KR20210101545A - 스마트 안전모 및 스마트 안전모의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스마트 안전모에는, 외부 물체로부터 충격을 막는 하드커버; 적어도 일부는 상기 하드 커버와 소정의 간격을 가지고 놓이고, 적어도 일부는 상기 작업자의 머리와 접촉되어 사용자의 머리를 보호하는 이너 쉴드; 내부에 메인기판이 놓이는 제어본체; 상기 메인기판에 놓이는 중앙처리장치; 상기 제어본체의 외부에서 상기 이너쉴드에 놓여 상기 작업자의 심박을 측정하고, 상기 중앙처리장치로 전달하는 심박센서; 및 상기 제어본체의 내부에 놓여 관제센터와의 통신을 수행하는 로라모듈이 포함된다. 본 발명에 따르면, 작업자의 심박을 정확히 측정하면서도 작업자의 안전상태를 관제센터로 알려서 작업자의 안전을 지킬 수 있다.

Description

스마트 안전모 및 스마트 안전모의 제어방법{Smart hard hat and controlling method for the same}

본 발명은 스마트 안전모 및 스마트 안전모의 제어방법에 관한 것이다.

안전모는, 건축, 토목, 건설, 조경, 및 인테리어 등의 시공현장에서 외부의 물체로부터 작업자의 머리를 보호하는 장치이다.

상기 안전모는, 외부의 물체로부터 사용자의 머리를 보호하는 기본적인 기능과 함께, 시공현장의 위험한 작업 분위기로부터 작업자를 보호하는 기능, 작업자의 신체상태를 점검하는 기능을 더 부여할 수 있다. 이들 기능이 더 부가된 안전모를 스마트 안전모라고 할 수 있다.

실제 작업현장에서는, 상기 스마트 안전모에 대해 요구가 많음에도 불구하고, 지나치게 고가인 점, 지나치게 방대한 부가 시스템이 요구되는 점, 다수의 부가적인 장비로 인하여 작업시에 방해가 되는 점, 및 단위시간당 많은 전원소모량이 큰 점 등으로 인하여 실제 시공현장에서 널리 사용되지 못하는 것이 현실이다.

이들 문제가 반영되는 대표적인 종래기술로는 대한민국공개특허번호 10-2018-00609841호, '실시간 작업자 안전 모니터링 시스템 및 방법'가 있다. 상기 인용문헌에는, 작업자가 신체에 착용하는 개인보호 플랫폼 장치(안전모를 포함한다)와 모니터링 플랫폼 장치를 구비한다. 상기 개인보호 플랫폼 장치로부터 작업자의 개인상황을 전달받은 모니터링 플랫폼 장치는, 기 저장된 작업상태 정보와 상기 개인보호 플랫폼 장치로부터 실시간으로 수신된 개인상황 정보를 비교하여, 작업자의 안전상황을 추론할 수 있다.

상기 인용발명은, 개인보호 플랫폼 장치와 모니터링 플랫폼 장치와의 사이에 다량의 정보가 전송되고, 시스템의 구축에 큰 비용이 소모된다. 그러므로, 종래 스마트 안전모의 문제점을 지적되는, 지나치게 고가인 점, 지나치게 방대한 부가 시스템이 요구되는 점, 다수의 부가적인 장비로 인하여 작업시에 방해가 되는 점, 및 단위시간당 많은 전원소모량이 큰 점 등의 문제점이 여전하다.

상기 스마트 안전모의 문제점에 대하여 지적하는 문헌으로서, 2019년 02월에 발간된, 한국인터넷방송통신학회 논문지 제19권 제1호에 포함되는 이동건 등 저의, '아두이노를 이용한 스마트 안전모'에는,

'산업 재해의 주요 원인에는 추락사고, 가스 누출 등이 있다. 기존의 안전모와 스마트 디바이스 결합 제품들은 편의성에 초점을 맞춰져 있어 위와 같은 사고를 예방하기 위한 기능이 미흡하다. 본 논문에서는 추락사고 인지와 가스 누출 감지 기능에 중점을 둔 스마트 안전모 개발을 다루었다. 또한 효율적으로 근로자를 관리할 수 있는 관리 시스템을 개발하였다. 이 시스템의 핵심 기능은 근로자의 위험 상태를 감지하여 관리자에게 전달하고 근로자의 상태를 확인하는 것이다. 실험을 통해 가연성 가스 측정 능력의 효용성을 검증하였다. 하지만 보드와 센서의 지속적인 동작으로 인해 상당한 전력 소모가 발견됨에 따라 대용량 배터리로 교체하는 등의 대응 방안이 요구된다는 점도 발견하였다.

와 같이 기재되어, 스마트 안전모에서 요구되는 전원의 용량이 문제가 되는 것을 종국적인 문제점이라고 지적한 바가 있다.

대한민국공개특허번호 10-2018-00609841호, '실시간 작업자 안전 모니터링 시스템 및 방법'

2019년 02월, 한국인터넷방송통신학회 논문지 제19권 제1호, 이동건 등 저의, '아두이노를 이용한 스마트 안전모' https://www.earticle.net/Article/A350446

본 발명은 상기되는 배경에서 제안되는 것으로서, 방대한 부가시스템이 필요하는 등의 문제를 개선하여 저렴하게 구현이 가능한 스마트 안전모 및 그 제어방법을 구현한다.

본 발명은, 작업자가 종래의 안전모를 쓰는 것 만으로도 스마트 안전모의 기능을 구현할 수 있든 스마트 안전모 및 그 제어방법을 구현한다.

본 발명은, 스마트 안전모의 동작에 필요한 전원을 최소화하여, 작은 크기의 배터리를 사용하고도, 배터리 등의 교체가 필요없는 스마트 안전모 및 그 제어방법을 제안한다.

