KR102550031B1

KR102550031B1 - 음성인식 스위치

Info

Publication number: KR102550031B1
Application number: KR1020220066754A
Authority: KR
Inventors: 이풍우
Original assignee: 이풍우
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2023-06-30
Also published as: WO2023234699A1; KR20230166884A

Abstract

본 발명은 음성인식 스위치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 이용하여 음성인식 방식의 스위치를 제공하되, 전원입력 선로에 중성선 측 전원 단자가 연결된 전기장치의 활성선 측 전원 단자를 통해 제공되는 미세 교류 전원에 기초하여 음성인식 제어를 위한 구동 전원을 얻도록 구성된 음성인식 스위치가 개시된다.

Description

음성인식 스위치 {Voice recognition switch}

본 발명은 음성인식 스위치에 관한 것으로서, 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 이용하여 음성인식 방식의 스위치를 제공하되, 전원입력 선로에 중성선 측 전원 단자가 연결된 전기장치의 활성선 측 전원 단자를 통해 제공되는 미세 교류 전원에 기초하여 음성인식 제어를 위한 구동 전원을 얻도록 구성된 음성인식 스위치에 관한 것이다.

실내 조명용 램프와 같은 전기장치를 간편하게 조작하기 위한 음성인식 타입의 스위치가 제안된 바 있다.

종래기술의 일예로, 대한민국 등록특허 10-1423082 (2014년07월18일 등록)는 음성인식 스위치 시스템에 관한 것으로서, 입력부로부터 입력된 사용자의 음성을 인식하여 음성명령으로서 저장하는 음성처리부와, 사용자로부터 입력되는 음성명령에 의해 각각의 스위치에 물리적인 힘을 인가함으로써 각각의 스위치를 개별적으로 온, 오프하기 위해, 스위치의 개수에 맞추어 각각의 스위치에 인접하도록 설치되는 적어도 하나의 서보모터와, 음성인식 스위치 시스템의 동작을 위해 전원을 공급하기 위한 배터리를 구비한 전원부를 포함하는 구성을 제안하였다.

그런데 상기 종래기술은 음성인식 스위치 시스템의 전원으로서 배터리를 사용하므로, 배터리 방전 후에 배터리의 충전 또는 교체의 불편함이 있었다.

또다른 일예로, 대한민국 등록특허 10-2065335 (2020년01월07일 등록)는 음성인식 스위치 시스템에 관한 것으로서, 포터블기기를 통하여 음성으로 편리하게 각 방의 조명등을 제어할 수 있고, 포터블기기는 각 방의 조명스위치와의 거리를 계산하여 가장 짧은 거리인 현재 포터블기기가 있는 장소의 조명등만을 제어할 수 있으며, 주택 내의 각 방의 조명등뿐만 아니라 전기사용과 가스사용 및 환기장치와 가전기기의 제어를 편리하게 음성으로 제어하는 구성을 제안하였다.

그런데 상기 종래기술은 외부와 통신하는 월패드를 구비하고, 월패드와 포터블기기 및 조명스위치가 유선 통신 또는 Wifi, NFC, 지그비(ZigBee), 비콘(Beacon) 또는 블루투스 (Bluetooth)와 같은 무선 통신을 통해 연결하는 구성을 취하므로, 월패드가 없는 장소에는 적용하기 어렵고 통신설비를 위한 별도의 전력선을 설치해야 하는 불편함이 있었다.

대한민국 등록특허 10-1423082 (2014년07월18일 등록) 대한민국 등록특허 10-2065335 (2020년01월07일 등록)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 이용하여 음성인식 방식의 스위치를 제공하되, 전원입력 선로에 중성선 측 전원 단자가 연결된 전기장치의 활성선 측 전원 단자를 통해 제공되는 미세 교류 전원에 기초하여 음성인식 제어를 위한 구동 전원을 얻도록 구성된 음성인식 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 감안한 본 발명의 일 측면에 따르면, 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 포함하며, 마이크로폰을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 음성인식IC가 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력하는 음성인식부; 스위치 제어 프로그램이 임베디드된 제어IC를 포함하며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 상기 제어IC가 제어 신호를 출력하는 메인부; 및 대기 모드에서, 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하고, 상기 제어IC로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어하며, 동작 모드에서, 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소 및 상기 제1 단자를 통해 전기장치로 제공하고, 상기 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 전원부;를 포함하여 구성된 음성인식 스위치가 개시된다.

바람직하게, 상기 음성인식부는, 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드되며, 상기 마이크로폰을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력하는 음성인식IC; 리니어 레귤레이터를 이용하여 구동 전원을 정전압 처리하여 상기 음성인식IC에 제공하는 음성인식 정전압부; 상기 음성인식IC로부터 상기 마이크로폰에 전원 노이즈 제거 처리 및 임피던스 매칭 처리된 전원을 공급하며 상기 마이크로폰을 통해 입력되는 음성신호를 상기 음성인식IC에 제공하는 마이크로폰 입력 회로부; 및 발진기를 이용하여 상기 음성인식IC의 동작을 위한 클록 주파수를 제공하는 발진부;를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 음성인식부는, 그라운드에 연결된 노이즈 필터를 이용하여 상기 마이크로폰을 통해 입력되는 음성신호의 신호 전압을 비교하기 위한 기준 전압을 상기 음성인식IC에 제공하는 VMID; 및 그라운드에 연결된 캐퍼시터를 이용하여 상기 음성인식IC의 내부 정전압 회로를 안정화시키는 VDDA;를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 음성인식IC는 PLRAM(Programmable-Linear-RAM) 기반의 CIM(Computing in Memory) 타입 IC일 수 있다.

바람직하게, 상기 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램은 CNN(Convolution Neural Network) 또는 DNN(Deep Neural Network)에 기반할 수 있다.

바람직하게, 상기 음성인식IC는 소비전류 3mA 이하일 수 있다.

바람직하게, 상기 메인부는, 스위치 제어 프로그램이 임베디드되며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 제어 신호를 출력하는 제어IC; 제너 다이오드와 리니어 레귤레이터를 이용하여 상기 전원부로부터 제공된 구동 전원을 정전압 처리하여 상기 메인부 및 음성인식부에 제공하는 메인 정전압부; 및 상기 제어IC의 제어 신호에 기초하여 온/오프 동작하여 상기 전원부의 스위칭 요소를 온/오프 동작시키기 위한 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부;를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 메인부는, 상기 전원부의 동기화 입력부로부터 제공된 교류 전원의 반파 정류된 정현파 신호를 저항과 커패시터로 전류 제한한 상태로 트랜지스터의 베이스로 입력하고, 풀업 저항과 커패시터에 연결된 상기 트랜지스터의 컬렉터를 하이 또는 로우 스위칭을 하며, 상기 하이 또는 로우 스위칭을 통해 만들어진 구형파를 상기 제어IC로 입력하여, 상기 제어IC가 상기 스위칭 제어부로 보내는 제어 신호가 상기 구형파와 동기화된 트리거 출력신호의 형태를 갖도록 하는 동기화부;를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 메인부는, IR 리모콘으로부터 수신한 IR 신호를 전기신호로 변환하여 상기 제어IC로 제공하는 IR 리모콘부; 조작형 스위치를 통해 입력된 물리적 조작 입력을 전기신호로 변환하여 상기 제어IC로 제공하는 조작형 스위치부; 및 상기 음성인식부, IR 리모콘부 및 조작형 스위치부 중의 어느 하나로부터 신호 입력이 있는 경우 상기 제어IC의 제어 신호에 기초하여 LED를 점등시키는 표시부;를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 메인부는, 상기 제어IC가 작동 불능 상태가 되는 경우 초기 프로그램 입력 상태로 진입하도록 리셋 스위치를 이용하여 상기 제어IC에 초기화 신호를 입력하는 초기화부;를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 전원부는, 커패시터와 저항을 포함하며 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하는 제1 RC 필터; 커패시터와 저항을 포함하며 상기 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하여 상기 제1 RC 필터와 동일하지 않은 위상 특성을 발생시키는 제2 RC 필터; 일측 단자가 상기 제1 RC 필터 측에 연결되고 타측 단자가 상기 제2 RC 필터 측에 연결되며 양측 단자를 통해 제공되는 교류 전원의 위상차에 기초하여 교류 전압을 발생시키는 정류부 다이오드와, 상기 정류부 다이오드의 일측 단자 측에 연결되어 상기 정류부 다이오드에서 발생한 교류 전압을 정류 및 평활시켜 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 정류 및 평활용 소자들을 포함하는 정류부;를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 전원부는, 상기 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하며 과전압 또는 과전류로 인한 회로 소손을 방지하는 퓨즈와, 상기 퓨즈의 입력 측에 연결되어 교류 전원에 의한 서지를 차단하는 바리스터를 포함하는 회로보호부; 상기 회로보호부를 통해 제공되는 교류 전원에 의해 1차단 코일로 전류 입력 시에 2차단 코일에 교류 전압이 유기되는 트랜스와, 상기 트랜스의 2차단 코일에 유기된 교류 전압이 인가되어 전파 정류된 직류 전원을 상기 정류부 다이오드의 일측 단자 측으로 출력하는 브리지 다이오드를 포함하는 변압/정류부; 및 상기 제어IC로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 온 동작되어 동작 모드로 스위칭 제어된 상태에서 상기 트랜스의 1차단 코일을 통과한 교류 전원을 상기 제1 단자를 통해 전기장치의 활성선 측으로 제공하는 스위칭 요소를 포함하는 스위칭 요소부;를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 정류 및 평활용 소자들은, 상기 정류부 다이오드의 일측 단자 측에 각각 연결되어 상기 정류부 다이오드에서 발생한 교류 전압을 일정 전압으로 적분하여 맥류파형으로 변환하는 정류부 제너 다이오드 및 정류부 제1 커패시터와, 상기 정류부 다이오드의 일측 단자 측에 입력 측이 연결되어 상기 정류부 제너 다이오드 및 정류부 제1 커패시터에 의해 맥류파형으로 변환한 전원에서 직류 성분의 전압만 통과시켜 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 인덕터와, 상기 인덕터의 출력 측에 연결되어 상기 인덕터를 통과한 전원에 잔류하는 교류 성분의 전압을 평활하는 정류부 제2 커패시터를 포함한다.

