KR20170066839A - 전자 장치 및 그의 도어 상태 판별 방법 - Google Patents

전자 장치 및 그의 도어 상태 판별 방법 Download PDF

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KR20170066839A
KR20170066839A KR1020150172990A KR20150172990A KR20170066839A KR 20170066839 A KR20170066839 A KR 20170066839A KR 1020150172990 A KR1020150172990 A KR 1020150172990A KR 20150172990 A KR20150172990 A KR 20150172990A KR 20170066839 A KR20170066839 A KR 20170066839A
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윤현규
조경익
허재명
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삼성전자주식회사
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • G08B25/14—Central alarm receiver or annunciator arrangements

Abstract

전자 장치 및 그의 도어 상태 판별 방법이 제공된다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 도어에 부착 가능한 전자 장치는, 전자 장치의 가속도 및 각속도를 측정하는 센서, 측정된 가속도 및 각속도를 이용하여 도어의 상태를 판별하는 프로세서 및 판별된 도어의 상태를 외부 장치로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.

Description

전자 장치 및 그의 도어 상태 판별 방법{ELECTRONIC APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING STATES OF A DOOR THEREOF}
본 발명은 전자 장치 및 그의 도어 상태 판별 방법에 관한 것으로, 가속도 및 각속도를 감지하여 전자 장치가 부착된 도어의 상태를 판별할 수 있는 전자 장치 및 그의 도어 상태 판별 방법에 관한 것이다.
최근 전자 기술의 발전에 따라 사물의 상태를 판단하여 사용자 또는 클라우드 서버와 같은 네트워크에 판단된 상태를 전송하는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다.
종래의 도어 센서들은 대부분 자석(magnet), 적외선(IR, Infrared) 또는 레이저를 이용하여 도어의 상태를 판단한다. 이에 따라 종래의 도어 센서들은 감지할 수 있는 범위 및 사용 시나리오가 한정적이라는 문제점이 존재한다.
종래의 도어 센서들은 도어의 개폐만을 감지할 수 있는 경우가 대부분이다. 또한, 도어 센서의 설치 시에도 스크류 등을 이용하여 문에 물리적으로 고정시켜야 하는 번거로움이 존재하였다.
카메라 등을 부착하여 사용 시나리오를 증가시키려는 시도도 존재하나, 전력 소비량이 증가하고, 도어 센서의 무게로 인하여 문을 열고 닫을 때의 충격으로 도어 센서가 떨어지는 문제점이 있다.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 개시의 목적은 종래의 도어 센서의 불편함을 해소하고 감지된 가속도 및 각속도를 기반으로 도어의 상태를 구분할 수 있는 전자 장치 및 그의 도어 상태 판별 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 도어에 부착 가능한 전자 장치는, 상기 전자 장치의 가속도 및 각속도를 측정하는 센서, 상기 측정된 가속도 및 각속도를 이용하여 상기 도어가 고정되는 문틀과 상기 도어 간의 배치 형태를 감지하고, 상기 감지된 배치 형태에 따라 상기 도어의 개폐 여부를 판별하는 프로세서 및 상기 판별된 도어의 상태를 외부 장치로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 도어는 상기 문틀의 일 축(axis)을 기준으로 회전 가능한 도어이며, 상기 프로세서는, 상기 측정된 각속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 측정된 가속도를 이용하여 상기 감지된 각속도를 보상하고, 상기 보상된 각속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지할 수 있다.
그리고, 상기 도어는 상기 문틀을 기준으로 직선 방향으로 왕복 이동 가능한 슬라이딩 도어이며, 상기 프로세서는, 상기 측정된 가속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 도어의 상태가 닫힘 상태에서, 측정된 가속도를 이용하여 노크 또는 외부 침입을 판별할 수 있다.
그리고, 상기 프로세서는, 상기 노크 또는 외부 침입이 판별되면 상기 도어의 상태가 상기 외부 장치에 통지되도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 도어의 상태가 변경되거나, 상기 외부 장치로부터 상태 요청이 수신되면, 상기 도어의 상태를 상기 외부 장치에 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 프로세서는, 기설정된 시간 이상 상기 측정된 가속도 및 각속도의 변화량이 기설정된 범위 이내이면, 상기 전자 장치의 동작 모드를 대기 모드로 전환할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 기설정된 값 이상의 가속도 변화가 감지되면, 상기 전자 장치의 동작 모드를 상기 대기 모드에서 작동 모드로 전환할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 도어에 부착 가능한 전자 장치의 상기 도어 상태 판별 방법은, 상기 전자 장치의 가속도 및 각속도를 측정하는 단계, 상기 측정된 가속도 및 각속도를 이용하여 상기 도어가 고정되는 문틀과 상기 도어 간의 배치 형태를 감지하는 단계, 상기 감지된 배치 형태에 따라 상기 도어의 개폐 여부를 판별하는 단계 및 상기 판별된 도어의 상태를 외부 장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 도어는 상기 문틀의 일 축(axis)을 기준으로 회전 가능한 도어이며, 상기 감지하는 단계는, 상기 측정된 각속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지할 수 있다.
