KR101705865B1 - 영유아 케어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영유아 케어 시스템에 관한 것으로 영유아의 움직임을 측정하는 가속도 센서; 가속도 센서가 측정한 영유아의 움직임 정보를 분석하여 낙상 여부를 판별하는 제어 모듈; 및 제어 모듈의 분석 정보를 외부의 서버로 전송하는 통신 모듈을 포함한다. 본 발명에 따르면, 3축의 가속도 센서를 이용하여 간단한 행동 패턴의 분석 만으로 영유아의 낙상 여부를 판별할 수 있는 이점이 있다.

Description

영유아 케어 시스템{BABY CARE SYSTEM}

본 발명은 영유아 케어 시스템에 관한 것으로서, 특히 영유아의 건강을 안전하게 관리할 수 있도록 모니터링이 가능한 영유아 케어 시스템에 관한 것이다.

기존의 IT 산업 환경은 인터넷을 중심으로 하는 멀티미디어 콘텐츠 기반이었으나, 최근에는 유비쿼터스 센서 네트워크를 구축하는 유비쿼터스 기술이 부각되면서 인간, 사물, 컴퓨터가 융합되어 네트워크를 구성하는 사물 인터넷을 기반으로 한 IT산업 환경으로 급속도로 전환되는 과정에 있다.

이에 온도, 가속도, 위치, 정보 등의 각종 센서에서 측정한 정보를 블루투스를 통하여 무선 네트워크를 구성하는 센싱 네트워킹 시스템이 도입되고 있다. 따라서, IT 기술을 이용하여 시간과 공간에 구애받지 않고 언제 어디서나 예방, 진단, 치료, 사후 관리의 보건의료 서비스를 제공받을 수 있는 시스템으로 노후의 건강과 생활을 관리하여 건강한 삶을 유지시키는 U-Healthcare 기술은, 삶의 질 향상 추구에 있으며, 이를 현실화시키기 위해 기본적으로 센싱, 전송, 분석, 피드백 과정으로 구성된다. 이와 같은 U-Healthcare Service의 구현을 위해서는 여러 가지 생체정보를 계측하여 이를 연결하는 시스템들이 연구되어야 한다. 특히, 작은 부주의로도 건강상 치명적인 위협을 받는 영유아를 안전하게 관리하는 시스템이 절실히 요구되고 있다.

이와 관련, 종래특허문헌으로 한국공개특허 제10-2011-0131618호가 있다. 상기 종래기술은 다수의 위험물 및 위험장소에 설치되는 RFID 태그, 유아의 몸에 부착되는 복수의 센서, 다수의 위험물 및 위험장소에의 노출을 측정하여 무선으로 전송하는 측정장치, 주기마다 유아의 상태 확인요청에 따라 측정장치로부터 수신된 누적된 움직임 정보를 이용하여 유아의 상태를 파악하는 상황처리장치를 개시하고 있다. 이와 같은 종래기술은 유아의 상황 측정을 위해서 지나치게 복잡한 센서와 센서 처리 알고리즘, 다수의 RFID가 요구된다.

이에 유아 상황을 간단한 구성으로도 빠르고 정확하게 신호처리 할 수 있도록, 센서의 처리 알고리즘이나 판별 방법이 개발될 필요성이 있다.

한국공개특허 제10-2011-0131618호

본 발명은 영유아의 위험상황을 모니터링 가능한 영유아 케어 시스템을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 간소화된 센서 및 판별 알고리즘으로 영유아의 위험상황을 보다 정확히 판별할 수 있는 영유아 케어 시스템을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 영유아 케어 시스템에 관한 것으로 영유아의 움직임을 측정하는 가속도 센서; 가속도 센서가 측정한 영유아의 움직임 정보를 분석하여 낙상 여부를 판별하는 제어 모듈; 및 제어 모듈의 분석 정보를 외부의 서버로 전송하는 통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 영유아 케어 시스템은 영유아 주변의 소리를 측정하는 소리 센서를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제어 모듈은 소리 센서가 측정한 주변의 소리 정보를 분석하여 영유아의 울음 여부를 판별할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 영유아 케어 시스템은 영유아의 체온을 측정하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제어 모듈은 온도 센서가 측정한 영유아의 체온 정보를 분석하여 영유아의 고열 여부를 판별할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 제어 모듈은 입력받은 정보의 로우 데이터를 필터링하는 신호 처리부; 신호 처리부로부터 필터링된 신호의 패턴을 분석하여 영유아의 낙상 여부를 판별하는 판단부; 및 판단부의 판별 결과를 시각 또는 청각적으로 전달하는 알람부를 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 가속도 센서는 3축 가속도 센서이고, 판단부는, 가속도 센서가 측정한 x축, z축, y축 데이터의 변위량을 상호 비교하여 낙상 여부를 판별할 수 있다.

