KR100944550B1 - 모션 감지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극초단파(microwave) 센서를 이용한 모션 감지 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안테나 송신부와 안테나 수신부의 구성을 평면상 단일 회로로 구현하고, 제어부를 원 칩(One Chip) 형상으로 구현하여 전체 모션 감지 모듈 구조를 간소화하고 크기를 소형화한 모듈에 관한 것이다. 즉, 종래 마이컴 방식으로 모듈 기판 상에 복잡한 제어 로직 회로로 제어부를 구현하는 것이 아니라, 단순한 Chip 구조로 제어부를 구현하여 감지 모듈 기판 위에 실장 가능하도록 함으로써, 보다 간단한 구조의 모션 감지 모듈 제작이 가능하여 가격 경쟁력 확보가 가능하고, 설치상 제약을 덜 받는 구조의 모션 감지 모듈을 제공할 수 있다.

감지, 모션, 센서, 모듈, 공진, 캐비티, 칩

Description

모션 감지 모듈{MOTION SENSING MODULE}

본 발명은 극초단파(microwave) 센서를 이용한 모션 감지 조명모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안테나 송신부와 안테나 수신부의 구성을 평면상 단일 회로로 구현하고, 제어부를 원 칩(Chip) 형상으로 구현하여 감지 모듈 구조를 간소화하고 크기를 소형화한 모션 감지 모듈에 관한 것이다.

물체의 움직임을 감지하는 이동체 식별용 센서에 있어서 현재 응용도가 높은 센서로는 적외선 센서, 초음파 센서, 마이크로파 센서 등이 있다. 이러한 이동체 식별용 센서는 침입 경보기, 자동문, 남성용 소변기, 조명, 자동차 후방 물체 감지기 등 일상 생활에서 여러 가지 형태로 적용되어 사용되고 있다.

또한, 상기의 센서들은 그 작동원리가 각각 구별되며 응용에 있어서도 차이가 있어 일부 보안시스템에서는 상기와 같이 다양한 이동체 식별용 센서를 동시에 적용함으로써 오차율을 낮추기도 한다.

상기에서 적외선 센서는 주변에서 방사되는 열을 감지하여 전기적인 신호로 변환시키는 센서이다.

초음파 센서는 인간의 귀로 들을 수 없는 40kHz ~ 250kHz 대역을 갖는 단일 주파 수 초음파 펄스를 송신한 다음 물체에 반사된 동일 주파수의 초음파 신호를 감지하여 물체의 존재 및 거리를 계산하는 센서이다.

마이크로파 센서는 마이크로파를 송신한 후 해당 신호의 반사파를 감지하는 것으로서 도플러 효과에 의하면 마이크로파의 반사체가 송신원으로부터 가까워지거나 멀어지면 그 속도에 비례하여 반사파의 주파수가 변한다는 원리를 이용하여 주파수를 감지하는 것이다.

감도의 측면에서 보면 적외선 센서는 열을 발산하는 물체의 열을 감지하는 수동형이므로 감도는 센서의 수신부에서 결정되나, 초음파 및 마이크로파 센서는 수신부의 감도뿐 아니라 송신부의 송신전력이 커질수록 감도가 좋아지므로 감지수단의 성능을 향상시킬 경우에는 초음파 센서 및 마이크로파 센서를 적용함이 바람직하다.

구조적인 측면에서 보면 수신전용인 적외선 센서의 구조가 가장 간단하여 저가형으로 많이 채택되고 있다. 그러나, 주변의 온도와 이동체의 온도차를 감지하는 적외선 센서는 주위 환경에 따라 많은 오차가 발생할 수 있다는 문제점이 있었다. 그리고, 좀 더 향상된 성능을 갖는 감지수단인 초음파 센서는 복잡한 구조로 저가의 소비자 시장에 응용하기에는 적합하지 않는 문제점이 있었다.

이에 따라서, 현재에는 극초단파를 이용한 센서 모듈이 주로 적용되고 있으나, 종래의 모션 감지 모듈 구성에서는 제어부를 구성하는 마이컴 형상의 제어 로직 및 증폭 회로 구현에 있어서 단일 기판에 평면적으로 구현시키지 않고 기능 구현 소자를 필터 또는 복잡한 회로 형상으로 적층 구현함으로써 전체 모션 감지 모듈 크기의 소형화에는 문제가 있을 수 밖에는 없었다.

