KR20000051404A - 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에 관한 것으로서, 차량이 통과하면서 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수가 변화하는 루프 센서, 상기 루프 센서의 공진 주파수의 변화를 검지하여 차량 검지 신호를 출력하기 위한 PLL, 상기 PLL과 병렬로 연결된 주파수변화검지부, 및 상기 PLL과 주파수변화검지부의 출력으로부터 차량 검지를 판단하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에 의하면, 주파수변화검지부를 PLL에 병렬로 연결하여 PLL의 출력 신호와 주파수변화검지부의 출력 신호를 이용하여 루프 센서를 루프 센서를 고속으로 통과하는 경우 뿐만 아니라, 저속으로 통과하는 차량도 정확하게 검지할 수 있다.

Description

루프 센서를 이용한 차량 검지 장치{Vehicle Detector Using Loop Sensor}

본 발명은 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에 관한 것으로서, 특히 저속 차량 검지를 위하여 주파수변화검지부를 포함하는 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에 관한 것이다.

먼저 종래에 알려진 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치를 설명한다.

도1은 종래 기술에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치의 구성도이다.

도1에 도시된 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치는, 사각 또는 원형 루프(11)위에 도체가 통과할 때, 루프의 인덕턴스의 변화에 따른 공진 주파수의 변화로 차량 통과 유무를 검지한다. 공진 주파수의 변화를 검지하여 차량 검지 신호를 출력하기 위하여 PLL(12)과 검출회로(13)가 이용된다. PLL의 동작 원리를 설명한다.

도2는 PLL의 블록 구성도이다. PLL(Phase-Locked Loop)이란 발진기 출력과 입력 신호의 위상차가 발생하지 않도록 폐루프 제어를 통하여 입력 신호를 따라가게 하는 발진기이다. 그에 따라 입력 신호에 동기된 발진기 출력이 얻어진다. PLL은 위상검지기(21), 저주파통과필터(22) 및 전압제어발진기(24)로 구성된다. 먼저, 위상검지기(21)에서 두 개의 입력 신호의 위상을 비교하여 그 차이를 비례하는 전압을 발생시키고 저주파통과필터(22)를 거치고 증폭기(23)에서 증폭된 신호로 두 개의 주파수 차이를 전압으로 발생시킨다. 이렇게 해서 발생된 전압을 입력으로 전압제어발진기(24)에서 그에 해당하는 출력 주파수를 내보내서 결국 입력 신호와의 주파수 차이가 없어질 때까지 위의 동작이 반복된다.

루프 센서가 PLL의 입력 및 출력에 연결하면 차량이 지나가지 않는 정상 상태가 계속되며 입력과 출력 주파수는 ω_FR로 동기되어 있고, 이 때 V₁, V₂, V₃는 모두 0이다. 이 때, 차량이 센서 위를 통과하는 입력 주파수 ω_i를 갑자기 증가하면 출력 전압 V₃가 생기게 되고 전압제어발진기(24)의 특성에 따라서 ω_o는 증가하게 된다. 이렇게 해서 다시 증가된 주파수로 루프는 평형 상태를 유지한다. 반대로 입력 주파수가 감소하게 되면, V₃는 음의 값을 갖게 되어 전압제어발진기(24)의 특성에 의해 ω_o가 감소하고, 다시 감소된 주파수로 PLL은 평형 상태를 유지하게 된다. 이렇게 해서 위상 잠금 상태를 가지게 된다.

이러한 종래 기술에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치는 저속 차량의 경우 한 대의 차량이 여러 대의 차량으로 인식될 경우가 있다. 저속 차량의 경우 루프 센서에 진입하여 벗어나기까지 가속과 감속을 하여 속도가 변화되는 경우가 있을 수 있고, 이로 인하여 센서 위를 저속으로 통과하는 한 대의 차량이 고속으로 통과하는 여러 대의 차량과 동일한 신호를 출력하여 정확한 검지를 할 수 없게 된다. 도3은 저속 차량의 경우 실제 차량이 루프 센서위에 존재하는 동안 가속과 감속을 하여 여러 대의 차량으로 인식되는 것의 일 예를 보여주는 도면이다.

먼저, 차량이 루프 센서에 진입하면 일단 차량의 진입으로 인하여 주파수가 변경되므로 차량을 검지한다. 저속 차량의 경우 센서를 벗어나기 전에 차속이 약간 감속되어도 재평형루프의 동작이 정지하여 차량 통과가 검지되고, 그 후 차량이 다시 가속되면 다시 또 차량 통과가 검지된다. 이러한 동작은 저속 차량이 루프 센서를 완전히 빠져나갈 때까지 지속된다. 결과적으로 도3에 도시된 예에서는 저속 주행하는 한 대의 차량이 세 대의 차량으로 검지된다.