본 발명에 따르면, 3축의 가속도 센서를 이용하여 간단한 행동 패턴의 분석 만으로 영유아의 낙상 여부를 판별할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 복수의 센서와 이를 판별하는 제어모듈을 일체화하여 영유아에 부착되기 용이한 소형의 구조로 모니터링 시스템이 제공될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 영유아 케어 시스템의 구성도를 도시한 모습이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 판단부가 수신한 가속도 센서의 데이터 값을 나타낸다. 도 2a는 영유아가 정지 상태일 경우의 가속도 센서 값이고, 도 2b는 영유아가 활동시의 가속도 센서 값이며, 도 2c는 영유아가 낙상시의 가속도 센서 값을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 판단부가 수신한 소리 센서의 데이터 값을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 판단부가 수신한 온도 센서의 데이터 값을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영유아 케어 시스템(1)의 구성도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 영유아 케어 시스템(1)은 유아의 몸체 부착되는 측정 장치(10), 측정 장치(10)와 통신하여 영유아의 상황을 모니터링 하는 외부의 서버(107)를 포함할 수 있다.

측정 장치(10)는 영유아의 낙상, 울음, 체온을 지속적으로 모니터링하여 그 결과 값을 외부의 서버나 사용자의 스마트폰과 같은 통신 단말기로 전송할 수 있다.

측정 장치(10)는 센서 모듈(101), 제어 모듈(103), 및 통신 모듈(105)로 구성될 수 있다. 센서 모듈(101)은 영유아의 움직임을 측정하는 가속도 센서(1011), 영유아 주변의 소리를 측정하는 소리 센서(1013), 영유아의 체온을 측정하는 온도 센서(1015)를 포함할 수 있다.

가속도 센서(1011)는 영유아의 움직임을 측정할 수 있다. 이 때, 제어 모듈(103)은 가속도 센서(1011)가 측정한 영유아의 움직임 정보를 분석하여 영유아의 낙상 여부를 판별하게 된다.

가속도 센서(1011)로는 3축 가속도 센서가 사용되는 것이 바람직하다. 3축 가속도 센서는 시간에 따라 영유아의 x축, y축, z축 움직임을 측정한다. 영유아의 x축, y축, z축 정보는 하기의 판단부(1033)에서 변위량 분석 과정을 거친 후 낙상 여부를 판별하는데 이용될 수 있다.

소리 센서(1013)는 영유아 주변의 소리를 측정할 수 있다. 이 때, 제어 모듈(103)은 소리 센서(1013)가 측정한 주변의 소리 정보를 분석하여 영유아의 울음 여부를 판별하게 된다. 소리 센서(1013)는 외부 환경의 다양한 소음을 같이 측정하므로 노이즈를 제거하는 신호 처리 과정이 필요하다. 상기 신호 처리는 하기에서 설명할 제어 모듈(103)의 신호 처리부(1031)에서 수행될 수 있다.

온도 센서(1015)는 영유아의 체온을 측정할 수 있다. 이 때, 제어 모듈(103)은 온도 센서(1015)가 측정한 영유아의 체온 정보를 분석하여 영유아의 고열 여부를 판별하게 된다.

제어 모듈(103)은 신호 처리부(1031), 판단부(1033), 및 알람부(1035)를 포함할 수 있다. 신호 처리부(1031)는 센서 모듈(101)의 측정 데이터 결과값을 수신 받아 노이즈를 필터링하는 알고리즘을 수행할 수 있다. 제어 모듈(103)은 신호 처리부(1031)에서 측정된 로우 데이터 값의 노이즈가 제거되면, 이후 바이너리 데이터로 이진화하여 특장점을 추출한 후 분석하는 과정을 수행한다. 본 명세서에서, 로우 데이터란 노이즈가 포함된 초기의 측정 데이터를 의미한다.

신호 처리부(1031)의 수행 알고리즘은 다음과 같은 순서로 수행된다. 센서 모듈(101)로부터 수신받은 로우 데이터의 표준 편차를 산출하여 상기 표준 편차 값으로 센서 데이터를 1차 필터링한다. 이후, 칼만 필터를 이용하여 2차 필터링 과정을 수행한다. 이후, 데이터를 이진화하여 신호처리한다.

신호 처리부(1031)는 표준 편차, 분산과 칼만 필터를 이용하여 영유아의 현재 상태의 정확한 값을 예측할 수 있다. 신호처리된 데이터는 판단부(1033)로 전송되고, 영유아의 상황을 판단하는 알고리즘이 수행된다.

판단부(1033)는 신호 처리부(1031)로부터 필터링된 데이터의 패턴을 분석하여 영유아의 낙상 여부를 판별할 수 있다. 판단부(1033)는 가속도 센서(1011)의 데이터 값으로부터 영유아의 낙상 여부를 판별한다.

도 2는 판단부(1033)가 수신한 가속도 센서(1011)의 데이터 값을 나타낸다. 도 2a는 영유아가 정지 상태일 경우의 가속도 센서(1011) 값이고, 도 2b는 영유아가 활동시의 가속도 센서(1011) 값이며, 도 2c는 영유아가 낙상시의 가속도 센서 값을 나타낸다. 도 2a의 정지상태 데이터 값은 하기의 [표 1]과 같다.

