KR100974423B1 - 위상고정루프를 이용한 장애물 감지시스템과 그 감지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상고정루프를 이용한 정전용량 방식의 장애물 감지시스템 및 감지방법을 개시한다. 본 발명의 장애물 감지시스템은, 정전용량을 감지하는 센서스트립과, 상기 센서스트립에 연결된 RF발진기와, 상기 RF발진기의 발진주파수를 설정값으로 유지시키는 위상고정루프부와, 상기 위상고정루프부의 동작을 제어하는 제1 MCU와, 상기 제1 MCU와 상기 RF발진기에 연결되며 상기 제1 MCU의 제어에 따라 상기 RF발진기를 다수의 주파수로 교번하여 발진시키는 주파수변경부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 장애물 감지시스템의 센서스트립에 데드포인트가 형성되더라도 장애물을 정확하게 감지해낼 수 있으므로 제품의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 위상고정루프부가 RF발진기의 발진주파수를 항상 일정하게 유지시킬 수 있기 때문에 제품의 오작동이 방지되며, 따라서 제품의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

장애물 감지시스템, 정전용량, 위상고정루프

Description

위상고정루프를 이용한 장애물 감지시스템과 그 감지방법{Obstacle detection system using phase locked loop and obstacle detection method thereof}

본 발명은 정전용량의 변화를 이용하여 장애물 감지시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 위상고정루프(PLL)를 이용함으로써 감지 정확도나 신뢰성을 보다 높일 수 있는 장애물 감지시스템 및 그 감지방법에 관한 것이다.

종래에는 자동차의 도어를 수동으로 온/오프하는 경우가 대부분이었지만 최근 들어서는 버튼조작을 통해 자동으로 온/오프할 수 있도록 제작되는 경우가 늘고 있다.

이에 따라 손이나 신체의 일부가 도어나 윈도우에 끼이는 안전사고를 방지하기 위해 장애물이 감지되면 도어나 윈도우의 동작을 즉각 중단시키는 한편 반대방향으로 동작시키는 장애물 감지시스템에 대한 요구도 커지고 있다.

장애물 감지시스템은 크게 접촉식과 비접촉식으로 구분되며, 접촉식은 장애물의 접촉으로 인해 발생하는 전기적 부하의 변화나 공압의 변화를 감지하여 장애 물의 존재여부를 판단하는 방법이고, 비접촉식은 도어나 윈도우에 장애물이 닿기 전에 장애물의 존재여부를 판단하는 방법으로서 한국공개특허 제2004-41697호에 개시된 바와 같이 정전용량을 이용하는 방법이 대표적이다.

도 1은 정전용량의 변화를 감지하는 종래 장애물 감지시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 것으로서, 정전용량을 감지하는 정전용량 감지모듈(12), 정전용량 감지모듈(12)에서 출력된 신호를 이용하여 장애물의 존재여부를 판단하는 제어모듈(18), 정전용량 감지모듈(12)의 출력신호를 제어모듈(18)로 전달하는 전송라인(20)을 포함한다.

정전용량 감지모듈(12)은 도어나 윈도우의 주변부를 따라 설치되는 하나 이상의 센서스트립(14)과 상기 각 센서스트립(14)의 단부에 결합되어 센서스트립(14)의 정전용량을 감지하는 정전용량 감지회로(16)를 포함한다.

센서스트립(14)은 유연성이 뛰어난 고무재질의 절연체 내부에 얇은 띠형태의 전도체가 삽입된 것으로서, 상기 전도체가 커패시터(capacitor)의 전극역할을 하기 때문에 근처에 장애물이 있는 경우의 정전용량과 없는 경우의 정전용량이 서로 다르게 나타난다.

센서스트립(14)은 도시된 것처럼 2개로 한정되는 것은 아니며 자동차의 도어나 윈도우 주위에는 어디든지 설치될 수 있다. 또한 도면에는 센서스트립(14)이 직선형태로 도시되어 있으나 위치에 따라 얼마든지 굽혀서 설치될 수 있다.

정전용량 감지회로(16)는 도 2에 개락적으로 도시된 바와 같이, 센서스트립(14)과 연결되어 가변적인 f_RF 의 주파수신호를 발생시키는 RF발진기(42), f_LO 의 주파수신호를 발생시키는 로컬(local)발진기(40), 상기RF발진기(42)와 로컬발진기(40)의 신호를 혼합하여 f_LO + f_RF , f_LO - f_RF 의 주파수신호를 발생시키는 믹서(mixer)(44), 믹서(44)의 출력신호 중에서 저주파신호만을 통과시키는 저주파통과필터(46), 저주파통과필터(46)의 출력을 증폭시키는 증폭기(48) 등을 포함한다.

제어모듈(18)은 MCU(Micro Control Unit)를 포함하며, 정전용량 감지회로(16)의 출력신호가 입력되면 미리 설정되어 있는 기준값과 비교하여 허용범위를 벗어나는지 여부를 판단하는 역할을 한다. 이때 허용범위를 벗어난 것으로 판단되면 도어나 윈도우를 자동으로 온/오프시키는 개폐모듈(30)로 제어신호를 전송하여 도어의 동작을 중단시키거나 반대방향으로 동작시킨다.