차량 검지 장치는 교통 상황이 좋지 않을 때 특별히 유용하게 사용될 수 있으므로, 위에서 설명한 바와 같이 차량이 저속으로 루프 센서를 통과하는 경우에 발생하는 문제를 해결하여야 할 필요성이 절실하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 루프 센서를 저속으로 통과하는 차량의 정확한 검지를 위한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치를 제공하는데 있다.

도1은 종래 기술에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치의 구성도,

도2는 PLL의 블록 구성도,

도3은 저속 차량의 경우 실제 차량이 루프 센서위에 존재하는 동안 가속과 감속을 하여 여러 대의 차량으로 인식되는 것의 일 예를 보여주는 도면,

도4는 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치의 구성도,

도5는 주파수/전압 변환기의 내부 동작 회로도,

도6은 저속 차량이 루프 센서를 통과하는 경우, PLL에 의한 차량 검지와 주파수/전압 변환기에 의한 차량 검지 결과를 도시한 것,

도7은 주파수 카운터의 작동을 설명하는 도면.

* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *

11,41 : 루프 센서12,42: PLL

13,43 : 검출회로14,44 : 마이컴

21 : 위상검지기22 : 저주파통과필터

23 : 증폭기24 : 전압제어발진기

45 : 주파수변화검지부

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치는, 차량이 통과하면서 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수가 변화하는 루프 센서, 상기 루프 센서의 공진 주파수의 변화를 검지하여 차량 검지 신호를 출력하기 위한 PLL, 상기 PLL과 병렬로 연결된 주파수변화검지부, 및 상기 PLL과 주파수변화검지부의 출력으로부터 차량 검지를 판단하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에서, 상기 주파수변화검지부는 주파수/전압 변환기로 구현될 수 있다.

상기한 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에서, 주파수변화검지부가 주파수/전압 변환기로 구현되는 경우, 차량 검지 신호는 상기 PLL의 출력과 주파수/전압 변환기의 출력을 논리합 연산한 것을 사용한다.

상기한 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에서, 상기 주파수변화검지부는 주파수카운터로 구현될 수 있다.

상기한 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에서, 주파수변화검지부가 주파수카운터로 구현되는 경우, PLL의 반응이 들어온 후에만 마이컴이 주파수 카운터의 출력을 검사하도록 하기 위하여 PLL의 신호를 마이컴의 외부 인터럽트로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치를 상세하게 설명한다.

도4는 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치의 구성도이다.

도4에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치는, 종래의 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에 주파수변화검지부(45)를 도입한 것이다. 주파수변화검지부(45)는 PLL(42) 및 그 검출회로(43)에 대하여 병렬로 연결되어 저속 차량이 루프 센서를 통과하는 경우를 대비하였다. 주파수변화검지부는 주파수/전압 변환기 또는 주파수카운터로 구현될 수 있다.

먼저, 주파수변화검지부를 주파수/전압 변환기로 구현한 예를 설명한다.

도5는 주파수/전압 변환기의 내부 동작 회로도이다. 주파수/전압 변환기는 일반적으로 사용되는 전압 주파수 변환기의 동작을 역으로 구현한 것이다. 입력 펄스가 인가되면 원 샷 칩에 의하여 한 펄스당 한 번씩 스위치의 모드가 바뀌게 된다. 도5에 도시된 바와 같이 스위치가 연산 증폭기의 입력단에 연결되어 있을 경우, 1㎃ 전류원으로부터의 전류가 연산 증폭기의 입력단에서 출력단으로 흐르게 되며, 이 전류와 연결된 저항에 의하여 출력단의 전압이 결정된다. 결국 입력 펄스의 주파수가 높을수록 원 샷 칩이 액티브되는 횟수가 많아지게 되는데, 원 샷 칩이 액티브될 때에만 적분 캐패시터로 전류가 공급되므로 단위 시간당 적분 캐패시터로 공급되는 전류는 입력 펄스의 주파수에 비례하게 된다.

