KR102620630B1 - 온도센서를 이용한 ai 온열 및 인체 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템에 있어서, 베이스부; 과열 방지를 위해 전원을 차단하는 바이메탈; 온열 매트의 온도를 감지하는 온도센서; 상기 베이스부에 지그재그 형태로 배치되어 전기에너지를 열에너지로 변환하는 열선; 및 온열 매트에서의 각 구성에 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함한다.

Description

온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템 {AI thermal and human body detection system using temperature sensor}

본 발명은 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템에 관한 것으로, 특히 열선을 사용하여 온도를 조절하며 인체의 움직임을 감지하여 효율적으로 온도를 유지하는 시스템에 관한 것이다.

온열 매트는 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 사용자에게 따뜻함을 제공하는 기능이 주로 사용되었다. 그러나 이러한 온열 매트는 인체의 움직임을 감지하지 못하고, 사용자가 움직이지 않는 동안에도 지속적으로 열을 발산하여 에너지 소비가 비효율적이었다. 또한, 사용자가 장시간 움직이지 않는 경우에도 온열 매트는 계속 작동하여 과열되거나 사용자에게 불편함을 줄 수 있었다.

또한, 한번 켜 놓은 후 장기간으로 사용하거나, 사용하지 않은 경우에 전원을 켜놓은 상태로 외출을 하는 경우가 있는데, 이와 같은 경우에 온열 매트가 과열되어 화재의 원인이 되기도 한다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 다양한 방법이 제안되었으나, 대부분의 방법은 복잡한 구조를 가지거나 추가적인 비용이 발생하는 단점이 있었다. 따라서, 사용자의 움직임을 감지하고 온도를 적절하게 조절하는 기능을 갖춘 효율적인 온열 매트 시스템이 필요하게 되었다.

또한, 기존의 온열 제품들은 온도 조절 및 인체 감지를 위해 다양한 부품을 사용해야 했으며, 이로 인해 생산 과정에서 복잡성이 증가하고 비용이 상승하는 문제가 발생하였고, 감지판이나 감지선과 같은 별도의 부품을 사용하는 것은 제품의 불량률 증가와 더불어 전력소모와 공간 활용에 있어서의 비효율성을 야기하였다.

KR 10-1706932 2017.02.09. KR 10-1492374 2015.02.04. KR 10-1526178 2015.06.01. KR 10-1730999 2017.04.21. KR 10-1564441 2015.10.23. KR 10-1894474 2018.09.04

본 발명은 이러한 배경기술에 기초하여, 온도감지 및 인체감지를 통해 효율적인 온도 조절을 수행하고 에너지 소비를 줄이는 온열 매트 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 사용자의 움직임을 감지하여 과열 방지 및 사용자의 편의성을 높이는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 온열 제품에 필수적으로 들어가는 부품인 온도센서를 이용하여 인체 감지 기능을 통합함으로써, 인체감지를 위한 추가적 부품인 별도의 감지판 또는 감지선이 필요하지 않게 되어 생산 과정의 복잡성을 줄이고 비용을 절감하며,

본 발명은 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템을 도입하여, 생산력이 크게 향상되어 기업의 원가 절감 및 온열 제품의 단순화로 불량률이 감소되어 기업의 경쟁력을 극대화 시키며, 이를 통해 온열 제품 시장에서 기업의 지위를 높이고 소비자들에게 더 나은 제품을 제공하도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템에 있어서, 베이스부; 과열 방지를 위해 전원을 차단하는 바이메탈; 온열 매트의 온도를 감지하는 온도센서; 상기 베이스부에 지그재그 형태로 배치되어 전기에너지를 열에너지로 변환하는 열선; 및 온열 매트에서의 각 구성에 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함한다.

