KR200354925Y1 - 차량용 지피에스 수신기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 차량용 지피에스(GPS) 수신기에 관한 것으로서 특히, 태양전지 및 저전력 시스템을 채용하고 전원관리가 가능한 것으로, GPS 위성 신호를 수신하는 GPS 엔진부(10)와; 교통정보 데이터베이스가 내장되는 메모리(20)와; 상기 GPS 엔진부(10)에서 특정 신호를 수신하였을 경우에 청각적 또는 시각적으로 알리는 알림부(30)와; 전원, 알림방식, 모드선택 등을 조절할 수 있도록 하는 스위치로 이루어지는 컨트롤부(40)와; 상기 GPS 엔진부(10), 메모리(20), 알림부(30) 및 컨트롤부(40)에 각각 연결되며, 프로그램을 내장하여 전체 시스템을 제어하는 중앙처리장치(50)와; 상기 중앙처리장치(50)에 전원을 공급하는 전원부(60)와; 상기 중앙처리장치(50)와 연결되고, 진동센서(71: 도 2 참고)가 구비되어 차량의 진동 여부에 따라 신호를 발신하여 전원을 관리할 수 있도록 하는 센서부(70)를 포함하여 구성되어, 일정시간 이상 진동이 없을 때 자동으로 슬립 모드로 설정되도록 하는 저전력 시스템이 적용되며, 진동센서에 의하여 전원이 관리되어 사용자가 전원을 일일이 온 오프시킬 필요가 없고, USB를 이용하여 프로그램 및 데이터베이스의 고속 업데이트가 가능한 것이다.

Description

차량용 지피에스 수신기 {Apparatus for receiving GPS for vehicle}

본 고안은 차량용 지피에스(GPS) 수신기에 관한 것으로서 특히, 태양전지 및 저전력 시스템을 채용하고 전원관리가 가능한 것으로, 비교적 간단한 구성으로 자동차의 상태에 따라 전원을 자동으로 관리할 수 있도록 하는 차량용 지피에스 수신기에 관한 것이다.

지피에스(GPS)란 Global Positioning System의 줄임말로 지구 궤도상에 떠있는 인공위성을 이용하여 언제, 어디서나, 날씨 등에 상관없이 정확한 위치와 시각을 알려주는 시스템이며 위성 위치 확인 시스템이라고도 한다.

GPS는 위성에서 보내주는 항법 메시지를 받아 수신기에서 위치를 계산함으로써 위치를 파악하게 되는데, 지구 어디에서나 항상 4개 이상의 위성이 시계(視界) 내에 있도록 배치되기 때문에, 이용자는 이들 위성 중에서 적당한 4개를 선택하여 그것들로부터의 시각(時刻) 신호를 수신하여 각각의 거리를 측정하게 된다.

상기 4개 위성의 위치는 알려져 있으므로, 이 측정에서 이용자의 위도, 경도, 고도의 3차원의 위치와 시계(時計)의 시각 편차를 알 수 있다.

위성으로부터의 송신 주파수는 L1(1,575.42MHz)과 L2(1,227.6MHz)의 2파이며, 항법 신호는 50 bps(1초에 50bit를 보내는 속도)의 항법 정보를 포함한 CDMA(Code Division Multi Access) 방식을 사용한다.

즉, 수신기에서는 자신이 받은 신호가 어떤 위성으로부터 왔는지를 알아야 하는데 각 위성에서 모두 똑같은 주파수로 각자의 데이터를 실어 보내기 때문에 주파수로 구분이 불가능하며 각 위성마다 부여된 독립적인 ID를 가지고 파악하게 되는 것이다.

수신기는 모든 위성의 ID를 다 가지고 있으면서 신호가 들어오면 가지고 있는 여러 ID중 서로 맞는 ID를 찾아내게 되며 이로부터 항법 데이터를 얻게 되고 위치를 계산하게 된다.

각 위성은 두 가지의 다른 주파수 L1과 L2를 동시에 발생시키는데 이 두 반송파(Carrier)에 중첩되는 정보는 PRN(Pseudo-Random Noise) 코드와 항법 메시지(Navigation Message)로 이루어져 있다. 이 PRN 코드는 다시 P 코드(Precise code)와 C/A(Coarse Acquisition) 코드로 나누어지는데 C/A코드는 민간신호라고도 하며 특별히 허락 받지 않은 개인이나 단체도 이용할 수 있으나 P 코드는 암호화가 되어 있어 이용하기 위해서는 허가가 필요하다. L1 반송파에는 C/A와 P코드가 실려있고, L2 반송파에는 P코드만 실려있다.