로컬발진기(40)의 발진주파수(f_LO) 및 RF발진기(42)의 발진주파수는 회로 제작시에 결정되므로, 장애물이 없는 정상적인 상태에서는 정전용량 감지회로(16)의 출력신호는 일정한 주파수를 가진다.

그런데 사람의 손이나 신체의 일부가 문이나 도어에 근접하면 센서스트립(14)의 정전용량이 변화되므로 센서스트립(14)에 연결된 RF발진기(42)의 발진주파수가 달라진다.

RF발진기(42)의 발진주파수가 달라져서 정전용량 감지회로(16)의 출력신호가 허용 주파수범위를 벗어나면 제어모듈(18)은 장애물이 있는 것으로 판단한다.

예를 들어 RF발진기(42)의 발진주파수가 920MHz이고, 로컬발진기(40)의 발진주파수가 925MHz이면, 정전용량 감지회로(16)의 출력신호는 장애물이 없는 상태에서는 5MHz를 유지한다.

이 상태에서 만일 RF발진기(42)의 발진주파수가 예를 들어 916MHz 로 변화되면 정전용량 감지회로(16)의 출력신호는 9MHz로 변경되므로 제어모듈(18)은 이를 통해 도어 및 윈도우의 근방에 장애물이 있음을 알 수 있다.

그런데 이러한 방식의 장애물 감지시스템은 다음과 같은 몇가지 문제점을 가지고 있다.

첫째는, RF발진기(42) 및 로컬발진기(40)의 발진주파수는 정전용량 감지회로(16)의 제작과정에서 튜닝(tuning) 작업을 통해 결정되는데 이러한 튜닝작업은 작업자의 경험과 시행착오에 의존하기 때문에 생산성에 큰 제한요인으로 작용하고 있다.

즉, 주파수튜닝은 발진기에 연결된 배선의 인덕턴스(L)과 캐패시턴스(C)를 조절함으로써 이루어지는데, 인덕턴스(L)는 동박(패턴)의 길이를 변경함으로써 조절되고 캐패시턴스(C)는 동박의 면적을 변경함으로써 조절되기 때문에 작업자가 동박(패턴)을 소정 길이만큼 절단하는 방식으로 주파수튜닝이 진행된다.

정전용량 감지회로(16)의 PCB패턴을 나타낸 도 3을 참조하여 설명하면, 로컬 발진기(40)의 발진주파수(f_LO) 튜닝작업은 발진주파수(f_LO)를 확인해가면서 PCB하단부 부근의 로컬발진기 튜닝부(60)에서 레이저를 이용하여 배선을 절단해나가는 방식으로 진행된다.

또한 RF발진기(42)의 발진주파수(f_RF) 튜닝작업은 발진주파수(f_RF)를 확인해가면서 RF발진기 튜닝부(62)에서 배선의 길이를 조절하는 방식으로 이루어진다.

둘째, 시간이 경과할수록 정전용량 감지회로(12)의 신뢰성이 저하될 우려가 크다. 즉, 회로 제작시에 발진주파수(f_RF, f_LO)를 튜닝하여도 시간이 경과할수록 PCB및 센서스트립(14)의 열화, 또는 기타 요인으로 인해 발진주파수가 조금씩 달라지게 되므로, 이로 인해 제품의 오작동이 발생할 가능성이 높아진다.

또한 이러한 이유로 오작동이 발생하면 사용자 입장에서 발진주파수를 다시 튜닝하기는 어렵기 때문에 제품을 다시 교체하여야 하는 문제점이 있다.

셋째, 장애물이 접근하여도 이를 감지하지 못하는 지점(이하 '데드 포인트')이 센서스트립에 주기적으로 나타나는 문제점이 있다.

실험에 따르면 900MHz의 RF발진기를 사용하는 경우에는 대략 14cm의 간격으로 데드포인트가 나타나고, 450MHz의 RF발진기를 사용하는 경우에는 대략 28cm의 간격으로 데드포인트가 나타난다.

이러한 데드포인트의 발생원인은 정확하지는 않지만, 센서스트립(14)이RF발진기의 안테나와 비슷한 역할을 하면서 발진신호의 λ/2와 어떤 관계가 있는 것으 로 추측하고 있을 뿐이다.

따라서 발진주파수를 낮추어서 데드포인트의 간격을 최대한 넓히거나 발진주파수를 높여서 데드포인트의 간격을 최대한 촘촘히 하면 장애물이 감지되지 않는 현상을 어느 정도는 방지할 수 있다.

예를 들어 발진주파수를 40MHz로 낮추면 데드포인트의 간격이 약 280cm로 넓어지기 때문에 그 보다 작은 크기의 센서스트립을 사용할 수는 있다. 또한 발진주파수를 9GHz로 높이면 데드포인트의 간격이 약 1.4cm로 좁아지기 때문에 1.4cm이상의 폭을 가지는 장애물을 충분히 감지할 수도 있다.