또한, 상기 감지하는 단계는, 상기 측정된 가속도를 이용하여 상기 감지된 각속도를 보상하고, 상기 보상된 각속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지할 수 있다.
그리고, 상기 도어는 상기 문틀을 기준으로 직선 방향으로 왕복 이동 가능한 슬라이딩 도어이며, 상기 감지하는 단계는, 상기 측정된 가속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지할 수 있다.
또한, 상기 도어의 상태가 닫힘 상태에서, 측정된 가속도를 이용하여 노크 또는 외부 침입을 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 노크 또는 외부 침입이 판별되면 상기 도어의 상태를 상기 외부 장치로 통지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전송하는 단계는, 상기 도어의 상태가 변경되거나, 상기 외부 장치로부터 상태 요청이 수신되면, 상기 도어의 상태를 상기 외부 장치로 전송할 수 있다.
그리고, 기설정된 시간 이상 상기 측정된 가속도 및 각속도의 변화량이 기설정된 범위 이내이면, 상기 전자 장치의 동작 모드를 대기 모드로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 기설정된 값 이상의 가속도 변화가 감지되면, 상기 전자 장치의 동작 모드를 상기 대기 모드에서 작동 모드로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 감지된 가속도 및 각속도를 이용하여 다양한 형태의 도어 동작을 감지할 수 있다. 또한, 설치가 간편하며, 적은 전력으로도 도어의 동작을 감지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 개념을 도시한 개념도,
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 블럭도,
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 구성을 설명하기 위한 상세한 블럭도,
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 자이로 센서에서 수집된 데이터를 도시한 그래프,
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 가속도 센서에서 수집된 데이터를 도시한 그래프,
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치에서 진동을 감지한 결과를 도시한 그래프, 그리고,
도 7 및 도 8은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 도어 상태 판별 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 본 개시의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 동작, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 동작, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)의 개념을 도시한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 전자 장치(100)는 도어에 부착되어 동작할 수 있다. 그리고, 전자 장치(100)는 도어의 움직임에 대응하여 감지된 가속도 및 각속도 값을 이용하여 도어의 상태를 판별할 수 있다. 또한, 전자 장치(100)는 감지된 도어의 상태를 외부 장치(200)로 전송할 수 있다.
예를 들어, 외부 장치(200)는 클라우드 서버, 관리 서버, 홈네트워크 허브, 웨어러블 장치, 모바일 장치 등으로 구현될 수 있다. 전자 장치(100)는 외부 장치(200)와 네트워크를 통해 서로 연결되어 IoT(Internet of Things) 환경을 형성할 수 있다. 구체적으로, 전자 장치(100) 및 외부 장치(200)는 직비(ZigBee), 지웨이브(Z-Wave), 와이파이, 와이파이 다이렉트, 블루투스 등 다양한 방식으로 통신 연결될 수 있다.
도 1의 실시 예에서 전자 장치(100)는 회전 가능한 여닫이 도어에 부착된 실시 예만을 도시하였으나, 전자 장치(100)가 부착되어 상태를 판단할 수 있는 도어의 종류는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 회전문, 슬라이드 도어, 자동문, 창문, 서랍 등 다양한 형태의 도어에 부착되어 도어의 상태를 판별할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)는 소형화할 수 있기 때문에, 설치가 간편하며 전력 소모량이 적다는 장점이 존재한다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 가속도 센서 및 자이로 센서를 하나의 칩에 구현할 수 있다. 또한, 전자 장치(100)는 별도의 프로세서(130)를 구비하지 않고, 통신부(120)의 MCU(Micro Controller Unit)을 이용하여 도어의 상태를 판별할 수도 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)의 구성을 설명하기 위한 개략적인 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 전자 장치(100)는 센서(110), 통신부(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
센서(110)는 전자 장치(100)의 가속도 및 각속도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서(110)는 가속도 센서 및 자이로 센서를 포함할 수 있다. 그리고, 센서(110)는 가속도 센서 및 자이로 센서가 하나의 칩으로 구성된 형태로 구현될 수 있다. 센서(110)가 도어에 부착된 전자 장치(100)의 가속도 및 각속도를 측정함으로써, 전자 장치(100)는 도어의 위치 변화, 도어에 가해지는 충격량 등을 감지할 수 있다.
통신부(120)는 판별된 도어의 상태를 외부 장치(200)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 외부 장치(200)는 클라우드 서버 등으로 구현될 수 있다. 또한, 통신부(120)는 외부 장치(200)로부터 상태 요청 신호를 수신할 수도 있다.
