KR20070040768A - 단위 시간당 온도변화율에 의해 출력물을 제어하는 장치를내장한 스마트컵 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 사운드 재생 및 플레이 장치, 온도 센서, 마이크로컨트롤 칩을 내장한 컵의 작동 방법에 관한 것임

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 컵의 재질별로 온도 전달 속도가 다른 점에 착안하여 온도 센서를 통해 일정 시간 간격으로 온도 변화를 기록하고 이를 마이크로컨트롤 칩에서 분석하여 단위 시간당 온도 변화율로 환산한 후, 컵의 재질별로 설정해 둔 값에 부합하면 음성 출력을 포함한 목적 활동이 작동되도록 구성한 컵 고정 장치를 제공하는데 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명의 보이스 컵은 하단부에 플레이모듈을 장착할 수 있는 공간을 만든 컵이나 손잡이로 이루어진 본체; 상기 본체에 내장된 음원의 저장 및 재생 장치; 상기 본체의 내부에서 컵과 접촉할 수 있는 위치에 장착된 온도 센서; 상기 본체에 내장된 온도 센서와 음원 저장 및 재생 장치 등을 전반적으로 제어하는 마이크로 컨트롤러를 장착한 플레이 모듈을 포함하되, 상기 플레이 모듈은 컵이 고정 장치에 장착될 때 전원이 연결되고 컵을 분리할 때 전원이 차단되도록 고안된 스위치 장치; 컵의 재질에 따라 목표 온도변화율을 선택하는 버튼; 온도 센서로 컵의 단위 시간당 온도 변화율을 기록한 후 이 변화율이 사전에 설정된 목표 온도변화율에 도 달했을 때 음원이 재생되도록 설계되어 마이크로컨트롤러에 내장된 프로그램을 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 컵, 컵의 손잡이 및 컵 고정 장치에 설치하여 컵의 기능 및 용도를 확장하는 데에 이용됨.

온도 센서, 컵, 고정 장치, 단위 시간당 온도 변화, 음원저장, 음원재생

Description

단위 시간당 온도변화율에 의해 출력물을 제어하는 장치를 내장한 스마트컵{ Smart Cup which is set up Devices that control Output Devices by the Rate of Temperature Change per Unit Time}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트컵의 단면도

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내부 회로 구성도

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컵의 작동 흐름도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110 : 컵 몸체 120 : 플레이 모듈

121 : 온도 센서 122 : 마이크로컨트롤러

123 : 컵 재질 선택 버튼 124 : 전지

125 : 음원칩 126 : 메인 보드

127 : 스피커 128 : 덮개

129 : 사운드 출력 집적 회로 130 : 전원스위치

본 발명은 보이스 컵 및 스마트 컵에 관한 것으로, 일반적으로 보이스 컵이 라 하면 컵에 음료를 담았을 때 혹은 컵에 일정한 변화를 주었을 때 이를 감지하여 내장된 사운드가 재생되게 하는 것을 말하며, 스마트 컵이라 하면 컵의 기능을 음료를 마시는 것에서 더 확장하여, 유비쿼터스 등의 기술을 접목해 일상 생활에 도움을 주는 지능형 컵으로 개발한 것을 말한다.

보이스 컵이나 스마트 컵에서 물의 온도를 감지하여 사운드를 재생하는 컵이 이미 개발돼 있는 바, 온도 센서로 바이메탈을 쓰거나 혹은 써미스터로 온도를 읽어서 마이크로컨트롤 칩으로 데이터를 분석하여 음원을 재생시키는 방식이 있으나 다음과 같은 제한점이 있다.

바이메탈을 사용한 경우 뜨거운 물에서만 작동하므로 여름에 시원한 음료를 담는 컵으로는 사용할 수 없다.

온도 센서와 마이크로컨트롤러를 사용한 경우 작동 온도를 임의로 정할 수 있다는 장점이 있으나 이 역시 고온에서 작동하도록 설정할 때는 문제가 없는데 반해 저온의 경우, 통상적으로 사람들이 시원하다고 느끼는 음료의 온도가 10℃ 내외 인 바, 이 온도는 상온과 너무 가까워서 음료를 담지 않아도 저절로 작동할 수 있다. 이를 방지하기 위해 작동 온도를 더 낮추면 그 만큼 차가운 음료를 구해야 하므로 역시 실용성이 없다. 또한 뜨거운 물은 통상적으로 90℃ 내외이므로 20℃ 안팎의 컵의 온도를 60℃ 정도로 올리는 데 걸리는 시간은 오래 걸리지 않으나, 저온의 경우 20℃의 컵을 10℃의 찬 물로 12℃까지 낮추는 데에 걸리는 시간은 너무 많이 걸리므로 대기 시간 측면에서 보더라도 실용성이 없다. 즉, 단순히 온도 센서를 마이크로컨트롤러로 제어하는 구조 만으로는 온도 센서의 온도 감지 민감성과는 관 계없이, 찬 물에서 소리가 나게 하는 보이스컵을 용이하게 제작할 수 없다.