그러나 발진주파수를 낮추면 센서스트립에 장애물이 접근하였을 때 발진주파수의 변화량이 작아져서 민감도가 떨어지므로 장애물을 제대로 감지하지 못하는 경우가 발생하고, 발진주파수를 너무 높이면 비용상승과 설계상의 어려움이 수반되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 첫째 장애물 감지시스템에 사용되는 정전용량 감지회로를 제조할 때 복잡한 주파수 튜닝과정을 거치지 않도록 함으로써 제품의 생산성을 높이는 데 목적이 있다.

둘째, 제품의 열화로 인해 발진주파수가 달라지는 경우에도 간편하게 발진주파수를 재설정할 수 있도록 함으로써 제품의 신뢰성을 높이는데 목적이 있다.

셋째, 데드 포인트의 발생으로 인한 감지불량 문제를 해결하는데 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 정전용량을 감지하는 센서스트립과, 상기 센서스트립에 연결된 RF발진기와, 상기 RF발진기의 발진주파수를 설정값으로 유지시키는 위상고정루프부와, 상기 위상고정루프부의 동작을 제어하는 제1 MCU와, 상기 제1 MCU와 상기 RF발진기에 연결되며 상기 제1 MCU의 제어에 따라 상기 RF발진기를 다수의 주파수로 교번하여 발진시키는 주파수변경부를 포함하는 정전용량 감지모듈; 상기 정전용량 감지모듈의 상기 제1 MCU를 원격에서 제어하는 제2 MCU를 가지는 제어모듈; 상기 정전용량 감지모듈과 상기 제어모듈을 연결하며, 상기 제1 MCU에서 획득한 정보와, 상기 제2 MCU에서 상기 제1 MCU로 전송하는 제어신호와, 상기 정전용량 감지모듈의 구동전원을 전송하는 전송라인을 포함하는 장애물 감지시스템을 제공한다.

상기 장애물 감지시스템에서, 상기 위상고정루프부는, 상기 RF발진기에 연결되는 가변용량 다이오드; 상기 제1 MCU에 연결되어 상기 제1 MCU에 의해 제어되는 위상고정루프IC; 상기 위상고정루프IC에서 출력되는 주파수조정용 전압을 상기 가변다이오드에 인가하는 주파수조정용 신호선; 상기 RF발진기의 발진주파수를 감지하기 위해 상기 RF발진기와 상기 위상고정루프IC의 사이에 설치되는 주파수감지수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 정전용량 감지모듈을 이용하여 장애물을 감지하는 방법에 있어서, (a) 상기 RF발진기를 제1 주파수로 발진시키는 단계; (b) 상기 RF발진기가 상기 제1 주파수로 발진하는 동안 상기 위상고정루프부로부터 수신한 전기적신호를 이용하여 장애물의 존재여부를 판단하는 단계; (c) 상기 주파수변경부를 제어하여 상기 RF발진기를 상기 제1주파수와 다른 제2 주파수로 발진시키는 단계; (d) 상기 RF발진기가 상기 제2 주파수로 발진하는 동안 상기 위상고정루프부로부터 수신한 전기적신호를 이용하여 장애물 존재여부를 판단하는 단계; (e) 상기 (a) 내지 (d)단계를 반복하여 수행하는 단계를 포함하는 장애물 감지방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 장애물 감지시스템의 센서스트립에 데드포인트가 형성되더라도 장애물을 정확하게 감지해낼 수 있으므로 제품의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한 위상고정루프부가 RF발진기의 발진주파수를 항상 일정하게 유지시킬 수 있기 때문에 제품의 오작동이 방지되며, 따라서 제품의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한 장애물 감지시스템에 사용되는 정전용량 감지회로를 복잡한 주파수 튜닝과정 없이 제조할 수 있기 때문에 제품의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. 즉, 일단 회로를 제작한 후에 위상고정루프를 제어하여 RF발진기의 발진주파수를 튜닝하는 것이 가능해진다.

또한 로컬발진기나 믹서 등을 생략하고 RF발진기만을 이용하여 제품을 구성할 수 있기 때문에 제품 구성을 단순화시켜 단가를 낮출 수도 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

제1 실시예

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전용량 감지시스템의 회로블록도로서, 정전용량 감지모듈(100), 제어모듈(300), 정전용량 감지모듈(100)과 제어모듈(300) 사이에서 신호를 전달하는 전송라인(200)을 포함한다.

정전용량 감지모듈(100)은 정전용량을 감지하는 센서스트립(110)과 상기 센서스트립(110)의 정전용량이 달라지면 이에 대응하는 신호를 출력하는 정전용량 감지회로(120)를 포함한다.

센서스트립(110)은 종래와 마찬가지로 고무재질의 절연체 내부에 얇은 띠 형태의 전도체가 삽입된 형태를 가지며, 정전용량 감지회로(120)는 소형의 PCB기판 위에 구성되어 상기 센서스트립(110)의 일 단부에 내장된다.