상기와 같은 GPS는 많은 부분에 응용이 되고 있는데, 핸드폰과 같은 모바일(mobile) 통신분야에서는 지도와 함께 자신의 위치를 보여주고 근처의 여러 교통, 쇼핑, 식당 등의 정보가 제공되며, 또한 생명을 구하는 위급한 상황에서도 활용되고 있으며, 자동차 안에 부착된 네비게이터를 통해 가고자 하는 곳의 위치를 찾아갈 수 있도록 하는 자동차 네비게이션 시스템에도 이용되고 있고, 이 외에도군사용, 항공운항 제어 등에 많이 응용이 되고 있다.

또한, 상기 자동차 네비게이션 시스템과 연관되어, 도로의 특정 지점, 예를 들어, 사고다발지역이나 급커브 지역 등의 운전시 주의해야 할 지점에 자동차가 근접하는 경우에 이를 경고하는 GPS 수신기가 최근에 널리 사용되고 있다.

상기와 같은 GPS 수신기는 보통 자동차의 배터리에 연결되는 형태와 별도의 배터리에 의해 전원이 공급되는 형태가 있는데, 자동차의 배터리에 연결되는 형태는 자동차와의 별도의 전원 연결이 필요하고, 보통 시거 잭을 이용하여 연결이 되므로, 시거 잭을 이용하는 다른 장치를 이용하기 불편한 단점이 있다.

또한, 별도의 배터리에 의해 전원이 공급되는 형태는 사용자가 전원 스위치를 일일이 온 오프 해주어야 하는 불편한 점이 있으며, 전력 소모에 의하여 배터리를 자주 갈아주어야 하는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 태양전지가 탑재되고, 일정시간 이상 진동이 없을 때 자동으로 전원절약모드로 설정되도록 하는 저전력 시스템이 적용되며, 진동센서에 의하여 전원이 관리되어 사용자가 전원을 일일이 온 오프 시킬 필요가 없고, USB를 이용하여 프로그램 및 데이터베이스의 고속 업데이트가 가능한 차량용 지피에스 수신기를 제공하고자 한다.

이러한 본 고안은 GPS 위성 신호를 수신하는 GPS 엔진부와; 교통정보 데이터베이스가 내장되는 메모리와; 상기 GPS 엔진부에서 특정 신호를 수신하였을 경우에 청각적 또는 시각적으로 알리는 알림부와; 전원, 알림방식, 모드선택 등을 조절할 수 있도록 하는 스위치로 이루어지는 컨트롤부와; 상기 GPS 엔진부, 메모리, 알림부 및 컨트롤부에 각각 연결되며, 프로그램을 내장하여 전체 시스템을 제어하는 중앙처리장치와; 상기 중앙처리장치에 전원을 공급하는 전원부와; 상기 중앙처리장치와 연결되고, 진동센서가 구비되어 차량의 진동 여부에 따라 신호를 발신하여 전원을 관리할 수 있도록 하는 센서부를 포함하여 구성함으로써 달성된다.

도 1은 본 고안의 차량용 지피에스 수신기의 일 실시예를 나타내는 블록도,

도 2a 및 도 2b는 본 고안의 차량용 지피에스 수신기의 진동센서의 일례를

나타내는 개략도,

도 3은 본 고안의 차량용 지피에스 수신기의 센서부의 일 실시예를 나타내는

블록도,

도 4는 본 고안의 차량용 지피에스 수신기의 제어방법을 나타내는 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : GPS 엔진 20 : 메모리

30 : 알림부 40 : 컨트롤부

50 : 중앙처리장치 60 : 전원부

70 : 센서부

본 고안의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 차량용 지피에스 수신기의 일 실시예를 나타내는 블록도로서, 본 고안은, GPS 위성 신호를 수신하는 GPS 엔진부(10)와; 교통정보 데이터베이스가 내장되는 메모리(20)와; 상기 GPS 엔진부(10)에서 특정 신호를 수신하였을 경우에 청각적 또는 시각적으로 알리는 알림부(30)와; 전원, 알림방식, 모드선택 등을 조절할 수 있도록 하는 스위치로 이루어지는 컨트롤부(40)와; 상기 GPS 엔진부(10), 메모리(20), 알림부(30) 및 컨트롤부(40)에 각각 연결되며, 프로그램을 내장하여 전체 시스템을 제어하는 중앙처리장치(50)와; 상기 중앙처리장치(50)에 전원을 공급하는 전원부(60)와; 상기 중앙처리장치(50)와 연결되고, 진동센서(71: 도 2 참고)가 구비되어 차량의 진동 여부에 따라 신호를 발신하여 전원을 관리할 수 있도록 하는 센서부(70)를 포함하여 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.

