KR102046697B1 - 환경 센서 및 환경 파라미터의 측정과 예측 방법 - Google Patents

환경 센서 및 환경 파라미터의 측정과 예측 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감지 소자, 집적 회로를 포함하는 환경 센서를 제공한다. 상기 감지 소자는 실시간 감지 특성값을 감지하고 발송한다. 상기 집적 회로는 지속적으로 실시간 감지 특성값과 실시간 클록 신호를 획득하고, 연산에 의하여 실시간 환경 파라미터를 획득하여 기억하고 출력한다. 상기 집적 회로에는 또한 상기 감지 소자에 대응되는 물리화학적 특성 함수가 설정되어 있고, 예측 모드 하에서, 상기 집적 회로는 물리화학적 특성 함수를 이용하고, 현재의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호 및 적어도 한 그룹의 이전에 기억한 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 근거하여 예측 연산을 수행하며, 기억/발송될 실제 환경 파라미터를 획득한다. 상기 환경 센서는 실시간 클록 신호를 제공하는 클록 유닛을 포함할 수 있고, 또는 상기 실시간 클록 신호는 주변 기기로부터 제공된다. 본 발명은 또한 신속히 응답할 수 있는 환경 파라미터의 측정과 예측 방법을 제공한다.

Description

환경 센서 및 환경 파라미터의 측정과 예측 방법{ENVIRONMENTAL SENSOR AND ENVIRONMENTAL PARAMETER MEASUREMENT AND PREDICTION METHOD}
본 발명은 MEMS 기술 분야에 속하고, 센서에 관한 것으로, 특히는 센서의 신속 반응 및 계산 방법에 관한 것이다.
센서는 외부 환경 상황의 파라미터를 측정하는 장치이다. 반도체 기술의 발전에 따라, 각종 MEMS 센서도 개발되고 있다. MEMS 센서는 체적이 작고, 무게가 가벼우며, 에너지 소모가 적고, 디지털 출력 등의 장점을 구비하며, 전자와 디지털 집적에 편리하고, 가전 제품, 공농업 생산, 환경 모니터링, 의료, 지능형 주택, 자동차, 보관, 문화재 보존 등 여러 분야에 광범위하게 활용된다.
여기서, 습도 센서는 전형적인 MEMS 센서로서, 환경에 있어서의 습도 또는 상대 습도에 대하여 반응하고, 전자 시스템을 통하여 상기 파라미터를 반영할 수 있다. 하지만, MEMS 습도 센서를 대표로 하는 각종 습도 센서는 보편적으로 응답 속도가 느린 문제점이 있는데, 이는 감습 재료의 물리화학적 특성의 변화 속도에 의하여 결정되는 것이다. 현재 시장에서 가장 흔이 볼 수 있는 MEMS 습도 센서가 정전용량형과 저항형인 것을 예로 들 때, 그 응답 속도는 일반적으로 6초 이상이다.
한편, 습도 센서의 응답 시간과 정밀도는 일반적으로 제약 관계를 갖고 있으며, 고 정밀도의 습도 센서 감습 재료에는 일반적으로 비교적 큰 물리적 특성과/또는 화학적 특성의 변화가 동반하고, 일반적으로, 충분한 크기의 변화를 달성하기 위하여, 비교적 긴 시간이 필요하다. 이는 습도 센서의 활용 범위를 제한하고, 반대로 또한 더욱 높은 정밀도의 감습 재료의 활용을 제한한다.
그러므로, 습도 센서의 응답 속도 문제는 습도 변화가 극심하고 신속한 측정이 필요한 환경에서의 활용을 심각하게 제약하고, 시간을 낭비하며, 측정 정밀도가 저하하는 등 현상이 발생한다. 지능형 웨어러블과 가전 제품 등 제품에 대하여, 또한 사용자의 사용자 경험을 크게 저하시키고 있다. 환경 습도가 급속하게 변화하는 경우, 최고 습도 값을 측정하는 등 기능을 달성할 수 없다.
기타 환경 파라미터에 대하여 응답하는 센서에는, 예를 들면, 각종 가스 센서에는 마찬가지로 습도 센서와 유사한 문제가 존재한다.
상기 분석을 종합하면, 개량된 또는 새로운 센서와 센서의 작동 방법을 제공할 필요가 있고, 새로운 센서는 신속하고, 정확하게 측정 환경의 실제 환경 파라미터를 반영해야 한다. 환경 변화가 극심한 상황에서, 센서는 가능한 정확하게 현재 시각의 환경 파라미터를 반영해야 하고, 환경의 변화에 따라 신속하게 반응해야 한다.
본 발명은 상기 일 기술적 과제를 해결하기 위하여, 환경 센서를 제공한다.
상기 환경 센서는,
발송하기 위하여, 실시간 감지 특성값을 감지하는 감치 소자;
지속적으로 실시간 감지 특성값과 실시간 클록 신호를 획득하고, 연산에 의하여 기억/출력될 실시간 환경 파라미터를 획득하는 집적 회로;를 포함하되,
상기 집적 회로에는 상기 감지 소자에 대응하는 물리화학적 특성 함수가 설정되어 있고, 예측 모드 하에서, 상기 집적 회로는 물리화학적 특성 함수를 이용하고, 현재의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호 및 적어도 한 그룹의 전에 기억한 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 근거하여 예측 연산을 수행하여, 실제 환경 파라미터를 획득하며, 기억, 발송한다.
