KR20240087917A

KR20240087917A - 스마트 홈 제어 시스템

Info

Publication number: KR20240087917A
Application number: KR1020220172817A
Authority: KR
Inventors: 차효준
Original assignee: (주)에스엘솔루션
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2024-06-20

Abstract

스마트 홈 제어 시스템을 제공한다. 일 실시 예에 따른 스마트 홈 제어 시스템은, 미리 정해진 영역에 설치된 하나 이상의 센서들; 상기 영역에 배치되는 하나 이상의 디바이스들; 상기 하나 이상의 센서들을 통해 상기 영역 및 상기 영역 내 사용자 중 적어도 하나에 대해 수집된 데이터를 빅데이터를 기반으로 데이터 베이스에 저장하는 인공지능 서버; 상기 인공지능 서버에 저장된 빅데이터에 기반하여 사용자 생활, 에너지 사용 및 환경 제어 중 적어도 하나에 대한 패턴 정보를 결정하고, 상기 결정된 패턴 정보에 기초하여 상기 영역 내 하나 이상의 디바이스들을 제어하는 제어기; 및 상기 하나 이상의 센서들로부터 수집된 정보, 상기 하나 이상의 디바이스들의 상태 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 표시하는 디스플레이를 포함하며, 상기 디바이스들은, 상기 영역의 공기 질을 정화하는 공조 장치를 포함하고, 상기 제어기는, WELL v2 공기질 관련 기준을 충족하기 위해, 부유성 고형물, 유기 가스, 무기 가스 및 라돈 중 적어도 하나의 농도가 지정됨 범위에 포함되도록, 하나 이상의 센서들에서 감지된 정보 및 에너지 특성에 기초하여 공조 장치를 제어하고, 제어기는 공간을 복수로 구획하고, 구획 공간의 목적 및 환경, 특성에 따라 서로다른 등급을 부여하여 서로 다른 제어를 수행한다.

Description

스마트 홈 제어 시스템{SMART HOME CONTROL SYSTEM}

본 발명은 스마트 홈 제어 시스템에 관한 것으로서, 이는 예시로서 본 기술사상이 사용되는 다양한 분야에 적용 및 응용될 수 있다.

사물 인터넷(internet of things)이 가능해짐에 따라, 자동화 기기를 효율적으로 활용하기 위한 스마트 홈 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 스마트 홈 시스템은 다수의 기기들을 등록하여, 등록된 다수의 기기들을 보다 효율적이고 직관적으로 제어하기 위한 시스템을 나타낼 수 있다. 미래 주거 첨단화와 스마트 홈 서비스 확산을 위한 개인·가정 맞춤형 AI기반 능동형 홈 서비스 개발이 요구된다. 또한, 고령화, 1인 가구(예컨대, 초핵가족화), 맞벌이 증가 등 사회 및 문화적 환경변화로 주거품질 향상에 대한 사회적 요구가 지속적으로 증가하고 있으며, 특히 생활편의, 고령친화(시니어), 헬스 및 뷰티, 베이비 등 홈 케어 분야를 중심으로 새로운 수요와 사회문제해결을 위한 제품·서비스 출시도 증가하고 있는 추세이다.

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.

본 발명은 스마트 홈 제어 시스템을 통해 가정에 설치된 여러 센서들의 데이터와 가정에 설치된 여러 디바이스들에 대한 제어 신호를 저장함으로써, 사용자의 행동, 선호 등 다양한 패턴 분석이 가능할 수 있다.

또한, 클라우드에서만 가능했던 AI 기반의 다양한 서비스를 고도의 인식처리가 가능한 홈 내부의 AI 컴퓨팅 플랫폼을 이용하여 제공하고, 개별 IoT 기기들에도 전문화된 컴퓨팅 기능이 탑재되어 이들 간의 협업을 통해 고도화된 홈 서비스를 제공할 수 있다.

또한 구획화를 통한 차별화된 제어 레벨로 관리함으로서, 제어의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 공간의 목적 적합한 제어를 차별화되게 수행함으로서, 사용자의 만족도를 증가시킬 수 있다.

일 실시 예에 따른 스마트 홈 제어 시스템은, 미리 정해진 영역에 설치된 하나 이상의 센서들; 상기 영역에 배치되는 하나 이상의 디바이스들; 상기 하나 이상의 센서들을 통해 상기 영역 및 상기 영역 내 사용자 중 적어도 하나에 대해 수집된 데이터를 빅데이터를 기반으로 데이터 베이스에 저장하는 인공지능 서버; 상기 인공지능 서버에 저장된 빅데이터에 기반하여 사용자 생활, 에너지 사용 및 환경 제어 중 적어도 하나에 대한 패턴 정보를 결정하고, 상기 결정된 패턴 정보에 기초하여 상기 영역 내 하나 이상의 디바이스들을 제어하는 제어기; 및 상기 하나 이상의 센서들로부터 수집된 정보, 상기 하나 이상의 디바이스들의 상태 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 표시하는 디스플레이를 포함하며, 상기 디바이스들은, 상기 영역의 공기 질을 정화하는 공조 장치를 포함하고, 상기 제어기는, WELL v2 공기질 관련 기준을 충족하기 위해, 부유성 고형물, 유기 가스, 무기 가스 및 라돈 중 적어도 하나의 농도가 지정됨 범위에 포함되도록, 상기 하나 이상의 센서들에서 감지된 정보 및 에너지 특성에 기초하여 상기 공조 장치를 제어하되, 제어기는 공간을 복수로 구획하고, 구획 공간의 목적 및 환경, 특성에 따라 서로다른 등급을 부여하여 서로 다른 제어를 수행한다.

