KR20020041669A - Intruder dectection system using passive infrared detector and sensing method of the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A human body sensor system and sensing method of sensor system is provided to realize a low cost sensor system by employing a micro controller(micro processor) for temperature compensation. CONSTITUTION: A human body sensor system(100) comprises an infrared sensor(114) for receiving an infrared signal from a signal source, converting the infrared signal into an electrical signal, and outputting the electrical signal; an amplifier(116) for receiving the electrical signal, amplifying the voltage and outputting the result; a filter(118) for removing noise of high frequency band from the amplified electrical signal; a temperature measuring circuit(130) for outputting an analog signal responsive to the ambient temperature of the infrared sensor; an analog-digital converter(122) for receiving analog signal from the filter and the temperature measuring circuit, converting the analog signal into a digital signal, and outputting the digital signal; and a processor(124) for receiving digital signal, sampling the data, storing the sampled data, calculating sampling variables with respect to the digital signal during a predetermined time period, and comparing the pre-stored characteristics of the signal radiated from a human body with the sampling variables, so as to thereby determine the type of signal source. The processor compensates to prevent erroneous operation of the system caused due to the environmental condition of the infrared sensor, and controls to output an alarm signal in the case the signal source is human.

Description

수동 적외선 센서를 이용한 인체 감지 시스템 및 그의 감지 방법{INTRUDER DECTECTION SYSTEM USING PASSIVE INFRARED DETECTOR AND SENSING METHOD OF THE SAME}Human body detection system using passive infrared sensor and its detection method {INTRUDER DECTECTION SYSTEM USING PASSIVE INFRARED DETECTOR AND SENSING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 센서 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 수동 적외선 센서를 이용한 인체 감지 시스템 및 그의 감지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor system, and more particularly, to a human body sensing system using a passive infrared sensor and a sensing method thereof.

일반적으로 무인 인체 감지 시스템 즉, 센서 시스템은 적외선 센서를 이용하여 그 신호의 변화를 검출하고, 인체의 유무를 판별한다. 센서 시스템은 적외선 센서의 동작 원리에 따라 능동형과 수동형으로 나뉜다. 능동형의 센서 시스템은 일정 장소, 일정 방향으로 고정된 장소에 수광기와 투광기를 각각 설치하고, 투광기에서 나오는 적외선을 수광기가 받고 있다가 두 장치 사이에 물체가 들어오면,적외선이 차단되어 경보를 발생한다. 그리고 수동형의 센서 시스템은 넓은 시야각을 가진 초전형 적외선 센서를 구비하고, 그 적외선 센서의 시야각 안에 물체(예를 들어, 인체 또는 동물 등)가 접근하게 되면, 물체에서 발산하는 적외선을 검출하여 경보를 발생시킨다.In general, an unmanned human body detection system, that is, a sensor system detects a change in a signal by using an infrared sensor and determines the presence or absence of a human body. The sensor system is divided into active and passive according to the operating principle of the infrared sensor. The active sensor system installs the receiver and the transmitter in a fixed place in a certain place and in a certain direction, and receives the infrared light from the transmitter, and when an object enters between the two devices, the infrared rays are blocked to alert Occurs. The passive sensor system includes a pyroelectric infrared sensor with a wide viewing angle, and when an object (for example, a human body or an animal) approaches the viewing angle of the infrared sensor, an infrared ray emitted from the object is detected and an alarm is generated. Generate.

따라서 본 발명은 수동형 적외선 센서 시스템에 관한 것으로, 본 출원인에 의해서 기출원된 국내 특허 출원 번호 제 10-2000-0008099 호(2000년 02월 21일)의 "지능형 수동 적외선 감지기"에 대한 개량 특허로, 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러와 온도 측정 회로를 이용하여 동물과 인체를 정확히 판별하고, 환경요인에 따른 오동작을 방지하기 위한 인체 감지 시스템 및 그의 감지 방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention relates to a passive infrared sensor system, which is an improved patent for "Intelligent Passive Infrared Detector" of Korean Patent Application No. 10-2000-0008099 (February 21, 2000) filed by the applicant. The present invention relates to a human body detection system and a method for detecting the same, which accurately identify an animal and a human body using a microprocessor or a microcontroller and a temperature measuring circuit, and to prevent malfunction due to environmental factors.

다시 수동형 센서 시스템을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The passive sensor system is described in detail as follows.

먼저 인간의 체온은 36 ~ 37 ℃ 이므로 인간은 9 ~ 10 ㎛의 피크를 갖는 원적외선을 방사한다. 그리고 이를 검출하기 위한 적외선 센서로는 열형과 양자형이 있다. 열형은 상온에서 동작하고 파장의 의존성은 없으나, 감도가 낮으며 응답이 늦는 단점이 있다. 그리고 양자형은 감도가 크고 응답이 빠르나, 액체 질소 등의 냉각 물질을 사용해야 하며 또한 파장의 의존성이 있는 단점이 있다. 따라서 인체를 감지하기 위한 보안 시스템용으로는 가격이 싸고 경박 단소한 성질이 요구되는 바, 양자형 센서보다는 열형 센서가 널리 사용되고 있는 실정이다. 열형 소자는 예를 들어, 더어미스터 블로미터, 서모파일, 초전형 소자 등이 대표적이며, 보안 시스템용으로는 초전형 소자가 널리 사용된다.First, since the human body temperature is 36 to 37 ° C., humans emit far infrared rays having a peak of 9 to 10 μm. Infrared sensors for detecting them include a thermal type and a quantum type. Thermotypes operate at room temperature and have no wavelength dependence, but have low sensitivity and slow response. In addition, the quantum type has a high sensitivity and a fast response, but requires a cooling material such as liquid nitrogen, and also has a disadvantage of having a wavelength dependency. Therefore, the security system for detecting the human body is inexpensive and light and simple properties are required, and thermal sensors are widely used rather than quantum sensors. Thermal devices are typical, for example, thermistor brooms, thermopiles, pyroelectric devices, etc., and pyroelectric devices are widely used for security systems.

도 1은 종래 기술의 실시예에 따른 인체 감지 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a human body detection system according to an embodiment of the prior art.

도면을 참조하면, 상기 인체 감지 시스템(10)은 빛을 모으기 위한 미러(또는 렌즈)(12)와, 인체로부터 발산되는 신호를 감지하는 적외선 센서(14)와, 적외선 센서(14)의 출력 신호를 증폭하는 앰프(16)와, 증폭된 신호의 고주파 신호 성분을 제거하는 필터(18)와, 필터링된 신호와 기설정된 특정 기준 전압과 비교하여 출력하는 비교기(20) 및 비교기(20)의 출력 신호에 대응하여 인체가 검출되었을 경우, 경보 장치(미도시됨) 등으로 경보 신호를 발생시키기 위한 구동 회로(26)를 포함한다. 또한 경보 장치의 동작 시간을 설정하는 타이머 회로(24)를 포함한다. 여기서 상기 국내 특허 출원 번호 제 10-2000-0008099 호에 의한 센서 시스템은 상기 구동 회로로 마이크로컨트롤러를 사용하였다.Referring to the drawings, the human body detection system 10 includes a mirror (or lens) 12 for collecting light, an infrared sensor 14 for detecting a signal emitted from the human body, and an output signal of the infrared sensor 14. An amplifier 16 for amplifying a signal, a filter 18 for removing a high frequency signal component of an amplified signal, and an output of a comparator 20 and a comparator 20 for comparing the filtered signal with a predetermined specific reference voltage and outputting the same. When a human body is detected in response to the signal, a driving circuit 26 for generating an alarm signal with an alarm device (not shown) or the like is included. It also includes a timer circuit 24 for setting the operating time of the alarm device. Here, the sensor system according to Korean Patent Application No. 10-2000-0008099 uses a microcontroller as the driving circuit.

