KR102090016B1 - 물체 접근 감지 장치, 이를 이용한 물체 접근 감지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 물체 접근 감지 장치는, 정전용량값이 가변되는 센서 스트립, 센서 스트립에 연결되어 서로 다른 위상을 갖는 발진 주파수를 발진하는 복수의 RF 발진기 및 분주된 상기 발진 주파수를 이용하여 상기 센서 스트립으로 접근하는 물체를 감지하되, 분주된 상기 발진 주파수의 변화량을 분석하여 발진 주파수를 발진시킬 스위칭 그룹을 재설정하는 MCU를 포함할 수 있다.

Description

물체 접근 감지 장치, 이를 이용한 물체 접근 감지 방법 {DEVICE FOR DETECTING APPROACH OF OBJECT, METHOD FOR DETECTING APPROACH OF OBJECT USING THE DEVICE}

본 발명은 물체 접근 감지 장치, 이를 이용한 물체 접근 감지 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정전용량의 변화에 따라 센서 스트립에 접근하는 물체를 비접촉식으로 감지하는 물체 접근 감지 장치, 이를 이용한 물체 접근 감지 방법에 관한 것이다.

일반적으로 물체 접근 감지 장치(센서)는 크게 접촉식과 비접촉식으로 구분된다. 접촉식은 장애물과 같은 물체의 접촉으로 인해 발생하는 전기적 부하의 변화나 전압의 변화를 감지하여 물체의 접근 여부를 판단하는 방식이고, 비접촉식은 정전용량의 변화, 전기장의 변화 등을 이용하여 장애물의 접근 여부를 판단하는 방식이다.

여기서, 종래의 비접촉식 센서는 정전용량을 감지하는 정전용량 감지모듈과, 정전용량 감지모듈에서 출력된 신호를 이용하여 물체의 접근여부를 판단하는 제어모듈과, 정전용량 감지모듈의 출력신호를 제어모듈로 전달하는 전송라인으로 구성되며, 정전용량 감지모듈은 예를 들어, 차량의 도어나 윈도우의 주변부를 따라 설치되는 띠 형태의 센서 스트립과, 센서스트립의 단부에 결합되어 센서 스트립의 정전용량을 감지하는 정전용량 감지회로를 포함한다.

이러한 종래의 비접촉식 센서는 사람의 손이나 신체의 일부, 또는 이물질이 문이나 도어에 근접하는 경우, 센서 스트립의 정전용량이 변화하게 되고, 센서 스트립에 연결된 RF 발진기의 발진 주파수가 달라진다. 이렇게 RF 발진기의 발진 주파수가 달라짐에 따라, 정전용량 감지회로의 출력신호가 허용 주파수범위를 벗어나면 제어모듈은 장애물과 같은 물체의 접근이 있는 것으로 판단하게 된다.

하지만, 종래의 비접촉식 센서는 물체가 접근하여도 이를 감지하지 못하는 지점(이하 '데드 포인트(dead point)')이 센서 스트립에 주기적으로 나타나는 문제점이 있었다.

실험에 따르면 900MHz의 RF 발진기를 사용하는 경우에는 대략 14cm의 간격으로 데드 포인트가 나타나고, 450MHz의 RF 발진기를 사용하는 경우에는 대략 28cm의 간격으로 데드 포인트가 나타난다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술의 일예로서, 대한민국 등록특허 제10-0947559호(2010.03.08.)에서는, 적어도 두 개의 RF 발진기를 사용하여 다수의 주파수를 일정주기에 따라 교번하여 발진하도록 하여 서로 다른 주파수의 조절에 따라 데드 포인트가 겹치지 않도록 하여 데드 포인트로 인한 감지불능 문제를 해결하는 구성을 제안한 바 있다.

