KR101878493B1 - 자기 센서와 진동 센서를 사용하는 센서 노드 제어 장치 및 방법 - Google Patents

자기 센서와 진동 센서를 사용하는 센서 노드 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

자기 센서와 진동 센서를 사용하여 센서 노드의 방위 각과 기울기를 계산하고, 센서 노드에 접근하는 타겟을 탐지하는 센서 노드 제어 장치 및 방법이 개시된다.
센서 노드 제어 장치는 자기 센서가 측정한 자기 값과 진동 센서가 측정한 진동 값을 기초로 센서 노드의 방위 각과 기울기를 계산하는 계산부; 방위각과 기울기가 계산되면, 상기 자기 값과 진동 값을 필터링하고 증폭하는 센서 제어부; 및 필터링하고 증폭된 자기 값과 진동 값을 기초로 타겟을 탐지하는 탐지부를 포함할 수 있다.

Description

자기 센서와 진동 센서를 사용하는 센서 노드 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING SENSOR NODE USING ACCELERATION SENSOR AND MAGNETIC SENSOR}
본 발명은 일정한 장소에 설치되어 설치된 장소에 근접하는 타겟을 감지하는 센서 노드의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기 센서와 진동 센서를 사용하여 센서 노드의 방위 각과 기울기를 계산하고, 센서 노드에 접근하는 타겟을 탐지하는 센서 노드 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일정한 장소에 설치되어 설치된 장소에 근접하는 타겟을 감지하기 위한 센서 노드는 음향 센서, PIR 센서, 자기 센서, 진동 센서와 같은 센서들 다수 포함함으로써 타겟을 탐지하고 식별할 수 있다. 이때, 센서 노드는 정보를 전송하기 위한 무선 안테나를 포함하고, 무선 안테나를 사용하여 탐지한 타겟에 대한 정보를 전송할 수 있다. 이러한 센서 노드는 타겟의 접근을 감시할 지역에 비행기 혹은 포 등을 이용하여 임의로 배포하거나 인력에 의하여 수동으로 설치한 후 운용된다.
최근 들어 센서 노드는 타겟 감지 성능 향상을 위해 섹터안테나나, 방사방향 보정안테나와 같은 주변 장치와 카메라 같은 추가 센서의 장착 필요성이 점점 증가하고 있다.
그러나 섹터안테나와 같은 주변 장치는 방향에 따른 정렬을 필요로 하고, 카메라와 같이 일정 방향을 감지하는 센서는 센서 노드가 설치된 장소의 방향과 기울기에 따라 센서의 방향과 기울기를 보정해야 한다. 따라서, 주변 장치와 추가 센서를 장착할 경우 나침반 센서와 기울기 센서를 더 장착해야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 센서 노드에 장착되어 있던 센서를 사용하여 센서 노드의 방향과 기울기를 측정하고, 측정한 방향과 기울기에 따라 센서들의 방향과 기울기를 정렬할 수 있는 하는 센서 노드 제어 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 자기 센서와 진동 센서를 사용하여 센서 노드의 방향과 기울기를 측정하고, 측정한 방향과 기울기에 따라 센서들의 방향과 기울기를 정렬할 수 있게 하는 센서 노드 제어 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 센서 노드가 방위각과 기울기 계산 뿐 아니라, 자기 값과 진동 값에 필터링과 증폭의 적용 여부를 변경함으로써 방위각과 기울기의 계산에 사용된 자기 센서와 진동 센서를 사용하여 센서 노드 주변의 자계 변화와 진동을 탐지할 수 있는 센서 노드 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드는 자기 센서가 측정한 자기 값과 진동 센서가 측정한 진동 값을 기초로 센서 노드의 방위 각과 기울기를 계산하는 계산부; 방위각과 기울기가 계산되면, 상기 자기 값과 진동 값을 필터링하고 증폭하는 센서 제어부; 및 필터링하고 증폭된 자기 값과 진동 값을 기초로 타겟을 탐지하는 탐지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드의 동작 방법은 자기 센서가 측정한 자기 값과 진동 센서가 측정한 진동 값을 기초로 센서 노드의 방위 각과 기울기를 계산하는 단계; 방위각과 기울기가 계산되면, 상기 자기 값과 진동 값을 필터링하고 증폭하는 단계; 및 필터링하고 증폭된 자기 값과 진동 값을 기초로 타겟을 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 자기 센서와 진동 센서를 사용하여 센서 노드의 방향과 기울기를 측정하고, 측정한 방향과 기울기에 따라 센서들의 방향과 기울기를 정렬할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 센서 노드가 방위각과 기울기를 계산하였는지 여부에 따라 자기 값과 진동 값에 필터링과 증폭의 적용 여부를 변경함으로써 방위각과 기울기의 계산에 사용된 자기 센서와 진동 센서를 사용하여 센서 노드 주변의 자계 변화와 진동을 탐지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 자기 값과 진동 값을 제어하는 구성의 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드 제어 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드는 자기 센서(110), 진동 센서(120), 카메라(130), 적외선 센서(140), 섹터 안테나(150), 방사방향 보정 안테나(160), 센서 노드 제어 장치(170), 및 기타 센서(180)를 포함할 수 있다.