본 발명에 따른 스마트 안전모에는, 외부 물체로부터 충격을 막는 하드커버; 적어도 일부는 상기 하드 커버와 소정의 간격을 가지고 놓이고, 적어도 일부는 상기 작업자의 머리와 접촉되어 사용자의 머리를 보호하는 이너 쉴드; 내부에 메인기판이 놓이는 제어본체; 상기 메인기판에 놓이는 중앙처리장치; 상기 제어본체의 외부에서 상기 이너쉴드에 놓여 상기 작업자의 심박을 측정하고, 상기 중앙처리장치로 전달하는 심박센서; 및 상기 제어본체의 내부에 놓여 관제센터와의 통신을 수행하는 로라모듈이 포함된다. 본 발명에 따르면, 작업자의 심박을 정확히 측정하면서도 작업자의 안전상태를 관제센터로 알려서 작업자의 안전을 지킬 수 있다.

상기 로라모듈의 수신상태는 오프가 되어 있도록 함으로써, 스마트 안전모에서 소모되는 전력을 줄여서 스마트 안전모를 오랜시간 동안 사용할 수 있다.

상기 제어본체는, 상기 이너쉴드를 작업자의 머리에 맞추어 지도록 길이가 조절되는 조임구의 인접 위치에 놓이도록 하여, 작업자가 편리하게 제어본체를 조작할 수 있다.

상기 제어본체에는 배터리가 더 제공되고, 상기 메인기판과 상기 배터리는, 상기 메인기판의 평면을 기준으로 상하로 중첩되도록 하여, 제어모듈의 크기를 작게 할 수 있다. 이에 따르면, 시공작업자에게 벌키한 크기로 불편을 초래하지 않고 작은 크기의 제어모듈로 스마트 안전모를 구현할 수 있다.

상기 심박센서는 상기 작업자의 관자놀이와 대응하는 곳에 놓여서, 작업자의 심박을 정확하게 측정할 수 있다.

상기 이너 쉴드에는, 작업자의 머리의 좌우 테두리를 원주방향으로 감싸는 제 1 부분; 및 작업자의 머리의 상하 테두리를 원주방향으로 감싸는 제 2 부분이 포함되고, 상기 심박센서 및 상기 제어본체는 상기 제 1 부분에 마련되어, 사용자가 편리하게 상기 제어모듈을 조작할 수 있다. 물론 제어모듈이 외부로 드러나도록 함으로써, 상기 관제센터와의 통신, 사용자의 조작이 편리하고, 심박측정의 정확성이 높아지는 장점이 있다.

상기 제어본체의 내부에는, 가스를 감지하는 가스센서, 상기 작업자의 동작을 감지하는 동작센서, 온도를 감지하는 온도센서, 및 고압을 감지는 고압감지센서 중의 적어도 하나가 포함되어, 작업자의 신체상태를 더 다양하고 정확하게 감지할 수 있다.

상기 고압감지센서가 마련되는 경우에, 전기장을 감지하는 전기장센싱 와이어가 더 마련되고, 상기 전기장센싱 와이어는 상기 이너쉴드의 연장방향을 따라서 연장된다. 이에 따르면, 고압을 감지하는 작용의 신뢰성이 향상되고, 고압을 감지하기 위하여 요구되는 별도의 와이어가 신체와 더 접근하게 설치될 수 있다.

상기 심박센서의 전원 및 상기 로라모듈의 전원 중의 적어도 하나로, 상기 배터리로부터 공급되는 전력을, 단속하여 공급하는 전원단속부가 더 포함되고, 상기 전원단속부는 반도체칩으로 제공된다. 이에 따르면, 전원소모량이 많은 심박센서 및 로라모듈로 공급되는 전원을, 불필요시에는 공급전력을 완전히 차단할 수 있기 때문에, 스마트 안전모의 사용시간을 더욱 길게 할 수 있다.

상기 전원단속부는, 상기 중앙처리장치의 제어신호가 있을 때에만 전류가 흐르도록 제어됨으로서, 전원이 더욱 절약될 수 있다. 이에 따르면, 전원소모량이 많은 심박센서 및 로라모듈로 공급되는 전원을, 불필요시에는 완전히 차단할 수 있기 때문에, 스마트 안전모의 사용시간을 더욱 길게 할 수 있다. 예를 들어, 하루를 단위로 하여 스마트 안전모를 사용하는 중에 재충전의 필요가 없어지는 장점이 있다.

상기 제어본체에는, 스마트 안전모의 전체 동작을 온시키는 전원스위치; 및 상기 작업자가 위험을 상기 관제센터로 통지하거나, 작업자의 알람 확인작업을 받아들이는 긴급스위치가 더 포함된다. 이에 따르면, 시공현장에서 고장 또는 불필요한 잘못된 센싱에 따르는 오보고를 줄일 수 있고, 작업자가 필요시에 더욱 정확하게 작업자의 안전을 관제센터로 통지할 수 있다.

다른 측면에 따른 본 발명의 스마트 안전모의 제어방법에는, 스마트 안전모를 저전력으로 제어하기 위하여, 통신을 수행하는 로라모듈을 비활성화시키는 것; 작업자에게 응급상태의 발생으로 송신이 필요한 때에만 상기 로라모듈을 활성화시키는 것; 및 상기 로라모듈이 상기 응급상태의 발생을 관제센터로 송신하는 것이 포함된다. 상기 로라모듈의 사용전력을 줄일 수 있기 때문에, 하루 동안에 스마트 안전모의 재충전이 필요없어지고 사용이 편리한 스마트 안전모들 구현할 수 있다.

상기 로라모듈의 비활성화는, 수신상태 및 송신상태가 모두 오프됨으로써, 스마트 안전모의 소모전력을 더욱 줄일 수 있다.

상기 로라모듈의 비활성화시에는 상기 로라모듈에 공급되는 전력이 완전히 차단되도록 함으로써, 상기 로라모듈에 공급전력은 제로가 됨으로써, 소모전력이 완전히 차단되어 소모전력이 제로로 되는 장점을 기대할 수 있다.

상기 응급상태 발생은, 위험한 상태를 상기 작업자에게 경고하는 것; 및 상기 경고의 해제동작이 수행하지 않는 것으로 정의될 수 있다. 이에 따르면, 센서 등에 기인하는 스마트 안전모의 오동작에 따른 시스템의 오동작을 작업자가 제어할 수 있는 장점이 있다.

