KR20200133292A - 피드백 신체 접촉 패턴 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

Capacitive Sensor Array Mat(602) 장치의 감지 Pattern Data와 Actuator (604) 장치의 제어 신호를 전달하기 위해 Interface 회로부 (606)가 연결된다. Interface 회로부 (606)에 전달된 신호는 무선 혹은 유선 통신부 (608)에 의해 인터넷망에 연결된다. 무선 혹은 유선 통신부 (608)에 의해 전달된 신호는 탈 중앙화 Block Chain 저장 시스템 (610)에 저장하여 감지 Pattern Data를 축적하게 된다.
Body Pattern 분석 시스템 (612)은 탈 중앙화 Block Chain 저장 시스템 (610)에 축적된 감지 Pattern Data를 시간, 자세, 위치 등을 기초로 분석하게 된다. Body Pattern 분석 시스템 (612)은 축적된 감지 Pattern Data인 Big Data를 기반으로 머신 러닝 (Machine Learning)과 딥 러닝 (Deep Learning) 같은 인공지능(AI(Artificial Intelligence)) 분석 기법을 적용하는 것을 포함한다.
탈 중앙화 앱 서비스 시스템 (614)은 Body Pattern 분석 시스템 (612)에서 분석된 특정 Pattern Data를 사용자가 활용할 수 있는 서비스를 제공한다. 탈 중앙화 앱 서비스 시스템 (614)은 휴대폰, PC, Tablet PC 등의 유무선 단말기 장치를 포함한다.

Description

피드백 신체 접촉 패턴 감지 시스템{A Feedback Body Touch Pattern Sensing System}

Capacitive Sensor Array Mat(602) 내에서 사람 몸의 일부가 접촉되면 접촉 형상에 기반하여 감지 Pattern Data가 생성되게 된다. Capacitive Sensor Array Mat(602)가 설치될 수 있는 적용 사물은 각종 의자, 각종 침대 등 사람의 몸이 접촉될 수 있는 장치를 포함한다. Capacitive Sensor Array Mat(602)의 감지 Pattern Data 신호와 Actuator (604)의 제어 신호를 Internet 상에 전달하기 위해 Interface 회로부 (606)가 연결된다. Interface 회로부 (606)에 전달된 신호는 무선 혹은 유선 통신부 (608)에 의해 인터넷망에 연결된다. 무선 혹은 유선 통신부 (608)에 의해 전달된 신호는 탈 중앙화 Block Chain 저장 시스템 (610)에 저장하여 감지 Pattern Data를 축적하게 된다.

Body Pattern 분석 시스템 (612)은 탈 중앙화 Block Chain 저장 시스템 (610)에 축적된 감지 Pattern Data를 시간, 자세, 위치 등을 기초로 분석하게 된다. Body Pattern 분석 시스템 (612)은 축적된 감지 Pattern Data인 Big Data를 기반으로 머신 러닝 (Machine Learning)과 딥 러닝 (Deep Learning) 같은 인공지능(AI(Artificial Intelligence)) 분석 기법을 적용하는 것을 포함한다.

탈 중앙화 앱 서비스 시스템 (614)은 Body Pattern 분석 시스템 (612)에서 분석된 특정 Pattern Data를 사용자가 활용할 수 있는 서비스를 제공한다. 탈 중앙화 앱 서비스 시스템 (614)은 휴대폰, PC, Tablet PC 등의 유무선 단말기 장치를 포함한다.

고 전압의 교류 전원에서 저 전압의 직류 전원으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서 통상 변압 회로(100)는 회로의 구성에 많은 면적과 비용을 유발하는 회로 영역이 된다.

따라서 저 비용의 회로를 구성하는데 있어서 방해 요인으로 작용하게 된다. 한편, 제너 다이오드(Zener diode)(104)회로 영역은 정 전압의 출력 전압 특성을 확보하기 위해 정류 회로(102)의 출력 단자에 병렬로 배치하여 사용하게 된다.

최근에는 통신 분야의 system transients와 lightning-induced transients로부터 시스템을 보호해주는 써지 보호 역할과, 이동 통신 단말기, 노트북 PC, 전자수첩, PDA등의 정전 기에 대하여 회로를 보호해주는 ESD(electrostatic discharge) protection의 역할로서 PN 바리스터(Varistor)가 필요하다.

각종 정보기기, 제어기기 등 전기를 사용하는 제품에 갑작스런 전압의 변화(surge) 가전제품에 대한 기기 손상을 방지하기 위한 써지 흡수소자로서 사용 된다. 또한 발전소, 변전소, 송전소 같은 전력 기기 분야에서 낙뢰로부터 설비를 안전하게 보호하기 위한 전력용 피뢰기의 핵심 소자에 이르기까지 다양한 부분에 사용된다.

이에 따라 이들 장비에 발생하는 전원서지, 낙뇌서지 등으로부터 시스템을 보호하기 위한 필요성이 그 어느 때보다도 강하게 요구되고 있다.

