KR19980074949A - 주파수 제어와 가변 bpf를 이용한 초음파 거리 측정장치와 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주파수 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정 장치와 그 제어방법에 관한 것으로, 초음파 수신센서부(10)에서 수신된 초음파 신호를 측정하여 공진 주파수를 제어하게 되고 상기 공진 주파수 제어 회로부(60)에서 계산된 공진 주파수만을 통과시키며, 또한 가변BPF회로부(20)에 통과하는 초음파 신호는 상기 중앙처리장치(70)에 의해 잡음 크기에 따라 증폭율이 조정되어 거리 검지 능력이 향상되고 소정의 센서 온도를 제어하지 않고 센서의 공진 주파수를 제어할 수 있어 공진 주파수에 맞는 필터를 선택함으로써 시스템 성능을 향상시키는 효과가 있는 것이다.

Description

주파수 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리 측정 장치와 그 제어방법

본 발명은 주파수 제어와 가변 대역 통과 필터(Band Pass Filter:이하 BPF라 칭함)를 이용한 초음파 거리측정 장치와 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 초음파 센서의 공진 주파수 및 가변BPF를 제어하여, 시스템이 센서의 공진 주파수를 제어하고, BPF를 가변시킴으로써 소정 거리 검지 능력을 향상시키기 위한 것이다.

종래의 초음파 센서 장치는 소정의 물체에 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신센서부(1)와; 상기 초음파 수신센서부(1)에서 수신된 주파수중 전압이 최대인 공진 주파수만 통과시키는 통과 대역이 고정된 고정BPF회로부(2)와; 상기 통과 대역이 고정된 고정BPF회로부(2)를 통과한 초음파 신호는 이후에 설명할 중앙처리장치(6)에 의해 소정 잡음의 크기에 따라 증폭율을 조정하는 다중 증폭회로부(3)와; 상기 다중 증폭회로부(3)를 통과한 신호를 검파하는 검파회로부(4)와; 상기 검파회로부(4)에서 검파한 신호를 선형 기준 신호와 비교하여 디지탈값으로 변환시키는 비교기(5)와; 상기 초음파 거리측정 시스템의 동작을 전체적으로 총괄하는 중앙처리장치(6); 상기 중앙처리장치(6)에서 출력되는 초음파 신호를 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor:이하 FET라 칭함)를 이용하여 구동하는 초음파 구동회로부(7)와; 상기 초음파 구동회로부(7)의 구동으로 초음파를 발산하는 초음파 송신센서부(8)와; 상기 중앙처리장치(6)에 의해 계산된 거리 및 경보를 표시해주는 거리표시 및 경보장치부(9)로 구성되었다.

이러한 종래장치는 소정의 물체에 맞고 반사된 초음파를 초음파 수신센서부(1)에서 수신하게 되고 수신된 주파수를 통과 대역이 고정된 고정BPF회로부(2)를 통해 통과시키며, 통과된 초음파 신호는 상기 중앙처리장치(6)에 의해 잡음의 크기에 따라 증폭율 다중 증폭회로부(3)에서 증가시키며, 또한 상기 검파회로부(4)를 통해 통과한 신호를 검파한 후 비교기(5)를 통해 선형 기준신호와 비교하여 디지탈 값으로 변환하게 된다.

또한, 중앙처리장치(6)에서는 초음파 구동회로부(7)를 통해 출력되는 초음파 신호를 이용하여 초음파 수신센서부(8)에 의해 초음파를 발산하게 되며, 상기 중앙처리장치(6)에 의해 계산된 거리 및 경보를 거리표시 및 경보장치부(9)에서 소정의 정보가 출력되도록 동작되었다.

그러나, 상기와 같은 종래 초음파 센서는 온도가 증가함에 따라 상기 센서의 동작에 있어서 오동작이 발생되고, 이로인해 센서 사용의 신뢰성이 감소되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 특히, 온도에 따라 변하는 센서의 공진 주파수를 중앙처리장치에서 제어하여 그 공진주파수를 계산하고 그 공진 주파수에 맞는 BPF를 선택 제어함으로써, 온도에 따른 센서의 오동작 제거 및 장치의 신뢰성이 향상될 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 주팟 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정 장치는, 소정의 물체에 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신센서부와; 상기 초음파 수신센서부에서 수신된 주파수중 공진 주파수만 통과시키는 BPF를 자동으로 선택 제어하는 가변BPF회로부와; 상기 가변BPF회로부를 통과한 초음파 신호는 이후에 설명할 중앙처리장치에 의해 소정 잡음의 크기에 따라 증폭율을 조정하는 다중 증폭회로부와; 상기 다중 증폭회로부를 통과한 신호를 검파하는 검파회로부와; 상기 검파회로부에서 검파한 신호를 선형 기준신호와 비교하여 디지탈 값으로 변환시키는 비교기와; 상기 초음파 거리측정 시스템의 동작을 전체적으로 총괄하는 중앙처리장치와; 상기 초음파 수신센서부(10)에 의해 수신된 초음파 신호를 측정하여 공진 주파수를 제어하는 공진 주파수 제어 회로부와; 상기 비교기에서 변화시킨 디지탈 신호를 제어하고 상기 공진 주파수 제어 회로부에서 수신된 공진 주파수의 제어 및 상기 초음파 거리 측정 장치 전체 시스템을 총괄하는 중앙처리장치와; 상기 중앙처리장치에서 출력되는 초음파 신호를 FET를 이용하여 구동하는 초음파 구동회로부와; 상기 초음파 구동회로부의 구동으로 초음파를 발산하는 초음파 송신센서부와; 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 계산된 거리 및 경보를 표시해주는 거리표시 및 경보장치부를 포함하여 구성됨을 기술적 구성상의 특징으로 한다.

