본 논문에서는 3축 가속도 센서를 이용하여 영유아기의 아기들의 수면 자세 모니터링을 할 수 있는 장치를 제작하였다. 수면 모니터링에 관한 기존에 시행한 연구는 실제 수면실에 카메라를 설치하여 수면하는 동안 카메라로 수면자세를 계속 녹화하여 수면 자세를 모니터링을 하는 방법과 압력센서를 사용하여 수면 자세를 모니터링 하는 연구가 있다. 이러한 연구는 수면 시 비교적 정확한 수면자세를 확인 할 수 있다는 장점이 있지만, 공간 및 장소 제약과 센서나 카메라의 설치, 고가의 비용 등의 단점을 가지고 있다. 또한 영유아기의 아기들에게 사용에 있어서는 불편 할 뿐 아니라 적용하기에도 어려움이 많다. 이번에 제안하는 방법은 3축 가속도 센서를 이용하여 X축,Y축,Z축의 값을 출력 받아 수면 자세의 파악 및 엎드려 있는 수면 자세에 대하여 부저를 이용하여 경고음을 나타내주는 방법이다. 이 방법은 3축 가속도 센서를 사용하여 데이터를 측정하고 Bluetooth를 이용하여 무선 전송함으로써 수면자세를 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 또한 이렇게 수집된 데이터를 바탕으로 영유아기 아기들이 엎드린 자세로 수면시 발생 할 수 있는 질식 등에 안전하게 대처할 수 있다.
본 논문에서는 3축 가속도 센서를 이용하여 영유아기의 아기들의 수면 자세 모니터링을 할 수 있는 장치를 제작하였다. 수면 모니터링에 관한 기존에 시행한 연구는 실제 수면실에 카메라를 설치하여 수면하는 동안 카메라로 수면자세를 계속 녹화하여 수면 자세를 모니터링을 하는 방법과 압력센서를 사용하여 수면 자세를 모니터링 하는 연구가 있다. 이러한 연구는 수면 시 비교적 정확한 수면자세를 확인 할 수 있다는 장점이 있지만, 공간 및 장소 제약과 센서나 카메라의 설치, 고가의 비용 등의 단점을 가지고 있다. 또한 영유아기의 아기들에게 사용에 있어서는 불편 할 뿐 아니라 적용하기에도 어려움이 많다. 이번에 제안하는 방법은 3축 가속도 센서를 이용하여 X축,Y축,Z축의 값을 출력 받아 수면 자세의 파악 및 엎드려 있는 수면 자세에 대하여 부저를 이용하여 경고음을 나타내주는 방법이다. 이 방법은 3축 가속도 센서를 사용하여 데이터를 측정하고 Bluetooth를 이용하여 무선 전송함으로써 수면자세를 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 또한 이렇게 수집된 데이터를 바탕으로 영유아기 아기들이 엎드린 자세로 수면시 발생 할 수 있는 질식 등에 안전하게 대처할 수 있다.
In this paper, it introduced the device that was fabricated for monitoring sleeping positions of infants with 3-axis accelerometer. Sleep monitoring studies has been usually conducted two ways. To monitor sleeping posture by installing a camera and then recording of sleep in the sleeping room contin...
In this paper, it introduced the device that was fabricated for monitoring sleeping positions of infants with 3-axis accelerometer. Sleep monitoring studies has been usually conducted two ways. To monitor sleeping posture by installing a camera and then recording of sleep in the sleeping room continuously is the first one. The other one is monitoring pressure sensor's results data for sleeping. Those two ways' benefits are that are able to get relatively accurate sleeping posture data but, there are many disadvantages like constraints of spaces and places, the installation of sensors or cameras, and high cost. In addition, it has a lot of problems that difficult to solve. For babies, it's not easy to apply, as well as uncomfortable. The proposed method uses a 3-axis accelerometer's X axis, Y axis, Z axis position output values in order to recognize the bad ground sleeping position that use of the buzzer alarm. This method uses a 3-axis acceleration sensor to measure the data and transmit sleeping posture using Bluetooth wireless in real time monitoring. The data is helpful for prevention safety hazard such as choked themselves when they slept back side on.