하지만, 종래 기술에 따르면 복수의 RF 발진기는 항상 미리 정해진 순서대로만 교번 동작하기 때문에, 외부 환경 또는 물체의 특성 등에 따라 어느 하나의 발진 주파수의 위상이 변경되는 경우 데드 포인트가 다시 발생된다는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-0947559호 한국공개특허 제10-2018-0038839호

본 발명의 일측면은 고정 또는 이동되는 대상체에 설치되어 대상체로 접근하는 물체를 신뢰성 있게 감지하는 과정에서 데드 포인트의 발생을 최소화하는 물체 접근 감지 장치, 이를 이용한 물체 접근 감지 방법을 제공한다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 물체 접근 감지 장치는, 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변되는 띠 형태의 전도체가 삽입된 센서 스트립, 상기 센서 스트립에 연결되며, 상기 단위 전도체로 접근하는 물체를 감지하기 위한 서로 다른 위상을 갖는 발진 주파수를 발진하는 복수의 RF 발진기, 상기 RF 발진기의 발진 주파수를 미리 정해진 설정 비율로 분주하는 주파수 분주기 및 상기 주파수 분주기에 의해 분주된 상기 발진 주파수를 이용하여 상기 센서 스트립으로 접근하는 물체를 감지하되, 상기 복수의 RF 발진기 중 상기 센서 스트립으로 발진 주파수를 발진시킬 적어도 두 개의 RF 발진기를 선택하여 스위칭 그룹을 생성하고, 상기 스위칭 그룹에 포함된 적어도 두 개의 RF 발진기를 교번적으로 발진시켜 서로 다른 위상을 갖는 발진 주파수가 발진되도록 제어하며, 분주된 상기 발진 주파수의 변화량을 분석하여 상기 스위칭 그룹을 재설정하는 MCU를 포함한다.

상기 MCU는, 상기 발진 주파수의 변화량을 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 스위칭 그룹에 포함된 상기 발진 주파수의 위상 변화량을 추정하고, 상기 위상 변화량이 미리 설정된 임계값 이상인 것으로 확인되면 상기 스위칭 그룹을 재설정할 수 있다.

상기 MCU는, 상기 발진 주파수의 변화량을 상기 기준 데이터와 비교하여 상기 스위칭 그룹에 의해 생성되는 복수의 발진 주파수 중 위상 변화량이 가장 큰 어느 하나의 발진 주파수를 추출하고, 추출된 상기 어느 하나의 발진 주파수를 발진시키는 특정 RF 발진기를 상기 스위칭 그룹에서 제외시킬 수 있다.

상기 MCU는, 상기 스위칭 그룹에서 제외되지 않은 나머지 발진 주파수의 위상을 분석하여, 감지 구간이 최대화되는 위상을 갖는 발진 주파수를 발진시키는 다른 RF 발진기를 선택하고, 선택된 상기 다른 RF 발진기를 상기 스위칭 그룹에 포함시켜 상기 스위칭 그룹을 재구성할 수 있다.

상기 MCU는, 상기 스위칭 그룹에서 제외되지 않은 나머지 발진 주파수가 교번적으로 발진될 때 발생되는 데드 포인트를 추출하고, 추출된 상기 데드 포인트의 개수가 최소가 되는 위상을 가진 어느 하나의 발진 주파수를 발진시키는 RF 발진기를 상기 다른 RF 발진기로 선택할 수 있다.

상기 복수의 RF 발진기와 상기 MCU 사이에는 RF 스위치가 형성되고, 상기 MCU는 상기 RF 스위치를 제어하여 상기 스위칭 그룹에 포함된 RF 발진기를 교번적으로 상기 센서 스트립에 연결시킬 수 있다.

상기 센서 스트립은, 고정 또는 이동되는 대상체에 설치되며, 상기 물체는 상기 대상체에 접근하거나 접근되는 장애물인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변되는 띠 형태의 전도체가 삽입된 센서 스트립과, 상기 센서 스트립에 연결되며, 서로 다른 위상을 갖는 발진 주파수를 발진하는 복수의 RF 발진기와, 상기 RF 발진기의 발진 주파수를 미리 정해진 설정 비율로 분주하는 주파수 분주기와, 상기 주파수 분주기에 의해 분주된 상기 발진 주파수를 이용하여 상기 센서 스트립으로 접근하는 물체를 감지하는 MCU를 포함하는 물체 접근 감지 장치를 이용한 물체 접근 감지 방법은, 미리 설정된 스위칭 그룹에 포함된 적어도 두 개의 RF 발진기를 교번적으로 상기 센서 스트립에 연결하여 서로 다른 위상을 갖는 발진 주파수가 발진되도록 하고, 물체 접근에 따라 가변되는 상기 발진 주파수를 이용하여 상기 센서 스트립으로 접근하는 물체를 감지하며, 분주된 상기 발진 주파수의 변화량을 분석하여 상기 스위칭 그룹을 재설정한다.

