KR100695681B1 - Ｌ/ｃ 발진회로의 인덕턴스를 강제 변화시켜 그에 따른 발진회로의 주파수 변동을 감지하는 근접 센서 네트워크를 사용한 전자 주판의 주판알 위치 인식 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 주판알의 위치 검출을 위하여 L/C 발진회로를 내장한 자릿대와 인덕턴스를 강제로 변화시킬 수 있는 금속성 주판알로 구성되며,

인덕턴스 변화에 따른 L/C 발진회로의 주파수 변화 값을 감지하여 동작하는 근접 센서 어레이 (Proximity Sensor array) 를 구축하고, 이로써 주판 자릿대 위에 놓여진 주판알들의 위치를 파악하는 회로 및 알고리즘을 포함한다.

본 발명을 통하여 많은 수의 센서가 필요한 전자 주판의 제작에 있어서 경제성있는 위치 검출 센서 시스템을 구성할 수 있으며, 이 방법을 사용하면 자연적인 주변 환경의 영향을 최소화할 수 있다.

L/C 발진 회로, 근접 센서, 주판알 위치 검색, 전자 주판, 금속 주판알

Description

Ｌ/Ｃ 발진회로의 인덕턴스를 강제 변화시켜 그에 따른 발진회로의 주파수 변동을 감지하는 근접 센서 네트워크를 사용한 전자 주판의 주판알 위치 인식 방법{METHOD OF RECOGNIZING THE LOCATION OF A BEAD ON AN ELECTRONIC ABACUS USING PROXIMITY SENSOR NETWORK WHICH DETECTS A FREQUENCY CHANGE OF A OSCILLATING CIRCUIT BY CHANGING AN INDUCTANCE OF L/C OSCILLATING CIRCUIT}

도 1 은 종래의 발광부를 이용한 전자주판 구성을 나타낸 단면도;

도 2 은 종래의 조도에 영향을 받지 않도록 고안된 발명의 단면도;

도 3 는 L/C 발진회로의 인덕턴스를 강제 변화시키는 원리의 도식;

도 4 은 주판알 위치 인식을 위한 회로 구성도;

도 5 는 자릿대에서 주판알의 위치에 따라 숫자를 인식하는 순서도;

도 6 은 주판의 전체적인 값을 인식하는 방법을 나타내는 순서도;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 금속판을 포함한 주판알 103 : 부분적으로 코일이 감긴 자릿대

200 : 코일 104 : 아날로그 MUX

105 : ON/OFF 디텍터 106 : 마이크로-프로세서

본 발명은, L/C 발진회로의 인덕턴스를 강제 변화시키기 위하여 코일을 감은 자릿대와 금속판이 내장된 주판알로 구성된다.

이 구성을 통하여 주위의 광학적 환경에 영향을 받지 않으면서 인식 감도가 뛰어난 저가의 전자 주판을 만들 수 있다.

기존 광학식 주판알 위치 검색법에서 빈번히 발생되는 조도에 따른 인식 오류 문제 및 제작 공정의 복잡함을 해결하고 주판알이 위치를 검출하는 센서 인식 범위를 일부 벗어난 위치에 있을 때에도 정확한 위치 값을 얻기 위한 방법을 제공한다.

전자 주판은 수학적인 암기 능력 향상과 수리 능력 발달을 위하여 전자 계산기와 컴퓨터가 보급된 현재에도 많은 사람이 관심을 가지고 있으며 유사 분야에서 선행 특허들이 다수 출원되어 있다.

학습능력 발달을 위하여 컴퓨터와 연결하여 사용할 수 있도록 대한민국 공개특허공보 제 2003-0021208호에서 "전자주판"이라는 제목으로 제안되었고 이 발명이 갖는 광학식 주판알 위치 검출의 문제를 개선하기 위해 고안된 대한민국 실용신안공보 20-0328805 "전자주판의 주판알 위치 검출장치" 등의 선행 기술들이 제안되었다.

