KR101632865B1

KR101632865B1 - Rfid 카드용 디지털 도어락 제어 회로

Info

Publication number: KR101632865B1
Application number: KR1020150041517A
Authority: KR
Inventors: 고영배
Original assignee: (주)혜강씨큐리티
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-06-23

Abstract

본 발명은 RFID 칩의 사용을 배제하고, 마이크로콘트롤유니트에 의하여 RFID 칩의 기능이 실현되도록 하여서 된 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로를 개시한다.
본 발명은 마이크로콘트롤유니트의 발진 기능을 활용하여 RFID 카드 접근 시 송수신안테나에 유기되는 전자기장의 신호 레벨 변화를 마이크로컨트롤유니트에 의하여 판정하도록 함으로써 RFID 카드 접근 여부를 판정하도록 하였다. 이러한 본 발명은 RFID 칩의 사용을 배제함에 따라 생산 코스트를 절감할 수 있게 될 뿐만 아니라 RFID 카드의 태그 감지를 위하여 소비되는 대기 전력 소모를 최소화 할 수 있게 되어 배터리의 수명 연장 효과를 얻게 되는 유용한 효과가 있다.

Description

RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로 { Digital Door Lock using RFID Card }

본 발명은 주로 주거시설이나 업무시설의 출입문에 설치된 디지털 도어락을 편리하게 열 수 있도록 RFID 카드를 사용하는 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 디지털 도어록의 배터리는 6개월 내지 1년 정도를 교체 주기로 하고 있으며, 배터리의 교체 주기를 놓치는 경우에는 문을 열지 못하게 되어 사용에 큰 불편을 겪게 된다. 그러므로 가급적 배터리 교체 주기가 길게 되도록 하기 위하여 여러 형태의 기술이 시도된 바 있다.

그 대표적인 예로 RFID 카드의 ID를 판별하기 전에 RFID 카드의 접근 유무를 감지할 수 있도록 하여 전력 소모량의 감소를 줄이기 위한 기술이 대한민국 공개특허(공개번호 10-2008-0067152; 발명의 명칭: 알에프아이디 칩이 내장된 디지털 도어록의 태그 자동 감지방법; 이하 '인용발명'이라 함)가 제안된 바 있다.

이러한 인용발명은 도1, 도2로 도시된 바와 같이 RFID 리더 칩을 내장한 디지털 도어록 장치에서 TAG와 연동하여 TAG의 ID를 인식하기 전에 TAG의 근접 유무를 판단하고 RFID 리더 칩을 구동하여 ID를 인식하는 방법으로 RFID칩은 수신부만을 사용하고 마이컴을 이용하여 TAG의 유무판단과 TAG의 ID 판단을 함께하는 기능을 구비하여 TAG의 유무를 자동으로 감지하도록 하였으며, TAG의 유무를 자동 감지하기 위해 TAG에서 전송된 데이터를 분석한 후 TAG가 근접되지 않음을 판단하고 절전을 목적으로 RFID칩에 정상 전류를 공급하지 않는 기능을 동시에 제안하여서 된 것이다.

반면에 이러한 인용발명을 살펴보면 마이컴부(1)의 출력 단을 이용하여 RFID방식의 특정 주파수를 발생시켜 임피던스 매칭부(6)를 통해 안테나(4)로 방출하고 동시에 마이컴의 다른 단자를 이용하여 RFID칩을 구동시켜 RFID칩에 수신된 데이터를 분석하여 TAG의 유, 무를 판단하며, TAG의 특정신호가 입력되면 TAG가 근접 되었으므로 TAG의 전체 데이터를 판단할 수 있을 때 까지 RFID 칩 구동과 함께 마이컴부(1)의 출력단의 특정 주파수를 계속 발생시켜 임피던스 매칭부(6)를 통해 안테나(4)로 방출과 함께 RFID 칩을 구동하고 그렇지 않은 경우 RFID 칩의 전원을 OFF하도록 하였다.

따라서 이러한 인용발명은 마이컴을 통해 TAG의 유, 무 감지 및 TAG ID 판별 모두를 RFID 칩이 제공하는 RFID용 원천 신호 주파수를 사용하지 않고 마이컴을 사용할 경우 TAG 의 감지 및 ID 판독 시간을 단축시킬 수 있으며 또한, RFID칩의 수신부만을 사용하고 마이컴을 통해 원천 신호 주파수를 발생시킬 경우 주파수 안정도 및 TAG의 유무 감지를 정확하게 할 수 있는 효과가 기대된다.