인체에서 방사되는 에너지는 매우 미약하기 때문에 환경 온도가 25 ℃인 경우 초전형 센서는 약 1 m 정도의 범위 이내를 감지한다. 그래서 집광을 위한 반사경이나 플라스틱 렌즈 등을 이용하여 인체로부터 방사되는 에너지를 집광해서 검출하는 방법이 사용된다. 예컨대, 렌즈는 약 5 ~ 15 m의 범위를 검출할 수 있다.Since the energy emitted by the human body is very weak, the pyroelectric sensor detects within a range of about 1 m when the environment temperature is 25 ° C. Therefore, a method of collecting and detecting energy radiated from the human body by using a reflector or a plastic lens for condensing is used. For example, the lens can detect a range of about 5-15 m.

적외선 센서에서 출력되는 신호는 필터를 이용해서 고대역의 상용 주파수의 영향을 제거하기 위하여 15 ㎐ 주파수 대역과, 환경 온도 변화의 영향을 줄이기 위하여 0.2 ㎐ 주파수 대역에서 감쇠시키며, 이 때의 이득(gain)은 약 60 ㏈이다.The signal output from the infrared sensor is attenuated in the 15 kHz frequency band to eliminate the influence of high frequency commercial frequency using the filter, and in the 0.2 kHz frequency band to reduce the influence of environmental temperature change. ) Is about 60 ms.

필터로부터 출력되는 신호는 비교기에서 기설정된 특정 기준 전압과 비교하고, 기준 전압보다 크면 타이머 회로에 설정된 시간동안 경보 장치(예를 들어, 차임, 버저, 자동 도어 또는 경보기 등)의 구동 회로를 동작시킨다.The signal output from the filter is compared with a specific reference voltage preset in the comparator, and when it is higher than the reference voltage, the driving circuit of the alarm device (for example, chime, buzzer, automatic door or alarm) is operated for a time set in the timer circuit. .

도 2는 도 1에 도시된 초전형 적외선 센서의 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram of the pyroelectric infrared sensor shown in FIG. 1.

도면을 참조하면, 상기 초전형 적외선 센서(14)는 열형 센서로, 더어미스터 보로미터, 서모파일보다 감도가 높고 인체의 움직임을 포착하기에 적합한 장치이다.Referring to the drawings, the pyroelectric infrared sensor 14 is a thermal sensor, which is more sensitive than thermistor borometer and thermopile and is suitable for capturing the movement of the human body.

상기 초전형 적외선 센서(14)는 한 쌍의 센서 전극을 구비하고 센서 전극 사이에 예컨대, 티탄산 지르콘산연계 세라믹(PZT)의 강유전체 세라믹 등을 사용하며, 고전압(예를 들어, 3 ㎸ ~ 수 ㎸/㎜)을 걸어서 분극한다. 이 처리에 의해서 소자 표면에 나타나는 (+) 전하와 (-) 전하는 공기 중의 역 전하를 갖는 부유 이온과 결합하여 전기적으로 중화된다. 따라서 소자의 표면 온도가 변화하면, 온도 변화에 따라 소자의 분극의 크기는 변화한다. 이 때문에 안정 상태에서의 전하의 중화 상태가 무너지고, 소자 표면 전하와 부유 이온 전하의 완화 시간이 다르기 때문에 전기적으로 불균형하게 되어 연결할 상대가 없는 전하가 발생된다. 이와 같이 온도 변화에 따라서 전하가 발생되는 현상을 초전 효과라 한다.The pyroelectric infrared sensor 14 includes a pair of sensor electrodes and uses, for example, a ferroelectric ceramic of zirconate titanate-based ceramic (PZT), or the like, and has a high voltage (for example, 3 kV to several kV) between the sensor electrodes. / Mm) to polarize. By this treatment, the positive and negative charges appearing on the surface of the device are electrically neutralized in combination with floating ions having reverse charges in the air. Therefore, when the surface temperature of the device changes, the magnitude of the polarization of the device changes according to the temperature change. For this reason, the neutralization state of the charge in the stable state is broken down, and since the relaxation time of the element surface charge and the floating ion charge is different, it is electrically unbalanced, and thus there is a charge with no connection partner. The phenomenon in which charge is generated in accordance with the temperature change is called a pyroelectric effect.

따라서 상기 초전형 적외선 센서(14)는 여러 가지 파장의 적외선이 입사되면, 윈도우의 광학 필터(미도시됨)에 의해서 필요한 적외선만을 통과시킨다. 이어서 소자 표면에 있는 열 흡수막에 의해서 필요한 적외선만을 통과시킨다. 그리고 소자의 표면 온도가 상승하게 되어 초전 효과가 발생되면, 표면 전하가 발생한다. 발생된 표면 전하는 FET로 전압 증폭하고 임피던스를 변환시킨다. 따라서 전원 입력 단자인 드레인(drain) 단자로부터 FET를 구동하기 위한 전압이 공급되면, 증폭된 신호는 외부에 접속된 출력 단자인 소스(source) 단자와 그라운드 단자인 어스(earth) 단자 사이의 저항(RG,RS)에서 바이어스 전압과 증첩해서 출력된다.Therefore, the pyroelectric infrared sensor 14 passes only the infrared rays necessary by the optical filter (not shown) of the window when infrared rays of various wavelengths are incident. Subsequently, only the necessary infrared rays are passed through the heat absorption film on the surface of the device. When the surface temperature of the device rises and the pyroelectric effect is generated, surface charge is generated. The generated surface charge is voltage amplified by the FET and converts the impedance. Therefore, when a voltage for driving the FET is supplied from the drain terminal, which is a power input terminal, the amplified signal is a resistance between the source terminal, which is an output terminal connected to the outside, and the earth terminal, which is a ground terminal. R G and R S ) are outputted by increasing the bias voltage.

그러나 상기 초전형 소자(14)는 온도 변화에 대해서만 신호를 발생시키는 미분형 소자이므로, 인체가 움직이지 않는 경우에는 신호가 출력되지 않는다. 따라서 인체의 이동이 있는 경우는 그 변화량에 비례해서 신호를 출력하지만, 서서히 움직이는 경우에는 신호 출력량이 줄어 들게 되고, 인체가 정지해 있는 경우에는 인체가 없는 경우와 마찬가지로 신호를 출력하지 않는다. 그리고 태양광, 등의 외부 광에 의해서 오동작을 일으킬 수 있으며, 주위 환경의 온도 변화에 대한 오동작을 일으키기도 한다. 또한 인체와 비슷한 체온을 갖는 각종 동물들과 인체를 판별해 내는 능력이 부족하여 오동작의 원인이 되기도 한다.However, since the pyroelectric element 14 is a differential element that generates a signal only in response to a temperature change, the signal is not output when the human body does not move. Therefore, when there is movement of the human body, the signal is output in proportion to the change amount, but when the human body moves slowly, the signal output amount decreases, and when the human body is stationary, the signal is not output as in the absence of the human body. In addition, it may cause a malfunction by external light such as sunlight or the like, and may also cause a malfunction due to a temperature change in the surrounding environment. In addition, various animals having a body temperature similar to the human body and the ability to distinguish the human body may be a cause of malfunction.

따라서 종래의 인체 감지 시스템은 적외선 센서로부터 출력되는 신호의 순간적인 출력 파형의 크기만을 비교하여 인체를 감지함으로써, 열을 방사하는 물체(예를 들어, 동물 등)에도 오동작 경보를 발생시키는 문제점이 있다.Therefore, the conventional human body detection system has a problem of generating a malfunction alarm even for an object (for example, an animal) emitting heat by comparing the magnitude of the instantaneous output waveform of the signal output from the infrared sensor to detect the human body. .

