KR100988734B1

KR100988734B1 - 센서출력 분석 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100988734B1
Application number: KR1020100045054A
Authority: KR
Inventors: 어재홍
Original assignee: 주식회사 제이캐스트
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2010-10-20
Also published as: WO2011142526A1

Abstract

본 발명에 따르면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 센서출력 분석 시스템은, 센서로부터 감지된 센서출력 신호를 수신하는 센서신호 수신부; 상기 센서신호 수신부에 수신된 상기 센서출력 신호를 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기로 샘플링(Sampling)하여 신호변환(Analog to Digital Conversion)하는 신호변환부; 상기 센서출력 신호의 상위경계값(Upper Limit)과 하위경계값(Lower Limit)을 설정하여, 상기 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)을 기준으로 샘플링된 센서출력 신호를 Out 신호와 In 신호로 구분하는 경계값 설정부; N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라, 제1대기상태(I1)에서 N개의 Out 신호가 연속적으로 발생하면 검지상태로 상태전이하며, 제M검지상태(DM)에서 M개의 In 신호가 연속적으로 발생하면 대기상태로 상태전이하는 알고리즘을 적용하되, 상기 N값과 M값의 크기를 지정하여 검지상태구간을 설정하는 검지상태구간 설정부; 상기 샘플링된 센서출력 신호 중 상기 검지상태구간 설정부에 의해 설정된 검지상태구간에 해당하는 센서출력 신호를 유효데이터로 판단하여 추출하는 제어부;를 포함하는 센서출력 분석 시스템이 개시된다.

Description

센서출력 분석 시스템 및 방법{Sensor Data Analysis System And method}

본 발명은 센서출력 분석 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불특정 시점에 시작하고 무작위(Random) 주기(Period)로 소멸하는 신호의 센서출력을 분석함은 물론, 주변의 전자기적인 영향에 의해 순간적으로 도약하는 형태의 펄스(Pulse) 신호 등의 잡음신호가 센서에 의해 감지되더라도 정상적인 유효데이터를 추출할 수 있도록 분석 가능한 센서출력 분석 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 정현파 출력을 출력하는 센서의 경우에는, 상기 센서가 설치 운용되는 주변 환경의 전자기적인 요소에 따라 펄스와 같은 잡음신호가 출력신호에 포함되어 출력될 수 있다.

따라서, 종래에는 이러한 잡음신호를 고려하여 센서에서 출력되는 출력신호의 출력값을 기준으로 하여 상한선과 하한선을 설정한 후, 상기 상한선과 하한선 내에 포함된 출력신호만을 잡음신호로 판단하였으나, 상한선과 하한선을 벗어난 직후 상기 상한선과 하한선 내로 포함되는 신호만을 유효데이터로 판단하여 잡음신호를 유효데이터로 오판하거나 신호의 시작점과 끝나는 점을 오판하여 센서의 점유시간을 부정확하게 판단하는 문제점이 있었다.

또한, 도로에 매설되어 소통하는 차량을 감지하는 지자기 센서의 경우, 상기 지자기 센서가 갖는 자기장의 감지범위에 의해 지자기 센서가 매설된 위치의 직상방에 차량이 도달하기 이전에부터 상기 차량에 의한 자기장의 변화값을 센싱함은 물론, 상기 지자기 센서가 매설된 위치를 차량이 지난 후에도 상기 자기장의 감지범위 내에서 감지되는 자기장의 변화값을 센싱하게 된다.

이와 같이, 차량이 지자기 센서가 매설된 위치에 도달하기 이전 상태 또는 지나간 상태에서도 상기 차량에 의한 자기장의 변화값을 일부 감지하게 되므로 차량을 감지한 유효데이터에 있어서 일정 크기의 오차범위가 발생하는 문제점이 있었다.