상기 제어기는, 상기 하나 이상의 센서들에서 감지된 정보를 기초로, 상기 영역에서 공기질 및 상기 공조 장치의 에너지 소모량에 대한 맵 정보를 생성할 수 있다.

상기 제어기는 상기 맵 정보를 빅데이터를 기반으로 상기 데이터 베이스에 저장할 수 있다.

상기 제어기는 상기 빅데이터를 분석하고 스스로 학습하는 과정을 거치면서 상기 영역에서 공기질 및 공조 장치의 에너지 소모량 사이 특정 패턴을 인식할 수 있다.

상기 제어기는 상기 특정 패턴을 분석하여 상기 WELL v2 공기질 관련 기준을 충족하는 범위 내에서 에너지 효율이 높도록 상기 공조 장치를 제어할 수 있다.

상기 제어기는 상기 맵 정보를 단말기에 전송할 수 있다.

상기 제어기는 상기 영역에 있는 인원수에 기초하여, 상기 공조 장치를 제어할 수 있다.

상기 제어기는 상기 공조 장치가 소모하는 전체 에너지 소모량 대비 신재생에너지 사용량의 비율이 지정된 범위에 포함되도록 공조 장치를 제어할 수 있다.

상기 제어기는 시간 및 날씨 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 공조 장치를 제어할 수 있다.

상기 제어기는 계절 정보에 기초하여 상기 공조 장치를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 외부 클라우드 서비스 없이도 독립형(stand-alone) 스마트 홈 제어 시스템을 제공할 수 있다. 이를테면, 홈 내부에 인공지능(AI; Artificial Intelligence) 컴퓨팅 플랫폼을 설치하고 대용량 학습 데이터를 에지 지역에서 계산함으로써, 보안성과 프라이버시를 향상시키고, 과도한 트래픽과 전송지연에 따른 비실시간성과 인터넷 링크 다운에 대한 불안감을 효과적으로 해소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스마트 홈 제어 시스템은 가정 내에 온-디바이스(on-device) 타입의 서버가 존재하여 클라우드 사용비용을 추가로 지급할 필요가 없다. 또한, 외부 통신망 없이 동작함으로써 해킹이나 보안 이슈를 근본적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스마트 홈 제어 시스템은 사용자 및 사용자의 상황을 인지하여 상황에 적합한 맞춤 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 스마트 홈 제어 시스템은 사용자의 생활 패턴 분석을 통한 맞춤형 서비스를 독고노인, 장애인, 미취약 아동 등에게 능동적 서비스를 제공하여 모다 윤택한 삶의 질을 제공할 수 있다. 또한, 스마트 홈 제어 시스템의 능동형 서비스를 통해 다른 스마트 기기와 연동하여 미래 스마트한 삶을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스마트 홈 제어 시스템을 통해 주거환경과 첨단기술의 접목, 새로운 경험과 체감형 서비스, 안심, 쾌적 편리한 생할 등 삶의 질을 효과적으로 향상시키면서, 외부망을 이용하지 않아 이로 인해 노출되는 개인정보로 인한, 분쟁이나 불안감 등을 효과적으로 해소시킬 수 있다.

일 실시 예에 따른 스마트 홈 제어 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 스마트 홈 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 WELL v2 공기질 관련 기준을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 제어 영역에 따른 공기질 등급 및 에너지 소비 등급을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 소프트웨어 관점에서의 스마트 홈 제어 시스템의 개념도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 스마트 홈 제어 시스템의 전반적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 일 실시 예에 따른 디스플레이의 예시적인 화면들을 나타낸 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시 예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 권리 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시 예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시 예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안 된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시 예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 스마트 홈 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 WELL v2 공기질 관련 기준을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 제어 영역에 따른 공기질 등급 및 에너지 소비 등급을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 스마트 홈 제어 시스템(100)은 하나 이상의 센서들(110), 하나 이상의 디바이스들, 인공지능 서버(120), 제어기(130) 및 사용자 인터페이스 장치(140)를 포함할 수 있다.

스마트 홈 제어 시스템(100)은 미리 정해진 영역(예: 가정, 주거공간 등) 내 상황을 인지하여 상황에 적절하게 디바이스를 제어할 수 있는 시스템으로서, 사용자 패턴에 기반한 AI 딥러닝 학습을 통해 개인 및 가정 맞춤형 AI기반 능동형 서비스를 제공할 수 있다. 이를테면, 스마트 홈 제어 시스템(100)은 영역의 상황 및/또는 영역 내 케어 대상자(예: 사용자 등)를 식별하고, 영역 및 사용자 중 적어도 하나에 대해 수집된 빅데이터(예: 공기질, 생체데이터, 영상, 음성 등)를 분석 및 활용하여, 실제적으로 필요한 개인이나 가정에 대한 맞춤형, 능동형 케어 서비스를 제공할 수 있다.

