KR20190100811A - 물 넘침 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물 넘침 방지 장치에 관한 것으로, 전극에 전도성 액체가 닿으면 전기의 흐름을 감지해서 욕조의 수위를 측정하여 아두이노 UNO R3로 수위정보를 제공하는 아두이노 수위센서 모듈과; 상기 아두이노 수위센서 모듈로부터 전송되는 욕조의 수위레벨을 감지하여 설정된 기준값과 비교 연산하여 외부장치인 서보모터와 사용자 정보제공 수단(320)을 단속 제어하는 아두이노 UNO R3와; 상기 아두이노 UNO R3의 제어 신호를 수신 받아 욕조에 설치된 수도꼭지개폐장치를 사용자가 원하는 0°~ 180°까지 좌우회전 각도를 설정해서 구동되는 서보모터와; 상기 사용자가 설정한 상기 서보모터의 좌우 회전각도에 따라 상기 수도꼭지개폐장치를 좌우로 회전시켜 수돗물을 단속하는 수도꼭지개폐장치와; 상기 아두이노 UNO R3의 단속 제어에 의해 사용자에게 욕조의 물 넘침 정보를 제공하는 사용자 정보제공 수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 물 넘침 방지 장치를 구현함으로써, 욕조의 물 넘침을 자동으로 차단하고 사용자에게 LED와 알람 기능을 통해 욕조의 물 넘침 정보를 제공할 수 있도록 한 독특한 효과가 있다.

Description

물 넘침 방지 장치{Device to prevent water overflow}

본 발명은 물 넘침 방지 장치에 관한 것으로, 특히 욕조의 물 넘침을 단속 제어하는 아두이노 UNO R3 등을 사용한 전자제어장치를 통해 욕조의 물 넘침을 방지하고 사용자에게 정보를 제공하도록 한 물 넘침 방지 장치에 관한 것이다.

최근 건강에 관심이 증대됨에 따라 반신욕을 하거나, 욕조에 물을 담아서 청결을 유지하는 경우가 많이 있다.

특히, 잦은 스트레스와 많은 양의 업무, 공부 등등 현대 사회에선 이전사회보다 많은 양의 피로를 느낄 수밖에 없는 실정이다. 이러한 피로를 바로바로 풀기 위해선 여러 방법들이 있다고들 하는데, 그중에서도 집에서 따뜻한 물을 욕조에 담아서 몸을 씻는다던가, 반신욕 같은 걸로 피로를 푸는 사람들이 늘고 있다. 이때, 물을 틀어 놓고 가만히 지켜보고 있는 사람들보다는 10명중 8명은 분명히 다른 작업을 하고 있을 것이다. 이럴 때 물을 계속 틀어 놓게 되면 물이 넘쳐서 물 낭비가 되는 경우도 많다. 건망증이 있는 사람이라면 더더욱 물을 계속 틀어 놓아서 낭비가 될 것이다.

이러한 현상을 최소화 하고자 욕조나 반신욕을 할 때 물을 틀어 놓아도 어느 수위까지 차오르면 물을 멈출 수 있는 시스템 설계가 요구된다.

한편, 대한민국 등록실용신안공보(Y1) 제20-0165805호(2000.01.15)에는 욕조의 물 넘침 방지장치가 제안된 바 있다.

이 고안기술에 의하면, 적정수위의 위치 일측에 동공(110)이 형성되고 칼라에 장공(120)이 형성된 욕조(100)와, 상기 동공(110)에 연동되고 하향하는 출구를 구비한 넘침관(210)과, 상기 넘침관(210)으로부터 낙하하는 수력에 의하여 회동되는 수차(220)와, 상기 수차(220)와 동축으로서 일체로 회동하며 와이어(310)의 일단을 고정하는 드럼(230)과, 상기 수차(220)와 동축으로서 일체로 회동하는 동력전달수단(240)을 구비하여 구성된 넘침감지수단(200)과, 상기 드럼(230)의 구동에 의하여 연동되는 와이어(310)와, 링크장치(320)에 의하여 수도관(10)을 폐쇄하도록 구성되는 잠금수단(300)과, 상기 동력수단(240)에 종동되는 편심회전체(420)와 상기 편심회전체(420)에 의하여 왕복 운동하는 종지기편(430)과, 상기 종지기편(430)에 의하여 울리는 신호종(450)으로 구성된 신호음 발생수단(400)과, 배수수단(500)과, 프레임(600)으로 구성됨을 특징으로 하여, 욕조에 물이 적정수위 이상으로 차오르면 신호음을 발생시킴과 더불어 수도관이 폐쇄되어 급수가 자동으로 중단될 수 있도록 하는 것이다.

