KR20120093233A

KR20120093233A - 광 센서 및 자기 센서를 가지고 차량들의 존재를 연속적으로 검출하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20120093233A
Application number: KR1020127010727A
Authority: KR
Inventors: 아레니 레이몬 팔라스; 피에드라피타 제임 오스카 카사스; 데 라 호야 에른네스토 시푸엔테스
Original assignee: 유니베르시타트 폴리테크니카 데 카탈루냐
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-08-22
Also published as: US20120274483A1; EP2485069B1; CN102812383A; RU2012117784A; CL2012000689A1; ES2357386B1; WO2011036313A1; ES2357386A1; JP2013506178A; EP2485069A1; US8803708B2; ES2428663T3; MX2012003679A; BR112012007606A2

Abstract

본 발명에는 차량이 도착하거나 출발할 때 차량 아래의 바닥 위에 생기는 조도의 날카로운 변화의 검출에 기초한 연속의 중단 없는 차량들의 검출을 위한 방법 및 장치가 기술되고, 자기 센서를 활성화시키기 위해 상기 검출의 사용시, 자기 센서의 감도는 센서 위에 있는 차량에 기여될 수 있는 충분히 큰 이들 자기 교란들만을 검출하기 위해 조정된다. 광 센서 및 자기 센서 양자는 능동 전자 구성요소들 또는 이들 자신의 또는 공유 전력 공급원 없이 디지털 제어기에 직접 접속된다. 검출기는 고정 또는 휴대 가능하고, 무선 또는 케이블에 의해 접속될 수 있다.

Description

광 센서 및 자기 센서를 가지고 차량들의 존재를 연속적으로 검출하기 위한 방법 및 장치{Method and apparatus, for continuously detecting the presence of vehicles, with an optical sensor and a magnetic sensor}

본 발명은 차량이 특정 영역에 존재하는지를 확인하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 상기 영역의 바닥에 배치된 광 센서 및 자기 센서에 기초한 방법에 관한 것이다.

특정 영역에서 차량의 존재 또는 부재에 기초하여 판정이 이루어져야 하는 주차장, 평면 교차로(level crossing), 비상구, 접근 통제(access control), 보안 구역 및 다른 적용들의 관리에 있어서 차량이 소정 영역에 있는지 여부를 아는 것은 공통적으로 필요한 사항이다. 약간의 지붕 형태로 덮인 영역들에서, 특정 영역에 있는 차량의 존재는 지붕으로부터 또는 거기에 부착된 구조물로부터 매달리고 그것이 제어하기를 원하는 영역 바로 위에 위치된 하나 이상의 센서들에 의해 확인될 수 있다. 이것을 행하는 일반적인 방법은 방사, 예를 들어 초음파 또는 적외선 방사와 같은 몇몇 형태의 방사에 기초한 센서들에 의한 것인 데, 그 이유는 에미터(emitter)와 수신기 사이의 통과 시간(transit time)이 에미터에 의해 방출된 방사선이 바닥으로부터 또는 차량의 지붕일 수 있는 다른 근접 물체로부터 반사되는지의 여부에 의존하기 때문이다. 제어하기를 원하는 각각의 특정 영역에 대해 센서를 필요로 하지 않는 대안적인 해결 방법은 관심 영역을 향하는 하나 이상의 텔레비전 카메라들을 설치하는 것이다. 이미지 분석 알고리즘들에 의해, 카메라들이 맡고 있는 영역에 있는 차량들의 수를 확인하는 것이 가능하다. 이러한 해결방법은 기술적으로 더 복잡한 데, 그 이유는 다른 것들 뒤에 부분적으로 또는 완전히 숨겨진 차량들을 검출할 수 있는 것이 필요하고 카메라 또는 카메라들을 장착하기 위한 지지체를 갖는 것을 필요로 하기 때문이다. 빌딩에서, 이러한 지지체는 벽에 또는 천장 위에 고정될 수 있지만 지붕이 없는 영역들에서는 몇가지 종류의 기둥을 설치할 필요가 있다.

