KR100370015B1 - 이동 단말기의 지향 방위 측정 장치 - Google Patents

이동 단말기의 지향 방위 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동 단말기에 관한 것으로, 특히 지자기 센서를 이용하여 이동 단말기의 지향 방위를 측정하는데 적당하도록 한 이동 단말기의 지향 방위 측정 장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 이동 단말기의 지향 방위 측정 장치는 이동 단말기에 설치되어 이 이동 단말기가 지구 자기장의 진행방향과 일치되는 정도에 따라 다른 전압 값을 출력하는 지자기 센서와, 상기 지자기 센서의 출력 전압으로부터 상기 이동 단말기가 지구 자기장의 진행방향과 이루는 각을 측정하는 마이크로 프로세서로 구성된다. 따라서, 기지국 신호가 잡히지 않거나, 이동 단말기가 이동하지 않더라도 이동 단말기에 내장된 지자기 센서로부터 이동 단말기가 지향하고 있는 방위를 알 수 있는 효과가 있다.

Description

이동 단말기의 지향 방위 측정 장치{Apparatus for measuring Pointing Angle of mobile terminal}
본 발명은 이동 단말기에 관한 것으로, 특히 지자기 센서를 이용하여 이동 단말기의 지향방위를 측정하는데 적당하도록 한 이동 단말기의 지향 방위 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 무선 측위는 전파가 전파하는 시간에 속력을 곱해서 이동거리를 구하는 원리에 따라 전파로 거리를 구해 위치를 찾는 것이다. 그 중 네트워크 기반 측위 서버는 셀룰러 시스템에서 휴대폰과 위치가 알려져 있는 3개 이상의 기지국 사이의 거리를 무선 측위 방식으로 측정하여 기지국들에 상대적인 휴대폰의 위치를 구한 후, 휴대폰의 위치를 지도좌표로 표시하는 방식이다.
이 무선 측위 방식이 널리 알려진 GPS(Global Positioning System)와는 다른 것은, 인공위성의 신호가 아닌 기지국의 신호로 휴대폰 단말기의 위치를 구한다는 것이다.
따라서, 상기 네트워크 기반 측위 서버를 이용하여 휴대폰이 향하고 있는 방향을 측정하는 것은 특정시간 동안에 휴대폰이 이동한 위치좌표를 저장했다가 특정시간마다 분석하여 그 궤적이 향하는 방향을 계산하는 것으로 이루어진다.
그러므로, 도 1에서와 같이 네트워크 기반 측위 서버에서의 이동 단말기의 지향 방위 측정은 네트웍 기반 측위 서버(101)에서 전송되는 이동 단말기의 위치정보를 별도의 이동 단말기(100) 내부 메모리(102)에 저장해 두었다가 특정시간마다 같은 이동 단말기(100) 내부에 설치된 마이크로 프로세서(103)의 방향 결정 알고리즘에 대입하여 현재 이동하는 이동 단말기가 향하고 있는 지향 방위를 결정한다.
이 지향 방위는 각 기지국의 위치에 상대적인 것이므로 이미 알려져 있는 기지국의 위치와 함께 계산하여, 이동 단말기의 지향 방위를 결정한다.
그러나 이와 같은 종래 기술에 따른 이동 단말기의 지향 방위 측정은 기지국에서 이동 단말기로 송신하는 신호를 이용한 무선측위 방식으로 구한 이동 단말기 위치좌표를 일정시간마다 비교하여 이동 단말기의 지향 방위를 구하므로, 기지국의 신호가 닿지않는 환경에서는 이동 단말기의 지향 방위를 결정할 수 없다.