정전용량 감지회로(120)는 상기 센서스트립(110)에 연결되는 RF발진기(121), RF발진기(121)의 발진주파수(fRF)를 일정하게 유지시켜주는 위상고정루프부(150), 위상고정루프부(150)의 특정부분의 상태 또는 전압을 감지하여 장애물의 존재여부를 자체적으로 판단하거나 감지된 전압을 제어모듈(300)로 전송해주는 제1 MCU(160)를 포함한다.

위상고정루프부(150)는 일단이 RF발진기(121)에 연결되는 가변용량 다이오드(151), 위상고정루프IC(152), 위상고정루프IC(152)와 가변용량 다이오드(151)를 연결하는 주파수조정용 신호선(156), 검출용 커패시터(154)를 포함한다.

가변용량 다이오드(151)는 인가되는 전압에 따라 정전용량이 변하는 성질을 가지며, 일단이 주파수조정용 신호선(156)에 연결되는 한편 타단은 접지된다. 따라서 RF발진기(121)의 발진주파수(f_RF)를 능동적으로 조정하거나 변경할 필요가 있는 경우에는 상기 가변용량 다이오드(151)에 인가되는 주파수조정용 전압을 변경하면 된다.

RF발진기(121)와 위상고정루프IC(152)는 가변용량 다이오드(151)에 대하여 병렬로 연결된다.

위상고정루프 IC(152)는 검출용 커패시터(154)를 통해 RF발진기(121)의 발진주파수를 지속적으로 체크하는 한편, 상기 주파수조정용 신호선(156)을 통해 상기 가변용량 다이오드(151)에 주파수조정용 전압을 공급하여 RF발진기(121)의 발진주파수를 일정하게 유지시키는 역할을 한다.

상기 주파수조정용 신호선(156)에는 공급되는 전원을 DC전원으로 변환하는 루프필터(153)가 설치될 수 있다.

본 발명의 장애물 감지시스템은 문이나 도어가 닫히는 동작모드에서 위상고정루프IC(152)를 이용하여 RF발진기(121)의 발진주파수를 일정하게 유지시키는 점에 특징이 있다.

그런데 센서스트립(110)에 장애물이 접근하여 정전용량이 변화하면 RF발진기(121)의 발진주파수가 변하기 때문에, 이때에는 위상고정루프IC(152)에서 가변용량 다이오드(151)에 인가하는 주파수조정용 전압을 적절히 변화시킴으로써 발진주파수를 일정하게 유지시킨다.

결국 주파수조정용 전압이 설정된 기준값을 유지한다는 것은 장애물이 없어 RF발진기(121)의 발진주파수가 기준상태를 유지하고 있다는 것을 의미하는 것이고, 따라서 주파수조정용 전압의 변동여부를 기준으로 장애물의 존재여부를 판단할 수 있는 것이다.

제1 MCU(160)는 위상고정루프 IC(152)의 구동을 제어하는 한편, 루프필터(153)에 연결되는 전압감지선(157)을 통해 주파수조정용 전압의 변화를 감지한다. 그리고 감지된 전압값을 토대로 장애물의 존재여부를 직접 판단할 수도 있고, 감지된 전압값을 제어모듈(300)의 제2 MCU(310)로 전송하여 제2MCU(310)에서 장애물의 존재여부를 판단하도록 할 수도 있다.

제어모듈(300)은 제2 MCU(310), 입력부(320), 통신인터페이스(330), 전원부(340) 등을 포함한다.

제2 MCU(310)는 정전용량 감지회로(120)의 출력신호를 감지하여 장애물의 존재여부를 판단하는 한편, 자동차의 윈도우나 도어를 자동으로 여닫는 개폐모듈(400)의 동작여부를 감지하여 소정의 제어신호를 정전용량 감지회로(120)의 제1 MCU(160)로 전송하는 역할을 한다.

입력부(320)는 사용자가 조작신호나 리셋(reset) 신호 등을 입력하는 부분이며, 통신인터페이스(330)는 외부의 개폐모듈과 통신하는 부분이다.

전원부(340)는 제어모듈(300) 및 정전용량 감지모듈(100)의 구동전원을 공급하는 부분으로서 예를 들어 DC 5V의 직류전원을 제공한다.

정전용량 감지모듈(100)과 제어모듈(300)을 연결하는 전송라인(200)은 정전용량 감지회로(120)의 내부에서 제어신호라인(128)과 전원선(129)으로 분기된다.

제어신호라인(128)은 제어모듈(300)에서 공급되는 구형파 또는 사인파 형태의 제어신호를 전송하기 위한 것으로서, 제어모듈(300)에서 공급되는 DC전원신호를 차단하기 위해 중간에 DC필터(126)가 설치된다.

전원선(129)은 제어모듈(300)의 전원부(340)에서 공급되는 DC전원을 RF발진기(121), 위상고정루프부(150), 제1 MCU(160) 등에 공급하기 위한 것이며, 상기 전원선(129)에는 구형파, 사인파 등의 제어신호를 차단하기 위한 AC필터(130)가 설치된다.

