지 않는 경우 로우 상태에서 터치 후 하이 상태로 출력을 발생하거나, 반대로 하이에서 로우 상태로 발생할 수 있다. 또한, 하이임피던스에서 로우 상태로 출력을 발생할 수도 있다.

도3을 참조하면, 프로세싱 유닛(102)은 특정 기준값의 정전 용량 값으로 발진 신호를 발생하고 이 값과 감지되는 정전 용량 값으로 발진되는 값의 차이를 비교하여 인체의 직접/간접 터치 및 근접을 출력하는 회로이다.

한편, Cx₁(101)은 인체의 접촉과 비교할 레퍼런스 캐패시턴스 값으로 이 값은 접촉 면적, 재질 등에 따라 결정될 수 있다. 이 발명품의 경우 벽면 스위치 면적이 넓은 편이므로 인체의 접속 없이도 비교적 큰 정전 용량을 가지고 있다. 이에 대해, 인체의 접속 없이 출력이 나오지 않기 위해 수 pF 내지 수십 pF를 적용하여 인체의 접속이 없는 경우 Sense1 단자의 출력이 0을 유지하게 하고 인체의 접속이 발생하여 생기는 정전 용량에 의해 Sense1 단자의 출력이 1이 나오게 할 수 있다.

도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 벽면 스위치의 스위치 콘트롤부를 구현한 회로도를 나타낸 도면이다. 도4를 참조하면, 스위치 제어부는 간단한 토글 방식의 동작을 하여 형광등의 온오프 제어 신호를 발생하는 부분으로서, 디플립 플롭(104)의 D 입력과 출력 Q바를 같이 묶음으로써 클럭에 의해 Q값이 1과 0을 반복해서 출력하게 된다.

도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 벽면 스위치의 스위치부 및 정류부를 구현한 회로도를 나타낸 도면이다. 도5를 참조하면, AC 신호가 공급되면 BD1(110)과 R2(111), C2(112), DZ3(113), C3(114)에 의해 6.8V의 DC 신호로 변환되어 스위치 콘트롤부(30)와 스위치부(40)의 전원을 공급하게 된다.

또한, 제어 신호는 포토커플러 U1(115)을 통해 Q1(116)으로 전달되어 스위칭 콘트롤 레지스터(SCR) S₁(117)의 온오프를 제어한다. Q1(116)이 오프되는 경우, X1(118)의 게이트(3번 단자)의 전압은 3개의 다이오드 온 전압이 되고, X1(18)은온이 되며, 결국 노드(1)로부터의 X1(118)의 1, 2 단자를 지나 노드(3)를 지나 X0(119)의 1, 2 단자를 통해 노드(2)로 공급되게 되고 형광등이 온되게 되는 것이다. 형광등이 온이 되었을 경우 AC 전원에 직접 연결된 X0(트라이스터)는 정류부로의 전원 공급을 위해서 입력되는 AC 신호에 대해 DZ1(120), DZ2(130)에 의해 연속적으로 온오프를 반복한다.

도6은 본 발명의 제2 실시예로서, 저항값 변화를 이용한 벽면 스위치의 구성을 나타낸 도면이다. 도6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예는 벽면 스위치의 인체 감지 방법의 한가지로 인체가 직접 도체에 접촉했을 때 생기는 저항 변화량에 의해 생성되는 미세한 전압 변화를 증폭기(200)로서 증폭하여, 비교기(210)로 출력한다.

터치부(11)는 인체 접촉을 위한 도체부로써 인체의 접촉에 따라 병렬 저항값으로 나타나게 되고, 이 때 생기는 미세 전압 변화를 전압 증폭 장치(200)를 통해 변화시켜 비교기(210)로 신호가 입력된다. 또한, 기준 조절부(230)는 터치 여부에 따른 민감도를 조절하는 부분으로 부분의 조건 및 터치 환경에 따라 조절한다. 비교부(210)에서 나오는 출력은 비교적 작은 입력 차이를 비교하여 나오는 것이므로 접촉시 출력의 흔들림 현상이 나타나는 경우가 있고 이를 보정하기 위해 필터(220)를 장착하여 사용한다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 인체 감지 벽면 스위치는 인체를 감지하여 작동하므로 조명 등을 보다 쉽게 점멸할 수 있다. 특히, 직접 정전 용량 감지부에 인체를 접촉시키지 않고 근접한 경우에도 스위치의 작동이 가능하므로 겨울철에 정전기 발생으로 인한 불쾌함을 방지할 수 있다.

