WO2017115891A1 - 저전력 기술이 적용된 산업용 임베디드 장치 - Google Patents

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Abstract

산업용 임베디드 장치는, 사용자와 이격된 거리를 측정하는 초음파 센서와, 상기 사용자의 움직임을 감지하는 인체 감지센서;를 포함하며, 상기 초음파 센서 및 상기 인체 감지센서의 측정결과에 따라 초기상태(Not Intent), 준비상태(Ready), 대기상태(Standby) 및 동작상태(Run) 중 어느 하나에 대응시키고, 대응된 각각의 상태에 따라 디스플레이부, 통신부, 센서부 및 중앙 제어부의 전원상태를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

저전력 기술이 적용된 산업용 임베디드 장치
본 발명은 산업용 임베디드 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 저전력 기술이 적용된 산업용 임베디드 장치에 관한 것이다.
임베디드 기기가 고성능화되고 모터, 센서, 디스플레이와 같은 다양한 외부 장치들을 장착함으로써 의료, 군사, 교육, 쇼핑 등 다양한 환경에서 사용되고 있다. 그로 인해 임베디드 기기는 수많은 기능을 수행해야하고 지속적으로 소비전력이 증가하고 있다. 또한 임베디드 기기의 시장규모 중 배터리로 동작하는 휴대형 기기 비중이 지속적으로 증가하면서 소비전력량은 중요한 이슈로 떠올랐다. 소비전력은 기기의 동작시간과 수명에 직결되기 때문에 최근 소비전력을 줄이기 위한 저전력 서비스 연구가 활발히 진행되고 있다.
저전력 서비스 연구는 크게 하드웨어기반, 운영체제기반, 응용소프트웨어기반으로 나눌 수 있다. 하드웨어기반의 경우 소비전력이 낮은 부품을 사용하고 제조공정을 세밀하게 하거나 회로를 추가하여 불필요한 부분에 클록 공급을 끊거나 전류를 재활용하는 등 주로 기기 설계 제작 때 적용하며 대표적으로 클럭 게이팅 기법과 전하 재활용 기법이 있다.
운영체제기반은 기기의 유휴시간(Idle Time)을 운영체제가 분석 및 예측하여 긴 유휴시간에 기기의 동작 속도 또는 전원 상태를 제어하는 방법으로 DPM(Dynamic Power Management) 기법과 DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling) 기법이 대표적이다.
마지막으로 응용소프트웨어기반은 시간이나 주변 밝기 같은 사용자 제어 요소 또는 기기의 주변 정보를 이용하고 분석하여 기기의 전원을 제어한다. 응용소프트웨어기반 저전력 서비스는 하드웨어기반 또는 운영체제기반에 비해 능동적인 서비스이다. 대표적인 기법으로 마감시간(Timeout) 기법, 카메라를 이용한 사용자 인식 기법, 출력 이미지를 이용한 백라이트 조명조절 기법 등이 있다.
기존의 저전력 기법들은 수많은 특성과 사용패턴을 가진 다양한 임베디드 기기에 일괄적으로 적용하기 어려우며, 적용할 수 있더라도 소비전력 감소율이 높지 않다. 카메라를 이용한 사용자 인식 기법의 경우, 외부 장치로 카메라가 필수이며 이미지 분석을 위해 복잡한 연산을 해야 함으로 고성능 CPU가 필요하다. DPM과 DVFS는 운영체제가 반드시 필요하며 일어날 작업 예측이 필요하기 때문에 일정한 동작패턴을 가지는 기기에 특화되어 있다.
특히 산업 현장에서 사용되는 임베디드 기기의 경우, 사용자가 기기를 사용하는 시간이 짧고 기능에 필요한 최소한의 외부 장치가 부착되어 있거나 복잡한 연산이 힘든 저성능이기 때문에 기존 저전력 기법으로는 적용이 불가능 하거나 전력감소 효과가 매우 미미하다. 따라서 산업용 임베디드 기기의 소비전력을 효과적으로 줄일 수 있는 기법이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 초음파 센서 및 인체 감지센서의 측정결과에 따라 내부장치의 전원의 상태를 변경시켜서, 전력소모를 감소시킬 수 있는 산업용 임베디드 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자와 이격된 거리를 측정하는 초음파 센서; 및 상기 사용자의 움직임을 감지하는 인체 감지센서;를 포함하며, 상기 초음파 센서 및 상기 인체 감지센서의 측정결과에 따라 초기상태(Not Intent), 준비상태(Ready), 대기상태(Standby) 및 동작상태(Run) 중 어느 하나에 대응시키고, 대응된 각각의 상태에 따라 디스플레이부, 통신부, 센서부 및 중앙 제어부의 전원상태를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 산업용 임베디드 장치가 제공된다.
