KR20080086377A - 열센서와 정전용량센서를 함께 내장하고 컵의 재질 특성과컵 안의 내용물을 동시에 반영하여 출력물을 제어하는장치를 내장한 스마트컵 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컵 속에 물 또는 수용성 액체가 채워질 때, 이를 센서를 통해 감지하여 컵 하단부에 함께 내장된 플레이 장치를 구동하도록 신호를 보내는데 있어, 센서의 종류와 기능 혹은 컵의 재질에 따라 발생하는 각 종 제약을 극복하고 보이컵으로서의 기능을 극대화할 수 있는 센서 작동 방법과 플레이모듈 케이스 부착 방법상의 구조 개선에 관한 것이다.

이에 따른 본 고안의 구성은 하단부에 플레이모듈을 장착할 수 있는 공간을 만든 컵이나 컵홀더로 이루어진 본제; 상기 본체의 하단부 공간에 장착되어 센서 및 플레이 모듈을 내장하는 플레이 모듈 케이스; 상기 케이스에 내장된 온도 센서 및 정전용량센서; 상기 케이스에 내장된 음원의 저장 및 재생 장치; 상기 케이스에 내장된 센서와 음원 저장 및 재생 장치 등을 전반적으로 제어하는 마이크로컨트롤러, 컵의 재질에 따라 가장 알맞은 센서 및 센서 작동 방식을 선택하는 버튼; 상기 플레이 모듈을 컵에 장착할 때 전원이 연결되고 분리할 대 전원이 차단되도록 고안된 스위치 장치를 포함하되, 상기 플레이 모듈 케이스를 컵에 고정하는 데 있어 도자기와 같이 제품 규격에 오차가 발생할 수밖에 없는 경우에도 센서 작동에 오차가 생기지 않도록 정확한 위치에 장착할 수 있도록 고안된 실리콘 고정 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

온도 센서, 컵, 보이스컵, 고정장치, 단위시간당온도변화, 정전용량 근접센서, 실리콘 고정장치, 스마트컵

Description

열센서와 정전용량센서를 함께 내장하고 컵의 재질 특성과 컵 안의 내용물을 동시에 반영하여 출력물을 제어하는 장치를 내장한 스마트컵{Smart Cup with a Built-in Thermistor and a Capacitive Sensor, and a Built-in Apparatus Controlling Output by Reflecting the Properties of the Cup and the Contents Simultaneously}

본 발명은 센서에 의해 작동하는 사운드 재생 장치를 내장한 보이스 컵과 마이크로컨트롤러에 의해 센서 작동법과 각종 출력 장치를 제어하는 것을 비롯하여 컵의 기능 및 용도 자체를 확장하여 일상 생활에 도움을 줄 수 있도록 지능형 컵으로 개발한 스마트 컵에 관한 것이다.

보이스 컵이나 스마트 컵은 일반적으로 컵 속에 센서, 사운드와 동영상 출력 장치, 네트워크 장치, 전원 공급 장치를 포함하며, 플레이 모듈을 컵에 효과적으로 장착하기 위한 기구설계상의 아이디어 및 기술이 첨가된다. 이에 본 발명 역시 온도 센서 및 정전 용량 센서의 작동 방법, 사운드 출력 방법, 플레이 모듈의 탈부착 방법에 관한 것이다.

본 발명은 본 출원인이 2007년 선출원한 발명특허출원(출원번호 : 10-2007-0028259)를 개량한 것으로, 본원의 선출원 발명은 2003년 선출원된 이중멜로디 매직컵(등록번호 : 10-0412252-0000)이 바이메탈을 센서로 사용하여 뜨거운 물에서만 작동하던 것을, 일정한 시간 간격으로 온도센서를 통해 입력되는 정보를 마이크로컨트롤러가 단위시간당 온도 변화율로 환산하여 사전에 설정된 목표온도변화율에 도달하면 보이스를 출력하도록 함으로써, 더운 물 뿐 아니라 찬 물에서도 반응함은 물론, 컵의 재질에 따라 목표 온도 변화율를 다르게 설정하여 온도 전달 속도가 느린 플라스틱과 같은 재질의 컵에서도 온도 변화에 따라 성공적으로 반응하도록 한 것이다.

