KR100800548B1

KR100800548B1 - 네트워크 기반 초음파 센서

Info

Publication number: KR100800548B1
Application number: KR1020060091175A
Authority: KR
Inventors: 유기성; 임종수
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-02-04

Abstract

본 발명은 네트워크 기반 초음파 센서에 관한 것으로서, 구체적으로는, 각각 고유주소를 가지는 적어도 하나 이상의 초음파 센서로 구성된 네트워크를 통하여 서버와 데이터 송수신하는 초음파 센서에 있어서, 상기 서버는, 상기 네트워크를 통하여 상기 초음파 센서와 데이터 송수신하는 통신수단; 및 상기 통신수단을 통하여, 상기 초음파 센서 각각에 지정된 측정 대상에 대한 측정 기준 설정치나 동작명령을 대응하는 상기 고유주소를 가지는 상기 각 초음파 센서에 송신하고, 상기 각 초음파 센서로부터 상기 설정치나 동작명령에 기초하여 계측한 상기 고유주소가 포함된 계측치나 현재 설정치를 수신하는 제어수단을 포함하여 구성되고, 상기 각 초음파 센서는, 상기 초음파 센서로 구성된 네트워크 및 상기 서버와 데이터 송수신하고, 상시 서버로부터 송신된 상기 고유주소가 포함된 상기 설정치나 동작명령을 수신하는 통신수단; 상기 설정치나 동작명령에 따라 발신용 음향수단이 초음파를 발신하도록 신호를 보내는 발신수단; 발신한 상기 초음파에 대응하여 반사된 에코 초음파를 수신하는 수신용 음향수단으로부터 신호를 받는 수신수단; 및 상기 서버로부터 상기 통신수단에 수신된 상기 설정치나 동작명령에 기초하여 상기 발신수단의 초음파 발신을 제어하고, 상기 수신수단에 수신된 상기 에코 초음파 중 설정된 기준전압 이상인 상기 에코 초음파에 대한 파형의 한 열 내의 한 주기 개수가 기준 개수 이상인 경우 상기 발신에서 수신까지의 지연시간을 거리로 환산하고, 상기 환산한 거리가 기준거리 이하인 경우 상기 고유주소와 함께 상기 계측치나 현재 설정치를 상기 통신수단을 통해 상기 서버로 송신하는 제어수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

초음파, 네트워크, 링 토폴리지

Description

네트워크 기반 초음파 센서{Ultrasonic sensor based on network}

도 1은 본 발명에 따른 네트워크 기반 초음파 센서의 전체 구성도.

도 2a는 본 발명에 따른 초음파 센서의 일실시예 구성도.

도 2b는 본 발명에 따른 초음파 센서의 다른 일실시예 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 초음파 센서에서 에코 초음파가 수신된 상태와 비교기를 거친 상태의 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 네트워크 기반 초음파 센서의 전체 흐름도.

도 5는 본 발명에 따른 네트워크 기반 초음파 센서가 제작된 일실시예의 예시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 제어수단 110 : 타이머

120 : 저장수단 130 : 발신수단

131 : 발신용 음향수단 132 : 수신용 음향수단

133 : 발수신용 음향수단 135 : 스위칭수단

140 : 수신수단 150 : 비교수단

160 : 통신수단 170 : 출력수단

200 : 초음파 센서 210 : 네트워크

300 : 서버 400 : 상위기기

410 : 임베디드 시스템 420 : 지능로봇

430 : 모바일 장치 440 : 컴퓨터

450 : 자동차

본 발명은 네트워크 기반 초음파 센서에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 노이즈 등으로 인한 오인감지를 최소화한 다수의 초음파 센서를, 유기적으로 연계하여 다양한 제어가 가능하도록 한 네트워크 기반 초음파 센서에 관한 것이다.

일반적으로, 초음파는 인간의 귀로 들을 수 있는 가청파에 비해 주파수가 높고, 지향성이 강하기 때문에 초음파를 발생시켜 물체에 부딪혔다가 반사해 돌아오는 지연시간을 측정함으로써 물체까지의 거리를 측정하거나, 물체의 움직임을 사전에 예고해 줄 수 있다.