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적외선 센서로부터 검출된 신호를 디지털화하여 인체 또는 동물에 따른 열원을 판단하고, 환경적 요인에 따른 오동작을 방지하기 위한 인체 감지 시스템 및 그 감지 방법을 구현하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and to detect a heat source according to a human body or an animal by digitizing a signal detected from an infrared sensor, and a human body detecting system and a method of detecting the same to prevent malfunction due to environmental factors. To implement

도 1은 종래 기술의 실시예에 따른 인체 감지 시스템의 구성을 도시한 블럭도;1 is a block diagram showing the configuration of a human body detection system according to an embodiment of the prior art;

도 2는 도 1에 도시된 초전형 적외선 센서의 회로도;FIG. 2 is a circuit diagram of the pyroelectric infrared sensor shown in FIG. 1;

도 3은 본 발명에 따른 인체 감지 시스템의 구성을 도시한 블럭도;3 is a block diagram showing the configuration of a human body detection system according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 인체 감지 시스템의 동작 수순을 도시한 흐름도;4 is a flowchart showing an operation procedure of the human body detecting system according to the present invention;

도 5는 도 4에 도시된 샘플링 수순을 상세히 도시한 흐름도;5 is a flowchart showing in detail the sampling procedure shown in FIG. 4;

도 6은 도 4에 도시된 신호 분석 수순을 상세히 도시한 흐름도;6 is a flow chart showing in detail the signal analysis procedure shown in FIG. 4;

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경적 요인에 따른 신호와 인간으로부터 출력되는 신호의 변화 속도에 의한 차이를 나타내는 파형도;7 is a waveform diagram illustrating a difference due to a change rate of a signal according to an environmental factor and a signal output from a human according to an embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 환경적 요인에 따른 신호와 인간으로부터 출력되는 신호의 온도 변화에 의한 차이를 나타내는 파형도;8 is a waveform diagram illustrating a difference due to a temperature change between a signal according to environmental factors and a signal output from a human according to another embodiment of the present invention;

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 인간과 동물으로부터 출력되는 신호의 차이를 나타내는 파형도;9 is a waveform diagram showing a difference between a signal output from a human and an animal according to an embodiment of the present invention;

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 파형의 샘플링 변수들의 특징을 설명하기위한 파형도;10 is a waveform diagram illustrating characteristics of sampling parameters of a waveform according to an embodiment of the present invention;

도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 동물을 판단하기 위한 샘플링 데이터를 나타내는 도면; 그리고11A-11B illustrate sampling data for determining an animal according to an embodiment of the present invention; And

도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 인간을 판단하기 위한 샘플링 데이터를 나타내는 도면이다.12A to 12B are diagrams illustrating sampling data for determining a human according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 인체 감지 시스템112 : 미러100: human body detection system 112: mirror

114 : 적외선 센서116 : 앰프114: infrared sensor 116: amplifier

118 : 필터122 : 아날로그 디지털 컨버터118 filter 122 analog-to-digital converter

124 : 프로세서130 : 온도 측정 회로124 processor 130 temperature measuring circuit

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 센서 시스템에 있어서: 신호원으로부터 적외선 신호를 받아서 전기적 신호로 변환하여 출력하는 적외선 센서와; 상기 전기적 신호를 받아서 전압을 증폭하여 출력하는 앰프와; 상기 증폭된 전기적 신호의 고주파 대역의 잡음을 제거하는 필터와; 상기 적외선 센서의 주위 온도에 대응하여 아날로그 신호를 출력하는 온도 측정 회로와; 상기 필터 및 상기 온도 측정 회로로부터 아날로그 신호를 받아서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 컨버터 및; 상기 디지털 신호를 받아서 신호 특성에 따른 다수의 데이터들을 샘플링하여 저장하고, 일정 시간 동안에 상기 디지털 신호에 대한 샘플링 변수들을 계산하여, 기저장된 인체로부터 방사되는 신호의 특성과 상기 샘플링 변수들을 비교, 분석하여 상기 신호원의 종류를 판별하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 적외선 센서의 환경적 요인으로부터 상기 시스템이 오동작하는 것을 방지하도록 보상하고, 상기 신호원이 인간인 경우에 경보 신호를 출력하도록 제어한다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a sensor system comprising: an infrared sensor which receives an infrared signal from a signal source and converts it into an electrical signal; An amplifier for receiving the electrical signal and amplifying and outputting a voltage; A filter for removing noise in a high frequency band of the amplified electrical signal; A temperature measuring circuit outputting an analog signal corresponding to the ambient temperature of the infrared sensor; An analog-to-digital converter that receives an analog signal from the filter and the temperature measuring circuit and converts the analog signal into a digital signal; Receives the digital signal and samples and stores a plurality of data according to signal characteristics, calculates sampling parameters for the digital signal for a predetermined time, compares and analyzes the characteristics of the signal radiated from a pre-stored human body and the sampling parameters. And a processor for determining a type of the signal source, wherein the processor compensates to prevent the system from malfunctioning from environmental factors of the infrared sensor and controls to output an alarm signal when the signal source is human. .

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 적외선 센서는 초전형 센서 소자로 구비된다.In a preferred embodiment of this feature, the infrared sensor is provided with a pyroelectric sensor element.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 온도 보상 회로는 트랜지스터로 구비된다.In a preferred embodiment of this feature, the temperature compensation circuit is provided with a transistor.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 아날로그 디지털 컨버터와 상기 프로세서는 하나의 집적 회로로 구비된다.In a preferred embodiment of this feature, the analog-to-digital converter and the processor are provided in one integrated circuit.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 신호원을 감지하기 위한 적외선 센서와, 앰프와, 필터와, 상기 적외선 센서의 주위 온도에 측정하기 위한 온도 측정 회로와, 상기 필터 및 상기 온도 측정 회로로부터 아날로그 신호를 받아서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 컨버터 및 상기 디지털 신호의 특성에 따른 데이터들을 저장하기 위한 메모리 장치를 구비하는 프로세서를 포함하는 센서 시스템에서, 상기 센서 시스템의 감지 방법에 있어서: 상기 시스템을 초기화하는 단계와; 상기 온도 측정 회로를 이용하여 상기 적외선 센서의 주위 온도를 측정하는 단계와; 상기 아날로그 디지털 컨버터의 출력 신호를 샘플링하는 단계와; 상기 적외선 센서의 주위 온도에 의한 오동작을 방지하기 위하여 상기 샘플링된 데이터들을 보상하는 단계와; 상기 메모리 장치에 기저장된 인체로부터 방사되는 신호의 특성에 대한 데이터와 상기 보상된 샘플링된 데이터들과 비교하여 신호원의 종류를 판단하는 단계 및; 상기 판별 결과 상기 신호원이 인체이면, 경보 신호를 출력하도록 제어하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, an infrared sensor for detecting a signal source, an amplifier, a filter, a temperature measuring circuit for measuring the ambient temperature of the infrared sensor, the filter and the A sensor system comprising: an analog-to-digital converter that receives an analog signal from a temperature measuring circuit and converts the signal into a digital signal and outputs the digital signal; and a processor having a memory device for storing data according to characteristics of the digital signal. A method comprising: initializing the system; Measuring the ambient temperature of the infrared sensor using the temperature measuring circuit; Sampling the output signal of the analog to digital converter; Compensating the sampled data to prevent malfunction due to ambient temperature of the infrared sensor; Determining a type of a signal source by comparing data on characteristics of a signal emitted from a human body previously stored in the memory device with the compensated sampled data; And if the signal source is a human body, determining that the alarm signal is output.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 샘플링하는 단계는; 상기 아날로그 디지털 컨버터의 출력 신호의 노이즈를 제거하기 위한 필터링하는 단계와; 상기 필터링된 신호를 선형화하는 단계 및; 상기 선형화된 신호의 상기 샘플링 데이터들을 계산, 저장하는 단계를 포함한다.In a preferred embodiment of this feature, the sampling step comprises: Filtering to remove noise of an output signal of the analog to digital converter; Linearizing the filtered signal; Calculating and storing the sampling data of the linearized signal.