상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 감도는 향상된 성능을 유지하면서, 제어부를 원 칩(One Chip) 형상으로 구현하여 모션 감지 모듈 기판 회로 상에 실장 가능하도록 함으로써 간단한 구조의 모듈을 제공하여, 가격 경쟁력을 확보할 뿐만 아니라 설치상 제약을 덜 받는 구조의 모션 감지 모듈을 제공하는 데 있다.

상기한 종래 문제점을 해결하고 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 모션 감지 모듈은, GHz 대역의 주파수 신호를 실시간으로 발진시켜 대상물에 대한 움직임의 변화를 감지하도록 하는 모션 감지 모듈에 있어서, 회로 구동을 위하여 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환해주는 전원부와; 극초단파(Microwave)를 연속적으로 발진시키는 능동소자로 구성되는 국부신호발생부와; 상기 국부신호발생부에서 생성된 주파수를 공간으로 송출하기 위한 수동소자인 안테나송신부와; 상기 안테나송신부로부터 송출된 신호를 수신하기 위한 수동소자인 안테나수신부와; 대상물에 발사 후 되돌아온 주파수 출력신호와 송신주파수로부터 발신된 주파수가 서로 혼합되어 중심주파수의 변환이 일어날 수 있도록 하는 주파수혼합부와; 상기 중간주파수 신호를 증폭하는 중간주파수 증폭부와, 상기 주파수혼합부에서 고주파 대역의 주파수가 저주파대역의 주파수로 변환될 때 바로 변환되지 않고 다른 형태의 주파수로 변환되게 하는 중간주파수출력단과; 상기 중간주파수 증폭부에서 증폭된 중간주파수 신호를 신호처리하여 대상물의 존재 여부 및 속도를 판별하는 신호판단부와; X-band 발진기의 경우 Q(quality factor)를 일정 이상 확보하고 발진 및 주파수 조절을 위하여 모듈 기판 상에 형성된 회로를 덮는 공진부; 및 상기 신호판단부에서 출력된 신호를 기준으로 상기 모션 감지 모듈을 제어할 수 있도록 하는 제어부;를 포함하여 구성하며, 상기 제어부는 다수 가변저항 및 전기소자를 이용하여 구현된 제어회로를 원 칩(One Chip) 형상으로 구성하여 상기 모듈 기판 회로에 실장 구현하되, 제어부 전단계의 모션센서부에서의 마이크로 센싱 신호를 증폭부를 거쳐 입력신호로 받아 처리하는 구성으로, IF IN 핀(1)을 통하여 센서에서 감지된 IF 신호가 칩 형상의 제어부로 전달되면 핀 PTC센서(14, 15)를 통하여 열에 의한 감도를 제어하고, 핀 3의 외부에 연결된 VR을 통하여 설정된 감도는 증폭입력신호와 합하여 인버터 게이트로 전달되고, 입력 신호에 따라 신호전처리부(A)에서 다수 가변저항 및 방향성을 결정하는 다이오드를 거쳐 내부 신호 처리를 위한 디지털 신호로 전환하고, 신호처리흐름부(B)를 거쳐 이 신호는 외부 저항과 컨덴서에 의한 충방전 시간으로 움직임 감지시 신호인지 시간을 결정하기 위한 타이머회로부(C), 상기 타이머회로부(C)를 거쳐 외부의 액티브 하이(high) 또는 액티브 로우(low) 단자에 내부 제어 신호를 디지털 신호로 외부 출력하여 외부 기기를 제어할 수 있는 신호출력부(D), 및 사용자가 선택적으로 주야 시기를 분리하여 감시 동작을 설정할 수 있도록 하고 스위치 ON/OFF 동작으로 제어칩 기능을 수행하는 주야간 감지신호 처리부(E)를 통하여 감지 신호가 처리되도록 한 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 공진부는 유전체 공진기(DRO)를 이용한 LNB 타입으로 구성하며, 크롬(Cr) 도금된 플라스틱 재질인 사각 형상의 캐비티를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 캐비티는 주물 다이 캐스팅 방식으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 캐비티 중앙 일측에 주파수 튜닝(Tuning)용 구멍을 더 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 안테나송신부 및 안테나수신부는 수평 방향으로 이격되어 상기 기판 일면에 구비되는 안테나패치를 좌우 양측에 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 증폭부는 모션 감지 모듈 기판에 회로 형태로 탑재한 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 적용 시에는, 감도는 향상된 성능을 유지하면서, 제어부를 원 칩(One Chip) 형상으로 구현하여 모듈 기판 회로 상 에 실장 가능하도록 함으로써 간단한 구조의 모듈을 제공하여 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.