또한 2007년 6월 19일자로 특허등록된 "무선 스마트 컵 및 무선 스마트 컵의 네트워크 구성 방법"에서는 센서와 플레이 장치를 내장한 사운드 모듈 케이스를 컵으로부터 자유롭게 탈착할 수 있도록 함으로써 전지를 교환할 수 있거나 내장된 음원을 새것으로 교체할 수 있도록 하였다.

비전도성 재질로 만들어진 용기 속의 액체를 감지하는 센서로 정전용량 근접센서 기술이 있는 바, 본 센서는 액체의 레벨 검출, 종이팩 내의 우유 유·무 검출, 터치형 키보드 등에서 광범위하게 응용되고 있다.

1. 본 출원인이 선출원한 단위시간당 온도변화율에 따라 작동하는 방식의 스마트컵은 찬 물과 더운 물 모두에서 작동하고, 다양한 재질의 컵에 두루 활용할 수 있다는 장점에도 불구하고 평상시 보다 급격한 온도 변화를 요구한다는 점에서 상온의 물에서는 작동하지 않는다는 제한점이 있었다.

2. 또한 컵의 몸체가 뜨거울 때 뜨거운 물을 붓는 다거나 컵의 몸체가 차가울 때 찬 음료를 부을 때도 작동하지 않는다는 제한점이 있다.

3. 정전용량 근접센서를 사용해서 컵에 음료를 부었을 때 특정 기능을 수행하도록 하는 것은, 동일한 플레이모듈을 다양한 컵에 사용하려고 할 때, 기존의 정전용량 근접센서의 경우에는 볼 수 없었던 문제가 발생한다. 즉, 근접센서의 역할이 무조건 검출거리 안에 들어오는 하나의 물체 유무를 판단하는 것이 아니고 저마다 다른 비유전율을 갖고 있는 컵들에 대하여 빈 컵에 근접할 때는 소리가 나지않고 그 컵에 물이 담겼을 때만 소리가 나야 하는 바, 비유전율은 검출거리와 비례한다는 점을 감안해 보면, 동일 규격의 플레이 모듈 케이스를 사용하면서 하나의 센서로 각각의 컵에서 동일한 효과를 내기 위해서는 특화된 회로 구성을 개발한 필요가 있다.

4. 또한 컵의 재질이 전도체일 경우에는 정전용량 센서를 사용할 수 없기 때문에 스테인레스 컵과 주석 컵에는 활용할 수 없다.

5. 본 발명은 플레이 모듈 케이스를 컵 본체로부터 자유롭게 탈착하는 것을 기본 요건으로 제작되어 있는바, 도자기제품의 경우 도자기 표면을 정밀하게 제작할 수 없어서 플레이 모듈 케이스를 용이하게 탈부착할 수 있는 걸이를 도자기 표면 어느 곳에도 만들 수 없다. 이런 제한점을 극복하는 방안으로 컵 하단부 내측에 걸이가 돌출된 플라스틱 링을 접착제로 붙인 후 다시 여기에 플레이모듈 케이스를 거는 방법이 있으나, 접착제의 견고성을 보장할 수 없고, 접착제를 붙이는 과정에서 인건비가 과도하게 투입되는 문제가 있었다.

6. 정전용량 센서는 액체를 컵에 담을 때와 담지 않았을 때의 정전용량의 변화를 포착하는 것이 핵심 아이디어인바, 이를 용이하게 수행하려면 검출 거리를 정교하게 설정해 놓고 검출면과 컵 바닥의 거리는 컵의 재질과 관계없이 일정하게 유지돼야만 한다. 따라서 도자기컵과 같이 제조 과정에서 필연적으로 규격상의 오차가 생기는 경우에도 센서의 검출면과 컵 본체의 바닥 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있는 방법을 찾을 필요가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 시중에 나와 있는 모든 종류의 재질의 컵에서도 센서가 작동하고;

하나의 플레이 모듈로 비전도성 재질의 컵에서는 음료의 온도와 관계없이 음료만 부으면 작동하도록 하고, 전도성 재질의 컵에서는 온도의 변화 속도를 감지하여 작동할 수 있도록 하며;

도자기와 같이 규격에 오차가 있어도 플레이 모듈을 손쉽게 탈부착할 수 있는 방법을 제공하고;

플레이 모듈 속의 센서와 컵 바닥 사이의 거리를 일정하게 유지하는 아이디 어와 기술을 제공할 것이다.