바람직하게, 상기 전원부는, 상기 제2 RC 필터와, 상기 제2 RC 필터를 통과한 교류 전원의 반파만 통과시켜 생성한 상기 교류 전원의 반파 정류된 정현파 신호를 상기 메인부의 동기화부로 제공하는 동기화 다이오드를 포함하는 동기화 입력부;를 포함한다.

바람직하게, 상기 스위칭 요소는 트라이악(TRIAC)일 수 있다.

본 발명의 또다른 일 측면에 따르면, 대기 모드에서, 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 음성인식 스위치의 음성인식 및 스위치 제어를 위한 구동 전원으로 제공하고, 음성인식을 통해 출력된 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어하며, 동작 모드에서, 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소 및 상기 제1 단자를 통해 전기장치로 제공하고, 상기 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 음성인식 스위치의 음성인식 및 스위치 제어를 위한 구동 전원으로 제공하는 전원부 회로가 개시된다.

이와 같은 본 발명은, 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 이용하여 음성인식 방식의 스위치를 제공하므로, 간단한 음성 입력을 통해 전기장치를 간편하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명은, 전원입력 선로에 중성선 측 전원 단자가 연결된 전기장치의 활성선 측 전원 단자를 통해 제공되는 미세 교류 전원에 기초하여 음성인식 제어를 위한 구동 전원을 얻도록 구성되므로, 스위치 구동전원을 공급하기 위해 별도의 전력선을 스위치에 연결 설치할 필요가 없다는 장점이 있다.

또한 본 발명은, 일반 상용전원 형태의 전원입력 선로를 그대로 사용하고 월패드와 같은 통신설비를 필요로 하지 않으므로, 통신설비를 위한 별도의 전력선을 설치하거나 음성인식 스위치를 위한 별도의 배터리 설치/충전/교체의 불편함이 없다는 장점이 있다.

또한 본 발명은, 신체 활동이 부자연스러운 장애인, 병약자, 노약자 등이 간단한 음성명령으로 전기장치를 온/오프 제어할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명은, 음성인식 이외에도 IR 리모콘, 조작형 스위치로도 온/오프 제어가 가능하다는 장점이 있다.

또한 본 발명은, 대기 모드에서는 트랜스 측으로 전류가 흐르지 않고, 스위치 온 조작되어 교류 전원이 공급되는 동작 모드에서만 트랜스 측으로 전류가 흐르도록 구성되므로, 스위치 오프 상태일 때 스위치에 연결된 램프에 잔광이나 깜박임 현상이 없다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음성인식 스위치의 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음성인식 스위치의 메인부의 회로도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음성인식 스위치의 음성인식부의 블록도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 음성인식 스위치의 음성인식부의 회로도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음성인식 스위치의 음성인식IC의 블록도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음성인식 스위치의 전원부의 회로도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 음성인식 스위치의 전원부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 음성인식 스위치의 전원부의 또다른 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다.

본 출원에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하는 것을 표현하려는 것이지, 다른 구성요소 또는 특징이 존재 또는 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 실시예의 음성인식 스위치는, 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC(M201)를 이용하여 음성인식 방식의 스위치를 제공하되, 전원입력 선로(30)에 중성선(N) 측 전원 단자가 연결된 전기장치(40)의 활성선(L0) 측 전원 단자를 통해 제공되는 미세 교류 전원에 기초하여 음성인식 제어를 위한 구동 전원을 얻도록 구성된다. 일예로, 본 실시예의 전원입력 선로(30)는 AC 220V/60Hz의 단상 선로가 될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지는 않는다.

일예로, 본 실시예의 전기장치(40)는 각종 램프(형광등, LED 등, 백열등), TV, 선풍기, 에어컨 등 각종 가전 제품이 될 수 있으며, AC 220V/60Hz의 단상 선로와 동일 내지 유사한 교류 전원을 이용하는 다양한 전기장치가 될 수 있다.

이하의 설명에서는 본 실시예의 전기장치(40)로서 램프를 예시 설명하며, 도 1, 도 6 내지 도 8에서는 램프0과 램프1의 2구형 램프가 설치된 경우를 도시하지만, 설명 편의상 회로 설명 시에는 램프0 및 관련 회로를 중심으로 예시설명한다. 램프1 및 관련 회로는 예를 들어, 램프0과 동일한 구성이 병렬 구성될 수 있으며 중복 설명을 생략한다.

가정용 AC 220V/60Hz 교류를 이용하는 모든 램프는 단상을 사용하며, 단상은 활성선(Live Wire : L선)과 중성선(Neutral Wire : N선)으로 구분되며, N선은 직접 램프에 연결되어 있으며, L선은 스위치 양쪽 단자 중 한쪽 단자(L 단자)와 연결되고 스위치 다른 단자(L0,L1)에서 선이 나와 램프의 나머지 단자와 연결된다. 즉, 램프에 교류를 입력하고자 스위치를 온(ON) 조작하면 L선이 램프와 연결된다.

통상의 기계적 스위치는 별도의 전자 장치가 없으므로 스위치 자체를 위한 구동 전원이 필요없지만, 본 실시예의 음성인식 스위치와 같은 전자식 스위치의 경우에는 스위치 내부 회로 및 소프트웨어를 작동시킬 전원이 필요한다. 그런데, 통상적으로 교류에서 전력을 얻으려면 N선과 L선 모두가 필요하지만, 통상의 스위치의 경우 L선만 연결되므로 전원을 스위치 내부 회로에 공급할 수 없다.

본 실시예의 음성인식 스위치는, 전원입력 선로(30)의 N선이 램프(백열전구, 형광등, LED 등)를 통해 스위치 한쪽 단자(L0,L1)에 연결되어 미세 전류가 흐르고 있다는 점을 착안하여, 대기 모드에서 미세 전류량이 허용하는 범위 내에서 음성인식 제어를 위한 구동전원을 제공하도록 구성된다.

본 실시예의 음성인식 스위치는 음성인식부(400), 메인부(10) 및 전원부(20)를 포함하여 구성된다.

상기 음성인식부(400)는 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC(M201)를 포함하며, 마이크로폰(401)을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 음성인식IC(M201)가 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력한다.

상기 메인부(10)는 스위치 제어 프로그램이 임베디드된 제어IC(201)를 포함하며, 상기 음성인식부(400)로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 상기 제어IC(201)가 제어 신호를 출력한다.

상기 전원부(20)는 상기 메인부(10) 및 음성인식부(400)의 구동 전원을 제공한다.

일예로, 상기 전원부(20)는 대기 모드에서, 전기장치(40)의 활성선(L0) 측에 연결된 제1 단자(CH5, 도 6 참조)를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부(10) 및 음성인식부(400)의 구동 전원으로 제공하고, 상기 제어IC(201)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소(1107)를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어한다. 바람직하게, 본 실시예의 스위칭 요소(1107)는 트라이악(TRIAC)일 수 있다.

다른예로, 상기 전원부(20)는 동작 모드에서, 전원입력 선로(30)의 활성선(L) 측에 연결된 제2 단자(CH6, 도 6 참조)를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소(1107) 및 상기 제1 단자(CH5)를 통해 전기장치(40)로 제공하고, 상기 제2 단자(CH6)를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부(10) 및 음성인식부(400)의 구동 전원으로 제공한다.

상기 음성인식부(400)의 구성을 보다 상세하게 설명한다.

상기 음성인식부(400)는 음성인식IC(M201), 음성인식 정전압부(M100), 마이크로폰 입력 회로부(M204,M205,M206,M207,M208) 및 발진부(M210,M211,M212,M213)를 포함한다. 상기 음성인식부(400)는 각 부품을 실장한 인쇄회로기판(PCB)의 형태로 제작될 수 있다.

상기 음성인식IC(M201)는 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드되며, 상기 마이크로폰(401)을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력한다.

바람직하게, 본 실시예의 음성인식IC(M201)는 PLRAM(Programmable-Linear-RAM) 기반의 CIM(Computing in Memory) 타입 IC가 사용된다.

또한 바람직하게, 상기 음성인식IC(M201)는 소비전류 3mA 이하의 것이 사용된다.

바람직하게, 상기 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램은 CNN(Convolution Neural Network) 또는 DNN(Deep Neural Network)에 기반한다.

상기 예시한 음성인식IC(M201)의 구성 및 동작은 Shifan Gao et al.의 2019년 논문 "Programmable Linear RAM: A New Flash Memory-based Memristor for Artificial Synapses and Its Application to Speech Recognition System (2019 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM))"을 참조로 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있다. 또한, 상기 예시한 음성인식IC(M201)의 상용제품으로서 플래쉬빌리언(FlashBillion) 사의 MINT IC를 예로 들 수 있으며, 동등한 기능을 제공하는 다른 음성인식IC를 본 실시예에 적용 가능함은 물론이다.

일예로, 본 실시예의 음성인식IC(M201)는 CNN(Convolution Neural Network) 또는 DNN(Deep Neural Network)에 기반하여 학습 완료한 최종 음성 명령어 10개(각 음성 시간 5초 이내) 이상을 저장하고, 초당 2³⁰Byte의 연산 속도로 마이크로폰(401)을 통해 입력되는 음성명령어를 1uS 내 30K 매트릭스 MAC 비교 연산 가능하도록 구성될 수 있다.

음성인식IC(M201)에 적용할 소프트웨어는 펌웨어 형태로 구성된다. 펌웨어 및 최종 명령어 데이터를 상기 음성인식부(400)의 소프트웨어 업로드 포트를 통해 음성인식IC(M201) 내부의 RAM(예, PLRAM)에 저장하면 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC(M201)가 마련된다.

