KR100708470B1 - 감시 카메라의 팬/틸트모터 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

감시 카메라의 팬/틸트모터 제어 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감시카메라의 팬/틸트 모터 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 팬/틸트 모터에 내장된 홀 센서출력을 사용하여 상기 팬/틸트모터의 위치 또는 속도를 제어하도록 함으로써, ENCODER 등 별도의 위치감지 장치없이 팬/틸트 모터의 CLOSED LOOP 정밀제어가 가능하고 모터 탈조시에도 팬/틸트 모터의 위치좌표가 틀어지지 않게 하는 효과가 있다.
감시카메라, 팬/틸트, 엔코더, 스태핑모터

Description

감시 카메라의 팬/틸트모터 제어 장치 및 그 제어 방법{ PAN/TILT MOTOR control apparatus for a CCTV and the control method thereof}
도 1은 종래의 PAN/TILT제어가 가능한 감시카메라의 제어시스템 구성도
도 2는 종래의 OPEN LOOP제어 시스템을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 BLDC모터를 이용한 PAN/TILT 모터 제어 블럭도를 도시한 도면,
도 4는 모터의 Hall Sensor출력전압을 사용한 위치제어 Block의 S/W적 개념도,
도 5는 모터의 각도를 구하기 위한 참조 테이블을 작성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 6은 참조 테이블을 이용하여 모터의 각도를 구하는 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 7은 모터의 전자적 각도를 통해 PAN(TILT)의 현재위치 좌표를 계산하는 과정을 설명하기 위한 흐름도,
그리고,
도 8은 모터회전에 따른 HALL 센서 출력전압 파형도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
110 : 제어부 111 : A/D스캔부
112 : 모터 각도 계산부 113 : 위치좌표 계산부
115 : PI 위치 제어부 120 : 3상 드라이버
140,142 : 모터 150,152 : Hall AMP.
본 발명은 감시 카메라의 PAN/TILT모터 제어방법에 관한 것으로, 특히 Encoder등의 위치감지 장치를 부착하지 않고 BLDC모터를 사용하여 closed loop 방식으로 PAN/TILT모터를 제어하는 방법에 관한 것이다.
폐쇄회로 TV(Closed-Circuit TV, 이하 "CCTV"라 한다) 감시시스템의 일례인 스피드 돔 카메라(Speed Dome Camera)는 팬/틸트(pan/tilt) 기능에 의해 수평·수직방향으로 움직여 감시영역의 움직임을 검출하는 카메라로서, 반구형 또는 구형의 하우징(housing) 내에 장착되어 있다.
도 1은 일반적인 PAN/TILT제어가 가능한 감시카메라의 제어시스템 구성도로서, PAN/TILT가 가능한 감시카메라(12), PAN/TILT제어 명령을 전송하는 CONTROLLER등의 조작부(14), 카메라의 영상을 보여주는 영상출력부(16)로 구성된다.
팬(PAN) 기능은 구비된 팬모터에 의해 카메라가 수평방향으로 360°회전하는 기능이며, 틸트(TILT) 기능은 구비된 틸트모터에 의해 카메라가 수직방향으로 90°회전하는 기능으로서, 팬/틸트 기능을 이용하면 감시영역을 확장할 수 있다.
한편, 팬모터 및 틸트모터는 속도 가변이 가능한 스테핑 모터(Stepping Motor)를 사용하며, 돔 카메라의 조작부(14)로부터 출력되는 스텝(즉, 구동펄스)에 따라 모터의 회전방향, 속도의 가감 등이 조절된다.
이러한 돔 카메라에는 팬모터 및 틸트모터의 위치초기화를 위한 팬센서 및 틸트센서가 구비되며, 돔 카메라에 전원이 온 되면 팬모터는 현재 위치에서 팬센서 위치로, 틸트모터는 현재 위치에서 틸트센서 위치로 소정 방향 이동함으로써 구동펄스의 카운터는 초기화된다. 전원이 온 된후, 구동펄스의 카운터를 초기화하는 이유는 출력된 구동펄스의 카운터에 따라 팬모터 및 틸트모터의 위치가 파악되기 때문이며, 이에 의해 돔 카메라를 적응적으로 구동할 수 있기 때문이다.
상기에서와 같이 PAN/TILT카메라의 위치제어부는 카메라의 수평방향이동을 가능하게 하는 PAN모터, 수직방향 이동을 가능하게 하는 TILT모터, 두개의 모터를 제어하기 위한 제어회로로 구성된다. 모터의 제어방식에 따라 OPEN LOOP제어와 CLOSED LOOP제어로 구분되며, 도 2A는 종래의 OPEN LOOP 제어시스템을, 도 2B는 종래의 CLOSED LOOP 제어시스템의 구성을, 도 2C는 종래의 Discrete CLOSED LOOP제어 시스템의 구성을 보여준다.
