KR20140046276A - 수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치는 무선통신을 기반으로 물 밖에 있는 코치가 물속의 수영선수에게 지시사항을 전달할 수 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 수영선수가 물속에서 동작하는 중에도 코치가 자세교정, 페이스 조절 등의 지시사항을 전달할 수 있어서, 수영선수 지도에 대한 효율성을 높일 수 있다.

Description

수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치{Wireless Communication Apparatus for Underwater Working and its Coaching}

본 발명은 수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 수중 활동 중인 사람과 그 활동을 감독하는 사람 간의 통신을 위한 장치에 관한 것이다.

오늘날 정보통신기술이 크게 발전하고 있으며, 최근에는 스포츠분야에서도 널리 활용되고 있다.

수영은 선수가 물속에서 동작하는 스포츠이기 때문에, 물속에서 수영하는 수영선수에게 물 밖에 있는 코치가 정보를 전달하기 위해서는 물 밖에 있는 코치가 물속에 있는 수영선수를 향해 큰 소리로 말해야 하거나, 수영선수가 연습을 잠시 중단하고 코치의 말을 들어야 하는 등 현재의 선수 지도 방식에는 선수와 코치 간의 의사소통에 한계가 있어서 훈련의 효율이 크게 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출한 것으로서, 무선통신을 기반으로 물 밖에 있는 코치가 물속의 수영선수에게 연습 중단 없이 지시사항을 원활하게 전달할 수 있는 수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치는 물 밖에 위치한 사람에게 장착되어 입력된 음성 신호를 전송하는 전송 기기; 및 수중 활동자에게 장착되고, 상기 전송 기기로부터 수신된 음성 신호를 복조하여 수중 활동자에게 전달하는 수신 기기를 포함하며, 상기 수신 기기는, 상기 수중 활동자의 머리에 부착되어 두개골을 진동하는 방식으로 상기 전송 기기로부터 수신된 상기 음성 신호를 상기 수중 활동자에게 전달하는 골전도 이어폰; 및 상기 수중 활동자의 수중 활동에 영향을 주지 않도록 상기 수중 활동자의 하루 수중 활동 시간을 토대로 산출된 배터리의 소모량보다 큰 용량을 지닌 배터리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 수영선수가 물속에서 동작하는 중에도 코치가 자세교정, 페이스 조절 등의 지시사항을 전달할 수 있어서, 수영선수 지도에 대한 효율성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치를 설명하기 위한 블럭도.
도 2는 시간에 따른 배터리 소모량을 설명하기 위한 도면.
도 3은 구현된 테스트베드 단말을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치를 설명하기 위한 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 있어서 시간에 따른 배터리 소모량을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 구현된 테스트베드 단말을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수중 활동과 그 감독을 위한 통신 장치는 코치 기기(100) 및 수영선수 기기(200)를 포함한다.

코치 기기(100)는 마이크(110), ADC(analog-to-digital converter, 120) 및 송신단(130)을 포함한다.

마이크(110)는 코치의 지시사항, 즉 음성신호를 입력받는다.

ADC(120)는 마이크(110)를 통해 입력된 음성신호를 디지털 신호로 변환한다.

송신단(130)은 ADC(120)에 의해 변환된 디지털 신호를 송신한다.

수영선수 기기(200)는 수신단(210), DAC(digital-to-analog converter, 220), 증폭기(230) 및 골전도 이어폰(240)을 포함한다.

수신단(210)은 코치 기기(100)의 송신단(120)으로부터 송신된 신호를 수신한다.

DAC(220)는 수신단(210)을 통해 수신된 신호를 아날로그 신호로 변환한다.

증폭기(230)는 DAC(220)에 의해 변환된 아날로그 신호를 증폭시킨다.

골전도 이어폰(240)은 수영선수의 머리에 부착되고, 두개골을 진동하는 방식으로 증폭기(230)에 의해 증폭된 아날로그 신호, 즉 코치의 음성정보를 수영선수에게 전달한다.

여기서 디지털 데이터 변조방식은 Gaussian frequency shift keying(GFSK)을 사용하며, 코치 기기(100)는 송신만 가능하고 수영선수 기기(200)는 수신만 가능하다.

또한, 코치 기기(100)는 수영선수 기기(200)의 번호를 저장하고, 저장된 수영선수 기기의 번호 중 하나가 선택되면, 선택된 번호의 수영선수 기기로만 신호를 전송할 수 있으며, 저장된 수영선수 기기의 번호가 전체 선택될 경우 번호가 선택된 전체 수영선수 기기에 신호를 전송할 수 있다.

수영선수 기기(200)는 수신 신호 처리 방식에 따라 3가지 모드로 동작한다.