전력 계통에 설치되는 전자기기들을 이러한 과도 외부 서지로부터 파괴, 또는 오동작하지 않도록 서지를 차단하기 위해서는 서지 보호 장치(Surge Protection Device: SPD, Voltage Transient Management System: VTMS, or Transient Voltage Surge Suppressor: TVSS)를 설치한다. 또한, 전력 계통에 설치되는 전자기기들은 이상 전류, 이상 전압 혹은 누설 전류와 같은 각종 고장 사고에 의한 재해를 방지할 수 있는 감지(Sensing) 보호 장치를 설치하여야 한다.

본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 갖는다.

첫째, 몸 상태가 불편한 사람들이 의자에 앉아 있거나 서 있는 자세를 감지하여 교정 등의 조치를 취할 수 있는 시스템의 구현이 가능하게 하는 특징을 갖는다.

둘째, 침대에 누워 있는 환자의 시간 관리를 통해 욕창 발생을 방지할 수 있는 시스템을 구현하게 하는 특징을 갖는다.

셋째, 일반 사람들의 수면 중의 몸의 자세 패턴(pattern)을 감지하여 수면 중의 상태를 제어하거나 몸의 다른 증상을 파악하기 위한 정보를 습득하고 조치를 취할 수 있는 시스템을 구현할 수 있는 특징을 갖는다.

고 전압의 교류 및 직류 전원에서 저 전압의 직류 전원으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서, 통상 변압 회로(100)의 구성을 제거하여 통상 변압 회로(100) 구성에서 차지하는 많은 면적을 제거하여 저 비용의 회로를 구성할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700), CLK 발생부 (701) 및 Capacitive Sensor부 (702) 로 구성된다.

S_1 신호 입력 Transistor (706)는 Capacitive Sensor부 (702) 의 S_1 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.

S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707)는 Capacitive Sensor부 (702) 의 S_2 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.

상기 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 다른 정해진 값의 Sensing Detection Voltage 특성을 생성하기 위해 복수개의 Transistor를 직렬로 연결하여 구성하거나 병렬로 연결하여 전류 구동 능력에서 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 차이가 나도록 하는 것을 특징으로 한다.

Capacitive Sensor부는 박막 혹은 후막의 유전성 절연막이 단일 Pad 전극 표면에 형성 되고, 단일 Pad 전극은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부의 S_1 신호 혹은 S_2 신호 단자 중에서 선택적으로 한 개의 단자에 연결하여 구성된다.

사물 장치(600)는 IoT (Internet of Things)의 대상이 되는 사물에 해당되는 장치를 의미한다. 본 발명에서의 사물 장치(600)는 사람의 몸(Body)이 접촉했을 때 신호를 발생할 수 있는 용량성 센서 (Capacitive Sensor) 배치 장치인 Capacitive Sensor Array Mat(602)와 센서 신호에 대응되는 응답 제어 신호를 처리할 수 있는 실행 장치인 Actuator (604)를 포함한다. Capacitive Sensor Array Mat(602) 장치는 Row 방향과 Column 방향으로 복수개의 용량성 센서 (Capacitive Sensor)가 행렬, 즉, Capacitive Sensor(1,1), Capacitive Sensor(m,n) 형태로 배치된 구조 장치를 의미한다. 각각의 Capacitive Sensor(m,n) 소자는 손이나 발 등의 사람 몸의 일부가 일정 거리 이내로 접근 했을 때 접촉 신호를 발생하는 소자이다. Capacitive Sensor Array Mat(602) 내에서 사람 몸의 일부가 접촉된 영역의 복수개의 특정 용량성 센서 (Capacitive Sensor)소자들은 접촉 신호를 발생하고, 나머지 용량성 센서 (Capacitive Sensor) 소자들은 비접촉 신호를 발생하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 몸 상태가 불편한 사람들이 의자에 앉아 있거나 서 있는 자세를 감지하여 교정 등의 조치를 취할 수 있는 시스템의 구현이 가능하게 하는 효과를 제공한다.

둘째, 침대에 누워 있는 환자의 시간 관리를 통해 욕창 발생을 방지할 수 있는 시스템을 구현하게 하는 것을 특징으로 하는 효과를 제공한다.

셋째, 일반 사람들의 수면 중의 몸의 자세 패턴(pattern)을 감지하여 수면 중의 상태를 제어하거나 몸의 다른 증상을 파악하기 위한 정보를 습득하고 조치를 취할 수 있는 시스템을 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 통상의 전압 변환 회로의 구성도.
도 2는 본 발명의 반파 정류 VDD 전원 발생 회로의 구성도.
도 3은 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 구성도.
도 4은 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 동작 파형도.
도 5는 본 발명 Capacitive Sensor부 (702) 의 상세 회로도.
도 6은 본 발명 탈 중앙화 블록체인 신체 접촉 감지 Pattern Data 분석 시스템의 구성도.
도 7은 본 발명 단위 Capacitive Sensor(m,n)의 상세 회로도.
도 8은 본 발명 Capacitive Sensor Array Mat (602)의 상세 회로도.
도 9는 본 발명 Capacitive Sensor Array Mat (602) 회로의 동작 파형도.
도 10은 본 발명 제1 신체 접촉 감지 Pattern Data Map.
도 11은 본 발명 제2 신체 접촉 감지 Pattern Data Map.
도 12는 본 발명 단위 Capacitive Sensor(m,n)의 보호 케이스 구성도.
도 13은 본 발명 Actuator의 적용 Combo 장치 구성도.
도 14는 본 발명 Actuator의 적용 Combo 장치 배치 구성도.
도 15는 본 발명 Feedback 베이스부(1500) 구성도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 통상의 전압 변환 회로의 구성도이다.