상기 집적 회로는,
실시간 환경 파라미터, 실시간 클록 신호 및 실제 환경 파라미터를 거억하는 기억 장치; 및
물리화학적 특성 함수가 설정되어 있고, 예측 모드 하에서, 예측 연산을 수행하여 실제 환경 파라미터를 획득하는 예측 장치;를 더 포함할 수 있다.
예측 모드 하에서, 상기 집적 회로는 또한 후속의 각 그룹 또는 일부 그룹의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 근거하여 예측 연산하고, 연이어 후속의 실제 환경 파라미터를 획득하며, 그 전에 획득한 실제 환경 파라미터를 수정한다.
상기 환경 센서는 예측 모드 하에서 상기 집적 회로에 의하여 획득한 실제 환경 파라미터를 수신하고, 사전에 설정한 설정 파라미터에 따라 다음번의 실제 환경 파라미터를 위하여 상한 역치와/또는 하한 역치를 설정하는 인터럽트 제어 장치를 더 포함할 수 있다. 다음번 예측 연산에 의하여 획득한 실제 환경 파라미터가 상한 역치 또는 하한 역치의 범위를 벗어났을 때, 상기 인터럽트 제어 장치는 상기 집적 회로가 실제 환경 파라미터를 출력하는 것을 막고, 상기 집적 회로는 다음번 실시간 환경 파라미터를 출력한다. 상기 감지 소자는 감습 소자와/또는 감열 소자를 포함할 수 있다.
상기 환경 센서는,
실시간 감지 특성값에 대하여 신호 전처리를 실시하는 신호 조정 모듈과 아날로그디지털 변환기;
상기 감지 소자의 감지 시간을 기록하는 발송될 실시간 클록 신호를 생성하는 클록 유닛;
주변 기기와 데이터를 교환하는데 사용되는 포트;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 또한 환경 파라미터의 측정과 예측 방법을 제공한다.
상기 방법은,
감지 소자에 대응하는 물리화학적 특성 함수를 제공하는 단계1;
상기 감지 소자에 의하여 감지된 실시간 감지 특성값 및 실시간 감지 특성값에 대응하는 실시간 클록 신호를 지속적으로 획득하고, 상기 실시간 감지 특성값에 대응하는 기억될 실시간 환경 파라미터를 계산하는 단계2;
변화 범위를 설정하고, 현재의 실시간 환경 파라미터 및 실시간 클록 신호를 그 전에 기억한 일 그룹 또는 복수의 그룹의 실시간 환경 파라미터 및 실시간 클록 신호와 비교하며, 상기 변화 범위를 초과하지 않은 경우, 현재의 실시간 환경 파라미터를 출력하고, 상기 변화 범위를 초과한 경우, 예측 연산을 실시하는 단계3;
예측 연산에 있어서, 상기 물리화학적 특성값을 이용하고, 적어도 2그룹의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 근거하여 예측 연산을 실시하여, 환경 요소에 대응하는 기억/출력될 실제 환경 파라미터를 획득하는 단계4;를 포함한다
상기 단계4 뒤로,
예측 연산에 있서, 후속의 복수의 그룹의 실시간 감지 특성값과 실시간 클록 신호를 지속적으로 획득하고 상응한 실시간 환경 파라미터를 계산하며, 각 그룹 또는 일부 그룹의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호를 선택하여 예측 연산을 실시하고, 후속의 실제 환경 파라미터를 지속적으로 획득하는 단계5;
후속의 실제 환경 파라미터를 이용하여 그 전의 실제 환경 파라미터를 수정하는 단계6;
후속의 실제 환경 파라미터가 안정해질 때, 단계4 내지 단계6을 중지하는 단계7;을 더 포함할 수 있다.
상기 단계4와/또는 단계5 뒤로,
현재 획득한 실제 환경 파라미터와 사전에 설정한 설정 파라미터에 근거하여 다음번 실제 환경 파라미터를 위하여 상한 역치와/또는 하한 역치를 설정하는 단계A;
다음번 실제 환경 파라미터가 상기 상한 역치 또는 하한 역치의 범위를 벗어났을 때, 단계6 내지 단계7을 중지하고, 다음번 실시간 환경 파라미터를 출력하는 단계B;를 더 포함할 수 있다.
상기 단계B 뒤로,
후속으로 출력된 실시간 환경 파라미터가 상기 물리화학적 특성 함수의 변화 규칙과 역치 한정에 부합되거나 또는 설정된 시간을 경과하면 단계6 내지 단계7을 회복하는 단계C;를 더 포함할 수 있다.