OPEN LOOP제어 시스템은 Feed Back signal이 없는 STEPPING 모터(26), 모터의 이동속도와 이동방향제어를 위한 MICOM(22), MICOM(22)의 출력 신호를 입력받아 STEPPING 모터(26)를 구동하기 위한 모터 구동전류를 생성하여 인가하기 위한 Pulse Gnerator와 Driver IC로 구성된 드라이버(Driver;24)를 포함하여 구성된다. 이러한 OPEN LOOP제어 시스템은 MICOM(22)에서 Driver(24)로 입력되는 clock(CLK) 의 주파수 변화를 통해 모터의 속도를 제어하며, Driver(24)로 입력하는 방향 signal(DIRECTION)의 High/Low 제어에 의해 모터의 이동 방향을 제어한다.
즉, MICOM(22)은 CLOCK(CLK)과 방향signal(DIRECTION)만을 변화시켜 모터를 제어하며, Driver(24)에서 Motor로 펄스가 출력될 때마다 그 펄스의 수를 count해서 모터의 위치를 파악한다.
Stepping 모터의 최대 특징은 펄스 전력에 대응하여 회전한다는 것이다. Stepping 모터는 펄스 수에 비례하여 회전각이 변위되고, 또 입력 주파수에 비례하여 회전 속도가 변화하기 때문에 Feed Back없이 모터의 동작제어가 가능한 방식이다.
한편, CLOSED LOOP제어 시스템은 Encoder가 부착된 DC/BLDC/AC모터(36), 모터를 구동하기 위한 PWM출력을 내보내는 MICOM(32) 및 MICOM(32)의 출력 신호에 의하여 모터를 구동하기 위한 모터 구동전류를 DC/BLDC/AC모터(36)로 인가하기 위한 Driver(34)로 구성된다.
CLOSED LOOP제어 시스템은 위치 정밀도 향상을 위해, 위치제어용 Encoder를 모터에 부착하고 모터회전 시, 회전량에 대응되는 3개의 Encoder출력 신호를 Micom(32)에 피드백한다. MICOM(32)은 Driver(34)에 6개의 PWM신호를 출력하고, Driver(34)는 6개의 PWM신호를 INVERTER회로를 통과시켜 3상 PWM전압으로 DC/BLDC/AC모터(36)에 인가한다. 결국 3상 PWM 전압에 의해 각각 120°위상차를 갖는 SINE WAVE전류가 DC/BLDC/AC모터(36)에 인가되어 회전하게 되는 것이다. 또한, 모터(36)가 회전할 때마다 Encoder의 출력이 MICOM(32)으로 Feed Back되며, Encoder의 resoluton에 따라 모터위치제어의 정밀도가 결정되는 제어방식이다.
또한, 기존의 DC모터 제어에 있어서, Hall Sensor출력만을 사용해 위치제어를 하는 Discrete Closed loop 제어방식을 사용할 수도 있다(도면 미도시).
INVERTER회로의 6개의 입력단에 MICOM 단자가 연결되며, 이 6개 signal의 HIGH/LOW 조합상태에 따라 INVERTER회로에서 Phase-A, Phase-B, Phase-C의 3개 신호가 모터로 출력되어 모터가 회전하게 된다. 모터가 회전하면 Hall Sensor출력전압이 MICOM으로 FeedBack되어 MICOM이 모터의 위치를 파악하게 된다.
그러나 상기와 같은 종래의 제어방식들은 아래와 같은 문제점을 갖는다.
먼저, Stepping 모터를 이용하는 Open Loop 제어시스템에서의 문제점은 첫째, 모터의 위치에 해당하는 Feed Back신호가 없기 때문에, 모터 탈조 시에는 위치정보가 틀어지고 둘째, DC모터에 비해 Torque특성이 떨어진다. 즉, 감시카메라는 제품의 특성상 계속해서 동작하여야 하며, Outdoor에 설치되는 경우가 많으므로 진동, 바람 등에 의한 모터가 탈조될 위험이 크다. 따라서, 감시용 카메라에서 Stepping 모터를 사용한 Open Loop제어는 가격상의 장점은 있으나, 위치정확도 측면에서 문제가 되는 것이다.
DC/AC/BLDC모터를 사용한 기존 방식의 Closed Loop 제어시스템에서는 Feed Back신호를 통해 모터의 정확한 위치를 파악할 수 있다는 장점은 있지만, 위치제어를 위해 별도의 Encoder를 사용해야 한다는 제약이 따른다. 또, Encoder의 resolution에 따라 위치제어의 정밀도가 결정되기 때문에 보다 정밀한 위치제어를 위해서는 값이 비싼 HIGH resolution의 Encoder를 사용해야 한다는 문제점이 있다.
또한, 기존의 방식으로 DC/BLDC모터의 Hall Sensor출력을 이용해 위치를 제어하는 Discrete Closed loop 제어방식은 위치정밀도가 전자적 60°가 되므로, 감시카메라 등 정밀 위치제어가 필요한 시스템에서는 사용하지 못한다. 이것은 모터의 실제회전각도는 전자적인 각도와 모터의 극수의 곱으로 결정되기 때문이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, BLDC모터를 사용하여 감시카메라의 PAN/TILT부를 제어함에 있어서, Encoder장치 등의 부착없이, BLDC모터 자체에서 출력되는 Hall Sensor전압으로 모터의 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 감시 카메라의 PAN/TILT 모터 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 팬/틸트모터 제어장치는 엔코더와 같은 별도의 위치감지 장치없이 상기 모터에 내장된 홀 센서출력만을 사용하여 상기 팬/틸트모터의 위치 또는 속도를 제어하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 홀센서에서 출력된 데이터로 모터의 현재 각도를 계산하는 모터 각도 계산부 및 상기 모터 각도 계산부에서 계산된 모터의 각도를 이용하여 상기 팬/틸트 모터의 현재위치를 계산하는 팬/틸트 위치좌표계산부를 더 포함하도록 구성한다.
