KR101756551B1 - 초음파를 이용한 장애물 감지 장치 - Google Patents

초음파를 이용한 장애물 감지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장애물 감지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여진 주파수의 변화량에 기초하여 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 장애물 감지 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 초음파 신호를 발생시켜 장애물에 송신하고 상기 초음파 신호가 장애물에 반사되어 되돌아오면 수신하는 장애물 감지 장치에 있어서, 상기 초음파 신호를 초음파 신호 발생 구간 및 여진 구간으로 분할하는 분할부, 상기 여진 구간에 포함되는 초음파 신호의 크기를 증폭하는 증폭부, 증폭된 초음파 신호의 주파수인 여진 주파수를 측정하는 측정부 및 상기 여진 주파수의 변화량을 기초로 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 감지부를 포함한다.

Description

초음파를 이용한 장애물 감지 장치{Apparatus for sensing obstacle using ultrasonic wave}
본 발명은 장애물 감지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여진 주파수의 변화량에 기초하여 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 장애물 감지 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 차량 범퍼에는 차량의 후진 또는 주차 시 장애물 또는 사람과의 충돌에 의한 안전사고를 예방하기 위해 차량용 장애물 감지 장치가 구비된다. 이 장애물 감지 장치는 차량 주변의 장애물 존재 여부를 감지하여 이를 경보음 또는 표시등으로 운전자에게 알린다.
이러한 장애물 감지 장치는 장애물을 감지하기 위하여 주로 초음파 센서를 이용한다. 장애물 감지 장치는 초음파 센서를 통해 초음파를 송출하고, 장애물에서 반사되는 초음파 신호를 수신하여 차량의 전후방에 존재하는 장애물의 접근 방향 및 접근 거리를 감지한다. 장애물이 일정 거리 이내에 접근하면 장애물 감지 장치는 운전자에게 장애물의 존재 정보를 제공하여 각종 접촉사고 등의 안전사고를 예방한다.
그러나, 종래의 장애물 감지 장치에 따르면, 초음파 신호의 입출력 노드가 동일하고 초음파 신호 발생 후 전기적 여진이 존재한다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 장애물 감지 장치에 따르면, 전기적 여진으로 인하여 여진 구간 동안 장애물 감지가 불가능하다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 장애물 감지 장치에 따르면, 여진 구간 동안 장애물 감지가 불가능하므로 근거리의 장애물을 감지하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 여진 주파수의 변화량에 기초하여 장애물이 존재하는지 여부를 감지함으로써 여진 구간에서 장애물을 감지할 수 있는 장애물 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 여진 구간에서 장애물을 감지함으로써 근거리 장애물을 감지할 수 있는 장애물 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 초음파 신호의 크기를 증폭함으로써 크기가 작은 초음파 신호를 분석할 수 있는 장애물 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 증폭된 초음파 신호의 크기와 기준 전압을 비교함으로써 여진 구간이 종료되었는지 여부를 감지할 수 있는 장애물 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 여진 주파수와 변경 주파수를 비교함으로써 노이즈를 필터링 할 수 있는 장애물 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 미리 설정된 시간 동안 여진 주파수를 측정함으로써 노이즈와 반사된 초음파 신호를 구분할 수 있는 장애물 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 초음파 신호를 발생시켜 장애물에 송신하고 상기 초음파 신호가 장애물에 반사되어 되돌아오면 수신하는 장애물 감지 장치에 있어서, 상기 초음파 신호를 초음파 신호 발생 구간 및 여진 구간으로 분할하는 분할부, 상기 여진 구간에 포함되는 초음파 신호의 크기를 증폭하는 증폭부, 증폭된 초음파 신호의 주파수인 여진 주파수를 측정하는 측정부 및 상기 여진 주파수의 변화량을 기초로 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 여진 주파수의 변화량에 기초하여 장애물이 존재하는지 여부를 감지함으로써 여진 구간에서 장애물을 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 여진 구간에서 장애물을 감지함으로써 근거리 장애물을 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 초음파 신호의 크기를 증폭함으로써 크기가 작은 초음파 신호를 분석할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 증폭된 초음파 신호의 크기와 기준 전압을 비교함으로써 여진 구간이 종료되었는지 여부를 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 여진 주파수와 변경 주파수를 비교함으로써 노이즈를 필터링 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 미리 설정된 시간 동안 여진 주파수를 측정함으로써 노이즈와 반사된 초음파 신호를 구분할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호 발생 구간 및 여진 구간을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정한 여진 주파수를 갖는 초음파 신호를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 여진 주파수가 증가하는 초음파 신호를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 여진 주파수가 감소하는 초음파 신호를 도시한 도면.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물에서 반사된 초음파 신호가 수신되었을 때의 초음파 신호를 도시한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 감지되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치(100)는 분할부(110), 증폭부(120), 측정부(130) 및 감지부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 장애물 감지 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호 발생 구간(310) 및 여진 구간(320)을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정한 여진 주파수(322)를 갖는 초음파 신호(321)를 도시한 도면이이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 여진 주파수(322)가 증가하는 초음파 신호를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 여진 주파수(322)가 감소하는 초음파 신호를 도시한 도면이다. 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물에서 반사된 초음파 신호가 수신되었을 때의 초음파 신호를 도시한 도면이다. 이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치(100)를 설명하도록 한다.