또한, 이전에 이동한 위치좌표가 현재 위치좌표와 틀려야만 방위결정이 가능하므로, 이동 단말기 사용자가 한 장소에 정지해 있는 경우는 이동 단말기 사용자가 향하는 방위를 알 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 기지국의 송신신호를 사용하지 않고도 지향방위 측정이 가능한지자기 센서가 결합된 이동 단말기의 지향 방위 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이동 단말기가 이동하지 않아도 이동 단말기의 방위 측정이 가능하도록 하는 지자기 센서가 결합된 이동 단말기의 지향 방위 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치상 특징에 따르면, 이동 단말기에 설치되어 이 이동 단말기가 지구 자기장의 진행방향과 일치되는 정도에 따라 다른 전압 값을 출력하는 지자기 센서와, 상기 지자기 센서의 출려값을 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭된 신호를 디지털 신호를 변환시키기 위한 아날로그 디지털 변환기와, 상기 디지털 신호를 인코딩하기 위한 디지털 신호 처리기와, 상기 지자기 센서의 출력값으로부터 상기 이동 단말기가 지구 자기장의 진행방향과 이루는 각을 측정하는 마이크로 프로세서로 구성된다.
바람직하게, 상기 디지털 신호 처리기의 출력 신호는 버스 마스터링 서브 시스템을 통과하여 상기 마이크로 프로세서에 입력되는 것을 특징으로 한다.
그러므로, 상기 버스 마스터링 서브 시스템은 상기 디지털 신호 처리기의 출력 신호 라인과 다른 신호 라인을 선택적으로 제어하는 인버터와, 상기 인버터의 제어에 따라 상기 디지털 신호 처리기의 출력 신호 라인과 다른 신호 라인을 스위칭하는 복수의 트랜지스터(transitor)로 구성된다.
도 1은 종래 기술에 따른 이동 단말기 지향 방위 측정 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따라 이동 단말기에 설치되는 지자기 센서의 블록 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 이동 단말기의 지향 방위를 측정하기 위한 장치를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 지자기 센서의 출력 신호가 증폭기에 입력되기전 통과하는 주변 장치를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따라 도 3에 도시된 디지털 신호 처리기의 출력신호를 마이크로 프로세서에 입력시키는 과정을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 도 5에 도시된 버스 마스터링 서브 시스템 장치의 일 예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 이동 단말기의 지향 방위 측정 절차를 나타낸 흐름도.
도 8a는 본 발명에 따른 증폭기의 출력값을 나타낸 그래프
도 8b는 본 발명에 따른 도 8a에 도시된 증폭기의 출력값에 따른 지구 자기장의 진행 방향과 이동 단말기의 지향 방위를 나타낸 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
301, 501 : 지자기 센서
302 : 아날로그 디지털 변환기
303 : 디지털 신호 처리기
304,503 : 마이크로 프로세서
502 : 버스 마스터링 서브시스템
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따라 이동 단말기에 설치되는 지자기 센서의 블록 구성도이다.
본 발명에 따라 이동 단말기에 설치된 지자기 센서는 각각의 지자기를 감지할 수 있는 센서소자(GMR)를 이용하여 지구의 자기북극과 자기남극으로 흐르는 지자기를 감지해 그 세기의 변화를 아날로그 신호로 출력한다. 이 출력을 계산해 보면 이동 단말기가 향하고 있는 방향을 알 수 있으며, 자북과 실제의 북쪽의 차이는 수치화 되어 있으므로 이 차이값을 보상하여 실제 지도 좌표에 그 이동 단말기의 지향 방위를 나타내는 것이 가능하다.
그러므로, 도 2에서와 같이 본 발명에 따라 이동 단말기에 설치된 지자기 센서는 지자기를 감지할 수 있는 지자기 감지 저항(Giant Magneto Resistive; 202~205) 4개가 휘트스톤 브릿지(Wheat Stone Bridge) 모양으로 연결되어 있다. 그리고, 이러한 지자기 센서는 전원(201)과 접지(206)에 각각 연결되어 있으며, 두 개의 출력단자들(Vout1, Vout2;207,208)을 갖는다.
여기에서 상기 지자기 감지 저항(GMR,202~205)들은 특정방향으로 흐르는 자기장에 의해 저항값이 하이(High)에서 로(low)로 선형 변환하는 장치들이다.
즉, 이 4개의 지자기 감지 저항(GMR,202~205)들이 각기 한 방향으로의 지자기 흐름을 감지하여 자신의 저항값을 하이(High)에서 로(low) 상태로 변화시키며, 이 변화하는 값에 따라 2개의 출력값(Vout1, Vout2;207,208)도 변화한다. 따라서, 이두 출력값(Vout1, Vout2;207,208)으로부터 이동 단말기가 자기 북극과 자기 남극에 대해서 어느 방향을 가리키고 있는지 알 수 있다.