따라서 정전용량 감지모듈(100)과 제어모듈(300)을 연결하는 전송라인(200)에는 제어모듈(300)의 전원부(340)에서 공급되는 DC 전력(예, DC 5V), 제2 MCU(310)에서 출력된 구형파 또는 사인파 제어신호, 제1MCU(160)에서 제2MCU(310)로 전달되는 장애물 존재여부에 대한 정보신호 또는 주파수조정용 전압에 대한 정보신호 등이 공존하게 된다.

전술한 바와 같이 장애물 존재여부는 제1 MCU(160) 또는 제2 MCU(310)에서 할 수 있으며, 어떠한 방법에 의해서든지 일단 장애물이 존재하는 것으로 판단되면 제2 MCU(310)는 개폐모듈(400)을 제어하여 문닫는 동작을 중단시키거나 반대방향으로 동작시킨다.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 장애물 감지방법을 설명한다.

먼저 위상고정루프IC(152)에는 RF발진기(121)의 기준주파수와 이를 유지하기 위해 출력하는 주파수조정용 전압의 기준값을 설정해 두어야 한다. 또한 장애물 접근에 따라 달라지는 RF발진기(121)의 발진주파수를 기준주파수로 복원시키기 위해서는 어느 정도의 주파수조정용 전압을 인가해야 하는지를 판단할 수 있는 소프트웨어를 탑재하거나 해당 알고리즘을 구현하는 하드웨어를 구비하고 있어야 한다.

다만 이러한 기준주파수, 기준값 등을 제1MCU(160)에 설정해 두고 제1MCU(160)로 하여금 위상고정루프(152)를 제어하도록 하는 것도 가능하다. 이것은 이하의 실시예에서도 마찬가지이다.

기준주파수와 주파수조정용 전압의 기준값이 설정된 상태에서, 사용자가 문닫힘 버튼 등을 조작하면 제어모듈(300)은 개폐모듈(400)을 동작시키는 한편 장애 물 감지시스템을 대기상태에서 동작모드로 전환시킨다.

장애물 감지시스템이 대기상태에 있는 경우, 예를 들어 자동차의 도어나 윈도우가 오픈되어 있는 경우에는 RF발진기(121)는 임의의 주파수로 동작하거나 동작이 중단된 상태에 있다.

대기상태의 시스템을 동작모드로 전환시키기 위해서는 제어모듈(300)의 제2 MCU(310)가 예를 들어 구형파 또는 사인파 형태의 제어신호를 전송라인(200)을 통해 제1 MCU(160)로 전송한다.

동작모드에서 장애물이 접근하여 센서스트립(110)의 정전용량이 달라지면 발진주파수(f_RF)가 기준주파수에서 벗어나게 되므로, 위상고정루프IC(152)는 기준주파수를 유지하기 위해 주파수조정용 전압을 기준값과 다르게 출력하여 가변용량 다이오드(151)의 정전용량을 조절함으로써 발진주파수(fRF)를 기준주파수로 유지시킨다.

이때 제1MCU(160)는 위상고정루프IC(152)에서 출력되는 주파수조정용 전압을 전압감지선(157)을 통해 감시하고 있다가 검출된 전압을 기준값과 비교하여 허용범위를 벗어나는지 여부를 판단하거나, 검출된 전압값을 제2MCU(310)로 전송한다.

제1MCU(160) 또는 제2MCU(320)에서 주파수조정용 전압이 허용범위를 벗어난 것으로 판단되면, 제어모듈(300)의 제2MCU(320)는 제어신호를 송출하여 개폐모듈(400)의 동작을 중단시키거나 반대방향으로 동작시킨다.

만일 문이 닫히는 과정(동작모드)에서 별다른 장애물이 없다면 위상고정루프IC(152)에서 출력되는 주파수조정용 전압은 기준값을 계속 유지할 것이고, 문닫는 동작은 정상적으로 진행된다.

제2 실시예

본 발명의 제1실시예는 위상고정루프를 이용하여 RF발진기의 발진주파수를 일정하게 유지시키는 장애물 감지시스템 및 방법에 관한 것이다.

그런데 제1 실시예에 따른 장애물 감지시스템에서도 종래와 마찬가지로 센서스트립에 소정 간격의 데드포인트가 발생하는 것으로 나타났다.

본 발명의 제2실시예는 데드포인트로 인한 감지불량 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 도 5의 회로블록도에 도시된 바와 같이, 제1실시예의 감지시스템에 주파수변경부(170)를 포함시켜 RF발진기(121)가 서로 다른 다수의 주파수로 교번하여 발진하도록 한 점에 특징이 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 주파수변경부(170)는 그 일단이 제1MCU(160)에 연결되는 한편 그 타단이 RF발진기(121)에 연결되며, 제1 MCU(160)에서 출력되는 제어신호에 의하여 RF발진기(121)의 발진주파수를 변경시키는 역할을 한다.

주파수변경부(170)는 예를 들어 RF발진기(121)에 연결되는 커패시터와 상기 커패시터에 직렬로 연결되는 스위칭소자로 구성될 수 있다. 상기 스위칭소자는 트랜지스터인 것이 바람직하며, 이때 트랜지스터의 콜렉터(또는 드레인) 단자는 상기 커패시터에 연결하고, 에미터(또는 소스)단자는 접지시키는 것이 바람직하다.