초음파 셀(200)은 초음파 신호를 발생시켜 장애물에 송신하고 초음파 신호가 장애물에서 반사되어 되돌아오면 수신할 수 있다. 초음파 셀(200)은 초음파 신호를 발생시키기 위하여 물리적으로 진동하고, 초음파 신호가 발생한 후에는 진동을 멈춘다. 도 2에서 초음파 신호 발생 구간(310)은 초음파 셀(200)이 물리적으로 진동하여 초음파 신호가 발생하는 구간이고, 여진 구간(320)은 초음파 셀(200)의 진동이 끝난 후 여진에 따라 초음파 신호가 발생하는 구간이다.
분할부(110)는 초음파 신호를 초음파 신호 발생 구간(310) 및 여진 구간(320)으로 분할할 수 있다. 상술한 바와 같이 초음파 신호 발생 구간(310)은 초음파 셀(200)이 진동하는 구간이므로, 분할부(110)는 초음파 셀(200)이 진동할 때까지는 초음파 신호 발생 구간(310)으로, 초음파 셀(200)의 진동이 끝난 후에는 여진 구간(320)으로 분할할 수 있다. 초음파 신호를 초음파 신호 발생 구간(310) 및 여진 구간(320)으로 분할하는 이유는 여진 구간(320)에서 장애물이 존재하는지 여부를 감지하기 위해서이다. 한편, 여진 구간(320)에서 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 과정은 후술하도록 한다.
증폭부(120)는 여진 구간(320)에 포함되는 초음파 신호의 크기를 증폭할 수 있다. 일 실시예로 증폭부(120)는 여진 구간(320)에 포함되는 초음파 신호의 크기를 미리 설정된 값으로 증폭할 수 있다. 미리 설정된 값은 증폭 전 크기의 1000배일 수 있고, 이는 사용자의 편의에 따라 설정될 수 있다. 일반적으로 여진 구간(320)에 포함되는 초음파 신호는 수 mV 이하이고, 초음파 신호의 크기가 작으면 초음파 신호의 분석이 어려우므로 증폭부(120)는 초음파 신호의 크기를 증폭할 수 있다. 도 3 내지 도 6에 도시된 초음파 신호(321)는 증폭부(120)에 의해 증폭된 신호(321)로서 예를 들어 그 크기가 3.3V일 수 있다.
측정부(130)는 증폭된 초음파 신호(321)의 주파수인 여진 주파수(322)를 측정할 수 있다. 측정부(130)는 증폭 전 초음파 신호의 주파수도 측정할 수 있으며, 증폭부(120)에서 초음파 신호의 크기만 증폭하므로 증폭과 관계없이 여진 주파수(322)는 동일할 수 있다. 여기서 여진 주파수(322)는 여진 구간(320)에서 초음파 신호가 가지는 주파수를 의미한다.
일 실시예로, 측정부(130)는 미리 설정된 시간 동안 여진 주파수(322)를 측정할 수 있다. 미리 설정된 시간은 사용자의 편의에 따라 설정될 수도 있고, 장애물 감지 장치(100)에 의해 자동으로 설정될 수도 있다. 측정부(130)에서 미리 설정된 시간 동안 여진 주파수(322)를 측정하는 이유는 초음파 신호와 노이즈를 구분하기 위함이다. 측정부(130)는 미리 설정된 시간 동안 여진 주파수(322)를 측정함으로써 감지 결과의 신뢰도를 높일 수 있다.
감지부(140)는 여진 주파수(322)의 변화량을 기초로 장애물이 존재하는지 여부를 감지할 수 있다. 일 실시예로 여진 주파수(322)는 초음파 신호가 장애물에 반사되어 되돌아오면 감소하거나 증가할 수 있고, 감지부(140)는 여진 주파수(322)가 감소하거나 증가하면 장애물이 존재한다고 감지할 수 있다. 다른 실시예로, 감지부(140)는 여진 주파수(322)가 일정하면 장애물이 없다고 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 초음파 셀(200)에서 발생한 초음파는 장애물에서 반사되어 되돌아 온다. 장애물에서 반사된 초음파가 여진 구간(320)에서 초음파 셀(200)로 수신되면 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 여진 주파수(322)가 변한다. 여진 주파수(322)는 증가할 수도 있고 감소할 수도 있으며, 감지부(140)는 이를 기초로 장애물이 존재한다고 감지할 수 있다.
한편, 장애물에서 반사된 초음파가 없으면 도 3에 도시된 바와 같이 여진 주파수(322)가 일정하게 된다. 감지부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 여진 주파수(322)가 일정하면 장애물이 없다고 감지할 수 있다. 또한, 감지부(140)는 여진 구간(320)에서 여진 주파수(322)의 변화량을 기초로 장애물 존재 여부를 감지함으로써 근거리 장애물을 감지할 수 있다.