이하 각각의 지자기 감지 저항들은 GMR1(202),GMR2(203), GMR3(204), GMR4(205)로 지칭하며, GMR1(202)과 GMR4(205)와, GMR2(203)와 GMR3(204)은 각각 서로 마주하며, GMR1(202)은 GMR3(204)과, GMR2(203)는 GMR4(205)와 서로 이웃한다. 또한 제1 출력값 Vout1은 GMR1(202)과 GMR3(204)과 연결되어 출력되는 값이며, 제2 출력값 Vout2는 GMR2(203)와 GMR4(205)와 연결되어 출력되는 값이다.
따라서, 지구의 자기장에 따라 저항값이 변하는 동일한 특성의 GMR 소자(202~205)들이 도 2와 같이 휘트스톤 브릿지(WheatStone Bridge) 모양으로 배치되고, 지구자기의 영향에 의해 GMR1~GMR4(202~205)의 저항값이 변한다면 2개의 출력 전압의 차이도 변화한다.
처음에 휘트스톤 브릿지(WheatStone Bridge)에 지구자기가 영향을 미치지 않는다면 Vout1,Vout2의 값은 0V이다.
그러나, GMR1,GMR4(202,205)가 지구자기가 흐르는 방향에 가까울수록 Vout1,Vout2의 값은 양의 방향으로 증가한다.
GMR1,GMR4(202,205)가 지구자기가 흐르는 방향과 일치한다면 Vout1,Vout2의 값은 양의 최대가 된다.
이와 반대로 GMR2,GMR3(203,204)가 지구자기가 흐르는 방향에 가까울수록Vout1,Vout2의 값은 음의 방향으로 증가한다.
GMR2,GMR3(203,204)가 지구자기가 흐르는 방향과 일치한다면 Vout1,Vout2의 값은 음의 최대가 된다.
이러한 원리에 의하여 상기 두 개의 출력값이 양의 최대값 또는 음의 최대값으로부터 얼마나 떨어진 값을 갖는지를 판단하여 이동 단말기의 지향 방위를 측정하게 되는 것이다.
상기 도 2에 의한 지자기 센서의 출력신호는 다음 도 3과 같은 장치를 더 포함하여 이동 단말기의 지향 방위를 측정한다.
도 3은 본 발명에 따른 이동 단말기의 지향 방위를 측정하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 이동 단말기의 지향 방위를 측정하기 위한 장치는 지자기 센서(301)와, 이 지자기 센서(301)의 출력신호를 증폭하기 위한 증폭기(302)와, 상기 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환기(303)와, 상기 디지털 신호를 인코딩하기 위한 디지털 신호 처리기(304)와, 상기 인코딩된 신호를 제공받아 이동 단말기의 지향 방위를 측정하는 마이크로 프로세서(305)로 구성된다.
상기 지자기 센서(301)의 출력 신호는 미약한 신호이므로 증폭기(302)를 이용하여 이 출력 신호를 증폭한다.
그리고, 이러한 증폭기(302)에 의해 증폭된 신호는 아날로그 신호이기 때문에 이 출력전압을 사용하기 위해서는 도 3과 같이 아날로그 디지털 변환기(ADC-303)를 이용하여 이 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환시키고, 이 디지털 신호를 디지털 신호 처리기(DSP-304)를 사용하여 인코딩 과정을 거친 뒤 마이크로 프로세서(305)에 입력시킨다.
상기 마이크로 프로세서(305)에 입력된 인코딩 신호는 방향결정 알고리즘에 의해 이동 단말기의 그 지향방위가 구해진다.
이와 같은 방향결정 알고리즘은 지자기 센서(301) 출력을 입력으로 하는 증폭기(302)의 출력이 양의 최대값과 음의 최대값중 어느 쪽에 가까운지 비교하면 된다.