이 실시예에 있어서, 상기 샘플링 데이터를 계산, 저장하는 단계는 일정 시간 동안의 상기 신호에 대한 평균값, 분산값, 빈번도수, 최대값, 최소값 및 평균 기울기의 변수들을 계산, 저장한다.In this embodiment, the step of calculating and storing the sampling data calculates and stores variables of an average value, a variance value, a frequency, a maximum value, a minimum value, and an average slope of the signal for a predetermined time.

(작용)(Action)

따라서 본 발명에 의하면, 인체 감지 시스템은 고주파 노이즈, 급격한 주위 온도 변화 등의 환경적 요인과 각종 동물들에 의한 오동작을 방지함으로써 정확한 인체 감지를 수행할 수 있다.Therefore, according to the present invention, the human body detection system can perform accurate human body detection by preventing malfunctions caused by various animals and environmental factors such as high frequency noise and abrupt ambient temperature change.

(실시예)(Example)

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 인체 감지 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.3 is a block diagram showing the configuration of a human body detection system according to the present invention.

도면을 참조하면, 상기 인체 감지 시스템(100)은 신규한 프로세서(124)와 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(122) 및 온도 측정 회로(130)를 포함한다. 그리고 상기 인체 감지 시스템(100)은 미러(또는 렌즈)(112)와 적외선 센서(114)와 앰프(116) 및 필터(118)를 포함하며, 이들은 하나의 모듈(110)로 구비된다.Referring to the drawings, the human body detection system 100 includes a novel processor 124, an analog to digital converter (ADC) 122, and a temperature measuring circuit 130. The human body detection system 100 includes a mirror (or lens) 112, an infrared sensor 114, an amplifier 116, and a filter 118, which are provided as one module 110.

상기 미러(112)는 여러 방향으로부터 방사되는 인체 적외선을 집광하여 상기 적외선 센서(114)로 출력한다. 따라서 작은 적외선 신호라도 상기 적회선 센서(114)가 신호를 포착할 수 있도록 한다.The mirror 112 collects human infrared rays emitted from various directions and outputs the infrared rays to the infrared sensor 114. Therefore, the red-line sensor 114 can capture the signal even with a small infrared signal.

상기 적외선 센서(114)는 상기 미러(112)로부터 집광된 적외선 신호를 받아서 전기적 신호로 변환하여 상기 앰프(116)로 출력한다.The infrared sensor 114 receives the focused infrared signal from the mirror 112, converts the infrared signal into an electrical signal, and outputs the converted electrical signal to the amplifier 116.

상기 앰프(116)는 상기 적외선 센서(114)로부터 출력되는 전기적 신호의 전압을 증폭하여 출력한다. 예컨대, OP 앰프를 다단계로 구비하여 충분한 전압 증폭 이득을 얻을 수 있도록 한다.The amplifier 116 amplifies and outputs a voltage of an electrical signal output from the infrared sensor 114. For example, an op amp may be provided in multiple stages to obtain a sufficient voltage amplification gain.

상기 필터(118)는 상기 증폭된 전기적 신호의 고주파 대역의 잡음을 제거하여 상기 아날로그 디지털 컨버터(122)로 출력한다.The filter 118 removes noise of a high frequency band of the amplified electrical signal and outputs the noise to the analog-to-digital converter 122.

상기 온도 측정 회로(130)는 예컨대, 온도 측정 트랜지스터로 구비되며, 온도에 대응하여 전류가 변화하는 특성을 이용하여 상기 적외선 센서 소자(114)의 주위 온도를 측정한다. 그리고 측정된 신호를 상기 아날로그 디지털 컨버터(122)로 출력한다.The temperature measuring circuit 130 is provided with, for example, a temperature measuring transistor, and measures the ambient temperature of the infrared sensor element 114 using a characteristic in which a current changes in response to a temperature. The measured signal is output to the analog to digital converter 122.

상기 아날로그 디지털 컨버터(122)는 상기 필터(118) 및 상기 온도 측정 회로(130)로부터 아날로그 신호를 받아서 디지털 신호로 변환하여 출력한다.The analog-to-digital converter 122 receives an analog signal from the filter 118 and the temperature measuring circuit 130, converts the analog signal into a digital signal, and outputs the analog signal.

그리고 상기 프로세서(124)는 상기 아날로그 디지털 컨버터(122)에 의해서 변환된 디지털 신호에 대한 각종 데이터들을 상기 프로세서(124)에 구비된 메모리 장치(미도시됨)에 저장하고, 일정 시간 동안에 신호에 대한 평균값, 분산, 빈번도수, 최대 및 최소값, 순간 기울기 및 평균 기울기 등의 샘플링 변수들을 계산, 저장한다. 그리고 상기 온도 측정 회로로부터 입력된 주위 온도에 대한 보상을 처리하여 유형별로 분류하고 분석함으로써, 신호원의 종류를 판별하여 인체 유무를 정확히 결정한다. 그리고 인체의 유무가 판단되면, 출력 신호를 경보 장치 등으로 출력한다. 여기서 상기 프로세서(124)와 상기 아날로그 디지털 컨버터(122)는 하나의 집적 회로에 구비되는 마이크로컨트롤러(또는 마이크로프로세서)(120)로 구비된다.In addition, the processor 124 stores various data regarding the digital signal converted by the analog-to-digital converter 122 in a memory device (not shown) provided in the processor 124, and stores the data for a predetermined time. Sampling variables such as average value, variance, frequency, maximum and minimum values, instantaneous slope and average slope are calculated and stored. Then, the compensation for the ambient temperature input from the temperature measuring circuit is processed, classified and analyzed for each type to determine the type of signal source to accurately determine the presence or absence of a human body. If it is determined that the human body is present, the output signal is output to an alarm device or the like. Here, the processor 124 and the analog-to-digital converter 122 are provided as a microcontroller (or microprocessor) 120 provided in one integrated circuit.

따라서 상기 인체 감지 시스템(100)은 고주파 노이즈, 급격한 주위 온도 변화 등의 환경적 요인과 각종 동물들에 의한 오동작을 방지함으로써 정확한 인체 감지를 수행할 수 있다.Accordingly, the human body detection system 100 may perform accurate human body detection by preventing environmental factors such as high frequency noise and sudden changes in ambient temperature and malfunctions caused by various animals.

구체적으로 도 4 내지 도 6을 참조하여 상기 프로세서의 동작을 설명한다.Specifically, the operation of the processor will be described with reference to FIGS. 4 to 6.

도 4는 본 발명의 실시에에 따른 인체 감지 시스템의 동작 수순을 도시한 흐름도이다. 이 수순은 상기 프로세서(124)가 실행하는 프로그램으로서, 상기 프로세서(124)에 구비된 메모리 장치에 저장된다.4 is a flowchart illustrating an operation procedure of a human body detecting system according to an exemplary embodiment of the present invention. This procedure is a program executed by the processor 124 and is stored in a memory device included in the processor 124.