즉, 초음파 셀(200)로부터 장애물이 근거리에 있으면, 장애물에서 반사된 초음파 신호가 여진 구간(320) 내에 수신되고, 초음파 셀(200)로부터 장애물이 멀리 있으면 장애물에서 반사된 초음파 신호가 여진 구간(320)이 종료한 후에 수신된다. 예를 들어, 근거리는 4cm 내외일 수 있으며, 감지부(140)는 여진 구간(320) 내뿐만 아니라 여진 구간(320)이 종료한 후의 주파수에 기초하여 장애물이 존재하는지 여부를 감지할 수도 있다.
일 실시예로, 측정부(130)는 증폭된 초음파 신호에 반사 주파수(610)가 존재하는지 여부를 측정할 수 있다. 그 다음, 반사 주파수(610)가 존재하면, 감지부(140)는 반사 주파수(610) 이후에 출력되는 변경 주파수(620)와 여진 주파수(322)를 비교하여 장애물이 존재하는지 여부를 감지할 수 있다. 도 6을 참조하면, 반사된 초음파 신호가 입력되면, 여진 주파수(322)와는 다른 주파수가 생기게 된다. 도 6에서 주파수(610)가 반사 주파수(610)이고, 반사 주파수(610) 이후에 출력되는 주파수가 변경 주파수(620)인데 변경 주파수(620)는 여진 주파수(322)와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
감지부(140)는 변경 주파수(620)와 여진 주파수(322)가 동일하면 반사 주파수(610)를 노이즈로 처리하고, 장애물이 없다고 감지할 수 있다. 또한, 감지부(140)는 변경 주파수(620)와 여진 주파수(322)가 다르면 장애물이 존재한다고 감지할 수 있다. 감지부(140)는 반사 주파수(610) 이후에 출력되는 변경 주파수(620)와 여진 주파수(322)를 비교함으로써 노이즈를 필터링할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 감지부(140)는 여진 주파수(322)가 초음파 신호를 발생시키는 초음파 셀(200)의 공진 주파수와 다르면 장애물이 있다고 감지할 수 있다. 여기서, 공진 주파수는 진동하는 초음파 셀(200)의 고유 주파수이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 감지부(140)는 증폭된 초음파 신호의 크기(324)와 기준 전압(323)을 비교하여 여진 구간(320)이 종료되었는지 여부를 감지할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 여진 구간(320)에 포함된 초음파 신호의 크기는 시간이 지남에 따라 감소한다. 감지부(140)는 증폭된 초음파 신호의 크기(324)가 기준 전압(323)보다 작으면 여진 구간(320)이 종료되었다고 감지할 수 있다. 도 3 내지 도 6를 참조하면, 초음파 신호의 크기가 기준 전압(323) 이하이면, 감지부(140)는 여진 구간(320)이 종료되었다고 감지하고 여진 구간(320) 종료 후의 주파수를 기초로 장애물이 존재하는 여부를 감지할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (8)

  1. 초음파 신호를 발생시켜 장애물에 송신하고 상기 초음파 신호가 장애물에 반사되어 되돌아오면 수신하는 장애물 감지 장치에 있어서,
    상기 초음파 신호를 초음파 신호 발생 구간 및 여진 구간으로 분할하는 분할부;
    상기 여진 구간에 포함되는 초음파 신호의 크기를 증폭하는 증폭부;
    증폭된 초음파 신호의 주파수인 여진 주파수를 측정하는 측정부; 및
    상기 여진 주파수를 이용하여 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 감지부를
    포함하는 장애물 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는
    상기 증폭된 초음파 신호에 상기 장애물에서 반사된 초음파 신호가 존재하는지 여부를 확인하고
    상기 감지부는
    상기 장애물에서 반사된 초음파 신호가 존재하면, 상기 장애물에서 반사된 초음파 신호 이후에 출력되는 초음파 신호의 주파수인 변경 주파수와 상기 여진 주파수를 비교하여 장애물이 존재하는지 여부를 감지하는 장애물 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는
    상기 여진 주파수가 감소하거나 증가하면 장애물이 존재한다고 감지하는 장애물 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는
    상기 여진 주파수가 일정하면 장애물이 없다고 감지하는 장애물 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는
    상기 여진 주파수가 상기 초음파 신호를 발생시키는 초음파 셀의 공진 주파수와 다르면 장애물이 존재한다고 감지하는 장애물 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는
    상기 증폭된 초음파 신호의 크기와 기준 전압을 비교하여 상기 여진 구간이 종료되었는지 여부를 감지하는 장애물 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는
    미리 설정된 시간 동안 상기 여진 주파수를 측정하는 장애물 감지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 증폭부는
    상기 여진 구간에 포함되는 초음파 신호의 크기를 미리 설정된 값으로 증폭하는 장애물 감지 장치.
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