상기 스위칭 그룹을 재설정하는 것은, 상기 발진 주파수의 변화량을 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 스위칭 그룹에 포함된 상기 발진 주파수의 위상 변화량을 추정하고, 상기 위상 변화량이 미리 설정된 임계값 이상인 것으로 확인되면 상기 스위칭 그룹을 재설정하는 것일 수 있다.

상기 스위칭 그룹을 재설정하는 것은, 상기 발진 주파수의 변화량을 상기 기준 데이터와 비교하여 상기 스위칭 그룹에 의해 생성되는 복수의 발진 주파수 중 위상 변화량이 가장 큰 어느 하나의 발진 주파수를 추출하고, 추출된 상기 어느 하나의 발진 주파수를 발진시키는 특정 RF 발진기를 상기 스위칭 그룹에서 제외시키는 것일 수 있다.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 물체 접근에 따라 가변되는 발진 주파수의 변화량을 이용하여 센서 스트립으로 접근하는 물체를 감지할 수 있으며, 이 과정에서 발진 주파수의 변화량을 분석하여 데드 포인트를 최소화하기 위한 스위칭 그룹을 동적으로 설정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 접근 감지 장치의 개략적인 구성이 도시된 개념도이다.
도 2는 발진 주파수의 위상별 데드 포인트의 일 예가 도시된 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 물체 접근 감지 장치가 스위칭 그룹을 재설정하는 일 예가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 접근 감지 방법의 개략적인 흐름이 도시된 순서도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 접근 감지 장치의 개략적인 구성이 도시된 블록도이다.

본 발명에 따른 물체 접근 감지 장치(1)는 차량, 엘리베이터, 도어 등과같이 고정 또는 이동되는 대상체에 설치되어 대상체에 접근하는 물체를 감지할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 물체 접근 감지 장치(1)는 설치된 대상체 근처로 접근하는 물체를 감지하고, 그에 따른 결과를 대상체에 구비된 제어 모듈(2)로 제공함으로써, 발판(사이드 스텝)의 구동 또는 창문이나 도어의 개폐 등과 같이 대상체 부근으로 접근하는 물체에 대응되는 동작이 제어 모듈(2)에 의해 수행될 수 있도록 할 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 물체 접근 감지 장치(1)는 물체가 접근함에 따라 가변되는 발진 주파수의 변화량을 이용하여 물체 접근 여부를 판단할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 접근 감지 장치(1)는 센서 스트립(100), RF 발진기(200), 주파수 분주기(300) 및 MCU(400)를 포함할 수 있다.

센서 스트립(100)은 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변되는 띠 형태의 부재로, 고정 또는 이동되는 대상체에 설치될 수 있다. 예를 들어, 센서 스트립(100)은 차량의 도어, 윈도우 주위 또는 슬라이딩 게이트, 엘리베이터 도어 등 다양한 대상체에 설치될 수 있다.

센서 스트립(100)은 유연성이 좋은 고무재질의 절연체 내부에 얇은 띠 형태의 전도체(예, 금속재)가 삽입된 것으로서, 전도체가 커패시터(capacitor)의 전극역할을 하기 때문에 근처에 접근 물체가 있는 경우의 정전용량과 없는 경우의 정전용량이 서로 다르게 나타난다.

RF(Radio Frequency) 발진기(200)는 센서 스트립(100)으로 접근하는 물체를 감지하기 위한 발진 주파수(Oscillation Frequency)를 센서 스트립(100)으로 제공하는 모듈일 수 있다. RF 발진기(200)는 물체의 접근에 의해 센서 스트립(100)의 정전용량이 달라지면 이에 대응하여 가변된 발진 주파수를 발진시킬 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 RF 발진기(200)는 복수 개로 구비되며, 더욱 구체적으로는 각각의 RF 발진기(210, 220, 230)에서 발진되는 발진 주파수의 위상은 다른 RF 발진기(210, 220, 230)에서 발진되는 발진 주파수의 위상과는 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 RF 발진기(210)에서 발진되는 제1 발진 주파수와, 제2 RF 발진기(220)에서 발진되는 제2 발진 주파수와, 제3 RF 발진기(230)에서 발진되는 제3 발진 주파수는 각각의 위상이 서로 상이할 수 있다.