그러나 공개특허공보 제 2003-0021208호 "전자주판" 은 자릿대에 놓여진 주판알의 위치를 검색하기 위하여 광학식 검출 장치를 사용하고 있어 조도에 따라 잘못된 결과가 발생할 수 있고, 이를 개선한 대한민국 실용신안공보 20-0328805 "전자주판의 주판알 위치 검출장치" 는 도2에서 보는 바와 같이 주판알 하부에 설치된 소자 (210) 가 광학 센서 (230) 의 인식범위 중간 쯤에 위치해 있을 경우 어떻게 해석할 것인지에 문제가 발생하게 됨은 물론 두가지 경우가 모두 제작상 어려움이 있다.

위 두가지 선행 기술들은 모두 주판알의 위치 정보 해석 과정에서 빈번한 오류를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 제품 구성시에 위치 정보인식을 위하여 주판틀 부분에 위치 검출을 위한 추가 소자가 사용되고 있어 제작시 많은 비용이 투입될 수 밖에 없다.

예를 들어, 광학 센서가 인식하는 기준 조도 이상 또는 이하의 공간에서 주판을 구동하게 되면 광학 센서부로 부정확한 인식 값이 전달되어 인식에 오류가 발생하게 되고 이를 해결하기 위해서는 추가적인 광원 또는 센서를 설치하거나 기구적인 첨가물을 삽입하여 해결하여야 한다.

위 문제를 해결하기 위해서는 광학적인 검출 방법 외에 새로운 기술이 요구된다.

따라서 본 발명은 광학식 주판알 위치 검출 방식이 갖는 조도에 따른 인식 오차 문제와 광학센서의 인식 범위 중간에 주판알이 위치해 있을 경우 발생되는 주판알 위치 정보 해석 문제를 해결하고 또한 위치 정보 검출을 위해 추가적으로 설치 또는 사용되는 기구물 및 전자 소자를 줄여 제품원가를 절감하며 제작상의 어려움을 해소하여 생산성을 향상시키고자 한다. 요약하자면, L/C 발진회로의 인덕턴스를 강제 변화시키기 위하여 코일을 일정한 횟수로 감은 자릿대와 금속판이 내장된 주판알의 구성을 통해 주위 자연 환경에 영향을 받지 않는 인식 감도가 뛰어난 저가의 전자 주판을 만들 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 L/C 발진회로의 코일을 내장한 자릿대와 인덕턴스를 강제로 변화시킬 수 있도록 금속성 주판알이 사용되어진다.

주판알이 모두 금속일 필요는 없고, 자릿대와 맞닿는 부분만 금속성이 되도록 하면 된다.

위와 같이 주판 자릿대 위에 놓여진 주판알들의 위치를 파악하는 회로에서 각 코일에 대응하는 주파수 변화 값을 감지하여 동작하는 근접 센서 어레이 (Proximity Sensor array) 를 구축하고, 이를 분석하는 알고리즘을 통하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

금속판을 내장한 주판알(100), 5 군데에 동일한 횟수로 코일이 감겨진 자릿대(103)와, 상기 자릿대의 코일들과 연결되어 각 개별 코일을 선택할 수 있는 아날로그 MUX(104), 각 코일의 개폐 여부를 확인하는 ON/OFF 디텍터(105), 아날로그 MUX (104) 와 ON/OFF 디텍터 (105) 로부터 정보를 입력받아 주판의 종합적인 처리 알고리즘이 포함된 마이크로-프로세서 (106) 로 구성된다.

On/Off 디텍터 (105) 는 마이크로-프로세서 (106) 내에 포함될 수도 있다.

