KR101260789B1 - 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치 및 방법 - Google Patents

다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치 및 방법 Download PDF

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최경천
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Abstract

본 발명은 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 게이트에 설치되며 상기 게이트를 통과하는 대상물의 적외선 파장을 인식하여 상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에 대한 대상물의 존재를 감지하는 움직임 센서와, 상기 게이트에 설치되며 상기 대상물의 온도를 감지하는 온도 센서, 및 상기 움직임 센서와 상기 온도 센서의 감지 값을 이용하여 상기 움직임 센서와 상기 온도 센서의 동작 시점을 제어하여 상기 게이트에 대한 상기 대상물의 진행 방향을 판단하는 제어부를 포함하는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치를 제공한다.
상기 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치 및 방법에 따르면, 게이트 부분에 설치된 움직임 센서와 온도 센서를 이용하여 대상물의 존재 여부뿐만 아니라 게이트에 대한 대상물의 진행 방향의 판단이 가능하고 그에 따른 대상물의 카운트 정보를 획득할 수 있어서 이를 필요로 하는 각종 애플리케이션에 유용하게 사용될 수 있는 이점이 있다.

Description

다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치 및 방법{Apparatus for sensing object using sensors and method for thereof}
본 발명은 다중 센서를 이용한 대상물 감지 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정한 양의 적외선을 띈 대상물의 적외선 파장을 감지하여 대상물을 감지하는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 PIR Sensor(Pyroelectric Infrared Sensor)는 적외선을 띤 물체가 일정 거리에서 움직이는 것을 감지하는 센서로서 인체의 온도인 36.5도를 기준으로 약 7.5 ~ 13.5㎛의 파장 대역을 감지한다.
센서의 표면에는 필터가 있어서 센서가 요구하는 파장 대역은 강하게 통과시키고 나머지는 통과를 저해한다. 필터를 통과한 파형은 내부의 감지/증폭요소(FET)에 의해 축출/증폭된다. 따라서, 센서는 일정한 양의 적외선을 띈 물체가 움직이면 이를 감지하여 출력을 내고 움직임이 없으면 출력을 내지 않는다.
현재 일반적으로 이와 같은 센싱 기술은 조명, 경보기, 에어컨, 자동차, 가전제품 등에 적용되고 있으며, 특히 자동개폐 도어, 자동 조명, 보안 분야에 대표적으로 많이 사용되고 있다.
자동 조명과 관련된 기술은 국내공개특허 제1996-0016640호에 개시되어 있다. 이는 실내공간 내에 사람이 입실하는 상태가 감지되면 실내등이 점등되도록 하고, 소정시간이 경과된 이후 사람의 입실상태가 감지되지 않으면 점등된 실내등이 자동으로 소등되도록 하는 실내등 점멸 제어 장치이다. 그런데 이러한 종래 기술은 단지 적외선을 띈 물체의 유무를 판단하는 정도에 지나지 않으며, 물체의 방향성을 감지하거나 물체를 카운트(count)하는 기능은 전혀 제공할 수 없어 적용 범위가 매우 협소하고 제한적인 단점이 있다.
현재 PIR Sensor를 적용한 대부분의 인체감지 회로는 ADC(Analog Digital Converter)의 구성이 주를 이루고 있다. ADC는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 역할을 하기 때문에 ADC 자체로도 중요성을 가지지만, ADC 동작 이전에 아날로그 신호를 원신호에 가깝도록 하거나 ADC하기 좋은 조건을 만들어주기 위하여 기존에는 Op-amp를 이용하여 신호를 증폭 또는 필터링한다.
보통, Op-amp에 의한 아날로그 신호의 처리 과정은 증폭, 잡음 제거를 위한 필터링, 등이 주요한 기능이나, 그 구성이 매우 복잡하고 저전류 회로를 구성하기에 적합하지 않으며 인체 여부의 식별은 용이하나 인체의 움직임에 따른 방향성과 이를 기반으로 인체의 카운트 데이터를 얻어내는 것은 불가능한 단점이 있다.
이는 상당한 노이즈와 주변 환경변수, 온도와 햇빛 교란 등의 문제로 인하여 방향 데이터를 얻어내기 매우 어렵고, 특히 사람이 머물러 있다가 일정 시간 경과 후 무작위 방향으로 움직이는 경우는 그 방향을 검출하기가 더욱 불가능한 이유와 관계된다. 또한 이는 기존 PIR Sensor들의 특성과 관련한 것으로 인체의 움직임이 계속되는 경우에는 인체 변화의 파장을 얻어내지만, 인체가 움직임이 없이 정적인 상태를 유지하면 파장은 금방 사라져 감지를 하기 어렵기 때문이다.
본 발명은, 게이트 설치된 움직임 센서와 온도 센서를 이용하여 대상물의 존재 여부뿐만 아니라 게이트에 대한 대상물의 진행 방향을 판단할 수 있는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 게이트에 설치되며 상기 게이트를 통과하는 대상물의 적외선 파장을 인식하여 상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에 대한 대상물의 존재를 감지하는 움직임 센서와, 상기 게이트에 설치되며 상기 대상물의 온도를 감지하는 온도 센서, 및 상기 움직임 센서와 상기 온도 센서의 감지 값을 이용하여 상기 움직임 센서와 상기 온도 센서의 동작 시점을 제어하여 상기 게이트에 대한 상기 대상물의 진행 방향을 판단하는 제어부를 포함하는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치를 제공한다.
