KR100289767B1 - 적외선경보기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적외선 경보기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 920nm~960nm의 적외선 빔을 생성하여 36KHz~40KHz로 변조시켜 출력하도록 다수개의 적외선 발광다이오드로 이루어진 적외선 발광부와, 상기 적외선 발광부에서 조사된 적외선 빔을 수광한 후 소정 형태의 파형으로 변환시켜 출력하는 수광부와, 상기 수광부에서 출력되는 소정 형태의 파형에 따라 경보 신호가 발생하도록 제어 신호를 출력하고, 상기 발광부 및 수광부로 인가되는 전압의 크기를 검출하여 전압의 크기에 따라 상기 발광부 및 수광부의 이상 여부를 검출한 후 이상이 발생하면 제어 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 경보 신호를 발생하는 경보 발생부와, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 발광부 및 수광부중 어느 1개라도 고장이 났을 경우 점등되어 고장을 알리는 LED를 포함하는 적외선 경보기에 있어서, 상기 수광부는 상기 발광부의 각각의 적외선 발광다이오드와 1 : 1로 대응되어 결합되어 이들로부터 방사되는 적외선 빔이 수광되면 각각 도통되며, 하드웨어의 최소화를 위하여 상기 제어부의 특정 포트에 직접 설치되는 복수의 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드의 출력 신호를 안정화시키도록 상기 포토 다이오드의 출력단에 병렬로 연결되는 안정화 회로부와, 상기 포토 다이오드의 출력 신호를 일정 레벨로 증폭시키는 증폭기와, 상기 증폭부에서 출력되는 신호의 진폭을 일정 레벨로 제한시키는 리미터와, 상기 리미터에서 출력되는 신호중 특정 신호만이 통과되도록 이를 필터링시키는 필터 회로부와, 상기 필터 회로부를 통해 출력되는 신호중 특정 신호만을 검출하는 검출기와, 상기 검출기를 통해 검출되는 신호의 파형을 정형시키는 파형정형회로부로 이루어지며, 상기 각각의 포토 다이오드는 상기 안정화 회로부와, 상기 증폭기와, 상기 리미터와, 상기 필터 회로부와, 상기 검출기와, 상기 파형정형회로부가 내장된 IC를 연결한 모듈 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.

따라서 상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면 경보기의 적외선 수신모듈을 가전제품의 리모콘에서 사용하는 센서를 이용하여 제품화함으로써 기능이 간단하고 값이 싼 적외선 경보기를 제공할 수 있다.

Description

적외선 경보기{APPARATUS FOR ALARMING INFRARED RAYS}

본 발명은 적외선 센서를 이용하여 외부침입자를 감지하는 적외선 경보기에 관한 것으로, 특히 적외선 수신모듈을 가전제품의 리모콘에서 사용하는 수광센서를 이용하여 제품화함으로써 기능이 간단하고 제조 단가가 싼 적외선 경보기에 관한 것이다.

일반적으로, 외부침입자를 감지하여 퇴치하기 위한 종래의 적외선 경보기에는 외부 침입자로부터 방사되는 적외선을 감지하여 경보를 발생시키는 열선 감지 기와, 일정 거리마다 적외선을 쏘아놓고 외부침입자로인해 빛이 단속되는 것을 감지하여 경보를 발생시키는 적외선 감지기가 있었다.

상기 종래의 열선 감지기는 적외선 센서를 이용하여 감지된 인체의 적외선을 아날로그, 디지털 변환기를 통하여 마이크로 컴퓨터로 인가함으로써, 마이크로 컴퓨터에 의해 적외선의 양을 판별하여 경보를 구동하도록 구성되었다.

그리고, 종래의 적외선 감지기는 적외선 발생을 위한 변조 데이터들에 의해 적외선 빔들을 발생시키고, 출력된 적외선 빔들은 적외선 빔이 발사된 반대편에서 수신하여 이를 전기적 신호로 변환시켜 적외선 빔의 차단유무를 검사하며, 연속적인 적외선 빔들이 차단될 시 이상감지신호를 발생하도록 구성되었다.

