KR20030018687A - Intelligent human body detection system for unmanned remote supervisory system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 경비 시스템, 산업재해 방지 시스템 등에 사용되는 인체감지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 시스템이 단순한 아날로그 경보신호만을 출력하는데 비해 감지신호로 부터 추출한 여러 정보를 원격으로 전송할 수 있는 원격감시 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a human body detection device used in security systems, industrial accident prevention systems, and more, more specifically, the remote monitoring that can remotely transmit a variety of information extracted from the detection signal, compared to the existing system only outputs a simple analog alarm signal It's about the system.
일반적으로 보안상태가 미흡한 개인 사무실이나 시설재배단지의 비닐하우스 같은 경우에는 외부의 무단침입을 방지하기 위해 경보장치를 사용하게 되는데 주로 초전형 적외선 센서(PIR sensor)를 이용한 감지기가 많이 쓰이고 있다. 인체감지 센서로 가장 널리 사용되는 초전형 적외선 센서는 초전체를 감지소자로 이용한 것으로, 인체에서 방사하는 9∼10㎛의 적외선을 감지하여 신호를 발생하게 된다. 초전센서란 높은 절연저항을 갖는 강유전체가 갖는 초전효과를 이용한 센서로서, 초전체에 적외선이 조사되어 예민한 온도변화가 생기면 강유전체의 자발분극 크기가 변하여 표면에 초전전류가 흐르게 되는데 이를 증폭시키기 위하여 입력임피던스가 높은 FET를 내장하여 사용하며, 여기에 태양광이나 기타 외부 열원으로부터의 간섭을 줄이고자 5∼7㎛ 커트 온 필터를 창재로 사용하게 된다.In general, in the case of a private office or a vinyl house of a facility cultivation complex, which is not secured, an alarm device is used to prevent outside intrusion, and a detector using a pyroelectric infrared sensor (PIR sensor) is often used. The pyroelectric infrared sensor, which is widely used as a human body sensor, uses a pyroelectric as a sensing element, and generates a signal by detecting infrared rays of 9 to 10 μm emitted by the human body. A pyroelectric sensor is a sensor using the pyroelectric effect of a ferroelectric with high insulation resistance. When the infrared is irradiated to the pyroelectric, and a sensitive temperature change occurs, the spontaneous polarization of the ferroelectric changes and the pyroelectric current flows on the surface. FETs with high FETs are used, and 5-7 μm cut-on filters are used as window materials to reduce interference from sunlight and other external heat sources.
이를 사용한 기존의 센서 검지기는 센서로부터의 미약한 신호를 증폭하기 위하여 인체의 움직임을 고려한 대역통과 필터가 삽입된 증폭기를 사용하는데, 요구되는 충분한 증폭도(보통 60∼80dB)를 유지하기 위해 2단 증폭하며, 이때 센서의 반응주기에 맞는 신호만을 증폭시키기 위하여 대역통과 주파수는 약 0.2∼십 수Hz정도가 되도록 설계한다. 그리고 증폭기의 출력신호가 비교기에서 설정된 기준전압과 비교해서 클 경우 타이머회로에서 설정된 시간동안 경보기 등의 구동회로를 동작시키는 방식으로 구성되어있다. 또한 센서만으로는 1m이내의 물체밖에 감지할 수 없으며 시야각도 좁아 volumetric fresnel 렌즈나 horizontal curtain fresnel 렌즈를 사용하여, 인체로부터의 복사 에너지를 집광시켜 감지거리를 십여m까지 늘리고 시야각도 넓히는 방식이 주로 사용된다.The existing sensor detector using the amplifier uses an amplifier with a bandpass filter in consideration of the human body movement to amplify the weak signal from the sensor.The two stages are used to maintain the required amplification degree (typically 60 to 80 dB). In this case, in order to amplify only the signal corresponding to the response period of the sensor, the band pass frequency is designed to be about 0.2 to several tens Hz. When the output signal of the amplifier is larger than the reference voltage set in the comparator, the amplifier is configured to operate a driving circuit such as an alarm for a set time in the timer circuit. In addition, the sensor alone can detect only objects within 1m, and the viewing angle is narrow, so that the volumetric fresnel lens or horizontal curtain fresnel lens is used to condense the radiant energy from the human body to increase the detection distance up to ten meters and wide the viewing angle. .