플라스틱과 같이 열전달 속도가 현저히 느린 재질의 컵은 뜨거운 음료를 부어도 상온을 초과하는 온도에 도달하는 데에 시간이 너무 많이 걸리므로 온도 관련 센서를 사용할 수 없었다.

이렇게 열센서를 사용하지 못할 경우에는 컵 바닥에 두 개의 전극을 돌출시켜 음료를 부었을 때의 저항을 측정하여 작동하게 하거나, 또 다른 방법으로 광센서를 사용해 컵을 바닥으로부터 들었을 때 작동되게 하는 기술이 개발돼 있다. 그러나 저항 센서의 경우 금속성 전극을 산화물이 덮어버림으로 해서, 전기가 통하지 않아 센서가 작동하지 않거나 위생상의 문제가 발생할 수 있고, 증류수에 가까운 정수기 물은 전류가 통하지 않아 아예 작동하지 못하는 경우가 종종 있다.

광센서를 사용한 경우 음료를 부었는지 여부와 상관없이 컵을 들 때 마다 소리가 나기 때문에 오히려 사용자로 하여금 불편을 초래한다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 컵의 온도를 일정 시간 간격으로 기록하여 이를 단위 시간당 온도변화율로 환산한 후, 온도 변화율이 설정된 값에 도달하거나 초과할 경우에만 작동함으로써 찬 물과 더운 물 모두에서 사운드가 재생되거나 기타 내장된 장치를 작동시키는 컵을 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 온도 센서를 사용하면서도 컵 재질의 종류에 제약을 받지 않도록 하여 온도 센서를 사용한 스마트 컵 종류를 확대 및 다양화시키는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 컵의 재질에 따라 온도 전달 속도가 다른 점을 감안하여 플레이 모듈 속에 사용자가 임의로 컵 재질을 선택하는 버튼을 내장하고, 상기 버튼을 눌러 각각의 재질에 가장 적합한 단위 시간당 온도변화율을 선택할 수 있음으로써 하나의 플레이 모듈로 다양한 종류의 컵에서 사용할 수 있도록 하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스마트 컵은, 컵으로부터 탈착 가능하게 만들어진 플레이 모듈 케이스; 상기 케이스 내부에 설치되어 컵의 온도 변화에 따라 내장된 사운드가 재생되는 플레이 모듈을 포함하되, 상기 플레이 모듈은, 컵의 온도 변화를 측정하는 온도 센서; 플레이 모듈을 장착할 때 전원이 연결되는 전원 스위치 장치; 재질에 따라 목표 온도변화율을 결정하는 컵 재질 선택 버튼; 플레이 모듈을 전반적으로 컨트롤하되 특히 상기 온도 센서의 데이터를 분석하여 단위시간당 온도변화율을 산출하고 이 값을 목표 온도변화율과 비교하여 사운드 재생 여부를 결정하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 설명에 앞서, 이하 상세한 설명 및 청구범위에서 사용되는 도자기 컵, 주석 컵, 스테인레스 컵, 플라스틱 컵 등은 모든 종류의 컵을 지칭하는 것이며, 출력장치에는 사운드 출력 외에 LED, 동영상, 이미지를 포함할 수 있으며, 멜로디, 보이스, 음악, 음성 등은 모든 종류의 음원을 지칭하는 것이며, 플레이 모듈이나 센서의 위치는 컵 하단부 뿐 아니라 컵의 손잡이나 기타 컵 고정 장치에 위치할 수도 있음을 명백히 한다. 또한 이하 상세한 설명의 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 구성요소를 지칭하는 것임을 명백히 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 컵의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 컵은 플레이 모듈(120)이 컵(110)의 내부에 탈착 가능한 상태로 결합된다.

플레이 모듈(120)의 상단은 컵 재질 선택 버튼(123)을 수시로 조작가능 하도록 개패 가능한 덮개(128)를 설치하며, 덮개 위쪽으로는 플레이모듈을 컵에 장착할 때 전원이 연결되도록 고안된 스위치(270)가 돌출되어 있으며; 내부에는 스피커(127)를 제외한 모든 부품을 장착한 메인 보드(126)를 중간 높이에 설치한다.