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

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스마트 컵은, 하단부에 플레이모듈을 장착할 수 있는 공간을 만든 컵 및 컵홀더(110); 상기 컵으로부터 탈착 가능하도록 만들어진 플레이모듈 케이스(120); 상기 컵과 플레이모듈 케이스를 결합가능하게 하는 실리콘 링(150); 상기 플레이모듈 케이스 내부에 설치되어 컵에 온도 변화가 생기거나 수용성 액체가 담길 때 이를 감지하여 내장된 사운드를 재생하는 플레이 모듈을 포함하되,

상기 플레이모듈은, 컵의 재질에 따라 센서의 종류 및 작동 방식을 결정하는 컵 재질 선택 버튼(141); 플레이 모듈을 컵에 장착할 때 바닥과의 접촉에 의해 전원이 연결되도록 한 전원스위치(140); 전원이 연결된 다음부터 일정 시간 간격으로 컵의 온도를 측정하는 온도센서(126); 컵의 재질 및 컵 안에 담기는 내용물에 따라 정전용량의 변화를 측정하는 정전용량 근접센서(130); 상기 정전용량 근접센서의 민감도, 검출거리, 변화된 정전용량의 감지 및 증폭을 담당하는 정전용량분석 집적회로(131); 상기 온도센서와 정전용량 근접센서의 데이터를 기반으로 사운드 재생 여부를 결정하는 마이크로컨트롤러를 포함하되,

컵의 규격에 오차가 생기더라도 상기 플레이모듈 케이스를 컵에 용이하게 부착하는 기능을 하는 실리콘링(150); 상기 실리콘링과 컵의 내측 벽면 사이에 일정한 크기의 압력을 가하는 실리콘 지지링(154); 상기 실리콘 링은 컵측 실리콘 접촉부(151)와 케이스측 실리콘 고정부(152) 사이에 위치하여 플레이모듈 케이스가 탄력적으로 움직일 수 있도록 하는 브릿지(153)의 세 부분으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 2는 컵재질 선택 버튼, 정전용량 근접센서, 온도 센서를 포함하는 플레이 모듈의 상호관계와 구성을 나타낸다. 컵재질 선택 버튼은 비금속성 재질과 금속성 재질의 두 부류로 나눠지는데, 비금속성 재질 그룹(211~214)은 정전용량센서(250)로 회로가 연결되고, 금속성 재질 그룹(215~216)은 온도센서(252)로 회로가 연결된다. 각 센서에서 수집된 데이터를 바탕으로 마이크로컨트롤러(220)에서 사운드 출력 여부를 결정한다. 출력 중인 사운드는 사운드 컨트롤 버튼(261)으로 일시정지와 볼륨 조절, 다시 듣기가 가능하다.

도 3은 정전용량 근접센서(130) 부위를 확대한 것이다.

그림에서 보듯이 플레이 모듈을 컵에 장착했을 때는 검출거리(317)가 검출면(313)을 기준으로 하여 컵(315) 바닥면에 미치지 못해야 하며, 컵에 물을 부었을 때는 검출거리가 컵바닥의 두께와 케이스 두께를 합한 거리(318)보다 커져야 한다. 정전용량 근접센서에서 검출거리는 검출하려는 물체의 비유전율과 정전용량의 크기에 비례하는데, 컵을 바꾸면서 이에 따라 비유전율이 달라지더라도 이를 상쇄시켜 검출 거리를 항상 일정하게 유지하려면 정전용량의 크기에 변화를 줘야 한 다는 것을 알 수 있다. 즉 적당한 용량의 커페시터를 선택해서 극판에 연결해야 하는 것이다.

도 4는 컵의 재질에 따라 비유전율이 달라져도 검출거리를 동일하게 유지함으로써 하나의 센서를 여러 재질의 컵에 두루 사용할 수 있는 회로구성 아이디어를 보여주고 있다.