상기 모터각도 계산부는 상기 팬/틸트모터의 회전시 각 모터 홀 센서의 3상 출력전압이 전압의 진폭과 offset을 동일하게 변조하여 출력하는 홀 증폭기(Hall AMP)의 출력 파형을 A/D 포트로 입력받아 일정시간 주기로 스캔하며 매 스캔 시마다 상기 모터의 현재각도를 구하도록 한다.
상기 팬/틸트 모터의 현재 위치는 모터의 전자적회전수 COUNTER 값에 360°를 곱하고 그 값에 상기 모터의 현재 각도를 더함으로써 계산된다.
그리고, 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)는 상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 크면 모터의 방향을 시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 증가시키고 상기 증가된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 (모터극수*기어비)의 값보다 이상인 경우에만 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev-(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되도록 하고, 상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 적으면 모터의 방향을 반시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 감소시키고 상기 감소된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 "0"보다 적은 경우에만 상기 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev+(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되도록 한다.
또한, 상기 팬/틸트 제어장치는 기설정된 팬/틸트의 목표위치좌표와 상기 위치좌표계산부에서 계산된 현재위치좌표의 차이를 연산하여 상기 팬/틸트의 목표위치좌표와 계산된 실제위치가 다를 경우에는 그 차이 만큼 이동하여 팬/틸트 모터가 목표위치에 도달 할 수 있도록 위치 또는 속도를 제어하는 PI위치제어부를 더 포함하여 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일실시예에 따른 팬/틸트 모터 제어장치는 홀센서가 내장된 BLDC모터, 상기 홀센서 출력전압의 진폭과 오프셋(offset)을 동일하게 진폭변조하여 상기 제어부에서 계산이 가능한 값으로 변조해 주는 홀 증폭부, 상기 BLDC모터를 구동하기 위한 PWM 펄스를 출력하고 상기 홀 증폭부에서 출력되는 홀센서전압을 입력받아 상기 팬/틸트모터의 위치 또는 속도를 제어하는 제어부 및 상기 제어부에서 출력된 상기 PWM출력을 변조하여 BLDC모터에 3상 SINE WAVE 전류를 흘려주기 위한 3상 MOTOR DRIVER를 포함하여 구성하도록 하여 상기 모터에 내장된 홀 센서출력만을 사용하여 상기 팬/틸트모터의 위치 또는 속도를 제어하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 홀센서에서 출력된 데이터로 모터의 현재 각도를 계산하는 모터 각도 계산부 및 상기 모터 각도 계산부에서 계산된 모터의 각도를 이용하여 상기 팬/틸트 모터의 현재위치를 계산하는 팬/틸트 위치좌표계산부를 포함하여 이루어지도록 한다.
상기 모터각도 계산부는 상기 홀 증폭기(Hall AMP)의 출력 파형을 A/D 포트로 입력받아 일정시간 주기로 스캔하며 매 스캔 시마다 상기 모터의 현재각도를 구하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 팬/틸트 모터의 현재 위치는 모터의 전자적회전수 COUNTER 값에 360°를 곱하고 그 값에 상기 모터의 현재 각도를 더함으로써 계산되도록 한다.
상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)는 상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 크면 모터의 방향을 시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 증가시키고 상기 증가된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev) 값이 (모터극수*기어비)의 값보다 이상인 경우에만 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev-(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되도록 하고, 상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 적으면 모터의 방향을 반시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 감소시키고 상기 감소된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 "0"보다 적은 경우에만 상기 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev+(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 기설정된 팬/틸트의 목표위치좌표와 상기 위치좌표계산부에서 계산된 현재위치좌표)의 차이를 연산하여 상기 팬/틸트의 목표위치좌표와 계산된 실제위치가 다를 경우에는 그 차이 만큼 이동하여 팬/틸트 모터가 목표위치에 도달 할 수 있도록 위치 또는 속도를 제어하는 PI위치제어부를 더 포함하여 이루어지어 지도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 팬/틸트모터 제어방법은 상기 모터에 내장된 홀 센서출력을 이용하여 모터의 현재 각도를 구하는 각도계산단계, 상기 각도계산단계의 모터의 현재각도를 이용하여 상기 팬/틸트모터의 현재 위치를 계산하는 단계 및 기설정된 상기 팬/틸트의 목표위치좌표와 상기 위치계산단계에서 계산된 현재위치좌표의 차이를 연산하여 상기 팬/틸트의 목표위치좌표와 계산된 실제위치가 다를 경우에는 그 차이 만큼 이동하여 팬/틸트 모터가 목표위치에 도달 할 수 있도록 위치 또는 속도를 제어하는 제어단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에서와 같이 상기 팬/틸트 모터의 현재 위치는 모터의 전자적회전수 COUNTER 값에 360°를 곱하고 그 값에 상기 모터의 현재 각도를 더함으로써 계산된다.
