KR101258203B1 - cradle device for sensing bio-electric signal and portable device for analyzing the bio-electric signal - Google Patents
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Abstract
생체 신호 검출용 크래들 및 이를 적용하는 휴대용 감성 분석기에 관해 기술된다. 크래들은: 몸체; 상기 몸체에 마련되는 것으로 휴대용 전자 단말기가 장착되는 탑재부; 사용자의 손 바닥에 접촉되어 생체 신호를 검출하는 복수의 전극과 센서; 그리고 상기 복수의 전극과 센서가 연결되어 생체 신호를 처리하는 것으로 복수의 생체 신호 회로, ADC(analog-digital converter) 및 통신부를 가지는 회로부;를 구비한다.A cradle for detecting a biosignal and a portable emotional analyzer to which the same is applied are described. Cradle: body; A mounting part provided in the body to which a portable electronic terminal is mounted; A plurality of electrodes and sensors contacting the bottom of a user's hand to detect a biosignal; And a plurality of biosignal circuits, an analog-digital converter (ADC), and a circuit unit having a communication unit to process the biosignal by connecting the plurality of electrodes and the sensor.
Description
전기적으로 생체 신호를 검출하는 크래들 및 휴대용 생체 신호 분석기에 관련한 것으로 상세하게, 감성 신호를 검출하는 크래들 및 이를 분석하는 휴대 장치에 관련한다.The present invention relates to a cradle electrically detecting a biosignal and a portable biosignal analyzer, and more particularly, to a cradle detecting an emotional signal and a portable device analyzing the same.
사람의 감성은 실생활에서 매우 다양하게 응용할 수 있다. 사용자의 감성을 시간과 장소에 제한 받지 않고 언제 어디서나 편리하게 수집하여 활용하기 위해서는 감성측정장비의 소형화와 경량화가 필요하다.Human emotions can be applied in various ways in real life. In order to conveniently collect and use the user's emotions anytime and anywhere without limitation, it is necessary to reduce the size and weight of the emotion measuring equipment.
본 발명에 따르면, 사용자의 감성을 언제 어디서나 편리하게 측정하여 이를 활용할 수 있는 생체 신호 검출 크래들 및 이를 적용하는 휴대용 감성 분석기가 제공된다.According to the present invention, there is provided a bio-signal detection cradle and a portable emotional analyzer which can apply the same to a user's sensitivity anytime and anywhere conveniently.
본 발명의 일 실시 예에 따른 크래들:은Cradle according to an embodiment of the present invention:
몸체;Body;
상기 몸체에 마련되는 것으로 휴대용 전자 단말기가 장착되는 탑재부;A mounting part provided in the body to which a portable electronic terminal is mounted;
사용자의 손 바닥에 접촉되어 생체 신호를 검출하는 복수의 전극과 센서; 그리고A plurality of electrodes and sensors contacting the bottom of a user's hand to detect a biosignal; And
상기 복수의 전극과 센서가 연결되어 생체 신호를 처리하는 것으로 복수의 생체 신호 회로, ADC(analog-digital converter) 및 통신부를 가지는 회로부;를 구비한다.And a plurality of biosignal circuits, an analog-digital converter (ADC), and a circuit unit configured to process a biosignal by connecting the plurality of electrodes and a sensor.
본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 감성 분석기:는Portable emotional analyzer according to an embodiment of the present invention:
표시부를 가지는 휴대용 전자 단말기;A portable electronic terminal having a display unit;
상기 휴대용 전자 단말기가 장착되는 탑재부가 마련된 크래들;을 구비하고,And a cradle provided with a mounting portion on which the portable electronic terminal is mounted.