예를 들어 도자기컵 버튼(411)을 눌러 콘덴서1(421)을 회로에 연결하면 정전용량센서에서의 검출 거리가 결정되는데, 이 때 결정되는 검출거리(317)는 종이컵 버튼(412)를 눌렀을 때 콘덴서2(422)에 의해서 결정되는 검출거리(317)와 동일하다. 따라서 도자기와 종이가 비유전율이 다름에도 불구하고 동일한 검출거리가 설정되어 플레이 모듈 케이스를 컵에 장착하더라도 빈 컵의 상태에서는 사운드가 출력되지 않는다. 여기에 물을 부으면 물의 비유전율이 매우 크므로 검출거리가 크게 확장되어 극판과 컵 내측 바닥까지의 거리(318)을 넘게 되므로 전압의 진동폭이 급격하게 커지고 이 진동폭을 증폭시켜 사운드 플레이부(260)을 작동시킨다.

재질 선택 버튼을 스테인레스(415)나 주석(416)을 눌렀을 때, 회로는 온도센서와 연결되도록 돼 있으며, 스테인레스와 주석의 열전도율을 고려하여 미리 결정된 목표 온도 변화율과 단위시간당 온도 변화율을 비교하여 단위시간당 온도 변화율이 목표 온도 변화율보다 크면 사운드 플레이부를 작동시킨다.

정전용량센서나 온도 센서 모두 컵 바닥과 센서와의 거리를 일정하게 유지하는 것이 매우 중요한 바, 도자기 컵의 경우 도자기 제품 제조과정상의 한계로 인해 동일한 제품이라도 규격이 크게는 1mm 정도의 오차가 발생할 수 있고, 이는 스마트 컵 오작동의 중요한 요인으로 작용한다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하는 방법으로 실리콘 링의 구조를 크게 3부분으로 나누어 각 부분에 별도의 기능을 부여하고 별도의 플라스틱링을 첨가하여 소기의 목적을 달성하도록 하는 방법을 제안한다.

도자기 컵 규격의 오차는 하단부 공간의 지름의 크기, 높이 그리고 컵 바닥 원모양의 찌그러진 정도에서 발생할 수 있다. 플라스틱이나 이와 비슷한 탄성을 지닌 재질을 사용해서 만든 실리콘 지지링(154)을 신축성이 있는 실리콘으로 감싼 후 이를 컵 하단부에 끼우는 방법으로 컵 지름의 오차나 원의 찌그러짐을 극복하고 플레이모듈 케이스를 컵의 하단부에 단단하게 고정시킬 수 있다.

또한 케이스측 실리콘 고정부(152)와 컵측 실리콘 고정부(151) 사이에 얇은 막으로 형성되어 다소 여유있는 크기로 만들어진 브릿지(153)를 만들면 <도 6>에서 보는 바와 같이 컵 하단부 공간의 높이 오차 문제도 해결할 수 있다.

<도6-1>은 정상적 크기의 컵에 케이스를 장착했을 때의 실리콘 모양을 보여주고 있다. 이때 컵 하단부의 높이(650)가 적당하여 실리콘 링은 본래의 모습을 유지하고 있으며, 케이스측 실리콘 접촉부의 아랫쪽(630)이 바닥에 닿아 있다. 케이스 상단과 컵 바닥(640)이 완벽하게 밀착돼 있는 것을 볼 수 있다.

<도6-2>는 컵 하단부 높이(651)가 짧아진 경우의 모습을 보여주고 있다. 이때는 브릿지(153)의 탄력성으로 인해 컵 전체가 위로 밀려 올라가고 컵측 실리콘 고정부의 하단(621)과 바닥 사이의 거리가 다소 멀어졌지만 역시 케이스 상단과 컵 하단부(641)는 완벽하게 밀착돼 있음을 알 수 있다.

<도6-3>은 컵 하단부 높이가 길어진 경우의 모습을 보여주고 있다. 이 때는 컵의 무게에 의해 컵측 실리콘 고정부(151)가 바닥에 닿는 순간(622)을 한계로 하여 계속 내려오게 돼 있으며, 그 동안에는 케이스 상단과 컵 하단부(642)는 계속해서 밀착상태를 유지한다.

