KR20190107605A - 다중 센서 장치 - Google Patents

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KR20190107605A
KR20190107605A KR1020190102273A KR20190102273A KR20190107605A KR 20190107605 A KR20190107605 A KR 20190107605A KR 1020190102273 A KR1020190102273 A KR 1020190102273A KR 20190102273 A KR20190102273 A KR 20190102273A KR 20190107605 A KR20190107605 A KR 20190107605A
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김세규
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    • G08C17/02Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

본 발명은 다중 센서 기술에 관한 것으로 보다 상세하게는 인식 회로를 활용한 다중 센서 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 다양한 실내 환경, 에너지 및 안전과 관련된 측정 요소들의 유연성을 확보하여 동시에 개선 장치에 대한 스마트 최적 제어를 할 수 있다.

Description

다중 센서 장치{MULTI SENSOR DEVICE}
본 발명은 다중 센서 기술에 관한 것으로 보다 상세하게는 인식 회로를 활용한 다중 센서 장치에 관한 것이다.
전 세계적으로 대기오염에 대한 심각성이 높아지고 실제 피해사례가 증가하고 있는 상황에서 실내 공간 및 이용자들의 다양한 특성으로 인하여 환경, 에너지 및 안전에 대한 맞춤형 서비스의 요구가 증가되고 있는 상황이다.
한편, 환경 모니터링 제품들은 기본적으로 환경정보인 온도, 습도와 대기오염 정보인 미세먼지, CO2, VOCs 중 일부만을 사전에 고정함으로써 제품의 측정 가능 물질에 대한 유연성을 확보하지 못하고 있다. 따라서, 실내 다중이용시설 실내공기질 관리법에서 제시하는 다양한 관리대상 오염물질을 대응할 수 있도록 하는 측정 기능 및 제품 개선이 필요하며, 공기측정 제품들이 기능상의 큰 차이가 없는 점을 감안할 때, 다양한 분야의 제품 활용 가능성 측면에서의 차별성이 필요하다.
또한, 최근 사물인터넷을 이용하여 전력 사용량을 모니터링하고 제어하는 스마트 전력 기기가 출시되고 있다. 스마트 전력 기기는 전력 사용량을 모니터링하는 전력 센서를 포함하며, 다른 다중 센서에 결합되어 환경, 에너지 및 안전을 동시에 모니터링하는 서비스가 고려되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허등록공보 제 1128090호에 게시되어 있다.
본 발명은 다양한 실내 환경, 에너지 및 안전과 관련된 측정 요소들의 유연성을 확보할 수 있는 인식 회로를 활용한 다중 센서 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다중 센서 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 센서 장치는 환경, 에너지 및 안전 관련 측정 대상 중 하나를 측정하는 센서 측정 신호 및 측정 대상을 식별하는 센서 식별 신호를 출력하는 센서 모듈부, 상기 센서 모듈부를 탈부착하는 센서 베이스부 및 상기 센서 베이스부에 센서 모듈부가 부착된 경우, 상기 센서 모듈부를 식별하여 센서 데이터를 생성하는 센서 데이터 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 다양한 실내 환경, 에너지 및 안전과 관련된 측정 요소들의 유연성을 확보하여 동시에 관련 기기들에 대한 스마트 최적 제어를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인식 회로를 활용한 다중 센서 운영 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인식 회로를 활용한 다중 센서를 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 모듈부를 설명하기 위한 도면들.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발진회로부를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 식별부를 설명하기 위한 도면.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인식 회로를 활용한 다중 센서 인식 방법을 설명하기 위한 도면들.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인식 회로를 활용한 다중 센서 운영 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인식 회로를 활용한 다중 센서 운영 시스템은 다중 센서(100), 센서운영장치(200) 및 모바일기기(300)를 포함한다.