이 상태에서 트랜지스터의 베이스(또는 게이트) 단자에 제1 MCU(160)의 제어신호를 인가하여 트랜지스터를 설정된 주기마다 소정 간격 도통시키면 커패시터의 정전용량값이 주기적으로 달라진다. 따라서 커패시터에 연결된 RF발진기(121)는 서로 다른 제1주파수와 제2주파수로 교번하여 발진할 수 있게 되는 것이다.

전술한 바와 같이 데드포인트의 간격은 발진주파수의 크기에 따라 달라지므로 이와 같은 방법으로 RF발진기(121)가 서로 다른 제1주파수와 제2주파수를 교번하여 발진하도록 하고 제1 및 제2주파수를 적절히 조절하면, 도 6에 도시된 바와 같이 RF발진기(121)가 제1 주파수를 출력하는 동안에 나타나는 데드포인트 P_f1과 제2 주파수를 출력하는 동안에 나타나는 데드포인트 P_f2가 서로 겹치지 않도록 할 수 있다.

따라서 동작모드에서 RF발진기(121)가 제1 주파수로 발진하는 동안에 만일 데드포인트 P_f1에 장애물이 접근하면 이를 감지할 수 없지만, 예를 들어 수 내지 수십msec 의 짧은 시간 이후에 발진주파수를 제2주파수로 변경하면 데드포인트 P_f1 이 소멸되고 새로운 지점에 데드포인트 P_f2 가 발생하므로 제2 주파수 출력기간에는 데 드포인트 P_f1에 접근하던 장애물을 감지할 수 있게 되므로 데드포인트로 인한 감지불능 문제를 해결할 수 있다.

이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 장애물 감지시스템이 동작하는 과정을 상세히 설명한다.

먼저 위상고정루프IC(152)에 제1 주파수와 제2 주파수를 RF발진기(121)의 기준 발진주파수로 설정한다. 기준 발진주파수의 설정은 제어모듈(300)의 제2 MCU(310)에 의해 원격으로 제어되는 제1 MCU(160)를 통해 이루어질 수 있다.

대기상태에서 사용자가 문닫기 버튼 등을 조작하면 제어모듈(300)은 개폐모듈(400)을 동작시켜 도어나 윈도우를 닫음과 동시에 장애물 감지시스템을 동작모드로 전환시킨다.

제1 MCU(160)도 제2 MCU(310)의 제어에 의해 대기상태에서 동작모드로 전환되며, 설정된 T1 시간 동안 위상고정루프IC(152)를 제어하여 RF발진기(121)의 발진주파수를 제1 주파수(f1)로 발진시킨다.

이어서 제1 MCU(160)는 설정된 T2시간 동안 주파수변경부(170)로 제어신호를 전송하여 RF발진기(121)의 발진주파수를 제2 주파수(f2)로 변경시킨다. 이때 제1 MCU(160)는 위상고정루프 IC(152)를 제어하여 RF발진기(121)의 발진주파수가 제1주파수로 다시 복귀하지 않고 제2 주파수(f2)를 계속 유지하도록 한다.

따라서 도어나 윈도우가 닫히는 동작모드에서는 RF발진기(121)는 시간 T1동 안에는 제1주파수를 출력하고, 시간 T2 동안에는 제2 주파수를 출력하는 동작을 반복한다. 이때 T1 및 T2는 임의 시간이므로 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다.

만일 동작모드에서 장애물이 센서스트립(110)에 접근하면 RF발진기(121)의 발진주파수가 달라지며, 위상고정루프 IC(152)는 발진주파수를 현재 설정된 제1주파수 또는 제2주파수로 유지시키기 위하여 가변용량 다이오드(151)로 전송되는 주파수조정용 전압을 변경한다.

보다 구체적으로 설명하면, 기준 발진주파수가 제1 주파수로 설정된 시간 T1 동안에는 위상고정루프IC(152)는 제1 주파수조정용 전압을 출력하여 가변용량 다이오드(151)로 인가하고, 기준 발진주파수가 제2 주파수로 설정된 시간 T2 동안에는 위상고정루프IC(152)는 제2 주파수조정용 전압을 출력하여 가변용량 다이오드(151)로 인가한다.

따라서 장애물이 근접하면 제1 MCU(160)는 시간 T1동안에는 위상고정루프IC(152)에서 출력되는 제1 주파수조정용 전압을 기준값과 비교하여 그 차이가 허용범위를 벗어나는지 여부를 판단하고, 시간 T2동안에는 위상고정루프IC(152)에서 출력되는 제2 주파수조정용 전압을 기준값과 비교하여 그 차이가 허용범위를 벗어나는지 여부를 판단한다.

상기 판단결과 허용범위를 벗어나면 장애물이 근접하는 것으로 판단하여 판단결과를 제어모듈(300)의 제2 MCU(310)로 전송하여 개폐모듈(400)의 작동을 중단시키거나 반대방향으로 동작시킨다.

이때 제1 MCU(160)는 제2 MCU(210)로 전압감지선(157)을 통해 감지된 주파수조정용 전압값만을 전송하고, 제2 MCU(210)에서 장애물의 존재여부를 판단할 수 있음은 전술한 바와 같다.