이때, 센서 노드는 적외선 센서(140)의 일례로, PIR(Pyroelectric Infrared Ray) 센서를 사용할 수 있다. 또한, 센서 노드는 도 1에 도시된 바와 같이 4개 카메라(130), 적외선 센서(140)를 포함하고, 각각의 카메라(130)와 적외선 센서(140)가 각기 다른 방향을 감지하도록 함으로써 센서 노드가 전 방향을 감지하도록 할 수 있다. 그리고, 기타 센서(180)는 자기 센서(110), 진동 센서(120), 카메라(130), 적외선 센서(140), 섹터 안테나(150), 방사방향 보정 안테나(160)를 제외한 다른 센서를 의미하며, 기타 센서(180)로 센서 노드에 포함될 센서의 종류는 제한이 없다.
센서 노드는 최초로 설치되거나 위치를 이동하는 경우 자세 탐지 모드를 실행하여 방위각과 기울기를 계산하고, 계산된 방위각과 기울기에 따라 센서들을 제어하여 센서 노드가 위치한 환경에 최적화시키며, 타겟 탐지 모드를 실행하여 최적화된 센서들로 타겟을 탐지할 수 있다. 이때, 타겟은 침입자, 동물 및 차량 등일 수 있다.
센서 노드 제어 장치(170)은 도 1에 도시된 바와 같이 계산부(171), 센서 제어부(172), 및 탐지부(173)를 포함할 수 있다.
계산부(171)은 센서 노드가 자세 탐지 모드를 실행한 경우, 자기 센서(110)가 측정한 자기 값과 진동 센서(120)가 측정한 진동 값을 기초로 센서 노드의 방위각과 기울기를 계산할 수 있다. 계산부(171)는 센서 노드가 이동하거나 최초로 설치되는 경우, 센서 노드의 방위 각과 기울기를 계산할 수 있다.
센서 제어부(172)는 계산부(171)가 방위각과 기울기를 계산하는 경우에는 자기 값과 진동 값을 변경 없이 계산부(171)에 전달함으로써, 계산부(171)가 방위각과 기울기를 계산할 수 있도록 하고, 계산부(171)가 방위각과 기울기를 계산하면, 모드를 타겟탐지 모드로 변경하여 자기 값과 진동 값을 필터링하고 증폭하여 탐지부(173)에 전달함으로써 센서 노드 주변의 자기 변화나 진동 유무를 감지하도록 할 수 있다.
센서 제어부(172)가 자기 값과 진동 값을 제어하는 구성은 이하 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 센서 제어부(172)는 계산부(171)가 계산한 방위각과 기울기를 기초로 카메라(130)나 적외선 센서(140) 와 같이 일정 방향을 감시하는 센서의 방향을 정렬할 수 있다. 즉, 센서 제어부(172)는 계산부(171)가 계산한 방위각과 기울기를 기초로 카메라(130)와 적외선 센서(140)의 방향과 각도를 제어하여 정렬함으로써, 각각의 카메라(130)와 적외선 센서(140)가 어떤 방위를 감시하고 있는지 여부를 확인할 수 있다. 이때, 센서 제어부(172)는 방위각을 기초로 섹터 안테나(150)의 섹터 정렬을 제어하고, 기울기를 기초로 섹터 안테나(150), 또는 방사 방향 보정 안테나(160)의 빔 패턴을 제어할 수도 있다.