이와 같은 고안은 전술한 바와 같이, 수많은 구성수단이 강구된 전통적인 기계방식에 의해 구동됨으로써, 물 넘침을 방지하기 위한 초기 설치비가 높고 고장 시 수리가 복잡한 문제점이 여전히 남아 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 문제점을 해소하며 아두이노 UNO R3을 사용한 간단한 전자제어장치를 갖는 전혀 새로운 물 넘침 방지 장치를 제안한다.

본 발명의 목적은 보다 상세하게는 아두이노 수위센서 모듈과 아두이노 UNO R3, 서보모터, 수도꼭지잠금장치 및 사용자 정보제공 수단을 갖는 물 넘침 방지 장치를 구현함으로써, 욕조의 물 넘침을 자동으로 차단하고 사용자에게 LED와 알람 기능을 통해 욕조의 물 넘침 정보를 제공할 수 있도록 한 물 넘침 방지 장치를 제공한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 전극에 전도성 액체가 닿으면 전기의 흐름을 감지해서 욕조의 수위를 측정하여 아두이노 UNO R3로 수위정보를 제공하는 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057, 120)과; 상기 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057)로부터 전송되는 욕조의 수위레벨을 감지하여 설정된 기준값과 비교 연산하여 외부장치인 서보모터와 사용자 정보제공 수단을 단속 제어하는 아두이노 UNO R3(210)와; 상기 아두이노 UNO R3의 제어 신호를 수신 받아 욕조에 설치된 수도꼭지개폐장치를 사용자가 원하는 0°~ 180°까지 좌우회전 각도를 설정해서 구동되는 서보모터(MG-995, 220)와; 상기 사용자가 설정한 상기 서보모터의 좌우 회전각도에 따라 상기 수도꼭지개폐장치를 좌우로 회전시켜 수돗물을 단속하는 수도꼭지개폐장치(310)와; 상기 아두이노 UNO R3의 단속 제어에 의해 사용자에게 욕조의 물 넘침 정보를 제공하는 사용자 정보제공 수단(320)이 포함되는 것을 특징으로 하는 물 넘침 방지 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 아두이노 수위센서 모듈은, 동작온도 10~30℃ 및 습도 10%~90%에서 작동하며, 작동전압은 DC 3~5V 및 작동전류는 20mA이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 서보모터(MG-995, 220)는, 상기 수도꼭지개폐장치를 좌우로 회전시키기 위해 4.8V~7.2V에서 작동하며, 힘의 크기는 4.8V를 가했을 때는 8.5kg/cm 이며, 6V를 가했을 때는 10kg/cm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 사용자 정보제공 수단(320)은, LED표시등(321) 및 알람기(322)이며, 사용자가 주로 거주하는 거실 등의 공간에 설치되고, 사용자가 해제 가능한 리셋스위치(323)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 물 넘침 방지 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 수위감지센서와 아두이노 UNO R3 및 서보모터, 수도꼭지잠금장치 및 사용자 정보제공 수단을 갖는 물 넘침 방지 장치를 구현함으로써, 욕조의 물 넘침을 자동으로 차단하고 사용자에게 LED와 알람 기능을 통해 욕조의 물 넘침 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 욕조의 물 넘침 방지장치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 물 넘침 방지 장치에 대한 전체 기술적 구성 및 구동 순서를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 물 넘침 방지 장치에 대한 구동 소스의 소스코드 내 선언부를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 물 넘침 방지 장치에 대한 구동 소스의 소스코드 내 Setup 부분을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 물 넘침 방지 장치에 대한 구동 소스의 소스코드 내 loop 부분을 나타낸 도면

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 물 넘침 방지 장치에 대한 핵심 기술적 수단은, 크게는 입력부(100)와 제어부(200) 및 출력부(300)로 구성되며, 상기 입력부(100)는 욕조(110)와 아두이노 수위센서 모듈(120)이 구비되고, 상기 제어부(200)는 아두이노 UNO R3(210)와 서보모터(220)가 구비되며, 출력부(300)는 수도꼭지개폐장치(310)와 사용자 정보제공 수단(320)이 구비된다.