그런데, 상기 구성을 갖는 종래의 적외선 경보기는, 경보기를 제조하는 업계의 고기능 및 고부가가치 방침으로 다양한 기능을 가진 고가의 경보기가 주류를 이루고 있으나, 실제로 경보기가 갖는 기능을 충분히 활용할 수 있는 경우는 매우 드물어 필요없이 많은 기능을 갖춤으로써 가격만 비싼 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 경보기의 적외선 수신모듈을 가전제품의 리모콘에서 사용하는 센서를 이용하여 제품화함으로써 기능이 간단하고 값이 싼 적외선 경보기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 적외선 경보기의 회로구성도

도 2는 본 발명에서 사용된 전원공급장치의 회로도

도 3은 본 발명에서 사용된 수광부의 블럭도

도 4a~도 4c는 상기 포토 다이오드의 특성곡선을 도시한 그래프

도 5a~도 5g는 본 발명에서 사용된 적외선 발광 다이오드의 특성곡선을 도시한 그래프

도 6은 본 발명에서 사용된 마이크로 컨트롤러의 프로그램을 도시한 프로챠트

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 안정화 회로부 12 : 증폭기

13 : 리미터 14 : 필터 회로부

15 : 검출기 16 : 파형정형회로부

100 : 마이크로 컨트롤러 110 : 발광부

120 : 수광부 130 : LED

140 : 경보 발생부

상기 목적을 달성하기 위하여 발명된 본 발명의 특징은,

920nm~960nm의 적외선 빔을 생성하여 36KHz~40KHz로 변조시켜 출력하는 적외선 발광부와, 상기 적외선 발광부에서 조사된 적외선 빔을 수광한 후 소정 형태의 파형으로 변환시켜 출력하는 수광부와, 상기 수광부에서 출력되는 소정 형태의 파형에 따라 경보 신호가 발생하도록 제어 신호를 출력하고, 상기 발광부 및 수광부로 인가되는 전압의 크기를 검출하여 전압의 크기에 따라 상기 발광부 및 수광부의 이상 여부를 검출한 후 이상이 발생하면 제어 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 경보 신호를 발생하는 경보 발생부와, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 발광부 및 수광부중 어느 1개라도 고장이 났을 경우 점등되어 고장을 알리는 LED를 포함하는 적외선 경보기에 있어서,

상기 수광부는,

적외선 빔이 수광되면 도통되는 포토 다이오드와,

상기 포토 다이오드의 출력 신호를 안정화시키도록 상기 포토 다이오드의 출력단에 병렬로 연결되는 안정화 회로부와,

상기 포토 다이오드의 출력 신호를 증폭시키는 증폭기와,

상기 증폭부에서 출력되는 신호의 진폭을 제한시키는 리미터와,

상기 리미터에서 출력되는 신호를 필터링시키는 필터 회로부와,

상기 필터 회로부를 통해 출력되는 특정 신호를 검출하는 검출기와,

상기 검출기를 통해 검출되는 신호의 파형을 정형시키는 파형정형회로부로 이루어진다.

여기서, 상기 발광부는 다수개의 적외선 발광다이오드이고, 상기 경보 수단은 경보음을 울리는 스피커와 경보빛을 발생하는 경광등으로 이루어진다.

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 적외선 경보기의 회로구성도이고, 도 2는 본 발명에서 사용된 전원공급장치의 회로도이며, 도 3은 본 발명에서 사용된 수광부의 블럭도이고, 도 4a~ 도 4c는 상기 포토 다이오드의 특성곡선을 도시한 그래프이며, 도 5a~도 5g는 본 발명에서 사용된 적외선 발광 다이오드의 특성곡선을 도시한 그래프이고, 도 6은 본 발명에서 사용된 마이크로 컨트롤러의 프로그램을 도시한 프로챠트이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 적외선 경보기는 적외선 빔들을 변환 출력하는 발광부(110)와, 상기 발광부(110)로 부터의 적외선 빔들을 각각 수신하기 위한 수광부(120)와, 상기 발광부(110) 및 수광부(120)중 어느 1개라도 고장이 났을 경우 이를 알리기 위한 LED(130)와, 외부침입자가 들어왔을 때 주위에 알리기 위한 경보 발생부(140)와, 상기 발광부(110) 및 LED(130)의 동작을 각각 제어하며, 상기 수광부(120)로부터 출력되는 감지 신호들을 분석하여 이상 유무를 판별한 후 상기 경보 발생부(140)의 동작을 제어하는 마이크로 컨트롤러(100)로 구성되어 있다. 상기 마이크로 컨트롤러(100)에는 마이크로 컨트롤러를 동작시키기 위해 필요한 발진회로가 추가로 구비된다. 본 발명에서는 상기 발진회로로 4 MHz 크리스탈을 사용하였다.