하나 이상의 센서들(110)은 미리 정해진 영역에 설치되어, 영역 및 해당 영역에 있는 사용자 중 적어도 하나에 대한 정보를 감지할 수 있다. 여기서, 미리 정해진 영역은 사용자가 주거하는 영역으로, 예를 들어, 아파트, 주택, 빌라 등 다양한 주거 시설을 포함할 수 있다. 하나 이상의 센서들(110)은 공기질 센서, 생체 센서, 영상 센서 및 음성 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 적용 가능한 센서의 예시가 이에 한정되는 것은 아니다. 공기질 센서는 부유성 고형물, 유기 가스, 무기 가스 및 라돈 중 적어도 하나의 농도를 감지할 수 있다. 생체 센서는 사용자의 체온, 맥박상태, 수면상태, 낙상 여부, 뇌파, 심전도, 근전도, 지문, 홍채, 얼굴, 동작 중 적어도 하나에 대한 정보를 감지할 수 있다. 영상 센서는 영역을 촬영한 사진 및/또는 동영상을 감지할 수 있다. 음성 센서는 영역에서 발생하거나 영역에 들리는 다양한 소리를 감지할 수 있다. 다만, 센서나 감지되는 데이터가 나열된 예시들로 한정되는 것은 아니다. 하나 이상의 센서들(110)은 영역에서 구분된 공간(예: 거실, 부엌, 안방, 공부방, 옷방, 다목적방, 현관, 창고 등)마다 설치되어, 각 공간에 대한 다양한 정보가 수집될 수도 있다.

하나 이상의 디바이스들은 제어기(130)의 제어 명령에 따라 동작할 수 있다. 일 실시 예에서, 하나 이상의 디바이스들은 하나 이상의 센서들(110)이 설치된 영역의 공기 질을 정화할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 디바이스들은, 스피커, 텔레비전, 냉장고, 전등, 도어, 창문, 커튼, 에어컨, 선풍기, 공기청정기, 로봇청소기, 콘센트 등 다양한 가전장치, 스마트 폰, 태블릿, 랩탑, 퍼스널 컴퓨터 등 다양한 컴퓨팅 장치, 스마트 시계, 스마트 안경, 스마트 의류 등 다양한 웨어러블 기기, 다양한 IoT 기기를 포함할 수 있다. 다만, 예시들이 이로 제한되는 것이며, 이외에도 다양한 디바이스가 제한 없이 적용될 수 있다.

인공지능 서버(120)는 하나 이상의 센서들(110)에서 수집된 데이터를 저장할 수 있다. 인공지능 서버(120)에 저장된 데이터는 고성능 연산장치를 통해 사용자의 이용 패턴 및 하나 이상의 장비들의 사용 패턴을 딥러닝(deep learning)을 통해 분석될 수 있다. 인공지능 서버(120)는 저장된 데이터를 제어기(130)로 전달하여, 제어기(130)가 하나 이상의 디바이스들을 제어할 때 이용할 수 있다.

제어기(130)는 인공지능 서버(120)에 저장된 데이터에 기반하여 사용자 생활, 에너지 사용 및 환경 제어 중 적어도 하나에 대한 패턴 정보를 결정하고, 결정된 패턴 정보에 기초하여 영역 내 하나 이상의 디바이스들을 제어할 수 있다. 사용자 생활에 대한 패턴 정보는 사용자의 재실 유무, 동작, 수면 상태, 가사, 운동, 컨텐츠 이용 중 적어도 하나에 대한 패턴 정보를 포함할 수 있다. 이를테면, 제어기(130)는 인공지능 서버(120)에 저장된 빅데이터에 기반하여, 사용자가 매일 집을 나가는 시간과 집으로 돌아오시는 기간 등에 대한 패턴 정보를 결정할 수 있다. 또한, 제어기(130)는 빅데이터에 기반하여, 사용자가 복수의 공간들 중에서 어느 공간에 위치하는지, 해당 공간에서 어떤 동작을 하고 있는지 등에 대한 패턴 정보를 결정할 수 있다. 또한, 제어기(130)는 빅데이터에 기반하여, 침대에서 자고 있는 사용자의 수면 상태가 무호흡수면에 해당되는지 여부 등에 대한 패턴 정보를 결정할 수 있다. 에너지 사용에 관한 패턴 정보는 하나 이상의 디바이스들의 동작에 따른 에너지 소모에 대한 패턴 정보를 포함할 수 있다. 또한, 환경 제어에 대한 패턴 정보는 영역에 포함된 공간들 각각의 공기질 제어에 대한 패턴 정보를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 제어기(130)는 도 2에서 도시하고 있는 WELL v2 공기질 관련 기준을 충족하기 위해 하나 이상의 센서들(110)로부터 수집된 정보 및 에너지 특성에 기초하여, 공조 장치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(130)는 부유성 고형물, 유기 가스, 무기 가스 및 라돈 중 적어도 하나의 농도가 지정됨 범위에 포함되도록, 공조 장치를 제어할 수 있다.

일 실시 예에서, 제어기(130)는 하나 이상의 센서들(110)에서 감지된 정보를 기초로, 미리 정해진 영역에서 공기질 및 공조 장치의 에너지 소모량에 대한 맵 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기(130)는 미리 정해진 영역의 특정 제어 영역(R1, R2, R3)에서 복수의 측정에 의해 감지되는 공기질 및 공조 장치의 에너지 소모량에 대한 맵 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서와 같이, 공기질에 대하여 오염도 순으로 L0, L1, L2 중 어느 한 등급으로 평가할 수 있으며, 에너지 소모량에 대하여 L0', L1', L2' 중 어느 한 등급으로 평가할 수 있다.