프로세서(130)는 센서(110)에서 측정된 가속도 및 각속도를 이용하여 전자 장치(100)가 부착된 도어의 상태를 판별할 수 있다. 프로세서(130)는 별도의 칩으로 구현될 수도 있고, 통신부(120)에 내장되어 있는 MCU에서 프로세서(130)의 동작을 수행할 수도 있다.
구체적으로, 프로세서(130)는 센서(110)에서 측정된 가속도 및 각속도를 이용하여 도어가 고정되는 문틀과 도어 간의 배치 형태를 감지할 수 있다. 그리고, 프로세서(130)는 감지된 배치 형태에 따라 도어의 개폐 여부를 판별할 수 있다.
예를 들어, 도어가 문틀의 일 축(axis)를 기준으로 회전 가능한 도어이면, 프로세서(130)는 측정된 각속도를 기준으로 배치 형태를 판단할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 측정된 가속도를 이용하여 각속도를 보상할 수 있다. 각속도를 시간에 대해 적분하는 방식으로 각도가 구해지기 때문에, 보상을 하지 않을 경우 에러가 점진적으로 증가하게 된다. 따라서, 프로세서(130)는 가속도 값을 이용하여 각도의 에러 값을 보상할 수 있다.
다른 예로, 도어가 문틀을 기준으로 직선 방향으로 왕복 이동 가능한 슬라이딩 도어이면, 프로세서(130)는 측정된 가속도를 기준으로 배치 형태를 판단할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 자이로 센서를 이용하여 슬라이딩 도어가 이동하는 방향을 판단할 수 있다.
또 다른 예로, 도어가 창문인 경우, 프로세서(130)는 노크, 바람과 같은 환경에 의한 진동 등의 상태를 가속도 센서에서 측정된 값을 이용하여 구분할 수 있다.
도어가 닫힘 상태로 판단된 경우에, 프로세서(130)는 측정된 가속도를 이용하여 도어의 상태가 변경되는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도어가 닫힘 상태로 판단된 이후에 센서(110)에서 각속도 변화가 감지되면, 프로세서(130)는 도어가 열림 상태로 변경된 것으로 판별할 수 있다.
다른 예로, 도어가 닫힘 상태로 판단된 이후에 각속도 변화는 없었으나 센서(110)에서 가속도 변화가 감지되면, 프로세서(130)는 가속도 변화의 패턴에 따라 도어의 세부 상태를 판별할 수 있다. 프로세서(130)는 가속도 변화의 세기, 주기, 횟수 중 적어도 하나를 이용하여 도어의 세부 상태를 판별할 수 있다.
만일 도어의 세부 상태가 노크 또는 외부 침입 상태로 판별되면, 프로세서(130)는 도어의 상태를 외부 장치(200)에 통지하도록 통신부(120)를 제어할 수 있다. 외부 장치(200)가 사용자가 소지하고 있는 웨어러블 장치, 모바일 장치 등으로 구현되는 경우에, 프로세서(130)는 사용자에게 특정 상태가 발생하였음을 알릴 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 도어의 상태와 함께 외부 장치(200)가 도어의 상태에 대응되는 동작을 수행하도록 하는 제어 명령을 전송하도록 통신부(120)를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 도어의 상태가 외부 침입 상태로 판별되면, 프로세서(130)는 외부 장치(200)에 외부 침입 상태임을 알릴 수 있다. 이와 동시에, 프로세서(130)는 외부 장치(200)가 자동으로 경찰 또는 보안 업체에 출동을 요청하는 메시지를 전송하도록 하는 제어 명령을 전송하도록 통신부(120)를 제어할 수 있다.
그 밖에, 프로세서(130)는 판별된 도어의 상태가 변경되거나, 외부 장치(200)로부터 상태 정보를 요청하는 신호를 수신하면, 도어의 현재 상태를 외부 장치(200)에 전송하도록 통신부(120)를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(100)에 의하면, 다양한 형태의 도어에 대하여 다양한 시나리오를 감지할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)의 구성을 설명하기 위한 상세한 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 전자 장치(100)는 센서(110), 통신부(120), 프로세서(130) 및 전원부(140)를 포함할 수 있다. 다만, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)는 상술한 구성을 모두 포함하는 것으로 한정되지 않는다. 또한, 전자 장치(100)는 도 3의 실시 예에 미도시된 구성을 추가로 포함할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 센서(110)에서 감지된 가속도 및 각속도 값을 저장할 수 있는 저장부(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
센서(110)는 전자 장치(100)가 부착된 도어의 행태에 대응하여 가속도 및 각속도를 측정할 수 있다. 종래의 도어 센서는 2개의 파트로 구성되어 하나의 파트는 도어에 나머지 파트는 문틀에 고정시키는 자석(magnet) 방식이 주로 이용되었다. 하지만, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)는 하나의 파트로 구현된 센서(110)를 통해 도어의 상태를 판별할 수 있어 설치가 간편한 장점이 존재한다.