교류 입력 전원(100)에서 저 전압의 직류 전원의 전압으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서 통상 변압회로(101), 정류 회로(102), 및 제너 다이오드(Zener diode)(104)의 회로 영역으로 구성된다. 통상 변압 회로(100)는 고 전압의 입력 전원을 저 전압으로 변환하는 회로 영역이다.

정류 회로(102)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 반파 혹은 전파 정류 다이오드로 구성된 회로 영역이다. 통상 변압 회로(100)는 회로의 구성에 많은 면적과 비용을 유발하는 회로 영역이 된다.

따라서 저 비용의 회로를 구성하는데 있어서 방해 요인으로 작용하게 된다.

한편, 제너 다이오드(Zener diode)(104)회로 영역은 정 전압의 출력 전압 특성을 확보하기 위해 정류 회로(102)의 출력 단자(103)에 병렬로 배치하여 사용하게 된다.

정류 회로(102)의 출력 단자(103)는 최종 출력 제1 전력 공급 단자(105)로 사용된다.

도 2는 본 발명의 반파 정류 VDD 전원 발생 회로의 구성도이다.

본 발명의 교류 입력 전원에서 저 전압의 직류 전원의 전압으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서, 교류 입력 전원(200)의 한쪽 전극(201)은 반파 정류 회로의 한쪽 입력 단에 연결된다.

교류 입력 전원(200)의 다른 쪽 전극(202)은 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다.

교류 입력 전원(200)의 한쪽 전극(201)은 Diode D4의 Anode 전극에 연결된다.

Diode D4의 Cathode 전극은 전류 제한 소자인 저항 R1의 한쪽 단자에 연결된다.

저항 R1의 다른 쪽 단자(204)는 Zener diode (206)의 Cathode 와 Diode D5의 Anode 전극에 공통으로 연결된다.

상기 Zener diode (206)의 Anode 단자는 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다.

상기 D5의 Cathode 전극에는 저 전압 출력 단자인 VDD 전원 단자가 연결된다.

VDD 전원 단자는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 VDD 전원 단자에 연결된다.

도 3은 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 구성도이다.

Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700), CLK 발생부 (701), Capacitive Sensor부 (702) 로 구성된다.

상기 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)는 out- 단자의 precharge transistor (703), out+ 단자의 precharge transistor (704), Latch 증폭부 (705), S_1 신호 입력 Transistor (706), S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707) 및 활성화 제어 Transistor (708) 로 구성된다.

상기 precharge transistor (703) 와 precharge transistor (704)는 out- 단자와 out+ 단자를 High 전압으로 Precharge 시키는 사용되는 Transistor 이다.

Latch 증폭부 (705)는 out- 단자와 out+ 단자를 증폭시키기 위한 회로이다.

S_1 신호 입력 Transistor (706)는 Capacitive Sensor부 (702) 의 S_1 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.

S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707)는 Capacitive Sensor부 (702) 의 S_2 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.

또한, 상기 S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707)는, 상기 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 다른 정해진 값의 Sensing Detection Voltage 특성을 생성하기 위해, 복수개의 Transistor를 직렬로 연결하여 구성하거나 병렬로 연결하여 전류 구동 능력에서 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 차이가 나도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 활성화 제어 Transistor (708)는 CLK 신호가 High 일 때는 동작을 활성화 시키고, CLK 신호가 Low 일 때는 Precharge 시키는 동작을 수행한다.

상기 CLK 발생부 (701)는 전원을 인가하면 자체적으로 일정 주기의 clock 신호인 CLK 을 발생함을 특징으로 하는 회로 Block이다.

상기 Capacitive Sensor부 (702) 는 온도 Sensor, 자기 Sensor, 가스 Sensor 등 각종 Sensor 신호를 발생하는 Sensor 회로 Block이다.

도 4는 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 동작 파형도이다.

상기 CLK 발생부 (701)의 CLK 신호가 Low인 구간에서는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)가 비활성화 되어 Precharge 동작을 수행한다.

한편, 상기 CLK 발생부 (701)의 CLK 신호가 High인 구간에서는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)가 활성화 되어 정상 증폭 동작을 수행한다.

본 발명의 회로는 전원이 공급되고 있는 동안에 CLK의 일정 주파수 주기에 대응하여 증폭 동작과 Precharge 동작을 주기적으로 반복됨을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명 Capacitive Sensor부 (702) 의 상세 회로도이다.

