KR100336479B1 - Universal signal processing device of ultrasonic traffic detector - Google Patents

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KR100336479B1
KR100336479B1 KR1019980057803A KR19980057803A KR100336479B1 KR 100336479 B1 KR100336479 B1 KR 100336479B1 KR 1019980057803 A KR1019980057803 A KR 1019980057803A KR 19980057803 A KR19980057803 A KR 19980057803A KR 100336479 B1 KR100336479 B1 KR 100336479B1
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Abstract

본 발명은 초음파 차량 검지기의 유니버셜 신호 처리 장치에 관한 것으로서, 초음파 센서에 의하여 초음파를 송신하고 차량에 의한 반사파를 수신하여 차량 통과를 검지하는 초음파 차량 검지기에 있어서, 상기 초음파 센서의 설치 높이에 따라서 송신파의 발생 시간 및 발생 주기 제어 신호와, 반사파를 검지하기 위한 필터 조절 제어 신호를 출력하는 마이컴; 외부 클럭을 입력으로 받아, 외부 클럭을 카운트하고, 카운트한 값을 이용하여 상기 마이컴으로부터의 송신파의 발생 시간 및 발생 주기 제어 신호에 따라 상기 초음파 센서를 구동하는 신호를 출력시키는 논리회로가 구현된 FPGA; 및 상기 마이컴에 의한 필터 조절 제어 신호에 의하여 증폭하여야 하는 중심주파수와 주파수 선택도(Q factor) 및 중심주파수의 이득 크기가 결정되며, 상기 FPGA로부터 중심 주파수 제어 신호를 수신하여 제어 신호에 따른 주파수 대역의 반사파만을 통과시키며, 직접회로로 구현되는 프로그래머블필터를 포함하는 것임을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 초음파 차량 검지기의 유니버셜 신호 처리 장치에서는 종래의 동조발진기 대신에 중심주파수의 이득 크기 등을 디지털 신호로 입력하여 조절할 수 있는 프로그래머블필터를 사용함에 의하여 초음파 센서의 구동 주파수가 변화하여도 새로운 하드웨어의 변경없이 원하는 성능을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서 프로그래머블필터는 하나의 집적회로로 구현되므로 매개 변수의 변화에 따라서 필터의 특성이 바뀌는 아날로그 소자로 구현된 종래의 동조발진기의 단점을 보완할 수 있고, 사용되는 저항 및 캐패시터의 수가 감소되어 전체적으로 신호처리 보드의 소형화 및 집적화를 달성할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a universal signal processing apparatus of an ultrasonic vehicle detector, wherein the ultrasonic vehicle detector transmits ultrasonic waves by an ultrasonic sensor and receives reflected waves from the vehicle to detect passage of the vehicle, according to an installation height of the ultrasonic sensor. A microcomputer for outputting a generation time and generation period control signal of the wave and a filter adjustment control signal for detecting the reflected wave; A logic circuit for receiving an external clock as an input, counting an external clock, and outputting a signal for driving the ultrasonic sensor according to the generation time and generation period control signal of the transmission wave from the microcomputer using the counted value is implemented. FPGA; And a center frequency, a frequency selectivity (Q factor), and a gain magnitude of the center frequency to be amplified by the filter control control signal by the microcomputer, and receiving a center frequency control signal from the FPGA to obtain a frequency band according to a control signal. It passes only the reflected wave of, characterized in that it comprises a programmable filter implemented as an integrated circuit. The universal signal processing apparatus of the ultrasonic vehicle detector according to the present invention uses a programmable filter that can input and adjust the gain size of the center frequency as a digital signal instead of the conventional tuning oscillator, even if the driving frequency of the ultrasonic sensor changes. You can get the performance you want without changing hardware. In addition, in the present invention, since the programmable filter is implemented as one integrated circuit, it is possible to compensate for the disadvantage of the conventional tuning oscillator implemented as an analog device in which the characteristics of the filter change according to the change of parameters, and the number of resistors and capacitors used It can be reduced to achieve miniaturization and integration of the signal processing board as a whole.

Description

초음파 교통량 검지기의 유니버셜 신호 처리 장치Universal signal processing device of ultrasonic traffic detector

본 발명은 초음파 교통량 검지기의 신호 처리 장치에 관한 것으로서, 특히 집적화된 프로그래머블 필터를 사용하여 상이한 주파수를 가지는 초음파 신호를 단일 장치로 처리할 수 있도록 하는 것에 특징이 있다.The present invention relates to a signal processing apparatus for an ultrasonic traffic detector, and in particular, it is possible to process ultrasonic signals having different frequencies with a single device by using an integrated programmable filter.

교통량 검지기는 교통 관리 시스템의 최하부 장비로서 교통 혼잡 해소를 위하여 시급한 지능형교통시스템(Intelligent Transportation System, ITS) 구축을 위한 가장 기본적인 요소이다.The traffic detector is the bottommost equipment of the traffic management system and is the most basic element for constructing an urgent intelligent transportation system (ITS) to solve traffic congestion.

초음파 센서를 이용한 차량 검지기 및 교통 정보 수집 장비는 비매설식이며 다른 장비들에 비하여 저렴한 가격으로 설치가 가능하고 수명도 반영구적이어서 유지 보수가 간편한 장점이 있다.Vehicle detectors and traffic information collection equipment using ultrasonic sensors are non-embedded and can be installed at a lower price than other equipments.