상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)는 상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 크면 모터의 방향을 시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 증가시키고 상기 증가된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 (모터극수*기어비)의 값보다 이상인 경우에만 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev-(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되도록 하고 상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 적으면 모터의 방향을 반시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 감소시키고 상기 감소된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 "0"보다 적은 경우에만 상기 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev+(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되게 한다.
또한, 상기 모터의 현재 각도계산단계는 상기 모터에 내장된 홀 센서출력을 그 진폭과 오프셋(offset)을 동일하게 진폭변조하는 단계 및 상기 단계에서 진폭변조된 신호를 디지털신호로 입력받아 일정시간 주기로 스캔하며 매 스캔 시마다 상기 모터의 현재각도를 계산하는 단계를 포함하여 이루어지도록 한다.
그리고, 상기 모터의 현재각도를 계산하는 단계는 상기 진폭변조된 3상 신호를 디지털신호로 입력받아 일정시간 주기로 스캔출력되는 값의 크기 순서(a>b>c)에 따라 소정 갯수의 구간으로 분할하는 단계, 상기 각 구간에서 최대값(a)과 중간값 (b), 그리고 최소값(c)을 이용하여 X(a-b),Y(b-c), ratio(max{X,Y]/min[X,Y])를 구하는 단계, 모터의 각도가 증가하는지 감소하는지를 판단하는 단계, 상기 단계에서 각도가 감소하면 상기 구간(n)에서 각도가 감소하는 구간별로 상기 ratio 값을 구하여 각 구간별 상기 ratio값으로 제1 테이블을 작성하고 상기 단계에서 각도가 증가하면 상기 구간(n)에서 각도가 증가하는 구간별로 상기 ratio 값을 구하여 각 구간별 상기 ratio값으로 제2 테이블을 작성하는 단계, 상기 각 구간이 2,4,6인 경우인지를 판단하는 구간판단단계, 상기 구간판단단계에서 2,4,6 구간에 해당하는 경우는 상기 X값이 Y값보다 이하인지를 판단하여 상기 X값이 Y값보다 이하인 경우는 상기 제1 테이블을 참조하여 ratio값과 가장 근사치의 값을 갖는 TABLE번지 값에 각각의 오프셋(OFFSET)값을 더하여 모터의 전자적 각도를 구하는 단계를 포함하여 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
상기 구간판단단계에서 2,4,6 구간에 해당하는 경우에 상기 X값이 Y값보다 큰 경우는 상기 제2 테이블을 참조하여 ratio값과 가장 근사치의 값을 갖는 TABLE번지 값에 각각의 오프셋(OFFSET)값을 더하여 모터의 전자적 각도를 구하는 단계를 더 포함하여 이루어지도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기 구간판단단계에서 2,4,6 구간에 해당하지 않는 경우는 상기 X값이 Y값보다 이하인지를 판단하여 상기 X값이 Y값보다 이하인 경우는 제2 테이블을 참조하여 ratio값과 가장 근사치의 값을 갖는 TABLE번지 값에 각각의 오프셋(OFFSET)값을 더하여 모터의 전자적 각도를 구하는 단계를 더 포함하여 이루어지도록 한다.
그리고, 상기 구간판단단계에서 2,4,6 구간에 해당하지 않는 경우에 상기 X값이 Y값보다 크면 상기 제1 테이블을 참조하여 ratio값과 가장 근사치의 값을 갖는 TABLE번지 값에 각각의 오프셋(OFFSET)값을 더하여 모터의 전자적 각도를 구하는 단계를 더 포함하여 이루어지도록 한다.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 BLDC모터를 이용한 PAN/TILT 모터 제어 블럭도를 도시한 도면이다.
3개의 Hall Sensor가 내장된 BLDC모터(140,142), BLDC모터(140,142)를 구동하기 위한 6개의 PWM 펄스를 출력하고 BLDC모터(140,142)에서 나오는 Hall Sensor전압을 입력받아 위치제어 연산을 수행하기 위한 제어부(110), 제어부(110)에서 출력된 상기 6개의 PWM출력을 변조하여 BLDC모터(140,142)에 3상 SINE WAVE 전류를 흘려주기 위한 3상 MOTOR DRIVER(120,122), 3상 MOTOR DRIVER(120,122)의 상기 3상 SINE WAVE를 입력받아 3상 BLCD모터(140,142)를 온오프 구동하기 위한 스위칭 소자로 동작되는 6개 POWER MOSFET로 구성된 MOSFET(130,132), 3상 HALL SENSOR출력전압을 모두의 진폭과 offset을 동일하게 진폭변조하여 제어부(110)에서 계산이 가능한 값으로 변조해 주는 HALL AMP(150,152)로 구성된다.
상기한 구성을 이용하여 모터의 Hall Sensor출력전압을 사용한 위치제어 방법에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 설명의 편의상 PAN모터에 대하여 설명한다.
MOTOR(140)의 3상-Hall Sensor출력전압을 HALL AMP(150)에서 진폭변조되어 제어부(110)로 입력되면 A/D스캔부(111)에서 입력된 아날로그 데이터를 A/D SCAN하고 모터 각도 계산부(112)는 입력된 DATA(U,V,W)로 MOTOR의 각도를 구한다.