또한 표면을 크롬 도금한 플라스틱 재질의 캐비티를 공진부에 구현함으로써, 난반사를 제거하고 공진 효율을 높이는 효과를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 기판의 일면 회로 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 기판의 타면 회로 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 증폭부 회로 구성도, 도 4는 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 구성 개략도, 도 5는 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 사시도, 도 6은 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 블록 구성도이다.

하지만, 첨부된 도면은 본 발명의 일 실시 예를 구체적으로 설명하는 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 도면 또는 상기 도면을 참조한 설명에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

먼저, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 구성을 설명하면 다음과 같다. 설명 편의상 상기 모션 감지 모듈(100) 센싱 동작 흐름에 대하여도 같이 설명하기로 한다.

먼저, 감지 모듈 회로 및 센서 구동을 위하여 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환해주는 전원부(600)가 구비된다. 상기 전원부(600) 에서의 전원 공급에 의 하여 능동소자로 구성된 국부신호발생부(810)에서는 극초단파(Microwave)를 연속적으로 발진시키며, 이 경우, 상기 국부신호발생기(810)에서 발진시키는 극초단파의 주파수는 10.525 GHz로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 국부신호발생부(810)에서 생성된 주파수를 공간으로 송출하기 위한 수동소자인 안테나송신부(720)와, 상기 안테나송신부(720)로부터 송출된 신호를 수신하기 위한 수동소자인 안테나수신부(710)를 구성한다.

주파수혼합부(820)에서는 대상물에 발사 후 되돌아온 주파수 출력신호와 송신주파수로부터 발신된 주파수가 서로 혼합되어 중심주파수의 변환 과정을 수행한다. 즉, 상기 국부신호발생부(810)에서 생성된 극초단파와 상기 안테나수신부(710)를 통해 수신된 수신주파수 신호를 사용하여 중간주파수로 변환한다.

이어서, 중간주파수 증폭부(400)에서는 중간주파수 신호를 증폭하게 되며, 중간주파수출력단(830)에서는 상기 주파수혼합부(820)에서 고주파 대역의 주파수가 저주파대역의 주파수로 변환될 때 바로 변환되지 않고 다른 형태의 주파수로 변환되게 한다. 상기 중간주파수증폭부(400)는 중간주파수출력단(830)으로부터 출력된 중간주파수 신호를 적정 수준으로 증폭하며, 경우에 따라서는 상기 중간주파수증폭부(400)의 출력 측에 전압안정기를 더 장착할 수도 있다. 또한, 적분기 또는 평균기(410)는 상기 중간주파수증폭부(400)를 통해 증폭된 중간주파수신호를 신호판단부(420) 선단 즉, 상기 중간주파수증폭부(400)의 출력단(830)에서 교류전원 주기의 정수 배 시간 동안 적분 또는 평균하여 그 값이 일정량 이상 또는 이하일 때를 검출하도록 한다.

또한, 상기 신호판단부(420)에서는 상기 중간주파수 증폭부(400)에서 증폭된 중간주파수 신호를 신호 처리하여 대상물의 존재 여부 및 속도를 판별하며, 공진부(500)에서는 X-band 발진기의 경우 Q(quality factor)를 일정 이상 확보하고 발진 및 주파수 조절을 위하여 모듈 기판(110) 상에 형성된 회로를 덮도록 한다.