더욱이 이러한 오차범위로 인하여 차량이 지자기 센서의 직상방 위치를 지나가기 시작한 시점 및 통과 완료한 시점이 불분명함은 물론, 상기 지자기 센서를 통과하고 있는 점유시간에 대한 정확한 유효데이터 추출이 제한되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 주변의 전자기적인 영향에 의해 순간적으로 도약하는 형태의 펄스(Pulse) 신호 등의 잡음신호가 센서에 의해 감지되더라도 정상적인 유효데이터를 추출할 수 있도록 분석 가능한 센서출력 분석 시스템 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 지자기 센서와 같이 감지범위를 갖는 센서의 경우, 감지대상을 미리 감지한 감지데이터 또는 감지시점이 지난 후에 감지된 감지데이터가 포함된 센서출력 신호 중 유효한 데이터만을 추출할 수 있도록 분석 가능한 센서출력 분석 시스템 및 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 센서출력 분석 시스템은, 센서로부터 감지된 센서출력 신호를 수신하는 센서신호 수신부; 상기 센서신호 수신부에 수신된 상기 센서출력 신호를 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기로 샘플링(Sampling)하여 신호변환(Analog to Digital Conversion)하는 신호변환부; 상기 센서출력 신호의 상위경계값(Upper Limit)과 하위경계값(Lower Limit)을 설정하여, 상기 상위경계값과 하위경계값을 기준으로 샘플링된 센서출력 신호를 Out 신호와 In 신호로 구분하는 경계값 설정부; N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라, 제1대기상태(I1)에서 N개의 Out 신호가 연속적으로 발생하면 검지상태로 상태전이하며, 제M검지상태(DM)에서 M개의 In 신호가 연속적으로 발생하면 대기상태로 상태전이하는 알고리즘을 적용하되, 상기 N값과 M값의 크기를 지정하여 검지상태구간을 설정하는 검지상태구간 설정부; 상기 샘플링된 센서출력 신호 중 상기 검지상태구간 설정부에 의해 설정된 검지상태구간에 해당하는 센서출력 신호를 유효데이터로 판단하여 추출하는 제어부;를 포함한다.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 센서출력 분석 방법은, 센서로부터 감지된 센서출력 신호를 수신하는 센서신호 수신 단계; 수신된 상기 센서출력 신호를 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기로 샘플링(Sampling)하여 신호변환(Analog to Digital Conversion)하는 신호변환 단계; 상기 센서출력 신호의 상위경계값(Upper Limit:UL)과 하위경계값(Lower LimitUL)을 설정하여, 상기 상위경계값과 하위경계값을 기준으로 샘플링된 센서출력 신호를 Out 신호와 In 신호로 구분하는 경계값 설정 단계; N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라, 제1대기상태(I1)에서 N개의 Out 신호가 연속적으로 발생하면 검지상태로 상태전이하며, 제M검지상태(DM)에서 M개의 In 신호가 연속적으로 발생하면 대기상태로 상태전이하는 알고리즘을 적용하되, 상기 N값과 M값의 크기를 지정하여 검지상태구간을 설정하는 검지상태구간 설정 단계; 상기 샘플링된 센서출력 신호 중 상기 검지상태구간 설정 단계에서 설정된 검지상태구간에 해당하는 센서출력 신호를 유효데이터로 판단하여 추출하는 유효데이터 추출 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 센서출력 분석 시스템 및 방법에 의하면,

첫째, 주변의 전자기적인 영향에 의해 순간적으로 도약하는 형태의 펄스(Pulse) 신호 등의 잡음신호가 센서에 의해 감지되더라도 정상적인 유효데이터를 추출할 수 있다.

둘째, 센서출력 분석 시스템이 갖는 연산처리 능력에 따라, 유효데이터를 설정하는 범위 즉, 상위경계값, 하위경계값 및 검지상태 구간 등을 설정할 수 있으므로, 시스템의 연산 처리속도 및 처리시간 등의 효율성을 극대화할 수 있다.

셋째, 지자기 센서와 같이 일정 크기의 감지범위를 갖는 센서의 경우, 감지대상을 미리 감지한 감지데이터 또는 감지시점이 지난 후에 감지된 감지데이터가 포함된 센서출력 신호 중 유효한 데이터만을 추출하도록 분석이 가능하다.

즉, 비 정기적으로 불특정기간에 발생하는 센서출력 신호에서 유효데이터가 어느 시점에서 시작하여 어느 시점에서 종료되는 지를 명확하게 추출할 수 있는 효과를 구현한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서출력 분석 시스템의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 최적의 검지상태구간을 설정하기 위한 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식을 적용된 예를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서출력 분석 시스템의 각 구성의 기능을 설명하기 위해 정현파 형태로 입력되는 센서출력 신호의 그래프이며,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서출력 분석 방법의 각 단계를 나타낸 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서출력 분석 시스템의 구성을 설명하기로 한다.

여기서, 도 3은 본 발명에 따른 센서신호 수신부(210)에 수신된 센서출력 신호가 상기 신호변환부(220)에 의해 신호변환된 센서출력 신호의 파형을 나타낸 그래프이며, MV는 상기 센서가 갖는 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV : Mean Value), UL 및 LL은 상기 센서출력 신호의 상위경계값(Upper Limit)과 하위경계값(Lower Limit), Idle State 및 Detection State는 대기상태 구간 및 검지상태 구간을 나타낸다. 또한, Ot는 감지대상의 점유시간(점유율)이며, S1 내지 S35는 샘플링주기로서 센서출력값을 의미한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센서출력 분석 시스템은, 센서신호 수신부(210), 신호변환부(220), 경계값 설정부(230), 검지상태구간 설정부(240), 제어부(250) 및 데이터베이스(260)를 포함하여 구비될 수 있다.