여기서, 상기 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치는, 상기 게이트에 대한 상기 대상물의 진행 방향, 또는 상기 진행 방향을 바탕으로 카운트되는 상기 대상물의 진입 또는 진출 개수에 대한 정보를 외부 기기로 무선 전송하는 무선 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장이 최초 감지되면 상기 온도 센서를 온 구동시키고 상기 움직임 센서를 오프 구동시켜서 상기 대상물의 온도를 감지하도록 제어한 다음, 상기 대상물의 온도가 다시 임계치 미만으로 떨어지면 상기 온도 센서를 오프 구동시키고 상기 움직임 센서를 온 구동시켜서 상기 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장을 2차로 감지하도록 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장이 최초 감지되면 상기 온도 센서를 온 구동시켜서 상기 대상물의 온도를 감지하도록 제어하되, 상기 대상물의 온도가 임의 기준값을 초과하면 상기 움직임 센서를 오프 구동시킬 수 있다.
그리고, 상기 움직임 센서는, 센서 본체와, 상기 센서 본체에서 상기 게이트의 진입 지점에 대응되는 부분에 구비되고, 상기 대상물로부터 감지되는 파장 값을 음 또는 양의 값으로 제공하는 제1 센싱코어, 및 상기 센서 본체에서 상기 게이트의 진출 지점에 대응되는 부분에 구비되고, 상기 대상물로부터 감지되는 파장 값을 상기 제1 센싱코어와 반대되는 양 또는 음의 값으로 제공하는 제2 센싱코어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 움직임 센서 및 상기 온도 센서는, 전방에 각각 프레즈넬 렌즈가 결합되어 있을 수 있다. 또한, 상기 움직임 센서 및 상기 온도 센서는 각각 움직임 PIR(Pyroelectric Infrared) 센서 및 온도 PIR 센서일 수 있다.
그리고, 본 발명은 게이트에 설치되는 움직임 센서를 이용하여 상기 게이트를 통과하는 대상물의 적외선 파장을 인식하여 상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에 대한 대상물의 존재를 감지하는 단계와, 상기 게이트에 설치되는 온도 센서를 이용하여 상기 대상물의 온도를 감지하는 단계, 및 상기 움직임 센서와 상기 온도 센서의 감지 값을 이용하여 상기 움직임 센서와 상기 온도 센서의 동작 시점을 제어하여 상기 게이트에 대한 상기 대상물의 진행 방향을 판단하는 단계를 포함하는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 방법을 제공한다.
여기서, 상기 다중 센서를 이용한 대상물 감지 방법은 상기 게이트에 대한 상기 대상물의 진행 방향, 또는 상기 진행 방향을 바탕으로 카운트되는 상기 대상물의 진입 또는 진출 개수에 대한 정보를 외부 기기로 무선 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 대상물의 진행 방향을 판단하는 단계는, 상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장이 최초 감지되면 상기 온도 센서를 온 구동시키고 상기 움직임 센서를 오프 구동시켜서 상기 대상물의 온도를 감지하도록 제어하는 단계, 및 상기 대상물의 온도가 다시 임계치 미만으로 떨어지면 상기 온도 센서를 오프 구동시키고 상기 움직임 센서를 온 구동시켜서 상기 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장을 2차로 감지하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치 및 방법에 따르면, 게이트 부분에 설치된 움직임 센서와 온도 센서를 이용하여 대상물의 존재 여부뿐만 아니라 게이트에 대한 대상물의 진행 방향의 판단이 가능하고 그에 따른 대상물의 카운트 정보를 획득할 수 있어서 이를 필요로 하는 각종 애플리케이션에 유용하게 사용될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 움직임 센서와 온도 센서가 게이트의 측면에 설치된 예를 나타낸다.
도 3은 도 1의 움직임 센서의 구성을 나타낸다.
도 4 내지 도 6은 도 3의 움직임 센서에 의한 센싱 파형의 제1 실시예 내지 제3 실시예를 설명하는 개념도이다.
도 7은 도 1의 제어부에 의한 센서의 동작 시점 제어를 설명하는 개념도이다.
도 8은 도 1을 이용한 대상물 감지 방법의 흐름도이다.
도 9는 도 1을 이용한 방향 및 카운트 데이터 획득 방법의 상세 흐름도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치의 구성도이다. 상기 대상물 감지 장치(100)는 움직임 센서(110), 온도 센서(120), 제어부(130), 무선 모듈(140)을 포함한다.
상기 움직임 센서(110) 및 상기 온도 센서(120)는 대상물이 출입 가능한 게이트(10)(Gate) 부분에 설치된다. 예를 들어, 움직임 센서(110)와 온도 센서(120)는 게이트(10)의 상면이나 측면 등에 설치될 수 있다.
여기서, 게이트(10)는 대상물이 통과 가능한 통로 형태라면 무관하며, 도어(door)가 있는 것과 없는 것을 구분하지 않는다. 또한, 상기 대상물은 고유의 적외선 파장을 내포하는 물체라면 무관하며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 대상물이 사람(인체)인 경우를 예로 하여 설명한다.
상기 움직임 센서(110)는 다중 FET가 적용된 PIR(Pyroelectric Infrared) 센서로 구현될 수 있으며, 상기 게이트(10)를 통과하는 대상물의 적외선 파장을 인식하여 상기 게이트(10)의 진입 또는 진출 지점에 대한 대상물의 존재를 감지한다. 즉, 움직임 센서(110)는 대상물에서 발산하는 적외선 파장(ex, 사람의 체온(36.5도)을 기준으로 약 7.5~13.5㎛의 적외선 파장)을 검출하여 대상물을 인지한다.