먼저, 초음파 교통량 검지 장치의 원리를 설명한다.First, the principle of the ultrasonic traffic detection device will be described.

도로면으로부터 일정 높이에 송신부와 수신부를 포함하는 초음파 센서를 설치하고, 초음파 센서로부터 주기적으로 송신파를 발사하고, 반사파를 감지하여 차량의 통과를 검지한다.An ultrasonic sensor including a transmitter and a receiver is installed at a predetermined height from the road surface, periodically transmitting a transmission wave from the ultrasonic sensor, and detecting a reflected wave to detect the passage of the vehicle.

도1은 초음파 교통량 검지 장치의 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the principle of the ultrasonic traffic detection device.

예를 들어서, 초음파 센서가 도로면으로부터 6m의 높이에 설치되었을 때, 초음파 센서로부터 발사된 송신파가 차량이 없는 지면으로부터 반사되어 돌아오는데에 걸리는 시간은 음속을 340㎧라고 하였을 때, 약 35㎳이다. 초음파 센서의 송신부를 이를 고려하여 주기적으로 매 35㎳마다 송신파를 발사한다. 그 주기 동안 도1에서 보이는 바와 같이 게이트 신호가 액티브되는데, 이 사이에 차량이 통과하면 통과하는 차량에 의한 반사파는 송신파가 발사된 후, 지면에 의하여 반사되는 반사파가 되돌아오는데 걸리는 시간인 35㎳보다 짧은 시간내에 감지된다. 즉, 게이트 신호가 액티브된 구간에 반사파가 검지되면, 차량의 통과를 의미하는 것이다.For example, when the ultrasonic sensor is installed at a height of 6 m from the road surface, the time it takes for the transmission wave emitted from the ultrasonic sensor to return from the ground without a vehicle is about 35 Hz when the sound velocity is 340 Hz. to be. In consideration of this, the transmitter of the ultrasonic sensor periodically emits a transmission wave every 35 ms. During this period, the gate signal is activated as shown in FIG. It is detected within a shorter time. That is, when the reflected wave is detected in the section in which the gate signal is activated, it means the passage of the vehicle.

본 발명은 이러한 초음파 교통량 검지기에 사용되는 신호 처리 장치에 관한 것으로서, 신호 처리 장치는, 초음파 센서에 의하여 생성된 초음파 신호의 잡음 제거 기능, 증폭 기능 및 수신된 반사파를 디지털 신호로 변환하는 기능을 한다. 특히, 초음파 센서의 수신부에서 감지되는 차량 반사파와 노면 반사파의 크기는 수십 내지 수백 ㎷ 정도이며, 여러 가지 잡음이 또한 포함되어 있어서 수신파 중에서 차량 반사파를 검지하기 위하여는 초음파 주파수 대역만을 통과시키는 대역 통과 필터와 이를 증폭하기 위한 증폭기가 필요하다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing apparatus used for such an ultrasonic traffic detector, wherein the signal processing apparatus functions to remove noise, amplify a function, and convert a received reflected wave into a digital signal of an ultrasonic signal generated by an ultrasonic sensor. . In particular, the size of the vehicle reflection wave and the road reflection wave detected by the receiver of the ultrasonic sensor is about tens to hundreds of dB, and various noises are also included, so that the band pass passing only the ultrasonic frequency band to detect the vehicle reflection wave among the received waves. You need a filter and an amplifier to amplify it.

종래 기술에서는 초음파 주파수 대역만을 통과시키기 위한 대역 통과 필터로서 동조 발진기(tuned oscillator)를 사용한다. 이러한 동조 발진기의 중심 주파수와 대역폭은 사용되는 회로 소자에 의하여 고정적이므로 20㎑에서 50㎑ 범위내의 한 가지 주파수에 대하여만 사용가능하다.In the prior art, a tuned oscillator is used as a band pass filter for passing only the ultrasonic frequency band. Since the center frequency and bandwidth of such a tuning oscillator are fixed by the circuit elements used, they can be used for only one frequency in the range of 20 kHz to 50 kHz.

도2를 참조하여, 초음파 교통량 검지기의 종래 기술을 상세하게 설명한다.Referring to Fig. 2, the prior art of the ultrasonic traffic detector will be described in detail.

도2는 종래 기술에 의한 초음파 교통량 검지기의 블록 구성도로서, 초음파 센서(10)와 신호 처리 장치(20)를 도시한 것이다.Fig. 2 is a block diagram of the ultrasonic traffic detector according to the prior art, which shows the ultrasonic sensor 10 and the signal processing device 20.