하지만, 초음파의 지향성 강한 특성 때문에 물체가 다가오기만 해도 피드백 신호가 미리 검출되어 정확한 감지가 어려울 뿐만 아니라, 센서의 구동을 위해 일반적으로 사용되는 파형인 순간적인 스위칭 신호는 스파이크 노이즈(spike noise)를 발생시켜, 정확한 감지를 더욱 어렵게 한다는 문제점이 있었다.

그리고, 센서와 검출 물체와의 거리, 검출 물체의 움직임 등에 따라 외부에서 적절히 센서 내부의 기준 설정값 등을 변경함으로써, 정확하고 효과적인 감지를 할 수 있는 체계적인 시스템이 갖춰지지 않았을 뿐만 아니라, 센서가 감지한 데이터를 원거리에서도 실시간으로 모니터링 할 수 없다는 문제점이 있었다.

또한, 종래에 상기 초음파 센서의 원리를 이용하여 많은 종류와 방식의 감지 기기들이 응용되어 개발되어 왔는데, 예컨대, 자동차의 후방감지기나 이동로봇 주위의 장애물의 유무 및 거리를 검출하거나, 움직이는 물체의 속도 계측기, 액체탱크의 레벨감지기, 거리 감지기 등에서 초음파를 이용하고 있다.

그러나, 이러한 것들은, 표시장치로서 단계에 따른 주파수 변화를 이용한 부저(buzzer) 울림이나 발광체의 점멸의 빠르기, 밝기, 또는 거리 숫자 표시, 아날로그 신호 등의 정보만을 제공하는 등 단순한 측정 및 제어만이 가능하다는 문제점이 있었다.

또한, 다수의 초음파 센서가 네트워크로 연결된 하나의 상위기기에서 각각의 초음파 센서를 제어할 수 없어서, 간단하고 편리하면서 유기적으로 대상물체를 측정 및 제어할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 초음파의 지향성 강한 특성으로 인해 물체가 다가오기만 해도 피드백 신호가 미리 검출되는 문제점을 해소하고, 센서의 구동을 위해 톤 버스트(tone burst) 형 태의 신호를 가변하여 사용함으로써 스파이크 노이즈(spike noise) 발생을 최소화할 수 있는 네트워크 기반 초음파 센서를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 센서와 검출 물체와의 거리, 검출 물체의 움직임 등에 따라 외부(상위기기)에서 통신수단을 통해 센서 내부의 설정치 등을 자유롭게 변경함으로써, 정확하고 효과적인 감지를 할 수 있을 뿐만 아니라, 센서가 감지한 데이터를 전송하여 원거리에서도 실시간으로 모니터링 할 수 있는 네트워크 기반 초음파 센서를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

그리고, 다수의 초음파 센서로 구성된 네트워크와 연결된 하나의 서버에서 각각의 초음파 센서를 제어함으로써, 간단하고 편리한 네트워크 기반 초음파 센서를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 다수의 초음파 센서로 구성된 네트워크와 연결된 하나의 서버에서 각각의 초음파 센서를 제어함으로써, 각 초음파 센서를 유기적으로 연계하여 동작시킬 수 있는 네트워크 기반 초음파 센서를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