상기 온도센서는 상기 열선이 배치된 베이스부의 일단에서 인체의 움직임을 감지하도록 하는 인체감지부;를 더 포함하며, 조작부를 포함하며, 상기 조작부는 사용자입력부; 저장부; 및 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 상기 사용자입력부로부터 기 설정된 온도로의 동작명령을 수신하면, 상기 전원공급부로부터 인가된 전원이 열선에 전달되어 열선이 열에너지를 생성하도록 하며, 상기 온도센서가 복수의 주기 중 휴지기와 동작기를 번갈아 반복되도록 형성된 기 설정된 제1주기의 동작기에서 온도값을 측정하도록 하고, 상기 제1주기의 휴지기에서 상기 인체감지부에서 측정되는 수치값에 기초하여 인체의 움직임을 감지하며, 상기 제어부는 인체의 움직임이 감지되면 복수의 주기 중 기 설정된 휴지기와 동작기가 번갈아 반복되도록 형성된 제2주기로 상기 전원공급부에서 상기 열선으로 전원이 상기 제2주기의 동작기에 인가되도록 하며, 인체의 움직임이 감지되지 않으면 상기 제2주기의 휴지기보다 긴 휴지기를 같는 제3주기로 상기 전원공급부에서 상기 열선으로 전원이 인가되도록 하며, 상기 제어부는 인체의 움직임이 감지되지 않는 시간이 기 설정된 시간을 초과하면 상기 전원공급부에서 상기 열선으로 전원이 인가되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 인체감지부는 온도센서에서 공급되는 전원의 전위신호를 검출하도록 하는 전위감지부를 포함하며, 상기 전위감지부는 상기 저장부에 기 저장된 인체의 움직임이 감지되지 않을 때의 제1전위측정치와 인체의 움직임이 감지될 때의 제2전위측정치를 판단기준에 기초하여 인체의 움직임을 감지하는 것을 특징으로 한다.

온도감지 및 인체감지를 통해 효율적인 온도 조절을 수행하고 에너지 소비를 줄이는 온열 매트 시스템을 제공할 수 있으며, 또한 사용자의 움직임을 감지하여 과열 방지 및 온열 매트를 사용하는 사용자의 편의성을 높일 수 있다.

또한,온열 제품에 필수적으로 들어가는 부품인 온도센서를 이용하여 인체 감지 기능을 통합함으로써, 인체감지를 위한 추가적 부품인 별도의 감지판 또는 감지선이 필요하지 않게 되어 생산 과정의 복잡성을 줄이고 비용을 절감할 수 있으며,

온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템을 도입하여, 생산력이 크게 향상되어 기업의 원가 절감 및 온열 제품의 단순화로 불량률이 감소되어 기업의 경쟁력을 극대화 시키며, 이를 통해 온열 제품 시장에서 기업의 지위를 높이고 소비자들에게 더 나은 제품을 제공할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 일반적 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 구체적 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 조작부의 구성을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템에서 제어부가 동작을 조절하는 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템에서 전위감지부가 전위측정치를 판단하는 것을 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 이하의 실시예에 설명된 구성 또는 작용으로만 한정되지는 않는다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에서, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에서, '구성되다', '포함하다', '가지다' 등의 용어는 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. 또한, 본 발명의 실시예에서, '모듈' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있으며, 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서, 복수의 요소 중 적어도 하나(at least one)는, 복수의 요소 전부 뿐만 아니라, 복수의 요소 중 나머지를 배제한 각 하나 혹은 이들의 조합 모두를 지칭한다. 또한, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된 (designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)"것 만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 이는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해, 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것은 아님을 밝혀 둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 일반적 구성을 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 구체적 구성을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 조작부의 구성을 구체적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템에서 제어부가 동작을 조절하는 그래프를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템에서 전위감지부가 전위측정치를 판단하는 것을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템은 베이스부(100), 바이메탈(200), 온도센서(300), 열선(400) 및 전원공급부(500)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온열 매트(10)는 사용자에게 따뜻한 온기를 공급하기 위해 전기를 사용하여 발열하는 매트류의 기기를 의미하며, 일반적으로 침대, 바닥 등의 아래에 놓여 사용되며, 특히 겨울철이나 날씨가 추운 지역에서 건강을 유지하고 에너지 효율성을 높이기 위한 장치를 말한다.