또한, 상기 인체 감지센서의 감지결과 상기 사용자의 움직임이 없을 경우 상기 초기상태(Not Intent)를 유지하되, 상기 사용자의 움직임이 감지될 경우 상기 초기상태(Not Intent)에서 상기 준비상태(Ready)로 전환되고,
상기 준비상태(Ready)에서 상기 초음파 센서의 측정결과 상기 사용자가 기준거리 이내로 접근할 경우 상기 준비상태(Ready)에서 상기 대기상태(Standby)로 전환되고,
상기 대기상태(Standby)에서 상기 사용자의 터치동작이 감지되면 상기 대기상태(Standby)에서 상기 동작상태(Run)로 전환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 준비상태(Ready)가 제1 시간이상 유지되면 상기 준비상태(Ready)에서 상기 초기상태(Not Intent)로 전환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동작상태(Run)에서 제2 시간 이상 상기 사용자의 터치동작이 발생하지 않으면 상기 동작상태(Run)에서 상기 대기상태(Standby)로 전환되고, 상기 동작상태(Run) 또는 상기 대기상태(Standby)에서 상기 사용자가 상기 기준거리 초과하여 이동할 경우 상기 동작상태(Run) 또는 상기 대기상태(Standby)에서 상기 준비상태(Ready)로 전환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산업용 임베디드 장치는, 상기 초음파 센서 및 상기 인체 감지센서의 측정결과에 대응하여 선택되는 보류상태(Suspend)를 더 포함함에 있어서, 상기 인체 감지센서의 감지결과 상기 사용자의 움직임이 없을 경우 상기 초기상태(Not Intent)를 유지하되, 상기 사용자의 움직임이 감지될 경우 상기 초기상태(Not Intent)에서 상기 보류상태(Suspend)로 전환되고, 상기 보류상태(Suspend)에서 설정된 시간이내에 상기 사용자의 움직임이 감지될 경우 상기 보류상태(Suspend)에서 상기 준비상태(Ready)로 전환되며, 상기 보류상태(Suspend)에서 설정된 시간이내에 상기 사용자의 움직임이 감지되지 않을 경우 상기 보류상태(Suspend)에서 상기 초기상태(Not Intent)로 전환되고, 상기 준비상태(Ready)에서 상기 초음파 센서의 측정결과 상기 사용자가 기준거리 이내로 접근할 경우 상기 준비상태(Ready)에서 상기 대기상태(Standby)로 전환되고, 상기 대기상태(Standby)에서 상기 사용자의 터치동작이 감지되면 상기 대기상태(Standby)에서 상기 동작상태(Run)로 전환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 준비상태(Ready)가 제1 시간이상 유지되면 상기 준비상태에서 상기 초기상태(Not Intent)로 전환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동작상태(Run)에서 제2 시간 이상 상기 사용자의 터치동작이 발생하지 않으면 상기 동작상태(Run)에서 상기 대기상태(Standby)로 전환되고, 상기 동작상태(Run) 또는 상기 대기상태(Standby)에서 상기 사용자가 상기 기준거리 초과하여 이동할 경우 상기 동작상태(Run) 또는 상기 대기상태(Standby)에서 상기 준비상태(Ready)로 전환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초기상태(Not Intent)에서는, 상기 디스플레이부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 통신부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 센서부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 중앙 제어부는 정지모드(Stop mode)를 유지하고, 상기 준비상태(Ready)에서는, 상기 디스플레이부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 통신부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 센서부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 중앙 제어부는 슬립모드(Sleep mode)를 유지하고, 상기 대기상태(Standby)에서는, 상기 디스플레이부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 통신부는 전원 턴온(TURN ON), 상기 센서부는 전원 턴온(TURN ON), 상기 중앙 제어부는 실행모드(Run mode)를 유지하고, 상기 동작상태(Run)에서는, 상기 디스플레이부는 전원 턴온(TURN ON), 상기 통신부는 전원 턴온(TURN ON), 상기 센서부는 전원 턴온(TURN ON), 상기 중앙 제어부는 실행모드(Run mode)를 유지하며, 상기 중앙 제어부의 상기 정지모드(Stop mode)는 딥파워다운(Deep Power Down) 모드이고, 상기 중앙 제어부의 상기 슬립모드(Sleep mode)는 파워다운(Power Down) 모드이고, 상기 중앙 제어부의 상기 실행모드(Run mode)는 노멀(Nomal) 모드인 것을 특징으로 한다.