일례로, 센서 제어부(172)는 섹터 안테나(150)의 1번 섹터와 첫 번째 카메라(130), 및 첫 번째 적외선 센서(140)를 자기 센서(110)의 x축이나 y축 중 하나와 일치하도록 제어함으로써 첫 번째 카메라(130)와 첫 번째 적외선 센서(140)가 어떤 방위를 감시하고 있는지를 알 수 있고, 섹터 안테나(150)를 사용하여 1번 섹터에 대응하는 노드나 서버와 무선 통신을 수행할 수 있다.
또한, 센서 제어부(172)는 방위 각을 기초로 복수의 카메라(130) 또는 적외선 센서(140)가 각기 다른 방향을 감시하도록 카메라(130), 또는 적외선 센서(140)의 방향을 제어함으로써 서로 중복된 영역을 감시하는 것을 방지하고, 기울기를 기초로 카메라(130)와 적외선 센서(140)의 각도를 제어함으로써 카메라(130)와 적외선 센서(140)가 하늘이나 지면을 감시하는 것을 방지할 수 있다.
탐지부(173)는 센서 노드가 타겟 탐지 모드를 실행한 경우, 카메라(130)가 촬영한 영상이나, 적외선 센서(140), 자기 센서(110) 및 진동 센서(120)가 측정한 값 중 적어도 하나를 기초로 센서 노드로부터 일정 거리 안에 있는 타겟을 탐지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 자기 값과 진동 값을 제어하는 구성의 일례이다.
본 발명에 따른 센서 노드는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 오프셋 스위치(210), 제2 오프셋 스위치(220)과 필터/증폭기(230)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 오프셋 스위치(210)와 제2 오프셋 스위치(220)는 서로 연동하는 스위치로서 자기 센서(110)와 진동 센서(120)의 측정값이 필터/증폭기(230)를 통과하거나, 통과하지 못하도록 할 수 있다. 또한, 필터/증폭기(230)는 자기 값과 진동 값을 필터링 하여 불필요한 정보를 제거하고, 불필요한 정보가 제거된 측정 값을 증폭함으로써 탐지부(173)가 자기 값과 진동 값을 기초로 타겟의 탐지가 용이하도록 할 수 있다.
계산부(171)가 자기 센서와 진동 센서를 사용하여 방위각과 기울기를 계산하기 위해서는 전혀 보정되지 않은 자기 값과 진동 값을 필요로 한다. 반면, 탐지부(173)는 보정되지 않은 자기 값과 진동 값을 사용하는 경우, 타겟과 관련 없는 값에 의하여 타겟을 잘못 탐지하거나, 측정 값의 변화를 감지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 센서 제어부(172)는 방위각과 기울기의 계산 여부에 따라 자기 값과 진동 값을 변경함으로써 방위각과 기울기의 계산에 사용된 자기 센서(110)와 진동 센서(120)를 사용하여 센서 노드 주변의 자계 변화와 진동을 탐지할 수 있다.
구체적으로, 센서 제어부(172)는 계산부(171)가 방위각과 기울기를 계산하는 경우, 제1 오프셋 스위치(210)와 제2 오프셋 스위치(220)가 바로 연결되도록 제어함으로써 자기 값과 진동 값이 변경되지 않도록 할 수 있다(240).
반면, 계산부(171)가 방위각과 기울기를 계산하여 탐지부(173)가 타겟을 탐지하기 시작한 경우, 센서 제어부(172)는 제1 오프셋 스위치(210)와 제2 오프셋 스위치(220)가 필터/증폭기(230)를 통하여 연결되도록 제어함으로써 자기 값과 진동 값을 필터링하고 증폭할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 노드 제어 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(S310)에서 센서 노드는 최초로 설치되거나 위치를 이동하는 경우 자세 탐지 모드를 실행할 수 있다. 구체적으로 센서 노드는 자기 센서(110)와 진동 센서(120)와 센서 제어부(172) 및 계산부(171)를 기동할 수 있다. 이때, 센서 제어부(172)는 제1 오프셋 스위치(210)와 제2 오프셋 스위치(220)가 바로 연결되도록 제어함으로써 자기 값과 진동 값이 변경되지 않도록 할 수 있다.