Claims

인체의 접촉 또는 근접을 감지하는 유전체 플레이트와 상기 유전체 플레이트와 평행하게 겹치도록 선정된 간격을 사이에 두고 배치된 금속판과 상기 금속판과 전기적으로 접속되는 전원 점멸 제어 회로를 구비한 제어 보드를 포함한 벽면 스위치에 있어서, 상기 제어 보드는,

상기 유전체 플레이트에로의 인체의 접촉 또는 근접이 발생하는 경우, 변화된 정전 용량을 감지하여 온오프 전기 신호로 변환하는 정전 용량 감지부;

상기 벽면 스위치가 점멸하는 파워 라인과 연결되어 전원 공급을 온오프하는 스위치부;

상기 정전 용량 감지부로부터 신호를 받아 상기 스위치부의 동작을 제어하는 스위치 콘트롤부; 및

상기 파워 라인과 연결되어 정전 용량 감지부 및 상기 스위치 제어부에 직류 전원을 공급하는 정류부

를 포함하는 벽면 스위치.
제1항에 있어서, 상기 유전체 플레이트는 플라스틱 소재로 구성됨을 특징으로 하는 벽면 스위치.
제1항에 있어서, 상기 유전체 플레이트는 평면 또는 입체 형상을 하고 있는것을 특징으로 하는 벽면 스위치.
제1항에 있어서, 상기 정전 용량 감지부는 선정된 레퍼런스 정전 용량 값으로 레퍼런스 발진 신호(제1 발진 신호)를 발생하고, 상기 유전체 플레이트에 인체 접촉 또는 인체 근접 상황 시에 변화된 정전 용량 값에 따라 발생된 순시 발진 신호(제2 발진 신호)를 발생하여, 상기 제1 발진 신호와 상기 제2 발진 신호의 발진 주파수의 변화가 선정된 값이 상인 경우, 상기 정전 용량 감지부의 출력 전압을 스위칭하는 것을 특징으로 하는 벽면 스위치.
제1항에 있어서, 상기 스위치 콘트롤러부는 디플립 플롭으로 구성하되, 상기 디플립 플롭의 입력(D) 출력바()를 서로 연결하여 토글 스위치 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 벽면 스위치.
제1항에 있어서, 상기 스위치부는 상기 스위치 콘트롤러부의 제어 신호를 포토커플러를 통해 전달받아 스위칭 콘트롤 레지스터(SCR)의 온오프를 제어하고, 상기 파워 라인에 연결된 트라이스터를 구비함을 특징으로 하는 벽면 스위치.
제1항에 있어서, 상기 벽면 스위치는 상기 유전체 플레이트를 생략하고, 상기 금속판에 인체가 접촉하도록 구성됨을 특징으로 하는 벽면 스위치.
인체에 접촉 터치되도록 설계된 금속판과 상기 금속판과 전기적으로 접속되는 전원 점멸 제어 회로를 구비한 제어 보드를 포함한 벽면 스위치에 있어서, 상기 제어 보드는,

상기 금속판에 인체가 접촉된 경우와 아닌 경우에 생기는 저항 변화량에 따라 발생하는 미세 전압 변화를 증폭하는 전압 증폭기;

상기 전압 증폭기 출력과 레퍼런스 전위를 비교하여 상기 금속판에 발생한 미세 전압 변화를 탐지하는 비교기;

상기 비교기 출력의 잡음 성분을 제거하는 여과기;

상기 벽면 스위치가 점멸하는 파워 라인과 연결되어 전원 공급을 온오프하는 스위치부; 및

상기 여과기로부터 신호를 받아 상기 스위치부의 동작을 제어하는 스위치 콘트롤부

를 포함하는 벽면 스위치.
제1항에 있어서, 스위치 역할뿐만 아니라 사진 액자로서의 역할을 하는 벽면 스위치, 스위치 역할뿐만 아니라 인테리어 용품 역할을 하는 벽면 스위치.