본 실시예에서 제안한 저전력 기법은 추가 센서 사용으로 추가적인 전력소모가 발생하여 기존 기법에 비해 사용자 상태에 따른 평균 소비전력량은 높지만 사용자 인식을 통해 평균 소비전력이 높은 상태의 시간을 줄여줌으로써 타겟 보드의 동작시간 기준 전체 소비전력량을 보았을 때 저전력 기법을 미적용 했을 때와 비교하여 평균 39.3%의 소비전력을 절약하였고 마감시간 기법과 비교했을 때 평균 10.4%의 소비전력 감소율을 보였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산업용 임베디드 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 산업용 임베디드 장치의 저전력 기술에 대한 상태 천이도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산업용 임베디드 장치의 구성도이다.
본 실시예에 따른 산업용 임베디드 장치는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 1을 참조하면, 산업용 임베디드 장치는 인체 감지센서(100), 초음파 센서(200), 통신부(300), 센서부(400), 디스플레이부(500), 중앙 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 산업용 임베디드 장치의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
우선, 산업용 임베디드 장치는 통신부(300), 센서부(400), 디스플레이부(500), 중앙 제어부(600)를 이용하여, 산업용 기기를 생산하는 생산설비 등을 제어할 수 있도록 구성된다.
디스플레이부(500)는 터치 센서를 구비한 평판 디스플레이 모듈로 구성될 수 있고, 통신부(300)는 생산기기들과 연결되어 생산기기들을 제어신호를 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 센서부(400)는 조도센서, 위치센서, 유량센서, 온도센서, 전류 및 전압센서 및 근접센서 중 적어도 어느 하나가 구비될 수 있으며, 생산기기의 동작을 센싱하는 역할을 수행할 수 있다.
중앙 제어부(600)는 중앙처리장치(CPU)를 지칭하는 것으로 산업용 임베디드 장치의 내부동작을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
인체 감지센서(100)는 사용자의 움직임을 감지하고, 초음파 센서(200)는 사용자와 이격된 거리를 측정한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 산업용 임베디드 장치는, 저전력 서비스를 위해 인체 감지센서(100)와 초음파 센서(200)를 이용한 사용자 상태 인식 알고리즘과 상태에 따라 전원 상태를 달리하는 저전력 서비스를 제안한다.
즉, 인체 감지센서(100)를 이용해 사용자 움직임 정보를 수집하고 초음파 센서(200)를 이용한 사용자와 단말기간의 거리를 측정하여 사용자 유무 및 움직임을 판단하여 상황에 따른 다양한 저전력 상태를 제공할 수 있고 하드웨어의 전원 상태를 세분화함으로써 사용자 불편함 없이 소비전력감소가 가능하다.
산업용 임베디드 기기에는 디스플레이, 메모리, 통신 모듈 등 다양한 하드웨어들이 부착되어 있고 이런 하드웨어들을 모두 전원제어대상으로 포함시키면 가장 좋다. 하지만 항상 동작이 필요한 하드웨어의 전원을 제어하게 되면 오히려 사용자 불편함을 가중시키기 때문에 불가능하다.
산업용 임베디드 기기에 포함된 하드웨어별 소비전력 비율을 살펴보면, 통신부(300) 43%, 디스플레이부(500) 25%, 중앙 제어부(600) 12%로 기기 전체 소비전력량 대비 80%를 차지하기 때문에, 3가지하드웨어를 사용자 상태에 맞게 일괄적으로 전원제어를 하면 사용자 불편함 없이 높은 소비전력 감소율을 얻을 수 있다.
따라서 본 실시예에서는 산업용 임베디드 기기에 부착된 하드웨어 장치들 중에서 가장 소비전력이 큰 디스플레이부(500), 통신부(300), 중앙 제어부(600)와 추가로 센서부(400)를 포함한 4가지 하드웨어를 전원 제어대상으로 정의한다.
디스플레이부(500), 통신부(300), 센서부(400)는, 사용자 상태에 따라 전원을 차단하고 공급하는 방식으로 전원제어를 한다. 디스플레이부(500)는 전력소모가 많은 장치 중 하나로서 기기 사용여부에 따라 켜고 끄는 동작만으로도 사용자 불편함 없이 많은 전력을 감소할 수 있다.