상기 크래들은:The cradle is:
사용자의 손 바닥에 접촉되어 생체 신호를 검출하는 복수의 전극과 센서, 상기 복수의 전극과 센서가 연결되어 생체 신호를 처리하는 것으로 복수의 생체 신호 회로, ADC(analog-digital converter) 및 통신부를 가지는 회로부;를 구비하고,A plurality of electrodes and sensors contacting the bottom of a user's hand to detect a biosignal, and the plurality of electrodes and sensors are connected to process the biosignal, and have a plurality of biosignal circuits, an analog-digital converter (ADC), and a communication unit. A circuit section;
상기 휴대용 전자 단말기는:The portable electronic terminal is:
상기 크래들의 통신부에 대응하는 통신부, 상기 통신부를 통해 크래들로부터 전달된 생체 신호를 분석하는 감성 분석 모듈;을 구비한다.And an emotional analysis module corresponding to the communication unit of the cradle, and an emotional analysis module analyzing the biosignal transmitted from the cradle through the communication unit.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 통신부는 무선 또는 유선 방식의 인터페이스를 적용할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the communication unit may apply a wireless or wired interface.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 탑재부는 상기 휴대용 전자 단말기의 하부에 양 측면에 대응하는 두 측면부를 구비하며, 상기 측면부에 상기 복수의 전극 및 센서가 설치될 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, the mounting portion may include two side portions corresponding to both sides of the lower portion of the portable electronic terminal, and the plurality of electrodes and sensors may be installed in the side portion.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 생체 신호는 PPG(Photoplethysmograph), GSR(Galvanic Skin Response) 그리고 SKT(Skin Temperature) 신호를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the biosignal may include a PPG (Photoplethysmograph), a GSR (Galvanic Skin Response), and a SKT (Skin Temperature) signal.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면,According to another embodiment of the present invention,
상기 몸체 내에 상기 회로부에 전력을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.A battery for supplying power to the circuit unit may be built in the body.
사람의 감성은 실생활에서 매우 다양하게 응용할 수 있다. 사용자의 감성을 시간과 장소에 제한 받지 않고 언제 어디서나 편리하게 수집하여 활용하기 위해서는 감성측정장비의 소형화와 경량화가 필요하다. Human emotions can be applied in various ways in real life. In order to conveniently collect and use the user's emotions anytime and anywhere without limitation, it is necessary to reduce the size and weight of the emotion measuring equipment.
본 발명에 따른, 휴대용 감성 분석기기는 사용자의 감성을 언제 어디서나 편리하게 측정하여 이를 활용할 수 있는 소형 경량화된 장치이다.According to the present invention, the portable emotion analyzer is a compact and light weight device that can conveniently measure and utilize the user's emotion anytime and anywhere.
도 1은 본 발명에 따른 휴대용 감성 분석기의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 휴대용 감성 분석기의 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 휴대용 감성 분석기를 사용하는 상태를 보인다.
도 4는 본 발명에 따른 크래들에 적용되는 PPG 센서의 발췌 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 크래들에 적용되는 전극과 SKT 센서의 관계를 보이는 발췌 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 감성 분석기에서 크래들과 휴대용 전자기기인 스마트 폰의 기능적 관계를 보이는 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 감성 분석기에서 크래들과 휴대용 전자기기의 하드웨어적인 구성을 예시한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 감성 크래들의 개략적 사시도이다.1 is an external perspective view of a portable emotional analyzer according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the portable emotional analyzer illustrated in FIG. 1.
Figure 3 shows a state using a portable emotional analyzer according to the present invention.
4 is an excerpt of the PPG sensor applied to the cradle according to the present invention.
5 is an extract showing the relationship between the electrode and SKT sensor applied to the cradle according to the present invention.
6 is a block diagram showing a functional relationship between a cradle and a smart phone as a portable electronic device in the emotion analyzer according to the present invention.
7 illustrates a hardware configuration of a cradle and a portable electronic device in the emotion analyzer according to the present invention.