Capacitive Sensor부 (702)는 인체 혹은 다른 물체의 접근 동작에 대해 정전 용량의 변동 신호를 감지하기 위한 회로 구성이다.

정전 용량 감지 소자와 감도 설정 값 제어 저항 RS (504) 소자로 구성된다.

정전 용량 감지 소자는 박막 혹은 후막의 유전성 절연막(500)과 단일 Pad 전극 (502)으로 구성된다.

감도 설정 값 제어 저항 RS (504) 소자는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)의 S_1 신호와 S_2 신호 단자에 연결된다.

박막 혹은 후막의 유전성 절연막(500)은 단일 Pad 전극 (502) 표면에 형성 된다. 단일 Pad 전극 (502) 단자는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)의 S_1 신호 혹은 S_2 신호 단자 중에서 선택적으로 한 개의 단자에 연결하여 구성된다.

절연막(500)은 진공 및 공기를 포함하고 SiO2, 플라스틱 재료 등 각종 박막 혹은 후막 형태의 전기적 부도체 절연 재료를 포함한다.

Pad 전극 (502) 재료는 Al, Cu, Au 등 모든 도전성 재료를 포함한다.

감도 설정 값 제어 저항 RS (504) 소자는 인체, 동물 혹은 다른 물체의 접근 동작시에 감지 거리 값을 설정하기 위한 소자이다.

도 6은 본 발명 탈 중앙화 블록체인 신체 접촉 감지 Pattern Data 분석 시스템의 구성도다.

사물 장치(600)는 IoT (Internet of Things)의 대상이 되는 사물에 해당되는 장치를 의미한다. 본 발명에서의 사물 장치(600)는 사람의 몸(Body)이 접촉했을 때 신호를 발생할 수 있는 용량성 센서 (Capacitive Sensor) 배치 장치인 Capacitive Sensor Array Mat(602)와 센서 신호에 대응되는 응답 제어 신호를 처리할 수 있는 실행 장치인 Actuator (604)를 포함한다. Capacitive Sensor Array Mat(602)는 Row 방향과 Column 방향으로 복수개의 용량성 센서 (Capacitive Sensor)가 행렬, 즉, Capacitive Sensor(1,1), Capacitive Sensor(m,n) 형태로 배치된 구조 장치를 의미한다. 각각의 Capacitive Sensor(m,n) 소자는 손이나 발 등의 사람 몸의 일부가 일정 거리 이내로 접근 했을 때 접촉 신호를 발생하는 소자이다. Capacitive Sensor Array Mat(602) 장치 내에서 사람 몸의 일부가 접촉된 영역의 복수개의 특정 용량성 센서 (Capacitive Sensor)소자들은 접촉 신호를 발생하고, 나머지 사람 몸의 일부가 접촉되지 않는 용량성 센서 (Capacitive Sensor) 소자들은 비접촉 신호를 발생하게 된다. 따라서, Capacitive Sensor Array Mat(602) 내에서 사람 몸의 일부가 접촉되면 접촉 형상에 기반하여 감지 Pattern Data가 생성되게 된다. Capacitive Sensor Array Mat(602)가 설치될 수 있는 적용 사물은 각종 의자, 각종 침대 등 사람의 몸이 접촉될 수 있는 장치를 포함한다. 또한, 또 다른 적용 사물은 Capacitive Sensor Array Mat(602)가 설치될 수 있는 거실이나 평평한 장소에 사람이 눕거나 앉아 있을 수 있는 장소를 포함한다. 여러 실시 예로써, Capacitive Sensor Array Mat(602)를 의자에 설치하는 경우, 바닥면, 옆면, 뒷면 등에 각각 별도의 Capacitive Sensor Array Mat(602)를 부착 설치하여 각각의 접촉 영역에서의 몸의 접촉 영역에 대한 감지 Pattern Data를 수집하게 된다. Capacitive Sensor Array Mat(602) 장치를 침대에 설치하는 경우, 침대 매트리스 위에 Capacitive Sensor Array Mat(602)를 펼쳐서 설치하여 수면 중이거나 누워 있을 때의 몸의 접촉 영역에 대한 감지 Pattern Data를 수집하게 된다. Capacitive Sensor Array Mat(602)를 온돌방에 설치하는 경우, 온돌방 위에 Capacitive Sensor Array Mat(602)를 펼쳐서 설치하여 수면 중이거나 누워 있을 때의 몸의 접촉 영역에 대한 감지 Pattern Data를 수집하게 된다. 수집된 감지 Pattern Data를 분석하고 가공한 후 필요한 조작 조치를 위한 제어 신호를 처리하는 장치가 Actuator (604)이다. Actuator (604)의 제어 동작은 높이, 각도, 진동, 온도 등의 처리 제어 동작을 포함한다.

Capacitive Sensor Array Mat(602)의 감지 Pattern Data 신호와 Actuator (604)의 제어 신호를 전달하기 위해 Interface 회로부 (606)가 연결된다. Interface 회로부 (606)에 전달된 신호는 무선 혹은 유선 통신부 (608)에 의해 인터넷망에 연결된다.