한편, 본 발명에 따른 온열 매트(10)는 전기 전도체로 된 열선(400)이 내장되어 있어 열선(400)이 전기를 통과하면 발열하는 전기 온열 매트, 전기 저항이 높아 전류가 흐르면 열이 발생하는 카본섬유를 매트 전체에 고르게 분포하여 열을 생성하는 카본 온열 매트, 원적외선 발생 소자를 사용하여 열을 생성하는 원적외선 온열 매트, 자기장을 이용하여 열을 발생시키는 자기 발열 매트, 화학 반응을 통해 열을 생성하도록 발열제가 온열 매트 내에 삽입되는 핫팻 온열 매트 등의 모든 온열 매트를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 온열 매트(10)는 사용자의 필요와 환경에 따라 전기사용량, 발열 효율, 이동성 등을 고려하여 선택할 수 있는 다양한 종류의 온열 매트(10)를 모두 포함할 수 있으며, 사용자에게 열을 발산하도록 하는 모든 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 베이스부(100)는 온열 매트(10)의 기본적인 구조를 제공하는 부분으로, 열선(400), 바이메탈(200), 온도센서(300) 등의 온열 매트(10)를 구성하고 있는 다양한 구성들이 배치되는 기본 틀의 역할을 한다. 한편, 베이스부(100)는 고온에 강하고, 전기 절연성이 높은 소재로 제작되는 것이 온열 매트(10)의 내구성과 안정성을 향상시키는데 바람직할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 바이메탈(200)은 과열 방지를 위해 전원을 차단하는 역할을 하며, 보다 구체적으로 바이메탈(200)은 두 가지 이상의 금속이 접합된 형태의 소재로써, 각 금속의 열팽창계수가 상이함을 이용하여 온도 변화에 따라 움직이거나 변형되는 특성에 기초하여 온도감지 및 조절, 과열방지 등의 역할을 수행할 수 있다. 본 발명에 따른 바이메탈(200)은 온도보상 바이메탈, 온도표시 바이메탈, 스냅 액션 바이메탈, 바이메탈 스트립, 바이메탈 코일 등 다양한 실시예가 존재할 수 있으나, 설명의 편의를 위하여 본 발명에서는 온도가 일정 수준 이상 상승하면 금속의 열팽창에 따라 변형되어 전기 회로를 차단하도록 구성된 과열 방지 바이메탈을 전제로 하여 기술한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 온도센서(300)는 물리적, 화학적 변화를 전기 신호로 변환하여 온도를 측정하는 장치로써, 온열 매트(10)에서의 온도를 감지하고 이에 기초하여 일정한 온도를 유지하도록 온도를 감지하여 이를 측정하는 역할을 한다. 이를 통해 온열 매트(10)에서 일정한 온도가 적절히 유지될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 온도센서(300)는 반도체 소재로 만들어져 온도에 따라 저항값이 변화하는 써미스터(Thermistor), 서로 다른 두 가지 금속의 접촉점에서 발생하는 열전기 효과를 이용하여 온도를 측정하는 열전대(Thermocouple), 물체에서 발생하는 적외선 복사에너지를 측정하는 무접촉형 적외선(IR) 온도센서, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 온도를 측정하는 디지털 온도센서, 광섬유를 사용하여 온도를 측정하는 섬유 광학 온도센서(Fiber Optic Temperature Sensor)를 모두 포함할 수 있으나, 본 발명에서의 온도센서는 설명의 편의를 위해, 금속의 전기 저항이 온도에 따라 변화하는 것을 이용하여 주로 플래티넘, 니켈, 구리 등의 금속을 이용하여 온도를 측정하는 RTD(Resistance Temperature Detector) 방식을 전제로 하여 기재한다. 다만, 이에 본 발명의 온도센서(300)의 종류가 한정되는 것은 아니며, 측정범위, 정밀도, 반응속도, 환경조건 등의 고려사항에 따라 적절하게 선택되는 다양한 온도센서를 모두 포함할 수 있다.

온열 매트(10)의 온도를 감지하는 온도센서(300)로, NTC (음온도 계수) 센서, RTD (저항 온도 변화) 센서, 온도 스위치 등이 사용된다. 이러한 센서들은 온도 변화에 따른 전기적 변화를 감지하여 온도 정보를 전달하고, 이를 토대로 제어 회로가 온도를 조절한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 열선(400)은 베이스부(100)에 지그재그 형태로 배치되어 전기에너지를 열에너지로 변환하는 역할을 한다. 보다 구체적으로 전기 저항 효과를 이용하여 발열하는 전기 전도성 소재로 만들어진 선을 의미한다.