카메라들에 대한 더 싼 대안은 제어하기를 원하는 각각의 구획의 바닥에 검출기들을 배치하는 것일 수 있다. 검출을 위해, 천장으로부터 통상적으로 가해지는 방사(radiation)의 몇몇 유형의 방출 및 수신에 기초한 방법이 마련될 수 있다. 그러나, 주변의 몇몇 이전 조건에서 차량의 존재가 생성하는 변화(alternation)를 캡쳐하는 수동 시스템(passive system)에서의 검출을 기초로 하는 것이 더 단순하다. 게다가, 방사를 발생해야 하는 방사(무선주파수, 광학적, 기계적-초음파)의 방출 및 수신에 기초한 검출기들과 달리, 상기 미리 존재하는 조건을 생성할 필요가 없기 때문에 수동 검출기들의 에너지 소비가 더 낮을 것이다. 대형 주차 구역들에서, 그리고 일반적으로 각각의 감시 구역에 대한 전기 전력의 즉시 공급에 대비한 기반구조가 없는 경우, 배터리들로부터 각각의 검출기에 공급할 가능성은 설치 비용을 감소시킨다. 이들 경우들에 있어서, 검출기의 다른 중요한 품질은 그것의 에너지 소비가 가능한 최저로 되어야 한다는 것이다.

지면에서 측정될 수 있고 차량이 통과할 때 변화하는 물리적 크기는 바퀴가 통과하는 요소에서의 기계적 응력(mechanical stress)이다. 따라서, 안토니오 헤르난도 그란데(Antonio Hernando Grande) 등의 WO/1996/01461은 금속 지지체에 고정되는 하나의 단부와 비정질 자기 재료의 스트립에 부착되는 반원형 지지체에 고정되는 다른 단부를 가진 와이어 위로 차량 통과시 차량 바퀴에 의해 생성되는 기계적 응력의 검출에 기초하여 주차된 차량들을 검출하기 위한 장치를 기술한다. 이러한 스트립은 와이어 위에서의 바퀴 통과에 의해 유도되는 기전력(electromotive force)을 수집하는 권선(winding)의 중심(nucleus)을 형성한다. 차량의 통과로 인한 짧은 일시적인 변화를 검출하는, 압전 센서들, 유압 튜브들 및 유도 코일들에 의해 일어나는 것과 같이, 이러한 센서는 필연적인 에너지 소비가 있는, 활성 상태에 연속해서 있어야 하고, 정지 차량들은 검출할 수 없다는 것이 이해될 것이다. 게다가, 예를 들어 다른 주차 장소를 향해 갈 때 센서 위를 통과하는 차량은 각각의 장소의 센서 위를 통과할 때 신호를 줄 것이고, 특정한 장소에 주차되어 종료할 것이며, 따라서 검출 수(detection count)는 주차된 차량들의 수보다 더 크다.

차량의 통과 및 심지어 그것의 단순 존재에 의해 변경되는 다른 물리적 크기는 자기장인데, 그 이유는 차량들의 풍부한 강자성 물질이 차량이 존재하는 동안 지속되는 지구 자기장의 교란(disturbance)을 야기하기 때문이다. 이러한 교란은 예를 들어 자기저항 센서들(자기저항, 이방성-AMR 또는 거대-GMR 효과에 기초함)에 의해 검출될 수 있고, 그러므로 이러한 방법은 차량들의 통과를 검출하는 데 많이 응용되었고 이들의 존재를 검출하는 데는 다소 덜 응용되었다[예를 들어, 엠. 제이. 카루소(M. J. Caruso), 엘. 에스. 위다나아삼(L. S. Withanawasam)의 "Vehicle Detection and Compass Applications using AMR Magnetic Sensors"(http://www.ssec.honeywell.com/magnetic/datasheets/amr.pdf); 피. 리프카(P. Ripka)의 "Magnetic Sensors for traffic control"(Proceedings of the International Symposium on Measurement and Control in Robotics (ISMCR 99), Tokyo, vol. 10, pp. 241-246, 1999); 지. 라우즈(G. Rouse), 에이치. 프렌치(H. French), 에이치. 사사키(H. Sasaki) "A solid-state vehicle detector for roadway applications"(IEEE Proceedings on vehicle Navigation and Information Systems Conference, Seattle, USA, pp. 11-16, July 1995; S. V. Marshall, "Vehicle Detection Using a Magnetic Field Sensor," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 27, no. 2, pp. 65-68, May 1978); 알. 라오(R. Lao), 디. 차이코프스키(D. Czajkowski)의 "Magnetoresistors for Automobile Detection and Traffic Control"(센서들, pp. 70-73, April 1996) 참조]. 비록 다른 방향들에서 측정하는 것에 의해 차량을 검출하는 것도 가능하지만, 차량을 검출하기 위해서는, 위도에 따라 지구의 상이한 지점들에서 변화하는, 지구 자기장의 우세한 성분의 방향에서의 자기 교란(magnetic disturbance)을 측정하는 것으로도 충분하다.