이하, 학계나 당업계에 널리 알려진 욕조(110)와 같은 기술적 구성에 대한 설명은 생략하고 본 발명의 핵심 기술적 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057, 120)은, 입력부(100)의 욕조(110)에 물이 차오르는 수위를 감지하여 제어부(200)의 아두이노 UNO R3(210)에 수위정보를 제공하는 수단으로, 전극에 전도성 액체가 닿으면 전기의 흐름을 감지해서 수위를 측정하는 센서이다. 물의 양을 쉽게 아날로그 신호로 감지가 가능하며, 강수량, 수위, 누설 등을 감지하는데 사용한다. 아두이노, 라즈베리파이 등에서 구동이 가능하다. 작동전압은 DC 3~5V이며, 작동전류는 20mA이하이다. 동작온도는 10~30도 사이 이며, 습도도 10%~90%사이에서 작동한다.

여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 아두이노 수위센서 모듈의 동작온도 10~30℃ 및 습도 10%~90%에서 작동하도록 하며, 작동전압은 DC 3~5V 및 작동전류는 20mA이하로 하는 이유는, 본 발명의 실시 예에 따른 아두이노 수위센서 모듈(120)은 일반적으로 사용되는 수위레벨센서와 달리 전자소자로 이루어져 있으며, 전극에 전도성 액체, 즉 욕조에 물이 차오르면서 전극에 물이 닿으면 전기의 흐름을 감지해서 욕조의 수위를 측정하기 때문에 물과 습기가 많은 욕조에서의 인체 감전 등을 고려하여 온ㆍ습도와 작동되는 전압 및 전류 설정이 매우 중요한 변수로 작용하기 때문이다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 아두이노 UNO R3(210)는, 상기 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057)로부터 전송되는 욕조의 수위레벨을 감지하여 설정된 기준값과 비교하여 외부장치인 서보모터와 사용자 정보제공 수단(320)을 단속 제어하는 수단으로, 상기 아두이노 수위센서 모듈(120)의 입력 값을 받아들여 아두이노 UNO R3(210)에 설정된 욕조 수위레벨 기준 값과 비교 연산하여 욕조(110)에 설치된 수도꼭지개폐장치(310)를 개폐시키는 서보모터(220)를 단속 제어하고, 상기 사용자 정보제공 수단(320)의 LED표시등(321) 및 알람기(322)로 하여금 사용자에게 욕조의 물 넘침 정보를 제공할 수 있도록 단속 제어한다.