무선 혹은 유선 통신부 (608)는 블루투스, 지그비, 와이파이, LTE 혹은 5G 등의 무선 통신 기술을 포함한다.

무선 혹은 유선 통신부 (608)에 의해 전달된 신호는 탈 중앙화 Block Chain 저장 시스템 (610)에 저장하여 감지 Pattern Data를 축적하게 된다.

블록체인(block chain, blockchain)은 관리 대상 감지 Pattern Data를 '블록'이라고 하는 소규모 데이터들이 P2P 방식을 기반으로 생성된 체인 형태의 연결고리 기반 분산 데이터 저장환경에 저장되어 누구라도 임의로 수정할 수 없고 누구나 변경의 결과를 열람할 수 있는 분산 컴퓨팅 기술 기반의 데이터 대변 방지 기술이다. 이는 근본적으로 분산 데이터 저장기술의 한 형태로, 지속적으로 변경되는 데이터를 모든 참여 노드에 기록한 변경 리스트로서 분산 노드의 운영자에 의한 임의 조작이 불가능하도록 고안된다.

Body Pattern 분석 시스템 (612)은 탈 중앙화 Block Chain 저장 시스템 (610)에 축적된 감지 Pattern Data를 시간, 자세, 위치 등을 기초로 분석하게 된다. Body Pattern 분석 시스템 (612)은 축적된 감지 Pattern Data인 Big Data를 기반으로 머신 러닝 (Machine Learning)과 딥 러닝 (Deep Learning) 같은 인공지능(AI(Artificial Intelligence)) 분석 기법을 적용하는 것을 포함한다.

탈 중앙화 앱 서비스 시스템 (614)은 Body Pattern 분석 시스템 (612)에서 분석된 특정 Pattern Data를 사용자가 활용할 수 있는 탈 중앙화 앱(D-APP: Decentralized Application) 서비스를 제공한다. 탈 중앙화 앱 서비스 시스템 (614)은 휴대폰, PC, Tablet PC 등의 유무선 단말기 장치를 포함한다. 탈 중앙화 앱 서비스 시스템 (614)의 서비스 실시 예로, 자세 보정 기기를 착용한 환자에게 자세 정보를 제공 한다.

장시간 누워 있는 환자의 욕창을 예방하기 위해 일정 시간 동안 같은 자세로 누워 있을 경우, 자세 변경 조치 경보를 발생하는 등의 정보를 제공한다.

또한, 일반인의 수면 자세와 일상 생활의 피로 정도의 상관 관계나 몸의 이상 여부를 미리 예측하기 위한 수단으로써, 침대에서 수면 시의 몸의 자세 Pattern Data를 분석하여 수면시의 특이 정보를 분석 하여 제공한다.

탈 중앙화 앱 서비스의 거래 결재 방식은 블록체인이나 DAG (Directed Acyclic Graph)을 기반으로 한 분산 원장(Distributed Ledger) 위에서 동작하는 암호화폐(Cryptocurrency)를 포함한다.

도 7은 본 발명 단위 Capacitive Sensor(m,n)의 상세 회로도이다.

도3,5 로 표시된 회로 Block은 도 3 과 도 5에 표시된 신체 접촉 감지 회로를 의미한다.

도3,5의 접지 전압은 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다

도3,5의 VDD 전원 단자는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 VDD 전원 단자에 연결된다.

도3,5의 out+ 단자는 Latch 증폭부 (705)의 out- 단자 혹은 out+ 단자를 의미한다.

일정 거리 이내로 도3,5 회로부에 신체 접촉이 이루어지면, 도3,5의 out+ 단자는 High 신호의 출력 발생을 특징으로 한다.

도3,5 회로부에 신체 접촉이 이루어지지 않으면, 도3,5의 out+ 단자는 Low 신호의 출력 발생을 특징으로 한다.

도3,5의 out+ 단자는 NMOS(N-type Metal Oxide Semiconductor) Transistor 인 NM의 Gate 단자에 연결된다.

NM의 Source 단자는 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다.

NM의 Drain 단자는 신체 접촉의 출력 신호인 Touch_output 단자에 연결된다.

도3,5의 out+ 단자의 신호가 High 이면 Touch_output 단자는 Low 출력 신호 발생을 특징으로 한다.

도 8은 본 발명 Capacitive Sensor Array Mat (602)의 상세 회로도이다.

도 7의 단위 Capacitive Sensor(m,n) 소자가 Row와 Column 방향으로 각각 복수개 배열되어 2차원 배치 구조로 구성된다.

Row 방향으로 Row Decoder를 이용하여 복수개의 Row 선택 신호인 Row_1과 Row_m 선택 신호를 순차적으로 발생시켜 Row 방향의 신체 접촉 신호 Data를 수집한다.

Row 선택 Row_1 선택 선은 도3,5(802)과 도3,5(802)의 VDD 단자에 공통으로 연결된다.

Row 선택 Row_m 선택 선은 도3,5(806)과 도3,5(808)의 VDD 단자에 공통으로 연결된다.

Row Decoder의 입력 신호는 Row Address 신호로 구성된다.