차량 검지에 사용되는 초음파 센서(10)는 20㎑에서 50㎑ 범위내의 초음파가 사용되는데, 현재에는 입력으로 주어지는 신호의 주파수에 따라서 25㎑의 초음파 센서와 26㎑ 초음파 센서가 주로 사용되고 있다. 초음파 센서(10)는 압전 소자로 구성되어 있는데, 압전 소자는 전압을 걸어주면 진동하게 되고, 반대로 소자의 진동이 생기면 그에 해당하는 전압을 발생시킨다. 이를 이용하여 송수신 기능이 하나의 센서로 가능하다. 이와 같이, 두 가지 주파수의 센서가 사용되는 것은 다중 차선의 각 차선에 초음파 교통량 검지 장치를 설치하는 경우, 인접하는 차선에 사용되는 초음파 센서의 주파수를 다르게 하여 간섭 효과를 줄이기 위해서이다.Ultrasonic sensors in the range of 20 kHz to 50 kHz are used as the ultrasonic sensor 10 used for vehicle detection. Currently, a 25 kHz ultrasonic sensor and a 26 kHz ultrasonic sensor are mainly used according to the frequency of a signal given as an input. The ultrasonic sensor 10 is composed of a piezoelectric element, and the piezoelectric element vibrates when a voltage is applied thereto, and on the contrary, when the vibration of the element occurs, a corresponding voltage is generated. By using this, transmission and reception functions are possible with one sensor. As such, the two frequency sensors are used to reduce the interference effect by varying the frequency of the ultrasonic sensors used in the adjacent lanes when the ultrasonic traffic detection device is installed in each lane of the multiple lanes.

종래 기술에 의한 신호 처리 장치(20)는 단일의 장치로 한 가지 주파수의 초음파 센서에만 적용될 수 있으므로, 사용되는 초음파 센서(10)는 25㎑ 아니면 26㎑이다.Since the signal processing apparatus 20 according to the prior art can be applied to only one ultrasonic sensor of one frequency in a single apparatus, the ultrasonic sensor 10 used is 25 Hz or 26 Hz.

초음파 센서(10)를 구동하기 위하여, 신호 처리 장치(20)의 마이컴(21)에서25㎑(아니면 26㎑) 5Vp-p 구형파 신호를 생성하여 이를 송신신호 증폭부 및 수신부(22)로 인가한다.In order to drive the ultrasonic sensor 10, a 25 kHz (or 26 kHz) 5Vp-p square wave signal is generated by the microcomputer 21 of the signal processing apparatus 20 and applied to the transmission signal amplifier and receiver 22. .

송신신호 증폭부 및 수신부(21)에서는 구형파 신호를 70Vpp의 구형파로 증폭하여 초음파센서(10)로 송신하고, 초음파센서(10)로부터의 반사파를 수신하는 역할을 수행한다.The transmission signal amplifier and the receiver 21 amplify the square wave signal into a square wave of 70Vpp to transmit to the ultrasonic sensor 10, and serves to receive the reflected wave from the ultrasonic sensor 10.

동조발진기(23)는 여러 가지 잡음이 포함되어 있는 수신파에서 차량 반사파만을 검지하기 위하여 초음파 신호 주파수 대역만을 통과시키는 역할을 한다. 종래 기술에서 사용되는 동조발진기(23)의 회로도가 도3a에 도시되어 있다. 도3b는 도3a에 도시된 동조 발진기 회로의 등가 회로도이다. 동조발진기(23)는 선택된 주파수 부근의 발진을 통하여 신호를 증폭해주며, 그 주파수 부근에서 상당히 높은 이득을 가진다. 동조발진기의 중심주파수는이고, 3dB 대역폭은이며, 중심주파수에서의 이득은 gmR이다. 여기서, gm은 트랜지스터(Q1)의 트랜스컨덕턴스이다.The tuning oscillator 23 serves to pass only an ultrasonic signal frequency band in order to detect only a vehicle reflection wave from a reception wave including various noises. A circuit diagram of the tuning oscillator 23 used in the prior art is shown in Fig. 3A. Fig. 3B is an equivalent circuit diagram of the tuning oscillator circuit shown in Fig. 3A. The tuning oscillator 23 amplifies the signal through oscillation around the selected frequency, and has a fairly high gain near that frequency. The center frequency of the tuning oscillator is 3dB bandwidth And the gain at the center frequency is g m R. Where g m is the transconductance of transistor Q1.

반전증폭기(24)는 동조발진기(23)를 통과한 신호를 op-amp를 이용하여 증폭한다. 이때 증폭비는 입력단과 출력단 사이에 가변저항을 사용하여 상황에 맞게 이득값을 조정할 수 있다. 반전증폭기(24)를 통과하면 차량의 검지 여부를 결정할 수 있을 정도로 반사파 수신 신호가 충분히 커진다.The inverting amplifier 24 amplifies the signal passing through the tuning oscillator 23 using an op-amp. At this time, the amplification ratio can be adjusted according to the situation by using a variable resistor between the input terminal and the output terminal. Passing the inverting amplifier 24, the reflected wave reception signal is large enough to determine whether the vehicle is detected.

멀티바이브레이터(25)는 입력된 반사파 신호를 마이컴(21)에서 처리하기 위하여 반사파 신호가 일정 크기 이상이면 5V, 그 이하이면 0V를 출력하는 디지털 변환 회로이다.The multivibrator 25 is a digital conversion circuit that outputs 5V when the reflected wave signal is greater than or equal to a predetermined magnitude and 0V or less for processing the input reflected wave signal by the microcomputer 21.