또한, 본 발명 주파수 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정의 제어방법은 상기 중앙처리장치에 소정의 변수가 입력되면 변수를 초기화시키는 변수 초기화단계와; 소정의 변수를 초기화 시킨 후 초음파 센서의 공진 주파수를 계산하고 제어하는 공진 주파수 추종단계와; 공진 주파수 추종단계에 의해 계산하고 제어된 공진 주파수를 제어된 공진 주파수에 맞는 BPF로 자동 선택제어하는 가변 BPF 제어단계와; 선택된 주파수를 거리측정 모드로 전환하여 초음파를 송신하는 거리 측정단계와; 상기 초음파 송신후 거리 계산 모드로 전환하여 시간 동력전달 데이터를 거리 데이터로 변환시키는 거리 계산단계와; 거리 데이터로 변환된 데이터를 거리표시 및 경보모드로 전환하여 거리 데이터 및 경보 조건을 거리표시부로 전송하여 1 사이클을 구성하며 다시 초기 단계로 전환하여 순차동작하는 거리표시 및 경보단계를 포함하여 구성됨을 기술적으로 구성상의 특징으로 한다.

이러한 본 발명 주파수 제어와 가변 BPF를 이용한 초음파 거리측정 장치의 제어방법은 초음파 수신센서부에서 수신된 초음파 신호를 측정하여 공진 주파수를 제어하게 되고 상기 공진 주파수 제어 회로부에서 계산된 공진 주파수만을 통과시키며, 또한 가변BPF회로부에 통과하는 초음파 신호는 상기 중앙처리장치에 의해 잡음 크기에 따라 증폭율이 조정되어 거리 검지능력이 향상되고 소정의 센서 온도를 제어하지 않고 센서의 공진 주파수를 제어할 수 있어 공진 주파수에 맞는 필터를 선택함으로써 시스템 성능을 향상시키는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정 장치의 동작상태를 나타낸 기능 블럭도,

도 2는 본 발명 주파수 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정 장치의 동작상태를 나타낸 기능 블럭도,

도 3은 본 발명 주파수 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정의 제어방법의 동작상태를 나타낸 제어흐름도,

도 4는 본 발명 주파수 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정 장치와 그 제어방법의 공진 주파수 변화상태를 나타낸 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1,10:초음파 수신센서부2:고정BPF회로부

3,30:다중 증폭회로부4,40:검파회로부

5,50:비교기6,70:중앙처리장치

7,80:초음파 구동회로부8,90:초음파 송신센서부

9,100:거리표시 및 경보장치20:가변BPF회로부

60:공진 주파수 제어 회로부

이하, 본 발명 주파수 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정 장치의 제어 방법의 기술적 사상에 따른 일 실시예를 들어 그 구성 및 동작을 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

먼저, 소정의 물체에 맞고 반사된 초음파는 초음파 수신센서부(10)에서 소정의 초음파를 수신하게 되며, 상기 초음파 수신센서부(10)에서 수신된 주파수는 가변BPF회로부(20)에서 공진 주파수 만을 통과시키고 BPF를 자동으로 선택하게 된다.

또한, 상기 가변BPF회로부(20)를 통과한 공진 주파수는 다중 증폭회로부(30)에 의해 증폭되고 다중 증폭회로부(30)를 통과한 신호는 검파회로부(40)에 의해 검파되며 상기 검파회로부(40)에서 검파한 신호는 비교기(50)에 의해 선형 기준 신호와 비교하여 디지탈 값으로 변화한다.

또한, 초음파 수신센서부(10)에 의해 수신된 소정의 초음파 신호를 측정하여 공진 주파수 제어 회로부(60)에서 공진주파수를 제어하게 되며 상기 비교기(50)에서 변환시킨 디지탈 신호는 중앙처리장치(70)에서 제어되고, 공진 주파수 제어 회로부(60)에서 수신된 공진 주파수의 제어 및 상기 초음파 거리측정 장치 전체 시스템을 중앙처리장치(70)에서 제어하게 된다.

또한, 상기 중앙처리장치(10)의 동작을 제어흐름도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 중앙처리장치(10)에 소정의 신호가 입력되면 변수를 초기화시키고(변수 초기화단계), 초기화시킨후 초음파 센서의 공진 주파수를 계산하여 제어하게 된다(공진 주파수 추종단계).