그러나 이러한 인용발명에 의하면 RFID칩의 수신부만을 사용하고 송신부의 기능을 마이컴이 담당하도록 하고 있으므로, 여전히 고가의 RFID칩을 사용하게 됨에 따라 제조 원가에 부담을 주고 있는 문제점이 있는 것이다.

또한, 인용발명은 마이컴에 의하여 RFID방식의 특정 주파수를 발생시켜 임피던스 매칭부(6)를 통해 안테나(4)로 방출하고 동시에 마이컴의 다른 단자를 이용하여 RFID칩을 구동시켜 RFID칩에 수신된 데이터를 분석하여 TAG의 유, 무를 판단한다고 기재되어 있기는 하나 RFID칩에 수신된 데이터가 어떤 신호인지 불명하고, 특히 TAG의 유, 무를 판단하기 위한 공지 기술이 어떤 것인지 제시되지 않고 있어서 인용발명이 제시하는 효과에도 불구하고 실제로 구현되지는 못하고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허(공개번호 10-2008-0067152; 발명의 명칭: 에프아이디 칩이 내장된 디지털 도어록의 태그 자동 감지방법)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 RFID 칩의 사용을 원천적으로 배제하고, 마이크로콘트롤유니트에 의하여 RFID 칩의 기능이 실현되도록 하여서 된 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로를 제안함을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 마이크로콘트롤유니트의 발진 기능을 활용하여 RFID 카드 접근 시 송수신안테나에 유기되는 신호 레벨의 아날로그 변화를 마이크로콘트롤유니트에 의하여 판정하도록 함으로써 RFID 카드 접근 여부를 감시하기 위하여 소비되는 대기 전력 소모를 최소화하도록 한 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로를 제안함을 목적으로 한다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 키패드를 구비하여서 된 실외기와, 마이크로콘트롤유니트 및 상기 마이크로콘트롤유니트에 의해 제어되는 모터가 구비된 실내기가 구성되되, 상기 마이크로콘트롤유니트의 발진출력단에서의 출력이 1차공진회로 및 송수신안테나와 직결된 2차공진회로에 인가되며, 상기 1차공진회로와 2차공진회로 사이에 연결된 커플러와, 상기 커플러에 신호 정류 및 적분회로가 연결되고, 상기 적분회로의 출력측에 시정수회로가 연결되며, 상기 시정수회로와 비교기의 비반전단자와 반전단자가 연결되고, 상기 비교기의 출력단자가 마이크로콘트롤유니트의 디코딩기능단자와 접촉되고, 마이크로콘트롤유니트의 A/D입력기능단자와 상기 비교기의 반전단자가 접속되도록 하여서 된 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로를 제공한다.

또한, 본 발명은 송수신안테나와 RFID 카드 안테나와의 전자기장에 의한 고주파유도결합에 의하여 발생하는 신호 레벨 변화 판독에 의하여 RFID 카드 접근 여부를 먼저 판단하는 방식으로 극히 짧은 시간 동안만 전력을 송출하도록 함으로써 대기 시 소모 전력을 최소화할 수 있도록 하는 실제적인 구현 수단을 제공하는 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로를 제공한다.

이와 같이 하여 본 발명은 RFID 칩의 사용을 원천적으로 배제함으로써 제조원가를 크게 절감하고, 더욱 컴팩트한 설계가 가능하게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 극히 짧은 시간 동안 마이크로콘트롤유니트에서 출력되는 최소의 전력으로 RFID 카드의 접근에 따른 신호 레벨 변화 판독을 아날로그 방식으로 실시함으로써 대기 전류를 기존의 1/10 수준으로 감소시키고, RFID 카드의 접근 시 정상 동작을 실시함으로써 배터리 수명을 크게 연장시킬 수 있게 됨과 동시에 동작의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