한편, 센서 스트립(100)에는 RF 발진기(200)에 의해 생성된 발진 주파수를 갖는 교류 전원 파형이 인가될 수 있다.

이에 따라, 각각의 발진 주파수는 위상값이 0이 되는 지점이 발생하게 되는데, 이 지점에서는 발진 주파수에 의한 물체 감지 여부를 판단하지 못하게 된다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 발진 주파수의 0변환 지점을 데드 포인트로 정의하여 설명하기로 한다.

이러한 문제점을 방지하기 위하여, 후술하겠지만 본 발명에 따른 MCU(400)는 서로 다른 위상, 다시 말해 서로 다른 데드 포인트 지점을 갖는 서로 다른 적어도 두 개의 발진 주파수를 교번적으로 발진시켜 데드 포인트 지점을 제거할 수 있다.

이를 위해, 각각의 RF 발진기(210, 220, 230)는 센서 스트립(100)으로 서로 다른 위상을 갖는 발진 주파수를 제공하도록 설계될 수 있다.

각각의 RF 발진기(210, 220, 230)는 발진회로 및 증폭회로로 구성될 수 있다.

발진회로는 MCU(400)로부터 수신되는 전기적인 제어신호에 따라 발진 주파수를 생성시키는 소자이고, 증폭회로는 발진회로에 의해 생성된 발진 주파수를 증폭시켜 출력하는 소자일 수 있다. 예를 들어, 제1 RF 발진기(210)는 발진회로에 의해 생성되어 증폭회로에 의해 증폭된 발진 주파수를 센서 스트립(100)으로 인가할 수 있다.

한편, 도시된 실시예에서, 복수의 RF 발진기(210, 220, 230)는 세 개인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 RF 발진기(200)의 개수는 두 개 이상이기만 하면 그 개수에 제한을 두는 것은 아니다. 그리고, 각각의 RF 발진기(200)는 전압으로 주파수를 조정할 수 있는 VCO(Voltage Control Oscilltor)가 바람직하나, 본 발명에 있어 그 종류를 한정하는 것은 아니다.

주파수 분주기(300)는 RF 발진기(200)와 연결되어 RF 발진기(200)로부터 발진된 발진 주파수를 소정 비율로 분주하는 모듈일 수 있다. 즉, 주파수 분주기는 RF 발진기(200)로부터 발진된 비교적 높은 주파수를 후술하는 주파수 비교가 인식할 수 있는 정도의 낮은 주파수로 분주하여 조정할 수 있다. 예를 들어, 주파수 분주기의 분주율은 1/100 이상의 분주율(예, 1/100, 1/200,..)로 설정될 수 있으며, MCU(400) 및 주파수 비교기의 사양 등을 고려하여 적절한 분주율로 설정될 수 있다.

즉, 통상 RF 발진기(200)에서 발진되는 주파수는 대략 900MHz∼1GHz 이지만, 분주기(130)는 발진 주파수를 1/90∼1/100으로 분주하여, 실제로 센서 스트립(100)에 대략 9MHz∼10MHz의 낮은 주파수가 유입되어 실리게 된다.

한편, 본 발명에 따른 주파수 분주기(300)는 독립된 장치로 구비되거나, 종래의 위상고정 루프(Phase Lock Loop, PLL)의 기능을 이용하여 구현될 수 있다.

위상고정 루프는 주파수 비교기, 주파수-전압 변환기 및 주파수 분주기가 구비된 종래의 위상고정 루프의 형태일 수 있다.

주파수 비교기는 주파수 검출용 커패시터와 같은 주파수 감지 수단을 통해 RF 발진기(200)의 발진 주파수를 지속적으로 측정하며, RF 발진기(200)의 발진 주파수가 MCU(400)에 의해 미리 설정된 기준 발진 주파수로부터 변화하는지 여부를 감지할 수 있다.

주파수-전압 변환기는 발진 주파수가 기준 주파수로부터 벗어나게 되는 경우 주파수조정용 신호선을 통해 RF 발진기(200)로 주파수 설정 전압을 공급하여 RF 발진기(200)의 발진 주파수가 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어할 수 있다.