상기 응급상태의 발생은, 상기 작업자의 심박을 감지하는 심박센서가 오프되는 것; 동작을 감지하는 동작센서가 상기 작업자의 이상동작을 감지하였을 때, 상기 심박센서가 온되어 상기 작업자의 심박을 감지하도록, 상기 심박센서를 온시키는 것; 및 상기 심박센서에서 감지된 상기 작업자의 심박이 위험한 상태인 것으로 정의할 수 있다. 이에 따르면, 상기 심박센서의 오동작을 방지하면서도, 스마트 안전모의 전력소모를 줄일 수 있는 장점이 있다.

다른 측면에 따른 스마트 안전모에는, 외부 물체로부터 충격을 막는 하드커버; 적어도 일부는 상기 하드 커버와 소정의 간격을 가지고 놓이고, 적어도 일부는 상기 작업자의 머리와 접촉되는 이너 쉴드; 내부에 메인기판이 놓이는 제어본체; 상기 메인기판에 놓이는 중앙처리장치; 상기 제어본체의 내부에 놓여 관제센터와의 통신을 수행하는 로라모듈; 및 상기 배터리로부터 상기 로라모듈로 공급되는 전력을, 상기 중앙처리장치의 제어에 따라서 단속하기 위한 전원단속부가 포함되고, 상기 전원단속부는 상기 메인기판에 놓이는 상기 중앙처리장치와는 분리되어, 메인기판의 다른 부분에 놓일 수 있다. 이에 따르면, 전력소모량이 큰 부품의 전력소모가 그 부품이 불필요한 때에는 완전히 차단함으로서, 스마트 안전모의 전력소모량을 줄일 수 있고, 하루 단위로 스마트 안전모의 사용 시에 재충전이 필요없는 장점을 기대할 수 있다.

본 발명에 따르면, 실제 시공현장에서 바로 적용이 가능하고 저렴한 스마트 안전모 및 스마트 안전모를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 작업자가 종래의 안전모와 동일하게 안전모를 착용하는 것만으로 스마트 안전모의 기능에 따른 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 전력소모가 절감되기 때문에, 하루의 작업시간 동안에는 배터리의 교체 등이 필요없이 간편하게 스마트 안전모를 사용할 수 있다.

도 1 내지 도 4는 스마트 안전모의 외형을 보이는 도면으로서, 도 1은 정면도, 도 2는 후면도, 도 3은 우측 사시도, 도 4는 좌측 사시도.
도 5는 이너 쉴드의 하방 사시도.
도 6은 심박센서가 놓이는 곳을 확대하여 보이는 도면.
도 7은 메인기판을 포함하는 스마트 안전모의 제어블록.
도 8은 실시예에 따른 스마트 안전모의 제어방법을 설명하는 흐름도.
도 9는 다른 실시예에 따른 스마트 안전모의 제어방법을 설명하는 흐름도.
도 10은 더 다른 실시예에 따른 스마트 안전모를 보이는 블럭도.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 치환 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

이하의 실시예의 같은 부재는 동일한 번호를 사용하여 설명하므로, 도면의 일련번호가 다른 경우에도 동일한 부재는 같은 번호를 부여하여 설명한다. 실시예가 달라지는 경우에도 동일한 부재는 같은 번호를 부여하고, 동일한 부재의 설명은 실시예가 다르더라도 각 실시예에 특별히 설명되는 경우를 제외하고는 같은 설명이 적용될 수 있다.

도 1 내지 도 4는 스마트 안전모의 외형을 보이는 도면으로서, 도 1은 정면도, 도 2는 후면도, 도 3은 우측 사시도, 도 4는 좌측 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 스마트 안전모(1)에는, 외부물체로부터 충격을 막기 위하여 단단한 재질의 소재로 제작되는 하드 커버(2), 상기 하드 커버(2)의 내부에 놓여서 작업자의 머리를 따라서 적어도 일부가 접촉되는 이너 쉴드(3)가 포함될 수 있다.

상기 하드 커버(2)에서 전방 즉, 사용자의 얼굴 방향을 향해서는 전방챙(4)이 마련될 수 있다.

상기 이너 쉴드(3)에는, 사용자의 머리의 좌우 테두리를 원주방향으로 감싸는 부분과, 사용자의 머리의 상하 테두리를 원주방향으로 감싸는 부분이 제공될 수 있다. 상기 이너 쉴드(3)와 상기 하드 커버(2)는 서로 간격을 가지고 체결되어, 하드 커버(2)에 가하여지는 충격이 이너 쉴드(3) 및 사용자의 두부에 직접 가하여지지 않도록 할 수 있다. 상기 간격을 유지하기 위하여 하드 커버와 이너 쉴드의 사이에는 스페이서가 마련될 수 있다. 상기 간격에 의해서, 사용자의 두부 손상이 방지될 수 있다.

상기 이너 쉴드(3)의 어느 일 부분에는, 사용자의 머리 크기에 맞추어서 이너 쉴드(3)의 크기를 조절하는 조임구(5)가 제공될 수 있다. 상기 조임구(5)에는 이너 쉴드(3)에서 연장되는 띠가 결박되는 방식으로, 이너 쉴드(3)의 크기가 사용자의 머리 크기에 맞추어질 수 있다.

상기 조임구(5)의 인접위치에는, 스마트 안전모의 제어동작을 제어하는 제어본체(6)가 마련될 수 있다. 상기 조임구(5)와 상기 제어본체(6)는 서로 중첩하여 놓일 수 있다. 상기 조임구(5)의 놓임 위치는 작업자에게 친숙한 위치이다. 작업자는 조임구(5)에 대하여 조임동작을 하는 것과 동일한 곳에서. 제어본체(6)에 대한 조작을 수행할 수 있다. 이에 따라서, 종래 안전모에 익숙한 작업자는, 실시예에 따른 스마트 안전모의 조작 시에 위치에 대한 어려움을 느끼지 않고, 스마트 안전모를 조작할 수 있다.