상기 센서신호 수신부(210)는, 센서로부터 감지된 센서출력 신호를 수신하는 기능을 하며, 상기 센서출력 신호는 정현파 형태의 아날로그 출력신호로 입력될 수 있다.

상기 신호변환부(220)는, 상기 센서신호 수신부(210)에 수신된 상기 센서출력 신호를 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기로 샘플링(Sampling)하여 신호변환(Analog to Digital Conversion)한다.

여기서, 상기 신호변환부(220)는, 상기 샘플링 주파수를 상기 센서로부터 수신되는 센서출력 신호의 최대 대역폭의 두 배가 되도록 증폭하는 것이 바람직한데, 이는 상기 센서신호 수신부(210)에 수신된 아날로그 형태의 센서출력 신호를 안정적으로 샘플링하여 완전하게 재생하기 위함이다.

즉, 상기 신호변환부(220)는, 상기 센서신호 수신부(210)에 수신된 센서출력 신호가, 8Hz일 경우에는 16Hz 이상으로, 16Hz일 경우에는 32Hz 이상으로, 32Hz일 경우에는 64Hz 이상으로, 64Hz일 경우에는 128Hz 이상으로, 128Hz일 경우에는 256Hz 이상으로, 256Hz일 경우에는 512Hz 이상으로, 512Hz일 경우에는 1048Hz 이상으로, 1048Hz일 경우에는 2096Hz 이상으로 중폭하는 기능을 수행하는 것이다.

상기 경계값 설정부(230)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 센서출력 신호의 상위경계값(Upper Limit:UL)과 하위경계값(Lower Limit:LL)을 설정하여, 상기 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)을 기준으로 샘플링된 센서출력 신호를 Out 신호 이벤트와 In 신호 이벤트로 구분한다.

여기서, 상기 Out 신호 이벤트는 상기 상위경계값 및 하위경계값(LL)을 벗어난 샘플링된 센서출력 신호, In 신호 이벤트는 상기 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)에 포함된 샘플링된 센서출력 신호를 의미한다.

즉, 도 3을 참조하여 센서출력 신호의 파형의 각 샘플링주파수(S1 내지 S35)를 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)을 기준으로 Out 신호 이벤트와 In 신호 이벤트를 구분하여 보면, S1 내지 S7은 MV와 LL의 사이에 위치하므로 In 신호 이벤트, S8 내지 S14는 LL을 벗어나 위치하므로 Out 신호 이벤트, S15, S18 내지 S20은 In 신호 이벤트, S16 및 S17은 Out 신호 이벤트, S21 내지 S25는 Out 신호 이벤트이며, S20 내지 S35는 In 신호 이벤트에 해당한다.

또한, 상기 경계값 설정부(230)는, 아래의 [수학식]과 같이, 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)을 상시 센서가 갖는 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV : Mean Value)을 기준으로 하되, 유효데이터를 산출하기 위해 연산되는 처리속도 및 처리시간의 효용성을 고려하여 각각 +3σ 및 -3σ의 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

[수학식]

상위경계값(UL) = MV + 3σ

하위경계값(LL) = MV - 3σ

이때, 상기 경계값 설정부(230)는, 상기 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV)를 아래의 [수학식]에 의해 산출할 수 있다.

[수학식]

y(1) = x(1)

y(2) = y(1)/2 + x(2)/2

y(3) = y(2)*2/3 + x(3)*1/3

...

y(n) = y(n-1)*(n-1)/n + x(n)/n

MV = y(n)

(여기서, 상기 x(n)은 대기상태에서의 n번째 센서출력 신호값, y(n-1)은 상기 MV를 산출하기 위한 n-1번째 저장된 값)

따라서, 바로 직전에 저장된 y(n-1)값과 n번째 센서출력 신호값 x(n)만으로도 MV를 계산할 수 있다. 즉, MV = (x(1) + x(2) + ... + x(n))/n

또한, 상기 경계값 설정부(230)는, 상기 3σ값을 아래의 [수학식]에 의해 산출할 수 있다.

[수학식]

z(1)= x(1)*x(1)

z(2)= z(1) + x(2)*x(2)

z(3) = z(2) + x(3)*x(3)

...

z(n) = z(n-1) + x(n)*x(n)

var(x) = z(n)/n - y(n)*y(n) → variance

σ = SQRT(var(x))

3σ = 3(SQRT(var(x)))

(여기서, 상기 x(n)은 대기상태에서의 n번째 센서출력 신호값, y(n)은 상기 MV를 산출하기 위한 n번째 임의의 상수, z(n)은 상기 σ를 산출하기 위한 n번째 임의의 상수)

따라서, 바로 직전에 저장된 z(n-1)값과 n번째 센서출력 신호값 x(n)만으로도 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL) 위치의 기준치인 3σ를 계산할 수 있는 것이다.