PAN/TILT 위치좌표계산부(113)는 모터 각도 계산부(112)에서 계산된 MOTOR의 각도를 통해 PAN/TILT 카메라의 현재위치를 나타내는 위치좌표(Wactual)를 계산한다.
비교부(114)에서는 현재의 PAN/TILT위치(Wactual)와 목표 PAN/TILT위치(Wset)를 비교연산하고 PI 위치제어부(115)는 상기 현재의 PAN/TILT위치(Wactual)와 목표 PAN/TILT위치(Wset)가 다른 경우 목표위치로 움직이도록 3 상 PWM Sine Wave Commutator(116)에서 6개의 PWM신호를 드라이버(120)로 전송하여 위치를 제어하도록 하는 것이다.
이하, 도 5, 6을 참조하여 모터의 각도를 구하는 방법에 대하여 설명한다.
도 5는 모터의 각도를 구하기 위한 참조 테이블을 작성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 6은 참조 테이블을 이용하여 모터의 각도를 구하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
PAN모터(140)의 회전시 각 모터 Hall Sensor의 3상 출력전압(U,V,W)은 전압의 진폭과 offset을 조정할 수 있는 Hall AMP(150)를 통과하게 된다. Hall Amplifier는 3상 전압 모두의 진폭과 offset을 동일하게 변조하여 제어부(110)로 입력할 파형이 출력되면 제어부(110)에서는 출력 파형을 A/D port로 입력받아 일정시간 주기로 scan하며 매 scan시 모터 각도 계산부(112)에서 모터의 현재각도를 구 하는 것이다. 즉, 120°의 위상차를 갖는 3상 SINE-WAVE의 크기와 비율을 통해 모터의 각도를 구하는 것이다.
상기와 같이 모터의 각도를 구하기 위하여 먼저 Hall AMP(150)에서 출력되는 파형(U,V,W)의 크기 순서에 따라 6개의 구간으로 분할한다(S210).
즉, V>U>W인 구간을 "1"로 U>V>W인 구간을 "2"로 U>W>V인 구간을 "3"으로, W>U>V인 구간을 "4"로 W>V>U인 구간을 "5"로 V>W>U인 구간을 "6"으로 구분한다. 또한 상기 U,V,W 값 중에서 최대값을 "a"로 중간값을 "b"로 최소값을 "c"로 설명한다(도 8참조).
도 8에서는 상기 각 구간들이 "1',2,2',3,3',4,4',5,5',6,6',1"로 12개의 구간으로 표기되어 있다.
상기와 같이 분할된 6개 구간 각각에서 X=(a-b), Y=(b-c)를 구하고 X,Y값중 큰값과 작은 값의 비율(ratio = max[X,Y]/min[X,Y])을 구한다(S212).
이후, 각도가 증가할 때, 상기 ratio가 증가하느냐 감소하느냐에 따라 다시 n과 n'으로 2등분한다. 즉, 각도증가에 따라 ratio가 감소하는 지를 판단하여(S214) 상기 구분된 6개의 구간을 감소하면 "n"으로(S216) 증가하면 "n'"으로 이등분한다(S220). 즉, 6개 구간내에서도 ratio가 감소하는 구간은 "1,2,3,4,5,6"으로 ratio가 증가하는 구간은 "1',2',3',4',5',6'"으로 구간을 분리하여 표기한다(도 8참조).
예를 들어 상세히 설명하면 도 8의 "m"구간에서는 ratio가 무한대가 된다. 도 8을 참조하면 a=4,b=1,c=1(y축을 1로 설정하였을 때)이 된다. 따라서 X=3이되고 Y=0이 되므로 ratio는 무한대가 된다. 동일한 방식에 의하면 "n"구간에서는 ratio=1이 되므로 구간 "m"과 "n"에서는 ratio가 감소하므로 n값인 "1"이 되는 것이다.
그리고, 상기 ratio의 감소 및 증가에 따라 각각의 RATIO 테이블(RATIO TABLE1, RATIO TABLE2)을 작성하여 참조 테이블을 완성한다(S218,S222). 즉, 각 구간(1,1',2,2',3,3',4,4',5,5',6,6')에서의 ratio값들을 계산하여 TABLE화하되 상기 구간이 n일때의 TABLE 1과 n'일때의 TABLE 2로 분리하여 2개의 table을 만드는 것이다(도 8 참조).
상세하게는 TABLE 1은 계속 감소하는 값{∞, ......, 1}이 되고 TABLE 2는 계속 증가하는 값{1, ......∞}이 된다.
또한, 상기에서는 한 구간을 30°로 분할하였으나 각도 resolution을 높이려면 상기 TABLE을 더 크게 만들면 된다.
상기에서와 같이 참조 테이블 작성이 완료되면 모터 각도 계산부(112)는 실제 모터의 각도를 아래와 같은 방법으로 계산한다.