다중 센서(100)는 일정 공간의 환경, 에너지 및 안전 관리 대상 중 적어도 둘을 측정하고, 센서 데이터를 생성한다. 여기서, 환경, 에너지 및 안전 관련 측정 대상은 온도, 습도, 미세먼지, 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 휘발성유기화합물(VOCs), 오존, 포름알데히드, 소음, 사용 전력 및 움직임 중 적어도 하나일 수 있다. 다중 센서(100)는 복수의 센서 데이터를 생성하기 위하여 복수의 센서 모듈을 포함하며, 각각의 센서 모듈을 인식하기 위한 센서 데이터 생성 모듈을 포함한다. 다중 센서(100)는 생성된 센서 데이터를 센서 운영 장치(200) 및 모바일 기기(300)로 전송하기 위한 통신 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 통신 모듈은 예를 들면, 블루투스 또는 와이파이와 같은 무선 통신 모듈일 수 있으며, 모바일 기기는 스마트폰, 태블릿, 웨어러블 기기 등 센서 데이터를 이용하여 모니터링 및 관련 기기를 제어하는 입출력 기기일 수 있다. 다중 센서(100)는 사전에 정의된 관리 대상 물질에 대한 다양한 센서들을 대상으로 인식 및 측정 가능한 환경을 제공할 수 있는 범용 펌웨어를 임베디드 시스템으로 포함할 수 있다. 다중 센서(100)는 다양한 센서들을 연결할 수 있는 범용 프로토콜을 설계하고 이를 통해 표준화된 통신 및 전원 방식을 제공함으로써 측정 가능 센서 부품의 유연성을 확보하는 센서 보드를 포함할 수 있다.
센서 운영 장치(200)는 다중 센서(100)로부터 생성된 복수의 측정 대상에 대한 센서 데이터를 수신하고 저장한다. 센서 운영 장치(200)는 사전에 정의된 측정 정보를 사용자에게 제공하기 위하여 자료의 수집, 처리 및 저장 기능을 확장하여 다양한 센서 조합을 가진 다중 센서(100)로부터 전송되는 실시간 수집 정보를 기반으로 측정 물질을 판단하고 이를 분석한다. 센서 운영 장치(200)는 분석 결과를 출력하거나 모바일 기기(300)로 보고할 수 있다. 센서 운영 장치(200)는 다양한 센서를 탑재한 측정 디바이스 환경을 하나의 플랫폼으로 처리하고, 이를 이용한 단일 플랫폼에서 다양한 어플리케이션을 구동할 수 있는 환경을 지원하는 범용 미들웨어를 포함할 수 있다.
모바일 기기(300)는 다중 센서(100)로부터 생성된 복수의 측정 대상에 대한 센서 데이터를 출력한다. 모바일 기기(300)는 출력된 센서 데이터에 기초하여 다중 센서(100)는 온 오프 하거나 작동을 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다. 또한, 모바일 기기(300)는 센서 데이터에 기초하여 관련 개선 기기를 제어하는 제어 알고리즘을 구동할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인식 회로를 활용한 다중 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 다중 센서(100)는 센서 모듈부(110), 센서 베이스부(120) 및 센서 데이터 생성부(130)를 포함한다.
센서 모듈부(110)는 환경, 에너지 및 안전 관련 측정 대상 중 하나를 측정하는 센서 측정 신호 및 측정 대상을 식별하는 센서 식별 신호를 출력한다. 센서 모듈부(110)는 이하 도 3 내지 도 5에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
센서 베이스부(120)는 센서 모듈부(110)를 탈부착한다. 센서 베이스부(120)는 센서 모듈부(110)의 탈부착을 위한 슬롯을 포함할 수 있다.
센서 데이터 생성부(130)는 센서 베이스부(120)에 센서 모듈부(110)가 부착된 경우, 센서 모듈부(110)에서 수신한 PWM 신호를 수신하고, 수신한 PWM 신호의 듀티 비율을 계산하여 부착된 센서 모듈부(110)가 측정한 측정 대상을 식별한다.
또한, 센서 데이터 생성부(130)는 센서 모듈부(110)에서 센서 측정 신호를 수신하여 식별한 측정 대상에 대한 센서 데이터를 생성한다. 센서 데이터 생성부(130)는 생성한 센서 데이터를 무선 통신을 통하여 센서 운영 장치(200) 및 모바일 기기(300) 중 적어도 하나로 전송할 수 있다. 센서 데이터 생성부(130)는 이하 도 5에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 모듈부를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 센서 모듈부(110)는 센서부(112) 및 발진회로부(114)를 포함한다.
센서부(112)는 환경, 에너지 및 안전 관련 측정 대상 중 하나를 측정하여 센서 측정 신호를 생성한다.
발진회로부(114)는 환경, 에너지 및 안전 관련 측정 대상 중 하나를 식별하는 센서 식별 신호인 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 연속적으로 발생한다.