일 실시 예에서, 제어기(130)는 맵 정보를 빅데이터를 기반으로 데이터 베이스에 저장할 수 있다. 제어기(130)는 빅데이터를 분석하고 스스로 학습하는 과정을 거치면서 미리 정해진 영역의 실내에서 공기질 및 공조 장치의 에너지 소모량 사이 특정 패턴을 인식할 수 있다. 제어기(130)는 미리 정해진 영역에서 공기질 및 공조 장치의 에너지 소모량 사이 특정 패턴을 분석하여 WELL v2 공기질 관련 기준을 충족하는 범위 내에서 효율이 높도록 공조 장치를 제어할 수 있다.

일 실시 예에서, 제어기(130)는 생성된 맵 정보를 단말기에 전송할 수 있다. 예를 들어, 제어기(130)는 맵 정보를 무선망 또는 인터넷이나 일반 전화망 등의 유선망을 통하여 감지된 정보를 단말기로 전송할 수 있다. 따라서, 스마트 홈 제어 시스템(100)은 미리 정해진 영역의 실내에서 공기질 및 공조 장치의 에너지 소모량에 대한 맵 정보를 원거리에 있는 사용자에게 전송할 수 있다.

일 실시 예에서, 제어기(130)는 미리 정해진 영역에 있는 인원수에 기초하여, 공조 장치를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(130)는 공조 장치가 소모하는 에너지 소모량 대비 신재생에너지 사용량의 비율이 지정된 범위에 포함되도록 공조 장치를 제어할 수 있다. 제어기(130)는 시간 및 날씨 정보 중 적어도 하나에 기초하여 공조 장치를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(130)는 계절 정보에 기초하여 공조 장치를 제어할 수 있다.

사용자 인터페이스 장치(140)는 하나 이상의 센서들(110)로부터 수집된 정보, 하나 이상의 디바이스들의 현재 상태 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 표시하거나 제공하는 장치로서, 예를 들어, 디스플레이, 스피커, 진동 장치, 촉각 피드백 장치 등을 포함할 수 있다. 이를테면, 사용자 인터페이스 장치(140)는 수집된 영역의 공기질 정보, 사용자의 생체 정보, 영역에 대한 영상 정보, 영역에서 발생한 소리 정보 중 적어도 하나를 표시할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스 장치(140)는 하나 이상의 디바이스들 중에서 현재 전원이 켜진 디바이스나 현재 동작하고 있는 디바이스와 어떤 동작을 수행하고 있는지 등 다양한 현재 상태 정보를 표시할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스 장치(140)는 하나 이상의 디바이스들 중에서 제어기(130)에 의해 제어되는 디바이스와 해당 디바이스에 대한 제어 정보를 표시할 수 있다.

스마트 홈 제어 시스템(100)에 포함된 각 엘리먼트들은 유선 및/또는 무선을 통해 데이터 통신을 수행할 수 있다. 이때, 상이한 통신방식(예: WiFi, Zigbee, Bluetooth)과 IoT 프로토콜(예: OCF(Open Connectivity Foundation), MQTT(Message Queuing Telemetry Transport), HTTP(Hypertext Transfer Protocol))을 사용하는 디바이스들을 스마트 홈 네트워크로 편입해 통합 관리하는 SDN 기능을 갖춘 지능형 홈 IoT 게이트웨이가 이용될 수 있다.

예를 들어, 하나 이상의 센서들(110)의 연동은 각 센서를 수집하는 데이터의 패킷 구조와 프로토콜에 대한 설계를 통해, 다양한 센서들(110)의 측정 데이터가 수집될 수 있다.

또한, 스마트 홈 연동 규격을 통해, 스마트 홈 기기 제어(예: 전등, 도어락, 창문 개폐 등), 스마트 가정기기 제어(예: 청소기, 냉장고, 환기, 공기청정기 등), AI 연동 기기 제어(예: 음향장비, 조명장비, 운동 기기 등)가 수행될 수 있다. 또한, 외부 장치 연동 규격, 다시 말해 서비스 요청 장비 연동 규격(예: 동적 서비스, 무인 택배 등과 같이 외부 연동에서 올라오는 센서 및 정보 연동)이 스마트 홈 제어 시스템(100)에 적용될 수 있다.

이를 통해, 홈 IoT 센서를 통한 장시간의 대용량 자료 저장 및 사용자 이용패턴을 통한 서비스 모델을 생성하고, 능동형 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 이종 IoT 가전기기간 연결성을 제공하며 에지 컴퓨팅(Edge Computing) 기능을 갖춘 홈 IoT 허브를 제공할 수 있다. 또한, 건물 인필 내장형 통신 매체(예: 이더넷, RS485, WiFi, Zigbee, Bluetooth, NFC등)의 연결 기술과 연결 장치(AP, GW)를 제공할 수 있다.

도 4는 일 실시 예에 따른 소프트웨어 관점에서의 스마트 홈 제어 시스템의 개념도이다.