여기서, 본 발명의 경계값 설정부(230)는, 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)의 위치를 결정하기 위한 표준편차는 ±3σ인 것으로 설명하였으나, 이에 국한되는 것은 아니며, ±3σ 이하의 표준편차 즉, ±1σ 또는 ±2σ로도 설정할 수 있다.

그러나, Gaussian 백색잡음의 경우 표준편차 ±1σ과 ±2σ의 오류발생율은 각각 68.3%와 95.4%로서 연산 처리속도 및 처리속도는 증대될 수 있겠으나 정확한 유효데이터를 추출하기에 제한이 된다.

또한, ±3σ 이상의 표준 편차, 즉 ±6σ로도 설정할 수 있다. 그러나, 상기 ±6σ의 경우에는 오류발생율이 99.9997%로 신뢰도있는 정확한 유효데이터를 추출할 수는 있겠으나 상기 센서출력 신호로부터 유효데이터를 추출하기 위해 연산되는 위한 과정이 복잡하여 연산 처리속도 및 처리시간이 과도해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 경계값 설정부(230)에서의 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)의 위치를 결정하기 위한 표준편차는, 상기 센서출력 분석 시스템의 연산 처리속도 및 처리시간을 고려하여 적정범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.

상기 검지상태구간 설정부(240)는, N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라, 제1대기상태(I1)에서 N개의 Out 신호가 연속적으로 발생하면 검지상태로 상태전이하며, 제M검지상태(DM)에서 M개의 In 신호가 연속적으로 발생하면 대기상태로 상태전이하는 알고리즘을 적용하되, 상기 N값과 M값의 크기를 지정하여 검지상태구간을 설정한다.

여기서, 상기 N과 M은 검지상태구간을 설정하기 위해 FSA 방식에 적용되는 임의의 상수로서, 각각 대기상태의 개수와 검지상태의 개수를 의미한다.

상기 대기상태의 개수인 N 및 검지상태의 개수 M은 본 발명에 따른 센서출력 분석 시스템의 오류발생율, 연산 처리속도 및 처리시간을 고려하여 적정범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)이 ±3σ(99.7%)로 설정된 환경에서 상기 N이 1일 경우, 상기 센서출력 신호에 대한 검지 오류가 발생할 확률 R은 상기 ±3σ가 갖는 오류발생률이 0.3%이므로 0.003(1- 0.997)이며, 상기 N이 2일 경우 상기 검지 오류가 두 번 연속으로 발생할 확률은 R*R = (0.003)**2이다.

또한, 상기 N이 3일 경우 상기 검지 오류가 세 번 연속으로 발생할 확률은 R**3 = (0.003)**3이며, 상기 N이 4일 경우 상기 검지 오류가 네 번 연속으로 발생할 확률은 R**4 = (0.003)**4이다.

즉, N이 n일 경우, 상기 검지 오류가 연속으로 발생할 확률은 R**n = (0.003)**n 인 것이다.

또한, 상기 M이 7일 경우, 상기 센서출력 신호값이 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)의 사이에 위치할 확률은 0.5**7 = 2.5*10**(-6)이다. 따라서, 상기 제어부(250)가 상기 검지오류로 인하여 조기에 센서출력 신호가 끝났다고 판단하는 경우는 매우 희박하다고 할 수 있으므로 상기 센서출력 신호의 주기를 정확하게 측정할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 상기 N 및 M이 증대될 경우에는 검지 오류가 발생할 확률이 감소하나 연산이 복잡하여 본 발명의 센서출력 분석 시스템에서 연산 처리하는데 소요되는 처리시간이 길어지게 되며, 상기 N 및 M이 감소될 경우에는 상기 센서출력 신호에 대한 검지 오류 발생률이 증가되어 결과값에 대한 신뢰성이 낮아질 수 있다. 따라서, 상기 대기상태의 개수인 N 및 검지상태의 개수 M은 상기 검지 오류 발생율, 시스템의 연산 처리속도 및 처리시간을 고려하여 적정범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 검지상태구간 설정부(240)는, 상기 4 Out 7 In FSA 방식에 따라 검지상태 또는 대기상태가 상태전이하는 알고리즘을 적용된 아래의 [표 1]과 같은 센서출력 신호의 이벤트 테이블에 의해 상기 검지상태구간을 설정할 수 있다.