그리고, 다수의 초음파 센서로 구성된 네트워크와 연결된 하나의 서버에서 각각의 초음파 센서를 제어함으로써, 다수의 초음파 센서 그룹을 통합적으로 관리하여 섬세하고 정확한 측정을 할 수 있는 네트워크 기반 초음파 센서를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 네트워크 기반 초음파 센서는, 각각 고유주소를 가지는 적어도 하나 이상의 초음파 센서로 구성된 네트워크를 통하여 서버와 데이터 송수신하는 초음파 센서에 있어서, 상기 서버는, 상기 네트워크를 통하여 상기 초음파 센서와 데이터 송수신하는 통신수단; 및 상기 통신수단을 통하여, 상기 초음파 센서 각각에 지정된 측정 대상에 대한 측정 기준 설정치나 동작명령을 대응하는 상기 고유주소를 가지는 상기 각 초음파 센서에 송신하고, 상기 각 초음파 센서로부터 상기 설정치나 동작명령에 기초하여 계측한 상기 고유주소가 포함된 계측치나 현재 설정치를 수신하는 제어수단을 포함하여 구성되고, 상기 각 초음파 센서는, 상기 초음파 센서로 구성된 네트워크 및 상기 서버와 데이터 송수신하고, 상시 서버로부터 송신된 상기 고유주소가 포함된 상기 설정치나 동작명령을 수신하는 통신수단; 상기 설정치나 동작명령에 따라 발신용 음향수단이 초음파를 발신하도록 신호를 보내는 발신수단; 발신한 상기 초음파에 대응하여 반사된 에코 초음파를 수신하는 수신용 음향수단으로부터 신호를 받는 수신수단; 및 상기 서버로부터 상기 통신수단에 수신된 상기 설정치나 동작명령에 기초하여 상기 발신수단의 초음파 발신을 제어하고, 상기 수신수단에 수신된 상기 에코 초음파 중 설정된 기준전압 이상인 상기 에코 초음파에 대한 파형의 한 열 내의 한 주기 개수가 기준 개수 이상인 경우 상기 발신에서 수신까지의 지연시간을 거리로 환산하고, 상기 환산한 거리가 기준거리 이하인 경우 상기 고유주소와 함께 상기 계측치나 현재 설정치를 상기 통신수단을 통해 상기 서버로 송신하는 제어수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 발신수단과 상기 수신수단을 매개하여, 상기 발신시 또는 상기 수신시에 따라 절환되는 듀플렉스 스위칭수단을 더욱 구비한다.

바람직하게는, 상기 서버는 상위기기와 데이터 송수신하는 통신수단을 더욱 구비하고, 상기 서버의 제어수단은, 상위기기로부터, 상기 각 초음파 센서에, 초음파 센서의 고유주소가 지정된 설정치나 동작명령을 수신하고, 상기 상위기기에, 초음파 센서의 고유주소가 지정된 계측치나 현재 설정치를 송신하도록 제어한다.

바람직하게는, 상기 서버와 상기 초음파 센서 사이의 데이터 송수신은, 핸드쉐이크 방식으로 구성된다.

바람직하게는, 상기 초음파 센서의 제어수단은, 대상물체와의 거리에 따라, 초음파 발진을 위한 톤 버스트 신호의 톤 버스트 개수를 가변하도록 제어한다.

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<실시예>

이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 대하여, 첨부도면을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 다만, 동일한 구성요소에 대하여는 도면이 달라지더라도 동일한 부호를 유지하며, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 네트워크 기반 초음파 센서의 전체 구성도이다.

도시된 바와 같이, 다수의 초음파 센서(200)들이 네트워크(210)(예컨대, 링 토폴리지 네트워크)를 형성하여 서버(300)와 데이터 송수신하도록 구성되어 있다.

그리고, 상기 서버(300)는 통신수단(미도시)(예컨대, USB 시리얼 통신)을 통하여 상위기기(400)와 데이터 송수신하도록 구성되어 있다.

즉, 상기 서버(300)는 상기 초음파 센서(200)의 측정대상에 대한 측정 기준설정치(예컨대, 톤 버스트 신호 개수, 주기, 주파수, 기준전압, 기준거리, 타이머 분해능 등의 파라미터)나 동작명령(예컨대, 발진명령, 수신명령, 계측치 송신명령, 현재 설정치 요구) 등의 데이터를, 네트워크를 형성한 하나 이상의 상기 초음파 센서(200)에 송신하는데, 이때 상기 각 초음파 센서(200)들은 자신만의 고유주소가 지정되어 있어서, 상기 서버(300)는 원하는 고유주소를 지정하여 원하는 데이터와 함께 상기 네트워크(210)를 형성한 상기 초음파 센서(200)에게 송신하게 된다.