상기 진동센서(71)는 압전(Piezo)진동판을 이용하는 것으로, 이러한 압전 진동판은 도 2a 및 도 2b에서 도시하는 바와 같이, 압전소자와 금속판, 또는 압전소자와 압전소자가 서로 부착되어 이루어지는 것으로, 간단한 구성과 적은 비용으로 본 고안과 같이 전원부(60)를 제어하고자 할 때 큰 효과가 있는 것이다.

상기 도 2a 및 도 2b에서는 상기 압전 진동판의 일례를 나타내고 있는 것으로서, 그 외의 다른 형태의 압전 진동판이 사용 가능함은 물론이다.

상기와 같은 압전 진동판에서, 압전소자는 전압을 가하면 신축되는 성질을 가지고 있기 때문에, 압전 진동판에 직류 전압을 가하면 압전소자는 늘어나나(도 2a의 경우, 반대의 전위가 인가되면 도 2b와 같이 줄어들게 된다.), 이와 함께 붙어있는 금속판은 신축하지 않기 때문에 도 2a와 같이 굴곡되게 되는 것이 기본 원리이다.

본 고안의 경우에는, 반대로 이러한 압전 진동판을 이용하여, 진동을 감지하게 되는 것으로, 즉, 상기 압전소자가 진동을 흡수하여 진동이 발생되면, 이 압전소자가 신축되게 되며, 따라서 교류 전압이 인가되게 되는 것으로, 이를 이용하여 진동을 감지하게 되는 것이다.

도 3은 본 고안의 차량용 지피에스 수신기의 센서부의 일 실시예를 나타내는 블록도로서, 상기와 같은 진동센서(71)를 이용하는 상기 센서부(70)는, 차량의 진동을 감지하는 진동센서(71)와; 상기 진동센서(71)의 신호를 증폭하는 증폭기(72)와; 상기 증폭된 주파수 중 특정 주파수의 신호만 통과시키는 필터(73)와; 상기 주파수를 기준값과 비교하는 비교기(74)와; 상기 비교기(74)의 출력으로부터 신호를 검출하는 신호검출회로(75)와; 상기 신호로부터 차량의 운행 여부를 판단하는 판정회로(76)를 포함하여 구성되어, 상기 진동센서(71)에서 진동을 감지하여, 이를 차량의 운행에 의한 진동인지의 여부를 판단하여 중앙처리장치(50)로 출력하는 것이다.

상기 알림부(30)는 통상적으로 시각적 또는 청각적으로 알리게 되며, 시각적으로는 발광다이오드(LED) 또는 기타 표시패널이 이용될 수 있다.

또한 상기 청각적인 방법으로는 음성이 출력되는 보이스 IC(voice IC: 31) 및 이 보이스 IC(31)로부터 출력되는 신호를 증폭하는 앰프(32)와, 이 증폭된 신호를 출력하는 스피커(33)를 포함하나, 기타 다른 음원발생수단이 이용될 수도 있다.

한편, 상기 전원부(60)는, 태양에너지를 이용하는 것으로, 이와 같이, 태양에너지를 이용하여 차량의 배터리를 이용하지 않는 전원부를 구성하는 경우에, 상기 진동센서(71)에 의한 전원 관리는 더욱 효과를 발휘한다.

상기와 같은 전원부(60)는, 태양에너지를 받아들여 충전시키는 솔라패널(61) 및 충전지(62)와; 상기 충전지(62) 및 차량의 시거 잭과 연결되는 충전기(63)와; 상기 충전기(63)의 전압을 조절하는 레귤레이터(64)를 포함하여 구성된다.

상기 중앙처리장치(50)에는 USB 컨트롤러(80)가 추가 구성되어, 컴퓨터 및 PDA 등의 외부기기와 연결되어, 제어 프로그램 및 데이터베이스를 다운로드 받을 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 또한, 상기 컨트롤부(40)에, 사용자에 의하여 위치정보를 입력할 수 있도록 하는 스위치를 구성하여, 상기 데이터베이스에 있는 위치 정보 이외에, 사용자가 입력하는 정보를 이용할 수 있도록 한다.