도면을 참조하면, 단계 S200에서 상기 프로세서(124)는 센서의 안정화 및 시스템 초기화를 수행한다. 이어서 단계 S220에서 상기 적외선 센서(114)의 주위 온도를 측정한다. 즉, 상기 온도 측정 회로(130)의 출력 신호로부터 상기 아날로그 디지털 컨버터(122)를 통해 디지털 신호로 변환된 데이터를 이용하여 상기 적외선 센서(114)의 주위 온도를 계산한다. 단계 S240에서는 상기 적외선 센서(114)의 출력 신호를 샘플링한다. 즉, 일정 시간 단위로 상기 적외선 센서(114)의 출력 신호를 상기 아날로그 디지털 컨버터(114)로부터 디지털 신호를 받아서 신호원(열원)을 판별하기 위한 데이터 즉, 샘플링 변수들의 값으로 각각 샘플링한다. 단계 S280에서는 상기 적외선 센서(114)의 주위 온도에 의한 오동작을 방지하기 위하여 샘플링된 데이터들을 온도 보상한다. 예를 들어, 상온의 온도 27 ℃와 상기 온도 측정 회로로부터 측정된 상기 적외선 센서(114)의 주위 온도의 차를 계산하고, 이를 통해 적정의 비례상수를 계산한다. 이어서 각각의 샘플링 데이터들과 비례상수를 곱하여, 신호가 주위 온도 변화에 무관하도록 샘플링 데이터들을 온도 보상한다.Referring to the drawing, in step S200, the processor 124 performs stabilization and system initialization of the sensor. In operation S220, the ambient temperature of the infrared sensor 114 is measured. That is, the ambient temperature of the infrared sensor 114 is calculated using the data converted from the output signal of the temperature measuring circuit 130 into the digital signal through the analog-digital converter 122. In step S240, the output signal of the infrared sensor 114 is sampled. That is, the output signal of the infrared sensor 114 is received at a predetermined time unit, and the digital signal is received from the analog-to-digital converter 114 and sampled with data for determining a signal source (heat source), that is, values of sampling variables. In operation S280, temperature compensation of the sampled data is performed in order to prevent a malfunction due to the ambient temperature of the infrared sensor 114. For example, a difference between an ambient temperature of 27 ° C. and an ambient temperature of the infrared sensor 114 measured from the temperature measuring circuit is calculated, and a proper proportional constant is calculated through this. Each of the sampling data is then multiplied by a proportional constant to temperature compensate the sampling data so that the signal is independent of changes in ambient temperature.

이어서 단계 S300에서는 인체에서 방사되는 신호의 값을 기준 데이터로 구비하여 샘플링된 데이터들과 비교한 후, 신호원(열원)의 종류를 판단한다. 따라서 단계 S340에서 열원이 인체이면 이 수순은 단계 S360으로 진행하여 경보 신호를 알리기 위한 출력 신호(OUTPUT)를 경보 장치로 전송한다. 그리고 열원인 인체가 아니면, 이 수순은 단계 S220으로 진행하여 계속해서 상기 수순들을 처리한다.Subsequently, in step S300, the value of the signal emitted from the human body is provided as reference data, compared with the sampled data, and then the type of the signal source (heat source) is determined. Therefore, if the heat source is a human body in step S340, the procedure goes to step S360 to transmit an output signal OUTPUT for informing the alarm signal to the alarm device. If the human body is not a heat source, the procedure proceeds to step S220 to continue processing the procedures.

도 5는 도 4에 도시된 샘플링 단계의 수순을 상세히 나타내고 있는 흐름도이다. 여기서 샘플링 방법은 아날로그 신호인 상기 적외선 센서(114)의 출력 신호를 상기 아날로그 디지털 컨버터(122)를 통하여 디지털 신로로 변환한 후, 각각의 필요한 변수들로 계산하여 최대값 255, 최소값 0의 데이터를 상기 프로세서(124)의 메모리 장치에 저장한다. 그리고 신호가 검출되지 않을 경우에는 상기 앰프(116)의 바이어스(bias) 전압에 대응하는 기준값 93을 설정한다.FIG. 5 is a flowchart showing in detail the procedure of the sampling step shown in FIG. 4. Here, the sampling method converts the output signal of the infrared sensor 114, which is an analog signal, into a digital scene through the analog-to-digital converter 122, and then calculates data of the maximum value 255 and the minimum value 0 by calculating the necessary parameters. Stored in the memory device of the processor 124. When a signal is not detected, the reference value 93 corresponding to the bias voltage of the amplifier 116 is set.

도면을 참조하면, 단계 S242에서 상기 프로세서(124)는 상기 아날로그 디지털 컨버터(122)로부터 디지털 신호를 받아서 노이즈에 의한 오동작을 방지하기 위하여 노이즈를 제거한다. 예컨대, 노이즈에 의한 변화가 심한 최대값과 최소값 그리고 중간값에서 상기 아날로그 디지털 컨버터(122)에 의해 출력된 디지털 신호의 변환 비트보다 적은 비트로 샘플링하여 신호의 오차를 줄인다. 따라서 상기 적외선 센서(114)의 출력 신호를 증폭하기 위한 상기 앰프(116)의 포화 상태으로 인하여 출력이 제한되는데. 일반적으로 상기 적외선 센서(114)의 출력 최대값은 180 ~ 190이며, 이들 값을 기준값 183으로 샘플링하고, 최소값은 보통 0 ~ 10이며, 이들 값은 기준값 3으로 샘플링한다. 그리고 중간값은 보통 90 ~ 100이며, 상기 앰프(116)의 바이어스 전압에 대응하는 값 즉, 기준값 93으로 샘플링한다. 그 결과, 신호의 변화가 심한 곳은 값을 보정하여 오차를 줄인다.Referring to the figure, in step S242, the processor 124 receives the digital signal from the analog-to-digital converter 122 and removes noise to prevent malfunction due to noise. For example, the error of the signal is reduced by sampling a bit less than the conversion bit of the digital signal output by the analog-to-digital converter 122 at the maximum, minimum, and intermediate values of which the change due to noise is severe. Therefore, the output is limited due to the saturation state of the amplifier 116 for amplifying the output signal of the infrared sensor 114. In general, the maximum output value of the infrared sensor 114 is 180 to 190, and these values are sampled to the reference value 183, the minimum value is usually 0 to 10, and these values are sampled to the reference value 3. The intermediate value is usually 90 to 100, and is sampled at a value corresponding to the bias voltage of the amplifier 116, that is, the reference value 93. As a result, the place where the signal change is severe is corrected to reduce the error.

이어서 단계 S244에서 검출된 신호를 선형화한다. 예컨대, 연속하는 세 신호의 값이 S1,S2, S3 라면, 이 신호값을 상기 프로세서(124)의 메모리 장치(미도시됨)에 저장하고, S1 - S3 < R 이면, S2 = (S1 + S2 ) / 2 로 신호의 선형화를 처리한다. 여기서는 두 신호의 차 S1 - S3 가 R 보다 작은 경우에는 신호의 변화가 없는 것으로 가정하여 S2의 값에 무관하게 S2 역시 변화하지 않은 것으로 판단한다. 그리고 R 은 변화 임계값으로, 공급 전압의 노이즈에 따라 신호의 최대값의 2 % 정도의 값(예를 들어, 샘플링 값 6)을 갖는다.Next, the signal detected in step S244 is linearized. For example, if the value of three consecutive signals is S1, S2, S3, the signal value is stored in a memory device (not shown) of the processor 124, and if S1-S3 <R, S2 = (S1 + S2 ) / 2 to handle the linearization of the signal. Here, it is assumed that there is no change in the signal when the difference S1-S3 of the two signals is smaller than R, and it is determined that S2 does not change regardless of the value of S2. And R is a change threshold value, and has a value (eg, sampling value 6) of about 2% of the maximum value of the signal according to the noise of the supply voltage.

계속해서 신호의 선형화가 이루어지면, 단계 S246에서 한주기의 피크 평균값을 계산한다. 그리고 단계 S248에서 한 주기 중, 검출 구간에서의 변화된 신호의 피크 평균값을 계산하고, 단계 S250에서 한 주기 동안에 신호의 최대값과 최대값의 빈번도수를 계산한다. 이어서 단계 S252에서는 한 주기 동안에 신호의 최소값과 최소값의 빈번도수를 계산한다. 이 때, 최대값은 앰프(116)의 포화 상태로 인해 기준값 183, 그리고 최소값은 기준값 3으로 한정한다. 일반적으로 인체로부터 검출된 신호는 최대값 183, 최소값 3으로 나타내며, 이 경우에는 한 주기의 샘플링 구간 동안에 최대값과 최소값의 빈번도수를 계산한다. 빈번도수는 한 주기의 샘플링 구간 중에 중간 기준값 93이 아닌 값이 검출될 경우 그 수를 카운트하여 전체 구간에 대한 비를 계산함으로써 신호의 변화 정도를 판별한다.If the signal is subsequently linearized, the peak average value of one period is calculated in step S246. In step S248, the peak average value of the changed signal in the detection interval is calculated in one period, and the maximum value of the signal and the frequency of the maximum value are calculated in one step in S250. Subsequently, in step S252, the minimum value of the signal and the frequency of the minimum value are calculated during one period. At this time, the maximum value is limited to the reference value 183 and the minimum value to the reference value 3 due to the saturation state of the amplifier 116. In general, a signal detected from the human body is represented by a maximum value of 183 and a minimum value of 3, in which case, the frequency of the maximum value and the minimum value is calculated during a sampling period of one cycle. The frequency count determines the degree of change in the signal by counting the number and calculating the ratio for the entire interval when a value other than the intermediate reference value 93 is detected during the sampling interval of one period.