그리고, 제어부(300)를 구성하여 상기 신호판단부(420)에서 출력된 신호를 기준으로 상기 모션 감지 모듈(100) 전체 동작을 제어할 수 있도록 한다. 즉, 상기 신호판단부(420)에서 출력된 신호에 따라 주변장치를 구동시키기 위한 제어신호를 생성하여 연계된 주변장치에 인가하게 한다.

상기한 모션 감지 모듈에 있어서, 모션 감지 동작을 요약하면 다음과 같다.

상기 국부신호발생부(810)에서는 10.525 GHz의 특정 주파수를 연속적으로 발진하고, 상기 안테나송신부(720)를 통해 상기 국부신호발생부(810)에서 발진된 10.525 GHz의 송신주파수신호가 공중으로 발산되면 대상물의 접근이 이루어지지 않은 대기 상태에서는 상기 안테나송신부(720)를 통해 발산되는 주파수를 상기 안테나수신부(710)가 이를 수신하여 상기 주파수혼합부(820)를 거친 후 상기 중간주파수출력단(830)으로 흘러 들어가게 된다. 반면, 상기 안테나송신부(720)를 통해 상기 국부신호발생부(810)에서 발진된 10.525 GHz의 주파수가 공중으로 발사되었을 때 대상물의 접근이 이루짐으로 인해 상기 대상물의 움직임이 작동 센서에 의해 포착되면, 상기 대상물을 통해 반사되어 되돌아온 수신주파수신호가 기존의 안테나송신부(720)로부터 발신되는 송신주파수로부터 이격하게 됨으로써 모션 변화를 감지하게 된다.

상기 송신주파수신호와 상기 수신주파수신호는 상기 주파수혼합부(820)를 통해 서로 혼합된 후 상기 중간주파수출력단(830)을 통과하게 되는데, 이러한 일련의 과정을 통해 저주파 전압을 산출하며, 상기 산출된 저주파 전압은 중간주파수처리단의 작동과 내장된 프로그램간의 작용에 의해 각 센서의 목적별로 지정된 명령에 따라 처리되어 최종적으로 상기 제어부(300)를 통해 주변장치의 작동이 이루어질 수 있도록 한다.

이 때, 상기 주파수혼합부(820)는 일반적으로 다이오드 혼합기를 사용하는데 감도면에서 보면 HEMT(450) 등의 능동소자를 적용한 혼합기의 성능이 뛰어나다. 그러나 전원쪽의 리플(ripple)에 의한 잡음의 경우에는 능동소자로 이루어진 혼합기가 취약하므로 전원이 필요없는 수동소자 혼합기인 다이오드 혼합기가 많이 사용되고 있다. 보통 다이오드 혼합기는 antiparalleled diode로 혼합기를 만드는데 이는 밸런스(balanced) 구조이므로 LO feed-thru를 최소화하는 장점이 있다.

상기한 구성 및 동작은 일반 모션 감지 센서 기술에서는 일반적인 것이므로 이에 대한 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이어서, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 모션 감지 모듈(100)의 안테나 회로 구조를 설명한다.

도 1에서와 같이, 기판(110) 상단부에는 두 개의 안테나 패치(715)와 급전선로(725)를 구비한 안테나송신부(720)를 구비하고, 기판(110) 하단부에는 두 개의 안테나 패치(715)와 급전선로(725)를 구비한 안테나수신부(710)를 구성한다. 기존에는 안테나 패치(715)를 안테나 송수신부(710, 720) 각각 단일로 구비하였으나, 본 발명에서는 좌우 하나씩 두 개를 구비하도록 하여 주파수 송수신 감도를 향상시키도록 하였다.

이 경우, 상기 안테나 패치(715) 양 측에서 연결되는 급전선로(725) 끝단 합쳐지는 부분에는 직렬로 연결되도록 한 필터(735)를 상기 안테나 송수신부(710, 720)에 각각 구비하도록 함이 바람직하다. 이는, 상기 국부신호발생부(810)와 상기 안테나송신부(720) 사이에서 상기 안테나송신부(720)를 통해 인가되는 주변의 전자파를 필터링하는 역할을 하게 된다. 또한, 상기 안테나수신부(710)와 상기 주파수혼합부(820) 사이에서 상기 안테나수신부(710)를 통해 인가되는 주변의 전자파를 필터링 하도록 하여 송수신 감도를 향상시키게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 기판(110)의 공진부(500) 구성 및 증폭회로를 도시한 회로도로, 도시된 바와 같이, 기판(110) 일면 중앙으로는 RC, RL, RLC 회로 등으로 구성된 공진회로를 포함하는 공진부(500)를 구성하며, 상기 공진부 상단 우측으로는 증폭부(400)를 구성하고 있다. 도 3은, 상기 증폭부(400)를 구성하는 증폭 회로를 도시한 것이다. 하지만, 이는 일반적인 센서 증폭 회로와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