이러한 움직임 센서(110)는 디지털 PIR 센서로 구현되어, 움직임 감지 값인 감지된 파장의 크기를 14bit의 2진 데이터 비트(Binary Data Bit)로 검출한 후 이를 십진 데이터(Decimal Data)로 변환 처리하고, 사람의 움직임만을 감지하는 파장 필터링을 거친다. 디지털 PRI 센서의 경우, 복잡한 OP-Amp 회로 구성을 포함하지 않으므로 센서의 소형화 및 무선화가 가능한 이점이 있다. 이러한 움직임 센서(110)는 예를 들어 감지값의 변이를 7~16 ㎳ 주기로 분석하여 디지털 값을 취득할 수 있다.
상기 온도 센서(120)는 게이트에 설치되어 대상물의 온도를 감지하는 부분이다. 이러한 온도 센서(120) 또한 디지털 PIR 센서로 구현 가능하고 온도 감지가 가능한 공지된 다양한 형태의 센서로 구현될 수 있다. 물론, 움직임 센서(110)와 온도 센서(120)는 디지털 또는 아날로그 타입으로 구현될 수 있다.
도 2는 도 1의 움직임 센서와 온도 센서가 게이트의 측면에 설치된 예를 나타낸다. 이러한 도 2는 움직임 센서(110)와 온도 센서(120)가 게이트(10)의 측면 부근에 배치되어, 게이트(10)를 지나가는 사람을 측면에서 감지하는 예이다. 여기서, 움직임 센서(110)와 온도 센서(120)의 전방에는 각각 프레즈넬 렌즈(F)가 결합되어 있다. 이러한 프레즈넬 렌즈(F)는 각 센서(110,120)의 시야각을 좁혀 주어 센싱의 정확도를 높이고 센싱 능력을 증가시킨다. 프레즈넬 렌즈(F) 이외에도, 본 발명은 각각의 PIR 센서 즉, 움직임 PIR 센서와 온도 PIR 센서의 Filtering을 위한 주문제작형 Window를 포함한다.
도 2의 (a)는 게이트(10)에 대한 정면 뷰로서, 프레즈넬 렌즈(F)의 장착 움직임 센서(110)의 상하방향 시야각은 50°, 온도 센서(120)의 상하 방향 시야각은 22°로 조절된다. 도 2의 (b)는 게이트(10)에 대한 평면 뷰로서 프레즈넬(F) 렌즈의 장착 시 움직임 센서(110)의 전후 방향 시야각은 10.9°로 조절되고, 온도 센서(120)의 전후 방향 시야각은 10.9°로 동일하게 조절된다.
. 만약, 프리즈넬 렌즈(F)가 장착되지 않을 경우에는 상하방향 시야각은 90°, 전후방향 시야각은 100°로서 시야각이 매우 넓고 센싱 능력이 떨어지는 단점이 있다.
상기 제어부(130)는 상기 움직임 센서(110)와 상기 온도 센서(120)의 감지 값을 이용하여 상기 움직임 센서(110)와 상기 온도 센서(120)의 동작 시점을 제어하여, 상기 게이트(10)에 대한 상기 대상물의 진행 방향(ex, In 방향, Out 방향)을 판단한다.
기존에는 움직임 센서(110)나 온도 센서(120) 중에서 둘 중 하나만 적용하여 실내 공간에 사람이 진입한 여부만 감지하는 수준의 기술에 한정되어 있으나, 본 발명은 움직임 센서(110)와 온도 센서(120)의 동작 시점의 제어뿐만 아니라, 해당 시점에서 관측되는 각 센서(110,120)의 센싱값을 바탕으로 하여 대상물의 방향성 즉, 진행 방향까지 판단할 수 있다. 즉, 본 발명은 대상물이 게이트(10)로 들어오는(In) 순행 방향인지, 게이트(10) 밖으로 나가는(Out) 역행 방향인지, 또는 대상물이 게이트(10)로 들어오다(통과하다) 다시 나가는 리턴 방향인지 등을 손쉽게 파악할 수 있다.
여기서, 대상물의 진행 방향이 판단되면, 게이트(10) 내로 들어온 사람의 총 인원, 게이트(10) 외부로 나간 사람의 총 인원, 현재 게이트(10) 내의 실내 공간에 존재하는 사람의 총 인원 또한 손쉽게 파악할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 게이트(10)에 대한 대상물의 진행 방향뿐만 아니라, 이를 바탕으로 카운트 가능한 대상물의 진입 또는 진출 개수에 관한 정보를 더 판단할 수 있다. 예를 들면, 진입 시에는 +카운트, 진출 시에는 -카운트를 수행할 수 있다. 물론, 게이트(10) 내로 진입된 인원으로부터 진출된 인원을 가산하면, 게이트(10)의 내로 진입하여 현재 실내 공간에 존재하는 잔여 인원수를 자동으로 알 수 있다.
상기 무선 모듈(140)은 상기 게이트(10)에 대한 상기 대상물의 진행 방향, 또는 상기 진행 방향을 바탕으로 카운트되는 상기 대상물의 진입 또는 진출 개수에 대한 정보를 외부 기기(200)로 무선 전송한다. 외부 기기(200)는 대상물의 진행 방향이나 진입 또는 진출 개수를 바탕으로 본연의 기능을 발현할 수 있는 애플리케이션 기기에 해당될 수 있다.