스마트 홈 제어 시스템에 적용되는 액티브 플랜(410)은 실내 환경 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 분석하여, 미리 정해진 영역에 대한 상황을 인지하고, 이에 기반하여 최적제어 방안을 도출함으로써, 최적의 솔루션을 제공할 수 있다. 이를 위한 스마트 홈 제어 시스템의 소프트웨어는 데이터 수집 소프트웨어(420), 인공지는 소프트웨어(430), 제어 관리 소프트웨어(440) 및 외부 연계 소프트웨어(450)로 구성될 수 있다.

데이터 수집 소프트웨어(420)는 앞서 설명한 하니 이상의 센서들로부터 데이터를 수집하기 위한 것으로, 예를 들어, 공기질, 맥박, 체온 등 다양한 데이터를 수집할 수 있다. 또한, 데이터 수집 소프트웨어(420)는 영상인식과 음성인식을 위한 영상 데이터, 음성 데이터를 수집할 수 있으며, 제어기기의 상태 정보도 수집할 수 있다.

인공지능 소프트웨어(430)는 수집된 데이터에 기반하여 사용자 생활 패턴, 에너지 사용 패턴 및 능동형 환경 제어 패턴 중 적어도 하나를 학습할 수 있다. 예를 들어, 인공지능 소프트웨어(430)는 하나 이상의 센서들로부터 수집된 데이터에 기초하여 사용자의 재실 스케줄에 관한 생활 패턴을 학습할 수 있다. 또한, 인공지능 소프트웨어(430)는 사용자 및/또는 스마트 홈 제어 시스템에 의해 디바이스의 전원이 켜지거나 꺼진 상태에 관한 에너지 사용 패턴을 학습할 수 있다. 또한, 인공지능 소프트웨어(430)는 수집된 데이터에 기초하여 미리 정해진 영역에 대한 공기질 제어 패턴을 학습할 수 있다.

제어 관리 소프트웨어(440)는 학습된 인공지능에 기반하여 생활 가전을 제어하고, 조명, 스마트코드 등 에너지를 제어하며, 사용자와 커뮤니케이션이 가능한 대화형 AI를 관리할 수 있다.

외부 연계 소프트웨어(450)는 스마트 홈 제어 시스템이 외부 시스템과 연계되어 복합적이고 다양한 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 외부 연계 소프트웨어(450)는 주거 단지의 서버, 외부 클라우드, 무인택배 중 적어도 하나와 연계될 수 있다.

이처럼, 스마트 홈 제어 시스템은 장시간 대량의 IoT 센서 데이터를 모두 저장하고, 사용자의 이용 패턴을 모두 저장할 수 있다. 이러한 대량의 데이터는 사용자의 IoT 장비 이용 패턴 분석을 위한 자료로 사용되고, 인공지능 자가 학습 기능을 통해 사용자에게 능동적으로 서비스 모델을 추천할 수 있다. 사용자가 능동서비스 제공을 허가하면, 스마트 홈 제어 시스템은 능동적으로 서비스 시작과 중지를 제어할 수 있다. 이 능동적 서비스를 사용자가 평가하면, 스마트 홈 제어 시스템은 사용자에게 더욱 적극적으로 서비스를 제안하며, 최종적으로 사용자의 명령에 의한 제어가 아닌, 스마트 홈 제어 시스템의 자율적인 서비스를 제공할 수 있다.

도 5는 일 실시 예에 따른 스마트 홈 제어 시스템의 전반적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 인터페이스 관점에서 스마트 홈 제어 시스템의 개념도가 도시된다. 스마트 홈 제어 시스템에 포함된 디바이스들 간 통신은 Wi-Fi, Zigbee, Bluetooth, IR, 이더넷, RS485 등 다양한 통신기법에 의해 수행될 수 있으며, 기기의 통신 프로토콜은 HTTP, MQTT, OCF, oneM2M, Modbus 등 다양한 프로토콜을 포함할 수 있다.

사용자 맞춤형 서비스를 제공하기 위해서는 개인별 리빙 패턴(living pattern)에 따른 다양한 개입 리빙 컨텍스트가 정의될 수 있고, 이러한 컨텍스트에는 사용자 인식과 위치 추적이 수행되어야 하며, 연관 리빙 패턴과 생활 시나리오별 관련 다양한 환경 학습 정보가 이용될 수 있다. 이를 위해서는, 주거 공간의 인필(예: 천장, 벽, 바닥 등)에 다양한 센서(예: 영상, 음성, 생체, 동체, 공기질 등), 대용량 비디오 및 음성 장치와 HMI(Human-Machine Interface) 장치가 내장되거나 부착될 수 있다.

단계(510)에서, 스마트 홈 제어 시스템은 센서로부터 수집된 데이터를 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 스마트 홈 제어 시스템은 공기질센서, 사용자인식(예: 음성 인식, 안면 인식), 음성인식, 체온/맥박/화재, 전력 소모량 중 적어도 하나에 대한 데이터를 수신할 수 있다.

예를 들어, 음성 인식의 인식률 측정은 화자 독립과 화자 종속의 측정으로 나뉘게 될 수 있다. 화자 독립의 경우, 스마트 홈 제어 시스템이 인식하여야 하는 명령을 반복적으로 발음하여 정확한 인식이 되었는지를 측정하는 과정으로, 발화 명령 횟수를 약 1,000~10,000번 반복하여 인식한 비율을 측정할 수 있다. 화자 종속의 측정은 화자 인식의 정확도를 측정하는 것으로 등록된 화자를 정확히 인지하는지가 측정될 수 있다.