상기 하드 커버(2), 상기 이너 쉴드(3), 상기 조임구(5)는 종래 안전모에 있는 구성을 그대로 적용할 수도 있다. 다시 말하면, 스마트 안전모의 구현을 위하여 별도로 제공되어야 하는 부품은 상기 이너 쉴드(3)에 주로 장착될 수 있다. 실시예에 따른 스마트 안전모는 더욱 저렴한 가격으로 제공될 수 있다. 물론, 공기센서 등과 같이 외부로 들어나야 하는 부품은 다른 외부로 드러나 있을 수 있다.

상기 이너 쉴드(3)에는 심박센서(7)가 마련될 수 있다. 상기 심박센서(7)에는 적외선을 조사하는 적외선 발광장치, 피부에서 반사된 적외선을 수광하는 수광장치, 및 피검체의 움직임을 측정하여 노이즈를 제거하는 가속센서가 포함될 수 있다. 상기 심박센서(7)는, 사용자의 두부 중에서, 다량의 혈류가 흐르고, 유연한 부위인 관자놀이에 설치될 수 있다. 상기 관자놀이의 피부는, 피부의 연질조직이 두껍게 놓이는 위치이기 때문에, 상기 심박센서(7)가 밀착하여 작업자의 심박을 다른 부위에 비하여 측정할 수 있다.

상기 이너 쉴드(3)의 좌우방향으로 연장되는 띠에는, 전기장센싱 와이어(8)가 설치될 수 있다. 상기 전기장센싱 와이어(8)는, 전기장을 감지하여 사용자가 고압의 위험한 곳에 있음을, 작업자 및 중앙관제소 중의 적어도 한 곳에 통지할 수 있다.

도 5는 상기 이너 쉴드의 하방 사시도이다.

도 5를 참조하면, 상기 이너 쉴드(3)는 하드 커버(2)로부터 분리가 가능한 부재로서, 작업자의 관자놀이와 대응하는 곳에 심박센서(7)가 놓인다. 상기 심박센서(7)는 작업자의 피부에 밀착된 상태로, 작업자의 심박을 감지할 수 있다.

도 6은 상기 심박센서가 놓이는 곳을 확대하여 보이는 도면으로서, 심박센서는 사용자의 관자놀이 부위에 밀착될 수 있다.

상기 이너 쉴드(3)에는, 사용자의 머리의 좌우 테두리를 원주방향으로 감싸는 제 1 부분(3a)과, 사용자의 머리의 상하 테두리를 원주방향으로 감싸는 제 2 부분(3b)이 제공될 수 있다. 상기 제 1 부분(3a)은 조임구(5)에 의해서 조여질 수 있다. 상기 제 2 부분(3b)은 사용자의 두부를 두부의 형상 그대로 감싸서 보호할 수 있다.

상기 심박센서(7), 상기 전기장센싱 와이어(8), 및 상기 제어본체(6)는 상기 제 1 부분(3a)에 마련될 수 있다.

이하에서는 스마트 안전모(1)의 스마트 기능에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 상기 제어본체(6)의 내부에는 메인기판(6a) 및 배터리(31)가 서로 상하로 중첩되어 마련될 수 있다. 여기서 상하는 상기 메인기판의 평면을 기준으로 할 때 상하를 말한다. 이를 통하여 상기 제어본체(6) 및 배터리(31)가 포함되는 제어모듈의 평면방향의 크기를 작게 할 수 있다. 이를 통하여 조임구의 크기와 대응되는 크기로 제어본체를 구성할 수 있다.

도 7은 상기 메인기판을 포함하는 스마트 안전모의 제어블록을 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하여 상기 메인기판(6a)에 배치하지 않는 부재에 대하여 설명한다. 상기 심박센서(7)는 이미 설명된 바와 같이, 작업자의 피부에 밀착하기 위하여 제어본체(6)의 외부에 놓일 수 있다. 바람직하게 상기 이너쉴드에 장착되고, 작업자의 관자놀이에 밀착될 수 있다. 가스센서(12)는 제어본체(6)의 외부에 놓여, 시공현장에서 발생하는 위험 가스를 더 빨리 감지하도록 할 수 있다. 상기 가스센서(12)는 작업자의 호흡기 근처의 별도 위치에 놓이고, 상기 메인기판(6a)과 접속될 수 있다.

상기 심박센서(7), 및 상기 가스센서(12)는 메인기판(6a)의 중앙처리장치(10)에 접속될 수 있다.

상기 메인기판(6a)에는, 상기 심박센서(7), 상기 가스센서(12)를 제외하는 다수의 부품이 놓일 수 있다. 이하에서 구체적으로 설명한다.

상기 메인기판(6a)에는, 스마트 안전모(1)의 동작을 구체적으로 제어하는 중앙처리장치(10), 및 상기 중앙처리장치(10)에 작업자의 상태 및 외부환경정보를 감지하여 전달하는 센싱기기가 제공된다.

상기 센싱기기에는, 상기 전기장센싱 와이어(8)의 전기신호를 이용하여 작업자에게 위험한 고압을 감지하는 고압감지센서(14), 작업자의 체온 및 작업환경의 위험한 온도를 감지하는 온도센서(13), 작업자의 동작을 감지하는 동작센서(11)가 포함될 수 있다. 이들 센싱기기는 상기 심박센서(7), 및 상기 가스센서(12)와 함께, 작업자의 건강상태 및 외부환경의 위험을 감지할 수 있다.

상기 동작센서(11)에는, 가속도센서, 자이로센서, 및 지자기센서가 제공되어, 사용자의 움직임을 정확하게 감지할 수 있다.

상기 메인기판(6a)에는, 작업자에게 알람을 주기 위한 구성으로서, 소리를 제공하는 소리알림부(21), 및 빛을 제공하는 광알림부(22)가 제공된다. 예를 들어, 상기 소리알림부(21)는 소리나 경고메시지를 내어 위험한 상태를 작업자에게 알릴 수 있다. 예를 들어, 상기 광알림부(22)는 빛을 발하여 위험한 상태를 작업자에게 알릴 수 있다.

스마트 안전모의 전원을 관리하기 위한 구성으로서, 상기 배터리(31)에 대한 충전 및 상기 배터리(31)의 방전을 제어하는 배터리관리시스템(BMS)(32), 전원을 온오프시키는 전원스위치(41), 및 전원을 안정적으로 공급하기 위한 전력안정장치(33)가 포함될 수 있다. 상기 배터리관리시스템(32) 및 전력안정장치(33)는 상기 메인기판(6a)에 놓일 수 있다.