만일 도어나 윈도우가 닫히는 과정에서 별다른 장애물이 없으면 시간 T1 동안 제1 주파수조정용 전원이 일정하게 유지되고, 다음 시간 T2동안 제2 주파수조정용 전원이 일정하게 유지되므로 개폐모듈(400)은 정상적으로 동작하게 된다.

한편 이상에서는 RF발진기(120)가 2개의 발진주파수를 교번하여 출력하였지만, 보다 정확한 감지를 위하여 3개 이상의 발진주파수를 교번하여 출력할 수도 있다.

제3 실시예

전술한 제2 실시예에서는 제1 MCU(160)가 주파수변경부(170)를 주기적으로 제어하여 하나의 RF발진기(121)가 제1 주파수와 제2 주파수로 교번하여 발진하도록 하였다.

본 발명의 제3 실시예는 이와 달리 도 7에 도시된 바와 같이 제1 주파수로 발진하는 제1 RF발진기(121)와 제2 주파수로 발진하는 제2 RF발진기(181)를 이용하는 점에 특징이 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 장애물 감지시스템은 제1 실시예 및 제2실시예와 마찬가지로 정전용량 감지모듈(100), 제어모듈(300), 정전용량 감지모듈(100)과 제어모듈(300)을 연결하는 전송라인(200)을 포함한다. 또한 정전용량 감지모 듈(100)은 센서스트립(110)과 센서스트립(110)의 단부에 결합하는 정전용량 감지회로(120)를 포함한다.

정전용량 감지회로(120)는 제1 RF발진기(121), 제2 RF발진기(181), 위상고정루프IC(152) 등과 함께 위상고정루프부(150)를 형성하며, 상기 위상고정루프부(150)는 위상고정루프 IC(152)가 제1 RF발진기(121)를 제어하는 제1 위상고정루프와 제2 RF발진기(181)를 제어하는 제2 위상고정루프로 구분될 수 있다.

제1 위상고정루프는 센서스트립(110)에 연결되는 제1 RF발진기(121), 제1 RF발진기(121)에 연결되며 정전용량의 변화를 이용하여 제1 RF발진기(121)의 발진주파수를 변경시키는 제1 가변용량 다이오드(151), 제1 검출용 커패시터(154)를 이용하여 제1 RF발진기(121)의 발진주파수를 감시하고 주파수조정용 전압을 출력하는 위상고정루프 IC(152), 상기 위상고정루프IC(152)에서 출력되는 상기 주파수조정용 전압을 상기 제1 가변용량 다이오드(151)에 인가하는 제1 주파수조정용 신호선(156), 상기 제1 주파수조정용 신호선(156)에설치되어 주파수조정용 전압을 DC전압으로 변환하는 제1 루프필터(153)를 포함한다.

제2 위상고정루프는 센서스트립(110)에 제1 RF발진기(121)와 병렬로 연결되는 제2 RF발진기(181), 제2 RF발진기(181)에 연결되며 정전용량의 변화를 이용하여 제2 RF발진기(181)의 발진주파수를 변경시키는 제2 가변용량 다이오드(182), 제2 검출용 커패시터(184)를 이용하여 제2 RF발진기(181)의 발진주파수를 감시하고 주 파수조정용 전압을 출력하는 위상고정루프 IC(152), 상기 위상고정루프IC(152)에서 출력되는 상기 주파수조정용 전압을 상기 제2 가변용량 다이오드(182)에 인가하는 제2 주파수조정용 신호선(186), 상기 제2 주파수조정용 신호선(186)에 설치되어 주파수조정용 전압을 DC전압으로 변환하는 제2 루프필터(183)를 포함한다.

본 발명의 제3 실시예에서는 하나의 위상고정루프 IC(152)를 제1 위상고정루프와 제2 위상고정루프에 공통적으로 포함시켰는데, 이것은 하나의 위상고정루프 IC(152)에서 각각의 위상고정루프를 독립적으로 처리하도록 설계하는 것이 가능하기 때문이다. 따라서 각 위상고정루프 마다 별도의 위상고정루프 IC를 설치하는 것이 배제되지는 않는다.

그밖에 정전용량 감지회로(120)는 제1 MCU(160)를 포함하는데, 제1 MCU(160)는 위상고정루프 IC(152)를 제어하는 한편 제1 및 제2 가변용량 다이오드(151, 182)로 각각 인가되는 주파수조정용 전압을 제1 전압감지선(157)과 제2 전압감지선(187)을 통해 감지하여 센서스트립(110)에 장애물이 접근하는지 여부를 판단하거나, 감지된 전압값을 제2MCU(310)로 전송한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 장애물 감지방법은 다음과 같다.

먼저 위상고정루프IC(152)에 제1 RF발진기(121)의 발진주파수와 제2 RF발진기(181)의 발진주파수를 설정하는 한편, 제1 RF발진기(121)와 제2 RF발진기(181)의 동작주기 및 동작시간을 설정한다. 이러한 설정과정은 제어모듈(300)의 제2 MCU(310)를 통해 원격으로 제어되는 제1 MCU(160)에 의해 이루어질 수 있다.