여기에서, 증폭부(400)는 모션 감지 모듈 기판에 회로 형태로 탑재하였으며, 신호의 증폭 및 보정을 담당하고, 종래에는 센서 보드가 아닌 메인 보드에 탑재하는 것이 일반적이지만, 본 모션 감지 모듈은 이러한 부분까지 모두 하나의 보드에 포함시켜 구성하고 있다.

도 4에서와 같이, 본 발명은 모션 감지 모듈(100) 구성에 있어서, 능동소자인 HEMT(Heterojunction Field-Effect Transistors, 450) 소자를 사용하고 있는데, 이러한, HEMT(450)의 장점은 변조가 쉬우며 이득이 매우 크며, 주파수 동작이 높고 잡음 지수가 MESFET에 비하여 낮다는 장점을 가진다.

그리고, 상기 국부신호발생부(810)는 X-band 발진기의 경우 Q(quality factor)를 일정 이상 확보해야 하므로 유전체 공진기(DRO)를 이용하여 발진한다.

상기 HEMT(450) 소자의 게이트(G:Gate)단에 직렬 궤환을 위한 보통 마이크로스트립라인(430)으로 이루어진 수동소자가 연결되고, 바이어스를 위한 저항, 바이패스 축전기 등으로 이루어진 드레인단 바이어스회로부가 연결되고, 드레인(D:drain)단에는 출력단 정합회로와, 드레인단 바이어스회로부가 연결되며, 드레인단으로부터 연장된 소정 위치에는 발신 신호의 송신과 수신이 가능하며 이는 마이크로파 발진 신호의 출력과 반송파의 수신기능을 겸하는 송ㆍ수신 안테나(710, 720)가 연결됨으로써 구현된다. 증폭부(450)에서는 +60dB로 형성함이 바람직하다. 이 때, 각 회로부에는 동작전원을 인가하는 전원공급단자를 형성하도록 하여야 함은 물론이다.

이어서, 도 5를 참조하여 상기한 회로 구성 및 센싱 과정을 통한 본 발명에 따른 모션 감지 모듈(100)의 완성된 구성을 설명한다.

먼저, 공진 회로 및 다수 소자를 덮는 대략 사각 형상의 캐비티(510)를 기판(110) 상면 일측에 구비하도록 하고 있는데, 이는 유전체 공진기(DRO)를 이용하여 주파수를 조절하기 위한 것으로 유전체 공진기(DRO)와의 간격을 조절할 수 있는 나사를 삽입할 수 있도록 하기 위함이다.

종래에는, 보통 금속으로 제작된 캔 모양의 캐비티(cavity)로 회로를 덮었으나, 본 발명에서는 유전체 공진기(DRO)를 이용한 LNB(Low Noise Block Down Converter, 저잡음 주파수 컨버터) 타입으로 구성하며 사각 형상으로 구성하여 모션 감지 모듈(100) 높이를 전체적으로 낮출 수 있도록 하였으며, 상기 캐비티(510)는 플라스틱 재질로 형성하여 무게를 크게 감량하였으며, 내부 표면에는 크롬(Cr)으로 도금하여 매끄럽게 후처리 함으로써 난반사를 제거하여 잡음을 크게 줄이고 공진 효율을 높일 수 있도록 하였다.

상기 캐비티(510)는 플라스틱 사출 방식으로 모양 형성 후 표면에 크롬 도금을 한다. 그리고, 상기 캐비티(510) 중앙 일측에는 주파수 튜닝(Tuning)을 위한 구멍(515)을 더 형성하도록 함이 바람직하다.