Column 방향으로 Column Decoder를 이용하여 복수개의 Column 선택 신호인 COL_DEC 선택 신호를 순차적으로 발생시켜 Column 방향의 신체 접촉 신호 Data를 수집한다.

Column 선택 Column_1 선택 선은 NM(803)과 NM(807)의 Drain 단자인 Touch_ouput 단자에 공통으로 연결된다.

Column 선택 Column_n 선택 선은 NM(805)과 NM(809)의 Drain 단자인 Touch_ouput 단자에 공통으로 연결된다.

Column Decoder의 입력 신호는 Column Address 신호로 구성된다.

COL_DEC 선택 신호는 Column 선택 스위치인 각각 C/S_1과 C/S_n를 제어한다.

Column 선택 스위치인 각각 C/S_1과 C/S_n의 Source 단자는 각각 Column_1과 Column_n과 연결되고, Column 선택 스위치인 각각 C/S_1과 C/S_n의 Drain 단자는 I/O Bus 단자인 각각 I/O_1과 I/O_n 단자와 연결된다.

I/O Bus 단자인 각각 I/O_1과 I/O_n 단자는 Pull UP 저항 소자인 각각 PUR(810)과 PUR(812)의 한 단자에 연결되고, Pull UP 저항 소자인 각각 PUR(810)과 PUR(812)의 다른 쪽 단자에는 전원 전압인 VDD 전압이 연결된다.

따라서 I/O Bus 단자인 각각 I/O_1과 I/O_n 단자는 Precharge 구간 동안 High 상태를 유지하고 Active 구간 동안 신체 접촉 신호에 의해 Low 상태로 천이하게 된다.

I/O Bus 단자인 각각 I/O_1과 I/O_n 단자는 I/O Bus Interface 회로 Block 에 의해 Interface 회로부 (606) 와 연결된다.

Parallel I/O Bus Size는 x8, x 16, x32, 혹은 x64 등으로 구성됨을 특징으로 한다.

도 9는 본 발명 Capacitive Sensor Array Mat (602) 회로의 동작 파형도이다.

활성화 구간에서 복수개의 Row 선택선 중에서 Row_1 선택선이 High 신호인 VDD 전압으로 천이하면 Row_1 선택선에 연결된 Capacitive Sensor 들이 동작 대기 Mode에 있게 된다.

나머지 Row_m 선택선은 Low 신호인 GND 전압으로 Row_m 선택선에 연결된 Capacitive Sensor 들이 비 동작 Mode에 있게 된다.

동시에 Column Decoder 신호인 COL_DEC 신호가 High로 천이하면 해당 Column 선택 스위치들이 활성화되어 Column_1과 I/O_1 단자가 스위치가 ON되어 연결되고, Column_n과 I/O_n 단자가 스위치 소자가 ON되어 연결된다.

따라서 신체 접촉 여부에 의해 I/O_1에서 I/O_n 단자 신호는 Logic 1 Data 인 High 와 Logic 0 Data 인 Low 신호를 발생하게 된다.

도 10은 본 발명 제1 신체 접촉 감지 Pattern Data Map이다.

특정 시간 t1에서 발명 Capacitive Sensor Array Mat (602)의 제1 실시예인 제1 신체 접촉 감지 Pattern Data Map을 보여준다.

신체가 발명 Capacitive Sensor Array Mat (602) 내에서 똑바로 눕게 되면 신체가 접촉되는 영역의 신체 접촉 감지 Pattern Data는 Logic 0인 Low 값의 신호가 감지되고, 신체가 접촉되지 않는 영역의 신체 비 접촉 감지 Pattern Data는 Logic 1인 High 값의 신호가 감지됨을 특징으로 한다.

따라서, 신체 접촉 감지 Pattern Data의 형상 Pattern 변화에 의해 시간에 따른 신체 체위 상태 정보를 수집할 수 있게 된다.

도 11은 본 발명 제2 신체 접촉 감지 Pattern Data Map이다.

특정 시간 t2에서 발명 Capacitive Sensor Array Mat (602)의 제2 실시예인 제2 신체 접촉 감지 Pattern Data Map을 보여준다.

신체가 발명 Capacitive Sensor Array Mat (602) 내에서 옆으로 눕게 되면 신체가 접촉되는 영역의 신체 접촉 감지 Pattern Data는 Logic 0인 Low 값의 신호가 감지되고, 신체가 접촉되지 않는 영역의 신체 비 접촉 감지 Pattern Data는 Logic 1인 High 값의 신호가 감지됨을 특징으로 한다.

따라서, 신체 접촉 감지 Pattern Data의 형상 Pattern 변화에 의해 시간에 따른 신체 체위 상태 정보를 수집할 수 있게 된다.

도 12는 본 발명 단위 Capacitive Sensor(m,n)의 보호 케이스 구성도이다.

단위 Capacitive Sensor(m,n)는 Capacitive Sensor PCB Module과 Capacitive Sensor PCB Module을 삽입하여 장착하는 PCB 보호 케이스(Case) 및 전원 및 신호 입출력 배선으로 구성된다.