도1은 인용발명의 태그 자동 감지 및 ID 검출 장치를 보인 전체 블록도.
도2는 인용발명에 따른 태그 자동 감지 및 ID 검출 절차를 도시한 흐름도.
도3은 본 발명에 의한 RFID 카드용 디지털 도어락의 전체적인 구성을 보인 블록도.
도4는 본 발명에 의한 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로의 고주파 송수신 부분을 보인 상세 회로도.
도5는 본 발명에 의한 제어 회로의 마이크로콘트롤유니트의 동작을 보인 흐름도.
도6은 본 발명에서 RFID 카드가 감지되지 않은 경우의 작동을 설명하기 위한 각 부의 파형도.
도7은 본 발명에서 RFID 카드가 감지된 경우의 작동을 설명하기 위한 각 부의 파형도.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로의 구체적인 실시예의 전체적인 구성을 도 3으로 도시하였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명은 키패드(702)와 RFID 카드 드라이버(701) 및 송수신안테나(400)를 구비하여서 된 실외기(700)와, 상기 실외기(700)와 연결된 마이크로콘트롤유니트(100)와 문개폐센서(801), 모터드라이버(802) 및 모터(803) 등으로 구성된 실내기(800)로 된 공지의 디지털 도어록에 있어서,

상기 RFID 카드 드라이버(701)는 1차공진회로(301) 및 2차공진회로(302) 그리고 이들 사이에 연결된 콘덴서로 된 커플러(300)으로 구성하고, 상기 1차공진회로(301)에는 버퍼(201)의 출력을 연결하며, 버퍼(201)의 제어단자에는 스위칭소자(200)를 연결하고, 상기 스위칭소자(200)는 상기 마이크로콘트롤유니트(100)의 인에이블 기능단자(101)에 연결되도록 한다.

아울러, 상기 버퍼(201)의 입력단자에는 마이크로콘트롤유니트(100)의 발진출력단(102)이 연결되도록 하고, 상기 RFID 카드 드라이버(701)의 커플러(300)와 신호정류 및 적분회로(500)가 연결되도록 하며, 상기 신호정류 및 적분회로(500)의 출력이 두 개의 저항과 두 개의 콘덴서로 된 2개의 시정수회로(501)를 통하여 각각 비교기(600)의 반전입력단자와 비반전입력단자에 연결되도록 하고, 비교기(600)의 출력단자가 마이크로콘트롤유니트(100)의 디코딩기능단자(103)로 연결되고, 비교기(600)의 반전단자(-)(602)는 A/D 입력기능단자(104)에 연결되도록 하여서 된 것이다.

이와 같이 된 본 발명은 평상시 대기 상태에서 마이크로콘트롤유니트(100)는 RFID 카드의 접근 여부를 판단하기 위하여 인에이블기능단자(101)로 도6의 ①로 보인 파형과 같은 인에이블신호를 출력하고, 이에 따라 스위칭소자(200)가 턴 온 되면서 버퍼(201)를 활성상태로 한다. 이에 따라 마이크로콘트롤유니트(100)의 발진출력단(102)에서 출력되는 도6의 ②로 보인 바와 같은 고주파 출력신호는 버퍼(201)를 거쳐서 1차공진회로(301)에서 공진되면서 선정된 주파수의 출력신호가 커플러(300), 2차공진회로(302)를 거치면서 송수신안테나(400)에서 방사된다.

그 결과 현재는 RFID 카드의 접근이 없는 상태이므로 2차공진회로(302)로 공급된 고주파 발진 출력은 송수신안테나(400)에서 전자기장을 발생시키고, 일부 고주파 발진 출력은 신호 정류 및 적분회로(500)로 공급된다. 이에 따라 신호 정류 및 적분회로(500)를 거치면서 고주파 출력신호는 정류되고 직류로 변화된 후 콘덴서의 충방전 특성에 의하여 적분 파형으로 시정수가 상이한 2조의 저항과 콘덴서로 된 시정수회로(501)에 흐르며, 콘덴서 양단에는 정류되고 적분된 맥동 파형의 전압 성분이 비교기(600)의 반전단자(-)와 비반전단자(+)에 가하여 지게 된다.

이러한 상태에서 반전단자(-)로 가하여진 적분된 파형은 마이크로콘트롤유니트(100)의 A/D입력기능단자(104)에 가하여 지게 되는 것인바, 이때의 전압은 RFID 카드가 접근하지 않은 상태이어서 2차공진회로(302)의 고주파 출력이 송수신안테나(400)를 통하여 전자기장을 형성할 뿐 일체의 부하가 근접되지 않은 상태이므로 손실이 적어 신호 정류 전압이 높은 상태로 있는 것이다.

그러므로 저항과 콘덴서로 구성된 시정수회로(501)를 통하여 마이크로콘트롤유니트(100)의 A/D입력기능단자(104)에 인가되는 전압 레벨은 도6의 ③으로 보인 바와 같은 높은 수준으로 되는 것이어서, 마이크로콘트롤유니트(100)는 현재 RFID 카드가 접근되지 않은 상태로 판정하고, 예를 들면 1초에 1번씩 50us 내지 150us 동안 상기한 동작을 실시하는 것이다.