In this paper, it introduced the device that was fabricated for monitoring sleeping positions of infants with 3-axis accelerometer. Sleep monitoring studies has been usually conducted two ways. To monitor sleeping posture by installing a camera and then recording of sleep in the sleeping room continuously is the first one. The other one is monitoring pressure sensor's results data for sleeping. Those two ways' benefits are that are able to get relatively accurate sleeping posture data but, there are many disadvantages like constraints of spaces and places, the installation of sensors or cameras, and high cost. In addition, it has a lot of problems that difficult to solve. For babies, it's not easy to apply, as well as uncomfortable. The proposed method uses a 3-axis accelerometer's X axis, Y axis, Z axis position output values in order to recognize the bad ground sleeping position that use of the buzzer alarm. This method uses a 3-axis acceleration sensor to measure the data and transmit sleeping posture using Bluetooth wireless in real time monitoring. The data is helpful for prevention safety hazard such as choked themselves when they slept back side on.
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문제 정의
[4] 이 방법은 공간의 제약과, 높은 비용이 들며, 수면자세 외에 여러 가지를 측정할 수 있는 방법으로, 아기들에게 적용시키기에는 비효율적인 방법이다. 본 논문에서는 3축 가속도 센서를 이용하여 아기가 수면 시 움직임을 센서의 X, Y, Z축의 출력 값을 이용하여 수면자세를 체크하고 엎드린 수면 자세일 경우 경고음을 울려 아기들에게 일어 날 수 있는 불의의 사고를 방지하고자 하는 시스템을 구현하였다.
본 논문에서는 3축 가속도 센서를 이용하여 영유아기 아기들의 수면자세를 실시간으로 모니터링 한 후 얻어낸 데이터를 바탕으로 엎드린 자세등 위험한 자세로 수면 시 경고음을 울려 보호자가 적절한 행동을 취할 수 있도록 도와주는 시스템을 제작하였다.
가설 설정
실제로 제작된 디바이스를 허리부분에 고정한 뒤 위쪽을 향한 상태로 누워있는 상태를 정자세로 가정하고 정자세로 누워 있을 경우의 데이터를 기본으로 하여, 정자세에서 좌측 및 우측으로 돌아누웠을 경우, 엎드려 누웠을 경우, 수면 후에 깨어나 아기 스스로 일어나서 움직일 때의 경우를 가정하여 데이터를 측정 하였다.
제안 방법
본 논문에서는 가속도 센서를 이용하여 영유아기 아기들의 수면 자세를 실시간으로 모니터링 하며, 올바르지 않은 수면 자세 시에 경고를 나타내는 시스템을 설계 및 제작 하였다. 실제로 데이터를 측정한 결과 수면 자세에 대한 데이터는 Y축과 Z축의 데이터 값이 변화량이 크고, X축은 미미한 변화량이 측정되었다.
3V의 전원만 인가해 주면 별도의 소프트웨어나 드라이버, 응용소프트웨어의 설치가 필요 없이 사용할 수 있다는 장점이 있다[7]. 실험 키트는 9V의 입력전원을 받아 5V, 3.3V 전원을 공급하기 위한 레귤레이터를 각각 설치하였고, MCU와 3축 가속도 센서, Bluetooth를 사용하여 실험 키트와 데이터를 수신 받기 위하여 블루투스 수신기를 제작하였다.
이렇게 얻어진 아날로그 신호는 MCU 자체의 기능인 ADC(Analog Digital Converter)를 이용하여 디지털신호로 변환 후 Bluetooth를 이용해 실시간으로 무선 전송하여 메인 PC로 결과를 전송한다. 그림 6은 이번에 사용된 Bluetooth의 외부 모형 및 구성도이다.