센서(110)는 가속도를 측정하기 위한 가속도 센서 및 각속도를 측정하기 위한 자이로 센서를 포함할 수 있다. 센서(110)는 가속도 센서 및 자이로 센서를 하나의 칩으로 구현할 수 있다. 가속도 센서 및 자이로 센서의 6축을 이용하여, 전자 장치(100)는 움직임의 시작 위치와 현재 위치를 감지할 수 있고, 위치 변화량을 측정할 수 있다.
가속도 센서는 중력 방향을 감지할 수 있다. 그리고, 가속도 센서는 움직이지 않는 상태에서의 기울기를 감지할 수 있다. 가속도 센서는 단위 시간에 대한 속도의 변화량을 감지한다. 가속도 센서는 3축으로 구현될 수 있다. 3축 가속도 센서로 구현된 경우에는 가속도 센서는 서로 다른 방향으로 배치되어 서로 직교하는 X, Y, Z축 가속도 센서를 구비한다.
가속도센서는 X, Y, Z축 가속도 센서 각각의 출력값을 디지털 값으로 변환하여 전처리부로 제공한다. 이때 전처리부는 쵸핑회로, 증폭회로, 필터, 및 A/D 컨버터(A/D converter) 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 3축 가속도 센서로부터 출력된 전기적 신호를 쵸핑, 증폭, 필터링한 후, 디지털 전압값으로 변환한다.
자이로 센서는 단위 시간 동안 전자 장치(100)의 기 설정된 방향의 변화량을 감지하여 각속도를 감지하는 구성이다. 자이로 센서는 3축을 갖는 자이로스코프가 사용될 수 있다. 자이로 센서는 감지된 각속도의 정적분 값을 통해 각도를 유추할 수 있다. 다만, 자이로 센서만을 단독으로 이용할 경우, 적분 계산 시의 오차 누적으로 정확한 각도를 판단할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)는 측정된 가속도를 이용하여 각속도를 보상할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 상보 필터(complementary filter) 또는 칼만 필터(Kalman filter)를 이용하여 각속도를 보상할 수 있다. 즉, 가속도 센서 및 자이로 센서를 모두 포함하기 때문에, 센서(110)는 도어의 정밀한 각도 측정이 가능하다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 도어가 닫힘 상태로 판별된 후 기설정된 시간이 경과될 때까지 닫힘 상태를 유지하면, 센서(110)는 자이로 센서를 re-calibrating 또는 리셋(reset)하여 발생 가능한 누적 오차를 삭제할 수도 있다.
센서(110)는 가속도 센서 및 자이로 센서 이외에 지자기 센서를 추가로 포함할 수도 있다. 지자기 센서는 자기장의 흐름을 검출하여 방위각을 탐지할 수 있는 센서이다. 지자기 센서는 전자 장치(100)의 방위좌표를 검출하게 되고, 방위좌표를 토대로 전자 장치(100)가 놓여진 방향을 검출할 수 있다.
지자기 센서는, 플럭스게이트(flux-gate) 등을 이용하여 지자기에 의해 유도되는 전압값을 측정하는 방식으로 지자기를 검출한다. 지자기 센서는 2축 또는 3축으로 구현될 수 있다. 이 경우, 각 축 지자기 센서에서 산출되는 지자기 출력값은 주변 자기장 크기에 따라 달라지므로, 지자기 출력값을 기 설정된 범위(예를 들어, -1 내지 1)내로 매핑시키는 정규화를 수행하는 것이 일반적이다. 정규화는 스케일 값 또는 오프셋 값과 같은 정규화 인자를 이용하여 수행한다. 정규화 인자를 연산하기 위해서는 먼저 지자기 센서를 수차례 회전시키면서 그 출력값을 산출한 후, 출력값 중 최대값 및 최소값을 검출하여야 한다. 정규화 인자를 이용하여 정규화된 값은 방위각 보정 작업에 사용된다.
통신부(120)는 외부 장치(200)와 송수신할 수 있다. 구체적으로, 통신부(120)는 프로세서(130)에서 판단된 도어의 상태를 외부 장치(200)에 송신할 수 있다. 그리고, 통신부(120)는 외부 장치(200)로부터 상태 요청 명령을 수신할 수 있다.
예를 들어, 통신부(120)는 직비(ZigBee) 또는 지웨이브(Z-Wave) 통신을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 직비와 지웨이브는 모두 원격 모니터링 및 제어를 위한 근거리 무선 통신 방법이다. 직비는 데이터 속도가 지웨이브에 비해 높으나, 동작 범위는 지웨이브에 비해 좁다. 통신부(120)는 외부 장치(200)와의 거리 등에 따라 직비 또는 지웨이브 방법을 이용하여 통신할 수 있다.