이때, 본 실시예의 물체 접근 감지 장치(1)는, RF 발진기(200)의 발진 주파수를 반드시 일정하게 유지시키지 않아도 된다. 예를 들어, 장기간의 사용에 의한 열화 또는 환경적 요인으로 인하여 RF 발진기(200)의 발진 주파수가 약간 변하더라도 그로 인한 주파수 변화량은 센서 스트립(100)에 장애물이 접근하였을 때의 주파수 변화량에 비해 상대적으로 매우 작기 때문에 RF 발진기(200)의 주파수 변화량을 이용하여 장애물의 근접여부를 충분히 판단할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 주파수 분주기(300)가 위상고정 루프에 구현된 경우, MCU(400)는 위상고정 루프의 주파수 비교기 및 주파수-전압 변환기에 대응되는 레지스터는 OFF시키고, 주파수 분주기에 대응되는 레지스터는 ON시켜 위상고정 루프의 주파수 분주 기능만을 선택적으로 사용할 수 있다.

MCU(Micro Controller Unit, 400)는 본 발명에 따른 물체 접근 감지 장치(1)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

예컨대, MCU(400)는 복수의 RF 발진기(210, 220, 230)를 제어하여 각각의 RF 발진기(210, 220, 230)별로 생성되는 발진 주파수가 센서 스트립(100)에 교번적으로 제공되도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 병렬로 형성되는 복수의 RF 발진기(200)와 MCU(400) 사이에는 RF 스위치가 형성되고, MCU(400)는 RF 스위치를 제어하여 RF 발진기(200)를 교번적으로 센서 스트립(100)에 연결시켜 서로 다른 발진 주파수가 순차적으로 센서 스트립(100)에 실릴 수 있도록 할 수 있다.

이후, MCU(400)는 주파수 분주기(300)에 의해 분주되고, 정전용량값의 변화에 따라 가변되는 발진 주파수를 이용하여 센서 스트립(100)으로 접근하는 물체를 감지할 수 있다. 구체적으로, MCU(400)는 물체 접근에 의해 가변된 발진 주파수와 미리 설정된 기준 주파수를 비교하여, 그 차이값이 임계값 이상인 경우 센서 스트립(100)에 물체가 접근한 것으로 판단할 수 있다.

이후, MCU(400)는 자동차의 윈도우나 도어를 자동으로 여닫는 액츄에이터 모듈(미도시)의 동작여부를 감지하여 소정의 제어신호를 정전용량 감지회로의 위상고정 루프(300)로 전송할 수 있다.

한편, MCU(400)는 센서 스트립(100)에 발진 주파수를 인가하는 과정에서, 데드 포인트를 최소화하기 위한 일련의 과정을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 3 및 도 4를 함께 참조하여 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 물체 접근 감지 장치(1)가 데드 포인트가최소화되도록 스위칭 그룹을 재설정하는 일 예가 도시된 도면이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 MCU(400)는 센서 스트립(100)에 병렬로 연결된 복수의 RF 발진기(210, 220, 230) 중 센서 스트립(100)에 발진 주파수를 인가시킬 적어도 두 개의 RF 발진기(210, 220)를 선택하고, 선택된 적어도 두 개의 RF 발진기(210, 220)를 스위칭 그룹에 포함시킬 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 MCU(400)가 최초로 설정한 스위칭 그룹을 제1 스위칭 그룹으로 정의하여 설명하기로 한다.

MCU(400)는 기 설정된 스위칭 그룹(제1 스위칭 그룹)에 포함된 제1, 2 RF 발진기(210, 220)를 교번적으로 작동시켜, 서로 다른 위상을 갖는 두 개의 발진 주파수가 교번적으로 센서 스트립(100)에 발진되도록 제어할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 물체 접근 감지 장치(1)는 최초 미리 설정된 적어도 두 개의 RF 발진기가 교번적으로 작동하여 어느 하나의 발진 주파수에 의해 생성되는 데드 포인트를 다른 위상을 갖는 발진 주파수로 상쇄시킬 수 있다.

이후, MCU(400)는 센서 스트립(100)에 접근하는 물체에 의해 변경되는 정전용량값에 대응되어 가변되는 발진 주파수를 미리 설정된 기준 주파수와 비교하여 물체 접근 여부를 판단할 수 있다.