통신부(300) 또한 전력소모가 많은 장치로 전원을 차단했다 공급하면 네트워크 초기화와 같은 과정을 다시 진행하면서 불필요한 전력소모가 발생할 수 있지만 네트워크 유지 시 많은 양의 소비전력을 사용하기 때문에 전력을 줄이는데 큰 영향을 미친다.
센서부(400)의 경우, 전력소모가 많지 않지만 기기 사용여부에 따라 켜고 끄는 방식을 적용하면 적지 않은 전력을 줄일 수 있다.
중앙 제어부(600)는 전원 차단 시 기기 동작을 하지 않는 불편함을 초래하기 때문에 다른 장치들처럼 전원을 차단하고 공급하는 형태의 전원제어는 불가능하지만 자체적인 저전력 모드를 이용하면 사용자 불편함 없이 소모 전력을 효과적으로 줄일 수 있다.
본 실시예에서는 중앙 제어부(600)의 자체적인 저전력 모드는, Timer, UART, 내부 메모리 등의 칩 내부에 존재하는 패리패럴(peripheral)의 기능이 모두 멈추는 정지모드(Stop mode)와,
제어유닛만 멈추고 칩 내부에 존재하는 패리패럴(peripheral)는 정상 동작하는 슬립모드(Sleep mode)와,
제어유닛을 비롯한 칩 내부의 모든 기능이 정상동작하는 실행모드(Run mode)로 구분할 수 있다.
즉, 중앙 제어부(600)의 정지모드(Stop mode)는 딥파워다운(Deep Power Down) 모드이고, 중앙 제어부(600)의 슬립모드(Sleep mode)는 파워다운(Power Down) 모드이고, 중앙 제어부(600)의 실행모드(Run mode)는 노멀(Nomal) 모드로 정의된다. 특히 딥파워다운(Deep Power Down) 모드에서는 중앙 제어부(600)는 파워다운(Power Down)모드 및 노멀(Nomal)모드로의 전환을 지시하는 인터럽트 신호를 처리하기 위한 최소의 회로만이 동작한다.
Real Situation User State
No user’s motion in the workspace Not_Intent
User’s motion in the workspaceThe setting distance > Distance between user and device Ready
The setting distance < Distance between user and device Standby
The use of device using touch input by user Run
표 1을 참조하면, 산업용 임베디드 장치가 설치된 작업공간에서 발생할 수 있는 상황을,
(1) 작업공간에 사용자의 움직임이 없는 상황 - 초기상태(Not Intent, S10) -
(2) 작업공간에 사용자가 움직이고 있지만 산업용 임베디드 장치와의 거리가 설정거리보다 먼 상황 - 준비상태(Ready, S20) -
(3) 사용자와 산업용 임베디드 장치 간의 거리가 설정거리보다 가까운 상황 - 대기상태(Standby, S30) -
(4) 산업용 임베디드 장치를 사용하고 있는 상황 - 동작상태(Run, S40) - 의 네 가지 상황으로 구분할 수 있다.
도 2는 도 1의 산업용 임베디드 장치의 저전력 기술에 대한 상태 천이도이다.
도 2를 참조하면, 초기상태(Not Intent, S10)에서 시작하며 산업용 임베디드 장치의 거리가 설정거리보다 먼 곳에서 사용자의 움직임이 감지될 때, 준비상태(Ready, S20)로 전이하게 된다.
산업용 임베디드 장치를 사용하기 위해 사용자와 산업용 임베디드 장치 간의 거리가 설정거리보다 가까워지면 준비상태(Ready, S20)에서 대기상태(Standby, S30)로 바뀌게 된다.
한편, 초기상태(Not Intent, S10)와 준비상태(Ready, S20) 사이에는 보류상태(Suspend, S11)가 있어 사용자 움직임을 두 번 감지할 수 있다.즉, 이는 정말 사용자가 이동 중인지 확인하고, 작은 움직임에 의해 발생하는 잘못된 상태 변화를 최소화시켜준다. 잘못된 사용자 분석으로 인한 상태변화는 산업용 임베디드 장치의 소비전력을 높이는 결과를 초래하기 때문에 보류상태(Suspend, S11)를 추가함으로써 잘못된 상태변화로 인한 소비전력 낭비를 막을 수 있다.