그리고 상기 캐비티(510) 일측 하단으로 이격되어 증폭부를 구성하는데, 증폭부(400)는 증폭회로와 신호 보정회로로 구성한다. 또한, 접속핀(350) 측면인 모듈 기판(110) 일측 모서리 끝단에는 제어용 Chip(300)을 실장하였다. 즉, 제어부(300)를 각각 One Chip 형상으로 구현하여 모듈 기판(110) 상 구성되어 있는 배치 회로에 따라서 간단하게 실장 가능하도록 하였다.

일반적으로, 제어부(300)는, 독자적인 프로그램을 내장하고 감지된 신호를 인식하여 전등을 제어하는 마이크로 컨트롤러에 자체 표준시각 발생부인 발진부와 유지 시간을 저장하여 기억하는 메모리부, 프로그램 오동작시 초기화하기 위한 Reset부, 유지시간을 설정하는 시간 설정부, 사람이나 차량 등의 움직임을 감지하기 위한 센서입력부 등을 포함하여 구성한다. 이러한 제어부 구성은 종래의 마이컴 구조의 제어부 구성과 동일하므로 이에 대한 도시 및 식별 번호 표시는 생략하였다.

이러한 마이크로 컨트롤러는 전등을 켠 후에도 감지 센서의 동작을 지속적으로 체크하여 센서입력부에 신호가 없으면 기존 설정된 시간에 역 카운터가 되며 역 카운터 중에도 센서입력부에서 동작이 감지되면 마이크로 컨트롤러가 다시 설정된 시간으로 유지하며 그 시간은 시간 설정부에 나타난다. 그리고, 다시 센서 입력부에 신호가 없으면 설정된 시간에서 역카운트 되며 설정시간 이후 릴레이 출력부에 의하여 소등된다.

본 발명에서는 이러한 제어부(300)인 마이크로 컨트롤러를 기존의 복잡한 회로 및 다수 센서 배치에 의하여 구현한 실시 예에서 모듈 소형화 및 장치 간편성을 제고하기 위하여 다수 가변저항 및 전기 소자를 이용한 간단한 회로로 구성하면서 이를 One Chip 형상으로 구현하였다.

상기 모듈 기판 회로에 실장되는 상기 제어용 Chip(300) 내 구성 회로를 상세하게 살펴보면 다음과 같다. 도 7은 본 발명에 따른 제어용 Chip(300) 내 제어부 구성 회로를 도시한 것이다.

먼저 회로 도면에서의 주요 부분 구성 기호 명칭 및 그 역할을 간략하게 설명한다.

여기서 VR은 가변 저항을 의미하는 것으로, VR1은 센싱 감도 조정을 위한 구성이고, VR2는 외부 타이머에 연결되어 시간조절을 위한 구성이며, VR3은 외부 밝기 조절을 위한 구성이다.

CDS는 외부 밝기 조절을 위한 광센서, PTC는 갑작스런 스위칭 오동작을 방지하기 위한 회로과열 감지용 온도센서, Amped-IF는 모션센서의 amp 부분에서 증폭되어진 IF(중간주파수 출력단), VCC는 DC 전원을, Q는 외부 모션 감지 신호, ~Q는 Q 신호의 반전신호를 의미한다. 그리고 도시된 1~16 핀 번호는 실장되는 제어부 칩의 외부 핀을 의미한다.
도시된 바와 같이, 상기 제어부는 다수 가변저항 및 전기소자를 이용하여 구현된 제어회로를 원 칩(One Chip) 형상으로 구성하여 상기 모듈 기판 회로에 실장 구현하되, 제어부 전단계의 마이크로 센싱 신호를 증폭부를 거쳐 입력신호로 받아 처리하는 구성으로, Amped IF 핀(1)을 통하여 센서에서 감지된 IF 신호가 칩 형상의 제어부로 전달되면 핀 PTC센서(14, 15)를 통하여 열에 의한 감도를 제어하고, 핀 3의 외부에 연결된 VR을 통하여 설정된 감도는 증폭입력신호와 합하여 인버터 게이트로 전달되고, 입력 신호에 따라 신호전처리부(A)에서 다수 가변저항 및 방향성을 결정하는 다이오드를 거쳐 내부 신호 처리를 위한 디지털 신호로 전환되고, 신호처리흐름부(B)를 거쳐 이 신호는 외부 저항과 컨덴서에 의한 충방전 시간으로 움직임 감지시 신호인지 시간을 결정하기 위한 타이머회로부(C), 상기 타이머회로부(C)를 거쳐 외부의 액티브 하이(high) 또는 액티브 로우(low) 단자에 내부 제어 신호를 디지털 신호로 외부 출력하여 외부 기기를 제어할 수 있는 신호출력부(D), 및 사용자가 선택적으로 주야 시기를 분리하여 감시 동작을 설정할 수 있도록 하고 스위치 ON/OFF 동작으로 제어칩 기능을 수행하는 주야간 감지신호 처리부(E)를 통하여 감지 신호가 처리되도록 구성하고 있다.