그러나 기존의 시스템은 온도 변화 등 주위의 환경변화에 취약하여 오동작하거나, 비교기의 기준전압보다 작은 신호일 경우 인식하지 못하는 단점이 있고, 기준전압을 낮출 경우 노이즈나 바람등의 영향으로부터 자유롭지 못하며, 또한 이를 이용하여 무인 감시 시스템에 응용한다 하더라도 인체감지 유무에 따른 단순한 ON, OFF 신호밖에는 전송할 수 없어 현장의 상황을 제대로 전달하지 못할 소지가 다분하다.However, existing systems are vulnerable to changes in the surrounding environment such as temperature changes and malfunctions, or they cannot be recognized when the signal is smaller than the reference voltage of the comparator. When the reference voltage is lowered, it is not free from the effects of noise or wind. Even if it is applied to an unmanned surveillance system, it is only possible to transmit only the ON and OFF signals according to the presence or absence of a human body, so there is a possibility that the situation of the site cannot be properly transmitted.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 증폭기의 출력을 마이크로 컨트롤러에 내장된 A/D 모듈에 연결하여 이산값으로 변환된 디지털 정보로 인체감지 여부를 분석, 판단하므로써 단순한 ON, OFF 신호가 아닌 다양한 분석 정보를 전송하여 보다 정확한 상황판단을 함으로써 주위 환경변화나 동물 등에 의한 감지신호와 인체감지 신호를 명확히 하고, 또한 원격지에서 자동 및 수동으로 경보기능을 컨트롤할 수 있게 하여 허가된 사용자에 대해서는 오동작하지 않도록 하는데 그 목적이있다.The present invention is to solve the above problems by connecting the output of the amplifier to the A / D module built in the microcontroller by analyzing and determining whether the human body is detected by the digital information converted into discrete values, various simple rather than simple ON, OFF signal By sending analysis information to make more accurate situation judgment, it is possible to clarify the detection signal and human body detection signal by the change of surrounding environment or animal, and also to control the alarm function automatically and manually from the remote location, so that it does not malfunction for the authorized user. Its purpose is to avoid that.
도 1은 본 발명에 따른 무인 원격감시 시스템용 지능형 인체감지 장치의 전체 구성을 도시한 블럭도1 is a block diagram showing the overall configuration of the intelligent human detection device for an unmanned remote monitoring system according to the present invention
도 2는 본 발명에 의한 동일거리에 위치한 감시 대상물(인체 및 동물)에서 각각 방사되는 에너지 신호(입력신호) 및 센서에서 증폭된 출력 신호2 is an energy signal (input signal) and an output signal amplified by a sensor radiated from a monitoring object (human and animal) located at the same distance according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1:Fresnel 렌즈2:적외선 센서1: Fresnel lens 2: Infrared sensor
3:증폭기4:대역통과필터3: Amplifier 4: Bandpass Filter
5:A/D 변환 모듈6:마이크로 컨트롤러5: A / D conversion module 6: microcontroller
7:출력구동회로8:표시회로7: output drive circuit 8: display circuit
9:KEY10:통신 드라이브회로9: KEY10: communication drive circuit
11:인체에서 방사되는 에너지의 신호11: Signal of energy radiated from the human body
12:적외선 센서에서 증폭된 인체감지 신호12: human body detection signal amplified by infrared sensor
13:동물에서 방사되는 에너지의 신호13: Signal of energy radiated from animals
14:적외선 센서에서 증폭된 동물감지 신호14: Animal detection signal amplified by the infrared sensor
도 1은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 도시한 블럭도이다. 집광을 위한 fresnel 렌즈(1)와 5㎛ 커트 온 필터를 창재로 사용한 듀얼 엘리먼트 타입의 초전형 적외선 센서(2), 신호를 증폭하기 위한 2단 증폭기(3), 그리고 인체의 움직임을 고려한 대역통과 필터(4)를 사용하였다. 이때 증폭도는 1Hz에서 약 80dB이고 대역통과 주파수는 0.4∼8Hz가 되도록 설계하였다. 필터를 통한 증폭된 신호는 10-bit 분해능을 가진 A/D 변환 모듈(5)이 내장된 마이크로 컨트롤러(6)의 A/D 입력포트로 연결되어 매 샘플링 주기마다 이산값으로 변환되어 정보가 저장된다. 이때 읽어온 정보를 분석하여 신호의 피크치와 주기를 계산하게 되고 이를 근거로 미리 설정된 여러 경우의 신호 데이터와 비교, 분석하여 정확한 인체감지 신호를 검출할 수 있다. 도 2에서는 동일한 위치에 있는 인체 및 동물의 방사에너지 신호(입력신호)와 적외선 센서에서 증폭된 출력신호를 나타내고 있다. 동작이 재빠른 동물의 감지신호인 경우 대역통과 필터에서 어느정도 필터링이 되지만 센서로부터 거리가 멀리 떨어져 있을 경우엔 집광기능을 하는 fresnel렌즈(1)의 각당 감지범위가 커짐으로 인해 신호가 감지될 수 있으며 이 신호파형(14)의 피크치(Vpb)는 인체보다 작은 값을 가지고, 인체이라면 발열체적이 상대적으로 크므로 당연히 같은 거리라 하더라도 큰 신호파형(12)의 피크치(Vpa)가 나온다. 또한 사람과 동물의 동작속도 차이는 주파수의 차이로 나타나며, 동물의 동작으로부터 감지되는 방사에너지는 빠른 신호 증가율로 나타나게 되어 인체감지 신호(12)의 증가율Vpa/ta 보다 동물감지 신호(14)의 증가율 Vpb/tb 가 크게 되며, 또한 인체에서 방사되는 에너지 신호(11)의 주기 Ta보다 동물에서 방사되는 에너지 신호(13)의 주기 Tb가 짧게 나타나므로 이를 활용하면 매 일정 거리마다 인체감지 신호의 피크치를 룩업 테이블로 만들어 저장해 놓고 검출된 주파수를 비교하여 인체와 동물을 구별할 수 있다. 또한 인체의 경우 대략적인 거리까지도 알아낼 수 있다. 이렇게 검출된 정보는 RS-485 통신방식을 이용하는 통신 드라이브회로(10)를 거쳐 무인감시 시스템의 메인장치(여러 센싱 정보를 취합하여 가입자에게 전송해 주는 장치)에 전달되고, 각 센싱 장치마다 할당된 어드레스를 부여받아 통신을 하게된다. 또한 인체감지 장치의 어드레스와 감지정보 및 감지여부를 표시회로(FND와 LED)(8)에 표시해 주며, 사용자가 원격에서 제어하는 정보를 받아 자동 및 수동으로 경보장치를 컨트롤할 수 있다. 