한편, 본 발명에 따른 열선(400)은 켈(Ni)과 크롬(Cr)으로 이루어진 고온 저항성 합금선으로, 내식성, 내산성, 내열성이 뛰어나며, 전기 저항이 높은 니크롬선(Nichrome Wire), 전기 전도도가 뛰어나고 가격이 상대적으로 저렴해 다양한 분야에서 사용되는 구리선(Copper Wire), 경량이며, 전기 전도도와 열 전도도가 우수한 특징을 가진 알루미늄선(Aluminum Wire), 실리콘 고무로 전도성 섬유를 감싼 유연한 열선(400)으로, 내화학성 및 내열성이 뛰어나며, 굴곡이 가능한 실리콘 고무 열선(Silicone Rubber Heating Wire), 탄소섬유를 사용한 전기 전도성 소재로 만들어진 열선으로, 전기 저항이 높고 열전도도가 뛰어난 특성을 가진 탄소섬유 열선(Carbon Fiber Heating Wire), 전류를 통해 전자기장을 생성하고, 이로 인해 발생하는 열 에너지로 온도를 증가시키는 방식을 사용하는 인열선(Induction Heating Wire), 외부를 폴리비닐클로라이드(PVC)로 절연 처리하여 내부에 전도성 소재를 배치하여 만들어진 PVC 열선을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 전원공급부(500)는 온열 매트(10)의 구성 요소에 전력을 공급하며, 전압 및 전류를 조절하는 역할을 한다. 예컨대, 본 발명에 따른 전원공급부(500)는 전압 변환기, 전원코드, 플러그 등을 구성으로 할 수 있으며, 안전한 전원 공급을 의해 과전압, 과전류, 단락 보호 등의 기능을 가진 보조구성들이 포함될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전원공급부(500)는 일반적으로 가정용 전기 소켓에서 제공하는 교류 전압을 온열 매트(10)에 적합한 직류 전압으로 변환하여, 고정 전압 또는 가변 전압을 제공하며, 사용자가 전압을 선택하여 온열 매트(10)의 발열 성능을 조절하는 AC어댑터를 추가 구성으로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템의 온도센서(300)는 열선(400)이 배치된 베이스부(100)의 일단에서 인체의 움직임을 감지하도록 하는 인체감지부를 더 포함한다.

본 발명에 따른 인체감지부는 보다 구체적으로 인체와 가까워짐에 따라 발생하는 정전용량의 변화를 감지하여 인체의 존재와 움직임을 파악하는 정전용량 체크 방식을 이용할 수 있다. 즉, 정전용량 센서는 인체가 전극에 접근하면 전극 사이의 정전용량이 증가하고, 인체가 전극에 멀어지면 정전용량이 감소하고, 이와 같은 변화를 전압 변화로 변환하여 인체의 움직임을 파악하는 것이다.

이와 같은 방식을 사용할 경우에, 인체감지부는 정전용량 변화를 감지할 수 있도록 금속이나 도전성 잉크로 만들어진 패턴으로 구성된 전극, 전극 사이의 전기에너지 전달을 차단하는 절연체를 포함하는 정전용량 센서, 온도센서(300)의 와이어에 함께 배치되어 정전용량 변화에 따른 전압변화를 제어부(630)에 전달하는 전달와이어를 포함하며, 이들을 통해 후술할 제어부(630)에서 정전용량 센서에 전달받은 전압 변화를 해석하고 인체의 움직임 여부를 판단할 수 있다.

한편, 인체감지부는 압력 변화에 따른 전극 사이의 거리 변화를 감지하여 전기용량 변화를 측정하는 전기용량형 센서를 이용할 수 있다. 전기용량형 센서는 전극 사이의 변위체의 변형에 따라 압력을 감지하며, 예컨대, 압력이 증가하면 변위체가 변형되어 전극 사이의 거리가 줄어들어 전기용량이 증가하고, 압력이 감소하면 전극 사이의 거리가 늘어나고 전기용량이 감소하고, 이를 제어부(630)에서 전기용량형 센서로부터 전달받은 전압 변화를 해석하여 인체의 움직임 여부를 판단하는 것이다.