도 6을 참조하면 도 5에서와 같은 동일한 과정을 통해 X,Y 및 ratio를 구하고(S240,S242) 구간이 2,4,6인 경우인지를 판단한다(S246). 단계 S246에서의 구간 판단의 이유는 다음과 같다. ratio table 생성시에는 구간내에서 ratio가 증가하느냐 감소하느냐 여부에따라 table을 만들지만, 참조하려 할때는 한 점에서의 u,v,w값밖에 모르므로 table에서 n을 참조해야하는지 n'를 참조해야 하는지 판단이 불가능하다. 그리고, 구간 1,3,5 와 2,4,6 구간의 그래프를 보면 1,3,5구간에서는 X≥Y 일때 n, X<Y일때 n' 가 되고 2,4,6구간에서는 X≤Y일때 n', X>Y일때 n 이 되므로 한 point의 값만 받아서 n을 참조해야하는지 n'를 참조해야하는지 판단하기 위해 1,3,5와 2,4,6의 구분이 필요한 것이다.
단계 S246에서 2,4,6 구간에 해당하는 경우는 X값이 Y값보다 이하인지를 판단한다(S248). X값이 Y값보다 이하인 경우는 RATIO TABLE 1을 참조하여 ratio값과 가장 근사치의 값을 갖는 TABLE번지(TB)를 구한다(S250). 이때 근사치는 TABLE원소와 하나하나 차례차례 비교하여 가장 가까운 값을 찾도록 하는 것이 바람직하다.
이하, 상기 TB값에 각각의 오프셋(OFFSET)값을 더하여 모터의 전자적 각도를 구하는 것이다(S256).
각각의 구간별 오프셋(OFFSET)값은 단계 S256에서와 같이 30°씩 증가하는 것으로 설정한다.
도 8의 "k"포인트를 중심으로 하여 상기 과정을 구체적으로 설명하면 "k"점에서는 U = 3.5, V = 2.5, W = 0.1 이므로 U>V>W이므로 구간은 2가 된다. 따라서 단계 S246에서는 구간이 "2"가 되고 단계 S248에서는 X<Y( X=1, Y=2.4)이므로 RATIO TABLE 1을 참조하여 근사치 값을 갖는 번지를 찾는다. 즉, ratio=2.4이므로 RATIO TABLE 1의 원소 중에서 가장 가까운 값을 찾는 것이다. 예를 들어 TABLE의 15번째에 2.4와 가장 가까운 값이 있다면 단계 S256에서는 구간 2에 해당하는 모터의 전자적 각도를 해당 각도를 구하는 식을 참조하여 구하게 된다. 구간 2에서는 모터의 각도는 "TB+(2r/12)"이므로 "15+(360°/12)"가 되어 결국 모터의 현재 각도는 "45°"가 되는 것이다.
상기에서와 같이 모터 각도 계산부(112)에서 MOTOR의 각도가 계산되면 PAN/TILT 위치좌표계산부(113)에서는 상기 모터 각도를 통하여 PAN/TILT 카메라의 현재위치를 나타내는 위치좌표(Wactual)를 계산하게 되는 것이다.
이하, 도 7을 참조하여 모터의 전자적 각도를 통해 PAN(TILT)의 현재위치 좌표를 계산하는 과정을 설명한다.
먼저 모터의 현재각도와 모터의 이전각도 차이의 절대값이 특정값(r/2)이상인지를 판단하여(S260), 특정값 이상일 경우는 전자적 1회전으로 판단하고, 현재각도와 이전각도의 크기를 비교하여(S262) PAN(TILT)의 방향을 판별한다. 단계 S262에서 현재 각도가 이전각도보다 크면 모터의 방향을 CW(Clockwise)로 판단하고 PAN/(TILT)모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 증가시킨다(S264).
상기 증가된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 (모터극수*기어비)의 값보다 이상인지를 판단한다(S266).
단계 S266에서 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 (모터극수*기어비)의 값 이상이면 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 다음과 같이 계산한다(S268).
elec_rev = elec_rev-(모터극수*기어비)
또한, 단계 S262에서 현재각도가 이전각도보다 작으면 모터의 방향을 CCW(Counter Clockwise)로 판단하고 PAN/(TILT)모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 감소시킨다(S270).
상기 단계에서 감소된 elec_rev의 값이 "0"보다 적으면(S272) 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 다음과 같이 계산한다(S274).
elec_rev = elec_rev+(모터극수*기어비)
단계 S266에서 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 (모터극수*기어비)의 값 보다 적거나 단계 S272에서 elec_rev의 값이 "0"보다 크면 이전의 elec_rev의 값을 유지한 채 단계 S280에서 PAN(TILT)의 현재위치를 계산하게 된다(S280).
즉, PAN(TILT)의 현재위치는 다음과 같이 계산된다.
현재 위치 = ( elec_rev * r + 모터의 현재 각도)
예를 들어 elec_rev가 12이고 모터의 현재 각도가 45°라고 한다면
PAN(TILT)의 현재위치는 "12*360°+ 45°"가 되는 것이다.
따라서, PI위치제어부(115)에서는 PAN(TILT)의 목표위치좌표(Wset)와 상기 과정에서 계산된 현재위치좌표(Wactual)의 차이(ΔW)를 구해 PAN/TILT 목표위치(Wset)와 계산된 실제위치(Wactual)가 다를 경우에는 그 차이 만큼 이동하여 PAN/TILT가 목표위치에 도달 할 수 있도록 위치를 제어하는 것이다.