센서높이조절스위치(26)는 센서가 설치된 높이에 따라서 0부터 7까지 8단계로 조절하고, 설치 높이는 보통의 경우 5∼6m이다. 센서의 높이에 따라서 반사파가 되돌아오는데 걸리는 시간이 달라질 것이므로, 마이컴(21)에서는 센서높이조절스위치(26)의 출력 신호에 의하여 초음파 발사 주기를 조절한다.Sensor height adjustment switch 26 is adjusted in 8 steps from 0 to 7, depending on the height of the sensor is installed, the installation height is usually 5-6m. Since the time taken to return the reflected wave will vary according to the height of the sensor, the microcomputer 21 adjusts the ultrasonic firing cycle according to the output signal of the sensor height adjustment switch 26.

검지신호출력부(27)는 차량의 통과시에는 온(HIGH), 그 외에는 오프(LOW) 신호를 출력한다.The detection signal output unit 27 outputs an HIGH signal when the vehicle passes, and an OFF signal otherwise.

이러한 종래 기술의 구성에서, 동조발진기(23)는 사용된 회로의 C,R,L 값에 따라서 중심주파수 및 그 대역폭이 결정된다. 따라서, 일단 제작되어 C,R,L 값을 가지는 동조발진기는 사용되는 초음파 센서의 주파수가 변경되는 경우 사용할 수 없다. 즉, 25㎑ 아니면 26㎑의 한 가지 주파수에 대하여만 사용가능하다. 또한, C,R,L값의 자연적인 변동에 의하여 중심주파수가 변동되는 등의 문제가 있다.In this prior art configuration, the tuning oscillator 23 determines the center frequency and its bandwidth according to the C, R, L values of the circuit used. Therefore, once manufactured and having a C, R, L value, the oscillator cannot be used when the frequency of the ultrasonic sensor used is changed. That is, it can be used only for one frequency of 25 kHz or 26 kHz. In addition, there is a problem that the center frequency is fluctuated due to the natural fluctuation of the C, R, and L values.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 주파수의 변동에 대하여 범용으로 적용될 수 있어서, 20㎑에서 50㎑ 범위에서 선택된 주파수를 가지는 초음파 신호를 단일 장치로 처리할 수 있도록 하는 초음파 차량 검지기의 신호 처리 장치를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention can be applied universally to the variation of the frequency, so that the ultrasonic signal having a frequency selected in the range of 20 kHz to 50 kHz to a single device It is an object of the present invention to provide a signal processing apparatus for an ultrasonic vehicle detector that can be processed.

도1은 초음파 교통량 검지 장치의 원리를 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining the principle of the ultrasonic traffic detection device;

도2는 종래 기술에 의한 초음파 교통량 검지기의 블록 구성도,2 is a block diagram of an ultrasonic traffic detector according to the prior art;

도3a는 종래 기술에서 사용되는 동조발진기의 회로도,3A is a circuit diagram of a tuning oscillator used in the prior art;

도3b는 도3a의 등가회로도,3B is an equivalent circuit diagram of FIG. 3A;

도4는 본 발명에 의한 초음파 교통량 검지기의 블록 구성도,4 is a block diagram of an ultrasonic traffic detector according to the present invention;

도5는 5Vpp 구형파 발생을 위한 FPGA(Field Programmable Gate Array)의 입출력도,5 is an input / output diagram of a field programmable gate array (FPGA) for generating a 5 Vpp square wave;

도6은 본 발명에서 사용되는 프로그래머블필터를 구현한 일예로서, IC 필터의 회로도,6 is a circuit diagram of an IC filter as an example of implementing a programmable filter used in the present invention;

도7은 본 발명에 의한 초음파 교통량 검지기의 설치예로서, 가변정보판에 설치된 경우를 도시한 것,Fig. 7 shows an example of the installation of the ultrasonic traffic detector according to the present invention, which is installed on the variable information board.

도8은 본 발명에 의한 초음파 교통량 검지기의 설치예로서, 육교 시설물에 설치된 경우를 도시한 것,8 is an example of installation of an ultrasonic traffic detector according to the present invention, which shows the case where it is installed in an overpass facility;

도9는 본 발명에 의한 초음파 교통량 검지기의 설치예로서, 신호등 시설물에 설치된 경우를 도시한 것,Fig. 9 shows an example of installation of an ultrasonic traffic detector according to the present invention, which is installed in a traffic light facility.

도10은 본 발명에 의한 초음파 교통량 검지기의 설치예로서, 가로등에 설치된 경우를 도시한 것.Fig. 10 shows an example of installation of an ultrasonic traffic detector according to the present invention, which is installed in a street lamp.

* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols on the main parts of the drawings *

10,30 : 초음파센서 20,40 : 초음파신호처리장치10,30: ultrasonic sensor 20,40: ultrasonic signal processing device

21,41 : 마이컴 22,43 : 송신신호증폭부및수신부21,41: Microcomputer 22,43: Transmission signal amplifier and receiver

23 : 동조발진기 24,45 : 반전증폭기23: tuning oscillator 24,45: inverting amplifier

25,46 : 멀티바이브레이터 26,47 : 센서높이조절스위치25,46: Multivibrator 26,47: Sensor height adjustment switch