산업용 임베디드 장치의 저전력 기술에 대한 상태 천이에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
산업용 임베디드 장치는 초음파 센서(200) 및 인체 감지센서(100)의 측정결과에 따라 초기상태(Not Intent, S10), 준비상태(Ready, S20), 대기상태(Standby, S30) 및 동작상태(Run, S40) 중 어느 하나에 대응시키고, 대응된 각각의 상태에 따라 디스플레이부(500), 통신부(300), 센서부(400) 및 중앙 제어부(600)의 전원상태를 제어하도록 구성된다.
우선, 인체 감지센서(100)의 감지결과 사용자의 움직임이 없을 경우 초기상태(Not Intent, S10)를 유지하되, 사용자의 움직임이 감지될 경우 초기상태(Not Intent, S10)에서 준비상태(Ready, S20)로 전환된다.
다음으로, 준비상태(Ready, S20)에서 초음파 센서(200)의 측정결과 사용자가 기준거리 이내로 접근할 경우 준비상태(Ready, S20)에서 대기상태(Standby, S30)로 전환된다.
다음으로, 대기상태(Standby, S30)에서 사용자의 터치동작이 감지되면 대기상태(Standby, S30)에서 동작상태(Run, S40)(Run)로 전환된다. 이때, 사용자의 터치동작은 사용자가 디스플레이부(500), 스위치 등을 터치하여 산업용 임베디드 장치를 조작할 때로 정의된다.
한편, 준비상태(Ready, S20)가 제1 시간(t1)이상 유지되면 준비상태(Ready, S20)에서 초기상태(Not Intent, S10)로 전환된다.
또한, 동작상태(Run, S40)에서 제2 시간(t2) 이상 사용자의 터치동작이 발생하지 않으면 동작상태(Run, S40)에서 대기상태(Standby, S30)로 전환된다.
또한, 동작상태(Run, S40) 또는 대기상태(Standby, S30)에서 사용자가 기준거리 초과하여 이동할 경우 동작상태(Run, S40) 또는 대기상태(Standby, S30)에서 준비상태(Ready)로 전환된다.
한편, 산업용 임베디드 장치는, 초음파 센서(200) 및 인체 감지센서(100)의 측정결과에 대응하여 선택되는 보류상태(Suspend)를 더 포함할 수 있는데,
인체 감지센서(100)의 감지결과 사용자의 움직임이 없을 경우 초기상태(Not Intent, S10)를 유지하되, 사용자의 움직임이 감지될 경우 초기상태(Not Intent, S10)에서 보류상태(Suspend, S11)로 전환되고,
보류상태(Suspend, S11)에서 설정된 시간이내에 사용자의 움직임이 감지될 경우 보류상태(Suspend, S11)에서 준비상태(Ready, S20)로 전환되며, 보류상태(Suspend, S11)에서 설정된 시간이내에 사용자의 움직임이 감지되지 않을 경우 보류상태(Suspend, S11)에서 초기상태(Not Intent, S10)로 전환될 수 있다.
Display Communication Module External Sensor CPU
Not_Intent OFF OFF OFF Stop Mode
Ready OFF OFF OFF Sleep Mode
Standby OFF ON ON Run Mode
Run ON ON ON Run Mode
표 2는 사용자 상태에 따른 전원제어대상 상태를 나타낸 것이다. 초기상태(Not Intent)는 전력을 가장 적게 사용하는 상태로 디스플레이부(500)를 비롯한 통신부(300), 센서부(400)의 전원이 차단되었고, 중앙 제어부(600)의 상태는 정지모드(Stop mode)이다.
준비상태(Ready)는 디스플레이부(500), 통신부(300), 센서부(400)가 동작하지 않지만 중앙 제어부(600)가 슬립모드(Sleep mode)로 변경되어 두 번째로 전력을 적게 사용하는 상태이다.
대기상태(Standby)는 중앙 제어부(600)가 실행모드(Run mode)로 동작하며 디스플레이부(500)만 꺼져있고 통신부(300)와 센서부(400)는 켜져 있어 준비상태(Ready) 보다 많은 전력을 소모하는 상태이다.
마지막 동작상태(Run)는 중앙 제어부(600)가 실행모드(Run mode)이고 디스플레이부(500), 통신부(300), 센서부(400) 모두 전원 공급이 되므로 가장 전력을 많이 소모하는 상태이다.