안면 인식률 측정은 등록된 사용자의 사진과 실제 사용자가 사용자 인지용 카메라에 얼굴이 촬영되었을 때 정확히 인지하는지를 약 100~1,000번 실시하여 인지 성공률을 측정할 수 있다.

단계(520)에서, 스마트 홈 제어 시스템은 센서 데이터를 수집하여 센서 데이터베이스, 사용자 데이터베이스, 제어상태 데이터베이스 중 적어도 하나에 저장하고, 관리할 수 있다.

단계(530)에서, 스마트 홈 제어 시스템은 인공지능을 이용하여, 대상 조건을 설정하고, 학습 방안을 설명하며, 활용 데이터베이스를 설정할 수 있다. 이때, 센서 데이터베이스, 사용자 데이터베이스, 제어상태 데이터베이스에 저장된 데이터가 연동될 수 있다.

단계(540)에서, 스마트 홈 제어 시스템은 인공지능 학습을 통해, 사용자 생활 패턴 정보, 에너지 사용 패턴 정보 및 능동형 환경 제어 패턴 정보 중 적어도 하나를 결정할 수 있다. 패턴 정보에 대해서는 앞선 설명이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.

단계(550)에서, 스마트 홈 제어 시스템은 결정된 패턴 정보에 기반하여 IoT를 제어할 수 있다. 예를 들어, 스마트 홈 제어 시스템은 조명 제어, 가전 제어, 공기질 제어, 스마트코드 제어, 무인택배 제어, 에너지 제어 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.

아래에서는 스마트 홈 제어 시스템이 빅데이터에 기반하여 결정된 패턴 정보를 이용하여 하나 이상의 디바이스를 제어하는 다양한 시나리오에 대해 설명한다.

스마트 홈 제어 시스템은 상기 하나 이상의 센서들을 통해 수집된 빅데이터에 기반하여, 상기 사용자가 부엌의 싱크대 앞에 위치하고, 상기 사용자의 복장이 미리 정해진 조건(예: 앞치마, 고무장갑을 착용함 등)에 부합하고, 상기 사용자가 두 손으로 그릇이나 접시 등을 닦고 있다면, 상기 사용자가 설거지 동작을 수행하는 것으로 상기 패턴 정보를 결정할 있다. 그리고, 스마트 홈 제어 시스템은 사용자의 선호 정보(preference information)에 기반하여 음악을 재생하거나, 부엌에 설치된 디스플레이에 동영상을 재생함으로써, 사용자가 즐겁게 설거지를 할 수 있는 환경을 조성할 수 있다. 여기서, 선호 정보는 미리 사용자에 의해 설정된 것이거나, 또는 음상이나 동영상 재생 직전에 사용자로 어떤 것을 재생하기 원하는지를 물어서 결정될 수도 있다.

또한, 스마트 홈 제어 시스템은 하나 이상의 센서들을 통해 수집된 빅데이터에 기반하여, 영역에서 청소기의 동작 소리가 감지되고, 사용자가 청소기를 가지고 바닥을 밀고 있다면, 사용자가 청소 동작을 수행하는 것으로 패턴 정보를 결정할 수 있다. 그리고, 스마트 홈 제어 시스템은 영역에 설치된 창문을 개방하거나, 상기 영역에 설치된 공기청정기를 동작시킴으로써, 청소할 때 발생하는 많은 먼지들이 외부로 배출되거나 제거되게끔 사용자를 도와줄 수 있다.

또한, 스마트 홈 제어 시스템은 하나 이상의 센서들을 통해 수집된 빅데이터에 기반하여, 미리 정해진 영역에서 사용자가 일정 시간 이상 감지되지 않거나, 사용자가 현관 밖으로 나가는 동작이 감지된다면, 사용자의 부재로 패턴 정보를 결정할 수 있다. 그리고, 스마트 홈 제어 시스템은 하나 이상의 디바이스들의 동작을 중단시킴으로써, 불필요한 에너지 낭비가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 스마트 홈 제어 시스템은 하나 이상의 센서들을 통해 수집된 빅데이터에 기반하여, 해당 영역에서 사용자가 다시 감지되거나, 사용자가 현관 밖에서 들어오는 동작이 감지된다면, 사용자의 복귀로 상기 패턴 정보를 결정할 수 있다. 그리고, 스마트 홈 제어 시스템은 하나 이상의 디바이스들의 동작을 재시작함으로써, 사용자에게 필요한 맞춤형 서비스를 제공할 수 있다.

또한, 스마트 홈 제어 시스템은 하나 이상의 센서들을 통해 수집된 빅데이터에 기반하여, 사용자가 컨텐츠 관련 액티비티를 수행하는 것이 패턴 정보로 결정되면, 사용자의 선호 정보에 기초하여 관련 컨텐츠를 추천하거나 재생할 수 있다. 여기서 관련 컨텐츠는 유료 또는 무료 컨텐츠에 해당하는 책 읽기, 뉴스 시청, 홈 트레이닝, 비디오 시청, 음악, 전문가 강좌, 영어 학습, 수능 공부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 외출 후 집으로 복귀했을 때, 샤워 중일 때, 설거지 중일 때, 텔레비전 앞 소파에 앉았을 때, 무료함을 표현했을 때, 우울함이 표현되었을 때 등 다양한 상황에서 사용자의 선호에 맞는 관련 컨텐츠를 추천하거나 재생할 수 있다.