여기서, 상기 아두이노 UNO R3(210)는, 다양한 스위치나 센서로부터 입력 값을 받아들여 LED나 서보모터와 같은 외부 전자 장치들로 출력을 제어함으로써 환경과 상호작용이 가능한 물건을 만들어 낼 수 있다. 예를 들어 단순한 로봇, 온습도계, 동작감지기, 음악 및 사운드 장치, 스마트 홈 구현, 유아 장난감 및 로봇교육 프로그램 등의 다양한 제품들이 아두이노를 기반으로 개발 가능하다. 또한 아두이노는 회로가 오픈소스로 공개되어 있으므로 누구나 직업 보드를 만들고 수정할 수 있다. 아두이노는 마이크로컨트롤러를 기반으로 하는 작업을 단순화하였으며 4가지의 강점을 가지는데, 저비용, 크로스 플랫폼, 간단하고 명확한 프로그래밍 환경, 오픈소스라는 강점을 가지고 있다. 아두이노 통합 개발 환경은 소스 코드를 작성하고 편집할 수 있도록 하며, 코드를 아두이노 하드웨어가 이해할 수 있는 명령어로 컴파일하여 보드에 이를 업로드 하는 기능을 제공한다. 소스코드는 C++ 언어를 기반으로 하기 때문에 아두이노에서는 C 언어의 표준라이브러리 함수가 사용 가능하다. 아두이노 하드웨어는 실세계와 연동되어 동작하는 센서, 가속도계, LED, 스피커, 디스플레이 등의 여러 구성품들이 쉽게 탈부착 가능하도록 핀들로 구성되어 있으며, 소프트웨어 개발 환경을 통해 작성되고 업로드 된 코드(명렁어)가 실행된다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 서보모터(MG-995, 220)는, 상기 아두이노 UNO R3(210)의 제어 신호를 수신 받아 욕조에 설치된 수도꼭지개폐장치(310)를 구동시키는 수단으로, 상기 MG-995는 서보모터 종류 중 하나이며, 사용자가 원하는 0도~180도까지 좌우회전 각도를 설정해서 구동시킬 수가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 서보모터(MG-995, 220)는 4.8V~7.2V에서 작동하며, 힘의 크기는 4.8V를 가했을 때는 8.5kg/cm이고, 6V를 가했을 때는 10kg/cm가 되어 욕조에 설치된 상기 수도꼭지개폐장치(310)를 충분히 개폐 가능하도록 한다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 수도꼭지개폐장치(310)는, 사용자가 설정한 상기 서보모터(MG-995, 220)의 좌우 회전각도에 따라 상기 수도꼭지개폐장치(310)를 좌우로 회전시켜 수돗물을 단속시키는 수단으로, 수도꼭지의 축과 상기 서보모터(MG-995, 220)의 축이 커플링 등의 연결수단에 의해 상호 연결된다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 정보제공 수단(320)은, 상기 아두이노 UNO R3(210)의 단속 제어에 의해 사용자에게 욕조의 물 넘침 정보를 제공하는 수단으로, LED표시등(321)과 알람기(322)가 구비되며, 상기 LED표시등(321)과 알람기(322)는 사용자가 주로 거주하는 거실 등의 공간에 설치되고, 사용자가 해제 가능한 리셋스위치(323)가 구비된다.

여기서, 사용자가 물 넘침 정보를 확인하고 LED표시등(321)과 알람기(322)에 장착된 리셋스위치(323)를 누르게 되면, 리셋신호가 상기 아두이노 UNO R3(210)로 피드백 되어 상기 아두이노 UNO R3(210)에서는 상기 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057, 120)에서 수신되는 욕조의 수위레벨 정보가 있는지를 확인하여 상기 서보모터(MG-995, 220)를 단속 제어하게 된다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 물 넘침 방지 장치에 대한 구동 순서를 보다 상세하게 설명한다.

사용자가 수도꼭지를 열어서 물을 틀어 놓고 일정 수위가 차면 욕조에 설치해둔 상기 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057, 120)이 수위레벨 값을 감지한 아날로그 값을 아두이노 UNO R3(210)에 전송해준다. 그러면 아두이노 UNO R3(210)의 메모리(211)에 미리 프로그래밍해둔 욕조 수위레벨 설정 값 이상이 되면 상기 서보모터(MG-995, 220)와 상기 LED표시등(321)과 알람기(322)가 동시에 작동해서 수도꼭지가 잠기는 것과 동시에 욕조에 물이 찼다는 것을 LED표시등의 녹색 점멸과 알람기(322)의 소리로 알려준다. 그리고 사용자 리셋스위치 누름은 전술한 바와 같다.

도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 물 넘침 방지 장치에 대한 구동 소스를 상세하게 설명한다.

센서를 사용하기 위한 소스 내에서의 PIN 설정하는 부분으로써, Servo.h는 서보모터를 사용하기 위한 헤더 파일이다. Servo.h는 아두이노 UNO R3(210) 내에서 기본적으로 제공해주는 라이브러리 함수이다.

또한, analogPin은 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057, 120)이 아날로그 신호값을 전송하기 때문에 아두이노 UNO R3(210) 보드에 있는 analogPin에 있는 0번 Pin에 연결한다. 그 외 나머지 부분은 led를 13번 PIN, spearkerpin(소리센서)를 12번 PIN, 스위치를 10번 PIN에 입력 하는 것이며, val = 0 은 신호 값을 받기전인 초기 값이다. Servo servomotor는 서보모터를 사용하기 위해선 반드시 선언해야하는 변수문이다.