예를 들어, 외부 기기(200)란 현재 게이트(10) 내의 실내 공간에 존재하는 인원이 있는 경우 실내의 전등을 밝히는 조명 장치 또는 이를 제어하는 조명 제어 모듈, 시간당 실내 공간에 진입 또는 진출하는 인원수의 통계치를 산출하는 통계 모듈, 화재 등의 재난이 발생한 경우 현재 인원이 존재하는 실내 공간에 대해 경보 발령 또는 인명 구조를 수행하도록 제어하는 방재 모듈 등에 해당될 수 있다. 이러한 외부 기기(200)는 본 발명의 기술범주 내에서 보다 다양한 예가 존재할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 인체를 대표적인 예로 하고 있으나, 이외에도 본 발명은 고유의 적외선 파장을 내포하는 대상이 발산하는 적외선 파장을 검출하여, 움직임 감지는 물론이며 대상물의 이동 방향을 추적하고 공간에서 공간으로 이동하는 대상물의 카운트 값(ex, 진입시 +카운트, 진출시 -카운트)을 용이하게 검출할 수 있다. 더욱이, 본 발명은 이를 필요로 하는 각종 애플리케이션(전등 제어, 전열기 제어, 방범 침입, 인명구조 방재, 전기차단, 전원차단)을 위하여 대상물(ex, 사람)의 유무를 카운트 개수로 확인할 수 있도록 하고, 이에 따라 각종 응용에서 다양하고 정확한 제어(조정 대상의 온오프 또는 컨트롤)가 가능하게 하면서 통제 기능 또한 증대시킬 수 있다.
이하에서는 상기 움직임 센서(110)에 의한 센싱 파형에 관하여 상세히 알아본다. 도 3은 도 1의 움직임 센서의 구성을 나타낸다. 이러한 도 3은 설명의 편의상온도 센서(120) 부분은 생략하여 도시한 것이며, 게이트(10)를 평면에서 바라본 형태(도 2의 (b)에 대응)에 해당된다.
도 3을 참조하면, 상기 움직임 센서(110)는 제1 센싱코어(111), 제2 센싱코어(112) 및 센서 본체(113)를 포함한다. 제1 센싱코어(111)는 센서 본체(113)에서 게이트(10)의 진입 지점에 대응되는 부분에 구비되고, 반대로 제2 센싱코어(112)는 센서 본체(113)에서 게이트(10)의 진출 지점에 대응되는 부분에 구비된 것이 확인된다.
여기서, 게이트(10)에 대해 대상물이 (a)에서 (c) 방향으로 이동하는 것은 대상물이 게이트(10)의 진입 지점과 진출 지점을 거쳐 게이트(10) 내부의 공간으로 들어가는 방향에 대응된다. 반대로, 대상물이 (c)에서 (a) 방향으로 이동하는 것은 대상물이 게이트(10)의 진출 지점과 진입 지점을 차례로 거쳐 게이트(10)의 밖으로 나오는 방향에 대응된다.
상기 제1 센싱코어(111)는 이러한 대상물로부터 감지되는 파장 값을 음 또는 양의 값으로 제공한다. 그리고, 제2 센싱코어(112)는 대상물로부터 감지되는 파장 값을 상기 제1 센싱코어(111)와 반대되는 양(상승하는 파장의 감지 값) 또는 음(하강하는 파장의 감지 값)의 값으로 제공한다.
도 4는 도 3의 움직임 센서에 의한 센싱 파형의 제1 실시예를 설명하는 개념도이다. 도 4는 대상물이 진입 지점(또는 진출 지점)을 지난 다음 진출 지점(또는 진입 지점)을 통해 게이트(10)를 완전히 통과하는 '통과 파형'을 나타낸다. 이러한 도 4는 속도에 관계없이 사람이 게이트를 들어오는(IN) 방향으로 통과하는 경우 또는 나가는(OUT) 방향으로 통과하는 경우에 측정된 파형이다. 파형의 가로 축은 시간 흐름을 의미하고 세로 축은 시간별 검출된 파장 값의 크기를 의미한다.
도 4에서 사람이 게이트(10) 내로 들어오는 경우인 IN 방향을 살펴보면, 도 3의 (a) 상태와 같이 사람이 게이트(10)의 진입 지점을 지나기 시작하면서 제1 센싱코어(111)에 의한 센싱이 먼저 일어나므로 이때 검출된 파장 값은 음의 값으로 검출된다. 여기서, 사람의 진입 과정에 따라 도 3의 (a) 상태에서 (b) 상태로 가는 과정에서 초기에는 검출된 파장의 절대 크기가 점점 증가하다가 다시 0의 값으로 감소하는 경향을 갖는다.
다음, 도 4에서 도 3의 (b) 상태 이후에 해당되는 파형을 보면, 제2 센싱코어(112)에 의한 센싱이 일어나는 구간으로서 이때 검출된 파장 값은 양의 값으로 검출된다. 여기서, 도 3의 (b) 상태에서 (c) 상태로 가는 과정에서 초기에는 검출된 파장의 절대 크기가 점점 증가하다가 다시 0의 값으로 감소하는 경향을 갖는다. 사람이 게이트(10)의 진출 지점을 완전히 통과하고 나면 파장 값은 검출되지 않는다.