코일을 감는 위치는 한국의 일반적인 주판의 경우 최상단과 최하단을 제외한 5곳에 코일이 감겨지나 나라와 주판 형태에 따라 표현 방식이 다른 경우에는 코일이 감기는 위치가 바뀔 수 있다.
한편, 자릿대에 감겨지는 코일의 횟수가 각각이 달라지게 하여, 결과적으로 매 코일마다 발진 기본 주파수가 다르게 하여 인식 성능을 높이고, 오동작을 감지할 수 있도록 전자 주판에 제작될 수도 있다.
한편, 각 자릿대에 감기는 코일이 주판알의 자리마다 분리되지 않고 연결되어 있어서, 기본적인 원리는 같으면서 생산비를 낮출 수 있는 형태의 전자 주판이 되도록 제작할 수도 있다.

[도 3]에서는 본 발명의 기본 원리로써 코일과 금속판의 상대적 위치에 따라 발진 회로의 발진 주파수 값이 변화하는 것을 볼 수 있다.

금속판이 코일 위에 놓여 있을 때 코일에서 발생되는 주파수를 F 라고 가정하면 금속판을 내장한 주판알이 사라졌을 때는 N 배의 주파수만큼 증가한 NF 값을 발생한다. 이때 N은 실수이다.

주파수의 변화를 확인하여 코일 위에 주판알이 놓여 있는지 아닌지를 전기적으로 확인할 수 있다.

또한 정확히 올려져 있지 않고 [도 3]의 [A]와[B] 사이 중간쯤 걸쳐 있더라도 F ∼ NF의 사이의 아날로그 값을 갖게 된다.

이때 (N/2)F를 기준으로 이상이면 올려진 것으로 간주하고 (N/2)F 이하이면 내려진 것으로 간주하면 위치 검출 해석이 매우 용이해진다.

이렇게 기준이 되는 값은 상황에 맞게 조절하여 사용함이 타당하다.

[도 4]는 자릿대 1 개에서 각 주판알의 위치를 종합적으로 판단하기 위하여 아날로그 MUX 와 ON/OFF 디텍터를 이용하여 구성된 회로도를 표현한 것이다.

아날로그 MUX 에서는 S0, S1, S2 의 상태 정보에 따라 I4, I3, I2, I1, I0 의 입력이 선택되어지고 이 선택된 값은 ON/OFF 디텍터에 의해서 각 코일 위에 주판알이 올려져 있는지(on) 아닌지(off)를 판명하여 마이크로-프로세서 (106) 로 전달된다.

[도 4] 하단에 그려진 ON-OFF 디텍터 (105) 는 설정된 기준 주파수와 주파수 카운터를 서로 비교하여 On 또는 Off 상태를 디지털 신호를 출력한다.

이렇게 구성된 회로를 통하여 마이크로-프로세서 (106) 에서는 [도 5]에서 보는 순서도와 같이 소프트웨어를 작성하여 자릿대 1 개가 표현하는 숫자를 표현할 수 있다.

설명하자면 Sum = 0 으로 시작하여 I4 번의 ON/OFF 상태를 가장 먼저 파악하여 ON 이면 5 가 놓여진 상태이고 따라서 Sum=5 로 한다. 그렇지 않으면 Sum=0 인 상태로 남는다.

연이어 I3 칸부터 I0 칸까지 차례로 검사하면서 내려오면서 ON 이면 SUM 을 1 증가시키고, OFF 이면 그 자릿대의 값은 그때까지의 SUM 값으로 정해진다. 이때 사용되는 주판알 위치에 따른 On, Off 상태는 하기의 도 6 의 설명과 같이 얻어진다.

[도 6]은 각 자릿대의 숫자 정보를 이용하여 전체 주판의 값을 인식하는 알고리즘을 표현하였다.

순서도에서 보는 일련의 과정을 거쳐 전체적인 주판값이 인식되어 진다.

VARLINE[N]으로 구성된 줄 값 배열과 (N = 줄 수)과 VARSENSE[N,M] 으로 구성된 2 차원 배열 (M = 줄 당 알 수, 한국의 일반적인 주판의 경우는 5) 로 저장 구조를 구성하여 각 자릿대의 줄값에 대하여 주판알 값을 인식하고 마지막으로 끝 줄까지 주판알 값을 인식하여 전체적인 주판의 주판알 값을 인식하게 된다.