상술한 설계에 의해 본 발명은,

온도센서와 정전용량 근접 센서를 함께 사용함으로 해서 음료의 온도에 구애 받지 않고 작동하는 스마트컵의 구현에 성공했으며;

컵의 재질에 맞는 플레이 모듈을 각각 제작해야 하는 문제점을 해결하여, 하나의 플레이 모듈로 시중에 출시되는 대부분의 컵에서 작동할 수 있는 방법을 제시함으로써, 제조 및 유통상의 경제성을 향상시켰으며;

도자기와 같이 컵의 규격에 필연적으로 오차가 발행하더라도, 플레이 모듈 케이스를 안정적이고 정확한 위치에 손쉽게 고정시킬 수 있게 됐다.

상술한 목적, 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 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 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지 를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 설명에 앞서, 이하 상세한 설명 및 청구 범위에서 사용되는 도자기 컵, 플라스틱 컵 등은 모든 종류의 컵 및 컵을 담아서 사용할 수 있는 컵홀더를 포괄적으로 지칭하는 것이며, 출력장치에는 사운드 출력 외에 LED, 동영상, 이미지를 포함할 수 있으며, 멜로디, 보이스, 음악, 음성 등은 모든 종류의 음원을 지칭하는 것이며, 실리콘은 실리콘링의 기능을 실현하는 데 있어 동일한 효과를 낼 수 있는 탄성, 밀도 등을 지닌 고무나 기타합성수지를 포함하며 플레이 모듈이나 센서의 위치는 컵 하단부 뿐 아니라 컵의 손잡이나 기타 컵 고정 장치에 위치할 수 있음도 명백히 한다. 또한, 이하 상세한 설명의 동일한 참조 부호는 동일한 기능의 수행하는 동일한 구성요소를 지칭하는 것임을 명백히 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트컵의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 컵은, 실리콘 지지링(154)과 실리콘 링(150)을 결합하고, 이를 다시 플레이 모듈(120) 케이스와 결합한 후, 이 조합물을 도자기컵(110) 하단부 내측에 탈착 가능한 상태로 결합하여 제작한다.

플레이 모듈(120)의 상단은 개폐 가능한 덮개(121)로 덮는데, 온도센서(126)와 전원스위치(140)는 덮개에 만들어진 구멍을 통해 덮개 위쪽으로 돌출되며; 정전용량 근접센서(130)는 상단의 검출면이 덮개의 윗면과 동일한 높이로 설치되어 있으며; 컵 재질 선택 버튼(141)과 사운드 컨트롤 버튼(142)은 케이스의 하단부에 노출되어 있으며; 전지(125), 마이크로 컨트롤러(124), 정전용량분석 집적회로(131) 는 케이스 중간 높이에 설치된 PCB 판에 위치하고, 스피커(123)는 케이스 하단부에 고정된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부 회로 관계도이다.

컵 재질 선택버튼(210)은 비금속성 재질과 금속성 재질의 두 부류로 나뉘어 있는 바, 비금속성 재질에는 정전용량 근접센서(250)를 사용하고 금속성 재질에는 온도 센서(252)를 사용하도록 회로를 연결한다. 정전용량 근접센서(250)는 정전용량분석 집적회로(251)와 세트를 이루었을 때 비로소 센서로서의 기능이 완성되며, 두 종류의 센서를 통해 얻어진 데이터는 모두 마이크로컨트롤러(220)에서 최종적으로 분석되어 사운드 출력 여부가 결정된다. 마이크로컨트롤러가 출력을 결정하면 사운드 플레이부(260)에 포함된 메모리에서 사운드 데이터를 호출하여 스피커(270)를 통해 출력되는데, 사운드 컨트롤 버튼(142)을 사용하면 사운드 재생 도중 볼륨을 줄이고 키우거나 혹은 사운드 재생이 끝난 후 곧 이어서 다시 한 번 들을 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량근접센서(310)의 구조를 확대한 그림이다. PCB(320)위에 + 전원이 연결된 얇은 은박(311)을 씌우고 이 은박 위에 기둥형 극판(312)을 세운 후 그 위에 검출면(313) 역할을 하는 필름을 위치시킨다. 기둥형 극판(312)는 육각 기둥 모양의 쿠션 패드를 전도성이 좋은 금속성 와이어로 감싸서 간단하게 제작할 수 있으며 덮개를 열고 닫는 과정에서 높이에 오차가 발생해도 쿠션 효과로 전원 연결이 용이하다.