수면자세 감지 및 안전밴드 시스템의 구성은 그림 3에 전체적인 구성도로 표현하였다. 제안된 시스템의 회로는 3축 가속도 센서에서 데이터를 받아 MCU에서 ADC(Analog Digital Converter)를 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 Bluetooth를 이용하여 실시간으로 메인 PC로 전송한다. 또한 좋지 않은 수면 자세 시에 부저를 통하여 경고음을 나타내는 시스템이다.
대상 데이터
그림 1은 실제 국내에서 연구한 수면제어 및 원격모니터링 시스템을 나타낸 것이다. 시스템의 구성은 수면상태 감지부, 센싱 데이터 검출 및 송수신부, 수면상태 제어 및 모니터링부로 이루어져 있다. 이 시스템의 동작은 수면상태 감지부의 각 센서의 출력 값을 센싱 데이터 검출 및 송수신부에서 입력 받아 수면상태 제어 및 모니터링부와 통신을 하는 시스템이다.
이번에 사용된 가속도 센서는 Freescale 사의 MMA7260Q 칩이 내장된 AM-3AXIS VER.2를 사용하였고, MCU는 Atmel 사의 ATmega128을 사용하였으며, Bluetooth 는 Firmtech 사의 FB155BC모델을 사용하였다. 먼저 가속도 센서는 초소형의 센서이며, 3.
데이터처리
표 1에서 각 자세별, 센서의 X, Y, Z 축에서 출력되는 전압을 수치로 나타내었다. 총 5회의 실험결과와 평균 전압 값을 나타내었다. 6가지 실험 자세에서 불규칙한 움직임 경우를 제외 하고 나머지 5가지 실험의 출력전압을 수치로 나타내었다.
성능/효과
이렇듯 정 자세를 기준으로 하여 움직임이 완료되는 시점을 시작으로 데이터가 일정한 값을 보일 때를 감지하여 아기의 수면 자세를 측정 할 수 있다. 또한 6개의 실험데이터에서 마지막의 실험을 제외한 5개의 실험에서 공통적으로 X축의 데이터가 거의 일정한 값을 보였으며, Y축과 Z축에서의 변화가 크게 일어나는 것을 알 수 있었다. 이러한 이유는 X, Y축은 평면상의 가속도를 나타내기 때문에 누워있는 상태에서 측정을 하게 될 경우 한 쪽 방향의 축만 이용을 하게 되고 이번 실험에서 이용한 축이 Y축이기 때문에 X축에서는 거의 변화가 일어나지 않고 Y축에서만 변화가 일어나게 되었다.
후속연구
추후 과제로 실험 키트를 소형화 하고 밴드 형식으로 만들어 기저귀의 밴드 부분에 부착하여 수면 자세를 측정 하고, 움직임을 감지하여 수면 시 질식사의 위험에서 벗어날 수 있으며, 여의치 않게 아기를 재워놓고 잠시 자리를 떠나 있어야 할 때, 또는 아기가 잠에서 깨어 움직일 경우 센서가 이를 감지해 부모에게 전달하여 영유아기의 사고로부터 보호 할 수 있을 것이다. 또한 추후에 체온계를 부착하여 체온에 민감한 아기들이 고열로 인한 불의의 사고에 대하여 예방이 가능할 것이다.
추후 과제로 실험 키트를 소형화 하고 밴드 형식으로 만들어 기저귀의 밴드 부분에 부착하여 수면 자세를 측정 하고, 움직임을 감지하여 수면 시 질식사의 위험에서 벗어날 수 있으며, 여의치 않게 아기를 재워놓고 잠시 자리를 떠나 있어야 할 때, 또는 아기가 잠에서 깨어 움직일 경우 센서가 이를 감지해 부모에게 전달하여 영유아기의 사고로부터 보호 할 수 있을 것이다. 또한 추후에 체온계를 부착하여 체온에 민감한 아기들이 고열로 인한 불의의 사고에 대하여 예방이 가능할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수면 모니터링을 하는 방법 중 카메라를 이용 하는 방법은 어디에 많이 사용되고 있는가?