이렇게, 상기 서버(300)가 상기 네트워크(210)를 통해 상기 초음파 센서(200)에 상기 설정치나 상기 동작명령을 송신하면, 각 초음파 센서(200)들은 자신의 고유주소에 맞는 상기 데이터를 수신한다. 반대로 상기 각 초음파 센서(200)들은 상기 서버(300)에 자신의 고유주소와 함께 계측치(예컨대, 기준거리 도달 여부 등) 또는 현재 설정치(예컨대, 기준거리가 얼마인지 등)를 상기 서버(300)에 송신하게 된다.

상기 초음파 센서(200)의 계측 과정에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.

한편, 상기 서버(300)는 상기 통신수단(미도시)을 통하여 상기 상위기기(400)로부터 초음파 센서의 고유주소가 지정된 상기 설정치나 상기 동작명령을 수신하여, 이를 상기 각 초음파 센서(200)에 송신하고 또한, 상기 각 초음파 센서(200)로부터 수신한 초음파 센서의 고유주소가 지정된 상기 계측치나 상기 현재 설정치 등을 상기 상위기기(400)로 송신할 수도 있다.

이때, 상위기기(400)는 예컨대, 임베디드 시스템(410), 지능로봇(420), 모바일 장치(430), 컴퓨터(440), 자동차(450) 등 다양한 상위기기로 구성하여 적절히 활용할 수 있다.

그리고, 상기 상위기기(400)가 연결되지 않고, 상기 서버(300)와 상기 초음 파 센서(200)들만으로 구성하여, 상기 서버(300)가 상기 초음파 센서(200)들을 제어하도록 구성할 수도 있음은 물론이다.

이렇게 다수의 초음파 센서(200)들로 구성된 네트워크를 하나의 서버(300) 혹은 상위기기(400)에서 제어함으로써, 간단하고 편리하면서, 유기적으로 연계하여 동작시킬 수 있게 된다.

즉, 상기 서버(300), 혹은 상기 상위기기(400)의 제어에 따라, 어느 초음파 센서(200) 하나만을 구동시켜 원하는 동작을 하게 할 수도 있고, 몇 개씩 그룹을 지어 구동시킴으로써 감지하고자 하는 대상에게 보다 효과적인 동작을 하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 시간차를 두어 동시, 혹은 약간의 간격별로 계측하여 작동하도록 하는 등, 다양하면서 유기적으로 연계하여 활용할 수 있게 된다.

한편, 상기 서버(300)와 상기 초음파 센서(200) 사이의 데이터 송수신은, 핸드쉐이크(handshake) 방식으로 구성함으로써, 어느 하나의 초음파 센서(200)에 이상이 발생된 경우이더라도 다른 초음파 센서에는 영향을 주지 않고, 또한, 상기 서버(300)에서 네트워크 연결 상태를 실시간 모니터링하여, 송수신되는 데이터가 손실되지 않게 할 수 있다.

도 2a는 본 발명에 따른 초음파 센서(200)의 일실시예 구성도로서, 발신용 음향수단(131)과 수신용 음향수단(132)을 별도로 구비했을 경우이다.

도 2b는 본 발명에 따른 초음파 센서(200)의 다른 일실시예 구성도로서, 발 수신용 음향수단(133)만을 구비했을 경우이다.

도시된 바와 같이, 톤 버스트(tone burst) 파형 신호에 의하여 발신수단(130)이 발신용 음향수단(131)에게 신호를 보내면, 상기 발신용 음향수단(131)은 물체를 향해 초음파를 발신한다. 그러면 물체에 의하여 반사된 초음파, 즉, 에코(echo) 초음파가 상기 수신용 음향수단(132)으로 수신되어, 수신수단(140)에게 수신된 신호를 보내게 된다.

이때, 도 2b와 같이, 스위칭수단(135)(예컨대, 듀플렉스 스위칭)이 구비되어, 상기 발신수단(130)과 상기 수신수단(140)을 매개하여, 상기 발신시 또는 상기 수신시에 따라 절환됨으로써, 발수신용 음향수단(133)만 구비하여도 초음파 송수신 역할을 할 수 있도록 구성할 수 있다.