도6은 저속 차량이 루프 센서를 통과하는 경우, PLL에 의한 차량 검지와 주파수/전압 변환기에 의한 차량 검지 결과를 도시한 것이다. 도6에 도시된 바와 같이, 주파수/전압 변환기에 의한 차량 검지는 PLL에 의한 차량 검지에 비하여 반응 시간이 느리다. 그러나, 저속 차량이 루프 센서를 통과하는 도중에 감속 가속을 하는 동안에도 한 대의 차량이 여러 대로 감지되지 않는 장점이 있다. 따라서 고속 통과 차량에 대하여 PLL를 이용하고, 저속 통과 차량에 대하여 주파수/전압 변환기를 이용하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 도6의 최하단에는 PLL의 출력과 주파수/전압 변환기의 출력을 논리합 연산한 출력이 도시되어 있다. 이와 같이, PLL의 출력과 주파수/전압 변환기의 출력을 논리합 연산하여 사용함으로써, 주파수/전압 변환기의 반응이 나타나기 이전에 루프 센서를 통과하는 고속 차량의 경우 PLL의 출력을 이용하고, 루프 센서를 통과하는 저속 차량의 경우 주파수/전압 변환기의 출력을 이용할 수 있으므로, 고속 차량과 저속 차량에 대하여 모두 정상적으로 검지할 수 있다.

본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에서, 주파수변화검지기로서 주파수카운터를 사용할 수도 있다.

도7은 주파수 카운터의 작동을 설명하는 도면이다.

주파수 카운터는 단위 시간 동안 입력되는 펄스의 개수를 세어 출력하는 역할을 수행한다. 예를 들어서, 1㎳동안 입력된 펄스의 개수를 세어서 100개의 펄스가 입력되었다면 주파수 카운터는 100㎑의 결과를 출력하게 된다. 주파수 카운터는 논리 회로의 조합으로 구현할 수 있으므로 기존의 주파수/전압 변환기를 사용하는 경우에 비하여 회로의 소형화 및 집적화에 유리하다.

펄스의 개수를 카운팅하게 위하여는 입력 펄스의 주파수보다 최소한 두 배 빠른 클럭이 주파수 카운터에 공급되어야 한다. 루프 센서에서 발생되는 신호의 주파수는 100㎑ 내외이므로 수 ㎒ 클럭에서 동작하는 주파수 카운터라면 펄스의 개수를 충분히 정확하게 셀 수 있다. 주파수 카운터의 출력은 단위 시간 동안의 펄스의 개수로서 이는 결국 입력 신호의 주파수를 의미하며 그 결과는 마이콤에 전달하기 위하여 8비트 또는 16비트로 나타내어진다. 마이컴에서는 주파수 카운터의 출력을 받아서 주파수의 변화를 검지할 수 있다.

마이컴이 매 시간 마다 주파수 카운터의 출력을 검사하는 부담을 줄이고 차량 검지의 정확도를 높이기 위하여 PLL과 병행하여 사용한다. 차량이 루프 센서에 진입할 때에는 PLL의 반응이 주파수 카운터의 주파수 변화보다 더 빠르므로 PLL의 반응이 들어온 후에만 마이컴이 주파수 카운터의 출력을 정기적으로 검사하도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 PLL의 신호를 마이컴의 외부 인터럽트로 이용한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에 의하면, 주파수변화검지부를 PLL에 병렬로 연결하여 PLL의 출력 신호와 주파수변화검지부의 출력 신호를 이용하여 루프 센서를 고속으로 통과하는 경우 뿐만 아니라, 저속으로 통과하는 차량도 정확하게 검지할 수 있다.

Claims (5)

1. 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치에 있어서,

   차량이 통과하면서 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수가 변화하는 루프 센서;

   상기 루프 센서의 공진 주파수의 변화를 검지하여 차량 검지 신호를 출력하기 위한 PLL;

   상기 PLL과 병렬로 연결된 주파수변화검지부; 및

   상기 PLL과 주파수변화검지부의 출력으로부터 차량 검지를 판단하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 하는 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치.
2. 제1항이 있어서,

   상기 주파수변화검지부는 주파수/전압 변환기로 구현되는 것임을 특징으로 하는 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 마이컴에서 차량 검지 신호로서 상기 PLL의 출력과 상기 주파수/전압 변환기의 출력을 논리합 연산한 것을 사용하는 것임을 특징으로 하는 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 주파수변화검지부는 주파수카운터로 구현되는 것임을 특징으로 하는 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 PLL의 반응이 들어온 후에만 상기 마이컴이 주파수 카운터의 출력을 검사하도록 하기 위하여 상기 PLL의 신호를 상기 마이컴의 외부 인터럽트로 하는 것임을 특징으로 하는 루프 센서를 이용한 차량 검지 장치.