27,48 : 검지신호출력부27,48: detection signal output unit

42 : FPGA(Field Programmable Gate Array)42: Field Programmable Gate Array

44 : 프로그래머블필터44: Programmable Filter

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 초음파 차량 검지기의 유니버셜 신호 처리 장치는, 초음파 센서에 의하여 초음파를 송신하고 차량에 의한 반사파를 수신하여 차량 통과를 검지하는 초음파 차량 검지기에 있어서,상기 초음파 센서의 설치 높이에 따라서 송신파의 발생 시간 및 발생 주기 제어 신호와, 반사파를 검지하기 위한 필터 조절 제어 신호를 출력하는 마이컴; 외부 클럭을 입력으로 받아, 외브 클럭을 카운트하고, 카운트한 값을 이용하여 상기 마이컴으로부터의 송신파의 발생 시간 및 발생 주기 제어 신호에 따라 상기 초음파 센서를 구동하는 신호를 출력시키는 논리 회로가 구현된 FPGA; 및 상기 마이컴에 의한 필터 조절 제어 신호에 의하여 증폭하여야 하는 중심주파수와 주파수 선택도(Q factor) 및 중심주파수의 이득 크기가 결정되며, 상기 FPGA로부터 중심 주파수 제어 신호를 수신하여 제어 신호에 따른 주파수 대역의 반사파만을 통과시키며, 직접 회로로 구현되는 프로그래머블필터를 포함하는 것임을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the universal signal processing apparatus of the ultrasonic vehicle detector according to the present invention, in the ultrasonic vehicle detector for transmitting the ultrasonic wave by the ultrasonic sensor and receiving the reflected wave by the vehicle to detect the passage of the vehicle, A microcomputer that outputs a generation time and a generation period control signal of a transmission wave and a filter adjustment control signal for detecting a reflected wave according to an installation height of the ultrasonic sensor; A logic circuit for receiving an external clock as an input, counting the external clock, and outputting a signal for driving the ultrasonic sensor according to the generation time and generation period control signal of the transmission wave from the microcomputer using the counted value is implemented. FPGA; And a center frequency, a frequency selectivity (Q factor), and a gain magnitude of the center frequency to be amplified by the filter control control signal by the microcomputer, and receiving a center frequency control signal from the FPGA to obtain a frequency band according to a control signal. It passes only the reflected wave of, characterized in that it comprises a programmable filter implemented as an integrated circuit.

또한, 상기 FPGA는 상이한 주파수의 초음파 센서 구동 신호들을 출력할 수 있도록 복수개의 채널기능이 구비되며, 상기 FPGA에서 복수개의 채널로 각각 출력하는 중심 주파수 제어 신호에 따라 해당 주파수의 반사파 신호만을 통과시키도록, FPGA의 각 채널에 대응되는 프로그래머블 필터 복수개가 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the FPGA is provided with a plurality of channel functions to output ultrasonic sensor driving signals of different frequencies, and to pass only the reflected wave signal of the corresponding frequency according to the center frequency control signal respectively output from the FPGA to the plurality of channels. A plurality of programmable filters corresponding to each channel of the FPGA may be provided.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 유니버셜 신호 처리 장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a universal signal processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도4는 본 발명에 의한 초음파 교통량 검지기의 블록 구성도로서, 초음파 센서(30)와 유니버셜 신호 처리 장치(40)를 도시한 것이다.4 is a block diagram of the ultrasonic traffic detector according to the present invention, showing the ultrasonic sensor 30 and the universal signal processing device 40. As shown in FIG.

본 발명에 의한 신호 처리 장치(40)는 단일의 장치로서, 20㎑에서 50㎑ 범위의 주파수 영역에 모두 적용할 수 있으므로, 유니버셜 신호 처리 장치라고 명명한다. 본 발명에 의한 유니버설 신호 처리 장치는 현재 주로 사용되는 25㎑와 26㎑의 초음파 센서에 모두 적용할 수 있으므로, 초음파 센서(30)로서 25㎑와 26㎑를 모두 사용할 수 있다.Since the signal processing device 40 according to the present invention is a single device and can be applied to all frequency ranges of 20 kHz to 50 kHz, it is called a universal signal processing device. The universal signal processing apparatus according to the present invention can be applied to both 25 kHz and 26 kHz ultrasonic sensors which are mainly used at present, and therefore, both 25 kHz and 26 kHz can be used as the ultrasonic sensor 30.

도2에 도시된 종래의 초음파 처리 장치(20)에서는 마이콤(21)에서 초음파 센서의 구동을 위한 구형파를 생성한 것과는 달리, 본 발명에 의한 초음파 처리 장치(40)에서는, 마이컴은 FPGA(42)로 구형파 생성을 위한 시간 및 주기 제어 신호만을 전송하고, 구형파는 상기 제어 신호에 의해 FPGA(42)가 생성되도록 한다. FPGA(42)는 논리회로를 프로그래밍을 통해 구현할 수 있도록 한 것으로서, 본 발명에서의 FPGA(42)는 외부에서 입력되는 클럭을 카운트하고, 상기 클럭을 카운트한 값을 이용하여 마이컴으로부터 송신파의 발생 시간 및 발생 주기 제어 신호에 의해 5Vpp 구형파를 생성한다. 예를 들어 외부 클럭이 0.1㎲의 간격으로 입력되고, 마이컴의 제어 신호가 1㎲ 간격으로 구동을 위한 구형파를 생성하도록 지시한다면, FPGA는 클럭을 10번 카운트할 때마다 구형파를 생성하는 것이다.In the conventional ultrasonic processing apparatus 20 shown in FIG. 2, the microcomputer 21 generates a square wave for driving the ultrasonic sensor. In the ultrasonic processing apparatus 40 according to the present invention, the microcomputer is an FPGA 42. Only time and periodic control signals for square wave generation are transmitted, and the square wave causes the FPGA 42 to be generated by the control signal. The FPGA 42 allows a logic circuit to be implemented through programming. The FPGA 42 according to the present invention counts an externally input clock and generates a transmission wave from a microcomputer using the clocked value. The 5Vpp square wave is generated by the time and generation period control signal. For example, if an external clock is input at intervals of 0.1 milliseconds, and the microcomputer's control signal instructs to generate square waves for driving at intervals of 1 milliseconds, the FPGA generates a square wave every 10 times the clock is counted.