두 번째로 카메라를 사용하여 녹화하는 방법이 있다. 카메라를 이용 하는 방법은 수면다원검사에서 사용되고 있는 방법이다. 수면다원검사는 신체에 여러 가지 센서를 부착하고 수면을 하며, 카메라로 녹화하는 방법이다.
압력센서를 이용하여 수면 모니터링을 하는 방법의 장점은 무엇인가?
이 방법은 매트리스 아래에 압력센서를 설치하여 수면자세를 모니터링 하는 방법이다. 이 방법은 사람의 몸무게를 이용하여 그에 따른 압력을 이용하기 때문에 실제 매트리스 위에서 사람의 움직임을 정확하게 측정 할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 센서의 수가 소량이 아닌 대량으로 부착 되어야 정확한 데이터를 얻어낼 수 있으며, 센서의 수를 소량으로 했을 경우에는 정확한 수면 자세를 알아내기가 어렵다.
수면자세 패턴 정보는 어떻게 나뉘는가?
수면자세 패턴 정보는 대표적 6가지 타입으로 ① Soldier Type ② Foetus Type ③ Log Type ④ Yearner Type ⑤ Freefaller Type ⑥ Starfish Type 으로 나뉜다.[3] 이 정보는 비교적 정확한 데이터가 출력되는 것을 볼 수 있지만, ⑤ Freefaller Type(엎드려 있는 자세)과 ⑥ Starfish Type(누워 있는 자세)을 비교 하였을 때, 누워있는지 엎드려 있는지의 여부를 알 수 없다.
참고문헌 (16)
피터 하우리, 셜리 린드, "잠이 보약이다", 동도원, 24쪽, 2005.
야마다 슈오리, "병은 잠든 사이에 고친다", 아지랑이,143쪽, 2009.
김동호, 정창원. 주수종, "u-헬스케어기반의 수면제어 및 원격모니터링 시스템", 한국 인터넷 정보학회, 8권 1호, 33-45쪽, 2007년 2월.
코모키 수면 클리닉, http://www.komokis.com
뉴테크놀로지컴패니, http://www.NewTC.co.kr
송봉길, "AVR ATmega128 마이크로컨트롤러", 성안당, 2006.
펌테크(Firmtech), http://www.firmtech.co.kr
김영길외 1, "Bluetooth를 이용한 u-ID센서네트워크 구성에서의 데이터전송", 한국해양정보통신학회논문지, 제9권, 제 2호, 242-246쪽, 2005년 4월.
Zhicheng Qiu, "acceleration sensor Based Vibration Control for Flexible Robot by Using PPF Algorithm", Control and Automation, 2007. ICCA 2007. IEEE International Conference. p.p1335 - 1339, May 30 2007-June 1 2007.
Haifeng Tian, and Jianping Zhao, and Yanfeng Dong, "The Monitoring System for Operation Condition of Pumping Wells Based on ARM and the acceleration sensor", Information Engineering, 2009. p.p 95 - 98 ICIE '09. WASE International Conference on Volume 1, 10-11 July 2009.
구윤서, "무자각적 수면상태 감지 시스템 개발에 관한 연구", 단국대학교, 2007.
조원식, "가속도 센서 기반 낙상 측정기 연구", 단국대학교대학원, 2009.
조신희 외5, "가속도 센서를 이용한 환자 동작신호 분석에 관한 연구", 춘계의공학회, 7-9쪽, 2009년 5월.
유재원 외5, "3축가속도계 기반의 실시간 걷기와 달리기의 구분", 춘계의공학회, 79-81쪽, 2009년 5월.
유주연 외5, "기울기 센서를 이용한 체위변화 인식 시스템 구현", 춘계의공학회, 223-225쪽, 2009년 5월.
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