자기저항소자들(magnetoresistors)에 기초한 모든 이들 응용들에 공통인 하나의 문제는 이들 센서들의 에너지 소비가 비교적 높다는 것인데, 그 이유는 이들의 전기 저항이 1 kΩ 내지 5 kΩ 정도이고, 그러므로 만약 이들이 연속해서 전력을 공급받으면, 이들은 매우 짧은 시간에 배터리를 소모할 수 있기 때문이다. 만약 예를 들어 차량들을 검출하기 위한 자기 센서 및 환경 조건들(온도, 비, 얼음 등)을 확인하기 위한 수개의 특정 센서들을 구비하는 센서 노드들에 하나 이상의 센서가 있으면, 그리고 시스템이 예를 들어 로버트 카발러(Robert Kavaler)의 US 20060202863 A1에 개시된 것과 같이 와이어 접속(wired connection)을 가지지 않으면, 에너지 소비 문제가 훨씬 더 심각하다. 게다가, 차량 검출에 적용되는 자기저항소자 기반 자력계들(magnetometer)의 개선은 측정된 자기 교란에 대응하는 디지털 신호를 얻기 위한 수단으로서 아날로그-디지털 컨버터를 사용하고, 상기 컨버터는, 예를 들어 고돈 에프. 라우즈(Gordon F. Rouse) 및 윌리엄 엠. 볼나(William M. Volna)의 US 5491475 및 제임스 에이. 로드리안(James A. Rodrian) 및 도날드 알. 쟁크(Donald R. Janke)의 US 6546344에 기재된 것과 같이 증폭기들에 의해 얻어지는 자기 센서로부터의 출력의 조절을 요구한다. 증폭기들, 필터들 등을 갖는 이들 신호 조절 회로는 추가의 에너지 소비를 의미한다.

에너지 소비를 감소시키기 위한 하나의 분명한 시스템은 미리 정해진 시간 구간들에 간헐적으로 검출기에 전력을 공급하는 것이다. 그러나 신뢰성 있는 존재 또는 부재 검출을 하기를 원한다면, 상기 구간들은 충분히 짧아야 하고, 그 결과 에너지 절약은 부지(area)의 점유 비율에 많이 의존할 것이다. 찰스 호워드(Charles Howard)의 US 200201090856는 자기 센서가 연속 동작해야 하는 것을 피하기 위한 해결방법을 개시한다. 그것은 차량에 의해 발생된 지면에서의 진동을 검출하고 진동이 발생할 때 자기 센서를 활성화시키고 어떤 시간 기간 동안 진동이 없을 때 자기 센서를 비활성화시키는 진동 센서를 이용하여 구성된다. 이러한 해결방법의 유효성은 한편에서는 연속 검출을 원한다면 연속적으로 활성되어야 하는 진동 센서의 소비에 의존하고, 관심 영역에서의 차량 존재의 표시기(indicator)인 것으로 고려될 수 있는 진동 신호의 인식에 의존한다. 그러나, 어떤 경우라도, 진동 센서는 움직임이 없는 차량의 존재를 검출할 수 없다. US 200201090856에서 언급한 진동 센서들은 일렉트릿 마이크로폰(electret microphone) EM9765-422 - 4.5V로 전력이 공급될 때 소비량이 0.5 mA임 -, 및 가속도계 ADXL202 - 5V로 전력이 공급될 때 전형적인 소비량이 0.6 mA임- 이다. 이들 소비율들에 대해서는, 전체의 조화(ensemble)를 위해 사용되는 진동 센서 및 제어기의 신호들이 통신되는 제어기 및 전원의 출력 신호를 조절하는 데 필요한 구성요소들의 소비량을 부가할 필요가 있다.