본 회로도에서 예시를 든 컵들과 물의 비유전율은 다음과 같다.

도자기 : 10 종이 : 2.3

플라스틱 : 3.2 유리 : 5

물 : 80

정전용량형 검출거리는 검출대상물체의 비유전율과 정전용량에 비례하고, 정전용량은 축적된 전하의 양에 비례하는 바, 본 발명의 플레이모듈 규격, 극판 면적의 크기, 전압은 고유값이므로 이를 상수(K)로 환산한 후 검출거리(Sn)를 일정하게 할 경우의 정전용량을 구하는 식을 다음과 같이 도출했다.

여기서 검출거리(Sn)를 0.5mm 이내로 제한하기 위해 필요한 정전용량을 컵의 재질별로 계산하면 다음과 같다.

도자기 : 0.056㎌ 종이 : 0.245㎌

플라스틱 : 0.176㎌ 유리 : 0.113㎌

위와 같이 정전용량을 정한 상태에서 컵에 물을 부었을 때의 검출거리를 각각 계산하면 다음과 같다.

도자기 : 4mm 종이 : 17mm

플라스틱 : 17mm 유리 : 8mm

<도 1>, <도 3>, <도 4>를 함께 참고하여 플라스틱컵을 사용할 경우의 센서 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.

플레이모듈을 컵에 장착하기 전에 컵 재질 선택 버튼(141)에서 플라스틱컵(413)을 누르면 나머지 연결선은 모두 차단되며, 정전용량이 0.2㎌인 Capacitor3(423)과 정전용량센서(431)의 극판이 연결되어 검출면으로부터의 검출거리가 약 0.6mm(317)로 설정될 수 있는 조건이 만들어진다. 이 상태에서 플레이 모듈케이스를 컵(110)에 장착했을 때 검출면(313)으로부터 컵(315) 바닥까지의 거리가 1mm 이상이 되므로 센서에 포착되는 것이 없다. 이어서 컵에 물을 부으면 검출거리가 14mm로 확장되면서 물을 검출하게 된다.

<도 5>는 본 발명의 스마트 컵에 음료를 부었을 때 센서에 의해 사운드가 출력되는 전 과정의 흐름도이다. 본 흐름도를 중심으로 <도 1>, <도 2>, <도 3>, <도4>를 참조하여 설명한다.

<도 5>에 도시된 바와 같이, 사용자는 플레이 모듈을 컵에 장착하기 전에 컵 재질 선택 버튼(141) 가운데 사용하려는 컵에 해당하는 버튼을 누른다.(510)

플레이 모듈 케이스(120)를 컵(110)에 장착하면 전원스위치(140)가 눌려져서 플레이 모듈 전체에 전원이 공급된다.(511,512)

선택한 컵의 재질이 비금속성 그룹에 속한 것이면 정전용량센서(431)로 전원 회로가 연결되고, 금속성에 속한 것이면 열센서(432)로 전원이 연결된다.(513)

비금속성 재질 가운데서도 각 재질 별로 독립된 버튼을 부여하여 각각의 재질에 맞는 커페시턴스를 회로에 공급한다.(520, 521)

예를 들어, 도자기(411)를 선택하면 Capacitor1(421)을 통해 0.06㎌의 정전용량이 공급되고 검출거리가 약 0.6mm가 된다. 이 상태에서는 컵 바닥과 검출면 사이의 거리가 1mm이므로 컵이 센서에 검출되지 않는다.(522)

컵에 물이나 기타 수용성 액체를 부으면 검출거리가 4.8mm로 증가하기 때문에 센서에 검출이 된다.(523, 524, 525)

이를 신호로 하여 마이크로컨트롤러에 의해 사운드 플레이 모듈(260)이 작동한다.(526)