즉, 초기상태(Not Intent)에서는, 디스플레이부(500)는 전원 턴오프(TURN OFF), 통신부(300)는 전원 턴오프(TURN OFF), 센서부(400)는 전원 턴오프(TURN OFF), 중앙 제어부(600)는 정지모드(Stop mode)를 유지한다.
준비상태(Ready)에서는, 디스플레이부(500)는 전원 턴오프(TURN OFF), 통신부(300)는 전원 턴오프(TURN OFF), 센서부(400)는 전원 턴오프(TURN OFF), 중앙 제어부(600)는 슬립모드(Sleep mode)를 유지한다.
대기상태(Standby)에서는, 디스플레이부(500)는 전원 턴오프(TURN OFF), 통신부(300)는 전원 턴온(TURN ON), 센서부(400)는 전원 턴온(TURN ON), 중앙 제어부(600)는 실행모드(Run mode)를 유지한다.
동작상태(Run)에서는, 디스플레이부(500)는 전원 턴온(TURN ON), 통신부(300)는 전원 턴온(TURN ON), 센서부(400)는 전원 턴온(TURN ON), 중앙 제어부(600)는 실행모드(Run mode)를 유지한다.
상술한 바와 같이, 사용자를 인식하고 상태를 구분하기 위해 인체 감지센서(100)와 초음파 센서(200)를 이용한다. 인체의 움직임을 감지하면 펄스 신호를 발생시키는 인체 감지센서(100)는 산업용 임베디드 장치 위쪽 중앙에 부착되며 초기상태(Not Intent)와 준비상태(Ready)를 판별한다.
인체 감지센서(100)의 인식거리가 최대 7m, 인식각도가 140ㅀ로 단말기 기준으로 인식 사각지대 없이 모든 방향의 사용자 움직임을 인식할 수 있다. 인체 감지센서(100)에서 펄스신호가 출력되지 않으면 작업공간에 사용자가 없거나 사용자의 움직임이 없는 초기상태(Not Intent) 상태이고 펄스 신호가 출력되면 사용자가 작업공간에서 움직이고 있는 준비상태(Ready) 상태이다.
인체 감지센서(100)는 사용자가 이동할 때 발생하는 큰 움직임뿐만 아니라 제자리에서 손을 사용할 때 발생하는 미세한 움직임도 감지한다. 만약 한 번의 움직임 감지로 상태변화가 발생하면 너무 잦은 상태변화뿐만 아니라 사용자가 제자리에 서 있음에도 불구하고 움직이고 있다고 인식하는 등 사용자 상태를 정확하게 판단하지 못한다. 따라서 인체 감지센서(100)가 사용자 움직임을 감지했을 때 설정시간 t초 내에 움직임을 추가로 감지했을 때만 상태를 변화시킴으로써 발생할 수 있는 인식 오류를 최소화하였다.
초음파 센서(200)는 산업용 임베디드 장치 아래쪽 중앙에 바닥과 수평하게 부착되며 사용자와 산업용 임베디드 장치 간의 거리를 측정 후, 측정거리를 이용하여 사용자 상태가 준비상태(Ready)인지 대기상태(Standby)인지 구분한다. 초음파 센서(200)는 물체와의 각도가 45도보다 작으면 센서가 반사파 수신이 불가능해져 거리측정을 못하게 된다.
초음파가 바닥을 향하도록 부착하면 사용자 위치에 따라 거리측정이 가능한 각도보다 작아질 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해 반드시 바닥과 수평이 되도록 부착해야한다. 측정 거리가 설정 거리보다 짧으면 준비상태 대기상태(Standby)로 판단하고 사용자가 기기 앞에 있다고 인식한다. 반대로 측정 거리가 설정 거리보다 길면 준비상태(Ready)로 판단하고 사용자가 산업용 임베디드 장치와는 멀리 떨어져 있다고 인식한다.
초음파 센서(200)를 이용한 거리 측정은 물체와의 각도가 너무 작거나 불규칙한 표면 등의 이유로 빈번하게 오류가 발생하여 실제거리와 다른 값을 획득한다. 측정이 잘못된 값을 사용할 경우, 사용자 상태를 잘못 판단하게 되므로 평균값 필터링 기법을 적용하여 잘못 측정된 값을 제거함으로써 사용자 상태를 정확하게 판단하도록 한다. 평균값 필터링 기법은 일정 횟수 회만큼 측정한 거리 값들을 오름차순으로 정렬 후 dmax와 dmins를 제외한 나머지 거리 값의 평균을 거리 값으로 사용하도록 필터를 설계하였으며 평균값을 구하는 식은 수학식 1과 같다.