상기에서와 같이 본 발명에서는 ENCODER등 위치감지 장치없이 PAN/TILT 모터의 CLOSED LOOP 정밀제어가 가능하다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.
상기에서와 같이 본 발명에 따른 PAN/TILT가 가능한 감시 카메라의 PAN/TILT모터제어 방법에 의하면 ENCODER등 위치감지 장치없이 PAN/TILT 모터의 CLOSED LOOP 정밀제어가 가능하고 PAN(TILT)를 S/W적으로 회전시키지 않더라도 항상 일정주기로 Hall Sensor전압출력을 A/D scan하기 때문에 모터 탈조시에도 PAN(TILT)의 위치좌표가 틀어지지 않는 효과가 있다.
또한, ENCODER사용시에는 ENCODER의 resolution에 의해 위치제어 정밀도가 물리적으로 제한되는데 반해, 본 발명은 S/W적으로 변경이 가능한 A/D scan resolution과 연산속도에 의해 위치제어 정밀도가 결정되므로 resolution이 가변 가능하다.

Claims (23)

  1. 감시카메라의 팬/틸트모터 제어장치에 있어서,
    홀 센서가 내장된 팬/틸트 모터;
    상기 팬/틸트 모터의 회전 시 각 모터 홀 센서의 3상 출력전압이 전압의 지폭과 오프셋을 동일하게 변조하여 출력하는 홀 증폭기의 출력파형을 아날로그/디지털 포트로 입력받아 일정시간 주기로 스캔하며 매 스캔 시마다 상기 모터의 현재각도를 계산하는 모터각도 계산부; 및
    계산된 상기 모터의 각도를 이용하여 상기 모터의 위치 또는 속도를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모터각도 계산부는,
    상기 홀센서에서 출력된 데이터로 모터의 현재 각도를 계산하고,
    상기 모터 각도 계산부에서 계산된 모터의 각도를 이용하여 상기 팬/틸트 모터의 현재위치를 계산하는 팬/틸트 위치좌표계산부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모터각도 계산부는
    상기 팬/틸트모터의 회전시 각 모터 홀 센서의 3상 출력전압이 전압의 진폭과 offset을 동일하게 변조하여 출력하는 홀 증폭기(Hall AMP)의 출력 파형을 A/D 포트로 입력받아 일정시간 주기로 스캔하며 매 스캔 시마다 상기 모터의 현재각도를 구하는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 팬/틸트 모터의 현재 위치는 다음의 식과 같이 나타나는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
    팬/틸트모터의 현재 위치 = ( elec_rev * 360° + 모터의 현재 각도)
    여기서 elec_rev는 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER 값임.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)는
    상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 크면 모터의 방향을 시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 증가시키고 상기 증가된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 (모터극수*기어비)의 값보다 이상인 경우에만 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev-(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되는 수치인것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)는
    상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 적으면 모터의 방향을 반시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 감소시키고 상기 감소된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 "0"보다 적은 경우에만 상기 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev+(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되는 수치인것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    기설정된 팬/틸트의 목표위치좌표와 상기 위치좌표계산부에서 계산된 현재위치좌표의 차이를 연산하여 상기 팬/틸트의 목표위치좌표와 계산된 실제위치가 다를 경우에는 그 차이 만큼 이동하여 팬/틸트 모터가 목표위치에 도달 할 수 있도록 위치 또는 속도를 제어하는 PI위치제어부;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  8. 감시카메라의 팬/틸트모터 제어장치에 있어서,
    홀센서가 내장된 BLDC모터;
    상기 홀센서 출력전압의 진폭과 오프셋(offset)을 동일하게 진폭변조하여 상기 제어부에서 계산이 가능한 값으로 변조해 주는 홀 증폭부;
    상기 BLDC모터를 구동하기 위한 PWM 펄스를 출력하고 상기 홀 증폭부에서 출력되는 홀센서전압을 입력받아 상기 팬/틸트모터의 위치 또는 속도를 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 출력된 상기 PWM출력을 변조하여 BLDC모터에 3상 SINE WAVE 전류를 흘려주기 위한 3상 MOTOR DRIVER; 를 포함하여 구성하도록 하여 상기 모터에 내장된 홀 센서출력만을 사용하여 상기 팬/틸트모터의 위치 또는 속도를 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 홀센서에서 출력된 데이터로 모터의 현재 각도를 계산하는 모터 각도 계산부; 및
    상기 모터 각도 계산부에서 계산된 모터의 각도를 이용하여 상기 팬/틸트 모터의 현재위치를 계산하는 팬/틸트 위치좌표계산부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 모터각도 계산부는
    상기 홀 증폭기(Hall AMP)의 출력 파형을 A/D 포트로 입력받아 일정시간 주기로 스캔하며 매 스캔 시마다 상기 모터의 현재각도를 구하는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 팬/틸트 모터의 현재 위치는 다음의 식과 같이 나타나는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
    팬/틸트모터의 현재 위치 = ( elec_rev * 360° + 모터의 현재 각도)
    여기서 elec_rev는 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER 값임.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)는
    상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 크면 모터의 방향을 시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 증가시키고 상기 증가된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 (모터극수*기어비)의 값보다 이상인 경우에만 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev-(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되는 수치인것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)는
    상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 적으면 모터의 방향을 반시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 감소시키고 상기 감 소된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 "0"보다 적은 경우에만 상기 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev+(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되는 수치인것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는
    기설정된 팬/틸트의 목표위치좌표와 상기 위치좌표계산부에서 계산된 현재위치좌표)의 차이를 연산하여 상기 팬/틸트의 목표위치좌표와 계산된 실제위치가 다를 경우에는 그 차이 만큼 이동하여 팬/틸트 모터가 목표위치에 도달 할 수 있도록 위치 또는 속도를 제어하는 PI위치제어부;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어장치.