State	센서출력 신호 Event
State	O (Out)	I (In)
I1	I2	I1
I2	I3	I1
I3	I4	I1
I4	D7	I1
D7	D7	D6
D6	D7	D5
D5	D6	D4
D4	D5	D3
D3	D4	D2
D2	D3	D1
D1	D2	I1

(여기서, I1 내지 I4는 대기상태, D1 내지 D7은 검지상태를 의미함 )

즉, 도 3을 참조하여 센서출력 신호의 파형의 각 샘플링주파수(S1 내지 S35)를 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)을 기준으로 Out 신호 이벤트와 In 신호 이벤트를 구분하여 보면, S1 내지 S8은 MV와 LL의 사이에 위치하므로 In 신호 이벤트, S9 내지 S14는 LL을 벗어나 위치하므로 Out 신호 이벤트, S15, S18 내지 S20은 In 신호 이벤트, S16 및 S17은 Out 신호 이벤트, S21 내지 S24는 Out 신호 이벤트이며, S20 내지 S35는 In 신호 이벤트에 해당한다.

도 2, 도 3 및 상기 [표]를 참조하면, 최초 상태인 대기상태(I1)에서 시작하여, 센서출력 신호의 첫번째 신호값인 S1이 입력되면, 상기 S1 내지 S7의 센서출력 신호 이벤트는 모두 I(In)에 해당하므로 상기 대기상태(I1)에 머물게 된다.

또한, S8의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 대기상태(I1)에서 대기상태(I2)로 이동하며, S9의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 대기상태(I2)에서 대기상태(I3)로 이동, S10의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 대기상태(I3)에서 대기상태(I4)로 이동한다.

S11의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 대기상태(I4)에서 상태전이하여 검지상태(D7)로 이동하게 된다.

S12 및 S14의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 모두 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D7)에 머물게 된다.

S15의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D7)에서 검지상태(D6)로 이동, S16의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D6)에서 검지상태(D7)로 이동, S17의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D7)에서 머물게 된다.

S18의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D7)에서 검지상태(D6)로 이동, S19의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D6)에서 검지상태(D5)로 이동, S20의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D5)에서 검지상태(D4)로 이동한다.

S21의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D4)에서 검지상태(D5)로 이동, S22의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D5)에서 검지상태(D6)로 이동, S23의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 상기 검지상태(D6)에서 검지상태(D7)로 이동, S24 및 S25의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 O(Out)에 해당하므로 모두 상기 검지상태(D7)에서 머물게 된다.

S26의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D7)에서 검지상태(D6)로 이동, S27의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D6)에서 검지상태(D5)로 이동, S28의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D5)에서 검지상태(D4)로 이동, S29의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D4)에서 검지상태(D3)로 이동, S30의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D3)에서 검지상태(D2)로 이동, S31의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D2)에서 검지상태(D1)로 이동하며, S32의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 I(In)에 해당하므로 상기 검지상태(D1)에서 상태전이하여 대기상태(I1)으로 이동하게 된다.

이후, S32 내지 S35의 신호값의 센서출력 신호 이벤트는 모두 I(In)에 해당하므로 상기 대기상태(I1)에서 머물게 된다.

상기와 같이, 대기상태에서 검지상태로 상태가 전이되는 순간은 S11의 신호값의 센서출력 신호가 입력되는 순간이며, 상기 검지상태에서 대기상태로 상태가 전이되는 순간은 S32가 입력되는 순간이다.

따라서, 입력된 센서출력 신호 중 검지상태 구간(Detection States)에 해당하는 센서출력 신호는 S11 내지 S31의 신호값의 센서출력 신호이다.

즉, 상기 입력된 센서출력 신호 중 유효데이터는 상기 검지상태 구간에 포함되는 신호들로써, 유효데이터의 시작은 S11의 신호값의 센서출력 신호이며, 유효데이터의 끝은 S31의 신호값의 센서출력 신호인 것이다.

또한, 상기 입력된 센서출력 신호의 샘플링 주파수율이 128Hz(초당 샘플링 횟수 128회)일 경우, 상기 유효데이터의 점유시간(Ot)은 상기 검지상태 구간에 머문 횟수를 초당 샘플링 횟수(초)로 나눈 값으로 계산할 수 있는데, 상술한 바와 같이, 상기 센서출력 신호가 검지상태 구간에 머문 횟수는 S11 내지 S31까지 24회이므로, 점유시간(Ot)= 24 / 128 = 0.1875 초 인 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 센서출력 분석 시스템은 비 정기적으로 불특정기간에 발생하는 센서출력 신호에서 유효데이터가 어느 시점에서 시작하여 어느 시점에서 종료되는 지를 명확하게 추출할 수 있는 것이다.