본 발명의 다른 실시예로, 인체감지부는 온도센서(300)에 인가된 상용 교류전원에 의한 전기장의 작용으로 전기적 유도 또는 자기적 유도되어 온도센서(300)의 전선상에 나타나는 전위로써 교류전원의 주파수 성분을 갖는 험(hum) 전위를 측정하고, 제어부(630)가 험 전위의 변동을 해석하여 인체의 움직임을 감지할 수 있다. 도 5는 이와 같은 예시를 나타낸 것으로써, a는 인체 움직임이 없을 때의 전위 신호를 의미하며, a'은 인체 움직임이 있을 때의 전위 신호를 의미한다. 다만, 이와 같은 차이는 매우 작기 때문에, 고저항값을 갖는 저항소자로 구성된 임피던스 소자를 이용하여 해석하도록 할 수 있다. 이와 같은 전위 신호의 차이는 기존의 인체움직임이 없는 상태에서 결과를 측정하고, 인체움직임이 있는 상태에서 결과를 측정하는 것을 반복하여 쌓인 데이터베이스에 기초하여 결정될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템은 인공지능 기술을 활용하여 인체의 움직임을 감지하는데 있어서 오작동에 대한 피드백을 수행하고, 효율적으로 온도센서 기반 인체의 움직임을 감지하도록 제어될 수 있다.

예컨대, 인공지능 모델은 온도센서를 사용하여 인체 움직임에 따른 전위의 변화 데이터를 학습 과정에서 AI 모델이 패턴을 인식하고 예측하기 위해 수집하는 데이터 수집단계, 수집된 데이터를 정제하고 노이즈를 제거한 후 특징 추출(feature extraction)을 통해 데이터에서 중요한 정보를 추출하여 인공지능 모델에 적합한 형태로 변환하는 데이터 전처리단계, 전처리된 데이터를 이용하여 인체 움직임과 전위 변화 사이의 관계를 학습하여 최적의 패턴을 찾도록 지도 학습(Supervised learning) 또는 비지도 학습(Unsupervised learning) 방식으로 모델을 학습하는 모델 학습단계, 인공지능 모델의 성능을 평가하기 위하여 기 작성된 테스트 데이트를 사용하여 정확도, 정밀도, 재현율 등 다양한 평가 지표를 도출하는 모델 평가 단계, 인체 움직임을 정확히 감지하도록 최적화히기 위하여 실시간으로 전위의 변화를 분석하고 인체 움직임을 감지하는 알고리즘을 개발하는 알고리즘 개발 단계, 개발된 움직임 감지 알고리즘과 기존 온도센서의 시스템을 통합하여 성능을 최적화하는 시스템 통합 및 최적화 단계를 진행하여 온도센서를 기반으로 인체 움직임을 감지하도록 하는 시스템을 개선 및 효율적으로 동작하도록 할 수 있다.