상기 전력안정장치(33)에서 공급되는 전원은 메인기판에 놓이는 각 부재, 및 메인기판 외부의 각 부재로 전원을 공급할 수 있다. 상기 전력안정장치(33)는 3.3V의 전원을 공급할 수 있다. 작업자는, 스마트 안전모의 사용 시에 상기 전원스위치(41)를 온하여 스마트 안전모의 사용을 시작할 수 있다.

상기 메인기판(6a)에는, 펌웨어의 입력, 기록독출, 및 전원충전을 위하여 공통접속포트(51)가 제공될 수 있다. 상기 공통접속포트(51)에는 USB 인터페이스(52)가 마련될 수 있다. 상기 USB 인터페이스(52)는 배터리관리시스템(32)으로는 충전전원을 공급하고, 중앙처리장치(10)로는 제어신호를 송수신할 수 있다.

상기 메인기판(6a)에는, 스마트 안전모와 관제센터와의 접속을 위하여 로라(LoRa)모듈(70)이 마련될 수 있다. 상기 로라모듈은 저전력 장거리통신 모듈로서, 작은 양의 데이터를 수 킬로미터 단위에 이르는 범위까지 송수신할 수 있다. 상기 로라모듈이 스마트 안전모에 적용되는 것은, 본 발명의 스마트 안전모에 적용되는 중요한 일 특징이 될 수 있다. 상기 로라모듈(70)과 통신을 수행하기 위하여, 기지국, 및 서버 등의 제어국 등이 본 발명 사상의 구현을 위하여 더 마련될 수 있다.

상기 메인기판(6a)에는, 긴급스위치(42)가 더 마련될 수 있다. 상기 긴급스위치(42)는, 첫째, 작업자 스스로가 자신이 위험에 처한 사실을 인지하여 그 사실을 관제센터로 통지하기 위한 동작, 둘째, 작업자가 확인할 수 있는 위험상태를 감지하여 알람을 발생시킨 경우에, 작업자가 알람을 확인하는 작업자의 동작을 받아들일 수 있다.

상기 긴급스위치(42)는 상기 전원스위치(41)와 함께 적용될 수 있다. 예를 들어, 단일의 버튼으로 긴급스위치 및 전원스위치가 겸용될 수 있다. 이 경우에는 길게 누르는 경우에는 전원스위치로 동작하고, 짧게 누르는 경우에는 긴급스위치로 동작할 수도 있다. 상기 긴급스위치(42)의 작용은 스마트 안전모의 제어방법을 설명할 때 더 자세하게 설명한다.

상기 스마트 안전모의 제어방법을 간단히 설명한다.

스마트 안전모의 출하시에 상기 공통접속포트(51)를 이용하여 펌웨어 및 필요정보를 중앙처리장치(10)에 수록할 수 있다. 스마트 안전모를 사용할 때에는 상기 공통접속포트(51)를 통하여 배터리(31)를 매일 충전할 수 있다. 실시예는, 하루를 단위로 하여 배터리(31)를 충전함으로써, 배터리 교체 또는 배터리의 재충전이 필요없는 것을 일 장점으로 한다.

작업자가 스마트 안전모를 착용하고 전원스위치(41)를 켜면, 상기 센싱기구인, 고압감지센서(14), 가스센서(12), 온도센서(13), 동작센서(11), 및 심박센서(7)는 각 센서에 대응하는 센싱작용을 수행한다. 각 센서의 센싱정보는 중앙처리장치(10)로 전달된다.

상기 중앙처리장치(10)는 상기 센싱기구의 감지정보에 근거하여 작업자의 안전상태, 시공환경의 안전상태를 판단한다. 작업자에게 위험이 있는 경우 등에는, 상기 소리알림부(21), 및 광알림부(22)를 통하여 작업자에게 위험사실을 알릴 수 있다. 제어국에 통지하여야 하는 정보가 있는 경우 등에는, 상기 로라모듈(70)을 통하여 제어국으로서 관제센터로 정보를 통지할 수 있다.

상기 관제센터는, 상기 로라모듈(70)을 통해서 전송된 정보를 참조하여, 작업자의 안전상태 및 시공현장의 안전상태를 파악하여 필요한 조치를 취할 수 있다.

상기 로라모듈(70)은 송신 및 수신이 모두 온되어 있을 수도 있다. 이 경우에는, 스마트 안전모와 관제센터 간의 필요한 정보의 송신 및 수신이 모두 수행될 수 있다. 이 경우에는 비교적 많은 전력이 소모될 수 있다.

상기 로라모듈(70)은 중앙처리장치(10) 다음으로 많은 전력을 소모하는 구성요소이다. 스마트 안전모의 전력소모량을 더욱 줄이기 위하여, 상기 로라모듈(70)은 수신상태를 오프로 두고 송신상태를 온으로 둘 수 있다. 상기 펌웨어를 조작하여, 상기 로라모듈(70)의 수신상태를 오프상태로 둘 수 있다. 이 경우에는 스마트 안전모의 정보만이 관제센터로 송신될 수 있다. 이를 통하여 스마트 안전모가 놓이는 시공현장의 안전상태 및 작업자의 안전상태가 더 적극적으로 관리될 수 있다. 이 경우에는, 전력소모량을 줄일 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

상기 로라모듈(70)은 송신상태 및 수신상태가 모두 오프 상태로 유지되고, 스마트 안전모로부터 관제센터로 정보가 송신될 때에만 온될 수 있다. 이 경우에는 로라모듈(70)의 동작에 필요한 전력소모가 거의 없어지고, 배터리의 전력소모를 더욱 줄일 수 있다. 상기 로라모듈(70)의 온/오프는 중앙처리장치(10)에 의해서 수행될 수 있다. 여기서 로라모듈(70)의 온/오프는, 상기 로라모듈이 슬립모드(sleep mode)인 것은 오프상태이고, 상기 슬립모드에서 깨어나는 것은 온상태로 정의할 수 있다. 이하의 설명에서도 특별한 언급이 없으면 마찬가지로 이해할 수 있다.