이와 동시에, MCU(400)는 발진 주파수의 변화량을 분석하여 기 설정된 제1 스위칭 그룹에 소속된 RF 발진기(210, 220)를 재구성할지 여부를 판단할 수 있다.

이를 위해, MCU(400)는 발진 주파수의 변화량을 미리 설정된 임계값과 비교하여 스위칭 그룹을 재구성할지 여부를 판단하고, 스위칭 그룹을 재구성해야될 것으로 판단되는 경우 가변된 발진 주파수를 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 스위칭 그룹에서 제외될 RF 발진기 및 제외된 RF 발진기 대신에 추가될 다른 RF 발진기를 선택할 수 있다.

여기서, 발진 주파수의 변화량이라 함은, 스위칭 그룹에 포함된 적어도 두 개의 발진 주파수가 조합된 파형을 의미할 수 있다. 즉, MCU(400)는 최초 설정된 제1 스위칭 그룹에 포함된 제1 발진 주파수와 제2 발진 주파수가 조합된 파형을 물체의 접근 전 제1, 2 발진 주파수의 조합 파형과 비교할 수 있다. MCU(400)는 비교 결과 파형의 변화량이 미리 설정된 임계값 이상인 경우 최초 설정된 제1 스위칭 그룹을 재구성해야되는 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, MCU(400)는 각각의 조합 파형을 시간에 대해 적분하여 조합 파형의 면적을 산출하고, 산출된 두 면적의 차이값이 임계값 이상인 경우 스위칭 그룹을 재구성해야 되는 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, MCU(400)는 물체 접근 전의 조합 파형과 물체 접근 후 변경된 조합 파형의 미소구간별 기울기를 산출하고, 산출된 기울기의 평균 기울기의 차이값이 임계값 이상인 경우 스위칭 그룹을 재구성해야 되는 것으로 판단할 수 있다.

이후, 도 4에 도시된 바와 같이, MCU(400)는 기 설정된 제1 스위칭 그룹을 재구성해야 되는 것으로 판단되면, 변경된 발진 주파수를 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 제1 스위칭 그룹을 재구성할 수 있다.

이때, MCU(400)에는 접근된 물체의 종류에 따른 발진 주파수별 위상 변화량이 기록된 룩업 테이블(look-up table) 형식의 기준 데이터가 미리 저장될 수 있다.

즉, MCU(400)는 물체의 접근에 따라 변경된 발진 주파수를 기준 데이터와 비교하여 스위칭 그룹에 의해 생성되는 복수의 발진 주파수 중 위상 변화량이 가장 큰 어느 하나의 발진 주파수를 추출할 수 있다. 예를 들어, 위상 변화량이 가장 큰 어느 하나의 발진 주파수가 제1 발진 주파수인 경우, MCU(400)는 추출된 제1 발진 주파수를 발진시키는 제1 RF 발진기(210)를 제1 스위칭 그룹에서 제외시킬 수 있다.

이후, MCU(400)는 스위칭 그룹에서 제외되지 않은 나머지 발진 주파수(제2 발진 주파수)의 위상을 분석하여, 감지 구간이 최대화되는 위상을 갖는 발진 주파수를 발진시키는 다른 RF 발진기를 선택하고, 선택된 다른 RF 발진기를 스위칭 그룹에 포함시켜 스위칭 그룹을 재구성할 수 있다.

즉, MCU(400)는 스위칭 그룹에서 제외되지 않은 나머지 발진 주파수가 교번적으로 발진될 때 발생되는 데드 포인트(0변환 지점)을 추출하고, 추출된 데드 포인트의 개수가 최소가 되는 위상을 가진 어느 하나의 발진 주파수(도시된 실시예에서는 제3 발진 주파수)를 발진시키는 RF 발진기(제3 RF 발진기(230)를 스위칭 그룹에 포함시킬 수 있다. 도시된 실시예에서는, 스위칭 그룹에 제외되지 않은 나머지 발진 주파수는 제2 발진 주파수 뿐인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상술한 바와 같이 스위칭 그룹에는 세 개 이상의 발진 주파수가 교번적으로 인가될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