상기 제어부(250)는, 본 발명에 따른 센서출력 시스템의 각 구성 즉, 상기 센서신호 수신부(210), 신호변환부(220),경계값 설정부(230), 검지상태구간 설정부(240) 및 데이터베이스(260)를 중앙제어하는 구성요소로서, 상기 샘플링된 센서출력 신호 중 상기 검지상태구간 설정부(240)에 의해 설정된 검지상태구간에 해당하는 센서출력 신호를 유효데이터로 판단하여 추출하며, 추출한 데이터를 데이터베이스(260)로 전송하여 저장한다. 또한, 센서가 갖는 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV : Mean Value)을 연산하며, 상기 평균값(MV)에 따른 각 표준편차별 각 위치를 지정한다.

상기 데이터베이스(260)는, 상기 센서신호 수신부(210)에 수신된 센서출력 신호, 신호변환부(220)에 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기 즉, 입력된 센서출력 신호에 대응하여 증폭시키 위한 샘플링 주파수의 크기에 대한 데이터가 저장된다.

또한, 상기 데이터베이스(260)는, 상기 센서가 갖는 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV) 및 상기 평균값(MV)에 따른 각 표준편차별(1σ, 2σ, 3σ 및 6σ) 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)의 위치에 대한 데이터를 저장한다.

더불어, 상기 검지상태구간 설정부(240)에 적용되는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 대한 알고리즘 및, 상기 대기상태의 개수 N과 검지상태의 개수 M의 설정된 값에 따라 검지상태구간에 설정되기 위한 위치 데이터를 저장한다.

다음으로는, 본 발명의 바람직한 실시예에 실시예에 따른 센서출력 분석 시스템을 이용하여 센서출력을 분석하기 위한 센서출력 분석 방법을 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센서출력 분석 방법은, 센서신호 수신 단계(S101), 신호변환 단계(S103), 경계값 설정 단계(S105), 검지상태구간 설정 단계(S107) 및 유효데이터 추출 단계(S109)을 포함할 수 있다.

먼저, 상기 센서신호 수신 단계(S101)은, 센서로부터 감지된 센서출력 신호를 수신하는 단계로서, 정현파 형태로 입력되는 아날로그 출력신호가 센서신호 수신부(210)로 수신된다.

이어서, 상기 신호변환 단계(S103)는,상기 센서신호 수신부(210)에 수신된 상기 센서출력 신호를 신호변환부(220)가 전달받아 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기로 샘플링하여 신호변환하는 단계로서, 상기 센서신호 수신부(210)로 수신된 아날로그 형태의 센서출력 신호를 안정적으로 샘플링하여 완전하게 재생하기 위해, 상기 샘플링 주파수를 상기 센서로부터 수신되는 센서출력 신호의 최대 대역폭의 두 배가 되도록 증폭한다.

즉, 상기 신호변환 단계(S103)는, 신호변환부(220)를 통해 상기 센서신호 수신부(210)에 수신된 센서출력 신호가, 8Hz일 경우에는 16Hz 이상으로, 16Hz일 경우에는 32Hz 이상으로, 32Hz일 경우에는 64Hz 이상으로, 64Hz일 경우에는 128Hz 이상으로, 128Hz일 경우에는 256Hz 이상으로, 256Hz일 경우에는 512Hz 이상으로, 512Hz일 경우에는 1048Hz 이상으로, 1048Hz일 경우에는 2096Hz 이상으로 중폭하는 것이다.

다음으로, 상기 경계값 설정 단계(S105)는, 상기 센서출력 신호의 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)를 설정하여, 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)을 기준으로 샘플링된 센서출력 신호를 Out 신호 이벤트와 In 신호 이벤트로 구분하는 단계로서, 상기 센서출력 시스템의 연산 처리속도 및 처리시간을 고려하여, 상기 경계값 설정부(230)는, 아래의 [수학식]과 같이, 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)을 상시 센서가 갖는 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV : Mean Value)을 기준으로 하여 각각 +3σ 및 -3σ의 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

[수학식]

상위경계값(UL) = MV + 3σ

하위경계값(LL) = MV - 3σ

이때, 상기 경계값 설정부(230)는, 상기 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV)를 아래의 [수학식]에 의해 순차적으로 산출할 수 있다.

[수학식]

y(1) = x(1)

y(2) = y(1)/2 + x(2)/2

y(3) = y(2)*2/3 + x(3)*1/3

......

y(n) = y(n-1)*(n-1)/n + x(n)/n

MV = y(n)

또는, MV = (x(1) + x(2) + ... + x(n))/n

또한, 상기 경계값 설정부(230)는,

상기 3σ값을 아래의 [수학식]에 의해 산출할 수 있다.