도 8은 실시예에 따른 스마트 안전모의 제어방법을 설명하는 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 상기 로라모듈(70)은 비활성화상태를 유지한다(S1). 다시 말하면, 상기 로라모듈은 슬립모드이거나, 상기 로라모듈로는 전력이 공급되지 않거나, 동작이 수행되지 않을 수 있다.

상기 로라모듈(70)을 통한 관제센터로의 정보송신이 필요한, 다음과 같은 경우에는 상기 로라모듈(70)이 온될 수 있다.

첫째, 작업자의 안전에 관련하여, 작업자가 판단하는 응급상황이 발생할 수 있다(S21). 예를 들어, 발에 못 찔린 상태를 예시할 수 있다. 이 경우에는 의식이 있는 작업자가 상기 긴급스위치(42)를 온하여 자신의 긴급 상태를 관제센터로 알리고자 한다(S24).

상기 긴급스위치(42)가 온되면, 상기 중앙처리장치(10)가 송신정보있음으로 판단하여 로라모듈(70)이 온될 수 있다(S6). 이때 상기 로라모듈(70)의 온은 중앙처리장치(10)의 제어에 의해서 수행될 수 있다. 로라모듈(70)이 온 된 다음에는, 로라모듈(70)을 통하여 응급발생이 관제센터로 통지될 수 있다(S7).

둘째, 작업자가 인식하거나 인식하지 않더라도 시공현장의 응급상황이 발생할 수 있다. 상기 가스센서(12), 상기 온도센서(13), 및 상기 고압센서(14)가 응급상황과 연관되는 센싱기구일 수 있다. 예를 들어, 시공현장에서 발생할 수 있는 무색무취의 가스는 작업자가 인식하지 못하지만 작업자에게 큰 위해가 될 수 있다. 상기 가스센서(12)를 통하여 위험한 가스가 감지되면(S22), 상기 로라모듈 온(S6), 및 응급발생의 관제센터에 대한 통지(S7)가 바로 수행될 수 있다. 상기 관제센터는 사이렌을 울리는 등의 추가작업을 수행할 수 있다.

이 경우에는 상기 소리알림부(21), 및 광알림부(22)를 통해서 작업자에게 경고할 수도 있다.

상기 온도센서(13)를 통한 고온 및 저온감지, 상기 고압센서(14)를 통한 고압감지에 대해서도 마찬가지로 작동할 수 있다.

셋째, 작업자의 신체나 외부환경이 위험하게 인식되어 사용자에게 경고하지만, 작업자의 판단에 따라서 관제센터로의 통지가 필요없는 경우가 있다. 예를 들어, 상기 심박센서(7)의 감지결과로 볼 때, 현재의 심박수가 기준치를 벗어나는 극도의 위험상태이지만, 심박센서(7)의 오동작에 따른 결과로서, 관제센터로의 통지가 불필요할 수 있다. 이 경우는, 작업자의 판단에 따라서 관제센터로의 통지를 하지 않고, 작업자가 스스로 경고를 끌 수 있다.

시공현장은 외부환경에 노출되는 경우가 많기 때문에 스마트 안전모의 각 기능이 제대로 동작되지 않을 수도 있다. 이 경우에 대응하기 위하여 본 모드가 필요하다.

구체적인 예를 들어 설명한다. 상기 심박센서(7)가 분당 200회의 심박수를 오감지하여 응급상황이 발생할 수 있다(S23). 상기 중앙처리장치(10)는 소리알림부(21) 및 광알림부(22)를 통하여 알람을 하고(S4), 일정시간을 대기할 수 있다. 상기 일정시간 동안에는, 예를 들어 상기 소리알림부(21)는 "귀하의 심장박동수가 200회로서 귀하가 위험한 상태이므로 관제센터에 통지하고자 합니다. 심박센서가 오동작할 수도 있으므로, 감지된 심장박동수가 심박센서의 오동작으로 판단되는 경우에는 긴급스위치를 눌러 긴급상황을 해제해 주십시요"라는 메시지를 내보낼 수 있다.

상기 메시지를 들은 작업자가 상기 긴급스위치(42)를 통하여 해제조작을 하지 않으면(S5), 비로소, 상기 로라모듈 온(S6), 및 응급발생의 관제센터에 대한 통지(S7)가 수행될 수 있다. 반대로 작업자가 해제조작을 하면 리턴하여 로라모듈의 비활성화(S1)가 유지될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, LTE, WiFi, 및 블루투스 등의 통신규격과 비교할 때, 작은 양의 전력을 소모함에도 불구하고, 상기 로라모듈(70)은 스마트 안전모의 다른 구성요소에 비하여 상대적으로 많은 전력을 소모한다. 이 문제를 개선하기 위하여, 상기 로라모듈(70)은 수신상태는 오프상태를 유지할 수 있다. 이 문제를 더욱 개선하기 위하여, 상기 로라모듈의 송신상태는 오프상태를 유지하고 필요시에만 온 시킬 수 있다.

실시예에 따른 스마트 안전모의 제어방법은, 전력소모량을 줄이기 위하여 추가적인 실시예를 제시한다.

도 9는 다른 실시예에 따른 스마트 안전모의 제어방법을 설명하는 흐름도이다.

다른 실시예에 따른 스마트 안전모의 제어방법은, 상기 심박센서(7)를 오프상태로 유지한다(S31). 여기서 오프 상태는 슬립모드를 의미할 수 있다. 상기 동작센서(11)가 이상을 감지하면(S32), 상기 심박센서(7)를 온시킬 수 있다. 여기서, 상기 동작센서(11)의 이상감지는 일정시간동안 작업자가 움직이지 않아, 쓰러진 상태인 것을 예로 들 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 동작센서(11)에 의해서 작업자가 쓰려져서 30초 동안 움직이지 않는 상태로 감지되면, 작업자의 건강상태를 더 정확하게 확인하기 위하여 심박센서(7)를 온시키고, 작업자의 심박을 확인할 수 있다.