인식되는 음성은 예를 들어, 음성인식 모드를 개시하기 위한 호출어인 “하이 스마트”, 음성인식 동작을 위한 명령어인 “전원모드", "전원차단”, “램프 온", "램프 오프”, "불켜", "불꺼", "스마트 스위치 온", "스마트 스위치 오프" 등이 될 수 있다.

상기와 같은 호출어 및/또는 명령어를 예를 들어, 남녀노소 약 300 ~ 1,000명을 선정하여 개인당 10회 ~ 20회 동일 문장을 읽도록 한 후 녹음(원시데이터)하여 학습을 위한 음성 데이터를 준비한다. 남녀노소의 비율을 고려하여 녹음된 음성은 발음 정확성 및 잡음 제거, 불필요한 음성 구간 등을 조정하는 정제 작업을 거친 후 양질의 음성(원천데이터)을 확보한다. 준비된 원천데이터는 음성인식 딥러닝 알고리즘에 입력하고 학습을 진행하여 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램을 마련한다.

일예로 도 5를 참조하면, 본 실시예의 음성인식IC(M201)로 적용 가능한 MINT IC는 입출력 신호를 상호 연결하는 인터페이스(interface), 입력된 신호의 변수를 분석 처리하는 선형프로그램 램 어레이, 선형프로그램 램 어레이를 이용한 인공신경망 뉴런, 아날로그 입력, 아날로그 출력, 제어부를 포함하여 구성된다.

일예로, 본 실시예의 음성인식IC(M201)로 적용 가능한 MINT IC는 도 4의 M201과 같이 1~33번의 핀(PIN) 맵(MAP)을 가지며, 아래의 표 1 및 표 2와 같은 각 핀의 기능을 갖는다.

핀 번호	핀 이름	핀 TYPE	기 능
1	P0.15	IO	디지털 I/O 핀
1	SPIM_SS	O	SPIM SLAVE 선택 핀
2	VCCIO	P	3.3V~5.5V 전원 + 핀
3	VSSIO	P	그라운드 핀
4	VMID	AO	비교전압 핀(1uF GND 연결)
5	MICBIAS	AO	마이크 양극 전압 공급 출력 핀
6	MICP	AI	마이크 양극 핀
7	MICN	AI	마이크 음극 핀
8	VDDA	P	내부 1.5V 정전압 PIN(1uF GND 연결)
9	TM	AIO	테스트 핀
10	VCC	P	3.3V~5.5V 전원 입력 핀
11	XI12M	I	24MHz 크리스탈 오실레이터 입력
12	XO12M	O	24MHz 크리스탈 오실레이터 출력
13	SPIS_MOSI	IO	SPIS MOSI(Master Out, Slave In)
14	SPIS_MISO	IO	SPIS MISO(Master In, Slave Out)
15	SPIS_CLK	I	SPIS 시리얼 클럭
16	SPIS_SS	I	SPIS Slave 선택
17	P0.0	IO	디지털 I/O 핀
17	SPIS_D2	IO	쿼드 모드 I/O용 SPIS 데이터 2핀
18	NRST	I	외부 리셋 핀
19	P0.1	IO	디지털 I/O 핀
19	SDA	IO	I2C 데이터 입력/출력 핀
20	P0.2	IO	디지털 I/O 핀
20	SCL	IO	I2C 클록 핀

핀 번호	핀 이름	핀 TYPE	기 능
21	P0.3	IO	디지털 I/O 핀
	SPIS_D3	IO	쿼드 모드 I/O용 SPIS 데이터 3핀
	I2S1_MCLK	O	I2S1 마스터 클록 출력 핀
22	P0.4	IO	디지털 I/O 핀
22	I2S1_BCLK	I	I2S1 bit 클록 핀
23	P0.5	IO	디지털 I/O 핀
23	I2S1_LRCLK	I	I2S1 좌우 채널 핀
24	P0.6	IO	디지털 I/O 핀
24	I2S1_DI	I	I2S1 데이터 입력 핀
25	P0.7	IO	디지털 I/O 핀
25	I2S1_DO	O	I2S1 데이터 출력 핀
26	P0.8	IO	디지털 I/O 핀
	PWM1	O	PWM1 출력 핀
	UART_RXD	I	UART 데이터 수신 핀
	I2S2_DI	I	I2S2 테이터 입력 핀
27	P0.9	IO	디지털 I/O 핀
	PWM2	O	PWM2 출력 핀
	UART_TXD	O	UART 데이터 송신 핀
	I2S2_DO	O	I2S2 데이터 출력 핀
28	P0.10	IO	디지털 I/O 핀
28	I2S2_LRCLK	O	I2S2 좌우 채널 핀
29	P0.11	IO	디지털 I/O 핀
29	I2S2_BCLK	O	I2S2 bit 클록 핀
30	P0.12	IO	디지털 I/O 핀
30	SPIM_MISO	O	SPIM_MOSI(Master In, Slave Out)
31	P0.13	IO	디지털 I/O 핀
31	SPIM_MOSI	O	SPIM_MOSI(Master Out, Slave In)
32	P0.14	IO	디지털 I/O 핀
32	SPIM_CLK	O	SPIM 시리얼 클록 핀
33	GND (IC 중앙부 설치)	P	그라운드 핀

일예로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 음성인식IC(M201)를 운영할 펌웨어 및 음성명령어 데이터는 음성인식부(400)의 커넥터(M301)의 1,2,3,4,5번 핀을 통해 전용 프로그램 라이팅기와 시리얼 통신하여 업로드된다. 음성인식IC(M201)는 마이크로폰(401)과 연결된 음성인식부(400)의 커넥터(M302)의 17,18번 핀으로 입력된 음성신호가 업로드된 음성명령어 데이터와 동일한지 분석하고, 동일할 경우 커넥터(M301)의 6,7번 핀 및 커넥터(M302)의 12,13,14,15번 핀으로 대응하는 음성인식신호를 출력한다. 업로드된 펌웨어의 작동 확인을 위해 커넥터(M302) 16번 핀이 사용되고, 전원 공급을 위해 커넥터(M301)의 8,9,10번 핀과 커넥터(M302)의 11번 핀이 사용된다.

상기 음성인식 정전압부(M100)는 리니어 레귤레이터(M102)를 이용하여 구동 전원(VCCIN)을 정전압 처리하여 상기 음성인식IC(M201)에 제공한다.

일예로, 음성인식 정전압부(M100)는 낮은 입출력 전위차에서도 동작하는 리니어 레귤레이터(M102)를 구비하고, 입력 전원에 포함된 노이즈 또는 리플을 제거하기 위한 리플방지용 캐퍼시터(M101)를 리니어 레귤레이터(M102) 전단에 설치하며, 리니어 레귤레이터(M102) 후단에 필터(M103,M104,M105,M106)를 설치한다.

리플방지용 캐퍼시터(M101)는 외부에서 들어오는 전압에 리플이 포함되어 있을 경우 이를 평활하여 좀 더 깨끗한 직류전압을 얻고자 사용된다.

일예로, 필터(M103,M104,M105,M106)는 병렬 연결된 커패시터 M103,M104와 병렬 연결된 인덕터 M105,M106를 포함하는 LC 저역 통과 필터로 구성된다. 리니어 레귤레이터(M102)를 거쳐 들어오는 전압에 포함될 수 있는 노이즈를 커패시터 M103,M104가 평활한다. 노이즈는 통과하지 못하고 직류는 잘 통과할 수 있는 인덕터 특성을 이용하여 인덕터 M105,M106은 노이즈를 제거한다.

상기 마이크로폰 입력 회로부(M204,M205,M206,M207,M208)는 상기 음성인식IC(M201)로부터 상기 마이크로폰(401)에 전원 노이즈 제거 처리 및 임피던스 매칭 처리된 전원을 공급하며 상기 마이크로폰(401)을 통해 입력되는 음성신호를 상기 음성인식IC(M201)에 제공한다.

커패시터 M204는 마이크로폰 (+) 단에 공급되는 전원 노이즈 제거 목적으로 설치되고, 마이크로폰 임피던스 매칭용으로 (+) 단에는 저항 M205 및 커패시터 M206이 설치되고, (-)단에는 커패시터 M207 및 저항 M208이 설치된다.

상기 발진부(M210,M211,M212,M213)는 발진기(M210)를 이용하여 상기 음성인식IC(M201)의 동작을 위한 클록 주파수(예, 24MHz)를 제공한다.

일예로, 발진기(M210)는 크리스탈 발진기로 구성될 수 있으며, 전기적 입력이 기계적인 진동으로 바뀌는 원리를 이용하여 이 진동의 주파수를 이용한다.

발진기(M210)의 부하용량값 변화에 따라 주파수 변화가 있게 된다. 발진기(M210)의 양단에 각각 병렬 설치된 커패시터 M211,M212은 부하용량값을 맞추어 주는 부하 커패시터(Load Capacitance)이며, 이 값은 음성인식IC(M201) 내부 PAD의 Capacitance 성분값(Cin)과 음성인식IC(M201) 외부의 Capacitance 성분값(Cext)과 PCB 패턴의 Capacitance 성분값(Cstray)을 합친 값으로서, 발진기(M210)가 외부 영향 없이 자신의 주파수로 발진하기 위해 사용된다.

발진기(M210)의 양단을 연결하도록 병렬 설치된 저항 M213은 구동회로 입력과 출력(발진기 M210의 양단자 사이)의 피드백 저항이다. 발진기(M210)가 발진할 때 자신의 주파수의 배가 되는 주파수를 함께 발진할 수 있는데, 저항 M213은 이를 방지하고 안정적인 주파수를 얻도록 해준다.

바람직하게, 상기 음성인식부(400)는 VMID(Voltage Mid, M202,M203) 및 VDDA(Vdd for Analog, M209)를 포함한다.