일반적으로 마이콤에서 구형파를 생성하기 위하여는 마이컴의 내부 타이머 인터럽트를 이용하여야 하는데, 예를 들어서, 25㎑, 26㎑는 발진 주기가 각각 40㎲, 38.4㎲이므로 마이컴에서 직접 신호를 만들 경우 최소 1.6㎲의 분해능을 가지도록 동작하여야 하므로 마이컴의 부담이 커지는 우려가 있다. 더욱이 내부 타이머의 개수가 한정되어 있고 출력 포트의 개수도 한정되어 있으며, 하나의 마이컴으로 두 개의 센서를 구동하는 경우까지 고려하면 마이컴에서는 적당한 제어 신호만을 출력하고, 이 신호를 바탕으로 외부에서 25㎑ 또는 26㎑의 고속 발진 신호를 만들어주면 유리할 것이다. 또한 이를 통하여 마이컴 주변의 소자들을 집적화할 수 있고, 프로그래머블펄터(33)의 제어 신호원으로 사용할 수 있다.In general, to generate a square wave in the microcomputer, the internal timer interrupt of the microcomputer should be used. For example, since the oscillation period is 25 ms and 38 ms respectively, the microcomputer generates a signal of at least 1.6 ms. It must operate to have a resolution of M. Therefore, the burden of the microcomputer may increase. In addition, the number of internal timers is limited and the number of output ports is limited, and considering the case of driving two sensors with a single microcomputer, the microcomputer only outputs a proper control signal. Alternatively, it would be advantageous to create a high-speed oscillation signal of 26 Hz. In addition, through this, elements around the microcomputer can be integrated and used as a control signal source of the programmable pulser 33.

도5는 5Vpp 구형파 발생을 위한 FPGA의 입출력도이다.5 is an input / output diagram of an FPGA for generating a 5 Vpp square wave.

0.125㎲ 주기를 가지는 8㎒ 클럭이 입력되고, 이를 이용하여 40㎲ 주기인 25㎑의 구형파 또는 38.4㎲ 주기인 26㎑의 구형파를 생성한다. 이를 위하여 25㎑의 경우 160회(40/0.125)를 카운트할 때마다, 26㎑의 경우에는 152(38.4/0.125)를 카운트할 때마다 펄스를 발생시켜서 각 주파수의 5Vpp를 구형파를 얻는다.An 8 MHz clock with a 0.125 Hz period is input, and a 25 MHz square wave with a 40 Hz period or a 26 MHz square wave with a 38.4 Hz period is used. For this purpose, a pulse is generated every time 160 counts (40 / 0.125) in the case of 25 Hz and every count 152 (38.4 / 0.125) in the case of 26 Hz to obtain a square wave of 5 Vpp of each frequency.

초음파 차량 검지기에서 보통의 경우, 2㎳동안 송신파를 발생시키고, 그 후 동안 반사파를 기다리는 약 33㎳동안은 송신파를 발생시키지 않는데, 이러한 주기는 센서의 설치 높이에 따라서 달라지므로 이는 마이컴(41)에서 프로그램하여 조절해준다.In an ultrasonic vehicle detector, in general, it generates a transmission wave for 2 ms, and then does not generate a transmission wave for about 33 ms waiting for a reflected wave thereafter, since this period varies depending on the installation height of the sensor. To adjust it.

센서높이조절스위치(47)는 센서가 설치된 높이에 따른 출력 신호를 마이컴(41)에 인가하고, 마이컴(41)에서는 센서높이조절스위치(47)의 출력 신호에 따라서 적당한 송신파의 발생 시간 및 발생 주기 제어 신호를 FPGA(42)로 인가하고, FPGA(42)에서는 마이컴(41)으로부터의 제어 신호에 따라서 20㎑에서 50㎑ 범위내의 주파수를 가지는 구형파를 발생시킴으로써 마이컴(41)에서 구형파 발생 주기를 제어할 수 있는 동시에 직접적으로 구형파를 발생함으로 인한 부담을 덜 수 있다.The sensor height adjustment switch 47 applies an output signal corresponding to the height at which the sensor is installed to the microcomputer 41, and the microcomputer 41 generates a time and generation of a suitable transmission wave according to the output signal of the sensor height adjustment switch 47. The period control signal is applied to the FPGA 42, and the FPGA 42 generates a square wave having a frequency within a range of 20 Hz to 50 Hz in accordance with the control signal from the microcomputer 41 to generate the square wave generation period in the microcomputer 41. It can be controlled and at the same time relieves the burden of generating square waves directly.