단계(S320)에서 자기 센서(110)와 진동 센서(120)는 센서 노드가 위치한 장소의 자기 값과 진동 값을 측정할 수 있다.
단계(S330)에서 계산부(171)는 단계(S320)에서 측정한 자기 값과 진동 값을 기초로 센서 노드의 방위각과 기울기를 계산할 수 있다.
단계(S340)에서 센서 제어부(172)는 단계(S330)에서 계산한 방위각과 기울기를 기초로 카메라(130), 적외선 센서(140)의 방향과 각도를 제어하여 정렬할 수 있다. 또한, 센서 제어부(172)는 방위각을 기초로 섹터 안테나(150)의 섹터 정렬을 제어하고, 기울기를 기초로 섹터 안테나(150), 또는 방사 방향 보정 안테나(160)의 빔 패턴을 제어할 수도 있다.
이때, 센서 제어부(172)는 방위 각을 기초로 복수의 카메라(130) 또는 적외선 센서(140)가 각기 다른 방향을 감시하도록 카메라(130), 또는 적외선 센서(140)의 방향을 제어함으로써 서로 중복된 영역을 감시하는 것을 방지하고, 기울기를 기초로 카메라(130)와 적외선 센서(140)의 각도를 제어함으로써 카메라(130)와 적외선 센서(140)가 하늘이나 지면을 감시하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 센서 제어부(172)는 제1 오프셋 스위치(210)와 제2 오프셋 스위치(220)가 필터/증폭기(230)를 통하여 연결되도록 제어함으로써 자기 값과 진동 값을 필터링하고 증폭할 수 있다.
단계(S350)에서 센서 노드는 타겟 탐지 모드를 실행하여 타겟이 센서 노드 주변에 진입하였는지 여부를 확인할 수 있다. 구체적으로 탐지부(173)는 단계(S340)에서 제어되거나, 정렬된 센서 중 적어도 하나의 센서가 측정한 정보를 기초로 센서 노드로부터 일정 거리 안에 있는 타겟을 탐지할 수 있다.
단계(S360)에서 센서 노드는 센서 노드가 이동하는지 여부를 확인할 수 있다. 구체적으로 센서 노드는 카메라(130), 자기 센서(110) 및 진동 센서(120)가 측정한 정보를 기초로 센서 노드가 이동하는지 여부를 확인하고, 센서 노드가 이동하는 경우 단계(S310)로 되돌아가 자세 탐지 모드를 실행할 수 있다.