작업자의 심박상태가 응급상태로 파악되면(도 9의 S23 참조), 알람을 발생시키고(S4), 해제조작여부를 판단하여(S5), 로라모듈을 온시키고(S6), 관제센터로 작업자의 응급상태를 통보할 수 있다(S7).

본 실시예에 따르면, 응급상태를 상기 동작센서 및 상기 심박센서를 통하여 이중으로 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.

상기 심박센서(7)는 스마트 안전모의 동작 중에 상기 로라모듈(70) 다음으로 많은 전력소모가 있는 부품이다. 이 때문에, 상기 심박센서(7)의 소요전력을 줄임으로서, 스마트 안전모의 저전력화에 더욱 기여할 수 있따.

본 실시예에 따르면 상기 심박센서(7)에서 소모되는 전력을 더욱 줄여서 스마트 안전모의 사용시간을 더욱 길게 할 수 있다. 이에 따라서, 시공현장에서 하루 동안에는 재충전 또는 배터리 교체의 필요가 없게 만들 수 있다.

상기되는 실시예는 상기 로라모듈(70) 및 상기 심박센서(7)를 슬립모드로 제어한다. 이 때문에, 비록 상기 로라모듈(70) 및 상기 심박센서(7)의 소모전력을 저전력으로 제어할 수는 있으나, 소모되는 전력은 발생한다. 이 문제를 개선하는 더 다른 실시예를 제시한다.

도 10은 더 다른 실시예에 따른 스마트 안전모를 보이는 블럭도이다. 도 10에서 제시되지 않는 다른 구성은 도면의 간략화를 위하여 삭제된 상태로 보이지만, 도 7에 제시되는 구성 들이 모두 포함되는 것으로 이해할 수 있다. 도 10에서 실선은 전원선로로서 3.3V를 예시할 수 있고, 점선은 제어선로 및 데이터선호를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 상기 심박센서(7) 및 상기 로라모듈(70)로 전원공급을 단속하는 전원단속부(61)가 더 포함된다. 상기 전원단속부(61)는 반도체칩으로 예시할 수 있고, 적어도 두 개의 모스팻(MOSFET)이 포함될 수 있다. 상기 반도체칩은 상기 중앙처리장치(10)와는 분리되는 별도의 칩으로서 메인기판에 제공될 수 있다.

상기 전원단속부(61)에는, 상기 심박센서(7)로의 전원공급을 온오프시키는 제 1 모스팻(62), 및 상기 로라모듈(70)로의 전원공급을 온오프시키는 제 2 모스팻(63)이 포함된다. 상기 모스팻(62)(63)은 상기 중앙처리장치(10)로부터의 제어신호가 없을 때 전류가 흐르지 않고, 제어신호가 있을 때 전류가 흐를 수 있다. 이에 따라서 전력소모를 더욱 줄일 수 있다.

상기 모스팻(62)(63)은 반도체 기판에 구현이 가능하고, 전력의 통전을 온오프시키는 회로로서 정의할 수 있다. 경우에 따라서 상기 모스팻은 트랜지스터로 구현될 수도 있을 것이다. 상기 트랜지스터도 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 수 있다.

상기 제 1 모스팻(62)은, 상기 동작센서(11)가 작업자의 이상상태를 감지하였을 때, 온으로 제어될 수 있다.

구체적으로 다음과 같은 과정을 거칠 수 있다. 먼저, 상기 중앙처리장치(10)가 동작센서(11)의 출력신호에 이용하여 작업자의 이상상태를 감지한다. 상기 중앙처리장치(10)는 제 1 모스팻(62)에 제어신호를 출력하고, 제 1 모스팻(62)을 통하여 심박센서(7)로 전력이 공급될 수 있다. 상기 심박센서(7)는 작업자의 심박신호를 감지하여 중앙처리장치(10)로 출력할 수 있다. 이후에는 도 8 및 도 9의 제어방법이 수행될 수 있다.

이에 따라서 상기 심박센서(7)가 슬립모드로 동작되는 것에 비하여 소모되는 전력은 더욱 줄고, 상기 심박센서(7)로 공급되는 전력은 필요한 때를 제외하고는 아예 발생하지 않는다.

상기 제 2 모스팻(63)은 상기 로라모듈(70)이 활성화되어야 할 때에 온으로 제어될 수 있다.

구체적으로 다음과 같은 과정을 거칠 수 있다. 먼저, 상기 중앙처리장치(10)의 제어에 따라서 상기 제 2 모스팻(63)은 오프상태를 유지한다. 즉, 상기 로라모듈(70)로 전력이 공급되지 않는다. 이 상태에서 도 8에서 본 바와 같이, 예를 들어, 작업자가 긴급스위치(42)을 온시키는 경우(S21), 센서(12)(13)(14)에 의해서 외부응급상태로 감지되는 경우(S22), 및 심박센서(7)에 의해서 작업자의 응급상태가 감지되는 경우(S23)에는, 상기 로라모듈(70)을 온시켜야 한다. 이 때에는, 상기 중앙처리장치(10)는 제 2 모스팻(63)에 제어신호를 출력하고, 제 2 모스팻(63)을 통하여 상기 로라모듈(70)로 전력이 공급될 수 있다. 상기 로라모듈(70)은 외부환경정보, 작업자의 상태정보, 또는 작업자의 응급신호를 관제센터로 송신할 수 있다.

이에 따라서 상기 로라모듈(70)이 슬립모드로 동작되는 것에 비하여 소모되는 전력은 더욱 줄고, 상기 로라모듈(70)로 공급되는 전력은 필요한 때를 제외하고는 아예 발생하지 않는다.

본 발명에 따르면, 스마트 안전모에 사용되는 소모전력을 극단적으로 줄일 수 있다. 발명자의 연구에 따르면, 상기 배터리(31)는 3,7V 750mA/h의 규격품을 사용하더라도 최소 10시간 동안을 연속하여 스마트 안전모를 구동할 수 있는 것을 확인하였다. 이에 따르면, 하루를 단위로 할 때 재충전의 필요없이 스마트 안전모를 사용할 수 있다. 결국, 작업자가 작업중에 배터리를 교체하는 불편이 없어지는 장점이 있다.