송신신호 증폭부 및 수신부(43)는 얻어진 구형파를 증폭시켜서 초음파센서(30)로 송신하고, 초음파센서(30)로부터의 반사파를 수신한다.The transmission signal amplifier and the receiver 43 amplify the obtained square wave and transmit the amplified square wave to the ultrasonic sensor 30 and receive the reflected wave from the ultrasonic sensor 30.

프로그래머블필터(44)는 반사파의 크기가 작고 여러 가지 잡음이 포함되어 있는 수신파에서 차량 반사파만을 검지하기 위하여 사용된 초음파 센서의 초음파 주파수 대역만 통과시키는 역할을 한다.The programmable filter 44 serves to pass only the ultrasonic frequency band of the ultrasonic sensor used to detect only the vehicle reflected wave from the received wave having a small reflected wave and containing various noises.

본 발명에서 사용되는 프로그래머블필터(44)는 마이컴(41)에서 성능을 조절할 수 있는 집적화된 대역통과필터이다. 다시 말해서, 프로그래머블필터(44)는 증폭하여야 하는 중심주파수와 주파수 선택도(Q factor), 중심주파수의 이득 크기 등을 마이컴에서 디지털 신호로 입력하여 결정할 수 있으므로, 초음파 센서의 구동 주파수가 변화하여도 새로운 하드웨어의 변경없이 원하는 성능을 얻을 수 있다.The programmable filter 44 used in the present invention is an integrated band pass filter that can control the performance of the microcomputer 41. In other words, since the programmable filter 44 can determine the center frequency, the frequency selectivity (Q factor), the gain magnitude of the center frequency, etc., as a digital signal from the microcomputer, and the driving frequency of the ultrasonic sensor changes. Get the performance you want without changing your new hardware.

상기한 특성에 따라서, 원격지에서도 프로그래머블필터(44)의 특성을 바꿀 수 있고, 필터의 특성이 고정되지 않고 가변적이므로 상황에 맞게 시스템의 성능을 적용시킬 수 있다.According to the above characteristics, the characteristics of the programmable filter 44 can be changed even at a remote location, and the performance of the system can be adapted to the situation because the characteristics of the filter are not fixed but variable.

뿐만 아니라, 본 발명에서 사용하는 프로그래머블필터(44)는 하나의 집적회로로 구현하므로 매개 변수의 변화에 따라서 필터의 특성이 바뀌는 아날로그 소자로 구현된 종래의 동조발진기의 단점을 보완할 수 있고, 사용되는 저항 및 캐패시터의 수가 감소되어 전체적으로 신호 처리 장치의 소형화 및 집적화를 달성할 수 있다.In addition, since the programmable filter 44 used in the present invention is implemented as one integrated circuit, it is possible to compensate for the disadvantages of the conventional tuning oscillator implemented as an analog device in which the characteristics of the filter change according to the change of parameters. The number of resistors and capacitors to be reduced can be achieved to miniaturize and integrate the signal processing apparatus as a whole.

도6은 본 발명에서 사용되는 프로그래머블필터를 구현한 일예로서, IC 필터의 회로도이다.6 is a circuit diagram of an IC filter as an example of implementing a programmable filter used in the present invention.

그외에 반사파 수신 신호를 증폭하기 위한 반전증폭기(45), 반사파 신호의 크기에 따라서, 반사파 신호가 일정 크기 이상이면 5V, 그 이하이면 0V를 출력하는디지털 변환 회로인 멀티바이브레이터(46), 차량 통과시에는 온(HIGH), 그외에는 오프(LOW) 신호를 출력하는 검지신호출력부(48)의 기능은 종래 기술과 동일하다.In addition, the inverting amplifier 45 for amplifying the reflected wave reception signal, the multivibrator 46 which is a digital conversion circuit which outputs 5V if the reflected wave signal is greater than or equal to a predetermined magnitude, and 0V or less according to the magnitude of the reflected wave signal, and the vehicle passes. The function of the detection signal output unit 48 that outputs an ON (HIGH) and other OFF (LOW) signals at the time is the same as in the prior art.

도7 내지 도9는 본 발명에 의한 초음파 교통량 검지기의 설치예들로서, 도7은 가변정보판에 설치된 경우이고, 도8은 육교 시설물에 설치된 경우이고, 도9는 신호등 시설물에 설치된 경우이고, 도10은 가로등에 설치된 경우를 각각 도시한 것이다.7 to 9 are installation examples of the ultrasonic traffic detector according to the present invention, FIG. 7 is installed in a variable information board, FIG. 8 is installed in an overpass facility, and FIG. 9 is installed in a traffic light facility. 10 shows the case where it is installed in the street lamp, respectively.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 초음파 차량 검지기의 유니버셜 신호 처리 장치에서는 종래의 동조발진기 대신에 중심주파수의 이득 크기 등을 디지털 신호로 입력하여 조절할 수 있는 프로그래머블필터를 사용함에 의하여 초음파 센서의 구동 주파수가 변화하여도 새로운 하드웨어의 변경없이 원하는 성능을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서 프로그래머블필터는 하나의 집적회로로 구현되므로 매개 변수의 변화에 따라서 필터의 특성이 바뀌는 아날로그 소자로 구현된 종래의 동조발진기의 단점을 보완할 수 있고, 사용되는 저항 및 캐패시터의 수가 감소되어 전체적으로 신호처리 보드의 소형화 및 집적화를 달성할 수 있다.As described above, in the universal signal processing apparatus of the ultrasonic vehicle detector according to the present invention, instead of the conventional tuning oscillator, the ultrasonic sensor is driven by using a programmable filter which can input and adjust the gain size of the center frequency as a digital signal. Even if the frequency changes, the desired performance can be achieved without changing the new hardware. In addition, in the present invention, since the programmable filter is implemented as one integrated circuit, it is possible to compensate for the disadvantage of the conventional tuning oscillator implemented as an analog device in which the characteristics of the filter change according to the change of parameters, and the number of resistors and capacitors used It can be reduced to achieve miniaturization and integration of the signal processing board as a whole.