메인 보드(126)에는 컵의 온도를 감지하는 온도 센서(121), 컵의 종류에 따라 단위 시간당 온도변화율 기준치를 선택하는 컵 재질 선택 버튼(123), 전지(124), 음원칩(125), 온도 센서로부터 컵의 온도를 주기적으로 입력 받아 단위 시간당 온도 변화율을 환산하여 컵 재질 선택 버튼을 눌러서 결정된 기준치와 비교한 후 사전에 정한 조건에 맞을 때 사운드 출력 명령을 내리는 마이크로커트롤러(122), 마이크로컨트롤러로부터 명령을 수신해서 사운드를 출력하는 기능을 담당하는 일련의 부품으로 구성된 사운드 출력 집적 회로(129)가 장착돼 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부 회로 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 컵은 컵 재질 선택부(210), 도자기 선택 버튼(211), 스테인레스 선택 버튼(212), 플라스틱 선택 버튼(213), 주석 선택 버튼(214), 유리 선택 버튼(215), 온도 센서(220), 마이크로컨트롤러(230), 전원부(240), 사운드 플레이부(250), 스피커(260)를 포함한다.

사용자는 플레이모듈을 컵에 장착하기 전에 컵 재질 선택 버튼(210)으로 사용하려는 컵의 재질을 결정한다. 통상적으로 컵의 재질은 도자기, 스테인레스, 플라스틱, 유리, 주석이 주를 이루므로 본 발명에서도 이상의 5개 재질을 고를 수 있는 선택 버튼을 만들었다.

예를 들어 스테인레스 선택 버튼(212)이 눌려진 상태에서 전원이 들어오면 마이크로컨트롤러(230)에서는 스테인레스에 맞는 작동 기준값을 호출함과 동시에 온도 센서(220)를 통해 측정된 단위 시간당 온도 변화율과 비교한다. 이때 온도 변 화율이 작동 기준값 이상이 되는 순간 사운드를 출력하는 신호를 사운드 플레이부(250)로 전송하고, 사운드 플레이부(250)는 신호 수신과 동시에 보이스칩에 내장된 사운드를 스피커(260)를 통해 출력한다.

도 3은 본 발명에 따른 보이스 컵의 작동 과정을 설명하는 흐름도이다. 본 흐름도를 중심으로 도 1과 2를 참조하여 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 사용자는 플레이 모듈(120)을 컵(110)에 장착하기 전에 컵 재질 선택 버튼(123)을 사용해 사용하려는 컵에 해당하는 버튼을 누름으로써 마이크로컨트롤러(122)에서 참조할 목표 온도변화율과 온도감지단위시간이 결정된다.(301)

이 때 목표 온도 변화율은 플레이 모듈을 컵에 장착하고 음료를 채우지 않은 상태에서 저절로 소리가 나지 않는 조건에 부합하는 범위 내에서, 음료를 부었을 때 4초 이내에 도달하는 변화율로 정한다. 또한 뜨거운 음료를 부어 온도가 상승할 때의 속력과 차가운 음료를 부어 온도가 내려갈 때의 속력은 큰 차이가 나므로 목표 온도변화율 역시 상승값과 하강값을 분리하여 두 개를 기준으로 삼아야 한다.

예를 들어, 바닥 두께가 3~4mm이인 도자기컵의 목표 온도변화율은, 고온으로 상승할 때는 단위 시간당 온도 변화율(이하 '상승온도변화율'이라함)을 1℃/s로, 저온으로 하강할 때는 단위 시간당 온도 변화율(이하 '하강온도변화율'이라함)을 0.5℃/s로 정하면 저절로 소리 나는 오작동도 없고, 음료를 부었을 때 3~4초 만에 목표 온도변화율에 도달한다. 이중스테인레스 컵의 경우, 상승온도변화율은 3℃/s, 하강 온도변화율은 1℃로 정하면 적당하다. 플라스틱은 온도 변화 속도가 매우 느리므로 단위 시간을 1초가 아닌 4초로 해야하며, 이 때의 상승온도변화율은 1℃/4초, 하강온도변화율은 0.5℃/4초가 적당하다.