사운드가 출력되기 시작하면 사운드 조절 스위치 모드로 전환하는데, 이는 출력되고 있는 사운드를 사운드 컨트롤 버튼(142)를 사용해 제어할 수 있다는 의미이다. 이 버튼은 마이크로 컨트롤러에 의해 제어됨으로 해서 재생도중 임시정지, 볼륨 조절, 처음부터 다시 듣기의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 재생도중에 버튼을 누르면 음량이 0이 되도록 하여 임시 정지 기능을 수행한다. 연속해서 다시 한 번 누르면 본래 크기의 1/4 크기로 재생하고, 다시 누르면 1/2크기로, 또 다시 누르면 본래 크기로 재생한다. 음원의 재생이 완전히 끝난 이후 5분 이내에는 버튼만 눌러도 처음부터 다시 재생하도록 하였다. 이 때는 물을 다시 부어도 센서가 작동하지 않는다.(527)

사운드 플레이 종료 후 5분이 경과하면 초기화되어 센서의 검출이 다시 작동하고 컵 안에서 물이 검출되면 사운드가 처음부터 재생된다.(529)

컵 재질 선택 단계(510)에서 금속성 재질 그룹을 선택했다면 온도 센서측으로 회로가 연결되어 컵의 재질에 따라 목표 온도 변화율을 마이크로컨트롤러에서 호출한다.(530)

이어서 1초 간격(혹은 2초 간격)으로 온도를 기록한 다음 이를 단위시간당 온도 변화율로 환산한다.(531, 532)

목표 온도 변화율보다 단위 시간당 온도 변화율이 크다는 것은 컵에 음료가 담기면서 컵의 온도가 급격하게 변했다는 것을 의미하므로 사운드 모듈 플레이 모듈로 진행하고, 목표 온도율이 더 크면 다시 온도를 측정하는 단계로 되돌아 간다.(533)

사운드 플레이 모듈이 작동하기 시작하면, 이번에도 마찬가지로 사운드 조절 스위치 모드로 전환 되어 전술한 바와 같이 버튼 만으로 임시 정지 및 볼륨 조절 기능 등을 수행한다.(534, 535)

사운드 플레이 종료 후 5분이 경과하면 초기화되어 1초 간격으로 온도를 기록하는 단계로 돌아가서 전술한 과정을 반복한다. (537)

플레이 모듈 케이스를 컵으로부터 분리하면 전원이 차단되어 모든 기능이 정지된다.(514, 515)

<도 7>은 본 발명의 실리콘 링 구조를 활용한 또 다른 예시이다.

본 발명의 실리콘 링은 신축성이 있는 실리콘 링(712) 부분과 플라스틱 처럼 정밀 가공이 가능하면서 단단한 실리콘 지지링(713)의 두 부분으로 나뉘어지는 바, 정밀 규격품(714)을 도자기 컵(711) 내부의 정확한 위치에 설치해야 할 때, 실리콘 링(712)은 도자기 컵(711) 크기의 오차 문제를 해결해주고, 실리콘 지지링(713)은 정밀 규격품(714)을 정확한 위치에 안정적으로 설치할 수 있도록 해 준다.

<도 7>의 실시예는 실리콘 지지링(713)과 정밀 규격품(714)을 나사로 체결하면, 손쉬운 탈부착 및 자유로운 높이 조절이 가능하다는 것과, 규격품 상단부의 특정 위치에 버튼(715)을 노출시키고 하단부에 LED(716)를 노출시키면 규격품이 컵 바닥의 적정 거리(717)에 다가왔을 때 LED(716)가 점멸하도록 할 수도 있다.

이 때 실리콘과 컵의 모양 및 컵 하단부 공간의 모양은 다양하게 설계할 수 있으며, 실리콘 지지링과 정밀 규격품의 체결 방식 또한 제품에 특성과 기능을 고려하여 다양하게 제작할 수 있다는 것을 알 수 있다.