상기 단계2에 있어서, 상기 실시간 감지 특성값에 대하여 신호 조정 및 아날로그디지털 변환을 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 환경 센서는 측정 대상 환경에 처한 후 신속하게 응답할 수 있고, 감지 소자가 완전히 감지할 때까지 기다릴 필요 없이, 측정 대기 환경에 아주 일치한 실제 환경 파라미터를 출력할 수 있다. 상기 환경 센서는 신속한 측정이 필요한 환경에 적용되고, 고 정밀도 감지 소자의 실제 사용을 위하여 적합한 플랫폼을 제공한다. 사용자는 상기 시스템을 사용할 때, 제1시간에 환경 파라미터를 획득할 수 있고, 측정 대상 환경에 변화가 생겼을 때, 상기 시스템은 신속하게 수정하고 응답할 수 있다. 상기의 설계는 일상 사회 생활과 공농업 생산 조건하에서의 환경 파라미터의 신속한 측정을 만족시킬 수 있다. 환경 파라미터가 불규칙적으로 신속하게 변화하는 극단적인 상황에서도, 예측 연산을 중단하고, 현재의 실시간 결과를 출력하며 일깨워 줄 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 환경 센서는 센서의 측정 효율과 정밀도를 크게 향상시키고, 새로운 모델의 정밀도가 더욱 높지만 반응이 느린 감지 재료의 사용을 가능케 한다. 한편, 본 발명은 신속하고 정확하게 환경 파라미터를 측정하고 예측하는 방법을 제공하고, 이러한 방법은 각종 감지 소자에 적용된다.
도1은 본 발명에 따른 환경 파라미터의 측정과 예측 방법의 단계를 도시하는 도면이다.
도2는 본 발명의 구체적인 실시예에 있어서 상기 감지 소자의 감지 특성값이 측정 대상 환경에서 시간에 따라 변화되는 것을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 환경 센서의 시스템을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 환경 센서의 시스템을 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 환경 센서의 시스템을 도시한 도면이다.
아래에, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 상기 실시예의 실례는 도면에 도시되고, 시종일관 동일 또는 유사한 부호는 동일 또는 유사한 구성 요소 또는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 구성 요소를 표시한다. 아래에, 도면을 참조하여 설명한 실시예는 예시적인 것으로서, 본 발명을 해석하는데 사용될 뿐, 본 발명에 대한 제한으로 해석될 수 없다. 여기서, "환경 요소"는 예를 들면 온도, 습도, 어떤 특정 화학 물질의 농도 등 환경에서의 특징을 표시하고, "환경 파라미터"는 "환경 요소"의 물리량, 예를 들면, 섭씨 온도, 농도, 몰 수 등을 표시하며, "실시간 감지 특성값"은 감지 센서의 현재 시각에서 "환경 요소"에 대하여 발생하는 감지 상황을 표시하고, 출력되는 것은 전기 신호이며, "실시간 환경 파라미터"는 "실시간 감지 특성값"에 근거하여 산출된 환경 파라미터를 표시하고, "실제 환경 파라미터"는 상기 집적 회로가 실제 상황에 근거하여 동작 상태를 선택하여 연산하여 획득하며 출력한 환경 파라미터를 표시한다
본 발명은 새로운 환경 파라미터의 측정과 예측 방법을 제공한다. 아래에, 이해하기 쉽도록 실제 구조에 결합시켜 이러한 방법을 설명한다. 도1에 도시된 바와 같이, 상기 환경 파라미터의 측정과 예측 방법은 적어도 아래의 단계를 포함한다.
단계1: 사용하고자 하는 감지 소자에 대응하는 물리화학적 특성 함수를 제공한다. 감지 센서를 측정 대상 환경에 배치했을 때, 감지 센서는 특정의 환경 요소에 대하여 반응하고, 점차적으로 물리학적 및/또는 화학적 변화가 발생하며, 실시간 감지 특성값을 생성한다. 일반적인 상황에서, 감지 센서는 측정 대상 환경에 들어간 후, 응답 과정에 고정적인 규칙이 있고, 일반적으로, 1회 및 각 회의 지수 함수 및 그 선형 결합을 위주로 한다. 도2에 도시된 바와 같이, 감습 소자를 예로 들 때, 측정 대상 환경에서 시간의 변화에 따라, 습도 감지 특성값은 그 고정된 물리화학적 함수에 의하여 변화한다. 여기서, P는 감지 특성값을 표시하고, t는 감지 시간을 표시한다. p0는 감습 소자가 모니터링을 시작하지 않은 초기 상태 감지 특성값을 표시하고, p는 측정 대상 환경의 실제 감지 특성값을 표시한다. 감지 센서는 감지하는데 일정한 시간이 필요하므로, 측정 대상 환경에 t1시간 들어간 후, 감습 소자의 실시간 특성값은 p1로서 p가 아니다. 상기 물리화학적 특성 함수는 감지 센서의 감지 특성값과 감지 시간의 변화 관계에서 도출된 함수 관계로서, 감지 소자의 측정 대상 환경에서의 감지 과정과 시간의 변화와의 관계를 반영할 수 있다.