지금까지 이용 가능한 정보의 분석은 특정 영역에 있는 차량의 존재를 연속적으로 그리고 신뢰성 있게 검출하고, 차량들이 없을 때 30 마이크로와트(3V의 공급시 10 마이크로암페어)보다 작은 에너지 소비를 갖는 방법이 없다는 것을 보인다. 우리는 감소된 조도가 자기 교란으로 인한 것인지를 검토하기 위해, 낮은 조도를 검출할 때 동일한 지점에 있는 자기 센서를 기동시키는 광 센서를 바닥에 배치함으로써, 차량 존재의 연속적이고 신뢰성 있는 검출을 허용하고, 에너지 소비가 연속적으로 전력이 공급되는 자기 센서의 것보다 훨씬 낮고, 또는 진동 센서가 차량의 접근을 나타내는 신호를 검출할 때 활성화되는 자기 센서의 것보다 훨씬 낮다는 것을 발견했다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 차량에 의해 생성되는 음영 조건(shade condition)을 검출하기 위한 수동 광 센서 및 상기 음영 조건이 센서 위에 있는 차량으로 인한 것인지 또는 조도를 감소시키는 다른 원인으로 인한 것일 수 있는지를 확인하는 자기 센서를 이용하여, 차량이 미리 정해진 영역에 존재하는지를 연속적으로 검출하기 위한 방법을 발전시키는 것이다. 본 발명의 제 2 목적은 미리 정해진 영역에 차량이 있는지의 여부를 나타내는 출력 신호를 제공하고, 배터리로 작동시킬 수 있는만큼 충분히 낮은 에너지 소비를 가진 장치를 발전시키는 것이다.

우리는 제어하기를 원하는 영역의 바닥에 배치되는 검출기에 의해, 미리 정해진 영역에 존재하는 차량이 있는지를 검출하고, 차량에 의해 생성되는 음영(shade)을 검출하는 수동 광 센서로 구성되고, 그 정보로부터 공급이 제어되고 상기 음영이 센서 위의 차량으로 인한 것인지 또는 반대로 조도가 다른 이유들 때문에 감소되었는지를 확인하는 자기저항 센서의 측정으로 구성되는 신규의 방법 및 장치를 개발했다. 검출기는 고정 또는 휴대 가능하고, 무선 또는 케이블들에 의해 접속될 수 있고, 독립적으로 또는 센서 네트워크의 부분으로서 작동할 수 있다.

개발된 장치는 예를 들어 US 200201090856 - 여기서 센서들은 센서들이 간헐적으로 활성화될 수 있게 허용하는 회로들에 의해 공급원에 접속되어 있는- 에 개시된 발명과는 달리, 수동 광 센서 및 자기 센서가 대응하는 전자 인터페이스들, 통신 회로(트랜시버 또는 모뎀) 및 전류를 제어기 및 트랜시버/모뎀에 공급하는 공급 시스템에 의해 접속되지만 2개의 센서들 중 어느 쪽에도 접속되지 않는 디지털 제어기에 기초한다. 본 발명에 있어서, 양 제어기 및 트랜시버/모뎀은 통상적으로 대기 상태에 있고, 이 대기 상태에서 이들의 소비는 매우 낮고, 광 센서를 위한 인터페이스 회로 및 자기 센서를 위한 인터페이스 회로는 제어기의 상이한 출력 단자들에 접속되고, 여기서 제어기는, 제어기가 제조되는 마이크로전자 기술의 논리 전압 레벨들의 면에서 상기 단자들 각각이 하이(디지털 "1") 또는 로우(디지털 "0") 전압 레벨을 가지도록 또는 고임피던스(HZ) 상태의 하나의 단자를 가지도록 제공할 수 있다. 이들 접속들에 의해, 광 센서 및 자기 센서는 각각의 센서를 공급원에 접속하지 않고 제어기로부터 전력을 공급받는다. 제어기로부터의 센서들의 이러한 공급은 제어기 포트들이 매우 낮거나 매우 짧은 시간 동안 흐를 수 있는 필요한 전류를 공급할 수 있을 것이라는 것을 각 센서의 인터페이스 회로들의 설계가 보장하면 가능할 것이다.