그리고 여러 센싱 모듈로 네트워크를 구축시 각 모듈별로 할당받은 어드레스를 입력하고 자체적으로 경보기능을 설정 및 해제하기 위한 KEY(9) 4개가 구비되어있고, 전원 이상시에도 설정상황을 유지할 수 있도록 마이크로 컨트롤러에 내장된 EEPROM에 back-up되도록 하였다.1 is a block diagram showing the configuration of the present invention for achieving the above object. A dual element type pyroelectric infrared sensor (2) using a fresnel lens (1) for condensing and a 5 µm cut-on filter as a window, a two-stage amplifier (3) for amplifying a signal, and a band pass considering the human body movement Filter 4 was used. The amplification degree is about 80dB at 1Hz and the bandpass frequency is designed to be 0.4 ~ 8Hz. The amplified signal through the filter is connected to the A / D input port of the microcontroller 6 with the built-in A / D conversion module 5 with 10-bit resolution, and is converted into discrete values every sampling period to store information. do. At this time, the peak value and the period of the signal are calculated by analyzing the read information, and based on this, the accurate human detection signal can be detected by comparing and analyzing the signal data of various preset cases. Figure 2 shows the radiation energy signal (input signal) of the human body and the animal in the same position and the output signal amplified by the infrared sensor. In case of fast detection of the animal, the bandpass filter is filtered to some extent. However, if the distance is far from the sensor, the signal can be detected due to the increased detection range of each fresnel lens (1). The peak value Vpb of the signal waveform 14 has a smaller value than that of the human body, and if the human body has a relatively large heating volume, the peak value Vpa of the large signal waveform 12 is naturally obtained even at the same distance. In addition, the difference between the operating speed of the human and the animal is shown as a difference in frequency, and the radiant energy detected from the movement of the animal is represented by a rapid signal increase rate, so that the increase rate of the animal detection signal 14 is greater than the increase rate Vpa / ta of the human body detection signal 12. Vpb / tb is large, and the period Tb of the energy signal 13 emitted from the animal is shorter than the period Ta of the energy signal 11 emitted from the human body. The human body and the animal can be distinguished by making and storing a lookup table and comparing the detected frequencies. In the case of the human body can also find out the approximate distance. The detected information is transmitted to the main device (a device that collects and sends various sensing information to a subscriber) of the unmanned surveillance system through the communication drive circuit 10 using the RS-485 communication method, and is allocated to each sensing device. It communicates by receiving the address. In addition, the address and detection information of the human body detection device and whether the detection is displayed on the display circuit (FND and LED) (8), the user can control the alarm device automatically and manually by receiving information controlled remotely. And when constructing network with several sensing modules, it is equipped with 4 keys (9) for inputting address assigned to each module and setting and releasing alarm function by itself, and it is possible to maintain the setting status in case of power failure. Back-up to the built-in EEPROM.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 센서의 아날로그 신호를 마이크로 컨트롤러를 사용하여 디지털 정보로 변환하여 분석함으로써 하드웨어의 추가비용없이 소프트웨어만으로 정확하고 신뢰성 높은 감지성능을 구현할 수 있으며, 원격제어에 의해 경보기능을 설정 및 해제할 수 있어 방범 시스템, 산업재해 방지 시스템 및 각종 가전 시스템 등 인체감지 유무를 필요로 하는 다양한 분야에 저렴하게 이용할수 있다.As described above, according to the present invention, the analog signal of the sensor is converted into digital information using a microcontroller and analyzed, so that accurate and reliable detection performance can be realized using only software without additional hardware, and alarm function is provided by remote control. Can be set and released, so it can be used at low cost in various fields that need human body detection such as security system, industrial accident prevention system and various home appliances system.
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