단계2: 복수의 그룹의 상기 감지 소자에 의하여 감지된 실시간 감지 특성값 및 실시간 감지 특성값에 대응하는 실시간 클록 신호를 지속적으로 획득하고, 상기 실시간 감지 특성값에 대응하는 기억될 실시간 환경 파라미터를 계산하며, 각 실시간 환경 파라미터에 대응하는 실시간 클록 신호도 함께 기억해야 한다. 특정 용도 지향 집적회로(ASIC)를이용하여상기데이터를수집할수있고, 상기 실시간 클록 신호는 한 개의 클록 유닛에 의하여 제공될 수 있다. 상기 집적 회로는 기타 전자 연산 장치에 의하여 대체될 수 있고, 설비 체적을 한정하지 않을 때, 또한 마이크로컨트롤러 등을 사용하여 더욱 많고 복잡한 기능을 달성할 수 있으며, 본 발명은 이를 한정하지 않는다. 상기 실시간 클록 신호는 감지 소자가 측정 대상 환경을 감지하는 시점을 기록한다. 예를 들면, 제1그룹의 실시간 감지 특성값은 감지 소자가 측정 대상 환경으로 들어갈 때의 물리화학적 특성을 표시하고, 제1그룹의 실시간 클록 신호는 상기 감지 소자가 측정 대상 환경으로 들어가는 시점을 표시한다. 제2그룹의 실시간 클록 신호는 상기 감지 소자가 측전 대상 환경에서 머무는 시간을 반영하고, 제2그룹의 실시간 감지 특성값은 현재 시각에서 감지 소자의 측정 대상 환경에 대한 감지 특성을 반영한다. 상기 집적 회로는 2개의 실시간 감지 특성값에 의하여 대응하는 실시간 환경 파라미터를 산출하고, 2개의 실시간 환경 파라미터와 그에 대응하는 실시간 클록 신호를 시간 순서에 따라 기억한다.
단계3: 변화 범위를 설정하고, 현재의 실시간 환경 파라미터 및 실시간 클록 신호를 그 전에 기억한 일 그룹 또는 복수의 그룹의 실시간 환경 파라미터 및 실시간 클록 신호와 비교하며, 상기 변화 범위를 초과하지 않은 경우, 현재의 실시간 환경 파라미터를 출력하고, 상기 변화 범위를 초과한 경우, 예측 연산을 실시한다.
구체적으로, 당업자들은 실제 사용 상황에 근거하여 변화 범위를 설정하여 현재 획득한 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호의 그 전에 기억된 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 대한 변화 정도를 평가하는데 사용하며, 앞으로 데이터에 대하여 어떠한 처리를 할 것인가를 결정할 수 있다. 상기 변화 범위는 실시간 환경 파라미터, 예를 들면, "현재 실시간 환경 파라미터의 그 전에 기억된 실시간 환경 파라미터에 대한 변화 정도가 3%보다 큰지 여부"에 대해서만 국한될 수 있다. 또는, 상기 변화 범위는 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 대하여 통합적으로 고려할 수도 있고, 예를 들면, "현재 실시간 환경 파라미터의 그 전에 기억된 실시간 환경 파라미터에 대한 변화 정도가 3%보다 큰지, 현재의 실시간 클록 신호와 그 전에 기억된 실시간 클록 신호 사이의 시간 간격이 1초보다 작다". 변화 범위를 이용하여 판정할 수 있고, 측정 환경이 갑자기 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다. 현재의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호가 상기 변화 범위를 초과하지 않은 경우, 측정 환경이 뚜렷이 변화되지 않았음을 표시하고, 실시간 환경 파라미터를 출력하며 정밀도를 보증할 수 있다. 반대로, 상기 변화 범위를 초과한 경우, 측정 환경에 뚜렷한 변화가 발생했음을 표시하고, 예측 연산을 실시해야 한다.
단계4: 단계3에서 예측 연산이 필요하다고 판정된 경우, 상기 물리화학적 특성 함수를 이용하고, 적어도 2그룹의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 근거하여 예측 연산을 실시하여, 환경 요소에 대응하는 실제 환경 파라미터를 획득하고 기억하며 출력한다.
구체적으로, 예측 연산에 있어서, 상기 집적 회로는 상기 감지 소자에 대응하는 물리화학적 특성 함수를 이용하고, 현재의 일 그룹의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호 및 일 그룹의 그 전에 기억된 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 근거하여 예측 연산을 수행할 수 있다. 기타 실시 형태에 있어서, 상기 집적 회로는 2그룹의 전에 기억한 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 근거하여 예측 연산을 실시할 수도 있다. 현재의 실시간 환경 파라미터를 예측의 기초로 하는 경우를 예로 들면, 먼저 현재의 실시간 환경 파라미터와 그 전에 기억한 실시간 환경 파라미터의 차ΔE를 계산하고, 제2그룹의 실시간 클록 신호t1과 제1그룹의 실시간 클록 신호t0의 차Δt를 계산하며, ΔE와 Δt 및 물리화학적 특성 함수에 근거하여 실제 환경 요소와 기본적으로 일치한 실제 환경 파라미터, 즉, 감지 소자가 일정한 시간 충분히 감지한 후 생성한 실시간 감지 특성값에 대응하는 환경 파라미터를 예측해 낼 수 있다.