즉, 상기 발신수단(130)이 초음파를 발신하는 신호를 보내면, 상기 스위칭수단(135)은 스위칭되어, 상기 발수신용 음향수단(133)을 통하여 초음파를 발신하고, 물체에 반사된 에코 초음파가 상기 발수신용 음향수단(133)으로 수신되도록, 다시 상기 스위칭수단(135)이 스위칭함으로써, 하나의 발수신용 음향수단(133)만으로도 초음파 송수신이 가능하도록 구성할 수 있다.

수신된 에코 초음파는 전압이 증폭된 후, 비교수단(150)에서 상기 에코 초음파의 전압과 기준전압을 비교하여 상기 에코 신호가 기준전압 이하이면, 수신된 에코 신호를 노이즈(noise)로 판단하여 통과시키지 않고, 상기 에코 신호가 기준전압 이상이면, 정상 신호로 판단하여 상기 에코 신호를 통과시켜, 제어수단(예컨대, Micro Controller Unit)으로 보낸다.

또한, 타이머(110)가 제어수단(100) 내부에, 혹은 별도로 구비되어, 상기 에코 신호가 상기 수신용 음향수단(132)에 수신될 때까지의 지연시간, 즉, 상기 발신용 음향수단(131)에서 발신된 초음파가 상기 물체에 반사되어 상기 수신용 음향수단(132)에 수신될 때까지의 시간을 계측한다.

그리고, 저장수단(120) 역시, 상기 제어수단(100) 내부에, 혹은 별도로 구비되어, 상기 비교수단(150)에서 통과된 상기 에코 신호의 파형과, 상기 타이머(110)로 계측한 지연시간 값을 저장하도록 구성되어 있다.

한편, 상기 제어수단(100)은 상기 저장수단(120)에 저장된 상기 에코 신호 파형의 한 열(列) 내의 한 주기 개수가 기준 개수(예컨대, 20개) 이하이면, 노이즈(예컨대, 스파이크 노이즈)로 판단하여 출력시키지 않고(일반적으로, 스파이크 노이즈는 한 열 내의 한 주기 개수가 적다.), 기준개수 이상이면, 상기 지연시간을 거리로 환산(예컨대, 지연시간=0.003sec라면, 거리=340m/sec(음속)*0.003sec/2=51cm)하여 환산거리를 산출하도록 제어한다.

상기 지연시간 계측에 대하여는 도 3에서 상세하게 설명하기로 한다.

한편, 이때, 예컨대, 상기 환산거리가 기준거리 이상이면, 아직 물체가 기준거리만큼 다가오지 않은 상태이므로, 외부로 출력신호를 출력하지 않고, 기준거리 이하이면 기준거리만큼 다가온 상태므로, 출력수단(170)을 통하여 외부로 신호를 출력하도록 제어할 수 있다. 이에 의하여, 근접 센서로서 작동될 수 있게 된다.

이때, 상기 출력수단(170)의 출력방식은, 예컨대, NPN 출력, 혹은 on/off 점멸 방식 등을 취할 수 있고, 이에 의하여 LED 등 기타 디스플레이 표시장치 등을 이용하여 다양한 방식으로 감지 상태를 표시할 수 있다.

혹은, 상기 출력수단(170)을 통하여 출력하지 않고, 상기 서버(300)와 네트워크로 연결된 통신수단(160)을 통하여, 자신의 고유주소와 함께 상기 측정 데이터를 상기 서버(300)로 송신할 수 있다.

또한, 상기 제어수단(100)은, 상기 서버(300) 또는 상기 상위기기(400)가 초음파 센서의 고유주소를 지정, 설정하여 송신한 설정치인 톤 버스트 파형 신호의 펄스 개수, 주파수, 주기, 상기 기준전압, 상기 기준거리, 상기 타이머 분해능(resolution) 등을 상기 통신수단(160)(예컨대, 양방향 통신신호선과 통신신호의 디지털화를 위한 동기 신호, 전원공급과 접지선 등이 구비된 통신 설정부)을 통하여 수신하여, 이에 따라 계측을 수행하게 된다.