따라서 제1 RF발진기(121)를 임의 시간 T1동안 제1 주파수로 발진시키고 이어서 제2 RF발진기(181)를 임의 시간 T2동안 제1 주파수와 다른 제2 주파수로 발진시키는 과정을 교대로 반복한다.

제1 MCU(160)는 제1 RF발진기(121)가 발진하는 동안에는 제1 전압감지선(157)을 통해 제1 가변용량 다이오드(151)로 인가되는 주파수조정용 전압을 감시하여 장애물 존재여부를 판단한다.

또한 제2 RF발진기(181)가 발진하는 동안에는 제2 전압감지선(187)을 통해 제2 가변용량 다이오드(182)로 인가되는 주파수조정용 전압을 감시하여 장애물 존재여부를 판단한다. 시간 T1과 T2는 임의 시간이므로 양자는 같은 수도 다를 수도 있음은 전술한 바와 같다.

본 발명의 제3실시예에서, 제1 RF발진기(121)와 제2 RF발진기(181)의 교번간격을 수 내지 수십msec 간격으로 설정하면, 제1 RF발진기(121)가 발진하는 동안에 데드포인트 P_f1에 접근하는 장애물을 감지하지 못하더라도 수 내지 수십msec 이후에 제1 RF발진기(121) 대신에 제2 RF발진기(181)가 발진하여 데드포인트 P_f1은 사라지고 새로운 데드포인트 P_f2가 형성되므로, 데드포인트 P_f1에 접근하던 장애물을 감지할 수 있게 된다.

일단 장애물이 감지되면, 제어모듈(300)의 제2 MCU(310)이 개폐모듈(400)을 제어하여 그 동작을 중단시키거나 반대방향으로 동작시킨다.

한편, 이상에서는 제1 RF발진기(121)와 제2 RF발진기(181)가 서로 교번하여 발진하는 것으로 설명하였으나, 제1 RF발진기(121)와 제2 RF발진기(181)를 동시에 구동시키더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

또한 이상에서는 정전용량 감지회로(120)에 서로 다른 주파수로 발진하는 2개의 RF발진기(121,181)가 설치되었으나, 감지 정확도를 높이기 위하여 3개 이상의 RF발진기가 설치될 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의해 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있으며, 이러한 변형 실시가 후술하는 특허청구범위에 기재된 기술적 사항을 포함하는 것이라면 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.

도 1은 정전용량 변화를 이용하는 장애물 감지시스템의 개략적인 구성도

도 2는 장애물 감지시스템의 회로블록도

도 3은 센서스트립의 단부에 삽입되는 감지회로의 PCB패턴을 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 장애물 감지시스템의 회로블록도

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장애물 감지시스템의 회로블록도

도 6은 센서스트립에서 데드포인트의 위치를 예시한 도면

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 장애물 감지시스템의 회로블록도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 정전용량 감지모듈 110: 센서스트립

120: 정전용량 감지회로 121: RF발진기

126: DC필터 128: 제어신호라인

129: 전원선 130: AC필터

150: 위상고정루프부 151: 가변용량다이오드

152: 위상고정루프IC 153: 루프필터

154: 검출용 커패시터 156: 주파수조정용 신호선

157: 전압감지선 160: 제1 MCU

170: 주파수변경부 200: 전송라인

300: 제어모듈 310: 제2 MCU

320: 입력부 330: 통신인터페이스

340: 전원부 400: 개폐모듈

Claims (5)

1. 정전용량을 감지하는 센서스트립과, 상기 센서스트립에 연결된 RF발진기와, 상기 RF발진기의 발진주파수를 변경하는 주파수변경부를 구비하는 정전용량 감지장치를 이용하여 장애물의 근접여부를 감지하는 방법에 있어서,

   (a) 제1 시간 동안 상기 RF발진기를 제1 주파수로 발진시키면서 장애물의 근접여부를 판단하는 단계;

   (b) 제2 시간 동안 상기 RF발진기를 상기 제1주파수와 다른 제2 주파수로 발진시키면서 장애물의 근접여부를 판단하는 단계;

   (c) 상기 (a)단계 및 (b)단계를 교번하여 반복 수행하는 단계;

   를 포함하는 장애물 감지방법
2. 제1항에 있어서,

   상기 RF발진기에는 위상고정루프IC에서 출력된 주파수조정용 전압이 인가되는 가변용량 다이오드가 연결되고,

   상기 (a)단계에서는 상기 RF발진기의 발진주파수를 상기 제1주파수로 유지시키기 위하여 상기 위상고정루프IC에서 출력되는 제1주파수조정용 전압을 제1기준값과 비교하여 장애물의 근접여부를 판단하고,

   상기 (b)단계에서는 상기 RF발진기의 발진주파수를 상기 제2주파수로 유지시키기 위하여 상기 위상고정루프IC에서 출력되는 제2주파수조정용 전압을 제2기준값과 비교하여 장애물의 근접여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 장애물 감지방법
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