또한, 상기 공진 주파수 제어 모드(공진 주파수 추종단계)에 의해 공진 파수를 계산하고 제어한 후 그 제어된 공진 주파수에 맞는 BPF를 가변 BP 제어 모드에 의해 자동 선택 제어하게 되며(가변BPF 제어단계), 제어된 공진 주파수는 거리 측정 모드로 전환하여 초음파를 송신하게 된다(거리 측정 단계).

따라서, 거리 측정 모드로 전환된 초음파를 거리 계산 모드로 전환하여 시간 데이터를 거리 데이터 모드로 변환하여(거리 계산단계), 거리 표시 및 경보 모드로 전환하여 거리 데이터 및 경보 조건을 거리 표시부로 전송하고(거리표시 및 경보단계) 1사이클(cycle)을 구성하며 다시 초기 단계로 전환하여 순차적인 동작을 한다.

또한, 상기에서 설명한 중앙처리장치(70)에서 출력되는 초음파 신호를 FET를 이용하여 초음파 구동회로부(80)에서 구동되며 상기 초음파 구동회로부(80)의 구동으로 초음파 센서부(90)에서는 소정의 초음파를 발산하게 된다.

또한, 상기 중앙처리장치(70)에 의해 계산된 거리 및 경보는 거리표시 및 경보장치(100)에 의해 소정의 메세지가 출력되게 되며, 초음파 센서의 온도에 따른 공진 주파수의 변화를 나타내는 그래프는 도 4에서 보여주는 것과 같은 바, 이것은 어떤 온도영역에서 센서의 검지 능력이 저하될 수 있다는 것을 의미한다.

따라서, 상기와 같은 장치는 공진 주파수를 제어회로는 온도 조건에 관계없이 동작하는 초음파 거리측정 장치를 구현할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명 주파수 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정 장치의 제어방법은 특히, 센서의 공진 주파수를 제어하여 그 공진 주파수에 맞는 BPF를 자동 선택 제어함으로써, 센서의 공진 주파수의 변동에 따른 장치의 오동작을 방지하여 거리 탐지능력을 향상시킴과 동시에 어떤 온도 조건에서도 정상적으로 동작할 수 있도록 함으로써, 초음파 거리 측정 장치의 신뢰도 및 감도를 향상시킨 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 소정의 물체에 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신센서부(10)와; 상기 초음파 수신센서부에서 수신된 주파수중 공진 주파수만 통과시키는 BPF를 자동으로 선택 제어하는 가변BPF회로부와; 상기 가변BPF회로부를 통과한 초음파 신호는 이후에 설명할 중앙처리장치에 의해 소정 잡음의 크기에 따라 증폭율을 조정하는 다중 증폭회로부와; 상기 다중 증폭회로부를 통과한 신호를 검파하는 검파회로부와; 상기 검파회로부에서 검파한 신호를 선형 기준신호와 비교하여 디지탈 값으로 변환시키는 비교기와; 상기 초음파 거리측정 시스템의 동작을 전체적으로 총괄하는 중앙처리장치와; 상기 초음파 수신센서부에 의해 수신된 초음파 신호를 측정하여 공진 주파수를 제어하는공진 주파수 제어 회로부와; 상기 비교기에서 변환시킨 디지탈 신호를 제어하고 상기 공진 주파수 제어 회로부에서 수신된 공진 주파수의 제어 및 상기 초음파 거리 측정 장치 전체 시스템을 총괄하는 중앙처리장치와; 상기 중앙처리장치에서 출력되는 초음파 신호를 FET를 이용하여 구동하는 초음파 구동회로부와; 상기 초음파 구동회로부의 구동으로 초음파를 발산하는 초음파 송신센서부와; 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 계산된 거리 및 경보를 표시해주는 거리표시 및 경보장치부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 주파수 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정 장치.
2. 상기 중앙처리장치에 소정의 변수가 입력되면 변수를 초기화시키는 변수 초기화 단계와; 소정의 변수를 초기화 시킨 후 초음파 센서의 공진 주파수를 계산하고 제어하는 공진 주파수 추종단계와; 상기 공진 주파수 추종단계에 의해 계산하고 제어된 공진 주파수를 제어된 공진 주파수에 맞는 BPF로 자동 선택제어하는 가변BPF제어 단계와; 선택된 수파수를 거리측정 모드로 전환하여 초음파를 송신하는 거리 측정단계와; 상기 초음파 송신후 거리 계산 모드로 전환하여 시간 데이터를 거리 데이터로 변환시키는 거리 계산단계와; 거리 데이터로 변환된 데이터를 거리표시 및 경보모드로 전환하여 거리 데이터 및 경보 조건을 거리표시부로 전송하여 1 사이클을 구성하며 다시 초기 단계로 전환하여 순차동작하는 거리 표시 및 경보단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 주파수 제어와 가변BPF를 이용한 초음파 거리측정의 제어방법.