[수학식]

z(1)= x(1)*x(1)

z(2)= z(1) + x(2)*x(2)

z(3) = z(2) + x(3)*x(3)

......

z(n) = z(n-1) + x(n)*x(n)

var(x) = z(n)/n - y(n)*y(n) → variance

σ = SQRT(var(x))

3σ = 3(SQRT(var(x)))

(여기서, 상기 x(n)은 대기상태에서의 n번째 센서출력 신호값, y(n-1)은 상기 MV를 산출하기 위한 n-1번째 저장된 값, z(n)은 상기 σ를 산출하기 위한 n번째 임의의 상수)

이어서, 검지상태구간 설정 단계(S107)는, N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라, 제1대기상태(I1)에서 N개의 Out 신호가 연속적으로 발생하면 검지상태로 상태전이하며, 제M검지상태(DM)에서 M개의 In 신호가 연속적으로 발생하면 대기상태로 상태전이하는 알고리즘을 적용하되, 상기 N값과 M값의 크기를 지정하여 검지상태구간을 설정하는 단계이다.

다음으로, 상기 유효데이터 추출 단계(S109)는, 제어부(250)가 상기 샘플링된 센서출력 신호 중 상기 검지상태구간 설정 단계(S107)에서 설정된 검지상태구간에 해당하는 센서출력 신호를 유효데이터로 판단하여 추출하는 단계로서, 추출된 데이터는 데이터베이스(260)에 저장된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 센서출력 분석 시스템의 구성에 따라, 주변의 전자기적인 영향에 의해 순간적으로 도약하는 형태의 펄스(Pulse) 신호 등의 잡음신호가 센서에 의해 감지되더라도 정상적인 유효데이터를 추출할 수 있음은 물론, 센서출력 분석 시스템이 갖는 연산처리 능력에 따라, 유효데이터를 설정하는 범위 즉, 상위경계값, 하위경계값(LL) 및 검지상태 구간 등을 설정할 수 있으므로, 시스템의 연산 처리속도 및 처리시간 등의 효율성을 극대화할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

210...센서신호 수신부 220...신호변환부
230...경계값 설정부 240...검지상태구간 설정부
250...제어부 260...데이터베이스
S101...센서신호 수신 단계 S103...신호변환 단계
S105...경계값 설정 단계 S107...검지상태구간 설정 단계
S109...유효데이터 추출 단계