이러한 상태를 유지하다가 RFID 카드가 실외기의 송수신안테나(400)에 근접되면 도7의 ①로 보인 파형과 같은 인에이블신호를 출력하고, 이에 따라 스위칭소자(200)가 턴 온 되면서 버퍼(201)를 활성상태로 한다. 이에 따라 마이크로콘트롤유니트(100)의 발진출력단(102)에서 출력되는 도7의 ②로 보인 바와 같은 고주파 출력신호는 버퍼(201)를 거쳐서 1차공진회로(301)에서 공진되면서 선정된 주파수의 출력신호가 커플러(300), 2차공진회로(302)를 거치면서 송수신안테나(400)에서 방사된다.

그 결과 현재는 RFID 카드가 접근한 상태이므로 2차공진회로(302)로 공급된 고주파 발진 출력은 송수신안테나(400)에서 전자기장을 발생시키고, 일부 고주파 발진 출력은 신호 정류 및 적분회로(500)로 공급되는바, 이 같이 커플러(300)를 통하여 2차공진회로(302)로 공급된 고주파 출력은 송수신안테나(400)를 통하여 전자기장을 형성하면서 RFID 카드의 안테나와 고주파 유도 결합 상태가 되며, 따라서 등가적으로 RFID 카드의 안테나가 고주파 출력을 소비하는 부하로 기능하게 된다.

이에 따라 2차공진회로(302)의 부하 증가로 인하여 전압이 낮아지면서 신호 정류 및 적분회로(500)로 공급되는 1차공진회로(301)의 출력 전압 레벨도 동시에 저하되므로 신호 정류 및 적분회로(500)를 거친 전압레벨도 낮아지면서 적분된 맥동 파형의 전압 성분이 비교기(600)의 반전단자(-)와 비반전단자(+)에 가하여 지게 된다.

그 결과, 도7의 ③으로 보인 바와 같이 A/D입력기능단자(104)에 가하여 지는 전압은 종전의 RFID 카드가 접근하지 않은 상태의 전압레벨 보다 저하되는 것이며, 이러한 전압 변화는 마이크로콘트롤유니트(100)의 A/D입력기능단자(104)에 가하여져 마이크로콘트롤유니트(100)는 전압 강하를 인지하고 RFID 카드가 실외기(700)에 태그된 것으로 판정한다.

이어서, 마이크로콘트롤유니트(100)는 즉시 스위칭소자(200)가 버퍼(201)를 활성 상태로 하도록 인에이블기능단자(101)로 소정의 출력을 발생시킴과 동시에 발진출력단(102)으로 응답요청 코드가 실린 고주파 신호 출력을 발생시키게 되는 것이며, 이는 활성화된 버퍼(201) 및 1,2차 공진회로, 커플러(300)를 거쳐 송수신안테나(400)를 통하여 전자기장으로 방사되는 것이다.

그 결과 RFID 카드는 즉각 자체 안테나를 통하여 자신의 ID를 고주파신호로 송출하게 되고, 이는 송수신안테나(400) 및 2차공진회로(302) 그리고 커플러(300) 및 신호정류 및 적분회로(500)를 경유하면서 소정의 맥류 성분으로 저항과 콘덴서로 구성된 시정수 회로를 거쳐 비교기(600)의 반전단자(-)와 비반전단자(+)에 인가된다.

특히, 본 발명에서 비교기(600)는 부궤환이 없는 상태이므로 시정수가 상이하여 충방전을 거듭하는 반전단자(-)와 비반전단자(+)의 전압이 같은 순간마다 하이레벨 출력과 로우레벨 출력을 반복적으로 발생시키게 되는 것이다. 그 결과 RFID 카드의 안테나에서 송출된 RFID 카드의 ID가 펄스파 형태로 출력되어 마이크로콘트롤유니트(100)의 디코딩기능단자(103)에 인가되는 것이다.

그러므로 마이크로콘트롤유니트(100)에서는 메모리에 미리 등록되어 저장되어 있던 RFID 카드의 ID를 가져다가 디코딩기능단자(103)로 입력된 펄스 데이터를 대비하여 일치하는 경우에는 즉각 모터를 작동시켜 모터드라이버(802)가 데드볼트를 구동함으로써 문을 열어 줄 수 있게 되는 것이고, 전술한 바와 같은 작동 초기의 상태로 복귀하여 다음 문열림 동작을 대비하게 되는 것이다.