PCB 보호 케이스(Case)는 Plastic 합성물, Ceramic 등 튼튼하고 유전율이 큰 물질로 구성됨을 특징으로 한다. PCB 보호 케이스(Case)는 표면에 황토 혹은 천연 옥돌 등을 추가하여 구성할 수 있다. PCB 보호 케이스(Case) 형태는 각형 혹은 원형을 포함하여 각종 형태로 구성할 수 있다. 또한, PCB 보호 케이스(Case)는 Capacitive Sensor PCB Module를 보호하거나 고정하기 위해 합성 물질로 Molding 처리를 하는 것을 특징으로 한다. PCB 보호 케이스(Case)는 신체가 접촉할 때 충격이나 압력으로부터 Capacitive Sensor PCB Module 을 안전하게 보호하며, 신체 접촉 시 접촉 신호를 고성능으로 감지하는 기능을 제공한다.

도 13은 본 발명 Actuator의 적용 Combo 장치 구성도이다.

본 발명 Actuator의 적용 Combo 장치는 단위 Capacitive Sensor(m,n), 구동 축과 상하 높이 제어 구동부가 하나의 장치로 통합 구성됨을 특징으로 한다. 상하 높이 제어 구동부는 각종 모터 혹은 압전 소자 구동 장치 등을 포함하여 상하 운동으로 변환활 수 있는 장치를 의미한다. 본 발명 Actuator의 적용 Combo 장치는 구동 축과 상하 높이 제어 구동부에 의해 단위 Capacitive Sensor(m,n)의 신체 접촉부 표면 노출 높이를 제어할 수 있다.

도 14는 본 발명 Actuator의 적용 Combo 장치 배치 구성도이다.

복수개의 Actuator의 적용 Combo 장치 배치에서 각각 다른 높이로 capacitive sensor(m,n)를 제어할 수 있다. 즉, 특정 capacitive sensor(m,n)에서 특정 설정시간 동안 신체 접촉 상태가 지속되면 높이를 변경하여 신체 접촉을 완화하거나 비 접촉 상태로 전환할 수 있게 하기 위함이다. 실시 예로써 몸을 자력으로 움직일 수 없는 중환자나 노약자가 침상에 누워있는 경우, 시간에 대해 신체 체위 상태 Data를 수집한 후 일정시간 후에 신체 접촉 영역을 변경해 줌으로써 혈액 순환을 개선해서 욕창 등의 피부 질환을 방지 할 수 있다. 현재는 간병인이 시간을 정하여 일정시간 마다 체위를 변경해 주는 방식을 적용하고 있는데, IoT 서비스를 통해서 체위 변경을 자동화 할 수 있게 된다.

도 15는 본 발명 Feedback 베이스부(1500) 구성도이다.

Feedback 베이스부(1500)는 사물 장치 (600)가 장착되는 기반 베이스(Base) 장치로써, 각종 침대, 의자, 혹은 매트리스(Mattress) 등의 응용 장치를 포함한다.

Feedback 베이스부(1500)는 독서, 휴식, 음악감상, 마사지, 혹은 코골이 방지 등을 위한 다양한 설정 Feedback 기능을 포함하고, 인공지능으로 조정하여 원하는대로 Feedback 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

Feedback 베이스부(1500)는 T-제어부(1502), L-제어부(1504), R-제어부(1506), B-제어부(1508), 진동제어부(1510), 소리제어부(1512), 방향제어부(1514), 가습온도제어부(1516), 혹은 조명제어부(1518)을 포함한다.

T-제어부(1502), L-제어부(1504), R-제어부(1506) 혹은 B-제어부(1508)은 잠들기 전 혹은 수면 중에 높이, 각도, 혹은 회전 등의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가된다.

T-제어부(1502)는 Top 부분 Feedback 베이스부(1500)의 높이, 각도, 혹은 회전 등을 제어한다.

L-제어부(1504)는 Left 부분 Feedback 베이스부(1500)의 높이, 각도, 혹은 회전 등을 제어한다.

R-제어부(1506)는 Right 부분 Feedback 베이스부(1500)의 높이, 각도, 혹은 회전 등을 제어한다.

B-제어부(1508)는 Bottom 부분 Feedback 베이스부(1500)의 높이, 각도, 혹은 회전 등을 제어한다.

진동제어부(1510)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 진동의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가된다.

진동제어부(1510)는 다양한 진동 패턴, 다양한 강도의 진동 기능으로 혈액 순환을 촉진하여 원활한 수면에 도움을 준다.

진동제어부(1510)는 저주파, 고주파 혹은 초음파 진동 신호를 포함한다.

소리제어부(1512)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 소리의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가된다.

소리제어부(1512)는 음악, 자연의 소리 혹은 기계음 등을 포함한다.

방향제어부(1514)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 방향의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가된다.

사람에게 향수를 뿌리듯 특정 공간에 좋은 향이 퍼지게 하여 기분을 산뜻하게 하는 약제인 방향제를 포함한다.