센서 모듈부(110)는 입출력 단자로 4핀 또는 5핀을 구성할 수 있다. 센서 모듈부(110)는 4핀의 입출력 단자로 구성된 경우, 전원 Vcc, 접지 GND, 센서 식별 신호 및 센서 측정 신호를 위한 입출력 핀들을 포함할 수 있다. 또한, 센서 모듈부(110)는 5핀의 입출력 단자로 구성되며 전원 Vcc, 접지 GND, 센서 식별 신호, 제1 센서 측정 신호 및 제2 센서 측정 신호를 위한 입출력 핀들을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발진회로부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 발진회로부(114)는 8개의 입출력 핀을 포함하는 IC(Integrated Circuit)로 구성될 수 있으며, 입력 전압을 4~15V 범위, 예를 들면, 5V일 수 있다. 발진회로부(1140)는 8번핀은 전원에, 1번핀은 GND에, 4번 reset 핀을 전원에 연결하고 3번핀으로 PWM 신호가 출력될 수 있다. 발진 회로부(114)를 예를 들면, ne555 회로를 변형하여 구성될 수 있다.
발진회로부(114)는 동일한 주기의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 연속적으로 발생한다. 발진회로부(114)는 제1 저항 값(R1) 및 제2 저항 값(R2)의 상대적인 비율에 따라 PWM 신호의 하이 신호와 로우 신호의 주기가 다르게 구성되어 아래와 같은 수학식 1의 듀티 비율을 구성할 수 있다.
[수학식 1]
듀티 비율(Duty Ratio)= (R1+R2)/(R1+2R2)
여기서, R1는 발진회로부의 7번핀과 8번핀 사이의 제1 저항 값(R1)이고, R2는 발진회로부의 6번핀과 7번핀 사이의 제2 저항 값(R2)임.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 식별부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 센서 데이터 생성부(130)는 센서 식별부(132), 센서 데이터 구성부(134), 전원부(136) 및 통신부(138)을 포함한다.
센서 식별부(132)는 센서 베이스부(120)에 부착된 센서 모듈부(110)로부터 수신한 센서 식별 신호를 이용하여 센서 식별 값을 생성한다. 센서 식별부(132)는 센서 베이스부(120)에 부착된 센서 모듈부(110)로부터 수신한 PWM 신호를 수신하고, 수신한 PWM 신호의 듀티 비율을 산출한다. 센서 식별부(132)는 타이머를 이용하여 아래의 수학식 (2)로부터 수신한 PWM 신호의 듀티 비율을 산출할 수 있다.
[수학식 2]
듀티 비율(Duty Ratio)= (T1)/(T1+T2)
여기서, T1는 PWM신호의 하이(High) 구간 시간 폭이며, T2는 PWM신호의 로우(Low) 구간 시간 폭임.
센서 식별부(132)는 산출한 PWM 신호의 듀티 비율과 미리 저장된 각 센서의 듀티 비율 범위와 비교하고 센서를 식별하여 센서 식별 값을 생성한다.
센서 데이터 구성부(134)는 센서 베이스부(120)에 부착된 센서 모듈부(110)로부터 수신한 센서 측정 신호와 생성된 센서 식별 값을 이용하여 센서 데이터를 구성한다. 센서 데이터 구성부(134)는 예를 들면, 온도, 습도, 미세먼지, 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 휘발성유기화합물(VOCs), 오존, 포름알데히드, 소음, 사용 전력 및 움직임 중 센서 식별 값이 미세먼지에 대한 것이고, 센서 측정 값이 0.02 ppm에 상응하면, 미세먼지 0.02ppm 에 상응하는 센서 데이터를 생성할 수 있다.
전원부(134)는 센서 베이스부(120)에 부착된 센서 모듈부(110) 및 센서 데이터 생성부(130)에 필요한 전원을 공급한다.
통신부(136)는 생성한 센서 데이터를 무선 통신을 통하여 센서 운영 장치(200) 및 모바일 기기(300) 중 적어도 하나로 전송할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인식 회로를 활용한 다중 센서 인식 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 인식 회로를 활용한 다중 센서 인식 방법은 단계 S710에서 다중 센서 장치가 PWM 신호를 수신한다.
단계 S720에서 다중 센서 장치는 수신한 PWM 신호의 듀티 비율을 산출한다.
단계 S730에서 다중 센서 장치는 산출한 듀티 비율과 미리 저장된 듀티 비율 범위를 비교하고 센서를 식별하여 센서 식별 값을 생성한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 인식 회로를 활용한 다중 센서 인식 방법은 단계 S810에서 다중 센서 장치가 PWM 신호의 입력 핀을 스캐닝한다.