8 is a schematic perspective view of an emotional cradle according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 생체 신호 검출 크래들 및 이를 적용하는 휴대용 감성 분석기의 실시 예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of a biological signal detection cradle and a portable emotional analyzer to apply the same according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 감성 분석기는, 예를 들어 표시부(111)를 가지는 스마트폰과 같은 휴대용 전자 단말기(11), 본 발명에 따른 생체 신호 검출 크래들(이하 크래들 또는 감성 크래들, 12)을 구비한다. 감성 크래들(12)의 몸체(121)에는 휴대용 전자 단말기(11)의 일측, 도면에서는 하부를 감싸서 장착할 수 있는 네스트(nest) 형태의 탑재부(124)를 갖춘다. 그리고 크래들(121)의 몸체(121) 내에는 앰프 및 인터페이스를 가지는 회로부(125)가 마련된다.As shown in FIG. 1, the portable emotional analyzer according to the present invention includes, for example, a portable
도 2에 도시된 바와 같이, 전자 단말기(11)의 하부에는 인터페이스용 소켓(112)가 마련되고, 상기 크래들(12)에는 소켓(112)에 결합되는 커넥터(122)가 마련된다. 크래들(12)의 몸체(121) 하부에 마련된 탑재부(124)는 전자 단말기(11)의 하부에 대응하는 바닥부(124a)와 그 양측 측면에 대응하는 두 측면부(124b, 124c)를 구비한다. 상기 탑재부(124)의 바닥부(124a)에는 상기 커넥터(122)가 설치되어 있다.As shown in FIG. 2, an
상기 탑재부(124)의 양측 측면부(124b, 124c)에 복수의 제 1, 제 2 전극(S2, S3) 및 제 1, 제 2 센서(S1, S4)가 적절히 분산 배치되어 있다. 상기와 같은 휴대용 전자 단말기(11)와 이에 결합되는 크래들(12)를 가지는 휴대용 감성 분석기는 도 3에 도시된 바와 같이 사용자가 손으로 움켜 쥐었을 때, 전극 또는 센서 형태의 생체 신호 검출부로서 제 1, 제 2 전극(S1, S2) 및 제 1, 제 2 센서(S3, S4)를 이용해 감성 분석을 실시한다. 신호 검출 시 크래들(12)은 사용자의 손으로부터 PPG(맥파, Photoplethysmograph), GSR(피부전기전도, Galvanic Skin Response) 그리고 SKT(피부온도, Skin Temperature) 신호를 획득하여 전자 단말기(11)에 전달한다.The plurality of first and second electrodes S2 and S3 and the first and second sensors S1 and S4 are appropriately distributed on both side surface portions 124b and 124c of the
상기 제 1 센서(S1)는 광학적으로 맥파를 측정하는 포토-인터럽터 종류의 PPG 센서로서, 도 4에 도시된 바와 같이 적외선 광원부(A)와 적외선 수광부(B)를 갖추며, 후술하는 PPG 회로(125a)에 연결된다. 이는 손가락(검지) 또는 손바닥의 표면이 접촉했을 때 피하 혈류의 산소농도 변화를 검출한다. 즉, PPG 센서(S1)는 적외선 광원(A)에서 발생한 적외선이 인체를 투과할 때 혈류량의 변동에 따라 그 투과량이 변하는 원리를 사용한 것이다. 심장이 박동할 때마다 혈류량이 변하고 그러한 혈류량의 변화를 PPG 센서(S1)를 사용하여 감지하여 맥박을 측정한다. 인간의 감정 상태와 맥박 변동의 상관관계를 이용하여 심리 상태 변화를 판독하게 된다.The first sensor S1 is a photo-interrupter type PPG sensor that optically measures pulse waves, and has an infrared light source unit A and an infrared light receiving unit B as shown in FIG. ) It detects changes in the oxygen concentration of the subcutaneous blood flow when the surface of the finger (the index finger) or the palm touches it. That is, the PPG sensor S1 uses the principle that the transmission amount changes according to the fluctuation of the blood flow rate when infrared rays generated from the infrared light source A penetrate the human body. Each time the heart beats, the blood flow changes, and the change in blood flow is detected using a PPG sensor S1 to measure the pulse rate. The psychological state change is read using the correlation between the human emotional state and the pulse fluctuation.