직비(ZigBee)는 IEEE 802.15.4의 PAN 무선 표준에 따른 무선 규격이다. 직비는 주로 2.4 GHz 대역에서 동작하며, 오프셋 직교 위상 편이 키잉(OQPSK, Offset Quadrature Phase-Shift Keying) 변조(modulation)를 이용한다. 그리고, 직비의 데이터 속도는 250 kbits/s 이고, 동작 범위는 대략 10 m 정도이다.
지웨이브(Z-Wave)는 908.42 MHz 대역에서 동작하며, 가우시안 주파수 편이 키잉(GFSK, Gaussian Frequency-Shift Keying) 변조를 이용한다. 그리고, 지웨이브의 데이터 속도는 9.6 ~ 40 kbit/s이고, 동작 범위는 대략 30m 정도이다.
그 밖에, 통신부(120)는 와이파이, 와이파이 다이렉트, 블루투스, 블루투스 저에너지(BLE) 등과 같은 다양한 무선 통신 방법을 이용하여 외부 장치(200)와 통신할 수 있다.
전원부(140)는 프로세서(130)의 제어에 따라 전자 장치(100)의 다른 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다.
기설정된 시간 이상 측정된 가속도 및 각속도의 변화량이 기설정된 범위 이내이면, 프로세서(130)는 전원부(140)가 전자 장치(100)의 동작을 유지하는 최소한의 구성에만 전력을 공급하도록 제어할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 전자 장치(100)의 동작 모드를 대기 모드로 전환할 수 있다. 예를 들어, 대기 모드에서 프로세서(130)는 통신부(120)에 전력 공급을 중지하도록 전원부(140)를 제어할 수 있다.
대기 모드로 전환된 이후에 기설정된 값 이상의 가속도 변화가 감지되면, 프로세서(130)는 전원부(140)가 모든 전자 장치(100)의 구성에 전력을 공급하도록 제어할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 전자 장치(100)의 동작 모드를 대기 모드에서 작동 모드로 전환할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)의 자이로 센서에서 수집된 데이터를 도시한 그래프이다. 도 4의 실시 예에서는 X 방향의 회전에 따라 도어의 개폐가 이루어지는 도어에 전자 장치(100)가 부착된 경우를 도시하고 있다.
예를 들어, 도어가 닫힌 상태에서 회전하면 ①번 피크와 같이 센서(110)는 각속도 변화를 감지할 수 있다. 프로세서(130)는 센서(110)에서 감지된 각속도 값을 이용하여 도어와 문틀의 배치 형태가 변경됨을 판별할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 ①번 피크가 발생할 때 도어가 열림 상태에 있는 것으로 판별할 수 있다.
반대로, 도어가 반대 방향으로 회전하면 ②번 피크와 같이 센서(110)는 각속도 변화를 감지할 수 있다. 프로세서(130)는 반대 방향으로 도어가 회전되었음을 알 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 ②번 피크가 발생할 때 도어가 닫힘 상태에 있는 것으로 판별할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)의 가속도 센서에서 수집된 데이터를 도시한 그래프이다. 도 5의 실시 예에서는 Y 방향으로 가속도 변화량이 발생한 도어에 전자 장치(100)가 부착된 경우를 도시하고 있다. 그리고, 도 5의 예에서 도어는 닫힘 상태에 있음을 가정한다.
도어가 닫힘 상태에 있으면서 도 5의 ③번 피크와 같이 가속도 변화가 측정되면, 프로세서(130)는 측정된 가속도 변화 패턴에 따라 도어의 세부 상태를 판별할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 프로세서(130)는 측정된 가속도 변화 패턴에 따라 노크 상태, 바람 등 환경에 의한 진동 상태, 외부 침입 시도 상태 중 하나로 도어의 상태를 판별할 수 있다. 프로세서(130)는 가속도 변경의 세기, 주기, 횟수에 기반하여 각각의 상태를 판별할 수 있다.
예를 들어, 바람 등 환경에 의한 진동 상태일 때, 센서(110)에서 감지된 가속도 변화의 세기는 가장 작다. 따라서, 기설정된 세기 이하로 가속도 변화가 감지되면, 프로세서(130)는 환경에 의한 진동 상태로 도어의 상태를 판별할 수 있다.
다른 예로, 센서(110)가 중간 정도의 세기로 2~3회의 주기적인 가속도 변화를 감지하면, 프로세서(130)는 노크 상태로 도어의 상태를 판별할 수 있다.
또 다른 예로, 센서(110)가 기설정된 세기 이상의 가속도 변화를 감지하거나, 기설정된 시간 이상 주기적인 가속도 변화가 감지되면, 프로세서(130)는 외부 침입 상태로 도어의 상태를 판별할 수 있다.