상기 방법에 의하여 센서는 신속하고 정확하게 측정 대상 환경에 대하여 응답할 수 있다. 상기 방법은 아래의 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 단계4 뒤로,
예측 연산에 있어서, 후속의 복수의 그룹의 실시간 감지 특성값과 실시간 클록 신호를 지속적으로 획득하고 상응한 기억될 실시간 환경 파라미터를 계산하고, 각 그룹 또는 일부 그룹의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호를 선택하여 예측 연산을 실시하며, 후속의 실제 환경 파라미터를 지속적으로 획득하는 단계5;
후속의 실제 환경 파라미터를 이용하여 그 전의 실제 환경 파라미터를 수정하는 단계6;
후속의 실제 환경 파라미터가 안정해질 때, 단계4 내지 단계6을 중지하는 단계7;을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 감지 소자는 실시간 감지 특성값을 끊임없이 생성하고, 집적 회로는 새로 생성된 각 그룹의 실시간 감지 특성값과 실시간 클록 신호를 연이어 획득하며, 후속의 실시간 감지 특성값에 대하여 기억될 실시간 환경 파라미터를 계산한다. 집적 회로는 뒤에서 얻은 각 그룹의 데이터와 그 전에 기억된 각 그룹의 데이터를 사용하여 서로 차를 구할 수 있고, 반복하여 상기 예측 연산을 실시하며, 후속의 실제 환경 파라미터를 산출한다. 후속의 생성된 실시간 감지 특성값이 측정 대상 환경의 실제 상황에 더욱 가까우므로, 예측하여 얻은 실제 환경 파라미터도 더욱 정확하고, 상기 집적 회로는 새로 산출된 실제 환경 파라미터를 이용하여 그 전의 실제 환경 파라미터를 수정할 수 있다. 상기 수정은 직접 이전의 실제 환경 파라미터를 대체할 수 있고, 특정의 연산 처리를 통하여 이전의 실제 환경 파라미터를 수정할 수도 있다. 후속하여 얻은 복수의 실제 환경 파라미터가 안정해질 때, 예측 연산을 종료하고, 즉, 단계4 내지 단계6을 종료할 수 있다. 이 때, 예측 연산에 의하여 얻은 현재의 실제 환경 파라미터는 현재의 실시간 환경 파라미터와 기본적으로 일치해야 하고, 또한 후속의 실시간 환경 파라미터와 실제 환경 파라미터는 모두 큰 변화가 없으므로, 예측 연산을 종료하고, 상기 실시간 환경 파라미터를 직접 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 환경 파라미터의 측정과 예측 방법은 환경 요소가 빈번하게 불규칙적으로 변화하는 것에 대한 측정 방법을 더 포함할 수 있다. 단계4와/또는 단계5 뒤로,
현재 획득한 실제 환경 파라미터와 사전에 설정한 설정 파라미터에 근거하여 다음번 실제 환경 파라미터를 위하여 상한 역치와/또는 하한 역치를 설정하는 단계A;
다음번 실제 환경 파라미터가 상기 상한 역치 또는 하한 역치의 범위를 벗어났을 때, 단계6 내지 단계7을 종료하고, 다음번 실시간 환경 파라미터를 출력하는 단계B;
후속으로 출력된 실시간 환경 파라미터가 상기 물리화학적 특성 함수의 변화 규칙과 역치 한정 범위에 부합되거나 또는 사전에 설정된 시간을 경과하면 단계6 내지 단계7을 회복하는 단계C;를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 실제 정밀도 요구, 감도의 필요 및 측정 환경 등 요소에 따라 당업자들은 사전에 상기 집적 회로에 설정 파라미터를 설정할 수 있다. 상기 설정 파라미터는 매 번 획득하는 실제 환경 파라미터에 여분을 추가한 후 상한 역치와/또는 하한 역치를 설정한다. 상기 환경 파라미터 측정과 예측 방법이 단계4,5까지 실시된 후, 상기 집적 회로는 후속의 실제 환경 파라미터와 그 전의 실제 환경 파라미터를 비교하고, 후속의 실제 환경 파라미터가 상기 상한 역치 또는 하한 역치의 범위를 벗어나는 경우, 즉, 후속의 실제 환경 파라미터가 물리화학적 특성 함수의 규칙에 따라 변화되지 않은 경우, 측정 대상 환경 요소에 불규칙적인 변화 상황이 나타났다는 것을 설명한다. 이 때, 집적 회로는 단계6, 7을 중단할 수 있고, 즉, 실제 환경 파라미터를 출력하지 않을 수 있다. 상기 집적 회로는 후속의 실시간 환경 파라미터를 직접 출력할 수 있다. 단계6, 7을 중단한 후, 상기 집적 회로는 계속하여 실시간 환경 파라미터를 모니터링할 수 있고, 후속의 실시간 환경 파라미터의 변화 상황이 다시 상기 물리화학적 특성 함수의 변화 규칙에 부합될 때, 상기 집적 회로는 계속하여 단계6, 7을 실시할 수 있다. 당업자라면 중단된 단계6,7의 시간 길이를 위하여 시간대를 설정할 수 있고, 중단된 단계6,7이 일정한 시간을 초과한 후, 자동으로 상기 단계를 회복할 수 있다. 또한, 상기 집적 회로는 단계6,7을 중단한 후, 여전히 단계5에서 획득한 실제 환경 파라미터를 모니터링할 수 있고, 그 후에 얻은 실제 환경 파라미터가 상기 상한 역치와 하한 역치의 범위 내에 돌아온 후 단계6,7을 회복할 수 있다.