예컨대, 수영선수 기기(200)는 수신 모드 1에서 신호를 수신하고 이를 복호하여 음성 정보를 수영선수에게 전달하며, 수신 모드 2에서 신호를 수신하였으나 해당 기기를 위한 신호가 아니라 판단하고 복호를 하지 않으며, 대기 모드에서 코치 기기(100)로부터 신호를 수신하지 않는 것으로 판단하고 신호 수신을 대기한다.

본 발명에서 배터리 선택은 하기와 같이 배터리 소모량을 토대로 한다.

수영선수 기기(200)의 무게와 크기는 수영선수 기록에 영향을 크게 미치기 때문에 하루의 훈련에 필요한 최소의 배터리 소모량을 산출한 후, 산출된 배터리 소모량 이상의 용량을 지니면서 무게와 사이즈가 수영선수 기록에 영향을 주지 않게 기설정된 무게 범위와 사이즈 범위에 포함되는 것을 선택한다.

먼저 배터리 소모량 산출은 프로토타입 구현에 사용한 system on chip인 ADuCRF101의 전력 소모량과 덴마크 수영협회인 SIGMA의 훈련시간 정보를 토대로 한다.

구체적으로는 수영선수 기기(200)의 수신 모드에 따른 배터리 소모량을 계산하면, 계산된 결과는 표1과 같다.

배터리 소모량	ADuCRF101	증폭기 및 골전도 이어폰	전체 배터리 소모량
수신 모드 1	46mW	26mW	72mW
수신 모드 2	46mW	0W	46mW
대기 모드	3.6mW	0W	3.6mW

또한 SIGMA 협회의 수영 훈련상황을 관찰하고, 관찰된 결과를 바탕으로 수영 훈련 및 기기 사용 시간을 모형화한다.

SIGMA 협회의 하루 훈련시간은 8시간이고, 매시간 당 연습시간은 50분이며 휴식시간은 10분이다.

또한, 코치 기기(100)는 7초당 대략 2초 동안 신호를 전송하고, 코치 기기(100)에 저장된 수영선수 기기의 번호가 18개일 경우, 코치 기기(100)는 신호를 18명의 수영선수 기기(200)에 각각 보내는 18가지 경우와 한꺼번에 모든 기기에 보내는 1가지 경우를 포함한 총 19가지의 경우로 송신하며, 이 19가지 경우에 대한 발생 확률은 모두 동일하다.

전술한 바를 토대로 하나의 수영선수 기기당 하루 동안의 배터리 소모량을 산출하면 수학식 1과 같다.

여기서 C는 전체 배터리 소모량이고,

,

,

는 각각 하루 중 수신 모드1, 수신 모드2, 대기 모드로 동작하는 시간이다.

전술한 훈련 모형을 고려하여

을 산출하기 위해서는 먼저 수영선수 기기(200)가 한 시간당 수신 모드 1로 동작하는 시간을 산출한 후 총 SIGMA의 하루 연습시간인 8시간을 곱한다.

먼저 한 시간당 5/6 시간 동안 연습을 하고 연습시간 중에서 7초마다 2초 동안 신호를 전송하므로, 하루 중

의 시간 동안 코치 기기(100)는 수영선수 기기(200)로 신호를 전송한다. 이때 수영선수 기기(200)는 2/19의 확률로 수신 모드 1로 동작하므로

은 수학식 2와 같다.

또한 전술한 바와 유사한 방식으로

및

를 산출하면 수학식 3과 수학식 4와 같다.

따라서 수영선수 기기(200)가 하루 동안 소모한 배터리 전체 소모량 C는 수학식 5와 같다.

수학식 5와 표 1로부터 수영선수 기기(200)는 평균적으로 하루 동안 114.4 mWh의 배터리를 소비하므로, 배터리 선택 시 배터리 최대 용량이 최소 114.4 mWh를 넘는 배터리를 선택하는 것이 바람직하다.

수영 훈련 모형을 이용하여 나타낸 시간에 따른(0초~10분) 배터리 소모량은 도 2에 도시된 바와 같다.

산출된 배터리 소모량을 토대로 배터리를 선택하는 것은 하기와 같다.

수영선수 기기(200)는 매일 사용되기 때문에 충전 가능한 배터리를 선택하는 것이 바람직하고, 충전 가능한 배터리의 종류는 대표적으로 nickel-metal hydride, nickel-cadmium, Alkaline과 lithium-ion 배터리가 있으며, 이 중 충전 시 배터리 에너지 중량이 줄어드는 memory 효과가 없는 것은 nickel-metal hydride와 lithium-ion이고, 특히 lithium-ion 배터리가 capacity/g이 더 크기 때문에 lithium-ion 배터리 중에서 용량이 114.4mWh 이상인 배터리를 선택하는 것이 바람직하다.

예컨대, 용량 120mWh, 무게 5.2g, 지름 24.5mm인 Multicomp-LIR2450을 배터리로 선택하는 것이 바람직하다.

안테나 선택은 하기와 같다.