보다 구체적으로, 온도센서에서 측정된 데이터를 활용하여 인체 움직임을 감지하는데 컨볼루션 신경망(Convolutional Neural Networks, CNN)을 적용하는 것을 기재하면, 시간에 따라 온도센서에서 측정된 전위값으로 구성된 인체 움직임에 따른 전위의 변화 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 정제하고 노이즈를 제거한 후 시계열 데이터를 2차원 이미지 형태로 변환하여 CNN 모델의 입력으로 예컨대, 시간을 x축, 전위값을 y축으로 하여 시간-전위의 2차원 이미지로 데이터를 변환하도록 전처리하며, 전위값의 패턴을 추출하는 컨볼루션 층, 데이터의 차원을 축소하여 계산 효율성을 높이는 풀링 층, 활성화 함수, 완전연결 층을 포함하는 CNN 모델을 구축하며, 상기 기재된 방법으로 CNN 모델을 학습, 평가 및 알고리즘을 개발하여 이를 온도센서의 시스템과 통합하여 성능을 최적화하도록 하도록 CNN 모델을 재구축하여 인체 움직임을 감지하도록 할 수 있다. 한편, 이와 같은 CNN 모델을 사용하면 시계열 데이터를 이미지형태로 변환하여 온도 센서 데이터를 분석하는데 보다 직관적으로 알 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템은 조작부(600)를 포함한다. 본 발명에 따른 조작부(600)는 사용자의 입력을 받아 전원공급부(500) 및 제어부(630)를 통해 전체 시스템 동작을 제어하는 역할을 하며, 이를 통해 사용자는 온열 매트(10)의 온도, 동작 시간, 작동 모드 등을 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 조작부(600)는 사용자입력부(610), 저장부(620) 및 제어부(630)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사용자입력부(610)는 예를 들어 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 디바이스, 터치 입력 디바이스, 적외선 카메라, 비디오 입력 디바이스 또는 임의의 다른 입력 디바이스 등을 포함할 수 있다. 또한, 사용자입력부(610)는 입력을 위한 것 외에도, 입력한 사항을 확인할 수 있도록 하는 출력 장치를 포함할 수 있는데, 출력 장치는 예를 들어 하나 이상의 디스플레이, 스피커, 프린터 또는 임의의 다른 출력 디바이스 등을 포함할 수 있다. 또한, 외부의 입력 디바이스 또는 출력 디바이스를 사용자입력부(610) 또는 출력 장치로서 사용할 수도 있다. 예컨대, 사용자입력부(610)를 통해 온열 매트(10)의 각종 동작에 대한 수치, 모드 등에 대한 입력을 수행할 수 있으며, 출력 장치를 통해 이들이 제대로 동작하고 있는지 등을 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저장부(620)는 유선 또는 무선으로 연결된 외부 컴퓨팅장치를 통해 수신된 정보를 저장할 수 있으며, 후술할 제어부(630)에 의해 수신된 측정된 온도값, 인체감지부에서 측정되는 수치값 등에 대한 정보를 수신하여, 이를 저장할 수 있다. 저장부(620)는 후술할 제어부(630)의 처리 및 제어에 따라서 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(620)는 제어부(630)에 의해 엑세스되어, 데이터의 독취, 기록, 수정, 삭제, 갱신 등을 수행할 수 있다. 저장부(620)는 온열 매트 시스템에서 전원 제공 유무와 무관하게 데이터를 보존할 수 있도록 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(hard-disc drive), SSD(solid-state drive) 등과 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 저장부(620)는 제어부(630)에 의해 처리되는 데이터가 임시로 로딩되기 위한 버퍼, 램 등과 같은 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(630)는 온열 매트(10)의 제반 구성들이 동작하기 위한 제어를 수행할 수 있다. 제어부(630)는 이러한 제어 동작을 수행할 수 있도록 하는 제어프로그램(혹은 인스트럭션)과, 제어프로그램이 설치되는 비활성의 메모리, 설치된 제어프로그램의 적어도 일부가 로드되는 휘발성의 메모리 및 로드 된 제어프로그램을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 혹은 CPU(Central Processing Unit)를 포함할 수 있다. 또한, 이와 같은 제어프로그램은 온열 매트(10) 외에도 다른 외부의 전자장치에도 저장되어 온열 매트(10)에 연결되어 사용될 수 있다.