상기 VMID(M202,M203)는 그라운드에 연결된 노이즈 필터(M202,M203)를 이용하여 상기 마이크로폰(401)을 통해 입력되는 음성신호의 신호 전압을 비교하기 위한 기준 전압을 상기 음성인식IC(M201)에 제공한다. 노이즈 필터(M202,M203)는 병렬 설치된 캐퍼시터로 구성될 수 있다.

상기 VDDA(M209)는 그라운드에 연결된 캐퍼시터(M209)를 이용하여 상기 음성인식IC(M201)의 내부 정전압 회로를 안정화시킨다. 일예로, 음성인식IC(M201)의 내부에는 1.5V로 구동되는 정전압부가 있으며, 내부 전압이 안정화되어야 음성인식IC(M201)가 음성신호를 정확히 분석, 판단할 수 있다. 이를 위해 상기 VDDA(M209)를 설치한다.

상기 음성인식부(400)는 음성인식IC(M201)를 초기화하기 위한 리셋부(M214,M215)를 포함한다. 리셋부(M214,M215)는 직렬 연결된 저항 M214와 커패시터 M215를 포함한다. 저항 M214와 커패시터 M215는 음성인식IC(M201)의 파워 온 리셋(Power-on reset)으로 사용된다. 초기 전원이 들어올 때 전원 전압은 O V에서 일정 동작 전압까지 곡선 형태로 상승하게 된다. 동작 전압까지 상승하는 동안 음성인식IC(M201)는 동작하면 안되기 때문에 저항 M214와 커패시터 M215를 이용하여 동작 전압에 도달하기까지 충전시간 만큼 음성인식IC(M201) 리셋 단자 전압을 지연시킨 후 하이(HIGH)가 되도록 하여 이후부터 정상 동작을 하도록 한다.

상기 메인부(10)의 구성을 보다 상세하게 설명한다.

상기 메인부(10)는 제어IC부(200), 메인 정전압부(800) 및 스위칭 제어부(2100)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 커넥터(900)의 5번 및 1번 단자(CON1-5,CON1-1)를 통해 전원부(20)의 VCC 단자로부터 상기 메인부(10)의 메인 정전압부(800)가 직류 전원 공급을 받고, 메인 정전압부(800)에서 정전압 처리된 직류 전원을 메인 정전압부(800)의 VDD 단자를 통해 메인부(10)의 다른 요소부(100,200,500,600,700)와 음성인식부(400)의 VDD 단자로 공급한다. 이를 위해 메인부(10) 측 커넥터(901)의 1~5번 단자(CON1-1~CON1-5)는 전원부(20) 측 커넥터(902)의 1~5번 단자(J1-1~J1-5, 도 6 참조)와 각각 연결된다.

상기 제어IC부(200)는 제어IC(201)를 포함한다. 상기 제어IC(201)는 스위치 제어 프로그램이 임베디드되며, 상기 음성인식부(400)로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 제어 신호를 출력한다.

본 실시예는 제어IC(201)로서 마이컴 PIC16F1503가 사용된 경우를 예시한다. 이외에도 본 실시예의 제어IC(201)는 8-bit Microcontroller(MCU)로서 C8051F시리즈, CY8C시리즈, PIC10(L)F시리즈, PIC10F20시리즈, PIC10F22시리즈, PIC12(L)시리즈, PIC12F시리즈, PIC16(L)시리즈, PIC16F시리즈, PIC18(L)시리즈, PIC18F시리즈, ST72시리즈, ST7F시리즈, STM8AF시리즈, Z86E시리즈 등을 사용할 수 있으며, 16-bit Microcontroller(MCU)로서 68HC시리즈, M16C시리즈, MC9S12시리즈, MSP430AFE시리즈, MSP430F시리즈, PIC24F시리즈 등을 사용할 수 있고, 32-bit Microcontroller(MCU)를 사용할 수도 있다.

일예로, 도 2를 참조하면, 음성인식IC(M201)에 미리 저장된 명령어 데이터(예, 불켜, 불꺼 등)와 동일한 음성이 마이크로폰(401)을 통해 입력되면, 2구 램프의 경우를 기준으로, 온오프에 해당되는 음성인식신호를 음성인식부(400)의 7번, 14번 핀을 통해 제어IC(201)의 10번, 11번 핀으로 보내며, 신호를 수신한 제어IC(201)는 5번, 6번 핀을 통해 각각의 해당 제어 신호를 출력한다.

도 2를 참조할 때, 상기 제어IC(201)에 설치된 커패시터(202)는 제어IC(201)에 공급되는 전원 노이즈 필터용이며, 커넥터(203)은 제어IC(201)에 프로그램 입력을 하기 위한 라이팅기와 연결되는 단자이다.

상기 메인 정전압부(800)는 제너 다이오드(801)와 리니어 레귤레이터(803)를 이용하여 상기 전원부(20)로부터 제공된 구동 전원을 정전압 처리하여 상기 메인부(10) 및 음성인식부(400)에 제공한다.

제너 다이오드(801)의 일단은 메인부(10) 측 커넥터(901)의 1번 단자(CON1-1)를 통해 전원부(20) 측 커넥터(902)의 1번 단자(J1-1)와 연결되고 또한 그라운드와 연결되며, 타단은 리니어 레귤레이터(803)의 입력 측에 연결된다.

리니어 레귤레이터(803)는 메인부(10) 측 커넥터(901)의 5번 단자(CON1-5) 및 전원부(20) 측 커넥터(902)의 5번 단자(J1-5)를 통해 전원부(20)의 정류부(1500)의 VCC 단에 연결된다.

상기 메인 정전압부(800)는 전원부(20)의 변압/정류부(1200)에서 생성하여 정류부(1500)를 통해 제공되는 전원 전압을 제너 다이오드 801을 이용하여 일정한 전압으로 유지시켜주는 정전압 처리를 한다. LDO(Low Dropout) 리니어 레귤레이터 803은 정전압 IC로서 출력 전압을 일정하게(예, DC 5V) 유지해주며, LDO 리니어 레귤레이터 803의 입력단에는 커패시터 802를 설치하고 출력단에는 커패시터 804,805를 병렬 설치하여 노이즈를 제거한다.

LDO 리니어 레귤레이터 803의 정규 입력 전압보다 높은 전압 또는 서지 등이 입력되는 경우 소손이 발생될 수 있다. 이를 감안하여, LDO 리니어 레귤레이터 803을 보호하기 위해 정규 입력 전압에 맞는 제너 다이오드 801을 사용하여 역방향으로 정격 전압보다 이상의 전압이 가해졌을 때 전류가 흐르도록 하여 정격 전압을 유지하도록 한다.

메인 정전압부(800)에서 출력되는 전원 전압(VDD)은 제어IC(201), 음성인식부(400) 및 기타 회로의 주 전원전압으로 사용된다.

상기 스위칭 제어부(2100)는 상기 제어IC(201)의 제어 신호에 기초하여 온/오프 동작하여 상기 전원부(20)의 스위칭 요소(1107)를 온/오프 동작시키기 위한 스위칭 제어 신호를 제공한다.

램프0에 대한 회로를 예시 설명하면, 스위칭 제어부(2100)는 상기 제어IC(201)의 5번 핀으로부터 나오는 트리거 신호를 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET) 2104의 게이트로 입력하여 전원부(20)의 스위칭 요소(1107)를 제어하는 회로이다. 저항 2101,2103은 전계효과 트랜지스터 2104의 전류 제한용이며, 커패시터 2102는 트리거 신호의 동기화 지연 시간용으로 사용된다.

제어IC(201)의 제어 신호를 전원부(20)의 스위칭 요소(1107)로 직접 보내는 경우, 제어IC(201)의 포트 출력 전류값이 작아서 트라이악으로 구성되는 스위칭 요소(1107)를 직접 구동하기 어려울 수 있다. 이를 감안하여, 메인부(10)의 스위칭 제어부(2100)는 전계효과 트랜지스터 2104를 이용하여 전원부(20)의 스위칭 요소(1107)를 제어한다. 램프1을 제어하기 위한 스위칭 제어부 2000도 스위칭 제어부 2100과 동일한 구성이므로 중복 설명은 생략한다.

커넥터부(900)는 상기 메인부(10)와 전원부(20)를 전기적으로 분리 및 연결시켜주는 역할을 한다. 커넥터 901은 메인부(10)에 설치되고 커넥터 902는 전원부(20)에 설치된다.

바람직하게 상기 메인부(10)는 동기화부(700)를 포함한다.

상기 동기화부(700)는 전원부(20)의 동기화 입력부(1300)를 통해 교류 전압 위상을 감지한다.

상기 동기화부(700)는, 상기 전원부(20)의 동기화 입력부(1300)로부터 제공된 교류 전원의 반파 정류된 정현파 신호를 저항(701,702)과 커패시터(703)로 전류 제한한 상태로 트랜지스터(706)의 베이스로 입력하고, 풀업 저항(705) 및 이에 병렬 연결된 커패시터(704)에 연결된 상기 트랜지스터(706)의 컬렉터를 하이(HIGH) 또는 로우(LOW) 스위칭을 하며, 상기 하이 또는 로우 스위칭을 통해 만들어진 구형파를 상기 제어IC(201)로 입력하여, 상기 제어IC(201)가 상기 스위칭 제어부(2100)로 보내는 제어 신호가 상기 구형파와 동기화된 트리거 출력신호의 형태를 갖도록 한다.