또한, 스마트 홈 제어 시스템은 하나 이상의 센서들을 통해 수집된 빅데이터에 기반하여, 외부 서버나 외부 클라우드로부터 택배 도착에 대한 메시지가 수신되면, 사용자로 택배가 도착한 것으로 패턴 정보를 결정할 수 있다. 그리고, 스마트 홈 제어 시스템은 택배의 도착 정보를 상기 사용자로 전달하고, 상기 사용자로부터 수령 확인이 수신된 것에 응답하여 상기 사용자로 택배의 이동 정보를 실시간으로 제공할 수 있다.

보다 상세하게 택배 도착 시나리오에 대해 설명한다. 먼저 택배 기사가 배송 로봇에 택배 정보를 입력하면, 사용자가 주거 공간에 있는지 여부에 대한 재실자 정보가 확인될 수 있다. 배송 로봇은 주거 단지의 미리 지정된 장소(예: 지하주차장 등)에서 택배 기사로부터 택배를 받아 사용자의 주거공간 현관까지 전달해 주는 로봇일 수 있다. 사용자가 미리 정해진 영역 내에 있는 것으로 확인되면, 안내 메시지(예: 알림(alert), 소리 등)가 사용자로 전달될 수 있다. 사용자가 미리 정해진 시간(예: 1분) 내에 수령 확인(예: 알림 팝업창에서 수령 버튼을 선택)을 하지 않으면, 수령 거부로 처리될 수 있다. 만약 사용자가 시간 내에 수령 확인을 선택하면, 배송 로봇에 택배 물품이 상차되고, 상차 확인 메시지가 사용자로 제공될 수 있다. 배송 로봇은 지하 주차장에서 주거공간의 현관까지 택배 물품을 이동시킬 수 있으며, 실시간으로 이동 정보가 사용자로 제공될 수 있다. 배송 로봇이 현관에 도착하면, 도착 메시지(예: 알림, 도어 벨)가 사용자로 제공될 수 있다. 사용자는 배송 로봇으로부터 택배 물품을 수령하고, 수령 확인 버튼을 선택할 수 있다. 수령 확인에 대한 정보가 택배사로 전송될 수 있다.

또한, 스마트 홈 제어 시스템은 하나 이상의 센서들을 통해 수집된 빅데이터에 기반하여, 독거노인인 사용자가 낙상하거나, 상기 사용자가 수면 중에 호흡을 하지 않거나, 상기 사용자가 위급 상황에 있는 것으로 상기 패턴 정보를 결정할 수 있다. 낙상 여부는 사용자를 촬영한 영상에 기반한 스켈레톤 분석을 통해 판단될 수 있다. 또한, 수면 상태는 사용자의 감지된 호흡 소리와 사용자를 촬영한 영상에 기반하여 판단될 수 있다. 또한, 사용자의 위급 상황 여부는 사용자가 도움을 요청하는 소리가 감지되었는지, 또는 촬영된 영상에서 사용자가 이상 행동을 하거나, 쓰러져 움직이지 않는 것이 감지되었는지 등에 기반하여 판단될 수 있다. 그리고, 스마트 홈 제어 시스템은 사용자의 긴급 연락처 또는 미리 지정된 연락처(예: 119 구조대, 사회복지사, 단지 경비실 등)로 메시지를 전송함으로써, 도움을 신속하게 요청할 수 있다.

앞선 설명 이외에도 스마트 홈 제어 시스템은 하나 이상의 센서들의 수집 데이터에 기반한 상황 인지를 통해 발생하는 상황에 적절한 디바이스 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제어에는 출입문, 현관 제어, 가스, 전등 제어, 냉, 난방 제어, 보안 등을 포함할 수 있으며, 이를 통해 1인가구 정신건강 돌보미 서비스, 시니어 안전 사고 케어 서비스, 지능형 에너지 케어 서비스, 지능형 청정 환경 서비스, 무인택배 서비스 등 다양한 서비스가 가능하다.

수집된 정보, 디바이스의 상태 정보 및 제어 정보는 사용자 단말(560)을 통해 사용자로 제공됨으로써, 사용자가 관련 정보를 손쉽게 제공받을 수 있다.

도 6 내지 도 8은 일 실시 예에 따른 디스플레이의 예시적인 화면들을 나타낸 도면이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 디스플레이에 표시되는 다양한 정보의 예시들이 도시된다. 디스플레이는 미리 정해진 영역 내 벽에 설치되거나, 또는 사용자가 휴대하는 스마트 폰이나 스마트 가전에 구현될 수도 있으나, 실시 예가 이로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 디스플레이에는 제어 대상 디바이스(예: 조명, 공기청정기, 가습기)에 대한 버튼과 소비되는 에너지에 대한 정보가 제공될 수 있다. 또한, 디스플레이는 현재 시간과 날씨, 공기질(예: 미세먼지, 초미세먼지 등)에 관한 정보를 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이는 실내공기질에 대한 세부 정보를 표시할 수도 있다. 또한, 디스플레이는 실내 미세먼지 통계에 관한 정보도 표시함으로써, 사용자로 하여금 미리 정해진 영역에 대한 다양한 정보를 손쉽게 얻게 할 수 있다.