  15. 감시카메라의 팬/틸트모터 제어방법에 있어서,
    상기 모터에 내장된 홀 센서출력을 이용하여 모터의 현재 각도를 구하는 각도계산단계;
    상기 각도계산단계의 모터의 현재각도를 이용하여 상기 팬/틸트모터의 현재 위치를 계산하는 단계; 및
    기설정된 상기 팬/틸트의 목표위치좌표와 상기 위치계산단계에서 계산된 현재위치좌표의 차이를 연산하여 상기 팬/틸트의 목표위치좌표와 계산된 실제위치가 다를 경우에는 그 차이 만큼 이동하여 팬/틸트 모터가 목표위치에 도달 할 수 있도 록 위치 또는 속도를 제어하는 제어단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 팬/틸트 모터의 현재 위치는 다음의 식과 같이 나타나는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어방법.
    팬/틸트모터의 현재 위치 = ( elec_rev * 360° + 모터의 현재 각도)
    여기서 elec_rev는 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER 값임.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)는
    상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 크면 모터의 방향을 시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 증가시키고 상기 증가된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 (모터극수*기어비)의 값보다 이상인 경우에만 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev-(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되는 수치인것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)는
    상기 모터의 현재각도가 이전각도보다 적으면 모터의 방향을 반시계방향으로 판단하고 상기 모터의 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)를 1씩 감소시키고 상기 감소된 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값이 "0"보다 적은 경우에만 상기 전자적회전수 COUNTER(elec_rev)값을 "elec_rev+(모터극수*기어비)"로 대치함으로써 계산되는 수치인것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 모터의 현재 각도계산단계는
    상기 모터에 내장된 홀 센서출력을 그 진폭과 오프셋(offset)을 동일하게 진폭변조하는 단계; 및
    상기 단계에서 진폭변조된 신호를 디지털신호로 입력받아 일정시간 주기로 스캔하며 매 스캔 시마다 상기 모터의 현재각도를 계산하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 모터의 현재각도를 계산하는 단계는
    상기 진폭변조된 3상 신호를 디지털신호로 입력받아 일정시간 주기로 스캔출력되는 값의 크기 순서(a>b>c)에 따라 소정 갯수의 구간으로 분할하는 단계;
    상기 각 구간에서 최대값(a)과 중간값(b), 그리고 최소값(c)을 이용하여 X(a-b),Y(b-c), ratio(max{X,Y]/min[X,Y])를 구하는 단계;
    모터의 각도가 증가하는지 감소하는지를 판단하는 단계;
    상기 단계에서 각도가 감소하면 상기 구간(n)에서 각도가 감소하는 구간별로 상기 ratio 값을 구하여 각 구간별 상기 ratio값으로 제1 테이블을 작성하고 상기 단계에서 각도가 증가하면 상기 구간(n)에서 각도가 증가하는 구간별로 상기 ratio 값을 구하여 각 구간별 상기 ratio값으로 제2 테이블을 작성하는 단계;
    상기 각 구간이 2,4,6인 경우인지를 판단하는 구간판단단계;
    상기 구간판단단계에서 2,4,6 구간에 해당하는 경우는 상기 X값이 Y값보다 이하인지를 판단하여 상기 X값이 Y값보다 이하인 경우는 상기 제1 테이블을 참조하여 ratio값과 가장 근사치의 값을 갖는 TABLE번지 값에 각각의 오프셋(OFFSET)값을 더하여 모터의 전자적 각도를 구하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 구간판단단계에서 2,4,6 구간에 해당하는 경우에 상기 X값이 Y값보다 큰 경우는 상기 제2 테이블을 참조하여 ratio값과 가장 근사치의 값을 갖는 TABLE번지 값에 각각의 오프셋(OFFSET)값을 더하여 모터의 전자적 각도를 구하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어방법.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 구간판단단계에서 2,4,6 구간에 해당하지 않는 경우는 상기 X값이 Y값보다 이하인지를 판단하여 상기 X값이 Y값보다 이하인 경우는 제2 테이블을 참조하 여 ratio값과 가장 근사치의 값을 갖는 TABLE번지 값에 각각의 오프셋(OFFSET)값을 더하여 모터의 전자적 각도를 구하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어방법.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 구간판단단계에서 2,4,6 구간에 해당하지 않는 경우에 상기 X값이 Y값보다 크면 상기 제1 테이블을 참조하여 ratio값과 가장 근사치의 값을 갖는 TABLE번지 값에 각각의 오프셋(OFFSET)값을 더하여 모터의 전자적 각도를 구하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬/틸트모터 제어방법.
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