제어프로그램은 BIOS, 디바이스드라이버, 운영체계, 펌웨어, 플랫폼 및 응용프로그램(어플리케이션) 중 적어도 하나의 형태로 구현되는 프로그램(들)을 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 응용프로그램은, 온열 매트(10)의 제조 시에 저장부(620)에 미리 설치 또는 저장되거나, 혹은 추후 사용 시에 외부로부터 응용프로그램의 데이터를 수신하여 수신된 데이터에 기초하여 저장될 수 있다. 한편, 제어부(630)는 device, S/W module, circuit, chip 등의 형태 또는 그 조합으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(630)는 사용자입력부(610)로부터 기 설정된 온도로의 동작명령을 수신하면, 전원공급부(500)로부터 인가된 전원이 열선(400)에 전달되어 열선(400)이 열에너지를 생성하도록 하며, 온도센서(300)가 복수의 주기 중 휴지기와 동작기를 번갈아 반복되도록 형성된 기 설정된 제1주기의 동작기에서 온도값을 측정하도록 하고, 제1주기의 휴지기에서 인체감지부에서 측정되는 수치값에 기초하여 인체의 움직임을 감지하도록 제어할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 온도센서(300)는 휴지기와 동작기가 반복되는 복수의 주기에서 온도값을 측정하도록 하는 동작기인 제1주기에서는 온도값을 측정하며, 온도값을 측정하지 않도록 하는 휴지기에서는 인체감지부를 통해 측정되는 수치값, 즉, 전위량의 변화에 기초하여 인체의 움직임을 감지하는 것이다. 이를 통해, 온도센서(300)를 통해 온도의 측정뿐만이 아닌 인체의 움직임을 감지하는 것을 동시에 할 수 있어 제작비를 감소할 수 있으며, 구성을 보다 간편하게 하여 경제성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(630)는 인체의 움직임이 감지되면 복수의 주기 중 기 설정된 휴지기와 동작기가 번갈아 반복되도록 형성된 제2주기로 전원공급부(500)에서 열선(400)으로 전원이 제2주기의 동작기에 인가되도록 하며, 인체의 움직임이 감지되지 않으면 제2주기의 휴지기보다 긴 휴지기를 같는 제3주기로 전원공급부(500)에서 열선(400)으로 전원이 인가되도록 하며, 인체의 움직임이 감지되지 않는 시간이 기 설정된 시간을 초과하면 전원공급부(500)에서 열선(400)으로 전원이 인가되지 않도록 제어할 수 있다. 즉, 인체의 움직임이 감지되면 정상 동작을 하되, 인체의 움직임이 감지되지 않으면, 숙면을 취하고 있는 것으로 판단하여 현재의 온도가 잘 유지되도록 휴지기를 보다 길게 가져가는 것이다. 이는 적절한 온도가 아니라면 재차 숙면중인 사용자가 뒤척이는 등으로 움직임이 발생할 것이며, 이때 재차 설정된 온도로의 정상주기로 작동하되, 장기간 움직임이 감지되지 않으면, 예컨대, 4시간 이상, 사용자가 숙면을 마친 후 외출한 것으로 판단하여 전원이 더 이상 열선(400)에 인가되지 않도록 하여 과열 및 화재발생을 방지하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(630)는 설정온도, 온열 매트(10)의 면적 등의 다양한 변수에 기초하여 동작기와 휴지기를 반복하는 열선(400)의 주기의 비율을 결정할 수 있다. 즉, 동작기와 휴지기를 1:k의 비율로 결정한다고 하였을 때, k는 하기의 [수학식1]에 기초하여 결정될 수 있다.

[수학식1]

상기 [수학식1]에서 k는 휴지기의 비율상수를 의미하며, t는 온열 매트(10)의 작동 시간(분)을 의미하며, A는 온열매트의 면적(m2)을 의미하며, T는 사용자가 설정한 온열 매트(10)의 목적 온도(℃)를 의미한다. 이는, 작동 시간이 길어질수록 휴지기가 길어지도록 설정되도록 하는 것이며, 면적이 커질수록 열이 배출될 가능성이 높아지기 때문에 휴지기가 짧아지도록 설정된 것이며, T는 목적온도가 높을수록 휴지기가 짧아지도록 설정한 것이다. 한편, 이와 같은 휴지기의 비율상수를 구하는 것은 사용자 설정에 따라 1시간, 2시간 간격으로 새롭게 설정되도록 할 수 있다.

한편, 온도센서(300)의 움직임 감지에 대한 주기 또한 동작기와 휴지기를 반복하는데, 이때 온도를 측정하는 동작기와 움직임을 측정하는 휴지기를 1:k'의 비율로 결정한다고 하였을 때, k'는 하기의 [수학식2]에 기초하여 결정할 수 있다.