최종적으로, MCU(400)는 제1 RF 발진기(210) 및 제2 RF 발진기(220)로 구성된 제1 스위칭 그룹을 제2 RF 발진기(220) 및 제3 RF 발진기(230)로 구성된 제2 스위칭 그룹으로 재구성할 수 있다. MCU(400)는 제2 스위칭 그룹에 포함된 RF 발진기를 교번적으로 작동시켜, 제2 발진 주파수 및 제3 발진 주파수가 교번적으로 센서 스트립(100)에 발진되도록 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 물체 접근 감지 장치(1)는 물체의 접근에 따라 발진 주파수가 지나치게 변경되어 최초 설정된 스위칭 그룹에 따른 발진 주파수의 조합에서 새로운 데드 포인트가 형성되는 경우, 새롭게 생성된 데드 포인트를 최소화하기 위한 발진 주파수 조합을 동적으로 결정할 수 있으며, 이에 따라 물체 감지의 결과의 정확도가 향상될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 접근 감지 방법의 개략적인 흐름이 도시된 순서도이다.

본 발명에 따른 물체 접근 감지 방법은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 물체 접근 감지 장치(1)에 의해 수행될 수 있으며, 물체 접근 감지 장치(1)는 후술하는 물체 접근 감지 방법을 구성하는 각 단계를 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)이 미리 설치될 수 있다.

먼저, 물체 접근 측정 모드가 개시되면, 물체 접근 감지 장치(1)는 기 설정된 제1 스위칭 그룹에 포함된 적어도 두 개의 RF 발진기를 교번적으로 작동시켜, 센서 스트립(100)으로 서로 다른 위상을 가진 발진 주파수가 발진되도록 할 수 있다(510).

물체 접근 감지 장치(1)는 센서 스트립(100)으로 접근하는 물체에 의해 가변되는 발진 주파수를 기 설정된 기준 주파수와 비교하여 물체의 접근 여부를 판단할 수 있다(520).

이 과정에서, 물체 접근 감지 장치(1)는 발진 주파수의 변화량을 이용하여 기 설정된 제1 스위칭 그룹을 재구성할지 여부를 판단할 수 있다(530).

구체적으로, 물체 접근 감지 장치(1)의 MCU(400)는 물체 접근 전의 발진 주파수의 조합 파형과 물체 접근 후의 발진 주파수의 조합 파형을 비교하여 발진 주파수의 파형 변화량을 산출하고, 이를 기초로 제1 스위칭 그룹을 재구성할지 여부를 판단할 수 있다. MCU(400)는 제1 스위칭 그룹을 재구성해야 될 것으로 판단되면, 제1 스위칭 그룹에 포함된 발진 주파수를 기 저장된 기준 데이터와 비교하여 위상 변화량이 가장 큰 어느 하나의 발진 주파수를 발진시키는 특정 RF 발진기를 스위칭 그룹에서 제외시킬 수 있다. MCU(400)는 제외되지 않은 나머지 발진 주파수가 교번적으로 발진될 때 발생되는 데드 포인트 지점을 추출하고, 추출된 데드 포인트의 개수가 최소가 되는 위상을 가진 다른 발진 주파수를 발진시키는 다른 RF 발진기를 스위칭 그룹에 포함시켜 제1 스위칭 그룹을 제2 스위칭 그룹으로 재구성할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 내용은 상술하였으므로, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 물체 접근 감지 장치
100: 센서 스트립
200: RF 발진기
300: 주파수 분주기
400: MCU

Claims (10)