OUT 방향의 경우 또한 앞서 IN 방향과 동일한 원리를 가지는 것으로서, 도 4에서 도 3의 (c)에서 (b) 상태에 이르기까지의 파형을 보면 제2 센싱코어(112)에 의한 센싱이 이루어지는 구간이므로 파장 값이 양의 값으로 검출되고, 이후 (b)에서 (a) 상태까지의 파형을 보면 제1 센싱코어(111)에 의한 센싱이 이루어지는 구간이므로 다시 파장 값이 음의 값으로 검출된다.
본 발명에서는 이러한 두 센싱코어(111,112)를 사용하여 센싱 값을 양과 음의 값으로 개별 검출함에 따라 게이트(10)에 대한 사람의 진행 방향을 손쉽게 알 수 있다. 그 간단한 예를 들면, 초기에 움직임 센서(110)의 파형이 음의 값을 가진 이후 양의 값으로 전환된다면 사람이 게이트(10)를 IN 방향으로 통과한 것을 의미할 수 있고, 그 반대의 경우 OUT 방향으로 통과한 것을 의미할 수 있다.
도 5는 도 3의 움직임 센서에 의한 센싱 파형의 제2 실시예를 설명하는 개념도이다. 이러한 도 5는 대상물의 속도에 관계없이 대상물이 진입 지점(또는 진출 지점)을 지난 다음 진출 지점(또는 진입 지점)을 통해 게이트(10)를 완전히 통과하지 않고 다시 진입 지점(또는 진출 지점)을 되돌아 나오는 '통과 전 리턴 파형'(도 5의 화살표 참조)을 나타낸다. 물론, 여기서 대상물의 속도를 고려하는 경우 파형의 주기가 변경되거나 파형의 기울기가 변형될 수 있다.
도 5의 윗 그림은 대상물이 진입 지점을 지나 게이트(10)의 중심 영역에 이른 다음 다시 진입 지점을 되돌아 나오는 경우(도 3에서 (a)->(b)->(a) 과정에 대응)로서, 제1 센싱코어(111)에 의한 센싱만 이루어지므로 음의 값으로 이루어진 파형만 관찰된다.
반대로, 도 5의 아래 그림은 대상물이 진출 지점을 지나 게이트(10)의 중심 영역에 이른 다음 다시 진출 지점을 되돌아 나오는 경우(도 3에서 (c)->(b)->(c) 과정에 대응)로서, 제2 센싱코어(112)에 의한 센싱만 이루어지므로 양의 값으로 이루어진 파형만 관찰된다.
도 6은 도 3의 움직임 센서에 의한 센싱 파형의 제3 실시예를 설명하는 개념도이다. 이러한 도 6은 대상물의 속도에 관계없이 대상물이 진입 지점(또는 진출 지점)을 지난 다음 진출 지점(또는 진입 지점)을 통해 게이트(10)를 통과한 이후 다시 진입 지점(또는 진출 지점)으로 되돌아 나오는 '통과 후 리턴 파형'(도 6의 화살표 참조)을 나타낸다.
도 6의 윗 그림은 대상물이 진입 지점과 게이트(10)의 중심 영역 및 진출 지점을 지나 다시 진입 지점을 되돌아 나오는 경우(도 3에서 (a)->(b)->(c)->(b)->(a) 과정에 대응)이고, 아래 그림은 대상물이 진출 지점과 게이트(10)의 중심 영역 및 진입 지점을 지나 다시 진출 지점을 되돌아 나오는 경우(도 3에서 (c)->(b)->(a)->(b)->(c) 과정에 대응)에 해당된다.
또 다른 예로, 사람이 움직임 센서(110) 앞에 머물러 지속적으로 서있는 경우에는 사람의 움직임이 없는 경우이므로 검출되는 파형이 없을 것이다. 즉, 사람이 센서 앞에 머무르는 동안에는 검출된 파장 값이 0에 가까운 값이거나 의미 없는 파형이 불규칙적으로 지속될 것이다.
이상과 같은 도 4 내지 도 6은 움직임 센서(110)의 원리 설명을 위해 움직임 센서(110)가 항상 동작하는 경우의 파형에 해당되는 것으로서, 실제 실시예에서는 움직임 센서(110)의 동작 시점이 제어부(130)에 의해 제어됨을 이해하여야 한다. 또한, 도 4 내지 도 6은 모든 파장의 센싱 값을 검출하는 것으로 도시되어 있으나, 실제는 필터를 사용하여 임의 파장 범위(ex, 7.5~13.5㎛)만을 검출하는 것으로 구현될 수 있으며, 이러한 경우 도시한 것과 달리 0부터 7.5㎛ 파장 범위의 값은 검출하지 않도록 제어부(130)에서 필터링을 한 것이다.
도 7은 도 1의 제어부에 의한 센서의 동작 시점 제어를 설명하는 개념도이다. 이하에서는 상술한 내용을 바탕으로 하여 상기 제어부(130)에 의해 움직임 센서(110)와 온도 센서(120)의 동작 시점이 제어되는 과정을 상세히 설명한다.
상기 제어부(130)는 상기 게이트(10)의 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장이 임계치 이상으로 1차(최초) 감지되면(t1 시점), 상기 온도 센서(120)를 온 구동시키고 상기 움직임 센서(110)를 오프 구동시켜서 상기 대상물의 온도를 감지하도록 제어한다. 이후, 온도 감시를 지속하는 동안 대상물의 감지 온도가 다시 임계치 미만으로 떨어지면(t2 시점) 상기 온도 센서(120)를 오프 구동시키고 상기 움직임 센서(110)를 온 구동시켜서 상기 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장을 2차로 감지한다.