컵 재질 선택 버튼을 누르고 덮개(128)를 덮은 후, 플레이모듈을 컵에 장착하면 컵 바닥과의 접촉시 발생하는 압력에 의해 전원 스위치(270)가 연결된다. 본 발명의 작동 순서에서 전원의 연결 시점은 매우 중요한 고려 사항이다. 컵 재질의 선택(301)은 플레이 모듈(120)이 컵으로부터 분리되었을 때 수행해야 하는데 재질에 따라 온도 변화에 매우 민감한 상태가 될 수 있는 바, 온도 센서(121)가 컵 내부(110)에 들어가기 전에 전원이 들어와 플레이 모듈(120)이 작동하기 시작하면 컵에 장착하기 전에 사운드가 출력될 수 있다. 이를 방지하기 위해 전원 연결 이후로도 온도 측정 시작 시기를 일정 시간 늦출 수는 있으나, 플레이 모듈을 컵에 장착시키는 시점을 결정하는 상황이 너무 다양할 수 있으므로 적절한 방법이 아니다. 따라서 플레이 모듈(120)을 컵에 장착함과 동시에 전원이 들어오도록 설정하는 것(302)이 가장 이상적이다. 또한 이러한 전원 연결 방식은 사운드가 재생되는 도중에 갑자기 중단하고 싶을 때 플레이모듈을 컵으로부터 분리함으로써 간단하게 전원을 차단할 수 있다는 점에서 비상 전원 차단 기능도 겸할 수 있다.

스위치의 위치는 실시예와 달리 플레이 모듈의 상단이 아니고 플레이 모듈의 옆벽면의 구조를 변형하여 삽입하는 등과 같이 다양한 방법으로 응용할 수 있음은 자명하다.

플레이 모듈(120)이 컵(110)에 장착되면 스위치(130)가 눌려져 전원이 연결 되고 이어서 마이크로컨트롤러(230)는 선택된 컵 재질이 플라스틱인지 아닌지를 판단(303)하여 온도감지 단위시간을 결정한다. 온도감지 단위시간은 플라스틱이면 4초(311), 그 외에는 1초로 하며(321), 결정된 시간 간격으로 온도 센서(121)를 이용해 컵의 온도를 측정(312, 322)하여 단위 시간당 온도 변화율로 환산(313, 323)한다. 단위 시간당 온도변화율을 목표 온도변화율과 비교하며 같거나 혹은 커지면(314, 324) 사운드 플레이부(129)로 사운드 출력 명령을 내리며(315, 325) 사운드 플레이부(129)에서는 보이스칩에 내장된 사운드를 스피커(127)를 통해 출력한다(316, 326). 사운드 재생이 끝나고 나면, 다시 온도 감지 모드(312, 322)로 전환하여 상술한 과정을 반복한다.

단위 시간당 온도 변화율과 목표 온도변화율을 비교하여 단위 시간당 온도 변화율이 목표 온도변화율에 미치지 못하면 온도 센서(121)를 통한 컵의 온도 감지 활동을 계속한다(312,322). 플레이 모듈(120)을 컵으로부터 분리하면(317, 327) 전원이 차단된다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 온도 센서를 사용하여 보이스 칩에 내장된 음원을 재생하는데 있어, 찬 물에서도 소리가 날 수 있게함으로 해서 계절에 상관없이 사운드를 즐기며 음료를 마실 수 있는 스마트 컵을 제공할 수 있게 되었다.

또한, 플라스틱 컵은 온도 전달 속도가 느려서 온도 센서를 사용한 보이스컵이나 스마트컵을 제작하는 것이 불가능했으나 본 발명은 이를 가능하게 만들었으며 이로 인해 가볍고 깨지지 않는 어린이용 스마트컵의 출시 또한 가능하게 되었다.

이상과 같이 본 발명으로 인해 스마트컵의 시장이 크게 확대될 수 있는 기반이 마련되었다.

Claims (2)

1. 플레이 모듈을 장착할 수 있는 공간을 지닌 컵이나 손잡이 본제;

   상기 본체의 내부에 분리 가능한 상태로 결합된 플레이 모듈을 포함하되,

   상기 플레이 모듈은,

   컵의 온도를 감지하는 온도 센서;

   마이크로컨트롤러의 명령에 의해 내장된 사운드를 출력하는 사운드 출력 집적회로; 및

   상기 사운드 출력 집적회로를 제어하되, 단위 시간 간격으로 상기 온도 센서의 값을 읽어서 단위시간당 온도변화율로 환산하고, 이를 미리 정해진 목표 온도변화율과 비교하여 단위 시간당 온도 변화율이 목표 온도변화율 이상이 됐을 때 사운드 출력 명령을 내리는 마이크로컨트롤러

   를 포함하는 스마트 컵.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 플레이 모듈은,

   컵의 재질에 따라 목표 온도변화율을 다르게 설정하고 온도 측정 단위 시간을 결정하는 근거 자료로 기능하는 컵 재질 선택 버튼; 및

   컵의 온도 변화율 측정 개시 시점을 플레이 모듈을 컵에 장착한 이후로 만들어주고, 필요시 사운드의 재생을 중단시키는 기능을 겸하기 위해, 플레이 모듈 외부와 컵의 접촉 부위에 설치하는 스위치 장치;

   를 더 포함하는 스마트 컵.

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