특히, 당업자들은 실제 활용 상황에 근거하여 상기 설정 파라미터를 조절할 수 있고, 상한 역치와 하한 역치 사이의 거리를 증가 또는 감소시켜 센서로 하여금 서로 다른 환경 특징에 적응되게 할 수 있으며, 환경 요소를 정확하게 반영하고/또는 환경 요소의 변화에 대하여 신속하게 반응하는 목적을 달성할 수 있다.
상기는 본 발명에 기재된 환경 파라미터의 측정과 예측 방법이고, 상기 방법은 감지 소자가 충분히 감지하도록 대기할 필요 없이 환경 요소의 실제 상황에 기본적으로 부합되는 실제 환경 파라미터를 출력할 수 있고, 감지 시스템을 사용할 때의 대기 시간을 크게 단축시키며, 보다 높은 정밀도의 감습 소자 및 기타 감지 소자를 활용할 수 있다.
상기 방법은 신호 처리의 기타 단계를 더 포함할 수 있으며, 예를 들면, 단계2에 있어서, 먼저 상기 실시간 감지 특성값에 대하여 신호 조정 및 아날로그디지털 변환 처리를 실시할 수 있다. 신호 조정은 필터링, 정류 등 신호 처리 과정을 포함하고, 상기 실시간 감지 측성값의 신호를 적당한 형태로 조정한다. 상기 실시간 감지 특성값은 아날로그 신호이고, 후속의 예측 연산에 편리하도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
본 발명의 환경 파라미터의 측정과 예측 방법은 각종 감지 소자에 적합하고, 상기 실시예에 사용되는 것은 감습 소자이며,본 발명은 감지 소자의 종류를 한정하지 않고, 예를 들면, 감지 소자는 감습 소자 및 감열 소자를 포함할 수 있고, 양자를 결합하여 환경의 상대 습도를 측정한다. 당업자라면 사용 목적에 따라 상기 환경 파라미터의 측정과 예측 방법을 기타 감지 소자와 결합할 수 있다.
한편, 본 발명은 또한 상기 환경 파라미터의 측정과 예측 방법을 실현하는 환경 센서를 제공한다. 도3에 도시된 바와 같이, 상기 환경 센서는 적어도 감지 소자(11)과 집적 회로(13)을 포함한다.
상기 감지 소자(11)은 측정 대상 환경의 환경 요소를 감지하고, 발송될 실시간 감지 특성값을 생성한다. 상기 환경 센서는 감지 소자(11)의 감지 시간 정보를 기록해야 하므로, 상기 감지 소자(11)의 감지 시간을 기록하고, 실시간 클록 신호를 제공하는 클록 유닛(12)를 포함할 수 있다. 또는, 상기 센서는 주변 기기로부터 실시간 클록 신호를 획득할 수 있고, 상기 실시간 클록 신호는 외부에서 상기 집적 회로(13)으로 전송될 수 있다. 상기 집적 회로(13)는 지속적으로 실시간 감지 특성값과 실시간 클록 신호를 획득할 수 있으며, 연산에 의하여 실시간 환경 파라미터를 획득하여 기억하고 출력한다. 구체적인 실시예에 있어서, 상지 집적 회로(13)에 사전에 상기 감지 소자(11)에 대응하는 물리화학적 특성 함수를 설정할 수 있다. 일반 모드에서, 상기 집적 회로(13)는 획득한 실시간 환경 파라미터를 직접 출력할 수 있고, 예측 연산이 필요한 경우, 상기 집적 회로(13)는 예측 모드로 진입하여, 상기 물리화학적 특성 함수를 이용하고, 현재의 실시간 클록 신호와 실시간 환경 파라미터 및 적어도 1그룹의 그 전에 기억한 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 근거하여 예측 계산을 실시하여, 환경 요소에 대응하는 실제 환경 파라미터를 획득할 수 있다.
바람직하게, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 집적 회로(13)는 실시간 환경 파라미터, 실시간 클록 신호 및 실제 환경 파라미터를 거억하는 기억 장치(131)를 포함할 수 있다. 상기 집적 회로(13)에 의하여 수신되고 연산하여 획득한 데이터는 모두 상기 기억 장치(131)에 기억될 수 있다. 상기 집적 회로(13)는, 상기 물리화학적 특성 함수가 설정되어 있고, 예측 모드 하에서, 예측 연산을 수행하여 실제 환경 파라미터를 얻는 예측 장치(132)를 더 포함할 수 있다. 상기 집적 회로(13)는 상기 실제 환경 파라미터를 송신하고 기억할 수 있다. 당업자라면 집적 회로(13)을 사전에 설치하고 매 번 얻은 실시간 환경 파라미터의 변화 범위를 한정할 수 있으며, 다음번 얻은 실시간 환경 파라미터가 변화 범위를 벗어났을 때, 상기 집적 회로(13)는 일반 모드에서 예측 모드로 변환될 수 있다.
또한, 예측 모드 하에서, 상기 집적 회로(13)는 후속의 각 그룹 또는 일부 그룹의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 의하여 예측 연산하고, 연이어 후속의 실제 환경 파라미터를 얻을 수 있다. 바람직하게, 후속의 실제 환경 파라미터를 이용하여 그 전에 얻은 환경 파라미터를 수정한다.