아두이노 UNO R3(210) 소스에서 setup()문을 지나게 되면 이제 void loop()문이 시작이 된다. loop()문은 아두이노 보드에 전원공급이 멈추지 않는 이상 계속해서 loop()안의 동작을 수행하게 된다.

loop 문 처음에 있는 val 값에 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057, 120)의 아날로그 값을 보내게 된다. 그 뒤 if 문으로 접어들게 되는데, 일단 어느 정도 수위가 올라가야 하기 때문에 본 발명에서는 val > 400 이상으로 설정하였다.

val 값이 400 이상이 될 경우, LED표시등은 HIGH 값으로 바뀌어서 불빛이 들어오고, 서보모터는 servomotor.write(180);에 의해서 서보모터가 180도 돌아간다. 그리고 tone문에 의해서 스피커에 500Hz(약 C(도))의 소리음역대가 흘려 나오며, 2000은 약 2초 동안 소리가 난다는 것을 의미한다.

if 문을 아닌 else if 에서는 val 값으로 조절하는 것이 아닌, 리셋스위치(323)를 껐을 경우에만 동작하도록 설정했다. sw == LOW 해서 리셋스위치(323)를 내렸을 경우 작동하는 문으로서, LED표시등이 LOW로 불빛이 꺼지고, 소리가 0Hz(소리가 나지 않는 상태)로 설정 하였다. 그리고 마지막 시리얼 모니터(400)에 수위센서에 들어온 값을 읽을 수 있도록 val 값을 프린트 하도록 설정했다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 입력부 110 : 욕조
120 : 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057)
200 : 제어부 210 : 아두이노 UNO R3
211 : 메모리 220 : 서보모터(MG-995)
300 : 출력부 310 : 수도꼭지개폐장치
320 : 사용자 정보제공 수단 321 : LED표시등
322 : 알람기 323 : 리셋스위치
400 : 시리얼 모니터

Claims (4)

1. 전극에 전도성 액체가 닿으면 전기의 흐름을 감지해서 욕조의 수위를 측정하여 아두이노 UNO R3로 수위정보를 제공하는 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057, 120)과;
   상기 아두이노 수위센서 모듈(SZH-EK057)로부터 전송되는 욕조의 수위레벨을 감지하여 설정된 기준값과 비교 연산하여 외부장치인 서보모터와 사용자 정보제공 수단을 단속 제어하는 아두이노 UNO R3(210)와;
   상기 아두이노 UNO R3의 제어 신호를 수신 받아 욕조에 설치된 수도꼭지개폐장치를 사용자가 원하는 0°~ 180°까지 좌우회전 각도를 설정해서 구동되는 서보모터(MG-995, 220)와;
   상기 사용자가 설정한 상기 서보모터의 좌우 회전각도에 따라 상기 수도꼭지개폐장치를 좌우로 회전시켜 수돗물을 단속하는 수도꼭지개폐장치(310)와;
   상기 아두이노 UNO R3의 단속 제어에 의해 사용자에게 욕조의 물 넘침 정보를 제공하는 사용자 정보제공 수단(320)이 포함되는 것을 특징으로 하는 물 넘침 방지 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 아두이노 수위센서 모듈은, 동작온도 10~30℃ 및 습도 10%~90%에서 작동하며, 작동전압은 DC 3~5V 및 작동전류는 20mA이하인 것을 특징으로 하는 물 넘침 방지 장치.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 서보모터(MG-995, 220)는, 상기 수도꼭지개폐장치를 좌우로 회전시키기 위해 4.8V~7.2V에서 작동하며, 힘의 크기는 4.8V를 가했을 때는 8.5kg/cm 이며, 6V를 가했을 때는 10kg/cm인 것을 특징으로 하는 물 넘침 방지 장치.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 사용자 정보제공 수단(320)은, LED표시등(321) 및 알람기(322)이며, 사용자가 주로 거주하는 거실 등의 공간에 설치되고, 사용자가 해제 가능한 리셋스위치(323)가 구비되는 것을 특징으로 하는 물 넘침 방지 장치.

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