도 4는 본 고안의 차량용 지피에스 수신기의 제어방법을 나타내는 순서도로서, 본 고안은, 상기 GPS 엔진(10), 알림부(30), 각종 변수 등의 주변장치를 초기화하는 제 1단계(S1)와; 상기 주변장치의 상태를 체크하는 제 2단계(S2)와; 상기 GPS 엔진(10)에서 위성을 찾아 위치 측위가 가능한 상태인지를 판단하는 제 3단계(S3)와; 상기 제 3단계(S3)에서 위치 측위가 가능한 상태가 아닌 경우, 소비전력을 정상작동모드(연속 모드)보다 낮게 설정하는 전원절약모드인지를 판단하는 제 3-1단계(S3-1)와; 상기 제 3-1단계(S3-1)에서 전원절약모드가 아닌 경우에는 상기 제 2단계(S2)로 복귀하고, 전원절약모드인 경우, 정상작동모드(연속 모드)로 전환하고 상기 제 2단계(S2)로 복귀하는 제 3-2단계(S3-2)와; 상기 제 3단계(S3)에서 위치 측위가 가능한 경우에 정보를 수집하는 제 4단계(S4)와; 그 후 특정 지연시간이 지났는가를 판단하여, 지연시간이 지난 경우에 정상작동모드이면 전원절약모드로 전환하고 현 위치 주변 데이터를 검색하고, 지연시간이 지나지 않은 경우에는 바로 현 위치 주변 데이터를 검색하는 제 5단계(S5)와; 데이터를 검색한 결과, 검출된 데이터가 있을 경우, 검출된 데이터를 알리고 상기 제 2단계(S2)로 복귀하는 제 6단계(S6)를 포함하여 구성하여, 소비 전력을 보다 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 특정 지연시간은 3분으로 하는 것이 바람직하며, 상기 전원절약모드에서의 소비전력은 평균적으로 정상작동모드의 1/4로 설정하는 것이 보다 바람직하다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참고하여 본 고안의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

태양전지 시스템 및 배터리를 채용한 Cordless(무선) GPS 수신기는 배터리의 수명이 매우 중요하다. 일반 Corded Type(자동차의 배터리와 연결되어 전원을 공급받는 형태)은 자동차 시동을 끄면 자동으로 전원이 차단되는데 반해, Cordless Type은 사용자가 일일이 전원스위치를 On/Off해야 하는 불편이 있다.

그리하여 본 고안은 상기한 바와 같이, GPS 수신기에 진동센서(71)와 솔라패널(61: 태양전지)을 적용한 것으로서, 이러한 태양전지에 의한 전원 공급이 주 전원으로 이용되고, 차량의 배터리와 연결되어 보조적으로 전원을 공급받는다.

상기 진동센서(71)를 이용하여, 주차 또는 장시간 정차시 사용자가 전원을 끄지 않더라도 배터리 소모가 되지 않도록 자동으로 전원이 차단되고(또는 최소 전력소모 모드로 전환되고), 다시 자동차가 운행을 시작하게 되면, 상기 진동센서(71)가 작동을 감지하여 자동으로 정상 상태로 돌아오는 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 고안의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 시스템에 전원이 인가되면 주변장치를 초기화하고(S1), 상태를 점검하여(S2) 전면 LED 및 음성 메시지로 배터리 잔량 및 정상 동작상태를 알려준다. 전원이 켜짐과 동시에 GPS 엔진부(10)는 여러 위성 신호들을 추적 및 Data를 수집해서 실시간 좌표를 갖추게 된다.

그리하여, 상기 GPS 엔진부(10)는 4개 이상의 위성과 연결되어 3D Fixing이 이루어졌는지, 즉, 위치 측위가 가능한 상태인지를 판단하여(S3), 그렇지 않은 경우에는 전원절약모드 인지의 여부에 따라(S3-1), 전원절약모드라면 연속 모드로 전환(S3-2)하고, 전원절약모드가 아니라면 바로 상기 제 2단계(S2)로 복귀하여 상기의 과정이 반복되어 이루어진다.

상기 제 3단계(S3)에서 위치 측위가 가능한 상태라면, 위치 정보를 수집하게 되고(S4), 이후 특정 시간(본 실시예의 경우, 3분)이 지났는지를 판단하여, 지난 경우에는 연속 모드인지를 다시 판단하여, 연속 모드라면 전원절약모드로 전환이 이루어지고, 그렇지 않은 경우에는 바로 현재 위치의 주변 데이터를 검색하게 된다(S5).

즉, 이 과정에서 상기 제 4단계(S4)에서 수집된 정보와, 현재 차량이 위치하는 장소의 주변에 도로상태가 좋지 않은 곳이거나, 급 커브길이거나, 기타 위험 정보가 있는 곳인지를 메모리(20)에 저장되어 있는 데이터베이스를 참조하여 검색이 이루어지는 것이다.