[표 1] 값을 참조하면 3축 센서의 값들이 변화가 없이 거의 일정함을 알 수 있다. 이와 달리 도 2b를 참조하면, 아기가 놀이를 하거나, 장난을 치는 등의 움직임이 활발한 활동 상태에서는 3축 센서의 값들이 매우 큰 폭의 변위량을 보이는 것을 알 수 있다.

도 2c를 참조하면, 아기가 낙상했을 경우, 정지상태의 센서 값들은 짧은 시간 동안 활동 상태로 변화한 후 다시 정지 상태를 유지하게 되는 패턴을 보인다. 특히, x축과 z축 데이터는 짧은 구간 상승하는 패턴이 나타나고, y축 데이터는 이와는 반대로 짧은 구간 하강하는 패턴이 나타난다.

아기는 낙상시 충격 등으로 움직임이 없기 때문에 x, y, z 축 값은 큰 폭으로 변화된 후 정지 패턴이 유지된다. 판단부(1033)는 이 짧은 구간을 감지 영역으로 설정한다. 즉, 첫 번째 조건으로는 x, z축과 y축의 상대적 변위값을 비교하고 두 번째 조건으로는 첫 번째 조건이 만족된 상태에서 x, y, z축의 데이터 값이 일정하게 유지된다면 아기가 낙상한 것으로 판단한다. 판단부(1033)의 결과 값은 알람부(1035) 및 통신 모듈(105)로 전송된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 판단부(1033)가 수신한 소리 센서(1013)의 데이터 값을 나타낸다. 판단부(1033)는 특정 울음 포인트를 찾아내기 위하여 아기의 울음 소리를 샘플링 할 수 있다.

샘플링된 데이터는 판단부(1033)의 알고리즘에서 일반 소음인지, 울음 소리 인지 판별된다. 판단부(1033)는 소리 데이터의 패턴이 일반적인 소리 이외에 큰소리가 감지되고 같은 모양의 큰소리 파형이 반복적으로 나타날 때 현재 아기가 울고 있는 것으로 판단한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 판단부(1033)가 수신한 온도 센서(1015)의 데이터 값을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 온도계의 특성상 온도 데이터의 변위량은 크지 않다. 온도 데이터는 지속적인 모니터링을 요하므로 판단부(1033)는 측정중인 온도 데이터 값을 지속적으로 통신 모듈(105)로 전송한다.

판단부(1033)는 온도의 임계치를 37ㅀ로 설정할 수 있다. 판단부(1033)는 측정된 체온이 설정한 임계치를 넘어갈 경우, 고 체온으로 분류하여 아기가 고열상태인 것으로 판단한다. 아기가 고열상태로 판단될 경우, 판단 결과를 알람부(1035)로 전송하여 주변의 사용자에게 시각 또는 청각적으로 경고할 수 있다.

알람부(1035)는 일 실시예로 알람 부저를 구비하여 판단부(1033)의 판별 결과를 청각적으로 경고할 수 있다. 또한, 알람부(1035)는 LED를 구비하여 판별 결과를 시각적으로 경고할 수 있다.

통신 모듈(105)은 블루투스 또는 지그비 방식을 이용하여 외부의 통신 단말기로 제어모듈(103)에서 판별된 결과값들을 송신할 수 있다. 영유아의 상황을 전달받는 통신 단말기로는 일대 다수를 관리할 경우 제공되는 서버, 또는 개인 사용자가 관리할 경우 제공되는 스마트 폰 등이 될 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

1: 영유아 케어 시스템 10: 측정 장치
101: 제어 모듈 1011: 가속도 센서
1013: 소리 센서 1015: 온도 센서
103: 제어 모듈 1031: 신호 처리부
1033: 판단부 1035: 알람부
105: 통신모듈 107: 서버 또는 스마트폰

Claims (5)

1. 영유아의 움직임을 측정하는 가속도 센서;
   상기 가속도 센서가 측정한 영유아의 움직임 정보를 분석하여 낙상 여부를 판별하는 제어 모듈; 및
   상기 제어 모듈의 분석 정보를 외부의 서버로 전송하는 통신 모듈을 포함하고,
   상기 제어 모듈은,
   입력받은 정보의 로우 데이터를 필터링하는 신호 처리부;
   상기 신호 처리부로부터 필터링된 데이터의 패턴을 분석하여 영유아의 낙상 여부를 판별하는 판단부; 및
   상기 판단부의 판별 결과를 시각 또는 청각적으로 전달하는 알람부를 구비하며,
   상기 신호 처리부는,
   가속도 센서로부터 수신된 로우 데이터의 표준 편차를 산출한 후 산출된 표준 편차로 로우 데이터를 1차 필터링하고 칼만 필터를 이용하여 2차 필터링을 수행한 후 이진화하여 특징점을 추출 및 분석하여 영유아의 현재 상태 정확한 값을 예측하도록 구비되고,
   상기 판단부는,
   상기 신호 처리부의 x축과 z축 데이터가 상승하는 패턴이 나타나고, y축 데이터는 x축과 z축 데이터가 상승하는 패턴이 나타나는 동일 구간에서 하강하는 패턴이 나타나는 경우 영유아가 낙상한 것으로 판단하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 영유아 케어 시스템.
   
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