그리고, 적외선 빔들을 발생시키기 위한 상기 발광부(110)는 적외선 발광 다이오드를 사용하였고, 빛의 단속을 감지하여 외부침입자를 검출하기 위한 상기 수광부(120)는 가전제품의 리모콘에서 사용되는 포토 다이오드를 사용하였다.

이와 같이, 적외선 수신장치로 기존의 가전제품에서 사용하는 센서를 사용함으로써, 가전제품의 리모콘에서 사용하는 PPM(Pulse Position Modulation: 펄스위치변조)과 동일한 방법을 사용하면 오동작을 일으킬수 있으므로, 본 발명에서는 리모콘에서 사용하는 변조법과는 다르게 동작하도록 구현하였다.

그러면, 먼저 가전제품의 리모콘에서 사용되던 리모콘용 변조법에 대해 알아보기로 한다.

일반적으로, 적외선은 육안으로 식별할 수 없는 광선이므로 경보기에 많이 사용하고 있으며, 근래에는 가전제품, 산업제품의 원격제어에도 많이 응용이 되고 있는 추세에 있다. 적외선 리모콘에 사용하는 코드체계와 변조법은 일본의 미쓰비시전기와 엔이씨(NEC)사가 송신전용 집적회로를 발표할 때 적용했던 방식의 2종류가 있으며, 이 들은 표 1과 같은 특징을 가지고 있다.

메이커	변조방식	리더코드	키코드 길이	영 표시법	일 표시법	기본 주파수	데이터 코드길이	프레임당 최대 시간(s)	오류 검출방식	비고
미쓰비시	PPM	무	3	2T	4T	38KHz	7T	24×106	연송방식	현재 사용
엔이씨(NEC)	PPM	유	3	2T	4T	40KHz	8T	67.5×106	반전연송방식

도 2는 본 발명에서 사용된 전원공급장치의 회로도이다.

전원공급장치는 상기 발광부(110) 및 수광부(120)에 필요한 전원을 공급하기 위해서 1차 교류 220V의 사용전원을 변압기를 이용하여 12V 강압, 전파정류시키고, 콘덴서로 평활시켜 발광부(110)에 공급하고, IC 전원은 정전압 IC(7805)를 통한 전압을 공급한다.

그리고, 상기 전원공급장치에는 정전에 대비한 비상용 배터리가 구비된다.

도 3 은 본 발명에서 사용된 수광부의 블록도로서, 포토 다이오드(D6)와, 안정화 회로부(11)와, 증폭기(12)와, 리미터(13)와, 필터 회로부(14)와, 검출기(15)와, 파형정형회로부(16)가 내장된 IC를 연결한 모듈 형태로 회로가 구성되어 있다.

이 모듈은 사용하는 빛의 파장에 따라 감도가 달라지게 되는데 최대감도는 940 nm이다. 그리고 변조주파수에 따라 감지거리가 달라지며, 38 KHz에서 최대값을 갖는다.

상기 수광용 센서로 사용된 포토 다이오드(D6)는 적외선 발광 다이오드와 1:1 방식으로 광 결합되어 있으며, 하드웨어의 최소화를 위하여 직접 마이크로 컨트롤러(100)의 C 포트에 8개까지 설치할 수 있도록 하였다.

센서에서 유입되는 신호를 처리하기 위한 프로그램은 마이크로 컨트롤러(100)의 프로그램 메모리에 탑재되어 있으며, 이에 따른 동작은 도6에서 상세히 설명하기로 한다.

도 4a~도 4c는 상기 포토 다이오드의 특성곡선을 도시한 그래프이다.

여기서, 도 4a의 그래프는 주위 온도와 적외선 수신율과의 관계를 나타낸 것으로, 주위 온도가 40도에서 60도 사이일 때 적외선 수신율이 가장 좋게 나타남을 알수 있다.

도 4b의 그래프는 주파수와 적외선 수신율과의 관계를 나타낸 것으로, 40 KHz의 주파수를 가질 때 수신율이 거의 100%에 가깝게 나타났다.

도 4c의 그래프는 LED 전류와 거리와의 관계를 나타낸 것으로, 거리에 비례해서 전류가 많이 소모된다는 것을 보여준다.

도 5a~도 5g는 본 발명에서 사용된 적외선 발광 다이오드의 특성곡선을 도시한 그래프이다.