일예로, 전원부(20)의 스위칭 요소(1107)가 트라이악(TRIAC)으로 구성되는 경우, 트라이악(TRIAC) 위상 제어 회로에서 트라이악은 정현파인 교류 전원의 반주기의 특정 구간에 대해서만 ON 으로 트리거되어 부하가 교류 전원의 해당 구간 동안만 동작하도록 하고, 이를 통해 부하에 대한 전력 공급이 제어된다. 만일 교류 전원의 반주기 중간 지점에서 트리거 신호가 입력되었다면 반주기의 앞 부분은 OFF, 뒷부분은 ON이 된다. 이 경우 반주기의 반만 ON이 되므로 전력공급은 반으로 줄어들게 된다. 이를 감안하여 교류 전원의 반주기 시작점에서 매번 트리거 신호를 동기화 한다면 트라이악은 전체 주기 동안 전력공급이 가능하다. 이를 위해 상기 동기화부(700)는 상기 전원부(20)의 동기화 입력부(1300)로부터 제공된 교류 전원의 반파 정류된 정현파 신호를 입력받아 반주기마다 동기를 맞춘 트리거 신호를 발생시키도록 구성된다.

바람직하게 상기 메인부(10)는 IR 리모콘부(600), 조작형 스위치부(500), 표시부(300) 및 초기화부(100)를 포함한다.

상기 IR 리모콘부(600)는 IR 리모콘으로부터 수신한 IR 신호를 전기신호로 변환하여 상기 제어IC(201)로 제공한다.

IR 리모콘부(600)는 IR 수신모듈과 연결되는 커넥터 605, IR 수신모듈로부터 입력되는 신호의 전류 제한 저항 604, IR 수신모듈에 공급되는 전원의 전류 제한 및 노이즈 필터를 위한 저항 601과 커패시터 602, 603으로 구성된다. IR 수신모듈은 IR 리모콘으로부터 전송되는 램프0과 램프1의 온오프 신호 데이터를 제어IC(201)의 2번 핀으로 전달하며, 제어IC(201)은 신호 데이터를 분석하여 해당하는 램프에 대한 온/오프 신호를 5번, 6번 핀으로 출력하여 램프를 제어한다.

상기 조작형 스위치부(500)는 조작형 스위치(504)를 통해 입력된 물리적 조작 입력을 전기신호로 변환하여 상기 제어IC(201)로 제공한다.

일예로, 도 2의 조작형 스위치부(500)는 스위치 504와 스위치 505를 포함하며, 이는 본 실시예에서 2구 램프를 제어하기 위함이다.

가정용으로 사용하는 벽면 스위치는 대부분 1구, 2구, 3구로 구분되어지며, 이 중 가장 많이 장착되어 있는 스위치는 1구 -> 2구 ->3구 순으로서, 본 실시예에서는 3구까지 가능하지만, 설명 편의 상 2구 램프를 예시 설명한다. 램프 1구만 설치하는 경우, 도 1에서 램프 0에 설치 사용된다.

일예로, 2구 램프의 온오프 모드는 아래의 표 3과 같이 구성될 수 있다.

SW 구분	SW Push 시 발생하는 트리거 전압	램프 점소등
SW 구분	SW Push 시 발생하는 트리거 전압	첫 번째 push	두번째 push
평상시	5V(연속)	OFF	OFF
스위치 504	0.877V(트리거)	ON	OFF
스위치 505	2.97V(트리거)	ON	OFF

일예로, 스위치 504와 스위치 505는 Push 조작 시 마다 점등, 소등이 반복되는 토글 방식으로 제어IC(201)의 포트 하나를 사용해 두 개의 스위치 입력을 아날로그 전압값으로 구분하여 스위치를 구분할 수 있도록 한 것이다.

상기 표 3과 같이 SW_IN 전압은 저항 501,502,503에 의해 결정되며, 스위치 504,505의 조작 모드에 따라 제어IC(201)의 3번 핀으로 입력되는 전압 차이가 발생한다. 제어IC(201)는 입력 전압을 검출하여 제어IC(201)의 5번 핀, 6번 핀에 각각의 해당 출력 신호를 발생시킨다. 스위치 504 또는 스위치 505를 PUSH 조작시 마다 출력 ON_OFF가 토글(Toggle) 된다.

상기 표시부(300)는 상기 음성인식부(400), IR 리모콘부(600) 및 조작형 스위치부(500) 중의 어느 하나로부터 신호 입력이 있는 경우 상기 제어IC(201)의 제어 신호에 기초하여 LED(302)를 점등시킨다. 저항 301은 LED 전류 제한용으로 사용된다.

상기 구성을 통해 본 실시예의 음성인식 스위치는 음성인식 명령어에 의한 온/오프 제어뿐만 아니라, 조작형 스위치(예, 버튼 누름식 스위치)를 이용한 온/오프 제어, IR 리모콘을 이용한 온/오프 제어도 가능하다.

일예로, 상기 세가지 제어 방식 중에 어느 한가지라도 입력이 들어오면 제어IC(201)의 5번, 6번 핀으로 제어 신호를 출력하며, 제어 신호는 교류 전원 위상과 동기화된 신호의 형태로 출력한다.

상기 초기화부(100)는 상기 제어IC(201)가 작동 불능 상태가 되는 경우 초기 프로그램 입력 상태로 진입하도록 리셋 스위치(102)를 이용하여 상기 제어IC(201)에 초기화 신호를 입력한다.

일예로, 상기 초기화부(100)에서는 제어IC(201)가 예상치 못한 정전 또는 서지 등에 의해 작동 불능 상태가 될 경우 리셋 스위치(102)로 제어IC(201) 4번 핀(RESET)의 전압 레벨을 로우(LOW) 상태로 만들어 초기 프로그램 입력 상태로 진입하여 정상 동작할 수 있도록 한다. 평상시에는 VDD 단자 측에 설치된 저항 101에 의해 4번 핀이 하이(HIGH) 상태로 유지되며, 리셋 스위치(102)를 누르면 로우(LOW) 상태가 된다. 초기 전원 입력 시 제어IC(201)의 전원보다 리셋 4번 핀이 늦게 하이(HIGH)가 되도록 저항 101과 커패시터 103의 충전 시간을 결정하여 지연 시간을 조정한다. 저항 104는 4번 핀의 임피던스 매칭을 위한 것이다.

상기 전원부(20)의 구성을 보다 상세하게 설명한다.

대기 모드에서 상기 전원부(20)는 교류 전력선 중에서 전기장치(40) 측에 연결된 활성선(L0)만 사용하여 미세 전력을 얻으며, 이 미세 전력을 이용하여 음성인식부(400), 메인부(10) 및 전원부(20)의 각종 회로 구동을 위한 전원으로 사용한다.

예를 들어, 각 가정의 벽에 부착되어 있는 스위치 박스 내의 전력선에는 활성선(L)이 들어와 스위치 양단 중 한쪽 단자에 연결되고 나머지 단자쪽에는 전기장치(40)의 한쪽 단자(L0,L1)가 연결된다. 전기장치(40)의 다른 한쪽 단자에는 교류 전력선의 중성선(N)이 연결되며, 스위치를 온 조작하면 활성선(L)이 전기장치(40)로 연결되고, 결과적으로 교류 전력선의 양측(L,N) 모두가 전기장치(40)로 연결되어 전기장치(40)가 동작하게 된다. 도 1을 포함하는 본 실시예에서는 전기장치(40)로서 2구 램프를 예시하며, 회로 설명 시에는 설명 편의 상 램프0을 기준으로 설명한다.

상기 전원부(20)는 제1 RC 필터(1109,1110), 제2 RC 필터(1302,1303), 정류부(1500), 회로보호부(1400), 변압/정류부(1200), 스위칭 요소부(1100) 및 동기화 입력부(1300)를 포함한다.

상기 제1 RC 필터(1109,1110)는 커패시터(1109)와 저항(1110)을 포함하며 전기장치(40)의 활성선(L0) 측에 연결된 제1 단자(CH5)를 통해 제공되는 교류 전원이 통과한다.

상기 제2 RC 필터(1302,1303)는 커패시터(1302)와 저항(1303)을 포함하며 상기 제1 단자(CH5)를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하여 상기 제1 RC 필터(1109,1110)와 동일하지 않은 위상 특성을 발생시킨다.

상기 정류부(1500)는, 일측 단자가 상기 제1 RC 필터(1109,1110) 측에 연결되고 타측 단자가 상기 제2 RC 필터(1302,1303) 측에 연결되며 양측 단자를 통해 제공되는 교류 전원의 위상차에 기초하여 교류 전압을 발생시키는 정류부 다이오드(1501)와, 상기 정류부 다이오드(1501)의 일측 단자 측에 연결되어 상기 정류부 다이오드(1501)에서 발생한 교류 전압을 정류 및 평활시켜 생성한 직류 전원을 상기 메인부(10) 및 음성인식부(400)의 구동 전원으로 제공하는 정류 및 평활용 소자들을 포함한다.

상기 정류 및 평활용 소자들은 다음과 같이 상세 구성될 수 있다.

정류부 제너 다이오드(1503) 및 정류부 제1 커패시터(1504)는, 상기 정류부 다이오드(1501)의 일측 단자 측에 병렬로 각각 연결되어 상기 정류부 다이오드(1501)에서 발생한 교류 전압을 일정 전압으로 적분하여 맥류파형으로 변환한다.

인덕터(1505)는, 상기 정류부 다이오드(1501)의 일측 단자 측에 입력 측이 연결되어 상기 정류부 제너 다이오드(1503) 및 정류부 제1 커패시터(1504)에 의해 맥류파형으로 변환한 전원에서 직류 성분의 전압만 통과시켜 상기 메인부(10) 및 음성인식부(400)의 구동 전원으로 제공한다.

정류부 제2 커패시터(1506)는 상기 인덕터(1505)의 출력 측에 일측이 연결되고 타측은 그라운드에 연결되어 상기 인덕터(1505)를 통과한 전원에 잔류하는 교류 성분의 전압을 평활한다.

상기 회로보호부(1400)는, 상기 전원입력 선로(30)의 활성선(L) 측에 연결된 제2 단자(CH6)를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하며 과전압 또는 과전류로 인한 회로 소손을 방지하는 퓨즈(1402)와, 상기 퓨즈(1402)의 입력 측에 연결되어 교류 전원에 의한 서지(이상 펄스)를 차단하는 바리스터(1401)를 포함한다.