프로세서(130)의 판단 기준이 되는 가속도 변경의 세기, 주기, 횟수에 대한 기준은 전자 장치(100)가 설치된 도어의 스펙에 따라 달리 설정될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 프로세서(130)는 기설정된 시간 이상 측정된 가속도 및 각속도의 변화량이 기설정된 범위 이내이면, 전자 장치(100)의 동작 모드를 대기 모드로 전환할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 기설정된 시간 이상 센서(110)에서 측정된 데이터의 변화가 적을 경우 통신부(120) 또는 프로세서(130)의 연산 블록을 대기 모드로 전환할 수 있다.
그리고, 센서(110)가 기설정된 값 이상의 가속도 또는 각속도 변화를 감지하면, 프로세서(130)는 전자 장치(100)의 동작 모드를 대기 모드에서 작동 모드로 전환할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 센서(110)에서 측정된 데이터의 변화가 기설정된 값 이상일 때, 대기 모드로 전환하였던 통신부(120) 또는 프로세서(130)의 연산 블록을 작동 모드로 전환할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)에서 외부의 진동을 감지한 결과를 도시한 그래프이다. 도 6은 진동이 거의 없는 공기청정기에서 발생하는 진동을 감지한 실험 결과를 도시한 것이다.
도 6의 세로축은 가속도 값으로 1G의 가속도(중력 가속도)가 8192인 단위로 기재되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 본 개시의 일 실시 예에 따른 센서(110)는 중력 가속도의 1/20 ~ 1/30 정도의 가속도 변화도 측정 가능하다. 프로세서(130)는 대기 모드에서 작동 모드로 전환되기 위한 기설정된 값을 매우 작은 가속도 값부터 설정할 수 있다.
또한, 프로세서(130)가 전자 장치(100)의 동작 모드를 전환하는데 걸리는 시간이 아래 표 1에 기재된 바와 같이 5 μs ~ 110 μs 밖에 소요되지 않기 때문에, 대기 모드로 전환되는 것이 프로세서(130)가 감지 동작을 수행하는데 영향을 미치지 않는다.
Parameter Test Condition Min Typ Max Unit
System wake time from deep sleep From wake up evnet to first ARM® Cortex™-M3 instruction running from 6 MHz internal RC clock includes supply ramp time and oscillator startup time - 110 - μs
Shutdown time going into deep sleep From last ARM® Cortex™-M3 instruction to deep sleep mode - 5 - μs
표 1에서 deep sleep 상태가 대기 모드에 해당하고, wake up event가 작동 모드로 전환하는 것에 해당한다. 표 1에 도시된 실험 결과에 따르면, 전자 장치(100)가 대기 모드로 전환되는데 5 μs가 소요되며, 작동 모드로 전환되는데 110 μs가 소요된다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)는 대기 모드로 전환됨에 따라 전력 소비량을 줄일 수 있다. 표 2는 전자 장치(100)가 대기 모드로 전환된 경우의 소모 전류의 양을 기재한 것이다. 대기 모드에서 소모되는 전류의 양이 수 μA 에 불과한 것을 확인할 수 있다.
Parameter Test Condition Min Typ Max Unit
Regulator input volatge
(VDD_PADS)		 2.1 - 3.6 V
Power supply range
(VDD_MEM)		 Regulator output or external input 1.7 1.8 1.9 V
Power supply range
(VDD_CORE)		 Regulator output 1.18 1.25 1.32 V
Deep Sleep Current
Quiescent current, internal oscillator disable, 4kB RAM retained -40°, VDD_PADS=3.6V - 0.9 - μA
+25°, VDD_PADS=3.6V - 1.0 - μA
+85°, VDD_PADS=3.6V - 2.2 - μA
Quiescent current, including internal RC oscillator, 4 kB RAM retained -40°, VDD_PADS=3.6V - 1.2 - μA
25°, VDD_PADS=3.6V - 1.25 - μA
85°, VDD_PADS=3.6V - 2.5 - μA
Quiescent current, including 32.768 kHz oscillator, 4kB RAM retained -40°, VDD_PADS=3.6V - 1.3 μA
25°, VDD_PADS=3.6V - 1.6 - μA
85°, VDD_PADS=3.6V - 2.9 - μA
Quiescent current, including RC oscillator and 32.768 kHz oscillator, 4kB RAM retained -40°, VDD_PADS=3.6V - 1.6 - μA
25°, VDD_PADS=3.6V - 1.9 - μA
85°, VDD_PADS=3.6V - 3.2 - μA
Additional quiescent current per 4kB block of RAM retained -40°, VDD_PADS=3.6V - 0.007 - μA
25°, VDD_PADS=3.6V - 0.067 μA
85°, VDD_PADS=3.6V - 0.76 - μA
Additional quiescent current when retained RAM exceeds 32 kB -40°, VDD_PADS=3.6V - 0.57 - μA
25°, VDD_PADS=3.6V - 0.67 - μA
85°, VDD_PADS=3.6V - 2.0 - μA
Simulated deep sleep (debug mode) current with no debugger activity - 500 - μA
종래의 센서를 개선하기 위하여 카메라 등을 부착한 경우에는 300 mA 수준의 전류 소모가 발생하기 때문에, 소형화된 코인 배터리(225 mAh 용량)를 사용하기 부적합하다. 하지만, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)는 센서(110)에서 감지된 데이터를 이용하여 도어의 상태를 판단하기 때문에 소형화된 코인 배터리의 용량으로도 동작 가능하다. 또한, 전자 장치(100)가 대기 모드로 전환되면 전류 소모량이 더욱 줄어들게 된다.