단계 S254에서 한 주기의 신호의 평균을 이용하여 신호의 분산을 계산하고, 단계 S256에서는 한 주기 동안에 연속적인 신호값의 차이를 구하여 평균 기울기를 계산한다. 그리고 단계 S258에서 한 주기 중 상기 특정 기준값 93이 아닌 연속적인 신호값에 대한 차이를 구하여 평균 기울기를 계산한다. 이어서 단계 S260에서 한 주기 중 특정 기준값 93이 아닌 신호값의 수를 계산하고, 단계 S262에서는 상기적외선 센서(114)가 경보를 울리는 전압값 즉, 경보 임계값 이상의 값이 나오는 신호의 수를 계산한다. 평균 기울기는 연속적인 두 신호의 차이를 계산하여 저장한 후, 평균값을 계산한다. 따라서 전체 신호에 대한 변화율을 계산할 수 있다. 그리고 검풀 신호의 평균 기울기는 연속적인 두 신호가 기준값 93이 아닌 값으로 검출될 때, 두 신호의 차이를 저장하여 평균을 계산한 후, 변화율을 계산한다. 또한 신호의 평균은 한 주기의 샘플링 구간에서의 신호값의 평균을 계산하고, 검출 신호의 평균은 한 주기의 샘플링 구간 중, 기준값 93이 아닌 신호값이 검출될 때, 평균을 계산한다.In step S254, the variance of the signal is calculated using the average of the signal of one period, and in step S256, the average slope is calculated by obtaining the difference of successive signal values for one period. In step S258, the average slope is calculated by obtaining a difference with respect to continuous signal values other than the specific reference value 93 of one period. Subsequently, in step S260, the number of signal values other than the specific reference value 93 is calculated in one period, and in step S262, the infrared sensor 114 calculates the number of signals at which the alarm value, that is, the value of the alarm threshold value or more, is output. . The average slope calculates and stores the difference between two consecutive signals and then calculates the average value. Therefore, the rate of change for the whole signal can be calculated. The average slope of the gumm signal is calculated when the two consecutive signals are detected as values other than the reference value 93, the difference is calculated by storing the difference between the two signals, and then the change rate is calculated. In addition, the average of the signal calculates the average of the signal value in the sampling period of one period, and the average of the detection signal is calculated when the signal value other than the reference value 93 is detected in the sampling period of one period.

그리고 도 6은 도 4에 도시된 열원을 판단하기 위한 신호 분석 단계의 수순을 도시한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a procedure of a signal analysis step for determining the heat source illustrated in FIG. 4.

도면을 참조하면, 단계 S302에서 상기 샘플링 단계에서 추출된 데이터들을 주위 온도에 대한 온도 보상이 이루어지면, 이들 환경적 요인과 구별되는 인체로부터 방사되는 신호의 임계값을 분석한다. 즉, 상기 샘플링 단계에서 추출된 데이터 즉, 변수들을 인체가 낼 수 있는 신호의 기준값들과 비교한다. 그리고 단계 S304에서 검출된 신호가 인체 또는 동물 등에 의한 순간적인 변화인지 지속적인 변화인지를 판별한다. 판별 결과 순간적 변화이면, 이 수순은 단계 S306으로 진행하여 한주기 내에 순간적 변화에 대한 신호를 분석한다. 그리고 판별 결과 지속적 변화이면, 이 수순은 단계 S314로 진행하여 한 주기 동안의 지속적인 변화에 대한 신호를 분석한다.Referring to the drawing, when temperature compensation for the ambient temperature is performed on the data extracted in the sampling step in step S302, the threshold value of the signal radiated from the human body distinguished from these environmental factors is analyzed. That is, the data extracted in the sampling step, that is, the variables, are compared with reference values of signals that the human body can produce. Then, it is determined whether the signal detected in step S304 is a momentary or continuous change by a human body or an animal. If the result of the discrimination is a momentary change, the procedure goes to step S306 to analyze the signal for the momentary change within one period. If the result of the determination is a continuous change, the procedure proceeds to step S314 to analyze the signal for the continuous change for one period.

그러므로 순간적 변화인 경우에는 단계 S308에서 피크의 최대값과 최소값을분석하고, 단계 S310에서 이들 피크의 최대값과 최소값의 차이를 분석한다. 이어서 단계 S312에서 순간적 변화에 대한 검출 구간의 피크 평균값과 한주기 동안의 피크 평균값의 비율을 분석한다.Therefore, in the case of a momentary change, the maximum and minimum values of the peaks are analyzed in step S308, and the difference between the maximum and minimum values of these peaks is analyzed in step S310. In step S312, the ratio of the peak mean value of the detection interval to the instantaneous change and the peak mean value for one period is analyzed.

또한 검출된 신호가 지속적이 변화인 경우 단계 S316에서 피크의 최대값과 최소값의 차이를 분석하고, 단계 S318에서 검출 구간의 피크 평균값을 분석한다. 이어서 단계 S320에서 피크의 평균 기울기를 분석하고, 단계 S322에서는 피크의 최대값을 분석한다.In addition, when the detected signal is constantly changing, the difference between the maximum value and the minimum value of the peak is analyzed in step S316, and the peak average value of the detection interval is analyzed in step S318. The average slope of the peak is then analyzed in step S320, and the maximum value of the peak is analyzed in step S322.

그러므로 분석 결과, 순간적 변화가 3 번 연속으로 발생하고, 상술한 단계(S306 ~ S312)의 변수들중 2 번 이상 조건이 발생하면 열원을 인간으로 판단한다. 그리고 지속적인 변화인 경우에는 상술한 단계(S314 ~ S322)의 4 가지 조건을 모두 만족하는 경우에 인간으로 판단한다.Therefore, as a result of the analysis, the instantaneous change occurs three times consecutively, and if the condition occurs two or more times among the variables of the above-described steps (S306 to S312), the heat source is determined as a human. In the case of continuous change, it is determined as a human being when all four conditions of the above-described steps S314 to S322 are satisfied.

상술한 바와 같이, 본 발명의 인체 감지 시스템은 환경적 요인 즉, 온도 변화에 대한 보상 뿐만 아니라, 온도 변화에 따른 속도에 따른 신호를 분석하여 인체의 유무를 판별한다.As described above, the human body detection system of the present invention not only compensates for environmental factors, that is, temperature changes, but also analyzes signals according to speeds according to temperature changes to determine the presence or absence of the human body.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경적 요인에 따른 신호와 인간으로부터 출력되는 신호의 차이를 나타내는 파형도이다. 도 7의 (a)는 환경의 열적 변화에 대한 검출 신호를 나타내고 있으며, 도 7의 (b)는 인체로부터 방사되는 신호의 검출 파형을 나타내고 있다. 도면에서 나타나는 바와 같이, 열적 변화에 의한 신호 파형은 상하 피크의 변화가 전체적으로 비대칭적인 경향을 띄고 있다. 그리고 인간이 내는 신호는 전체적으로 상하 대칭적인 경향을 띄고 있다. 따라서 환경의 열적 변화에 대한 판단은 대칭성으로 판별할 수 있다.7 and 8 are waveform diagrams showing the difference between a signal according to an environmental factor and a signal output from a human according to an embodiment of the present invention. FIG. 7A illustrates a detection signal for a thermal change of the environment, and FIG. 7B illustrates a detection waveform of a signal radiated from a human body. As shown in the figure, the signal waveform due to the thermal change tends to be asymmetrical in the vertical peak change. And human signals tend to be symmetrical overall. Therefore, the judgment on the thermal change of the environment can be determined by symmetry.