이때 상기 설정치의 예로서, 톤 버스 파형 신호의 펄스 개수의 경우에는, 예컨대, 상기 발신용 음향수단(131)과 상기 물체와의 거리에 따라, 근접해 있을 땐 상기 톤 버스트 파형 신호의 펄스 개수를 적게 인가하고, 멀리 있을 땐 개수를 많이 인가함으로써, 주로 압전소자(PZT)로 구성된 발신용 음향수단(131)의 여진에 의한 불감대(dead zone)가 감소되거나 소멸되도록 조정하여, 보다 정확하게 물체 위치를 검출할 수 있다.

즉, 근접해 있는 물체를 향해 많은 수의 펄스를 인가하면, 물체에 먼저 반사 된 펄스가 아직 반사되지 않은 펄스보다 더 일찍 수신됨으로써, 물체 위치가 오인식될 수 있는데, 상기와 같이 제어함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있게 된다.

또한, 물체가 다가올 경우에는, 상기 압전소자가 인장되는 방향에 해당하는 전압을 짧게 주고, 상기 압전소자가 수축되는 방향에 해당하는 전압은 길게 주도록 제어하여, 물체가 실제 위치보다 미리 검출되는 문제를 해결하고, 상기 물체가 상기 발신용 음향수단(131)으로부터 멀어질 때는, 상기 압전소자가 인장되는 방향에 해당하는 전압을 길게 주고, 상기 압전소자가 수축되는 방향에 해당하는 전압은 짧게 주도록 제어함으로써, 물체가 늦게 검출되는 문제를 해결할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 초음파 센서에서 에코 초음파가 수신된 상태와 비교기를 거친 상태의 그래프이다.

도 3(a)에는, 물체에 반사되어 상기 수신용 음향수단(132)에 수신된 에코 초음파의 파형이 예시되어 있다. 이때, 앞부분의 파형은 검출하고자 하는 물체에 대한 정상 에코 신호가 아닌, 초음파 여진에 의한 노이즈이다. 그리고, 두번째 파형은, 예컨대, 일렬로 배치된 물체를 향해 초음파를 발신했을 때, 가장 가까운 거리에 있는 물체에 반사되어 수신된 신호에 대한 파형이며, 세번째 파형은 그 다음으로 가까이 있던 물체에 반사된 신호에 대한 파형이다.

이렇게 수신된 에코 초음파가 상기 비교수단(150)을 거치게 되면, (b)에 도시된 바와 같이, 상기 기준전압 이하일 경우에는 통과되지 않고, 상기 기준전압 이상일 경우에만 통과되며, 이 통과된 에코 신호는 상기 제어수단(100)으로 출력된 다.

이때, 각 물체마다 반사되어 수신된 각 에코 초음파의 한 주기가 여럿이 모여 군집된 하나의 열(列)을 이루게 되는데, 상기 제어수단(100)은 이러한 하나의 열(列) 내의 한 주기 개수가 기준 개수(예컨대, 20개) 이상인지를 판단하게 된다.

그리고, 기준 개수 이상일 경우에는 상기 타이머(110)가 상기 에코 신호 파형의 지연시간을 계측하게 되는데, 이때, 상기 수신된 에코 신호 파형 중 맨 처음 도달한 파형(c)을 기준으로 시간을 계측하지 않고, 상기 수신된 에코 신호 파형의 중심점(d)을 기준으로 시간을 계측함이 바람직하다. 이는, 주변의 환경, 물체의 형태 및 기울어진 상태에 따라 발생할 수 있는 노이즈를 최소화하기 위한 것으로서, 이를 통해 보다 정확한 측정이 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 네트워크 기반 초음파 센서의 전체 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 상위기기(400)가 설정치나 동작명령을 설정(S101)하여, 이를 서버(300)로 송신(S103)하게 된다. 그러면, 상기 서버(300)는 상기 설정치나 동작명령을 수신(S201)하여, 초음파 센서(200)에 송신(S205)하고, 만약 상기 설정치나 동작명령이 수신되지 않으면, 이전에 저장된 설정치나 동작명령을 설정(S203)하여 송신하게 된다.