또한, 본 발명에 의한 유니버셜 신호 처리 장치에 의하면, 20㎑에서 50㎑ 범위의 주파수를 가지는 초음파에 적용할 수 있으므로, 현재 주로 사용되는 25㎑와 26㎑의 두 개의 초음파 주파수 센서들을 한 개의 보드에서 처리할 수 있도록 두 개의 마이컴의 중복된 기능을 통합한 단일의 마이컴을 포함하는 만능 기판을 제작할 수 있다.In addition, according to the universal signal processing apparatus according to the present invention, since it can be applied to ultrasonic waves having a frequency in the range of 20 kHz to 50 kHz, two ultrasonic frequency sensors, 25 kHz and 26 kHz, which are mainly used, are used in one board. For processing, you can build a universal board that includes a single microcomputer that integrates the redundant functions of two microcomputers.

Claims (3)

초음파 센서에 의하여 초음파를 송신하고 차량에 의한 반사파를 수신하여 차량 통과를 검지하는 초음파 차량 검지기에 있어서,In the ultrasonic vehicle detector for transmitting the ultrasonic wave by the ultrasonic sensor and receiving the reflected wave by the vehicle to detect the passage of the vehicle, 상기 초음파 센서의 설치 높이에 따라서 송신파의 발생 시간 및 발생 주기 제어 신호와, 반사파를 검지하기 위한 필터 조절 제어 신호를 출력하는 마이컴;A microcomputer that outputs a generation time and a generation period control signal of a transmission wave and a filter adjustment control signal for detecting a reflected wave according to an installation height of the ultrasonic sensor; 외부 클럭을 입력으로 받아, 외부 클럭을 카운트하고, 카운트한 값을 이용하여 상기 마이컴으로부터의 송신파의 발생 시간 및 발생 주기 제어 신호에 따라 상기 초음파 센서를 구동하는 신호를 출력시키는 논리 회로가 구현된 FPGA; 및A logic circuit for receiving an external clock as an input, counting an external clock, and outputting a signal for driving the ultrasonic sensor according to a generation time and a generation period control signal of the transmission wave from the microcomputer using the counted value is implemented. FPGA; And 상기 마이컴에 의한 필터 조절 제어 신호에 의하여 증폭하여야 하는 중심주파수와 주파수 선택도(Q factor), 중심주파수의 이득 크기가 결정되며, 상기 FPGA로부터 중심 주파수 제어 신호를 수신하여 제어 신호에 따른 주파수 대역의 반사파만을 통과시키며, 직접회로로 구현되는 프로그래머블필터를 포함하는 것임을 특징으로 하는 초음파 차량 검지기의 유니버셜 신호 처리 장치.The center frequency, the frequency selectivity (Q factor), and the gain magnitude of the center frequency to be amplified by the filter control control signal by the microcomputer are determined, and the center frequency control signal is received from the FPGA to determine the frequency band according to the control signal. The universal signal processing device of the ultrasonic vehicle detector, characterized in that it comprises a programmable filter that passes only the reflected wave, and implemented as an integrated circuit. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 FPGA는 상이한 주파수의 초음파 센서 구동 신호들을 출력할 수 있도록 복수개의 채널기능이 구비되며,The FPGA is provided with a plurality of channel functions to output ultrasonic sensor drive signals of different frequencies, 상기 FPGA가 복수개의 채널로 각각 출력하는 중심 주파수 제어 신호에 따라 해당 주파수의 반사파 신호만을 통과시키도록, FPGA의 각 채널에 대응되는 프로그래머블 필터 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파 차량 검지기의 유니버셜 신호 처리 장치.Universal signal processing of the ultrasonic vehicle detector is provided with a plurality of programmable filters corresponding to each channel of the FPGA so that only the reflected wave signal of the corresponding frequency is passed in accordance with the center frequency control signal respectively output to the plurality of channels by the FPGA. Device. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 유니버셜 신호 처리 장치는 가변정보판, 육교 시설물, 표지판 시설물, 신호등 시설물 또는 가로등에 설치되는 것임을 특징으로 하는 초음파 차량 검지기의 유니버셜 신호 처리 장치.The universal signal processing device is a universal signal processing device of the ultrasonic vehicle detector, characterized in that installed in a variable information plate, overpass facilities, signage facilities, traffic light facilities or street lights.
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