또한 도 8의 (a)처럼 환경의 열적 변화가 내는 신호는 변화의 속도가 매우 느리고 완만하다. 그러나 도 8의 (b)에서와 같이 인간이 내는 신호는 변화의 폭이 크고 도 8의 (b)의 신호에 비해 상대적으로 매우 빠르게 변화하는 특성을 지닌다. 따라서 환경의 열적 변화는 신호의 변화 속도와 폭으로도 구분이 가능하다.In addition, as shown in (a) of FIG. 8, the signal generated by the thermal change of the environment is very slow and slow. However, as shown in (b) of FIG. 8, a signal emitted by a human has a large change and relatively fast change compared to the signal of FIG. 8 (b). Therefore, the thermal change of the environment can be distinguished by the speed and width of the change of the signal.

즉, 인체에서 방사되는 신호는 변화의 기울기가 상당히 크고, 전체적인 변수들의 값이 크다. 그러나 환경적 요인(예를 들어, 주위 온도 변화, 바람 등)에 의한 열원의 변화는 그 변화 속도가 인체에서 방사되는 그것보다 상당히 느리고 또한 값이 작다.In other words, the signal emitted from the human body has a large gradient of change and a large value of the overall variables. However, changes in the heat source due to environmental factors (eg, ambient temperature changes, wind, etc.) are considerably slower and smaller than those at which the rate of change is radiated from the human body.

계속해서 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 인간과 동물으로부터 출력되는 신호의 차이를 나타내는 파형도가 도시되어 있다. 여기에 도시된 파형은 구분이 쉽도록 열원이 적외선 센서 앞을 한 번 지나가는 경우의 파형을 도시한 것이다.9 is a waveform diagram showing a difference between signals output from a human and an animal according to an embodiment of the present invention. The waveform shown here illustrates the waveform when the heat source passes once in front of the infrared sensor for easy identification.

도면을 참조하면, 도 9의 (a)는 동물(예를 들어, 개, 소 등)이 내는 신호를 나타내고 있으며, 도 9의 (b)는 인간이 내는 신호를 나타내고 있다. 이들 도면을 비교해 보면, 인간과 동물에 의한 신호는 크기의 차이가 있을 뿐, 온도 차가 거의 없음을 알 수 있다. 그러므로 파형의 차이를 아날로그 신호로 구분하기에는 매우 어렵다. 따라서 육안으로 구분되는 차이점 중 하나가 도 7에 도시된 바와 같이, 파형의 비대칭성이다.Referring to the drawings, FIG. 9 (a) shows a signal from an animal (for example, a dog, a cow, etc.), and FIG. 9 (b) shows a signal from a human. Comparing these figures, it can be seen that the signals generated by humans and animals have only a difference in magnitude and almost no temperature difference. Therefore, it is very difficult to distinguish the waveform difference into an analog signal. Therefore, one of the differences distinguished by the naked eye is the asymmetry of the waveform, as shown in FIG.

여기서 인간과 동물의 파형 특성을 디지털 신호로 이해하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 파형의 샘플링 된 변수의 특징을 설명하기 위한 파형도가 도 10에 도시되어 있다.10 is a waveform diagram illustrating characteristics of sampled variables of a waveform according to an embodiment of the present invention in order to understand the waveform characteristics of humans and animals as digital signals.

도면을 참조하면, 경보 임계값은 적외선 센서가 경보를 울리는 전압값을 의미한다. 그리고 바이어스 전압은 앰프의 바이어스 전압을 나타내며, 검출 시간은 전체 샘플링 시간 중 실제로 검출된 시간을 나타낸다.Referring to the figure, the alarm threshold value means a voltage value at which the infrared sensor sounds an alarm. The bias voltage represents the bias voltage of the amplifier, and the detection time represents the actually detected time of the entire sampling time.

예를 들어, 샘플링을 4 번 하는 경우, 신호 A, B, C, D에서의 평균값은 각 지점에서의 피크 크기의 평균값이며, 평균 기울기는 각 신호들에 대한 구간에서의 |A-B|,|B-C|, |C-D|의 평균값이 된다. 그리고 피크 분산값은 샘플링 기간 동안의 피크에 대한 분산값이 된다.For example, in the case of sampling four times, the average value in the signals A, B, C, and D is the average value of the peak magnitude at each point, and the average slope is | AB |, | BC in the interval for each signal. It becomes the average value of |, | CD |. The peak variance is then the variance of the peak during the sampling period.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 동물을 판단하기 위한 샘플링 데이터를 나타내는 도면이다. 이는 개(dog)의 경우의 디지털 샘플링 데이터들을 나타내고 있으며, 순간적 변화와 지속적 변화에 대한 샘플링 데이터를 나타낸 것이다. 여기서 순간적 변화는 비감지 시간(420)이 8 이상, 지속적 변화(422)는 비감지 시간(420)이 7 이하의 경우를 의미한다.11A and 11B are diagrams showing sampling data for determining an animal according to an exemplary embodiment of the present invention. This shows the digital sampling data of the dog case and shows the sampling data for the instantaneous change and the continuous change. In this case, the instant change means that the non-sensing time 420 is 8 or more, and the continuous change 422 means that the non-sensing time 420 is 7 or less.

도면을 참조하면, 순간적 변화에 대한 변수들의 값은 아래의 표 1을 만족해야 하고, 지속적 변화에 대한 변수들의 값은 표 2를 만족해야 한다. 그리고 이들 표 1 및 표 2의 조건들에 대한 상수들은 실험에 의한 값들이다. 따라서 30 회의 검출 과정 중, 지속적 변화에 대한 감지 오보가 3 회(400, 406, 414), 순간적 변화에 대한 감지 오보가 6 회(402, 404)로, 총 8 회의 감지 오보가 발생되었다.Referring to the drawings, the values of the variables for the instantaneous change should satisfy Table 1 below, and the values of the variables for the continuous change should satisfy Table 2 below. And the constants for these Table 1 and Table 2 conditions are experimental values. Therefore, during the 30 detection processes, the detection false positive for the continuous change three times (400, 406, 414), the detection false positive for the instant change six times (402, 404), a total of eight detection false positives.

상위 포화 상태의 수 > 99하위 포화 상태의 수 > 99피크 최대값 - 최소값 > 113피크 평균값(R) > 19피크 평균값(R) - 평균값 > 12Number of Upper Saturations> 99 Number of Lower Saturations> 99 Peak Maximum-Minimum> 113 Peak Average (R)> 19 Peak Average (R)-Average> 12

피크 최대값 > 121피크 최대값 - 최소값 > 89피크 평균값(R) > 19평균 기울기 > 1Peak Maximum> 121 Peak Maximum-Minimum> 89 Peak Average (R)> 19 Average Slope> 1

그리고 도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 인간과 환경의 열적 변화를 판단하기 위한 샘플링 데이터를 나타내는 도면이다. 도 12a는 인간이 내는 신호의 디지털 샘플링 데이터들이고, 도 12b는 환경의 열적 변화에 대한 신호의 디지털 샘플링 데이터들이다. 여기서도 순간적 변화(424)는 비감지 시간(420)이 8 이상, 지속적 변화는 비감지 시간(420)이 7 이하의 경우를 의미한다.12A and 12B illustrate sampling data for determining a thermal change of a human and the environment according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 12A is digital sampling data of a signal issued by a human, and FIG. 12B is digital sampling data of a signal with respect to a thermal change of an environment. Here, the instantaneous change 424 means that the non-sensing time 420 is 8 or more, and the continuous change means the non-sensing time 420 is 7 or less.