그리하여, 상기 검색 과정에서 검출된 데이터가 있는 경우에는 이 검출된 데이터를 상기 알림부(30)를 통하여 시각적 또는 청각적으로 알리게 되는 것이다.

상기와 같이, 전원절약모드는 정보 수집이 끝난 후와 그 후 특정 시간이 지난 후에 설정되며, 이 때의 정보의 출력은 설정된 시간 간격으로 출력되게 되고, 이때의 소비 전력은 대략 평균적으로 (작동 전압)*15mA 정도의 전력을 소모하게 된다.

또한, 상기 연속 모드는 정상작동모드로서, 전원인가 후, 3D Fixing이 이루어질 때까지, 위성을 놓쳤을 경우, 검출된 정보가 있을 경우, 또한 3D Fixing이 이루어진 후 특정시간(3분) 동안 데이터를 수집하는 경우에 설정되며, 이때의 데이터 출력은 1초 간격으로 이루어진다. 이때의 소비 전력은 대략 평균적으로 (작동 전압)*60mA 정도의 전력을 소모하게 되어, 상기 전원절약모드는 이 연속 모드보다 대략 1/4 정도의 전력이 소모된다.

이와 같이, 본 고안은, 차량의 위치 및 상태에 따라 전국 도로상의 여러 교통 정보들을 사전에 운전자에게 정확히 제공해주게 되며, 특정 상태에서는 전원절약모드로 전환이 되어, 전력 효율을 최대화하고, 또한 차량의 진동 상태를 측정하여 차량이 정지된 것으로 판단될 때에는 자동으로 전원을 차단시키거나 최소 소비상태로 전환시킴으로써, 사용자가 별도의 조작을 할 필요 없이 사용이 가능한 것이다.

상기 실시예는 본 고안의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 고안의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

이상과 같은 본 고안은, 태양전지가 탑재되고, 일정시간 이상 진동이 없을 때 자동으로 슬립 모드로 설정되도록 하는 저전력 시스템이 적용되며, 진동센서에의하여 전원이 관리되어 사용자가 전원을 일일이 온 오프시킬 필요가 없고, USB를 이용하여 프로그램 및 데이터베이스의 고속 업데이트가 가능한 효과가 있는 고안인 것이다.

Claims (7)

1. GPS 위성 신호를 수신하는 GPS 엔진부와;

   교통정보 데이터베이스가 내장되는 메모리와;

   상기 GPS 엔진부에서 특정 신호를 수신하였을 경우에 청각적 또는 시각적으로 알리는 알림부와;

   전원, 알림방식, 모드선택 등을 조절할 수 있도록 하는 스위치로 이루어지는 컨트롤부와;

   상기 GPS 엔진부, 메모리, 알림부 및 컨트롤부에 각각 연결되며, 프로그램을 내장하여 전체 시스템을 제어하는 중앙처리장치와;

   상기 중앙처리장치에 전원을 공급하는 전원부와;

   상기 중앙처리장치와 연결되고, 진동센서가 구비되어 차량의 진동 여부에 따라 신호를 발신하여 전원을 관리할 수 있도록 하는 센서부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 지피에스 수신기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 진동센서는 압전(Piezo)진동판을 이용하는 것을 특징으로 하는 차량용 지피에스 수신기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 압전 진동판은, 압전소자와 금속판, 또는 압전소자와 압전소자가 서로 부착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 지피에스 수신기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 센서부는,

   차량의 진동을 감지하는 진동센서와;

   상기 진동센서의 신호를 증폭하는 증폭기와;

   상기 증폭된 주파수 중 특정 주파수의 신호만 통과시키는 필터와;

   상기 주파수를 기준값과 비교하는 비교기와;

   상기 비교기의 출력으로부터 신호를 검출하는 신호검출회로와;

   상기 신호로부터 차량의 운행 여부를 판단하는 판정회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 지피에스 수신기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 전원부는,

   태양에너지를 받아들여 충전시키는 솔라패널 및 충전지와;

   상기 충전지 및 차량의 시거 잭과 연결되는 충전기와;

   상기 충전기의 전압을 조절하는 레귤레이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 지피에스 수신기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 중앙처리장치에는 USB 컨트롤러가 추가 구성되어, 컴퓨터 및 PDA 등의 외부기기와 연결되어, 제어 프로그램 및 데이터베이스를 다운로드 받을 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 지피에스 수신기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 컨트롤부에는, 사용자에 의하여 위치정보를 입력할 수 있도록 하는 스위치가 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 지피에스 수신기.