특히, 본 발명은 측정 대상 환경에 빈번하게 불규칙 변화가 발생하는 상황에 대처하기 위하여, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 환경 센서에는 인터럽트 제어 장치(16)이 포함될 수 있다. 예측 모드 하에서, 상기 인터럽트 제어 장치(16)는 상기 집적 회로(13)에 의하여 획득한 실제 환경 파라미터와 실시간 클록 신호를 수신하고, 사전에 설정한 설정 파라미터에 따라 다음번의 실제 환경 파라미터를 위하여 상한 역치와/또는 하한 역치를 설정한다. 다음번 예측 연산에 의하여 획득한 실제 환경 파라미터가 상한 역치 또는 하한 역치의 범위를 벗어났을 때, 상기 인터럽트 제어 장치(16)는 상기 집적 회로(13)이 상기 실제 환경 파라미터를 출력하는 것을 막고, 상기 집적 회로(13)는 다음번 실시간 환경 파라미터를 출력한다. 당업자라면 상기 환경 센서의 실제 사용 상황 및 정밀도와 감도에 대한 요구에 따라 상기 설정 파라미터를 자유롭게 선택할 수 있다.
또한, 상기 감지 소자(11)은 상대 습도, 온도 등 환경 요소를 모니터링하는 감습 소자와/감열 소자 등 감지 장치 및 그들의 조합일 수 있다.
상기 환경 센서에는 신호 조정 모듈(17)과 아날로그디지털 변환기(18)이 더 포함될 수 있다. 상기 신호 조정 모듈(17)은 감지 소자(11)에 의하여 생성된 실시간 감지 특성값에 대하여 필터링, 정류 등 신호 처리를 실시한다. 상기 실시간 감지 특성값은 아날로그 신호이고, 상기 아날로그디지털 변환기(18)은 후속의 신호에 대한 예측 연산에 편리하도록 상기 실시간 감지 특성값을 디지털 신호로 변환한다.
상기 환경 센서에는 주변 기기와 데이터를 교환하는데 사용되는 포트(14)가 더 포함될 수 있다. 실제 환경 파라미터의 출력, 클록 신호의 입력은 모두 포트(14)에 의하여 실시할 수 있다. 상기 센서는 I2C포트(14) 또는 기타 포트 프로토콜을 사용할 수 있다. 상기 주변 기기는 컴퓨터, 모니터 장치 또는 휴대용 전자 기기일 수 있고, 본 발명은 포트(14)와 주변 기기의 종류에 대하여 한정하지 않는다. 또한, 상기 환경 센서에는 독립된 전원 공급 장치(15)가 포함될 수 있고, 주변 기기로부터 전력을 얻을 수도 있다.
상기는 본 발명에 따른 환경 센서이고, 상기 시스템은 감지 소자에 대응하는 물리화학적 특성 함수에 의하여 측정 대상 환경의 환경 요소를 정확하게 예측할 수 있다. 상기 환경 센서는 감지 소자가 완전히 감지할 때까지 기다릴 필요 없이, 환경 요소에 기본적으로 부합되는 실제 환경 파라미터를 출력할 수 있다. 감지 소자가 끊임없이 감지함에 따라 상기 시스템은 이전에 생성된 실제 환경 파라미터를 수정할 수 있고, 가일층 환경 요소에 근접할 수 있다. 이는 보다 높은 정밀도를 구비하지만 보다 긴 감지 시간이 필요한 감지 소자를 실제 활용 가능케 한다. 또한, 환경 요소가 빈번하게 불규칙적으로 변화할 때, 본 시스템은 또한 예측 연산의 결과를 출력하지 않고, 실시간 환경 파라미터를 직접 출력하여 가능한 환경 요소와 일치하도록 할 수 있다.
본 발명의 활용 범위는 상술된 감습 소자와 감열 소자에 대한 실시예에 한정되지 않고, 당업자라면 실제 활용에 근거하여 감지 소자의 종류, 물리화학적 특성 함수, 역치의 범위 등 특징을 조정할 수 있다. 상기 환경 센서에는 클록 유닛이 설치될 수 있고, 주변 기기로부터 실시간 클록 신호를 수신할 수도 있다. 본 발명의 원리는, 감지 소자의 물리화학적 특성 함수를 이용하여 실제 환경 파라미터를 예측하고, 감지 소자가 감지를 끝내기 전에 진실한 환경 파라미터를 얻을 수 있으며 센서의 신속한 응답을 실현하는데 있다. 한편, 측정 대상 환경이 불규칙적으로 신속하게 변화하는 상황에서, 감지 시스템은 예측 연산의 결과를 출력하는 것을 취소하고 직접 실시간 환경 파라미터를 출력할 수 있으며, 가능한 진실하게 현재의 환경 요소를 반영할 수 있다.
당업자라면 본 발명의 원리와 정신을 벗어나지 않는 상황에서 이러한 실시예에 대하여 각종 변경이나 수정, 교체 및 변형을 실시할 수 있고, 본 발명에 첨부된 청구항의 목적은 이러한 변형, 교체 등 구조를 그 보호 범위 내에 포함시키는데 있다.