여기서, 상기 적외선 파장을 감지한다는 것은 임계값 이상의 파장(사람의 고유 파장에 상당)이 감지되는 것과 의미한다. 움직임 센서(110)에서 검출되는 파장 값은 음 또는 양의 값을 가진다. 따라서, 상기 임계값은 양 또는 음의 파장 값의 절대치로 정의할 수 있다. 이러한 임계값은 대상물이 사람인 경우 9.5㎛에 해당될 수 있다.
도 7의 과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 적외선 파장을 1차로 감지하는 단계의 경우 감지된 파장 값의 부호(양 또는 음)로부터 대상물이 진입 지점 또는 진출 지점에 최초 접근했는지를 알 수 있다. 도 7에서 IN 방향의 예를 살펴보면, 초기 검출된 파장 값이 음의 값이고 이 음의 값이 임계치를 초과한 시점(t1)이 검출되었므로 사람이 진입 지점에 1차로 접근한 것을 알 수 있다.
이렇게 사람이 감지되면(t1), 움직임 센서(110)의 가동을 중지하고 온도 센서(120)를 가동하여 온도 검출 구간으로 진입한다. 이 온도 검출 구간에 대해 도 7에는 파형을 도시하고 있으나 이는 움직임 센서(110)가 상시 동작할 경우에 관한 가상의 파형에 해당된다. 즉, t1 시점 이후에는 온도 센서(120)의 센싱 값만을 이용하게 된다. 센싱되는 온도 값은 사람이 게이트(10)의 중심 부근에 근접할수록(ex, 사람이 도 3의 (b) 지점에 근접할수록) 증가하게 되고, 게이트(10)의 중심 부근에서 멀어질수록(ex, 사람이 도 3의 (b) 지점으로부터 (a)나 (c) 지점을 향할수록) 점차 감소한다.
따라서, t1 이후의 온도 센싱 구간에서 온도 값이 임계치 미만으로 떨어지는 시점(t2)을 감지하도록 한다. 이렇게 t2 시점이 감지되면 사람이 게이트(10)의 중심 부근에서 멀어진 것(ex, 도 3의 (b) 지점으로부터 (a)나 (c) 지점을 향한 것)으로 보고, 제어부(130)에서는 온도 센서(120)를 가동 정지하고 움직임 센서(110)를 다시 가동하여 사람의 움직임을 2차로 감지한다. 즉, 2차 감지시 또한 움직임 센서(110)의 파장 값이 양 또는 음인지를 판단하여 대상물이 진입 지점으로 다시 되돌아갔는지 또는 그대로 직진하여 진출 지점을 통과했는지를 알 수 있다. 도 7에서 IN 방향의 예를 살펴보면, 2차로 검출된 파장이 양의 값을 가지며 감소하므로 사람이 진출 지점으로 2차 접근한 것을 알 수 있다.
다만, 상기 제어부(130)는 상기 게이트(10)에 대한 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장이 임계치 이상의 값으로 1차 감지되면(t1 시점), 상기 온도 센서(120)를 온 구동시켜서 상기 대상물의 온도를 감지하도록 제어하되, 상기 대상물의 온도가 임의 기준값을 초과하는 경우에 한하여 상기 움직임 센서(110)를 오프 구동시키도록 한다. 따라서, 보다 상세하게는 t1 시점보다 조금 지난 시점(t1+α)에서 움직임 센서(110)를 오프시킨다.
이는 온도가 임의 기준값을 초과하지 않는 경우는 사람이 아닌 다른 물체 또는 바람이 접근한 경우에 해당될 수 있기 때문이다. 즉, 게이트(10)로의 접근 대상이 사람인지의 여부를 미리 확인하기 위하여 t1 시점에 대한 온도 센서(120)의 온 구동과 움직임 센서(110)의 오프 구동에 대해 α 만큼의 시간차를 두도록 한다.
참고적으로 도 5 내지 도 6의 경우에서도 시간 축에 대해 파장의 임계값을 기준으로 좌우 측 일정 지점에 t1과 t2 시점이 적용되며 이를 기준으로 두 센서(110,120)의 온오프 동작이 제어될 수 있고, 이에 따라 지속적인 전류의 소모를 방지한다. 이와 같이 Sleep/Awake동작을 적용한 제어부(130)는 배터리 만으로 무선통신을 포함하여 수년을 사용할 수 있는 이점이 있다.
도 8은 도 1을 이용한 대상물 감지 방법의 흐름도이다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 다중 센서를 이용한 대상물 감지 방법에 관하여 설명한다.
우선, 게이트(10)에 설치되어 있는 움직임 센서(110)를 이용하여 상기 게이트(10)를 통과하는 대상물의 적외선 파장을 인식하여 상기 게이트(10)의 진입 또는 진출 지점에 대한 대상물의 존재를 감지하도록 한다(S810). 또한, 상기 게이트(10)에 설치되는 온도 센서(120)를 이용하여 상기 대상물의 온도를 감지하도록 한다(S820).