소량의 물을 채운 포트에 아로마 오일을 몇 방을 떨어트린 다음 포트 밑의 공간에 티라이트 양초를 넣어 그 가열로 아로마 오일의 향을 퍼트리는 형태를 포함한다.

가습온도제어부(1516)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 습도와 온도의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가된다.

조명제어부(1518)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 조명의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가된다.

100 입력 전원
101 변압 회로
102 정류 회로
104 제너 다이노드(Zener diode)
105 제1 전력 공급 단자
200 입력 전원

Claims (1)

1. 신체 접촉 감지 Pattern Data 분석 시스템에서,
   사물 장치(600); 및
   Capacitive Sensor Array Mat(602); 및
   Actuator (604); 및
   Interface 회로부 (606); 및
   Feedback 베이스부(1500)로 구성되고,
   상기 사물 장치(600)에서,
   상기 사물 장치(600)는 사람의 몸(Body)이 접촉했을 때 신호를 발생할 수 있는 용량성 센서 (Capacitive Sensor) 배치 장치인 상기 Capacitive Sensor Array Mat(602)와 센서 신호에 대응되는 응답 제어 신호를 처리할 수 있는 실행 장치인 상기 Actuator (604)를 포함하고,
   상기 Capacitive Sensor Array Mat(602)에서,
   단위 Capacitive Sensor(m,n) 소자가 Row와 Column 방향으로 각각 복수개 배열되어 2차원 배치 구조로 구성되고,
   상기 단위 Capacitive Sensor(m,n) 소자는 Capacitive Sensor PCB Module과 Capacitive Sensor PCB Module을 삽입하여 장착하는 PCB 보호 케이스(Case) 및 전원 및 신호 입출력 배선으로 구성되고,
   상기 PCB 보호 케이스(Case)는 신체가 접촉할 때 충격이나 압력으로부터 Capacitive Sensor PCB Module 을 안전하게 보호하고,
   상기 Row 방향으로 Row Decoder를 이용하여 복수개의 Row 선택 신호인 Row_1과 Row_m 선택 신호를 순차적으로 발생시켜 상기 Row 방향의 신체 접촉 신호 Data를 수집하고,
   상기 Row Decoder의 입력 신호는 Row Address 신호로 구성되고,
   상기 Column 방향으로 Column Decoder를 이용하여 복수개의 Column 선택 신호인 COL_DEC 선택 신호를 순차적으로 발생시켜 상기 Column 방향의 신체 접촉 신호 Data를 수집하고,
   상기 Column Decoder의 입력 신호는 Column Address 신호로 구성되고,
   상기 COL_DEC 선택 신호는 Column 선택 스위치인 각각 C/S_1과 C/S_n를 제어하고,
   상기 Column 선택 스위치인 상기 각각 C/S_1과 C/S_n의 Source 단자는 각각 상기 Column_1과 Column_n과 연결되고, 상기 각각 C/S_1과 C/S_n의 Drain 단자는 I/O Bus 단자인 각각 I/O_1과 I/O_n 단자와 연결되고,
   상기 I/O Bus 단자인 각각 I/O_1과 I/O_n 단자는 Pull UP 저항 소자인 각각 PUR(810)과 PUR(812)의 한 단자에 연결되고,
   상기 Pull UP 저항 소자인 상기 각각 PUR(810)과 PUR(812)의 다른 쪽 단자에는 전원 전압인 VDD 전압이 연결되고,
   상기 I/O Bus 단자인 각각 I/O_1과 I/O_n 단자는 Precharge 구간 동안 High 상태를 유지하고 Active 구간 동안 신체 접촉 신호에 의해 Low 상태로 천이하게 되고,
   상기 I/O Bus 단자인 각각 I/O_1과 I/O_n 단자는 I/O Bus Interface 회로 Block 에 의해 Interface 회로부 (606) 와 연결되고,
   상기 Feedback 베이스부(1500)에서,
   상기 Feedback 베이스부(1500)는 상기 사물 장치 (600)가 장착되는 기반 베이스(Base) 장치로써, 침대, 의자, 혹은 매트리스(Mattress)의 응용 장치를 포함하고,
   상기 Feedback 베이스부(1500)는 T-제어부(1502), L-제어부(1504), R-제어부(1506), B-제어부(1508), 진동제어부(1510), 소리제어부(1512), 방향제어부(1514), 가습온도제어부(1516), 혹은 조명제어부(1518)를 포함하고,
   상기 T-제어부(1502), L-제어부(1504), R-제어부(1506) 혹은 B-제어부(1508)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 높이, 각도, 혹은 회전의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가되고,
   상기 진동제어부(1510)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 진동의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가되고,
   상기 소리제어부(1512)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 소리의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가되고,
   상기 방향제어부(1514)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 방향의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가되고,
   상기 가습온도제어부(1516)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 습도와 온도의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가되고,
   상기 조명제어부(1518)는 잠들기 전 혹은 수면 중에 조명의 효과를 이용할 수 있도록 Feedback 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 신체 접촉 감지 Pattern Data 분석 시스템.
   
   

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