상기되는 장점은, 첫째 로라모듈(70)을 사용하는 것, 둘째 로라모듈의 수신상태를 오프시키는 것, 셋째 로라모듈의 송신상태를 필요할 때에만 온시키는 것, 넷째 로라모듈의 공급전력을 하드웨어방식, 즉, 전원단속부(61)로 단속하는 것, 다섯째 상기 심박센서를 오프시키고 필요할 때에만 온시키는 것, 여섯째 심박센서의 공급전력을 하드웨어방식, 즉, 전원단속부(61)로 단속하는 것에 의해서 달성할 수 있다.

상기 여섯가지의 구성 중에, 어느 하나의 구성을 제외하여 구현하는 것에 의해서 점진적으로 소모전력의 양은 늘어나는 것을 볼 수 있었다.

본 발명에 따르면, 스마트 안전모의 소요 전원을 최소화시키는 것, 기존의 안전모에 스마트 안전모의 동작을 위한 부품을 장착하는 것,

7: 심박센서
10: 중앙처리장치
11: 동작센서
12: 가스센서
13: 온도센서
14: 고압감지센서
70: 로라모듈
61: 전원단속부

Claims (16)

1. 외부 물체로부터 충격을 막는 하드커버;
   적어도 일부는 상기 하드 커버와 소정의 간격을 가지고 놓이고, 적어도 일부는 상기 작업자의 머리와 접촉되어 사용자의 머리를 보호하는 이너 쉴드;
   내부에 메인기판이 놓이는 제어본체;
   상기 메인기판에 놓이는 중앙처리장치;
   상기 제어본체의 외부에서 상기 이너쉴드에 놓여 상기 작업자의 심박을 측정하고, 상기 중앙처리장치로 전달하는 심박센서; 및
   상기 제어본체의 내부에 놓여 관제센터와의 통신을 수행하는 로라모듈이 포함되고,
   상기 로라모듈의 수신상태는 오프되는 스마트 안전모.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어본체는, 상기 이너쉴드를 작업자의 머리에 맞추어 지도록 길이가 조절되는 조임구의 인접 위치에 놓이는 스마트 안전모.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어본체에는 배터리가 더 제공되고,
   상기 메인기판과 상기 배터리는, 상기 메인기판의 평면을 기준으로 상하로 중첩되는 스마트 안전모.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 심박센서는 상기 작업자의 관자놀이와 대응하는 곳에 놓이는 스마트 안전모.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 이너 쉴드에는,
   작업자의 머리의 좌우 테두리를 원주방향으로 감싸는 제 1 부분; 및
   작업자의 머리의 상하 테두리를 원주방향으로 감싸는 제 2 부분이 포함되고,
   상기 심박센서 및 상기 제어본체는 상기 제 1 부분에 마련되는 스마트 안전모.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어본체의 내부에는,
   가스를 감지하는 가스센서, 상기 작업자의 동작을 감지하는 동작센서, 온도를 감지하는 온도센서, 및 고압을 감지는 고압감지센서 중의 적어도 하나가 포함되는 스마트 안전모.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 고압감지센서가 마련되는 경우에, 전기장을 감지하는 전기장센싱 와이어가 더 마련되고,
   상기 전기장센싱 와이어는 상기 이너쉴드의 연장방향을 따라서 연장되는 스마트 안전모.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 심박센서의 전원 및 상기 로라모듈의 전원 중의 적어도 하나로, 상기 배터리로부터 공급되는 전력을, 단속하여 공급하는 전원단속부가 더 포함되고,
   상기 전원단속부는 반도체칩인 스마트 안전모.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 전원단속부는, 상기 중앙처리장치의 제어신호가 있을 때에만 전류가 흐르도록 제어되는 스마트 안전모.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어본체에는,
    스마트 안전모의 전체 동작을 온시키는 전원스위치; 및
    상기 작업자가 위험을 상기 관제센터로 통지하거나, 작업자의 알람 확인작업을 받아들이는 긴급스위치가 더 포함되는 스마트 안전모.
11. 스마트 안전모를 저전력으로 제어하기 위하여, 통신을 수행하는 로라모듈을 비활성화시키는 것;
    작업자에게 응급상태의 발생으로 송신이 필요한 때에만 상기 로라모듈을 활성화시키는 것; 및
    상기 로라모듈이 상기 응급상태의 발생을 관제센터로 송신하는 것이 포함되는 스마트 안전모의 제어방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로라모듈의 비활성화는, 수신상태 및 송신상태가 모두 오프인 스마트 안전모의 제어방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 로라모듈의 비활성화시에는 상기 로라모듈에 공급되는 전력이 완전히 차단되는 스마트 안전모의 제어방법.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 응급상태 발생은,
    위험한 상태를 상기 작업자에게 경고하는 것; 및
    상기 경고의 해제동작이 수행하지 않는 것
    으로 정의되는 스마트 안전모의 제어방법.
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 응급상태의 발생은,
    상기 작업자의 심박을 감지하는 심박센서가 오프되는 것;
    동작을 감지하는 동작센서가 상기 작업자의 이상동작을 감지하였을 때, 상기 심박센서가 온되어 상기 작업자의 심박을 감지하도록, 상기 심박센서를 온시키는 것; 및
    상기 심박센서에서 감지된 상기 작업자의 심박이 위험한 상태인 것
    으로 정의되는 스마트 안전모의 제어방법.
16. 외부 물체로부터 충격을 막는 하드커버;
    적어도 일부는 상기 하드 커버와 소정의 간격을 가지고 놓이고, 적어도 일부는 상기 작업자의 머리와 접촉되는 이너 쉴드;
    내부에 메인기판이 놓이는 제어본체;
    상기 메인기판에 놓이는 중앙처리장치;
    상기 제어본체의 내부에 놓여 관제센터와의 통신을 수행하는 로라모듈; 및
    상기 배터리로부터 상기 로라모듈로 공급되는 전력을, 상기 중앙처리장치의 제어에 따라서 단속하기 위한 전원단속부가 포함되고,
    상기 전원단속부는 상기 메인기판에 놓이는 상기 중앙처리장치와는 분리되는 반도체칩인 스마트 안전모.
    
    

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