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 것은 아니다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트컵의 단면도

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 내부 회로 관계도

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량근접센서부 구조도

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 컵재질선택 버튼 관련 회로도

도5는 본 발명의 일실시예에 따른 음료를 부었을 때 센서에 의해 사운드가 출력되는 과정의 흐름도

도6은 실리콘 링 구조 및 컵의 규격에 따른 실리콘링의 기능 설명도

도7은 실리콘 링 활용 예시

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

<도1>

110 : 컵 몸체 120 : 플레이 모듈 케이스

121 : 플레이모듈 케이스 덮개 122 : 사운드 출력 집적 회로

123 : 스피커 124 : 마이크로 컨트롤러

125 : 전지 126 : 온도 센서

130 : 정전용량 근접센서 131 : 정전용량분석 집적회로

140 : 전원스위치 141 : 컵 재질 선택 버튼

142 : 사운드 컨트롤 버튼 150 : 실리콘 링

151 : 컵측 실리콘 접촉부 152 : 케이스측 실리콘 고정부

153 : 브릿지 154 : 실리콘 지지링

160 : 바닥

<도3>

310 : 정전용량 근접센서부 311 : PCB측 은박

312 : 극판 기둥 313 : 검출면

314 : 플레이모듈 케이스 덮개 315 : 컵 바닥

316 : 컵 속의 음료 317 : 검출거리A

318 : 검출거리B 320 : PCB 보드

321 : 정전용량분석 집적회로

<도6>

<도6-1> 컵 하단부 내측 높이가 정확할 때의 실리콘 링 모양

<도6-2> 컵 하단부 내측 높이가 낮을 때의 변형된 실리콘 모양

<도6-3> 컵 하단부 내측 높이가 높을 때의 변형된 실리콘 모양

600 : 브릿지 정상위치

610 ~ 612 : 컵 크기 오차에 따른 실리콘 링의 변형 모습

620 ~ 622 : 실리콘링과 바닥의 높이

630 ~ 632 : 플레이모듈 케이스와 컵하단부 바닥의 접착 상태

640 : 정상 규격의 컵 하단부 내측 높이

641 : 정상보다 얕아진 컵 하단부 내측 높이

642 : 정사보다 깊어진 컵 하단부 내측 높이

Claims (5)

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

   상기 본체의 내부에 분리 가능한 상태로 결합된 플레이 모듈을 포함하되,

   상기 플레이 모듈은,

   컵의 온도를 감지하는 온도 센서;

   컵 및 컵 안의 물질의 접근을 감지하는 정전용량 근접센서;

   마이크로컨트롤러의 명령에 의해 내장된 사운드를 출력하는 사운드 출력 집적회로; 및

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

   를 포함하는 스마트 컵.
2. 제1항에 있어서,

   상기 플레이 모듈은,

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

   컵 재질 선택 시 컵의 재질을 비금속류와 금속류로 분류하여 비금속류의 재질의 경우 정전용량센서를 사용하고 금속류 재질일 경우에는 온도 센서를 사용하도록 고안한 회로 구성;

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

   컵 재질 선택 버튼을 통해 정전용량 근접센서의 검출 범위를 정함에 있어 컵의 재질에 따른 비유전율을 반영하여 통제할 수 있는 다수의 버튼, 커페시터, 마이크로 컨트롤러

   를 더 포함하는 스마트 컵.
3. 정밀한 규격품의 반복 생산이 어려운 도자기 내부의 특정 위치에 정밀 규격품을 안정적으로 설치하는 데 있어서,

   정밀 규격품의 외부에 신축성이 있는 실리콘 구조물을 접합하는 것을 특징으로 하는 체결 방법
4. 제 3항에 있어서,

   외부에는 신축성 있는 실리콘을 접착하고 내부에는 규격품을 고정시키는 구조 및 장치를 갖춘 단단한 재질의 중간 매개물;

   을 더 포함하는 체결 방법
5. 제 4항에 있어서,

   실리콘을 컵 접착부, 규격품 접착부 및 중간 브릿지 부분의 3개 부분으로 나누어 중간 매개물은 실리콘의 컵 접착부에 안에서 밖으로 힘을 가하여 실리콘이 컵에 고정되도록 하고, 중간 브릿지의 신축성을 이용해 규격품의 상하 방향 운동 자유도를 확보하여 컵 하단부 공간의 높이에 오차가 생겨도 규격품의 상단은 언제나 컵 바닥과 접촉 상태를 유지하는 기능:

   을 더 포함하는 체결 방법

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