본 발명은 자기 센서와 진동 센서를 사용하여 센서 노드의 방향과 기울기를 측정하고, 측정한 방향과 기울기에 따라 센서들의 방향과 기울기를 정렬할 수 있다. 또한, 본 발명은 센서 노드의 방위각과 기울기 계산 뿐 아니라 자기 값과 진동 값에 필터링과 증폭의 적용 여부를 변경함으로써 방위각과 기울기의 계산에 사용된 자기 센서와 진동 센서를 사용하여 센서 노드 주변의 자계 변화와 진동을 탐지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 자기 센서
120: 진동 센서
130: 카메라
140: 적외선 센서
171: 계산부
172: 센서 제어부
173: 탐지부

Claims (16)

  1. 탐지 모드에 따라 자기 센서가 측정한 자기 값과 진동 센서가 측정한 진동 값의 필터링 및 증폭 여부를 결정하는 센서 제어부;
    상기 자기 값과 진동 값이 필터링 및 증폭되지 않은 경우, 보정되지 않은 자기 값과 진동 값을 기초로 센서 노드의 방위각과 기울기를 계산하는 계산부; 및
    상기 자기 값과 진동 값이 필터링 및 증폭된 경우, 필터링하고 증폭된 자기 값과 진동 값을 기초로 타겟을 탐지하는 탐지부
    를 포함하고,
    상기 센서 제어부는,
    상기 센서 노드가 이동하거나 최초로 설치되는 경우, 자세 탐지 모드를 수행하여 상기 자기 값과 진동 값을 필터링 및 증폭하지 않고,
    상기 센서 노드의 방위각과 기울기가 계산된 경우, 타겟 탐지 모드를 수행하여 상기 자기 값과 진동 값을 필터링 및 증폭하는 센서 노드 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서 제어부는,
    상기 센서 노드가 이동하거나 최초로 설치되는 경우 상기 자기 값과 진동 값이 상기 자기 값과 진동 값을 필터링하고 필터링 된 자기 값과 진동 값을 증폭하는 필터/증폭기를 통과하지 않도록 오프셋 스위치를 제어하여 자기 값과 진동 값을 필터링 및 증폭하지 않는 것을 특징으로 하는 센서 노드 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서 제어부는,
    상기 센서 노드의 방위각과 기울기가 계산된 경우, 상기 자기 값과 진동 값이 상기 자기 값과 진동 값을 필터링하고 필터링 된 자기 값과 진동 값을 증폭하는 필터/증폭기를 통과하도록 오프셋 스위치를 제어하여 상기 자기 값과 진동 값을 필터링 및 증폭하는 것을 특징으로 하는 센서 노드 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서 제어부는,
    상기 방위각과 기울기를 기초로 적외선 센서, 카메라, 섹터 안테나, 방사 방향 보정 안테나 중 적어도 하나의 방향, 또는 각도를 정렬하는 것을 특징으로 하는 센서 노드 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센서 제어부는,
    상기 방위각과 기울기를 기초로 복수의 카메라 또는 적외선 센서가 각기 다른 방향을 감시하도록 카메라, 또는 적외선 센서의 방향 또는 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 센서 노드 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 센서 제어부는,
    상기 기울기를 기초로 섹터 안테나, 또는 방사 방향 보정 안테나의 빔 패턴을 제어하는 것을 특징으로 하는 센서 노드 제어 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 탐지부는,
    적외선 센서의 측정 값과 카메라가 촬영한 영상을 기초로 타겟을 탐지하는 것을 특징으로 하는 센서 노드 제어 장치.
  10. 센서 노드가 이동하거나 최초로 설치되는 경우, 자세 탐지 모드에 따라 자기 센서가 측정한 자기 값과 진동 센서가 측정한 진동 값을 필터링 및 증폭하지 않는 단계;
    보정되지 않은 자기 값과 진동 값을 기초로 센서 노드의 방위 각과 기울기를 계산하는 단계;
    상기 센서 노드의 방위각과 기울기가 계산된 경우, 타겟 탐지 모드를 실행하여 상기 자기 값과 진동 값을 필터링 및 증폭하는 단계;
    필터링하고 증폭된 자기 값과 진동 값을 기초로 타겟을 탐지하는 단계; 및
    상기 센서 노드가 이동하는지 여부를 확인하고, 상기 센서 노드가 이동하는 경우 상기 자세 탐지 모드를 실행하는 단계
    를 포함하는 센서 노드 제어 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 방위각과 기울기를 기초로 적외선 센서, 카메라, 섹터 안테나, 방사 방향 보정 안테나 중 적어도 하나의 방향, 또는 각도를 정렬하는 단계
    를 더 포함하는 센서 노드 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 정렬하는 단계는,
    상기 방위각과 기울기를 기초로 복수의 카메라 또는 적외선 센서가 각기 다른 방향을 감시하도록 카메라, 또는 적외선 센서의 방향 또는 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 센서 노드 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 정렬하는 단계는,
    상기 기울기를 기초로 섹터 안테나, 또는 방사 방향 보정 안테나의 빔 패턴을 제어하는 것을 특징으로 하는 센서 노드 제어 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 탐지하는 단계는,
    적외선 센서의 측정 값과 카메라가 촬영한 영상을 기초로 타겟을 탐지하는 것을 특징으로 하는 센서 노드 제어 방법.
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