도면을 참조하면, 순간적 변화에 대한 변수들의 값은 상기 표 1의 조건 중에 3 가지 이상을 만족하면 판단 결과가 " ? "로 나타나고, 연속 3 개 중 2 개 이상을 만족하면 판단 결과가 인간으로 인식하고 그렇지 않은 경우에는 인간으로 인식하지 않았다. 그리고 지속적 변화에 대한 변수들의 값은 상기 표 2의 조건들을 모두 만족하면 인간으로 인식하였다. 따라서 30 회의 검출 과정을 통하여 인간으로 검출된 14 회의 검출 결과 1 회의 " ? "(410)와, 1 회의 " X "(408)가 감지 오보로 나타났다. 그러나 3 회의 감지 오보가 발생되기 전에 인간으로 판별하였다.Referring to the drawings, the value of the variables for the instantaneous change is judged as "?" When three or more of the conditions in Table 1 are satisfied, and the judgment result is recognized as a human when two or more of the three consecutive are satisfied. If not, it was not recognized as a human being. The values of the variables for continuous change were recognized as human beings when all the conditions of Table 2 were satisfied. Therefore, as a result of 14 detections detected by humans through 30 detection processes, one detection of "?" 410 and one detection of "X" 408 was detected as a false detection. However, humans were identified before three detection false positives occurred.

그리고 도 12b에 도시된 바와 같이 환경의 열적 변화에 대한 판별 결과는 14 회의 판별 결과 중 1 회(412)의 감지 오보가 발생되었다.As shown in FIG. 12B, the detection result of the thermal change of the environment has been detected 412 times in one of the 14 determination results.

상술한 바와 같이, 본 발명의 인체 감지 시스템은 온도 보상을 위한 마이츠로컨트롤러(또는 마이크로 프로세서)를 구비함으로써, 저가의 인체 감지 시스템을 구현할 수 있다.As described above, the human body detection system of the present invention may implement a low-cost human body detection system by including a controller (or a microprocessor) for temperature compensation.

또한 적외선 센서의 검출 신호를 디지털화하여 처리함으로써, 감지 기능을 위한 프로그램 개발이 용이하고, 정확한 인체 감지가 가능하다.In addition, by digitizing and processing the detection signal of the infrared sensor, it is easy to develop a program for the detection function, it is possible to accurately detect the human body.

Claims (7)

센서 시스템에 있어서:In the sensor system: 신호원으로부터 적외선 신호를 받아서 전기적 신호로 변환하여 출력하는 적외선 센서와;An infrared sensor which receives an infrared signal from a signal source and converts the infrared signal into an electrical signal; 상기 전기적 신호를 받아서 전압을 증폭하여 출력하는 앰프와;An amplifier for receiving the electrical signal and amplifying and outputting a voltage; 상기 증폭된 전기적 신호의 고주파 대역의 잡음을 제거하는 필터와;A filter for removing noise in a high frequency band of the amplified electrical signal; 상기 적외선 센서의 주위 온도에 대응하여 아날로그 신호를 출력하는 온도 측정 회로와;A temperature measuring circuit outputting an analog signal corresponding to the ambient temperature of the infrared sensor; 상기 필터 및 상기 온도 측정 회로로부터 아날로그 신호를 받아서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 컨버터 및;An analog-to-digital converter that receives an analog signal from the filter and the temperature measuring circuit and converts the analog signal into a digital signal; 상기 디지털 신호를 받아서 신호 특성에 따른 다수의 데이터들을 샘플링하여 저장하고, 일정 시간 동안에 상기 디지털 신호에 대한 샘플링 변수들을 계산하여, 기저장된 인체로부터 방사되는 신호의 특성과 상기 샘플링 변수들을 비교, 분석하여 상기 신호원의 종류를 판별하는 프로세서를 포함하되,Receives the digital signal and samples and stores a plurality of data according to signal characteristics, calculates sampling parameters for the digital signal for a predetermined time, compares and analyzes the characteristics of the signal radiated from a pre-stored human body and the sampling parameters. A processor for determining the type of the signal source, 상기 프로세서는 상기 적외선 센서의 환경적 요인으로부터 상기 시스템이 오동작하는 것을 방지하도록 보상하고, 상기 신호원이 인간인 경우에 경보 신호를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.And the processor compensates for preventing the system from malfunctioning from environmental factors of the infrared sensor and controls to output an alarm signal when the signal source is human. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적외선 센서는 초전형 센서 소자로 구비되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.The infrared sensor is a sensor system, characterized in that provided with a pyroelectric sensor element. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 온도 보상 회로는 트랜지스터로 구비되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.The temperature compensation circuit is a sensor system, characterized in that provided with a transistor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 아날로그 디지털 컨버터와 상기 프로세서는 하나의 집적 회로로 구비되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.The analog-to-digital converter and the processor is a sensor system, characterized in that provided as one integrated circuit. 신호원을 감지하기 위한 적외선 센서와, 앰프와, 필터와, 상기 적외선 센서의 주위 온도에 측정하기 위한 온도 측정 회로와, 상기 필터 및 상기 온도 측정 회로로부터 아날로그 신호를 받아서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 컨버터 및 상기 디지털 신호의 특성에 따른 데이터들을 저장하기 위한 메모리 장치를 구비하는 프로세서를 포함하는 센서 시스템에서, 상기 센서 시스템의 감지 방법에 있어서:An infrared sensor for detecting a signal source, an amplifier, a filter, a temperature measuring circuit for measuring the ambient temperature of the infrared sensor, and an analog signal from the filter and the temperature measuring circuit are converted into a digital signal and outputted. A sensor system comprising a processor having an analog-to-digital converter and a memory device for storing data in accordance with the characteristics of the digital signal, the sensing method of the sensor system comprising: 상기 시스템을 초기화하는 단계와;Initializing the system; 상기 온도 측정 회로를 이용하여 상기 적외선 센서의 주위 온도를 측정하는 단계와;Measuring the ambient temperature of the infrared sensor using the temperature measuring circuit; 상기 아날로그 디지털 컨버터의 출력 신호를 샘플링하는 단계와;Sampling the output signal of the analog to digital converter; 상기 적외선 센서의 주위 온도에 의한 오동작을 방지하기 위하여 상기 샘플링된 데이터들을 보상하는 단계와;Compensating the sampled data to prevent malfunction due to ambient temperature of the infrared sensor; 상기 메모리 장치에 기저장된 인체로부터 방사되는 신호의 특성에 대한 데이터와 상기 보상된 샘플링된 데이터들과 비교하여 신호원의 종류를 판단하는 단계 및;Determining a type of a signal source by comparing data on characteristics of a signal emitted from a human body previously stored in the memory device with the compensated sampled data; 상기 판별 결과 상기 신호원이 인체이면, 경보 신호를 출력하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템의 감지 방법.And if the signal source is a human body, determining that the alarm source outputs an alarm signal. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 샘플링하는 단계는;The sampling step; 상기 아날로그 디지털 컨버터의 출력 신호의 노이즈를 제거하기 위한 필터링하는 단계와;Filtering to remove noise of an output signal of the analog to digital converter; 상기 필터링된 신호를 선형화하는 단계 및;Linearizing the filtered signal; 상기 선형화된 신호의 상기 샘플링 데이터들을 계산, 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템의 감지 방법.Calculating and storing the sampling data of the linearized signal. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 샘플링 데이터를 계산, 저장하는 단계는 일정 시간 동안의 상기 신호에 대한 평균값, 분산값, 빈번도수, 최대값, 최소값 및 평균 기울기의 변수들을 계산,저장하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템의 감지 방법.The calculating and storing of the sampling data may include calculating and storing variables of an average value, a variance value, a frequency, a maximum value, a minimum value, and an average slope of the signal for a predetermined time. .
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