이러한 특징에 의하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)는 전력 소모량을 줄일 수 있음은 물론이고, 부가적으로 공간 제약성의 감소, 크기의 감소 효과를 얻을 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)의 도어 상태 판별 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 전자 장치(100)는 가속도 및 각속도를 측정할 수 있다(S710). 전자 장치(100)는 자신의 각속도 및 각속도를 측정함으로써, 전자 장치(100)가 부착된 도어의 가속도 및 각속도를 알 수 있다. 이를 위해, 전자 장치(100)는 가속도 센서 및 자이로 센서를 포함할 수 있다.
그리고, 전자 장치(100)는 측정된 가속도 및 각속도를 이용하여 도어의 상태를 판별할 수 있다(S720). 구체적으로, 전자 장치(100)는 측정된 가속도와 각속도를 이용하여 도어가 고정되는 문틀과 도어 간의 배치 형태를 감지할 수 있다. 가속도 및 각속도 변화를 통해 전자 장치(100)의 위치 변화를 알 수 있기 때문이다. 그리고, 전자 장치(100)는 감지된 배치 형태에 따라 도어의 개폐 여부를 판별할 수 있다.
예를 들어, 도어가 문틀의 일 축(axis)을 기준으로 회전 가능한 도어이면, 전자 장치(100)는 측정된 각속도를 기준으로 배치 형태를 감지할 수 있다. 전자 장치(100)는 측정된 각속도를 정적분하여 이동 각도를 판단할 수 있다. 이러한 경우에, 전자 장치(100)는 측정된 가속도를 이용하여 각속도 값을 보상할 수 있다. 정적분에 의한 오차가 점진적으로 증가하기 때문에, 전자 장치(100)는 칼만 필터 또는 상보 필터를 이용하여 각속도 값을 보상할 수 있다.
다른 예로, 도어가 문틀을 기준으로 직선 방향으로 왕복 이동 가능한 슬라이딩 도어이면, 전자 장치(100)는 측정된 가속도를 기준으로 배치 형태를 감지할 수 있다. 전자 장치(100)는 가속도 값을 이용하여 이동 거리를 감지할 수 있다. 또한, 전자 장치(100)는 각속도 값을 이용하여 어느 방향으로 슬라이딩하였는지를 감지할 수도 있다.
그리고, 전자 장치(100)는 판별된 도어의 상태를 외부 장치(200)로 전송할 수 있다(S730). 전자 장치(100)는 외부 장치(200)와 네트워크 연결되어 IoT(Internet of Things) 환경을 형성할 수 있다.
도 8은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전자 장치(100)의 도어 상태 판별 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8의 실시 예는 도어의 상태가 닫힘 상태로 판별된 이후의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
전자 장치(100)가 도어의 상태가 닫힘 상태로 판별된 경우를 가정한다(S810). 예를 들어, 전자 장치(100)는 자이로 센서에서 감지된 각도 범위를 기반으로 도어의 상태가 닫힘 상태임을 판별할 수 있다.
도어가 닫힘 상태인 경우에 가속도 충격이 발생하면, 전자 장치(100)는 가속도 변화를 감지할 수 있다. 가속도 변화가 감지되면(S820-Y), 전자 장치(100)는 각속도 변화 역시 발생하였는지 판단할 수 있다(S830).
가속도 변화 감지 이후에 각속도 변화가 감지되면(S830-Y), 전자 장치(100)는 도어가 회전하였다는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 전자 장치(100)는 도어의 상태를 열림 상태로 판별할 수 있다(S840).
만일 가속도 변화는 감지되었으나 각속도 변화가 없다면(S830-N), 전자 장치는 도어의 상태를 닫힘 상태가 유지되는 것으로 판별할 수 있다(S850). 그리고, 전자 장치(100)는 닫힘 상태에서 발생할 수 있는 세부 상태를 판별할 수 있다.
구체적으로, 전자 장치(100)는 기설정된 가속도 변화 패턴에 따라 전자 장치(100)가 설치된 도어의 세부 상태를 판별할 수 있다(S860). 예를 들어, 전자 장치(100)는 측정된 가속도 변화 패턴에 따라 노크 상태, 바람 등 환경에 의한 진동 상태, 외부 침입 시도 상태 중 하나로 도어의 상태를 판별할 수 있다. 전자 장치(100)는 가속도 변경의 세기, 주기, 횟수에 기반하여 각각의 상태를 판별할 수 있다.