SENSE(I, j) 루틴에서는 (I, j)로 지정된 코일에 대한 발진 주파수를 감지하여 그 주파수가 주판알이 올려진 상태인지 아닌지에 따라 인식결과를 도출한다.

이 결과를 도 5에서 설명한 알고리즘이 사용하여 자릿대의 값을 계산할 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

본 발명은 전술한 구성에서 살펴 본 바와 같이 센서와 금속성 주판알 이외에는 위치 검출을 위한 추가적인 기구물 또는 센서 소자가 없으므로 제품 제조원가가 낮고, 생산성이 향상된다. 또한, 특성이 변하지 않는 회로구조이므로 내구성이 기계적 방법이나 광학적 방법에 비교해서 매우 높다.

또한 주판알이 인식할 수 있는 구간의 중간 정도에 놓여져 있을 때 아날로그 값을 전체 주판알 코일에 대하여 상대 비교 등을 통하여 섬세하게 위치 해석을 할 수 있어 위치 인식 감도가 매우 향상되는 효과를 가져온다. 이 기술은 반드시 전자 주판에만 활용될 수 있는 것이 아니라 많은 수의 근접 센서를 사용해야 하는 경우에는 어디에나 활용될 수 있다.

본 발명으로 선행 기술들이 내포하고 있던 센서 인식에서 발생될 수 있는 인식 오류 문제 및 인식 감도를 향상시킬 수 있으며 생산성의 향상을 가져올 수 있다.

Claims (7)

1. 주판알 위치 검출 수단을 포함하는 전자 주판으로서,

   상기 주판알 위치 검출 수단은,

   인덕턴스를 변화시킬 수 있는 금속판을 내장한 주판알(100);

   각각의 주판알에 대응되는 위치에 각각의 코일이 감겨진 자릿대(103);

   상기 자릿대(103)의 코일들과 연결되어 각각의 코일을 선택하여 발진기에 연결할 수 있는 아날로그 MUX(104);

   각각의 코일의 개폐 여부를 확인하는 ON/OFF 디텍터(105);

   아날로그 MUX(104)와 ON/OFF 디텍터(105)로부터 정보를 입력받아 주판의 숫자 상태를 종합적으로 처리할 수 있는 마이크로-프로세서(106)를 포함하며,

   상기 아날로그 MUX(104)에 의해, 상기 각각의 코일과 상기 각각의 금속판의 상대적 위치에 따른 발진 회로의 주파수 값의 변화가 감지되고,

   상기 주파수 값 변화에 따라 상기 ON/OFF 디텍터(105)는 각각의 주판알(100)이 각각의 코일 위에 위치하는지(즉, ON 상태) 또는 각각의 주판알(100)이 각각의 코일 위에 위치하지 않는지(즉, OFF 상태)를 판정하며,

   상기 판정 결과가 마이크로-프로세서(106)로 전달됨으로써 모든 자릿대(103)의 값을 획득하는, 전자 주판.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   금속판이 내장된 주판알의 올려진 상태를 검사하기 위하여 코일이 감겨진 자릿대를 포함한 전자 주판.
4. 제 3 항에 있어서,

   주판알에 대응되는 각각의 위치에 동일한 횟수로 코일이 감겨진 자릿대를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 주판.
5. 제 3 항에 있어서,

   L/C 발진 회로의 기본 주파수를 설정하고 주판알의 위치에 따라 발진 주파수가 변화되도록 하여 기본 주파수 값과의 차이에 따라 주판알의 위치를 인식할 수 있도록 구성된 전자 주판.
6. 제 1 항에 있어서,

   자릿대에 감겨지는 코일의 횟수가 각각이 달라지게 하여 결과적으로 매 코일마다 발진 기본 주파수가 다르게 하여 인식 성능을 높이고, 오 동작을 감지할 수 있는 전자 주판.
7. 제 1 항에 있어서,

   각 자릿대에 감기는 코일이 주판알의 자리마다 분리되지 않고 연결되어 있는 전자 주판.

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