상기 변압/정류부(1200)는, 상기 회로보호부(1400)를 통해 제공되는 교류 전원에 의해 1차단 코일(1-2)로 전류 입력 시에 2차단 코일(3-4)에 교류 전압이 유기되는 트랜스(1205)와, 상기 트랜스(1205)의 2차단 코일(3-4)에 유기된 교류 전압이 인가되어 전파 정류된 직류 전원을 상기 정류부 다이오드(1501)의 일측 단자 측으로 출력하는 브리지 다이오드(1201,1202,1203,1204)를 포함한다.

상기 변압/정류부(1200)는 램프와 같은 전기장치(40)가 온 조작되어 동작 모드가 되었을 때 대기 모드보다 더 많은 미세전류를 제공하도록 구성된다. 전기장치(40)가 온 조작되어 동작 모드가 되면, 회로 내부 LED 점등, 음성 인식모듈(400)의 하이(HIGH) 출력, 제어IC(201)의 스위칭 제어 출력 등으로 전류 소모량이 증가하므로, 변압/정류부(1200)를 통해 대기 모드보다 더 많은 미세전류를 제공한다.

상기 스위칭 요소부(1100)는, 상기 제어IC(201)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 온 동작되어 동작 모드로 스위칭 제어된 상태에서 상기 트랜스(1205)의 1차단 코일(1-2)을 통과한 교류 전원을 상기 제1 단자(CH5)를 통해 전기장치(40)의 활성선(L0) 측으로 제공하는 스위칭 요소(1107)를 포함한다. 바람직하게, 상기 스위칭 요소(1107)는 트라이악(TRIAC)일 수 있다.

상기 스위칭 요소부(1100)는 커넥터(900)를 통해 상기 메인부(10)의 스위칭 제어부(2100)로부터 입력되는 트리거 신호가 전류제한용 저항 1106을 거친 후에 트라이악 1107의 게이트 단자로 입력되어 트라이악 1107의 A1,A2 단자를 도통시켜 구동되게 하며, 이러한 도통에 의해 활성선 L와 활성성 L0가 상호 연결되어 램프0이 점등하게 된다.

도 6 내지 도 8에 도시된 스위칭 요소부 1000은 2구 램프 사용 시에 램프1을 제어하기 위한 스위칭 요소부로서, 트라이악 1008의 A1,A2 단자를 도통시켜 구동되도록 하고 활성선 L와 활성성 L1가 상호 연결되어 램프1을 램프 점등 제어한다. 이외의 스위칭 요소부 1000의 구성은 스위칭 요소부 1100과 동일 구성이므로 중복 설명은 생략한다.

상기 동기화 입력부(1300)는 교류 전압 위상 감지 및 전압 전류 다운 회로를 포함한다.

상기 동기화 입력부(1300)는, 상기 제2 RC 필터(1302,1303)와, 상기 제2 RC 필터(1302,1303)를 통과한 교류 전원의 반파만 통과시켜 생성한 상기 교류 전원의 반파 정류된 정현파 신호를 커넥터(900)를 통해 상기 메인부(10)의 동기화부(700)로 제공하는 동기화 다이오드(1301)를 포함한다.

본 실시예의 전원부(20)의 대기 모드 및 동작 모드의 전원공급 구성을 설명한다.

도 7의 대기 모드에서, 본 실시예의 전원부(20)는 전기장치(40)의 활성선(L0) 측에 연결된 제1 단자(CH5)를 통해 제공되는 교류 전원(미세 전력)에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부(10) 및 음성인식부(400)의 구동 전원으로 제공하고, 상기 제어IC(201)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소(1107)를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어한다.

도 7을 참조하면, 전원부(20)에서 미세 전력의 흐름을 나타내는 굵은 이점쇄선이, 도 1의 램프0과 연결되어 스위치 박스 내부까지 들어와 있는 활성선 L0을 통해 커넥터 1111의 제1 단자(CH5)와 연결되어 전원부(20) 내부의 커패시터 1302와 저항 1303을 통해 정류부(1500)로 연결된다. 커패시터 1302와 저항 1303는 상기 제2 RC 필터(1302,1303)를 구성한다.

한편, 미세 전력의 또다른 흐름을 나타내는 굵은 일점쇄선은 활성선 L0을 통해 커넥터 1111의 제1 단자(CH5)와 연결되며, 저항 1110과 커패시터 1109를 통해 정류부(1500)로 연결된다. 저항 1110과 커패시터 1109는 상기 제1 RC 필터(1109,1110)를 구성한다.

굵은 이점쇄선과 굵은 일점쇄선을 각각 흐르는 미세 전류는, 상기 제2 RC 필터(1302,1303)와 상기 제1 RC 필터(1109,1110)의 각각의 R 값과 C 값의 설정에 의해 위상차가 발생한다. 이 위상차로 인해 정류부(1500)에 포함된 정류부 다이오드 1501의 양단에 발생하는 전위차 만큼의 전압을 얻을 수 있다.

일예로, 램프0과 램프1을 함께 사용하는 2구 램프의 경우, 저항 1010과 커패시터 1009로 구성된 RC 필터 회로를 통과한 전압은, 저항 1110 및 커패시터 1109로 구성된 RC 필터 회로를 통과한 전압과 동일 위상을 갖는다.

정류부 다이오드 1501의 입력 측에 연결 설치되어 그라운드로 접지되는 정류부(1500)의 다이오드 1502는 AC단으로부터 DC단의 접지를 분리하는 역할을 한다.

상기 제2 RC 필터(1302,1303)와 상기 제1 RC 필터(1109,1110)의 위상차에 기초하여 발생한 AC 전압은 제너 다이오드 1503과 커패시터 1504를 통해 일정 전압으로 적분되어 직류에 가까운 맥류파형으로 변환된 뒤 인덕터 1505를 통해 직류에 가까운 전압만 통과하고 다시 한번 남아 있는 AC 성분을 커패시터 1506으로 평활한다.

이렇게 평활 처리된 전압을 도 7에서 VCC로 표기한다. VCC는 커넥터(900)를 거쳐 메인부(10)의 메인 정전압부(800)으로 제공된다. 메인 정전압부(800)에서 정전압 처리된 출력 전압을 도 2에서 VDD로 표기(도 3, 도 4에서는 VCCIN으로 표기)하고 이 VDD는 각 회로의 구동 DC 전압으로 사용된다.

램프0의 1구만 사용할 때는 반드시 램프0과 연결된 활성선 L0와 활성선 L을 우선 사용해야 한다.

도 8의 동작 모드에서, 본 실시예의 전원부(20)는 전원입력 선로(30)의 활성선(L) 측에 연결된 제2 단자(CH6)를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소(1107) 및 상기 제1 단자(CH5)를 통해 전기장치(40)로 제공하고, 상기 제2 단자(CH6)를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부(10) 및 음성인식부(400)의 구동 전원으로 제공한다.

도 8을 참조하면, 동작 모드에서는 대기 모드보다 더 많은 전류가 필요하기에 대기 모드의 구성을 통해 제공되는 미세 전류와 함께 도 8과 같이 변압/정류부(1200)로부터 얻은 전류를 상기 메인부(10) 및 음성인식부(400)의 구동 전원으로 제공한다.

음성인식된 상태에서 상기 제어IC(201)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 상기 스위칭 요소(1107)가 온 제어되고, 이를 통해 도 8의 굵은 점선을 따라 교류 전원에서 공급되는 전류가 흐르며 램프0이 온 동작된다.

이 때 활성선 L을 통해 변압/정류부(1200)의 트랜스(1205) 1차단 코일(1-2)로 전류가 입력되어 트랜스(1205)의 2차단 코일(3-4)로 유기된다. 트랜스(1205)의 2차단 코일(3-4)에 유기된 전압이 정류부(1500)로 입력되어 더 많은 전류를 얻게 된다.

트랜스(1205)의 2차단 코일(3-4)에 유기된 전압은 교류이며, 브리지 다이오드(1201,1202,1203,1204)에 의해 전파 정류된 파형을 만들어 낸다. 이 정류된 파형은 정류부(1500)로 입력되고, 상술한 대기 모드와 동일한 구성을 통해 평활 처리된 전압 VCC가 되어 커넥터(900)를 거쳐 메인부(10)의 메인 정전압부(800)으로 제공된다.

트랜스(1205) 1차단 코일(1-2)의 양단에 병렬 설치된 다이오드 1206,1207은 트랜스(1205)에서 발생할 수 있는 역기전력을 방전하기 위한 다이오드로서 극성은 반대이다.

한편, 동작 모드에서도 도 8의 굵은 일점쇄선과 굵은 이점쇄선의 미세 전력이 도 7과 같은 정류/평활 과정을 거쳐서 구동 전원으로서 메인부(10)의 메인 정전압부(800)으로 함께 제공될 수 있다.

본 실시예에 따라 음성인식 스위치를 실제 제작하는 과정과 결과에 대해 설명한다.

실시예1) 음성명령어 인식율 예

실제 제작을 위한 음성으로서, 호출어는 “하이 스마트”, 명령어 중 램프 점등은 “전원모드”, 램프 소등은 “전원차단”으로 설정하였다. 상기 명령어의 녹음을 위해, 20대 이하 남녀 각 100명, 30대 남녀 각 100명, 40대 남녀 각 100명, 50대 남녀 각 100명, 60대 이상 남녀 각 100명 등 총 1,000명에 대해 “전원모드, 전원차단”이라는 음성을 전용 녹음실에서 1명 당 각 20회 녹음하였다. 이렇게 녹음된 데이터를 원시 데이터라 한다.

1명 당 녹음된 20회 음성 중 딥러닝에 적합한 녹음 품질 데이터로 정제 작업을 거쳐 1명 당 “하이 스마트”,“전원모드”, “전원차단”의 각각 1개의 녹음 데이터를 확보하였다. 이렇게 정제된 데이터를 원천 데이터라 한다. 정제는 녹음시 발생하는 잡음 제거, 발음 확인, 음성 시작 시점, 음성 종료 시점 등을 맞추는 작업을 말한다.