그러면, 이를 상기 초음파 센서(200)가 수신(S301)하여, 상기 설정치나 동작명령에 따른 계측을 시작(S305)하게 되는데, 만약 이때 새롭게 수신된 데이터가 없을 땐, 이전에 저장된 설정치나 동작명령을 설정(S303)하여, 계측을 하게 된다.

그리고 상기 초음파 센서(200)가 계측한 계측치나 현재설정치를 저장하여 상기 서버(300)로 송신(S307)하면, 상기 서버(300)는 이를 수신(S207)하여, 저장한 후, 다시 상기 상위기기(400)로 송신(S209)하게 된다. 만약, 상기 초음파 센서(200)로부터 상기 계측치나 현재설정치가 송신되지 않으면, 다시 상기 초음파 센서(200)로 상기 설정치나 동작명령을 송신(S205)하게 된다.

상기 상위기기(400)는 이렇게 송신된 계측치나 현재설정치를 수신(S109)하여, 이를 저장, 활용(S111)하고, 다시 새로운 설정치나 동작명령 등을 설정(S105)하여 상기 단계를 반복하게 된다. 이때, 만약 상기 계측치나 현재설정치가 수신되지 않으면(S109), 수신될 때까지 대기(S107)하거나, 혹은 다시 상기 설정치나 동작명령을 송신(S103)하도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은 단계에 따른 네트워크 기반 초음파 센서를 통해, 센서와 검출 물체와의 거리, 검출 물체의 움직임 등에 따라 서버, 혹은 상위기기에서 적절히 센서 내부의 기준 설정값 등을 변경함으로써, 정확하고 효과적인 감지를 할 수 있을 뿐만 아니라, 센서가 감지한 데이터를 원거리에서도 실시간으로 모니터링 할 수 있게 된다.

상기 상위기기(400)나 상기 서버(300)로부터 상기 초음파 센서(200)로 송신되는 설정치나 동작명령에는 상기 초음파 센서(200)의 고유주소가 함께 전달된다. 이때, 대상이 되는 초음파 센서(200)는 단독일수도 있고, 그룹일 수도 있으며, 전체가 될 수도 있다. 대상이 그룹 또는 전체일 때는, 그 그룹 또는 전체에 대한 특유의 주소를 미리 설정해 놓고, 각 해당 초음파 센서(200)가 이를 저장하고 있어 서, 주소 체크시에 이 특유의 주소도 체크하도록 제어하면 된다.

도 5는 본 발명에 따른 초음파 센서가 제작된 일실시예이다.

도시된 바와 같이, 본 발명을 이동로봇에 구현하여, 다수의 초음파 센서(200)와 서버(300)가 네트워크(210) 연결되어 데이터 송수신함으로써, 하나의 서버(300)로 다수의 초음파 센서(200)를 제어할 수 있도록 구성하였다.

이상, 구체적인 실시예에 의하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 행하여진 다양한 변형은, 모두 본 발명의 범위에 속한다고 해석되어야 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 초음파의 지향성 강한 특성으로 인해 물체가 다가오기만 해도 피드백 신호가 미리 검출되는 문제점을 해소하고, 센서의 구동을 위해 톤 버스트(tone burst) 형태의 신호를 가변하여 사용함으로써 스파이크 노이즈(spike noise) 발생을 최소화할 수 있는 네트워크 기반 초음파 센서를 제공할 수 있다.

또한, 센서와 검출 물체와의 거리, 검출 물체의 움직임 등에 따라 외부에서 통신수단을 통해 센서 내부의 설정치 등을 자유롭게 변경함으로써, 정확하고 효과적인 감지를 할 수 있을 뿐만 아니라, 센서가 감지한 데이터를 전송하여 원거리에 서도 실시간으로 모니터링 할 수 있는 네트워크 기반 초음파 센서를 제공할 수 있다.