단계 S820에서 다중 센서 장치는 PWM 신호가 있는지 판단한다.
단계 S830에서 다중 센서 장치는 PWM 신호가 있는 경우, PWM 신호 정보를 저장한다.
단계 S840에서 다중 센서 장치는 PWM 신호 정보를 이용하여 듀티 비율을 산출하고 저장한다. 다중 센서 장치는 상술한 수학식 2를 이용하여 PWM 신호의 듀티 비율을 산출할 수 있다.
도 9를 참조하면, 센서 모듈부의 듀티 비율은 PWM 신호를 발생하는 회로의 저항 값들을 조정하여 조절할 수 있으며, 예를 들면, 온도 센서의 경우 48~53, 미세먼지 센서의 경우 56~62, 이산화탄소의 경우 63~69, 일산화탄소의 경우 73~77, 휘발성유기화합물의 경우 78~82 및 전력사용량의 경우 83~86일 수 있다.
단계 S850에서 다중 센서 장치는 PWM 신호 입력 핀 스캐닝이 완료되었는지 판단한다.
단계 S860에서 다중 센서 장치는 PWM 신호 입력 핀 스캐닝이 완료된 경우, 산출한 듀티 비율에 상응하는 센서 모듈부를 식별하고 센서 식별 값을 생성한다.
단계 S870에서 다중 센서 장치는 식별한 센서 모듈부에서 입력된 센서 측정 값을 읽고 저장한다.
단계 S880에서 다중 센서 장치는 장착된 센서 모듈부의 센서 측정 값을 모두 읽었는지 판단한다.
단계 S890에서 다중 센서 장치는 생성한 센서 식별 값과 센서 측정 값을 이용하여 센서 데이터를 생성한다.
상술한 본 발명의 실시 예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시 예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다. 펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시 예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드 등이 기록된 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 기록 매체 또는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 메모리 유닛은 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다. 또한 본 발명에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방법으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다. 더불어 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또한 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

  1. 다중 센서 장치에 있어서,
    환경, 에너지 및 안전 관련 측정 대상 중 하나를 측정하는 센서 측정 신호
    및 측정 대상을 식별하는 센서 식별 신호를 출력하는 센서 모듈부;
    상기 센서 모듈부를 탈부착하는 센서 베이스부;
    상기 센서 베이스부에 센서 모듈부가 부착된 경우, 상기 센서 모듈부를 식별하여 센서 데이터를 생성하는 센서 데이터 생성부 및
    상기 센서 모듈부 및 상기 센서 데이터 생성부에 필요한 전원을 공급하는 전원부를 포함하되,
    상기 센서 모듈부는
    입출력 단자로 4핀 또는 5핀을 구성되며, 4핀의 입출력 단자로 구성된 경우, 전원 Vcc, 접지 GND, 센서 식별 신호 및 센서 측정 신호를 위한 입출력 핀들을 포함하며, 5핀의 입출력 단자로 구성된 경우 전원 Vcc, 접지 GND, 서 식별 신호, 제1 센서 측정 신호 및 제2 센서 측정 신호를 위한 입출력 핀들을 포함하고,
    환경, 에너지 및 안전 관련 측정 대상 중 하나를 측정하여 센서 측정 신호를 생성하는 센서부; 및
    환경, 에너지 및 안전 관련 측정 대상 중 하나를 식별하는 센서 식별 신호를 생성하는 발진회로부를 포함하며,
    상기 발진회로부는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 연속적으로 발생하고,
    상기 센서 데이터 생성부는
    상기 센서 베이스부에 부착된 상기 센서 모듈부로부터 수신한 센서 식별 신호를 이용하여 센서 식별 값을 생성하는 센서 식별부; 및
    상기 센서 모듈부로부터 수신한 센서 측정 신호와 생성된 센서 식별 값을 이용하여 센서 데이터를 구성하는 센서 데이터 구성부를 포함하되,
    상기 센서 식별부는
    상기 센서 식별부는 상기 센서 모듈부로부터 수신한 PWM 신호를 수신하고,
    수신한 PWM 신호의 듀티 비율을 산출하고, 산출한 PWM 신호의 듀티 비율과 미리 저장된 각 센서의 듀티 비율 범위와 비교하고 센서를 식별하여 센서 식별 값을 생성하는 다중 센서 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022235110A1 (ko) * 2021-05-07 2022-11-10 엘지전자 주식회사 센서볼 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 시스템

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