여기서, S810 단계와 S820 단계는 서로 동작 시점이 제어되어야 한다. 이를 위해, 상기 제어부(130)에서는 상기 움직임 센서(110)와 상기 온도 센서(120)의 감지 값을 이용하여 상기 움직임 센서(110)와 상기 온도 센서(120)의 동작 시점을 제어하여 상기 게이트(10)에 대한 상기 대상물의 진행 방향을 판단한다(S830). 물론, S30 단계에서는 상기 진행 방향을 바탕으로 대상물의 IN, OUT 카운트 정보를 획득할 수 있다.
이후, 상기 게이트(10)에 대한 상기 대상물의 진행 방향, 또는 상기 진행 방향을 바탕으로 카운트되는 상기 대상물의 진입 또는 진출 개수에 대한 정보를 무선 모듈(140)을 통해 외부 기기(200)로 무선 전송한다(S840).
도 9는 도 1을 이용한 방향 및 카운트 데이터 획득 방법의 상세 흐름도이다. 이하에서는 상기 각 센서의 동작 시점의 제어와 이를 통해 대상물의 진행 방향을 판단하는 과정에 대해 도 7과 연관하여 상세하게 설명한다.
먼저, 움직임 센서(110)를 통해 대상물에 대한 적외선 파장을 1차로 감지하여 1차 접근 방향을 감지한다(S910). 이는 도 7의 t1 시점에 대응된다. 즉, 도 7의 IN 방향의 경우, 초기 검출된 파장 값이 음의 값이므로 대상물이 게이트(10)의 진입 지점으로 최초 접근한 것을 알 수 있다. 여기서, 검출된 파장 값의 절대치가 기 설정된 임계값을 초과한 시점이 바로 t1 시점에 해당된다.
이후, 온도 센서(120)를 온 구동시키고(S920), 센싱되는 온도 값에 상승하는 온도 변화가 있는지를 확인한다(S930). 상승하는 온도 변화가 있는 경우에는 온도가 기준값에 도달하는지를 판단한다(S935). 여기서, 온도가 기 설정된 기준값에 도달하면 이는 대상물이 사람인 것으로 판단하여 다음 단계로 이동하고, 그렇지 않은 경우는 원하는 대상물이 아니므로 이전 단계를 반복한다.
온도가 기준값에 도달한 경우에는 움직임 센서(110)를 오프 구동시키고, 온도 센싱 값을 계속 리딩하여 설정한 인체감지 임계치에 도달하면 온도 검출 구간으로 진입한다(S940). 이에 따라, 온도 센서(120)가 온 구동되는 시점(t1)과 움직임 센서(110)가 오프 구동되는 시점(t1+α) 사이에는 대상물이 사람인지 확인하기 위한 시간인 α 만큼의 시차가 존재하는 것을 확인할 수 있다
이후에는 센싱되는 온도 값이 임계치 미만으로 떨어지는지를 판단한다(S950). 만약 그러한 경우, 사람이 게이트(10)의 중심 부근에서 멀어진 것으로 보고 온도 센서(120)를 오프 구동시키고 움직임 센서(110)를 온 구동시킨다(S960). 이러한 S960 단계는 도 7의 t2 시점에 해당된다. 이에 따라 사람의 움직임을 2차로 감지할 수 있게 된다.
다음, 움직임 센서(110)에 의한 하강하는 파장 값의 변화가 있는지를 판단한다(S970). 이는 감지되는 파장 값의 절대치가 하강하는 방향으로 변화하는지 확인하는 과정이다. 이후, 파장 값의 절대치가 임계값 미만에 해당한 것을 판단한다(S975). 여기서, 파장의 절대치가 임계값 미만에 있으면 다음 단계로 이동하고, 그렇지 않은 경우는 이전 단계를 반복한다.
여기서, 움직임 센서(110)의 파장 값이 양 또는 음인지에 따라 대상물이 1차 검출된 진입 지점으로 다시 되돌아간 것인지 혹은 그대로 직진하여 진출 지점을 통과한 것인지 알 수 있다. 도 7의 IN 방향의 경우, 2차로 검출된 파장이 양의 값을 가지고 그 파장 값이 임계치 미만으로 떨어지고 있어 사람이 진출 지점으로 2차로 접근한 것을 알 수 있다(S980).
이후 제어부(130)는 대상물의 이동 방향과 그에 따른 카운트 값을 생성하여 무선 모듈(140)로 전송한다(S990). 전송된 데이터는 각종 application에서 필요한 용도로 적용되어 사용 가능하다.
이상과 같은 본 발명의 방법에 따르면, 두 센서가 있는 위치에서 대상물이 정상 진행, 머무름, 되돌아 나가는 등의 행동에 있어서 속도에 관계없이 그 방향성을 감지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 기존에 단순히 PIR센서만을 적용하여 타이머 등과 결합된 단순 인체감지 센서 기능을 벗어나, 대상물에 대한 움직임 감도량, 접근 방향성과 통과방향, 리턴, 머무름 감지 등을 포함하는 인체나 대상물의 움직임 동선을 센서의 바로 전면(10.9도 시야각)에서 효과적으로 감지해 낼 수 있다. 이에 따라, 대상물의 움직임의 속도와 관계없이 카운트 데이터를 얻어낼 수 있으며, 소형, 경량, 저전력화가 가능하여 다양한 범위에 응용될 수 있다.