즉, 상기 증폭기(302)의 출력값에 상응하는 방향각이 계산되어지고, 앞서 설명한 바와 같이 두 개의 출력값(Vout1,Vout2)이 양의 최대값(GMR1과 GMR4) 또는 음의 최대값(GMR2와 GMR3)을 갖는 지자기 감지 저항들이 이루는 일직선 방향이 자기장의 진행 방향으로 설정되어 있으므로, 이러한 진행 방향을 기준으로 상기 계산된 방향각을 매핑하면, 이동 단말기의 지향 방위가 측정되어진다.
도 4는 본 발명에 따른 지자기 센서의 출력 신호가 증폭기에 입력되기전 통과하는 주변 장치를 나타낸 도면이다.
앞에서 설명한 바와 같이 상기 지자기 센서(401)는 기본적으로 휘트스톤 브릿지의 출력을 사용하므로 출력핀이 2개에서 4개 사이이다.
출력단자가 2개인 지자기 센서의 경우 2개의 출력을 증폭기(406)의 차동입력으로 인가하여 이 증폭기(406)의 출력 크기를 보고 이동 단말기의 지향 방위 측정이 가능하다.
그러므로, 먼저 상기 Vout1,Vout2의 값을 증폭기(406)의 입력으로 인가하여 증폭하고, 이를 도 3에 도시된 아날로그 디지털 변환기(ADC-302)에 입력시킨다.
이때, 증폭기(406)의 입력 신호는 제1, 제2, 제3, 제4 저항(402~404)들을 이용한 증폭도에 비례하여 증폭된다.
한편, 지자기 센서 중에는 아날로그 디지털 변환기(ADC)와 디지털 신호 처리장치(DSP)가 포함되어 디지털 신호의 인코딩된 신호가 나오는 디지털 지자기 센서도 있다.
도 5는 본 발명에 따라 도 3에 도시된 디지털 신호처리기의 출력신호를 마이크로 프로세서에 입력시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 디지털 신호 처리기(501)로부터 출력되는 신호는 버스 시스템의 일 예인 버스 마스터링 서브 시스템(502)을 이용하여 마이크로 프로세서(503)에 입력된다.
일반적으로 이동 단말기에서의 신호전송은 RS232C 직렬포트에 의하여 이루어지는데, 이 이동 단말기의 RS232C 직렬포트는 상기 디지털 신호 처리기의 출력신호 뿐만아니라 다른 용도의 신호도 겸용하여 전송되는 경우가 많으므로, 이러한 RS232C 시리얼 선로를 스위칭해주는 버스 마스터링 서브시스템(502)이 필요하다.
상기 버스 마스터링 서브 시스템(502)은 도 6과 같은 스위칭 회로를 사용하여 상기 디지털 신호 처리기(501)의 출력신호와 다른 용도의 신호들이 충돌을 일으키지 않고 마이크로 프로세서(503)에 제대로 전달될 수 있도록 스위칭 회로를 사용한다.
도 6은 본 발명에 따른 버스 마스터링 서브 시스템 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 이러한 버스 마스터링 서브 시스템 장치에서 이용되는 스위칭 회로는 지향 방위 측정을 위한 신호 라인과 다른 신호 라인을 선택적으로 제어하는 인버터(601)와, 이러한 인버터(601)의 제어에 따라 상기 지향 방위 측정을 위한 신호 라인과 다른 신호 라인을 스위칭하는 복수의 트랜지스터(transistor- 602)와, 상기 지향 방위 측정을 위한 신호 라인에 다른 데이터가 역으로 전달되지 않도록 하는 다이오드(603)로 구성된다.
이와 같은 구성에 의하여 상기 지향 방위 측정을 위한 신호 라인과 다른 신호 라인으로부터 트랜지스터(602)에 의해 스위칭되는 신호들은 선택적으로 마이크로 프로세서의 입출력 포트에 전달된다.
이때, 상기 인버터(601) 입력단자에는 마이크로 프로세서로부터 제어신호가 제공되므로, 상기 복수의 트랜지스터(602)에는 상기 인버터(601)의 입력 또는 출력값을 제공함으로써 트랜지스터(602)를 스위칭한다.
그리고, 상기 지향 방위 측정을 위한 신호 라인에는 다른 신호 라인으로부터 신호가 역으로 전달되지 못하도록 다이오드(603)를 구비한다.