이 1,000명의 원천 데이터를 딥러닝 알고리즘 모델 중 CNN(Convolution Neural Network) 및 DNN(Deep Neural Network)에 입력하고 학습을 진행하여 최종 데이터 “하이 스마트”, “전원모드”, “전원차단”을 확보하였다.

최종 데이터를 음성인식IC(M201)에 업로드하여 음성인식율을 확인해본 결과 남녀노소에 상관없이 조용한 실내에서는 90%이상으로 오동작 없는 좋은 인식 결과를 얻었다.

한편, 녹음 시 주변에 선풍기 잡음, 사용자 목소리보다 높은 데시벨의 TV 또는 라디오 소리, 음악, 청소기 소리가 있는 장소에서는 인식율이 급격히 떨어지는 현상을 보였다.

이를 보완하기 위해 청소기 소리, 선풍기 소리, 명령어와 동일하지 않는 기타 잡음 등을 별도로 녹음 후 명령어와 동일한 방법으로 딥러닝 알고리즘에 넣어 학습시켜 최종 잡음 데이터를 얻은 후, '명령어 + 잡음'을 가우시안 필터 알고리즘에 넣고 학습시켜 주변 잡음에 강한 최종 데이터를 얻었다.

이 데이터를 음성인식IC(M201)에 입력하여 조용한 실내, 잡음(선풍기, 청소기, TV, 라디오, 음악, 바람)이 있는 실내에서 음성명령어 인식율을 확인한 결과 주변 조건에 상관없이 90% 이상의 좋은 인식율을 확인하였다.

실시예2) 활성선을 통해 얻을 수 있는 미세전류 용량 예

AC 220V/60Hz 교류 단상 중성선은 램프 0, 램프1에 연결하고, 활성선은 음성인식 스위치에 연결한 뒤, 램프의 나머지 단자는 음성인식 스위치의 터미널 단자 1111와 1011으로 각각 연결하여 각 점등 소등 모드에서 소비 전력을 측정하였다. 이때 사용한 램프 규격은 AC 220V/60Hz 소비전력은 100W LED 전등이다.

① 램프 0 점등 / 램프 1 소등

② 램프 0 소등 / 램프 1 점등

③ 램프 0 점등 / 램프 1 점등

④ 램프 0 소등 / 램프 1 소등

상기 조건에서 음성인식부, IR 리모콘, 조작형 스위치를 각각 작동시킬 때 VDD DC 5V에서 소비되는 전류를 측정한 후 VDD와 그라운드(GND) 양단에 더미 저항을 달아 최대 사용 가능한 전류량을 측정하였다.

구분	VDD(DC 5C) 소비 전류(mA)
구분	음성인식부 출력상태	제어IC 포함 내부 회로 (리모콘/조작형 스위치 작동 시 포함)	합계
램프 0 점등/램프 1 소등	3	6	9
램프 0 소등/램프 1 점등	3	6	9
램프 0 점등/램프 1 점등	3	6	9
램프 0 소등/램프 1 소등	1	6	7

본 실시예의 음성인식 스위치를 구동하기 위해 필요한 소비 전류는 최대 9mA이며, 본 실시예의 음성인식 스위치에서 필요한 소비 전류를 충분히 공급할 수 있는지 실험을 통해 확인하였다.

본 실시예의 음성인식 스위치에서 사용 가능한 전류는 VDD와 접지 양단에 더미 저항을 달아 양단의 전압 다운이 생길 때까지 더미 저항 값을 낮추며 실험을 하였다.

이 실험은 램프 점등, 소등시의 값을 측정하였으며, 최종적으로 램프 점등시 사용 가능한 전류량은 약 25mA, 소등시 약 15mA로 이는 본 실시예의 음성인식 스위치에 필요한 소비 전류가 최대 9mA로 볼 때, 점등시 약 2.8배, 소등시 약 1.7배로서 본 실시예의 음성인식 스위치를 구동하기 위한 충분한 전류량을 확보하였다고 볼 수 있다. 이러한 결과는 램프 와트를 변경하며 측정한 결과 10W ~ 300W 까지 큰 차이점이 없었다.

실시예3) 사용 가능한 램프 와트(W) 예

트라이악은 게이트에 AC 위상과 동기화된 트리거 신호를 보내면 반주기 동안 트라이악 A1,A2 양단이 도통되어 쇼트 상태가 되며, 양단 RMS(Root-Mean-Squared Value) 온 상태 사용 전류는 약 16A로 가정용 램프를 구동시키는데 문제는 없었다.

그러나 트라이악이 구동되는 동안 열이 발생하므로, 방열에 대한 대책으로서 트라이악에 히트싱크를 달아 발생하는 열을 빨리 방열하도록 설계하였다.

이에 실온(약 25℃)에서 300W LED 램프 두 개를 음성인식 스위치 터미널 단자에 각각 연결 후 트라이악 온도를 측정한 결과 실온과 거의 차이를 보이지 않았다.

일반적으로 가정용 램프의 경우 150W를 넘지 않기에 트라이악 온 상태 전류 사양에 충분한다는 것이 확인되었다.

한편, 본 실시예의 음성인식 스위치는, 대기 모드에서는 트랜스 측으로 전류가 흐르지 않고, 스위치 온 조작되어 교류 전원이 공급되는 동작 모드에서만 트랜스 측으로 전류가 흐르도록 구성되므로, 스위치 오프 상태일 때 스위치에 연결된 램프(LED, 백열등, 형광등, 할로겐 등)에 잔광이나 깜박임 현상이 없다는 점을 확인하였다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

10: 메인부
20: 전원부
30: 전원입력 선로
40: 전기장치
100: 초기화부
102: 리셋 스위치
200: 제어IC부
201: 제어IC
300: 표시부
302: LED
400: 음성인식부
401: 마이크로폰
500: 조작형 스위치부
504: 조작형 스위치
600: IR 리모콘부
700: 동기화부
701,702: 저항
703: 커패시터
704: 커패시터
705: 풀업 저항
706: 트랜지스터
800: 메인 정전압부
801: 제너 다이오드
803: 리니어 레귤레이터
1100: 스위칭 요소부
1107: 스위칭 요소
1109,1110: 제1 RC 필터
1200: 변압/정류부
1201,1202,1203,1204: 브리지 다이오드
1205: 트랜스
1300: 동기화 입력부
1301: 동기화 다이오드
1302,1303: 제2 RC 필터
1400: 회로보호부
1401: 바리스터
1402: 퓨즈
1500: 정류부
1501: 정류부 다이오드
1503: 정류부 제너 다이오드
1504: 정류부 제1 커패시터
1505: 인덕터
1506: 정류부 제2 커패시터
2100: 스위칭 제어부
CH5: 제1 단자
CH6: 제2 단자
M100: 음성인식 정전압부
M102: 리니어 레귤레이터
M201: 음성인식IC
M202,M203: VMID
M204,M205,M206,M207,M208: 마이크로폰 입력 회로부
VDDA: M209
M210: 발진기
M210,M211,M212,M213: 발진부