[수학식2]

상기 [수학식2]에서 k'는 사용자의 움직임을 측정하는 휴지기의 비율상수를 의미하며, t'은 종래 1시간 간격 사이에 움직임이 측정된 횟수를 의미하며, A는 온열매트의 면적(m2)을 의미하며, T는 사용자가 설정한 온열 매트(10)의 목적 온도(℃)를 의미한다. 이는, 움직임의 빈도가 높을수록 사용자가 현재에도 온열 매트(10) 상에 위치할 확률이 높아지므로 1시간 동안 움직임이 측정된 횟수가 커질수록 휴지기가 길어지도록 설정되도록 하는 것이며, 면적이 커질수록 움직임이 측정될 가능성이 높아지기 때문에 휴지기가 짧아지도록 설정된 것이며, T는 목적온도가 높을수록 사용자가 숙면을 취할 확률이 높기 때문에 휴지기가 짧아지도록 설정한 것이다. 한편, 이와 같은 휴지기의 비율상수를 구하는 것은 사용자 설정에 따라 1시간, 2시간 간격으로 새롭게 설정되도록 할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 온열 매트
100: 베이스부
200: 바이메탈
300: 온도센서
400: 열선
500: 전원공급부
600: 조작부
610: 사용자입력부
620: 저장부
630: 제어부

Claims (3)

1. 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템에 있어서,
   베이스부;
   과열 방지를 위해 전원을 차단하는 바이메탈;
   온열 매트의 온도를 감지하는 온도센서;
   상기 베이스부에 지그재그 형태로 배치되어 전기에너지를 열에너지로 변환하는 열선; 및
   온열 매트에서의 각 구성에 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하며,
   상기 온도센서는 상기 열선이 배치된 베이스부의 일단에서 인체의 움직임을 감지하도록 하는 인체감지부;를 더 포함하며,
   조작부를 포함하며,
   상기 조작부는
   사용자입력부; 저장부; 및 제어부;를 포함하며,
   상기 제어부는
   상기 사용자입력부로부터 기 설정된 온도로의 동작명령을 수신하면, 상기 전원공급부로부터 인가된 전원이 열선에 전달되어 열선이 열에너지를 생성하도록 하며,
   상기 온도센서가 복수의 주기 중 휴지기와 동작기를 번갈아 반복되도록 형성된 기 설정된 제1주기의 동작기에서 온도값을 측정하도록 하고, 상기 제1주기의 휴지기에서 상기 인체감지부에서 측정되는 수치값에 기초하여 인체의 움직임을 감지하며,
   상기 제어부는 인체의 움직임이 감지되면 복수의 주기 중 기 설정된 휴지기와 동작기가 번갈아 반복되도록 형성된 제2주기로 상기 전원공급부에서 상기 열선으로 전원이 상기 제2주기의 동작기에 인가되도록 하며, 인체의 움직임이 감지되지 않으면 상기 제2주기의 휴지기보다 긴 휴지기를 같는 제3주기로 상기 전원공급부에서 상기 열선으로 전원이 인가되도록 하며,
   상기 제어부는 인체의 움직임이 감지되지 않는 시간이 기 설정된 시간을 초과하면 상기 전원공급부에서 상기 열선으로 전원이 인가되지 않도록 하며,
   상기 인체감지부는 온도센서에서 공급되는 전원의 전위신호를 검출하도록 하는 전위감지부를 포함하며,
   상기 전위감지부는 상기 저장부에 기 저장된 인체의 움직임이 감지되지 않을 때의 제1전위측정치와 인체의 움직임이 감지될 때의 제2전위측정치를 판단기준에 기초하여 인체의 움직임을 감지하며,
   상기 제어부는 상기 열선의 동작기와 휴지기의 비율을 1:k로 동작하도록 제어하며,
   상기 k는 하기 [수학식1]에 기초하여 결정되며,
   
   상기 [수학식1]에서 상기 k는 제1휴지기의 비율상수를 의미하며, t는 온열 매트의 작동 시간(분)을 의미하며, A는 온열 매트의 면적(m2)을 의미하며, T는 사용자가 설정한 온열 매트의 목적 온도(℃)를 의미하며,
   상기 제어부는 상기 열선의 동작기와 휴지기의 비율을 1:k'으로 동작하도록 제어하며,
   상기 k'은 하기 [수학식2]에 기초하여 결정되며,
   
   [수학식2]
   상기 [수학식2]에서 k'는 사용자의 움직임을 측정하는 제2휴지기의 비율상수를 의미하며, t'은 종래 1시간 간격 사이에 움직임이 측정된 횟수를 의미하는 것을 특징으로 하는 온도센서를 이용한 AI 온열 및 인체 감지 시스템.
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