요약하면, 상기 도 2에서 도 6의 각 장치들은 연계되어 다음과 같은 절차에의하여 이동 단말기의 지향방위를 측정한다.
도 7은 본 발명에 따른 이동 단말기의 지향방위 측정 절차를 나타낸 흐름도이다.
먼저, 지자기 센서의 출력 신호로부터 증폭된 값을 판정(S70)하게 되는데 이는 앞서 설명한 바와 같이 증폭기(406)의 출력이 양의 방향으로 증가할수록 지구자기장이 흐르는 방향은 GMR1,GMR4(202,203)의 설치방향에 가깝다.
그러나, 차동 증폭기(406)의 출력이 양의 최대일 때, 지구자기장이 흐르는 방향은 GMR1,GMR4(202,203)의 설치방향과 평행하다.
한편, 차동 증폭기(406)의 출력이 음의 방향으로 증가할수록 지구자기장이 흐르는 방향은 GMR2,GMR3(204,205)의 설치방향에 가깝다.
그리고, 차동 증폭기(406)의 출력이 음의 최대일 때, 지구자기장이 흐르는 방향은 GMR2,GMR3(204,205)의 설치방향에 평행하다.
이와 같은 원리에 의하여 상기 지구 자기장의 흐름 방향이 GMR1과 GMR4가 일직선을 이루는 방향인지 아니면, GMR2와 GMR3가 일직선을 이루는 방향인지를 상기 증폭기(406)의 출력 신호로부터 알 수 있다(S71).
따라서, 상기 증폭기(406)의 출력값을 통하여 지구 자기장의 진행 방향이 먼저 설정이 되고, 이 증폭기(406)의 출력값으로부터 상기 설정된 진행 방향과 얼마의 각을 이루는지를 산출한다(S72).
상기 산출된 각은 설정된 자기장의 방향과 함께 지도상에 매핑됨으로써 이동 단말기의 지향 방위를 측정하게 되는 것이다(S73).
예를 들어, 도 8a에서와 같이 증폭기(406)의 출력이 시간이 흐름에 따라 음의 최대값에서 양의 최대값으로 증가하고, 도 8b에서 GMR2와 GMR3가 일직선을 이루는 방향이 가로축과 같다고 할 때, 임의의 시간(t0)에서 측정된 지구 자기장의 진행방향은 도 8b와 같이 아래쪽을 향하고 있음을 추정한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 이동 단말기의 기지국 신호가 잡히지 않더라도 이동 단말기에 내장된 지자기 센서로부터 이동 단말기가 지향하고 있는 방위를 알 수 있다.
또한, 네트워크 기반 위치 추정에서는 이동 단말기를 일정시간 동안 이동시켜야 이동 단말기가 지향하고 있는 방위를 알 수 있었으나, 본 발명에서 구현한 이동 단말기에서는 이동 단말기의 지향 방향을 바로 알 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 이동 단말기에 설치되어 이 이동 단말기가 지구 자기장의 진행방향과 일치되는 정도에 따라 다른 전압 값을 출력하는 지자기 센서와;
    상기 지자기 센서의 출력 전압으로부터 상기 이동 단말기가 지구 자기장의 진행방향과 이루는 각을 측정하는 마이크로 프로세서로 구성되는 이동 단말기의 지향 방위 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 지자기 센서의 출력값을 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 디지털 변환기와, 상기 디지털 신호를 인코딩하기 위한 디지털 신호 처리기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기의 지향 방위 측정 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 디지털 신호 처리기의 출력신호는 버스 마스터링 서브 시스템을 통하여 상기 마이크로 프로세서에 입력되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기의 지향 방위 측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 버스 마스터링 서브 시스템은
    상기 디지털 신호 처리기의 출력 신호 라인과 다른 신호 라인을 선택적으로 제어하는 인버터와,
    상기 인버터의 제어에 따라 상기 디지털 신호 처리기의 출력 신호 라인과 다른 신호 라인을 스위칭하는 복수의 트랜지스터(transitor)로 구성되는 이동 단말기의 지향 방위 측정 장치.
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