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 1, 제2 전극(S2, S3)은 GSR 감지용 전극으로서GSR 회로(125b)에 연결된다. GSR 신호는 피부의 전기 전도도의 변화를 감지하는 것으로 중지 소지와, 엄지 쪽 손바닥의 접촉부분을 통해서 수집한다. 인체 피부의 전기 저항의 변화는 인간의 심리 상태에 변한다.As shown in FIG. 5, the first and second electrodes S2 and S3 are connected to the
제 2 센서(S4)는 SKT 센서로서 접촉된 피부의 온도변화를 감지한다. 피부의 온도 변화가 인간의 감정상태 변화와 연관이 있는 것을 이용하는 것이다. 이러한 제 2 센서(S4)는 온도 검출에 용이한 엄지 쪽 손바닥에 대응하게 제 2 전극(S3)를 관통하여 설치되는 서미스터와 같은 열가변저항기로서, 후술하는 SKT 회로(125c)에 연결된다.The second sensor S4 detects a temperature change of the skin in contact with the SKT sensor. Changes in skin temperature are associated with changes in human emotional state. The second sensor S4 is a thermal variable resistor, such as a thermistor, installed through the second electrode S3 to correspond to the thumb palm, which is easy to detect temperature, and is connected to the
전술한 PPG 회로(125a), GSR 회로(125b), SKT 회로(125c)는 크래들(12)의 몸체(121) 내에 회로부(125)의 한 부분으로서 내장된다.The above-described
도 6은 본 발명에 따른 감성 분석기(10)에서 크래들(12)과 휴대용 전자기기(11), 예를 들어, 스마트폰의 기능적 관계를 보이는 블록도이다.6 is a block diagram showing the functional relationship between the
감성 크래들은 제 1, 제 2 전극(S1, S2) 및 센서(S3, S4)로부터의 신호로부터 PPG, GSR, SKT 신호를 발생하고, 스마트폰인 휴대용 전자 단말기는 인터페이스를 통해 PPG, GSR, SKT 신호를 소프트웨어에 의해 제공되는 신호 처리를 처리하여 이를 표시한다. 소프트웨어 레벨의 PPG, GSR, SKT 신호 프로세싱 장치(감성 분석 모듈, 113)는 스마트폰에 어플리케이션으로서 탑재되며, 감성 판단 기준을 마련하는 감성 룰 데이터 베이스를 가진다. 생체 신호 분석(감성 판독)은 감성 크래들로부터 전달된 PPG, GSR, SKT 신호를 버퍼 메모리에 저장한 상태에서 진행된다. PPG 신호는 주파수(frq-frequency)와 진폭(amp-amplitude), GSR은 평균치(mean), SKT는 평균치(mean)를 각각 계산하며 슬라이딩 윈도우(sliding window) 방법으로 그 변화량 추이를 측정하여 판독(individualization)한다.
The emotional cradle generates PPG, GSR and SKT signals from signals from the first and second electrodes S1 and S2 and the sensors S3 and S4, and the portable electronic terminal, which is a smartphone, uses PPG, GSR and SKT via an interface. The signal is processed by the signal processing provided by the software and displayed. The software level PPG, GSR, and SKT signal processing apparatus (emotional analysis module 113) is mounted as an application on a smartphone and has an emotional rule database for providing emotional judgment criteria. Biosignal analysis (emotional reading) is performed with the PPG, GSR, and SKT signals stored in the emotional cradle stored in a buffer memory. The PPG signal calculates frq-frequency, amp-amplitude, GSR mean, and SKT mean, respectively, and measures the variation by using the sliding window method. individualization).