Figure PCTKR2015014549-appb-M000001
Figure PCTKR2015014549-appb-I000001
Figure PCTKR2015014549-appb-I000002
Figure PCTKR2015014549-appb-I000003
Low Power Scheme User State Display CPU Communication, External Sensor PIR, Ultra sonic Sensor Power Consumption (W)
No low powerservice RUN ON RUN MODE ON X 3.01
Time based low power service STANDBY OFF RUN MODE ON X 2.05
RUN ON RUN MODE ON X 3.01
User staterecognitionbasedlow powerservice NOT INTENT OFF STOP MODE OFF O 1.68
READY OFF SLEEP MODE OFF O 1.92
STANDBY OFF RUN MODE ON O 2.39
RUN ON RUN MODE ON O 3.4
표 3은 다양한 저전력 기법의 사용자 상태에 따른 평균소비전력을 보여준다. 중앙 제어부(600)는 정지모드(Stop mode)이고 디스플레이부를 비롯한 통신부 및 센서부의 전원이 차단되는 초기상태(Not Intent)에는 1.68W로 가장 적은 소비전력을 보인다.
중앙 제어부(600)상태가 정지모드(Stop mode)에서 슬립모드(Sleep mode)로 변경되는 준비상태(Ready)는 1.92W의 소비전력을 보여주고 중앙 제어부(600)가 실행모드(Run mode)로 동작하고 통신부 및 센서부에 전원 공급을 하는 대기상태(Standby) 상태의 소비전력은 2.39W로 준비상태(Ready) 상태보다 약 0.4W 증가했다.
중앙 제어부(600)가 실행모드(Run mode)이고 통신부 및 센서부에 전원을 공급할 뿐만 아니라, 디스플레이부의 전원에도 공급하는 동작상태(Run)에는 3.4W로 가장 많은 전력을 소모한다.
하지만 동일한 사용자 상태이지만 적용된 저전력 기법에 따라 소비전력 차이가 있다. 대기상태(Standby)일 때 마감시간 기법의 경우, 2.05W의 전력을 소모하고 본 실시예에서 제안한 기법의 경우, 평균 소비전력이 2.39W 인 것을 확인할 수 있다. 그리고 동작상태(Run) 또한 저전력 기법을 미적용한 상태나 마감시간 기법의 경우, 평균 소비전력이 3.01W로 동일하지만 제안된 기법의 경우 3.4W로 높은 것을 알 수 있다. 두 경우 모두 동일한 사용자 상태일 때 제안된 기법이 약 0.3W정도 소비전력이 높다. 이는 사용자 인식을 위해 사용한 인체감지 센서와 초음파 센서에 의해 발생한 것이다.
본 실시예에서 제안한 저전력 기법은 추가 센서 사용으로 추가적인 전력소모가 발생하여 기존 기법에 비해 사용자 상태에 따른 평균 소비전력량은 높지만 사용자 인식을 통해 평균 소비전력이 높은 상태의 시간을 줄여줌으로써 타겟 보드의 동작시간 기준 전체 소비전력량을 보았을 때 저전력 기법을 미적용 했을 때와 비교하여 평균 39.3%의 소비전력을 절약하였고 마감시간 기법과 비교했을 때 평균 10.4%의 소비전력 감소율을 보였다.