1. 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변되는 띠 형태의 전도체가 삽입된 센서 스트립;
   상기 센서 스트립에 연결되며, 단위 전도체로 접근하는 물체를 감지하기 위한 서로 다른 위상을 갖는 발진 주파수를 발진하는 복수의 RF 발진기;
   상기 RF 발진기의 발진 주파수를 미리 정해진 설정 비율로 분주하는 주파수 분주기; 및
   상기 주파수 분주기에 의해 분주된 상기 발진 주파수를 이용하여 상기 센서 스트립으로 접근하는 물체를 감지하되, 상기 복수의 RF 발진기 중 상기 센서 스트립으로 발진 주파수를 발진시킬 적어도 두 개의 RF 발진기를 선택하여 스위칭 그룹을 생성하고, 상기 스위칭 그룹에 포함된 적어도 두 개의 RF 발진기를 교번적으로 발진시켜 서로 다른 위상을 갖는 발진 주파수가 발진되도록 제어하며, 분주된 상기 발진 주파수의 변화량을 분석하여 상기 스위칭 그룹을 재설정하는 MCU를 포함하되,
   상기 MCU는,
   상기 발진 주파수의 변화량을 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 스위칭 그룹에 포함된 상기 발진 주파수의 위상 변화량을 추정하고, 상기 위상 변화량이 미리 설정된 임계값 이상인 것으로 확인되면 상기 스위칭 그룹을 재설정하는, 물체 접근 감지 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 MCU는,
   상기 발진 주파수의 변화량을 상기 기준 데이터와 비교하여 상기 스위칭 그룹에 의해 생성되는 복수의 발진 주파수 중 위상 변화량이 가장 큰 어느 하나의 발진 주파수를 추출하고, 추출된 상기 어느 하나의 발진 주파수를 발진시키는 특정 RF 발진기를 상기 스위칭 그룹에서 제외시키는, 물체 접근 감지 장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 MCU는,
   상기 스위칭 그룹에서 제외되지 않은 나머지 발진 주파수의 위상을 분석하여, 감지 구간이 최대화되는 위상을 갖는 발진 주파수를 발진시키는 다른 RF 발진기를 선택하고, 선택된 상기 다른 RF 발진기를 상기 스위칭 그룹에 포함시켜 상기 스위칭 그룹을 재구성하는, 물체 접근 감지 장치.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 MCU는,
   상기 스위칭 그룹에서 제외되지 않은 나머지 발진 주파수가 교번적으로 발진될 때 발생되는 데드 포인트를 추출하고, 추출된 상기 데드 포인트의 개수가 최소가 되는 위상을 가진 어느 하나의 발진 주파수를 발진시키는 RF 발진기를 상기 다른 RF 발진기로 선택하는, 물체 접근 감지 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 RF 발진기와 상기 MCU 사이에는 RF 스위치가 형성되고,
   상기 MCU는 상기 RF 스위치를 제어하여 상기 스위칭 그룹에 포함된 RF 발진기를 교번적으로 상기 센서 스트립에 연결시키는, 물체 접근 감지 장치.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 센서 스트립은,
   고정 또는 이동되는 대상체에 설치되며, 상기 물체는 상기 대상체에 접근하거나 접근되는 장애물인 것을 특징으로 하는, 물체 접근 감지 장치.
   
8. 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변되는 띠 형태의 전도체가 삽입된 센서 스트립과, 상기 센서 스트립에 연결되며, 서로 다른 위상을 갖는 발진 주파수를 발진하는 복수의 RF 발진기와, 상기 RF 발진기의 발진 주파수를 미리 정해진 설정 비율로 분주하는 주파수 분주기와, 상기 주파수 분주기에 의해 분주된 상기 발진 주파수를 이용하여 상기 센서 스트립으로 접근하는 물체를 감지하는 MCU를 포함하는 물체 접근 감지 장치를 이용한 물체 접근 감지 방법에 있어서,
   미리 설정된 스위칭 그룹에 포함된 적어도 두 개의 RF 발진기를 교번적으로 상기 센서 스트립에 연결하여 서로 다른 위상을 갖는 발진 주파수가 발진되도록 하고,
   물체 접근에 따라 가변되는 상기 발진 주파수를 이용하여 상기 센서 스트립으로 접근하는 물체를 감지하며,
   분주된 상기 발진 주파수의 변화량을 분석하여 상기 스위칭 그룹을 재설정하되,
   상기 스위칭 그룹을 재설정하는 것은,
   상기 발진 주파수의 변화량을 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 스위칭 그룹에 포함된 상기 발진 주파수의 위상 변화량을 추정하고, 상기 위상 변화량이 미리 설정된 임계값 이상인 것으로 확인되면 상기 스위칭 그룹을 재설정하는 것인, 물체 접근 감지 방법.
   
9. 삭제
10. 제8항에 있어서, 상기 스위칭 그룹을 재설정하는 것은,
    상기 발진 주파수의 변화량을 상기 기준 데이터와 비교하여 상기 스위칭 그룹에 의해 생성되는 복수의 발진 주파수 중 위상 변화량이 가장 큰 어느 하나의 발진 주파수를 추출하고, 추출된 상기 어느 하나의 발진 주파수를 발진시키는 특정 RF 발진기를 상기 스위칭 그룹에서 제외시키는 것인, 물체 접근 감지 방법.
    

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