이하, 상기 주요 구성을 갖는 제어부 칩(300) 구성 회로 동작에 대하여 간단하게 설명한다.

초기 구동시 전원 인가 즉시 C가 충전이 되며, 이 때, VR1, VR2, VR3는 임의의 적절한 값(100k~2M)으로 가정한다.

그리고, Amped-IF를 통해서 PTC를 거쳐 들어온 모션 센서의 신호를 VR1에서 설정된 전압과 비교하여 그 보다 높을 경우, 내부 회로에 의하여 C를 순간적으로 방전시킨다. 이어서, C를 다시 충전하는 시간동안 Q에 VCC와 동일한 전압 신호를 인가한다.

이 때, C의 충전은 VR2에 설정된 저항값에 의하여 어느 정도 충전 시간을 설정할 수 있으며, 설정에 따라 다르지만 최소 5초부터 캐피시티 용량과 VR2의 최대값에 따라 최대 20분 정도 설정하는 것이 바람직하다.

그리고, 기준 전압과 C가 충전 완료된 전압을 비교하여 C가 충전 완료되어진 시점에 Q에 인가된 신호는 중단되어지며, CDS는 주변 밝기에 따라서 저항이 달라지므로 VR3와 연결하여 밝기에 따라서 전압을 변화시키게 된다. 이러한 저항값 및 전압 변화량에 따라 Q의 신호 인가 조건에 덧붙여서 밝기에 따른 신호 인가 여부를 제어한다.

상기 PTC는 주변 온도에 따라서 저항값이 달라지며, 이를 통하여 회로의 과열 또는 주변 온도의 과열에 의한 회로의 오동작을 피하기 위해서 amped-IF 신호의 연결을 일부 제어한다.

회로도에서, 7번 핀에 연결된 주변 회로는 Q의 신호가 일정 시간을 가지고 ~Q의 신호로 원활하게 바뀔 수 있도록 한 회로이다.

상기한 바와 같이, 기존의 복잡했던 제어 로직 회로 및 기타 복잡한 구성을 단순화시킨 제어용 회로를 탑재한 칩(300) 하나로 단순화시켜 모션 감지 모듈 전체 크기를 최소화 하였으며, 외부 환경으로부터 회로 및 제어 소자를 보호하여 제어 안정성을 높일 수 있게 하였다. 즉, 최소한의 기판 크기, 모듈 회로 구성으로 마이컴 역할을 대신하는 제어부 Chip(300)을 이용하여 모션 감지 모듈을 구현한 것이다.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 독자의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 그리고, 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 나타난다.

도 1은 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 기판의 일면 회로 구성도

도 2는 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 기판의 타면 회로 구성도

도 3은 본 발명에 따른 증폭부 회로 구성도

도 4는 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 구성 개략도

도 5는 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 사시도

도 6은 본 발명에 따른 모션 감지 모듈 블록 구성도

도 7은 본 발명에 따른 제어부 구성 회로도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 모션 감지 모듈 110: 모듈 기판

300: 제어부 400: 증폭부

410: 적분기 or 평균기 420: 신호판단부

500: 공진부 600: 전원부

710: 안테나수신부 720: 안테나송신부

810: 국부신호발생부 820: 주파수혼합부

830: 중간주파수출력단

Claims (6)