만일 노크 상태나 외부 침입 시도 상태와 같이 사용자에게 알림 메시지를 전달할 필요가 있는 상태로 판별되면, 전자 장치(100)는 도어의 상태를 외부 장치(200)로 통지할 수 있다.
상술한 바와 같은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(100)에 의하면, 도어에 간단히 부착하는 것만으로, 도어의 개폐, 진동, 노크, 외부 침입과 같은 다양한 상태를 판별할 수 있다.
상기에서 설명된 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기의 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 개시는 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 개시는 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 전자 장치 110: 센서
120: 통신부 130: 프로세서
140: 전원부 200: 외부 장치

Claims (18)

  1. 도어에 부착 가능한 전자 장치에 있어서,
    상기 전자 장치의 가속도 및 각속도를 측정하는 센서;
    상기 측정된 가속도 및 각속도를 이용하여 상기 도어가 고정되는 문틀과 상기 도어 간의 배치 형태를 감지하고, 상기 감지된 배치 형태에 따라 상기 도어의 개폐 여부를 판별하는 프로세서; 및
    상기 판별된 도어의 상태를 외부 장치로 전송하는 통신부;를 포함하는 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도어는 상기 문틀의 일 축(axis)을 기준으로 회전 가능한 도어이며,
    상기 프로세서는,
    상기 측정된 각속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지하는 전자 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 측정된 가속도를 이용하여 상기 감지된 각속도를 보상하고, 상기 보상된 각속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지하는 전자 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도어는 상기 문틀을 기준으로 직선 방향으로 왕복 이동 가능한 슬라이딩 도어이며,
    상기 프로세서는,
    상기 측정된 가속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지하는 전자 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 도어의 상태가 닫힘 상태에서, 측정된 가속도를 이용하여 노크 또는 외부 침입을 판별하는 전자 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 노크 또는 외부 침입이 판별되면 상기 도어의 상태가 상기 외부 장치에 통지되도록 상기 통신부를 제어하는 전자 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 도어의 상태가 변경되거나, 상기 외부 장치로부터 상태 요청이 수신되면, 상기 도어의 상태를 상기 외부 장치에 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 전자 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    기설정된 시간 이상 상기 측정된 가속도 및 각속도의 변화량이 기설정된 범위 이내이면, 상기 전자 장치의 동작 모드를 대기 모드로 전환하는 전자 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    기설정된 값 이상의 가속도 변화가 감지되면, 상기 전자 장치의 동작 모드를 상기 대기 모드에서 작동 모드로 전환하는 전자 장치.
  10. 도어에 부착 가능한 전자 장치의 상기 도어 상태 판별 방법에 있어서,
    상기 전자 장치의 가속도 및 각속도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 가속도 및 각속도를 이용하여 상기 도어가 고정되는 문틀과 상기 도어 간의 배치 형태를 감지하는 단계;
    상기 감지된 배치 형태에 따라 상기 도어의 개폐 여부를 판별하는 단계; 및
    상기 판별된 도어의 상태를 외부 장치로 전송하는 단계;를 포함하는 판별 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도어는 상기 문틀의 일 축(axis)을 기준으로 회전 가능한 도어이며,
    상기 감지하는 단계는,
    상기 측정된 각속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지하는 판별 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 감지하는 단계는,
    상기 측정된 가속도를 이용하여 상기 감지된 각속도를 보상하고, 상기 보상된 각속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지하는 판별 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 도어는 상기 문틀을 기준으로 직선 방향으로 왕복 이동 가능한 슬라이딩 도어이며,
    상기 감지하는 단계는,
    상기 측정된 가속도를 기준으로 상기 배치 형태를 감지하는 판별 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 도어의 상태가 닫힘 상태에서, 측정된 가속도를 이용하여 노크 또는 외부 침입을 판별하는 단계;를 더 포함하는 판별 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 노크 또는 외부 침입이 판별되면 상기 도어의 상태를 상기 외부 장치로 통지하는 단계;를 더 포함하는 판별 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는,
    상기 도어의 상태가 변경되거나, 상기 외부 장치로부터 상태 요청이 수신되면, 상기 도어의 상태를 상기 외부 장치로 전송하는 판별 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    기설정된 시간 이상 상기 측정된 가속도 및 각속도의 변화량이 기설정된 범위 이내이면, 상기 전자 장치의 동작 모드를 대기 모드로 전환하는 단계;를 더 포함하는 판별 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    기설정된 값 이상의 가속도 변화가 감지되면, 상기 전자 장치의 동작 모드를 상기 대기 모드에서 작동 모드로 전환하는 단계;를 더 포함하는 판별 방법.
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