Claims

인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 포함하며, 마이크로폰을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 음성인식IC가 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력하는 음성인식부;
스위치 제어 프로그램이 임베디드된 제어IC를 포함하며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 상기 제어IC가 제어 신호를 출력하는 메인부; 및
대기 모드에서, 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하고, 상기 제어IC로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어하며, 동작 모드에서, 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소 및 상기 제1 단자를 통해 전기장치로 제공하고, 상기 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 전원부;를 포함하며,
상기 음성인식부는,
인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드되며, 상기 마이크로폰을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력하는 음성인식IC;
리니어 레귤레이터를 이용하여 구동 전원을 정전압 처리하여 상기 음성인식IC에 제공하는 음성인식 정전압부;
상기 음성인식IC로부터 상기 마이크로폰에 전원 노이즈 제거 처리 및 임피던스 매칭 처리된 전원을 공급하며 상기 마이크로폰을 통해 입력되는 음성신호를 상기 음성인식IC에 제공하는 마이크로폰 입력 회로부;
발진기를 이용하여 상기 음성인식IC의 동작을 위한 클록 주파수를 제공하는 발진부;
그라운드에 연결된 노이즈 필터를 이용하여 상기 마이크로폰을 통해 입력되는 음성신호의 신호 전압을 비교하기 위한 기준 전압을 상기 음성인식IC에 제공하는 VMID; 및
그라운드에 연결된 캐퍼시터를 이용하여 상기 음성인식IC의 내부 정전압 회로를 안정화시키는 VDDA;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 음성인식IC는 PLRAM(Programmable-Linear-RAM) 기반의 CIM(Computing in Memory) 타입 IC인 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
제1항에 있어서,
상기 인공신경망 기반의 음성인식 프로그램은 CNN(Convolution Neural Network) 또는 DNN(Deep Neural Network)에 기반하는 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
제1항에 있어서,
상기 음성인식IC는 소비전류 3mA 이하인 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
삭제
인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 포함하며, 마이크로폰을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 음성인식IC가 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력하는 음성인식부;
스위치 제어 프로그램이 임베디드된 제어IC를 포함하며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 상기 제어IC가 제어 신호를 출력하는 메인부; 및
대기 모드에서, 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하고, 상기 제어IC로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어하며, 동작 모드에서, 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소 및 상기 제1 단자를 통해 전기장치로 제공하고, 상기 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 전원부;를 포함하며,
상기 메인부는,
스위치 제어 프로그램이 임베디드되며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 제어 신호를 출력하는 제어IC;
제너 다이오드와 리니어 레귤레이터를 이용하여 상기 전원부로부터 제공된 구동 전원을 정전압 처리하여 상기 메인부 및 음성인식부에 제공하는 메인 정전압부;
상기 제어IC의 제어 신호에 기초하여 온/오프 동작하여 상기 전원부의 스위칭 요소를 온/오프 동작시키기 위한 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부; 및
상기 전원부의 동기화 입력부로부터 제공된 교류 전원의 반파 정류된 정현파 신호를 저항과 커패시터로 전류 제한한 상태로 트랜지스터의 베이스로 입력하고, 풀업 저항과 커패시터에 연결된 상기 트랜지스터의 컬렉터를 하이 또는 로우 스위칭을 하며, 상기 하이 또는 로우 스위칭을 통해 만들어진 구형파를 상기 제어IC로 입력하여, 상기 제어IC가 상기 스위칭 제어부로 보내는 제어 신호가 상기 구형파와 동기화된 트리거 출력신호의 형태를 갖도록 하는 동기화부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 포함하며, 마이크로폰을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 음성인식IC가 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력하는 음성인식부;
스위치 제어 프로그램이 임베디드된 제어IC를 포함하며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 상기 제어IC가 제어 신호를 출력하는 메인부; 및
대기 모드에서, 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하고, 상기 제어IC로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어하며, 동작 모드에서, 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소 및 상기 제1 단자를 통해 전기장치로 제공하고, 상기 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 전원부;를 포함하며,
상기 메인부는,
스위치 제어 프로그램이 임베디드되며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 제어 신호를 출력하는 제어IC;
제너 다이오드와 리니어 레귤레이터를 이용하여 상기 전원부로부터 제공된 구동 전원을 정전압 처리하여 상기 메인부 및 음성인식부에 제공하는 메인 정전압부;
상기 제어IC의 제어 신호에 기초하여 온/오프 동작하여 상기 전원부의 스위칭 요소를 온/오프 동작시키기 위한 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부;
IR 리모콘으로부터 수신한 IR 신호를 전기신호로 변환하여 상기 제어IC로 제공하는 IR 리모콘부;
조작형 스위치를 통해 입력된 물리적 조작 입력을 전기신호로 변환하여 상기 제어IC로 제공하는 조작형 스위치부; 및
상기 음성인식부, IR 리모콘부 및 조작형 스위치부 중의 어느 하나로부터 신호 입력이 있는 경우 상기 제어IC의 제어 신호에 기초하여 LED를 점등시키는 표시부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 포함하며, 마이크로폰을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 음성인식IC가 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력하는 음성인식부;
스위치 제어 프로그램이 임베디드된 제어IC를 포함하며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 상기 제어IC가 제어 신호를 출력하는 메인부; 및
대기 모드에서, 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하고, 상기 제어IC로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어하며, 동작 모드에서, 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소 및 상기 제1 단자를 통해 전기장치로 제공하고, 상기 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 전원부;를 포함하며,
상기 메인부는,
스위치 제어 프로그램이 임베디드되며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 제어 신호를 출력하는 제어IC;
제너 다이오드와 리니어 레귤레이터를 이용하여 상기 전원부로부터 제공된 구동 전원을 정전압 처리하여 상기 메인부 및 음성인식부에 제공하는 메인 정전압부;
상기 제어IC의 제어 신호에 기초하여 온/오프 동작하여 상기 전원부의 스위칭 요소를 온/오프 동작시키기 위한 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부; 및
상기 제어IC가 작동 불능 상태가 되는 경우 초기 프로그램 입력 상태로 진입하도록 리셋 스위치를 이용하여 상기 제어IC에 초기화 신호를 입력하는 초기화부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
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인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 포함하며, 마이크로폰을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 음성인식IC가 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력하는 음성인식부;
스위치 제어 프로그램이 임베디드된 제어IC를 포함하며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 상기 제어IC가 제어 신호를 출력하는 메인부; 및
대기 모드에서, 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하고, 상기 제어IC로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어하며, 동작 모드에서, 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소 및 상기 제1 단자를 통해 전기장치로 제공하고, 상기 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 전원부;를 포함하며,
상기 전원부는,
커패시터와 저항을 포함하며 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하는 제1 RC 필터;
커패시터와 저항을 포함하며 상기 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하여 상기 제1 RC 필터와 동일하지 않은 위상 특성을 발생시키는 제2 RC 필터;
일측 단자가 상기 제1 RC 필터 측에 연결되고 타측 단자가 상기 제2 RC 필터 측에 연결되며 양측 단자를 통해 제공되는 교류 전원의 위상차에 기초하여 교류 전압을 발생시키는 정류부 다이오드와, 상기 정류부 다이오드의 일측 단자 측에 연결되어 상기 정류부 다이오드에서 발생한 교류 전압을 정류 및 평활시켜 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 정류 및 평활용 소자들을 포함하는 정류부;
상기 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하며 과전압 또는 과전류로 인한 회로 소손을 방지하는 퓨즈와, 상기 퓨즈의 입력 측에 연결되어 교류 전원에 의한 서지를 차단하는 바리스터를 포함하는 회로보호부;
상기 회로보호부를 통해 제공되는 교류 전원에 의해 1차단 코일로 전류 입력 시에 2차단 코일에 교류 전압이 유기되는 트랜스와, 상기 트랜스의 2차단 코일에 유기된 교류 전압이 인가되어 전파 정류된 직류 전원을 상기 정류부 다이오드의 일측 단자 측으로 출력하는 브리지 다이오드를 포함하는 변압/정류부; 및
상기 제어IC로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 온 동작되어 동작 모드로 스위칭 제어된 상태에서 상기 트랜스의 1차단 코일을 통과한 교류 전원을 상기 제1 단자를 통해 전기장치의 활성선 측으로 제공하는 스위칭 요소를 포함하는 스위칭 요소부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 포함하며, 마이크로폰을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 음성인식IC가 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력하는 음성인식부;
스위치 제어 프로그램이 임베디드된 제어IC를 포함하며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 상기 제어IC가 제어 신호를 출력하는 메인부; 및
대기 모드에서, 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하고, 상기 제어IC로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어하며, 동작 모드에서, 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소 및 상기 제1 단자를 통해 전기장치로 제공하고, 상기 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 전원부;를 포함하며,
상기 전원부는,
커패시터와 저항을 포함하며 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하는 제1 RC 필터;
커패시터와 저항을 포함하며 상기 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하여 상기 제1 RC 필터와 동일하지 않은 위상 특성을 발생시키는 제2 RC 필터;
일측 단자가 상기 제1 RC 필터 측에 연결되고 타측 단자가 상기 제2 RC 필터 측에 연결되며 양측 단자를 통해 제공되는 교류 전원의 위상차에 기초하여 교류 전압을 발생시키는 정류부 다이오드와, 상기 정류부 다이오드의 일측 단자 측에 연결되어 상기 정류부 다이오드에서 발생한 교류 전압을 정류 및 평활시켜 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 정류 및 평활용 소자들을 포함하는 정류부;를 포함하며,
상기 정류 및 평활용 소자들은,
상기 정류부 다이오드의 일측 단자 측에 각각 연결되어 상기 정류부 다이오드에서 발생한 교류 전압을 일정 전압으로 적분하여 맥류파형으로 변환하는 정류부 제너 다이오드 및 정류부 제1 커패시터와,
상기 정류부 다이오드의 일측 단자 측에 입력 측이 연결되어 상기 정류부 제너 다이오드 및 정류부 제1 커패시터에 의해 맥류파형으로 변환한 전원에서 직류 성분의 전압만 통과시켜 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 인덕터와,
상기 인덕터의 출력 측에 연결되어 상기 인덕터를 통과한 전원에 잔류하는 교류 성분의 전압을 평활하는 정류부 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
인공신경망 기반의 음성인식 프로그램이 임베디드된 음성인식IC를 포함하며, 마이크로폰을 통해 입력된 음성이 미리 학습된 명령어 데이터에 해당하는 경우 상기 음성인식IC가 상기 명령어 데이터에 해당하는 음성인식신호를 출력하는 음성인식부;
스위치 제어 프로그램이 임베디드된 제어IC를 포함하며, 상기 음성인식부로부터 입력된 음성인식신호에 기초하여 상기 제어IC가 제어 신호를 출력하는 메인부; 및
대기 모드에서, 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하고, 상기 제어IC로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 스위칭 요소를 온 동작시켜 동작 모드로 스위칭 제어하며, 동작 모드에서, 전원입력 선로의 활성선 측에 연결된 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원을 상기 온 동작된 스위칭 요소 및 상기 제1 단자를 통해 전기장치로 제공하고, 상기 제2 단자를 통해 제공되는 교류 전원에 기초하여 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 전원부;를 포함하며,
상기 전원부는,
커패시터와 저항을 포함하며 전기장치의 활성선 측에 연결된 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하는 제1 RC 필터;
커패시터와 저항을 포함하며 상기 제1 단자를 통해 제공되는 교류 전원이 통과하여 상기 제1 RC 필터와 동일하지 않은 위상 특성을 발생시키는 제2 RC 필터;
일측 단자가 상기 제1 RC 필터 측에 연결되고 타측 단자가 상기 제2 RC 필터 측에 연결되며 양측 단자를 통해 제공되는 교류 전원의 위상차에 기초하여 교류 전압을 발생시키는 정류부 다이오드와, 상기 정류부 다이오드의 일측 단자 측에 연결되어 상기 정류부 다이오드에서 발생한 교류 전압을 정류 및 평활시켜 생성한 직류 전원을 상기 메인부 및 음성인식부의 구동 전원으로 제공하는 정류 및 평활용 소자들을 포함하는 정류부; 및
상기 제2 RC 필터와, 상기 제2 RC 필터를 통과한 교류 전원의 반파만 통과시켜 생성한 상기 교류 전원의 반파 정류된 정현파 신호를 상기 메인부의 동기화부로 제공하는 동기화 다이오드를 포함하는 동기화 입력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
제1항, 제8항, 제9항, 제10항, 제12항, 제13항 및 제14항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
상기 스위칭 요소는 트라이악(TRIAC)인 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치.
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