1. GHz 대역의 주파수 신호를 실시간으로 발진시켜 대상물에 대한 움직임의 변화를 감지하도록 하는 모션 감지 모듈에 있어서,

   회로 구동을 위하여 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환해주는 전원부와;

   극초단파(Microwave)를 연속적으로 발진시키는 능동소자로 구성되는 국부신호발생부와;

   상기 국부신호발생부에서 생성된 주파수를 공간으로 송출하기 위한 수동소자인 안테나송신부와;

   상기 안테나송신부로부터 송출된 신호를 수신하기 위한 수동소자인 안테나수신부와;

   대상물에 발사 후 되돌아온 주파수 출력신호와 송신주파수로부터 발신된 주파수가 서로 혼합되어 중심주파수의 변환이 일어날 수 있도록 하는 주파수혼합부와;

   중간주파수 신호를 증폭하는 중간주파수 증폭부와;

   상기 주파수혼합부에서 고주파 대역의 주파수가 저주파대역의 주파수로 변환될 때 바로 변환되지 않고 다른 형태의 주파수로 변환되게 하는 중간주파수출력단과;

   상기 중간주파수 증폭부에서 증폭된 중간주파수 신호를 신호처리하여 대상물의 존재 여부 및 속도를 판별하는 신호판단부와;

   X-band 발진기의 경우 Q(quality factor)를 일정 이상 확보하고 발진 및 주파수 조절을 위하여 모듈 기판 상에 형성된 회로를 덮는 공진부; 및

   상기 신호판단부에서 출력된 신호를 기준으로 상기 모션 감지 모듈을 제어할 수 있도록 하는 제어부;를 포함하여 구성하며,

   상기 제어부는 다수 가변저항 및 전기소자를 이용하여 구현된 제어회로를 원 칩(One Chip) 형상으로 구성하여 상기 모듈 기판 회로에 실장 구현하되, 제어부 전단계의 마이크로 센싱 신호를 증폭부를 거쳐 입력신호로 받아 처리하는 구성으로, Amped IF 핀(1)을 통하여 센서에서 감지된 IF 신호가 칩 형상의 제어부로 전달되면 핀 PTC센서(14, 15)를 통하여 열에 의한 감도를 제어하고, 핀 3의 외부에 연결된 VR을 통하여 설정된 감도는 증폭입력신호와 합하여 인버터 게이트로 전달되며, 입력 신호에 따라 신호전처리부(A)에서 다수 가변저항 및 방향성을 결정하는 다이오드를 거쳐 내부 신호 처리를 위한 디지털 신호로 전환되고, 신호처리흐름부(B)를 거쳐 이 신호는 외부 저항과 컨덴서에 의한 충방전 시간으로 움직임 감지시 신호인지 시간을 결정하기 위한 타이머회로부(C), 상기 타이머회로부(C)를 거쳐 외부의 액티브 하이(high) 또는 액티브 로우(low) 단자에 내부 제어 신호를 디지털 신호로 외부 출력하여 외부 기기를 제어할 수 있는 신호출력부(D), 및 사용자가 선택적으로 주야 시기를 분리하여 감시 동작을 설정할 수 있도록 하고 스위치 ON/OFF 동작으로 제어칩 기능을 수행하는 주야간 감지신호 처리부(E)를 통하여 감지 신호가 처리되도록 한 것을 특징으로 하는 모션 감지 모듈
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상기 안테나송신부 및 안테나수신부는 수평 방향으로 이격되어 상기 기판 일면에 구비되는 안테나 패치를 좌우 양측에 형성한 것을 특징으로 하는 모션 감지 모듈.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 공진부는 유전체 공진기(DRO)를 이용한 LNB 타입으로 구성하며, 크롬(Cr) 도금된 플라스틱 재질인 사각 형상의 캐비티를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 모션 감지 모듈.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 캐비티 형상은 플라스틱 사출에 의하여 구성하는 것을 특징으로 하는 모션 감지 모듈
5. 제 3항에 있어서,

   상기 캐비티 중앙 일측에 주파수 튜닝(Tuning)용 구멍을 더 형성한 것을 특징으로 하는 모션 감지 모듈
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 증폭부는 모션 감지 모듈 기판에 회로 형태로 탑재한 것을 특징으로 하는 모션 감지 모듈

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