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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 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 (8)

  1. 사용자와 이격된 거리를 측정하는 초음파 센서; 및
    상기 사용자의 움직임을 감지하는 인체 감지센서;를 포함하며,
    상기 초음파 센서 및 상기 인체 감지센서의 측정결과에 따라 초기상태(Not Intent), 준비상태(Ready), 대기상태(Standby) 및 동작상태(Run) 중 어느 하나에 대응시키고, 대응된 각각의 상태에 따라 디스플레이부, 통신부, 센서부 및 중앙 제어부의 전원상태를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 산업용 임베디드 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인체 감지센서의 감지결과 상기 사용자의 움직임이 없을 경우 상기 초기상태(Not Intent)를 유지하되, 상기 사용자의 움직임이 감지될 경우 상기 초기상태(Not Intent)에서 상기 준비상태(Ready)로 전환되고,
    상기 준비상태(Ready)에서 상기 초음파 센서의 측정결과 상기 사용자가 기준거리 이내로 접근할 경우 상기 준비상태(Ready)에서 상기 대기상태(Standby)로 전환되고,
    상기 대기상태(Standby)에서 상기 사용자의 터치동작이 감지되면 상기 대기상태(Standby)에서 상기 동작상태(Run)로 전환되는 것을 특징으로 하는 산업용 임베디드 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 준비상태(Ready)가 제1 시간이상 유지되면 상기 준비상태(Ready)에서 상기 초기상태(Not Intent)로 전환되는 것을 특징으로 하는 산업용 임베디드 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 동작상태(Run)에서 제2 시간 이상 상기 사용자의 터치동작이 발생하지 않으면 상기 동작상태(Run)에서 상기 대기상태(Standby)로 전환되고, 상기 동작상태(Run) 또는 상기 대기상태(Standby)에서 상기 사용자가 상기 기준거리 초과하여 이동할 경우 상기 동작상태(Run) 또는 상기 대기상태(Standby)에서 상기 준비상태(Ready)로 전환되는 것을 특징으로 하는 산업용 임베디드 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산업용 임베디드 장치는,
    상기 초음파 센서 및 상기 인체 감지센서의 측정결과에 대응하여 선택되는 보류상태(Suspend)를 더 포함함에 있어서,
    상기 인체 감지센서의 감지결과 상기 사용자의 움직임이 없을 경우 상기 초기상태(Not Intent)를 유지하되, 상기 사용자의 움직임이 감지될 경우 상기 초기상태(Not Intent)에서 상기 보류상태(Suspend)로 전환되고,
    상기 보류상태(Suspend)에서 설정된 시간이내에 상기 사용자의 움직임이 감지될 경우 상기 보류상태(Suspend)에서 상기 준비상태(Ready)로 전환되며, 상기 보류상태(Suspend)에서 설정된 시간이내에 상기 사용자의 움직임이 감지되지 않을 경우 상기 보류상태(Suspend)에서 상기 초기상태(Not Intent)로 전환되고,
    상기 준비상태(Ready)에서 상기 초음파 센서의 측정결과 상기 사용자가 기준거리 이내로 접근할 경우 상기 준비상태(Ready)에서 상기 대기상태(Standby)로 전환되고,
    상기 대기상태(Standby)에서 상기 사용자의 터치동작이 감지되면 상기 대기상태(Standby)에서 상기 동작상태(Run)로 전환되는 것을 특징으로 하는 산업용 임베디드 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 준비상태(Ready)가 제1 시간이상 유지되면 상기 준비상태에서 상기 초기상태(Not Intent)로 전환되는 것을 특징으로 하는 산업용 임베디드 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동작상태(Run)에서 제2 시간 이상 상기 사용자의 터치동작이 발생하지 않으면 상기 동작상태(Run)에서 상기 대기상태(Standby)로 전환되고, 상기 동작상태(Run) 또는 상기 대기상태(Standby)에서 상기 사용자가 상기 기준거리 초과하여 이동할 경우 상기 동작상태(Run) 또는 상기 대기상태(Standby)에서 상기 준비상태(Ready)로 전환되는 것을 특징으로 하는 산업용 임베디드 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초기상태(Not Intent)에서는, 상기 디스플레이부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 통신부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 센서부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 중앙 제어부는 정지모드(Stop mode)를 유지하고,
    상기 준비상태(Ready)에서는, 상기 디스플레이부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 통신부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 센서부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 중앙 제어부는 슬립모드(Sleep mode)를 유지하고,
    상기 대기상태(Standby)에서는, 상기 디스플레이부는 전원 턴오프(TURN OFF), 상기 통신부는 전원 턴온(TURN ON), 상기 센서부는 전원 턴온(TURN ON), 상기 중앙 제어부는 실행모드(Run mode)를 유지하고,
    상기 동작상태(Run)에서는, 상기 디스플레이부는 전원 턴온(TURN ON), 상기 통신부는 전원 턴온(TURN ON), 상기 센서부는 전원 턴온(TURN ON), 상기 중앙 제어부는 실행모드(Run mode)를 유지하며,
    상기 중앙 제어부의 상기 정지모드(Stop mode)는 딥파워다운(Deep Power Down) 모드이고, 상기 중앙 제어부의 상기 슬립모드(Sleep mode)는 파워다운(Power Down) 모드이고, 상기 중앙 제어부의 상기 실행모드(Run mode)는 노멀(Nomal) 모드인 것을 특징으로 하는 산업용 임베디드 장치.
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