프로토타입에 이용한 ADuCRF101은 862-928 MHz와 431-434 MHz 주파수 대역에서 통신이 가능하며, 해당 대역에서 신호 송수신을 위한 안테나를 선택하는 것이 바람직하다.

우선 안테나로 가장 많이 사용되는 monopole 안테나를 고려할 수 있으나, 이는 그 길이가 142 mm로 길기 때문에 수영선수 기기(200)의 안테나로는 부적합하다. 따라서 크기가 수영선수 기록에 영향을 주지 않게 기설정된 사이즈보다 작은 chip 안테나를 선택하는 것이 바람직하다.

예컨대, ADuCRF101와 호환이 되는 chip 안테나인 ceramic antenna 0915AT43A0026E를 선택할 수 있고, 902928 MHz 주파수 대역에서 통신하도록 설정할 수 있다.

이 주파수 대역은 미국에서는 ISM band로 license가 필요 없으며, 유럽에서도 근거리 장비들이 license 없이 사용 가능한 주파수 대역이다.

프로토타입 구현은 하기와 같다.

ADuCRF101를 이용하여 구현할 수 있으며, 프로토타입의 구현에 있어 골전도 이어폰(240)과 마이크(110)는 컴퓨터로 대체하여 실험할 수 있다. ADuCRF101는 내부적으로는 ultra high frequency (UHF) high performance transceiver와 microprocessor등으로 구성되어 있으며, 컴퓨터와 ADuCRF101를 연결함으로써 코치와 수영선수의 기기를 구성할 수 있다.

ADuCRF101에 어셈블리어 명령을 내리기 위해 컴퓨터에 IAR Embedded Workbench Complier를 설치하여 사용할 수 있으며, 코치 기기(100)에서 메시지를 텍스트로 입력하여 전송하면 수영선수 기기(200)는 이를 수신하고 처리한 후, Hyperterminal 프로그램을 이용하여 수영선수 기기(200)의 컴퓨터 스크린에 수신한 텍스트 메시지를 나타내는 방식으로 두 기기 간 송수신 여부를 확인할 수 있다.

또한 수영선수 기기(200)의 구현에는 전술한 배터리와 안테나를 이용할 수 있으며 구현된 테스트 베드 단말은 도 3에 도시된 바와 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수영 훈련에 있어 실시간 피드백을 줄 수 있고, 이를 통해 수영선수의 훈련 효율을 높일 수 있다.

한편, 본 발명의 상세설명 전반에 걸쳐 본 발명을 수영 선수와 코치를 위한 통신 장치로서 수영선수 기기와 코치 기기로 국한시켜 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 수중 활동을 하는 사람과 그 수중 활동을 하는 사람을 감독하는 사람을 위한 통신 장치로서 다양하게 구성할 수 있음은 물론이다.

이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 코치 기기 110 : 마이크
120 : ADC(analog-to-digital converter) 130 : 송신단
200 : 수영선수 기기 210 : 수신단
220 : DAC(digital-to-analog converter) 230 : 증폭기
240 : 골전도 이어폰

Claims (2)

1. 물 밖에 위치한 사람에게 장착되어 입력된 음성 신호를 전송하는 전송 기기; 및
   수중 활동자에게 장착되고, 상기 전송 기기로부터 수신된 음성 신호를 복조하여 수중 활동자에게 전달하는 수신 기기를 포함하며,
   상기 수신 기기는,
   상기 수중 활동자의 머리에 부착되어 두개골을 진동하는 방식으로 상기 전송 기기로부터 수신된 상기 음성 신호를 상기 수중 활동자에게 전달하는 골전도 이어폰; 및
   상기 수중 활동자의 수중 활동에 영향을 주지 않도록 상기 수중 활동자의 하루 수중 활동 시간을 토대로 산출된 배터리의 소모량보다 큰 용량을 지닌 배터리를 포함하는 것
   인 수중활동 및 그 감독을 위한 통신장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전송 기기는 상기 수신 기기의 번호를 저장하고, 저장된 상기 수신 기기의 번호 중 하나가 선택되면, 선택된 번호의 수신 기기로만 신호를 전송하며, 저장된 수신 기기의 번호가 전체 선택될 경우 선택된 전체 번호의 수신 기기로 신호를 전송하고,
   상기 수신 기기는 수신 신호 처리 방식에 따라 3가지 모드로 동작하며, 수신 모드 1로 동작할 경우 상기 전송 기기로부터 신호를 수신하고 이를 복호하여 복호된 음성 신호를 수영선수에게 전달하며, 수신 모드 2로 동작할 경우 신호를 수신하더라도 수신 기기를 위한 신호가 아니라 판단하고 복호를 하지 않으며, 대기 모드로 동작할 경우 상기 송신 기기로부터 신호를 수신하지 않는 것으로 판단하고 신호 수신을 대기하는 것
   인 수중활동 및 그 감독을 위한 통신장치.
   
   
   

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