도 7은 도 상기 본 발명에 따른 감성 분석기(10)에서 크래들(12)과 휴대용 전자기기(11)의 하드웨어적인 구성을 예시한다.7 illustrates the hardware configuration of the
감성 크래들(12)의 회로부(125)는 제 1, 제 2 전극(S1, S2) 및 제 1, 제 2 센서(S3, S4)가 연결되는 PPG 회로(125a), GSR 회로(125b), SKT 회로(125c), 상기 회로(125a, 125b, 125c)로부터의 아날로그 신호를 디지털화하는 ADC(125d), 그리고 ADC(125d)로부터의 디지털 신호를 프로세싱하는 마이크로 프로세서(125e), 마이크로 프로세서(125e)를 구비한다. 또한, 휴대용 전자기기(11)와의 통신을 담당하는 통신부(125f) 그리고 회로부에 대한 전원을 제공하는 전원부(125a)를 구비한다.The
상기 PPG 회로(125a)는 포토입터럽터 형태인 PPG 센서에 대한 전력 공급 및이로부터의 신호를 증폭하는 증폭부, 그리고 이 신호로부터 필요한 주파수 대역의 신호를 얻어내는 밴드 패스 필터를 구비할 수 있다.The
상기 GSR 회로(125b)는 피부의 전기 전도도를 측정하는 것으로서 역시 앰프와 필터를 구비할 수 있다.The
상기 SKT 회로(125c)는 서미스터 형태인 SKT 센서의 저항 변화를 전기적 신호로 검출하는 검출부, 예를 들어 브리지 형태의 검출부 및 검출 신호를 증폭하는 앰프 등을 구비할 수 있다.The
상기 인터페이스는 데이터 교환을 위한 스마트 폰과의 통신을 담당하며, 전원부(125g)는 통신부(125f)를 통한 스마트폰(11)으로부터의 제어신호에 의해 회회로부(125)에 대한 전원공급을 제어, 즉 온-오프한다.The interface is responsible for communication with the smart phone for data exchange, the
스마트폰(11)에 탑재된 통신부(114)를 통해 크래들(12)로부터 전달받은 PPG, GSR, SKT 신호들을 먼저 PPG, GSR, SKT 버퍼에 각각 저장한 후, 이를 이용해 감성을 판독하고, 그 결과를 표시부(111)를 통해 디스플레이한다. 한편, 스마트폰(11)에 탑재된 감성 분석 모듈(113)은 크래들 제어부(115)를 구비한다. 크래들 제어부(115)는 예를 들어 크래들(12)의 전원부(125g)를 제어하여 회로부(125)에 대한 전원을 제어할 수 있다.The PPG, GSR and SKT signals received from the
위와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 휴대용 감성 분석기는 이러한 휴대용 감성 분석기는 사용자의 감성을 언제 어디서나 편리하게 측정하여 이를 활용하기 위한 장치로서, 스마트 폰과 같이 제3자 어플리케이션 설치 및 실행이 가능한 개인 휴대용 전자기기(11)를 이용하여 감성을 분석하는 장치이다. 크래들(12)은 스마트폰가 탑재될 수 있는 탑재부(124)를 구비하며, 그리고 손으로 잡기에 편한 구조를 가지는 것이 바람직하며, 크래들(12)에 마련되는 제 1, 제 2 전극(S1, S2) 및 제 1, 제 2 센서(S3, S4)은 크래들(12)을 잡고 있는 사용자의 손바닥에 대응하게 배치된다.Portable emotional analyzer according to the present invention having the structure as described above, such a portable emotional analyzer is a device for measuring and utilizing the user's emotion anytime and anywhere conveniently, a personal portable that can be installed and executed by a third party application, such as a smart phone It is a device for analyzing emotion using the electronic device (11). The
위의 실시 예의 설명을 통해 소켓과 커넥터에 의한 유선 연결 인터페이스 장치를 이용하는 구조의 감성 분석기가 이해되었다. 이러한 유선 연결 인터페이스 장치에 따르면, 회로부(125)에 대한 전력은 스마트폰으로부터 전달받을 수 있다.Through the description of the above embodiment, the emotion analyzer having a structure using a wired connection interface device by a socket and a connector is understood. According to the wired connection interface device, power to the
그러나, 이 경우 스마트폰 내장 배터리를 사용하게 됨으로써 스마트 폰을 사용할 수 있는 시간이 짧아 지게 된다. 이러한 전원의 문제를 해결하기 위해서, 도 8에 도시된 바와 같이 크래들(12) 내에 별도의 배터리(126)를 내장시킬 수 있다. However, in this case, by using the smartphone built-in battery, the time for using the smartphone is shortened. In order to solve this problem of power supply, as shown in FIG. 8, a
이와 같이 배터리(126)가 크래들(12) 자체에 배터리(126)가 내장되는 경우, 크래들(12)과 스마트폰(11)의 통신부(125f, 114)간의 통신은 유선이 아닌 무선, 예를 들어 애드혹 프로토콜을 적용한 와이파이 방식, 또는 최근에 가장 많이 적용되고 있는 1:1 단말기간의 무선 인터페이스인 블루투스 방식을 취할 수 있다.As such, when the