제어신호는 상기 구획 및 실내를 기설정된 등급에 따라 제어등급을 부여하고, 상기 제어등급에 따라 서로 다른 신호가 발생하게 되는데, 여기서 구역의 제어 등급이란, 물리적인 영역을 구획하는 것을 포함하며, 이뿐 아니라, 각 구역에서의 기능에 따라 구획하는 것을 포함한다.

또한, 여기서 구역의 기능이라 함은, 그 구역에서 필요한 이상적인 공기질의 상태를 궁극적으로 말하는 것이며, 예를 들어 어린이집은 어린이의 활동에 따른 양질의 공기가 필요하며, 반도체 공장의 경우에는 미세먼지의 통제가 중요하므로, 이러한 장소에 따라 요구되는 공기질의 상태에 따라 등급이 나뉘게 된다.

복수의 공기질 센서는 대상 지역을 구획하여 대상 지역별로 배치되고, 배치된 대상 지역의 공기질을 측정할 수 있다. 복수의 공기질 센서가 배치되는 대상 지역은 지역의 특성, 업무상 환경 및 공간적 특성에 따라 구획될 수 있다. 예를 들어, 복수의 공기질 센서는 특정 공간, 실내 독립된 공간, 화장실 및 부엌 등과 같이 사용자의 니즈(needs)에 따라 구획된 대상 지역별로 배치될 수 있다. 또한, 복수의 공기질 센서는 구획된 대상 지역에 배치되어 미세먼지, 라돈, 휘발성유기화합물, 이산화탄소, 이산화질소 및 메탄과 같은 공기의 오염원인이 되는 물질의 농도를 측정할 수 있다.

즉, 제어등급에 따라 서로 다른 제어신호가 발생하게 되어, 이 제어신호가 송신되게 된다. 송신된 제어신호는 수신유닛에 의해 수신되어 제어장치에 전달되게 되는데, 제어기는 측정센서의 인근인 실내에 설치되어, 제어신호를 전달받아 공기질을 개선하는 제어기를 구동하게 된다.

이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

100: 스마트 홈 제어 시스템
110: 하나 이상의 센서들
120: 인공지능 서버
130: 제어기
140: 사용자 인터페이스 장치

Claims

스마트 홈 제어 시스템에 있어서,
미리 정해진 영역에 설치된 하나 이상의 센서들;
상기 영역에 배치되는 하나 이상의 디바이스들;
상기 하나 이상의 센서들을 통해 상기 영역 및 상기 영역 내 사용자 중 적어도 하나에 대해 수집된 데이터를 빅데이터를 기반으로 데이터 베이스에 저장하는 인공지능 서버;
상기 인공지능 서버에 저장된 빅데이터에 기반하여 사용자 생활, 에너지 사용 및 환경 제어 중 적어도 하나에 대한 패턴 정보를 결정하고, 상기 결정된 패턴 정보에 기초하여 상기 영역 내 하나 이상의 디바이스들을 제어하는 제어기; 및
상기 하나 이상의 센서들로부터 수집된 정보, 상기 하나 이상의 디바이스들의 상태 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 표시하는 디스플레이를 포함하며,
상기 디바이스들은, 상기 영역의 공기 질을 정화하는 공조 장치를 포함하고,
상기 제어기는, WELL v2 공기질 관련 기준을 충족하기 위해, 부유성 고형물, 유기 가스, 무기 가스 및 라돈 중 적어도 하나의 농도가 지정됨 범위에 포함되도록, 상기 하나 이상의 센서들에서 감지된 정보 및 에너지 특성에 기초하여, 상기 공조 장치를 제어하고,
상기 제어기는 공간을 복수로 구획하고, 구획 공간의 목적 및 환경, 특성에 따라 서로다른 등급을 부여하여 서로 다른 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트 홈 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 하나 이상의 센서들에서 감지된 정보를 기초로, 상기 영역에서 공기질 및 상기 공조 장치의 에너지 소모량에 대한 맵 정보를 생성하는, 스마트 홈 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제어기는 상기 맵 정보를 빅데이터를 기반으로 상기 데이터 베이스에 저장하는, 스마트 홈 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어기는 상기 빅데이터를 분석하고 스스로 학습하는 과정을 거치면서 상기 영역에서 공기질 및 공조 장치의 에너지 소모량 사이 특정 패턴을 인식하는, 스마트 홈 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 제어기는 상기 특정 패턴을 분석하여 상기 WELL v2 공기질 관련 기준을 충족하는 범위 내에서 에너지 효율이 높도록 상기 공조 장치를 제어하는, 스마트 홈 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어기는 상기 맵 정보를 단말기에 전송하는, 스마트 홈 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 영역에 있는 인원수에 기초하여, 상기 공조 장치를 제어하는, 스마트 홈 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 공조 장치가 소모하는 전체 에너지 소모량 대비 신재생에너지 사용량의 비율이 지정된 범위에 포함되도록 공조 장치를 제어하는, 스마트 홈 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 시간 및 날씨 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 공조 장치를 제어하는, 스마트 홈 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 계절 정보에 기초하여 상기 공조 장치를 제어하는, 스마트 홈 제어 시스템.