그리고, 다수의 초음파 센서로 구성된 네트워크와 연결된 하나의 서버에서 각각의 초음파 센서를 제어함으로써, 간단하고 편리한 네트워크 기반 초음파 센서를 제공할 수 있다.

또한, 다수의 초음파 센서로 구성된 네트워크와 연결된 하나의 서버에서 각각의 초음파 센서를 제어함으로써, 각 초음파 센서를 유기적으로 연계하여 동작시킬 수 있는 네트워크 기반 초음파 센서를 제공할 수 있다.

그리고, 다수의 초음파 센서로 구성된 네트워크와 연결된 하나의 서버에서 각각의 초음파 센서를 제어함으로써, 다수의 초음파 센서 그룹을 통합적으로 관리하여 섬세하고 정확한 측정을 할 수 있는 네트워크 기반 초음파 센서를 제공할 수 있다.

Claims

각각 고유주소를 가지는 적어도 하나 이상의 초음파 센서로 구성된 네트워크를 통하여 서버와 데이터 송수신하는 초음파 센서에 있어서,

상기 서버는,

상기 네트워크를 통하여 상기 초음파 센서와 데이터 송수신하는 통신수단; 및

상기 통신수단을 통하여, 상기 초음파 센서 각각에 지정된 측정 대상에 대한 측정 기준 설정치나 동작명령을 대응하는 상기 고유주소를 가지는 상기 각 초음파 센서에 송신하고, 상기 각 초음파 센서로부터 상기 설정치나 동작명령에 기초하여 계측한 상기 고유주소가 포함된 계측치나 현재 설정치를 수신하는 제어수단을 포함하여 구성되고,

상기 각 초음파 센서는,

상기 초음파 센서로 구성된 네트워크 및 상기 서버와 데이터 송수신하고, 상시 서버로부터 송신된 상기 고유주소가 포함된 상기 설정치나 동작명령을 수신하는 통신수단;

상기 설정치나 동작명령에 따라 발신용 음향수단이 초음파를 발신하도록 신호를 보내는 발신수단;

발신한 상기 초음파에 대응하여 반사된 에코 초음파를 수신하는 수신용 음향수단으로부터 신호를 받는 수신수단; 및

상기 서버로부터 상기 통신수단에 수신된 상기 설정치나 동작명령에 기초하여 상기 발신수단의 초음파 발신을 제어하고, 상기 수신수단에 수신된 상기 에코 초음파 중 설정된 기준전압 이상인 상기 에코 초음파에 대한 파형의 한 열 내의 한 주기 개수가 기준 개수 이상인 경우 상기 발신에서 수신까지의 지연시간을 거리로 환산하고, 상기 환산한 거리가 기준거리 이하인 경우 상기 고유주소와 함께 상기 계측치나 현재 설정치를 상기 통신수단을 통해 상기 서버로 송신하는 제어수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 네트워크 기반 초음파 센서.
제1항에 있어서,

상기 발신수단과 상기 수신수단을 매개하여, 상기 발신시 또는 상기 수신시에 따라 절환되는 듀플렉스 스위칭수단을 더욱 구비함을 특징으로 하는 네트워크 기반 초음파 센서.
제1항에 있어서,

상기 서버는 상위기기와 데이터 송수신하는 통신수단을 더욱 구비하고,

상기 서버의 제어수단은, 상위기기로부터, 상기 각 초음파 센서에, 초음파 센서의 고유주소가 지정된 설정치나 동작명령을 수신하고, 상기 상위기기에, 초음파 센서의 고유주소가 지정된 계측치나 현재 설정치를 송신하도록 제어함을 특징으로 하는 네트워크 기반 초음파 센서.
제1항에 있어서,

상기 서버와 상기 초음파 센서 사이의 데이터 송수신은, 핸드쉐이크 방식으로 구성됨을 특징으로 하는 네트워크 기반 초음파 센서.
제1항에 있어서,

상기 초음파 센서의 제어수단은, 대상물체와의 거리에 따라, 초음파 발진을 위한 톤 버스트 신호의 톤 버스트 개수를 가변하도록 제어함을 특징으로 하는 네트 워크 기반 초음파 센서.
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