Claims

센서로부터 감지된 센서출력 신호를 수신하는 센서신호 수신부(210);
상기 센서신호 수신부(210)에 수신된 상기 센서출력 신호를 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기로 샘플링(Sampling)하여 신호변환(Analog to Digital Conversion)하는 신호변환부(220);
상기 센서출력 신호의 상위경계값(Upper Limit)과 하위경계값(Lower Limit)을 설정하여, 상기 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)을 기준으로 샘플링된 센서출력 신호를 Out 신호와 In 신호로 구분하는 경계값 설정부(230);
N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라, 제1대기상태(I1)에서 N개의 Out 신호가 연속적으로 발생하면 검지상태로 상태전이하며, 제M검지상태(DM)에서 M개의 In 신호가 연속적으로 발생하면 대기상태로 상태전이하는 알고리즘을 적용하되, 상기 N값과 M값의 크기를 지정하여 검지상태구간을 설정하는 검지상태구간 설정부(240);
상기 샘플링된 센서출력 신호 중 상기 검지상태구간 설정부(240)에 의해 설정된 검지상태구간에 해당하는 센서출력 신호를 유효데이터로 판단하여 추출하는 제어부(250);를 포함하는 센서출력 분석 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 신호변환부(220)는,
상기 샘플링 주파수를 상기 센서로부터 수신되는 센서출력 신호의 최대 대역폭의 두 배가 되도록 증폭하는 것을 특징으로 하는 센서출력 분석 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 신호변환부(220)는,
상기 샘플링 주파수를 16Hz, 32Hz, 64Hz, 128Hz, 256Hz, 512Hz, 1048Hz, 2096Hz 중 어느 하나의 주파수의 크기로 증폭하는 것을 특징으로 하는 센서출력 분석 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 경계값 설정부(230)는,
아래의 [수학식]과 같이, 상기 상위경계값(UL) 및 하위경계값(LL)을 상시 센서가 갖는 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV : Mean Value)을 기준으로 하여, 각각 +3σ 및 -3σ의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 센서출력 분석 시스템.
[수학식]
상위경계값(UL) = MV + 3σ
하위경계값(LL) = MV - 3σ
제 4항에 있어서,
상기 경계값 설정부(230)는,
상기 대기상태에서의 센서출력 신호의 평균값(MV)를 아래의 [수학식]에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 센서출력 분석 시스템.
[수학식]
y(1) = x(1)
y(2) = y(1)/2 + x(2)/2
y(3) = y(2)*2/3 + x(3)*1/3
......
y(n) = y(n-1)*(n-1)/n + x(n)/n
MV = y(n)
또는, MV = (x(1) + x(2) + ... + x(n))/n
(여기서, 상기 x(n)은 대기상태에서의 n번째 센서출력 신호값, y(n-1)은 상기 MV를 산출하기 위한 n-1번째 저장된 값)
제 5항에 있어서,
상기 경계값 설정부(230)는,
상기 3σ값을 아래의 [수학식]에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 센서출력 분석 시스템.
[수학식]
z(1)= x(1)*x(1)
z(2)= z(1) + x(2)*x(2)
z(3) = z(2) + x(3)*x(3)
......
z(n) = z(n-1) + x(n)*x(n)
var(x) = z(n)/n - y(n)*y(n) → variance
σ = SQRT(var(x))
3σ = 3(SQRT(var(x)))
(여기서, 상기 x(n)은 대기상태에서의 n번째 센서출력 신호값, y(n-1)은 상기 MV를 산출하기 위한 n-1번째 저장된 값, z(n)은 상기 σ를 산출하기 위한 n번째 임의의 상수)
제 1항에 있어서,
상기 검지상태구간 설정부(240)는,
상기 N값은 4로, 상기 M값은 7로 설정(N = 4, M = 7)하여,
4개의 대기상태(I1, I2, I3, I4)와 7개의 검지상태(D1, D2, D3, D4, D5, D6 및 D7)를 갖는 4 Out 7 In FSA 방식에 따라 검지상태 또는 대기상태가 상태전이하는 알고리즘을 적용하여 검지상태구간을 설정하는 것을 특징으로 하는 센서출력 분석 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 검지상태구간 설정부(240)는,
상기 4 Out 7 In FSA 방식에 따라 검지상태 또는 대기상태가 상태전이하는 알고리즘을 적용된 아래의 [표 2]와 같은 이벤트 테이블에 의해 상기 검지상태구간을 설정하는 것을 특징으로 하는 센서출력 분석 시스템. State 센서출력 신호 Event O (Out) I (In)
I1

I2
I1
I2

I3
I1
I3

I4
I1
I4

D7
I1
D7

D7
D6
D6

D7
D5
D5

D6
D4
D4

D5
D3
D3

D4
D2
D2

D3
D1
D1

D2
I1

(여기서, I1 내지 I4는 대기상태, D1 내지 D7은 검지상태를 의미함 )
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부(250)는,
상기 센서에 감지된 센서출력 신호 중 상기 유효데이터의 점유시간(Ot)은, 아래의 수학식과 같이 상기 검지상태(D1 내지 D7)에 머문 횟수에서 상기 신호변환부(220)에 의해 신호변환된 초당 샘플링 횟수를 나눈 값으로 추출하는 것을 특징으로 하는 센서출력 분석 시스템.
[수학식]
점유시간(Ot) = 검지상태에 머문 횟수 / 초당 샘플링 수
센서로부터 감지된 센서출력 신호를 수신하는 센서신호 수신 단계(S101);
수신된 상기 센서출력 신호를 미리 설정된 샘플링 주파수의 크기로 샘플링(Sampling)하여 신호변환(Analog to Digital Conversion)하는 신호변환 단계(S103);
상기 센서출력 신호의 상위경계값(Upper Limit:UL)과 하위경계값(Lower LimitUL)을 설정하여, 상기 상위경계값(UL)과 하위경계값(LL)을 기준으로 샘플링된 센서출력 신호를 Out 신호와 In 신호로 구분하는 경계값 설정 단계(S105);
N 개의 대기상태(I1 내지 IN)와 M 개의 검지상태(D1 내지 DM)를 갖는 N Out M In FSA(Finite State Agent) 방식에 따라, 제1대기상태(I1)에서 N개의 Out 신호가 연속적으로 발생하면 검지상태로 상태전이하며, 제M검지상태(DM)에서 M개의 In 신호가 연속적으로 발생하면 대기상태로 상태전이하는 알고리즘을 적용하되, 상기 N값과 M값의 크기를 지정하여 검지상태구간을 설정하는 검지상태구간 설정 단계(S107);
상기 샘플링된 센서출력 신호 중 상기 검지상태구간 설정 단계(S107)에서 설정된 검지상태구간에 해당하는 센서출력 신호를 유효데이터로 판단하여 추출하는 유효데이터 추출 단계(S109);를 포함하는 센서출력 분석 방법.