Claims (10)

  1. 발송될 실시간 감지 특성값을 감지하는 감지 소자(11);
    지속적으로 실시간 감지 특성값과 실시간 클록 신호를 획득하고, 연산에 의하여 기억 및 출력될 실시간 환경 파라미터를 획득하는 집적 회로(13);을 포함하되,
    상기 집적 회로(13)에는 상기 감지 소자(11)에 대응되는 물리화학적 특성 함수가 설정되어 있고, 예측 모드 하에서, 상기 집적 회로(13)는 물리화학적 특성 함수를 이용하고, 현재의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호 및 적어도 한 그룹의 이전에 기억한 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 근거하여 예측 연산을 수행하여, 기억 및 발송될 실제 환경 파라미터를 획득하는 환경 센서에 있어서,
    예측 모드 하에서, 상기 집적 회로(13)는 또한 후속의 각 그룹 또는 일부 그룹의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 의하여 예측 연산하고, 연이어 후속의 실제 환경 파라미터를 획득하며, 그 전에 획득한 실제 환경 파라미터를 수정하고,
    상기 환경 센서는,
    예측 모드 하에서, 상기 집적 회로(13)에 의하여 획득한 실제 환경 파라미터를 수신하고, 사전에 설정한 설정 파라미터에 따라 다음번의 실제 환경 파라미터를 위하여 상한 역치 또는 하한 역치, 또는 상한 역치 및 하한 역치를 연산하는 인터럽트 제어 장치(16)를 더 포함하고,
    다음번 예측 연산에 의하여 획득한 실제 환경 파라미터가 상한 역치 또는 하한 역치의 범위를 벗어났을 때, 상기 인터럽트 제어 장치(16)는 상기 집적 회로(13)가 실제 환경 파라미터를 출력하는 것을 막고, 상기 집적 회로(13)는 다음번 실시간 환경 파라미터를 출력하는 것을 특징으로 하는 환경 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 집적 회로(13)는,
    실시간 환경 파라미터, 실시간 클록 신호 및 실제 환경 파라미터를 거억하는 기억 장치(131)를 포함하는 환경 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 집적 회로(13)는,
    물리화학적 특성 함수가 설정되어 있고, 예측 모드 하에서, 예측 연산을 수행하여 실제 환경 파라미터를 얻는 예측 장치(132);를 포함하는 환경 센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 감지 소자(11)의 감지 시간을 기록하는 발송된 실시간 클록 신호를 생성하는 클록 유닛(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 센서.
  5. 감지 소자에 대응하는 물리화학적 특성 함수를 제공하는 단계1;
    상기 감지 소자에 의하여 감지된 실시간 감지 특성값 및 실시간 감지 특성값에 대응하는 실시간 클록 신호를 지속적으로 획득하고, 상기 실시간 감지 특성값에 대응하는 기억될 실시간 환경 파라미터를 계산하는 단계2;
    변화 범위를 설정하고, 현재의 실시간 환경 파라미터 및 실시간 클록 신호를 그 전에 기억한 일 그룹 또는 복수의 그룹의 실시간 환경 파라미터 및 실시간 클록 신호와 비교하며, 비교 결과가 변화 범위를 초과하지 않은 경우 현재의 실시간 환경 파라미터를 출력하고, 비교 결과가 변화 범위를 초과한 경우 예측 연산을 실시하는 단계3;
    예측 연산에 있어서, 상기 물리화학적 특성 함수를 이용하고, 적어도 2그룹의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호에 근거하여 예측 연산을 실시하며, 환경 요소에 대응하는 기억 및 출력될 실제 환경 파라미터를 획득하는 단계4;
    예측 연산에 있어서, 후속의 복수의 그룹의 실시간 감지 특성값과 실시간 클록 신호를 지속적으로 획득하고 상응한 실시간 환경 파라미터를 계산하며, 각 그룹 또는 일부 그룹의 실시간 환경 파라미터와 실시간 클록 신호를 선택하여 예측 연산을 실시하고, 후속의 실제 환경 파라미터를 지속적으로 획득하는 단계5;
    후속의 실제 환경 파라미터를 이용하여 그 전의 실제 환경 파라미터를 수정하는 단계6; 및
    후속의 실제 환경 파라미터가 안정해질 때, 단계4 내지 단계6을 종료하는 단계7;을 포함하고,
    단계4 후에, 또는 단계5 후에, 또는 단계 4 및 단계5의 모두의 후에,
    현재 획득한 실제 환경 파라미터와 사전에 설정한 설정 파라미터에 근거하여 다음번 실제 환경 파라미터를 위하여 상한 역치 또는 하한 역치, 또는 상한 역치 및 하한 역치를 설정하는 단계A; 및
    다음번 실제 환경 파라미터가 상기 상한 역치 또는 하한 역치의 범위를 벗어났을 때, 단계6 내지 단계7을 중지하고, 다음번 실시간 환경 파라미터를 출력하는 단계B를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    환경 파라미터의 측정과 예측 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 단계B의 뒤에,
    후속하여 출력된 실시간 환경 파라미터가 상기 물리화학적 특성 함수의 변화 규칙과 역치 한정에 부합되거나 또는 설정된 시간을 경과하면 단계6 내지 단계7을 회복하는 단계C가 포함되는 환경 파라미터의 측정과 예측 방법.
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