특히 출입문을 가지는 공간에 대한 인원의 이동 카운트, 또는 좁은 통로 및 특정 공간에서의 인원 카운트 정보가 그 방향성과 함께 제공되므로, 이를 기반으로 하는 전등 제어 데이터, 전열기 제어 데이터, 방범 침입 데이터, 인명 구조 방재용 데이터 등을 이용하여 조명, 경보기, 에어컨, 자동차, 가전제품과 같은 다양한 분야에서 유용한 Application으로 적용 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치
110: 움직임 센서 111: 제1 센싱코어
112: 제2 센싱코어 113: 센서 본체
120: 온도 센서 130: 제어부
140: 무선 모듈 200: 외부 기기

Claims (14)

  1. 게이트에 설치되며, 상기 게이트를 통과하는 대상물의 적외선 파장을 인식하여 상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에 대한 대상물의 존재를 감지하는 움직임 센서;
    상기 게이트에 설치되며, 상기 대상물의 온도를 감지하는 온도 센서; 및
    상기 움직임 센서와 상기 온도 센서의 감지 값을 이용하여 상기 움직임 센서와 상기 온도 센서의 동작 시점을 제어하여 상기 게이트에 대한 상기 대상물의 진행 방향을 판단하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장이 최초 감지되면 상기 온도 센서를 온 구동시키고 상기 움직임 센서를 오프 구동시켜서 상기 대상물의 온도를 감지하도록 제어한 다음,
    상기 대상물의 온도가 다시 임계치 미만으로 떨어지면 상기 온도 센서를 오프 구동시키고 상기 움직임 센서를 온 구동시켜서 상기 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장을 2차로 감지하도록 제어하며,
    상기 움직임 센서는,
    센서 본체와, 상기 센서 본체에서 상기 게이트의 진입 지점에 대응되는 부분에 구비되고 상기 대상물로부터 감지되는 파장 값을 음 또는 양의 값으로 제공하는 제1 센싱코어, 및 상기 센서 본체에서 상기 게이트의 진출 지점에 대응되는 부분에 구비되고, 상기 대상물로부터 감지되는 파장 값을 상기 제1 센싱코어와 반대되는 양 또는 음의 값으로 제공하는 제2 센싱코어를 포함하는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 게이트에 대한 상기 대상물의 진행 방향, 또는 상기 진행 방향을 바탕으로 카운트되는 상기 대상물의 진입 또는 진출 개수에 대한 정보를 외부 기기로 무선 전송하는 무선 모듈을 더 포함하는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장이 최초 감지되면 상기 온도 센서를 온 구동시켜서 상기 대상물의 온도를 감지하도록 제어하되,
    상기 대상물의 온도가 임의 기준값을 초과하면 상기 움직임 센서를 오프 구동시키는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 움직임 센서 및 상기 온도 센서는,
    전방에 각각 프레즈넬 렌즈가 결합되어 있는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 움직임 센서 및 상기 온도 센서는,
    각각 움직임 PIR(Pyroelectric Infrared) 센서 및 온도 PIR 센서인 다중 센서를 이용한 대상물 감지 장치.
  8. 게이트에 설치되는 움직임 센서를 이용하여 상기 게이트를 통과하는 대상물의 적외선 파장을 인식하여 상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에 대한 대상물의 존재를 감지하는 단계;
    상기 게이트에 설치되는 온도 센서를 이용하여 상기 대상물의 온도를 감지하는 단계; 및
    상기 움직임 센서와 상기 온도 센서의 감지 값을 이용하여 상기 움직임 센서와 상기 온도 센서의 동작 시점을 제어하여 상기 게이트에 대한 상기 대상물의 진행 방향을 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 대상물의 진행 방향을 판단하는 단계는,
    상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장이 최초 감지되면 상기 온도 센서를 온 구동시키고 상기 움직임 센서를 오프 구동시켜서 상기 대상물의 온도를 감지하도록 제어하는 단계; 및
    상기 대상물의 온도가 다시 임계치 미만으로 떨어지면 상기 온도 센서를 오프 구동시키고 상기 움직임 센서를 온 구동시켜서 상기 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장을 2차로 감지하도록 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 움직임 센서는,
    센서 본체와, 상기 센서 본체에서 상기 게이트의 진입 지점에 대응되는 부분에 구비되고 상기 대상물로부터 감지되는 파장 값을 음 또는 양의 값으로 제공하는 제1 센싱코어, 및 상기 센서 본체에서 상기 게이트의 진출 지점에 대응되는 부분에 구비되고, 상기 대상물로부터 감지되는 파장 값을 상기 제1 센싱코어와 반대되는 양 또는 음의 값으로 제공하는 제2 센싱코어를 포함하는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 게이트에 대한 상기 대상물의 진행 방향, 또는 상기 진행 방향을 바탕으로 카운트되는 상기 대상물의 진입 또는 진출 개수에 대한 정보를 외부 기기로 무선 전송하는 단계를 더 포함하는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 게이트의 진입 또는 진출 지점에서 상기 대상물의 적외선 파장이 최초 감지되면 상기 온도 센서를 온 구동시켜서 상기 대상물의 온도를 감지하도록 제어하되,
    상기 대상물의 온도가 임의 기준값을 초과하면 상기 움직임 센서를 오프 구동시키는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 움직임 센서 및 상기 온도 센서는,
    전방에 각각 프레즈넬 렌즈가 결합되어 있는 다중 센서를 이용한 대상물 감지 방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 움직임 센서 및 상기 온도 센서는,
    각각 움직임 PIR(Pyroelectric Infrared) 센서 및 온도 PIR 센서인 다중 센서를 이용한 대상물 감지 방법.
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