여기서, 도 5a의 그래프는 허용손실과 주위온도와의 관계를 도시한 것으로, 주위온도가 약 70도일 때 손실이 제로(0)로 나타났다. 도 5b의 그래프는 발광출력과 순전류와의 관계를 나타낸 것으로, 발광출력과 순전류는 비례곡선을 나타내고 있다. 그리고, 도 5c의 그래프는 상대발광출력과 주위온도를, 도 5d의 그래프는 상대출력과 파장과의 관계를 도시한 것이다. 또한, 도 5e의 그래프는 순전류와 순전압 특성을, 도 5f의 그래프는 지향특성을, 도 5g의 그래프는 상대발광출력과 거리특성을 나타낸 것이다.

상기 적외선 발광다이오드의 특성곡선에서도 알수 있듯이, 상기 적외선 발광부(110)는 적외선 발광다이오드(IR LED)중 발광파장이 940 nm이면서 지향성이 큰 특성을 갖는 소자를 선택하여 공간에 산재되어 있는 자연광, 백열등, 형광등에서 발생하는 각종 적외선에 대하여 오동작을 방지할 수 있도록 하였으며, 도달거리는 적외선 발광다이오드에 흐르는 전류에 비례하므로 가능한 큰 전류가 흘려 감지거리를 증가시키도록 하였다.

그리고, 상기 적외선 발광다이오드(IR LED)를 구동하는 회로는 수신 장치의 감도가 38 KHz에서 최대가 되므로 940 nm의 적외선광을 38 KHz로 변조할 필요가 있으며, 가전제품의 제어에 사용하는 커스텀, 또는 리더코드(leader code) 및 각종 데이터 코드와는 다른 코드를 사용하여 PPM을 행할수 있도록 다음과 같이 설계하였다.

먼저, 적외선 발광다이오드에서 발광되는 발광파장이 940 nm의 적외선 광을 38 KHz의 주파수를 가진 PPM 변조를 수행하도록 8비트 OTP(One Time Programmable)형 마이크로 컨트롤러인 PIC 16C 56RC의 B 포트에 8개의 적외선 발광다이오드를 설치하였다. 만약, 감지개소가 적어 사용하지 않을 경우에는 접지에 연결하여 오동작을 방지하며, 사용중 전선의 단선이나 적외선 발광다이오드가 손상되면 상기 LED(130)에 경보가 발생하도록 하였다.

그리고, 적외선 발광다이오드를 통해 흐르는 전류가 클수록 통달거리가 증가하는데 비해 마이크로 컨트롤러의 입/출력 포트의 구동전류는 극히 미소하므로, 이 전류만으로는 극히 짧은 거리를 감지할 수밖에 없어 상용 TTL인 OC(Open Collector)형 버퍼인 7407을 사용하여 12V 전원에 연결, 감지 거리를 5 m정도가 되도록 하였다.

한편, 센서에서 유입된 신호를 처리하여 침입이라고 판정되면 상기 마이크로 컨트롤러(100)는 A 포트를 통해 신호를 발생, 동시에 파상적인 경보음과 경광등이 동작하여 침입을 표시하도록 하였다. 이 회로는 경광등과 스피커를 마이크로 컨트롤러의 전류와 전압만으로 동작할 수 없으므로 외부에 전류를 증폭할 수 있도록 간단하게 트랜지스터를 사용한 인터페이스 회로를 설계하였다.

도 6 은 본 발명에서 사용된 마이크로 컨트롤러(100)의 프로그램을 도시한 프로챠트이다.

여기에 사용한 마이크로 컨트롤러(100)의 주요한 특성을 요약하면 표 2와 같다.

구 분	특 성	비 고
소 자 명	PIC 16C 55 RC	OTP형
구 조	RISC	프리-페치 기능
클럭 주파수	4 MHz	크리스탈
데이터 메모리	8 비트 ×32
프로그램 메모리	12 비트 ×512	이피롬(EPROM)
입/출력 포트	3 포트(20비트)	A, B, C 포트
명령 수행시간	1 ×10-6(sec)
분기명령 처리시간	2 ×10-6(sec)
리셋 벡터	01FF

본 발명은 경보기를 동작시키기 위한 프로그램을 도 6과 같은 흐름도에 따라 동작하도록 16C55용 어셈블러를 이용하여 코딩하였고, 하드웨어와의 연계동작을 확인하고 검증하기 위해 486급 PC와 ICE(in circuit emulator)를 사용하여 시험한 후 전용의 라이터(writer)를 사용 마이크로 컨트롤러의 프로그램 메모리에 덤프(dump) 하였다.

도 6에 도시된 바와 같이, 프로그램에 사용된 중요한 루틴(routine)들은 다음과 같은 특성을 가지고 있다.