이와 같이 하여 본 발명은 마이크로콘트롤유니트(100)에서 출력되는 RFID 인에이블 신호에 따라 극히 짧은 시간 동안 버퍼(201)가 활성화되면서 마이크로콘트롤유니트(100)의 발진 출력이 1차공진회로(301) 및 커플러(300), 2차공진회로(302) 그리고 송수신안테나(400)를 통하여 전자기장으로 방사되고, RFID 카드가 접근한 경우에 한하여 RFID 카드의 안테나 코일이 접근함에 따라 2차 공진회로와의 고주파 유도 결합에 의한 부하의 증가에 의하여 발생하는 신호정류 및 적분 값의 전압 레벨 변화를 마이크로콘트롤유니트(100)의 A/D입력기능단자(104)에 의하여 읽어 들여 RFID 카드와의 통신을 시작하게 되는 것이다.

그러므로 본 발명은 종전의 방식과 같이 고주파 신호를 송출하고 응답신호를 대기하는 시간인 500us 내지 1500us 동안 계속 전력을 공급하여야 하는 3A LOGICS INC. 의 TRH031M로 대표되는 RFID 리더 칩을 사용하는 것이 아니어서 구조가 간결하게 되며, RFID 카드의 태그 대기시간 동안 RFID 카드의 안테나와 송수신안테나(400)간의 고주파유도결합을 감지할 수 있는 정도의 짧은 시간인 50us 내지 150us의 짧은 시간 동안만 전력을 공급하면 되는 것이어서, 대기 시간을 기준으로 할 때 전력 소모량을 1/10 수준으로 대폭 줄일 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명에서는 비교기(600)가 내장된 마이크로콘트롤유니트(100)인 경우에는 별도로 사용할 필요가 없게 되어 회로를 간결하게 하고, 생산 코스트를 줄일 수 있음은 물론이다.

아울러, 상기한 본 발명의 구체적인 실시예는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

따라서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.

100: 마이크로콘트롤유니트 101: 인에이블기능단자
102: 발진출력단 103: 디코딩기능단자
104: A/D입력기능단자 200: 스위칭소자
201: 버퍼 300: 커플러
301: 1차공진회로 302: 2차공진회로
400: 송수신안테나 500: 신호정류 및 적분회로
501: 시정수회로 600: 비교기
+: 비반전단자 -: 반전단자
700: 실외기 701: RFID카드 드라이버
702: 키패드 800: 실내기
801: 문개폐센서 802: 모터드라이버
803: 모터

Claims

키패드를 구비하여서 된 실외기와, 마이크로콘트롤유니트 및 상기 마이크로콘트롤유니트에 의해 제어되는 모터가 구비된 실내기가 구성되되,
상기 마이크로콘트롤유니트의 발진출력단에서의 출력이 1차공진회로 및 송수신안테나와 직결된 2차공진회로에 인가되며,
상기 1차공진회로와 2차공진회로 사이에 연결된 커플러와, 상기 커플러에 신호 정류 및 적분회로가 연결되고, 상기 적분회로의 출력측에 시정수회로가 연결되며, 상기 시정수회로와 비교기의 비반전단자와 반전단자가 연결되고, 상기 비교기의 출력단자가 마이크로콘트롤유니트의 디코딩기능단자와 접촉되고, 마이크로콘트롤유니트의 A/D입력기능단자와 상기 비교기의 반전단자가 접속되도록 하여서 됨을 특징으로 하는 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 마이크로콘트롤유니트의 발진출력단의 출력은 인에이블기능단자에 의하여 제어되는 버퍼를 경유하여 상기 1차공진회로에 공급되도록 함을 특징으로 하는 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 1차공진회로와 2차공진회로는 콘덴서로된 커플러로 연결되며, 상기 커플러가 신호 정류 및 적분회로와 연결됨을 특징으로 하는 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 정류 및 적분회로와 상기 비교기 사이에 저항과 콘덴서로 된 2조의 시정수 회로가 설치됨을 특징으로 하는 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 1차공진회로 및 2차공진회로는 콘덴서와 코일로 구성된 병렬공진회로임을 특징으로 하는 RFID 카드용 디지털 도어락 제어 회로.