10: 휴대용 감성 분석기(단말기)
11: 휴대용 전자 단말기(스마트폰)
111: 표시부
112: (인터페이스) 소켓
113: 감성 분석 모듈(어플리케이션)
114: 통신부
115: 크래들 제어부
12: 생체신호검출(감성) 크래들
121: 크래들의 몸체
122: (인터페이스) 커넥터
124: (전자 단말기) 탑재부
125: 회로부, 전원부: 125g
126: (내장) 배터리
S1, S2: 제 1, 제 2 전극
S3, S4: 제 1, 제 2 센서10: portable emotion analyzer (terminal)
11: portable electronic terminal (smartphone)
111: display unit
112: (interface) socket
113: Emotional Analysis Module (Application)
114: communication unit
115: cradle control unit
12: Biosignal Detection (Emotional) Cradle
121: body of the cradle
122: (interface) connector
124: (electronic terminal) mounting portion
125: circuit part, power supply part: 125 g
126: built-in battery
S1, S2: first and second electrodes
S3, S4: first and second sensors
Claims (10)
상기 휴대용 전자 단말기의 몸체가 끼워져 결합되어 상기 휴대용 전자 단말기와 하나의 몸체를 이루도록 하는 탑재부가 마련된 크래들;을 구비하고,
상기 크래들은:
상기 휴대용 전자 단말기의 하부에 양 측면에 대응하는 두 측면부;사용자의 손 바닥에 접촉되어 PPG, GSR, SKT 신호를 포함하는 생체 신호를 검출하는 복수의 전극과 센서, 상기 복수의 전극과 센서가 연결되어 생체 신호를 처리하는 것으로 복수의 생체 신호 회로, ADC(analog-digital converter) 및 무선 또는 유선 방식의 인터페이스를 적용하는 통신부를 가지는 회로부;를 구비하고,
상기 휴대용 전자 단말기는:
상기 크래들의 통신부에 대응하여 무선 또는 유선 방식의 인터페이스를 적용하는 통신부, 상기 통신부를 통해 크래들로부터 전달된 생체 신호를 이용해 사용자의 감성을 분석하는 감성 분석 모듈;을 구비하는, 휴대용 감성 분석 단말기.A portable electronic terminal having a display unit;
And a cradle provided with a mounting portion to which the body of the portable electronic terminal is inserted and coupled to form one body with the portable electronic terminal.
The cradle is:
Two side portions corresponding to both sides of the lower portion of the portable electronic terminal; a plurality of electrodes and sensors contacting the bottom of the user's hand to detect a biosignal including PPG, GSR, and SKT signals, and the plurality of electrodes and sensors connected And a circuit unit having a plurality of biosignal circuits, an analog-digital converter (ADC), and a communication unit to which a wireless or wired interface is applied to process the biosignal.
The portable electronic terminal is:
And a communication unit for applying a wireless or wired interface corresponding to the communication unit of the cradle, and an emotion analysis module for analyzing the user's emotion using a biosignal transmitted from the cradle through the communication unit.
상기 탑재부의 측면부에 상기 복수의 전극 및 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 감성 분석 단말기.The method according to claim 6,
The portable emotional analysis terminal, characterized in that the plurality of electrodes and sensors are installed in the side portion of the mounting portion.
상기 크래들 내에 상기 회로부에 전력을 공급하는 배터리가 내장되는 것을 특징으로 하는 휴대용 감성 분석 단말기.The method of claim 6 or 8,
A portable emotional analysis terminal, characterized in that a battery for supplying power to the circuit portion is built in the cradle.
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