가) 초기화 루틴(initialize) ; 제 22 단계

마이크로 컨트롤러(100)의 입/출력 포트(I/O port)의 방향 지정

포트 레지스터(port registor)의 초기화

워킹 레지스터(working registor)의 초기화

나) 하드웨어(hardware) 결함 검출 및 표시 루틴 ; 제 23 단계

포트 C를 통해 유입되는 센서의 출력을 읽어 센서의 이상, 배선의 단선이 검출되면 A 포트에 연결된 LED 표시부(130)의 노란색 LED를 점등하여 이상을 표시하고 기억함

다) 50초 지연 루틴 ; 제 24 단계

경보기를 동작시킨 후 출입문을 나서는데 까지 필요한 기능

라) 38 KHz 발진 루틴 ; 제 25 단계

적외선 발광다이오드(IR LED)를 동작시키기 위한 루틴

마) 센서신호 읽기 및 판정 루틴 ; 제 26 단계 ∼ 제 29 단계

적외선 발광다이오드(IR LED)에서 방출된 적외선이 센서에 유입 되었는지를 판별하기 위한 루틴으로, 이상이 있으면 일단 처음 동작시 결함이 있었는지를 알아 본 후 이상이 없었으면 포트 A에 연결된 스피커와 경광등을 동작하게 하고 그외에는 경보가 발생치 않도록 하는 루틴

바) 150초 지연 루틴 ; 제 30 단계

경보가 발생한 후 150초후에 자동 차단하여 주변의 여러사람에게 소음공해를 발생시키지 않도록 하는 루틴

이상에서 설명한 바와 같이, 적외선 발광다이오드들을 통해 출력된 적외선 빔들을 포토 센서들을 통해 각각 수신하고, 이 수신된 감지 신호들을 분석하여 이상 유무를 판별한 후 이상이 있을 경우 스피커 및 경광등을 통해 알리도록 구현된 본 발명에 의한 적외선 경보기에 의하면, 경보기의 적외선 수신모듈을 가전제품의 리모콘에서 사용하는 센서를 이용하여 제품화함으로써 기능이 간단하고 값이 다른 경보기에 비해 훨씬 싼 매우 뛰어난 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (1)

1. 920nm~960nm의 적외선 빔을 생성하여 36KHz~40KHz로 변조시켜 출력하도록 다수개의 적외선 발광다이오드로 이루어진 적외선 발광부와, 상기 적외선 발광부에서 조사된 적외선 빔을 수광한 후 소정 형태의 파형으로 변환시켜 출력하는 수광부와, 상기 수광부에서 출력되는 소정 형태의 파형에 따라 경보 신호가 발생하도록 제어 신호를 출력하고, 상기 발광부 및 수광부로 인가되는 전압의 크기를 검출하여 전압의 크기에 따라 상기 발광부 및 수광부의 이상 여부를 검출한 후 이상이 발생하면 제어 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 경보 신호를 발생하는 경보 발생부와, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 발광부 및 수광부중 어느 1개라도 고장이 났을 경우 점등되어 고장을 알리는 LED를 포함하는 적외선 경보기에 있어서,

   상기 수광부는,

   상기 발광부의 각각의 적외선 발광다이오드와 1 : 1로 대응되어 결합되어 이들로부터 방사되는 적외선 빔이 수광되면 각각 도통되며, 하드웨어의 최소화를 위하여 상기 제어부의 특정 포트에 직접 설치되는 복수의 포토 다이오드와,

   상기 포토 다이오드의 출력 신호를 안정화시키도록 상기 포토 다이오드의 출력단에 병렬로 연결되는 안정화 회로부와,

   상기 포토 다이오드의 출력 신호를 일정 레벨로 증폭시키는 증폭기와,

   상기 증폭부에서 출력되는 신호의 진폭을 일정 레벨로 제한시키는 리미터와,

   상기 리미터에서 출력되는 신호중 특정 신호만이 통과되도록 이를 필터링시키는 필터 회로부와,

   상기 필터 회로부를 통해 출력되는 신호중 특정 신호만을 검출하는 검출기와,

   상기 검출기를 통해 검출되는 신호의 파형을 정형시키는 파형정형회로부로 이루어지며,

   상기 각각의 포토 다이오드는, 상기 안정화 회로부와, 상기 증폭기와, 상기 리미터와, 상기 필터 회로부와, 상기 검출기와, 상기 파형정형회로부가 내장된 IC를 연결한 모듈 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 경보기.

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