광 센서를 위한 인터페이스 회로는 디지털 제어기의 2개의 입력 단자들에 접속되는 출력을 가진다: 이들 단자들 중 하나(EA)는 아날로그-디지털 컨버터에 접속되고 다른 하나(EI)는 논리 상태들 "1" 및 "0"에 대응하는 2개의 전압 레벨들 사이에 전이(transition)가 있을 때 제어기를 중단시킬 수 있는 입력(input)에 대응한다. 자기 센서를 위한 인터페이스 회로는 센서가 위치되는 영역에서 자기장의 값을 측정할 수 있는 것이 바람직한, 제어기의 하나 이상의 입력 단자들에 접속된다. 하나의 축선 상에서 자기장(B)을 측정하는 자기 센서는 센서가 위치되는 위도에 의존하여, 지구 자기장의 우세한 성분의 방향에서 또는 지구 자기장의 성분이 또한 큰 다른 방향에서 측정하기 위해 준비될 수 있다. 제어기에 의해 수행되는 동작들의 리듬(rhythm)은 이하에 기술되는 것과 같이, 센서들에 의해 제공되는 정보에 종속하여 이용 가능한 몇 개의 것으로부터 선택될 수 있는 클락 신호의 주파수에 의해 결정된다.

장치가 온(on)으로 스위치되면, 광 센서가 제어기로부터 전력을 공급받고 그것의 인터페이스 회로의 설계 덕분에 매우 낮은 전류 소모를 갖는 대기 상태로 유지되고, 한편, 자기 센서의 인터페이스 회로 및 물론 자기 센서는 어떠한 공급 전압도 받지 않는다. 제어기는 어떠한 클락 신호도 필요로 하지 않는 모드(mode)에서 동작하고 외부 인터럽트가 있을 경우에만 그로부터 빠져나갈 수 있다. 광 센서에 의해 검출되는 조도가 미리 규정된 값(Emin) 이하이면, 그것의 인터페이스 회로의 출력 전압은 제어기가 그것의 입력(EI)에서의 상기 변화를 대기 상태를 떠나 자기장의 측정을 시작하도록 하는 요청으로서 해석하도록 충분히 변한다. 이를 위해, 제어기는 빠른 클락에 의한 동작으로 넘어가고, 자기 센서를 활성화시키고, 그것의 인터페이스 회로의 출력 또는 출력들을 측정하고 이들로부터 자기장의 값(Bm)을 계산한다. 이후, 제어기는 이 값(Bm)을 차량들이 없을 때 측정하여 얻어진 기준값(Bref)과 비교하고, 변화가 미리 정해진 값(Bv₁)보다 크면, 차량은 그것 위에 있는 것으로 간주되고 "존재(presence)"(장소가 점유됨)를 나타내는 신호가 발생된다. 자기장은 측정된 값(Bm)과 기준값(Bref)간의 차이가 Bv보다 여전히 큰지를 검토하기 위해 T1초마다 계속 측정될 수 있다. Bm과 Bref간의 차이가 Bv보다 작으면, 차량은 출발한 것으로 간주되고, 그 결과 "부재(absence)" 신호(장소가 빔)가 발생되고, 자기 센서 회로에 대한 전원 공급이 차단되고 대기 상태가 재개된다. 시간(T1)은 상기 영역에서의 차량들의 입장 및 출발 및 점유의 비에 따라 선택될 수 있다. 높은 점유비 및 낮은 이동성(low mobility)을 가진 영역들에 대해, 예를 들어, T1은 길 수 있다.

광 센서가 낮은 레벨의 조도(illumination)를 검출한 직후, 자기장의 측정값(Bm)과 자기장의 기준값(Bref)간의 차이가 값(Bv) 이하이면, 차량 존재(장소가 점유됨) 신호는 발하여지지 않고 Bv보다 큰 변화가 검출될 때 추종되는 상이한 루틴으로 들어간다. 음영(shade)은 센서 위의 차량의 존재로 인한 것이 아니고 다른 원인들로 인한 것으로 간주된다(어두어지고 인공 조명이 없고, 센서 위의 물체가 있고, 바로 옆의 차가 짙은 음영을 드리우는 등등이 있다). 이러한 다른 루틴에 있어서, T2 초마다, 입력(EA)에 접속된 신호로부터 조도의 값 및 전에 측정된 자기장의 값을 측정한다. 이들 주기적 측정들 중 어느 하나에서, 자기장의 측정된 값(Bm)과 기준값(Bref)간의 차이가 Bv보다 크면, "존재(presence)" 신호가 발생되고 측정들은 차이가 Bv보다 작거나 측정된 조도가 Emin 이상일 때까지 계속된다. 양자의 경우에 있어서, "부재(absence)" 신호가 발생되고 대기 상태로 들어간다. Bm과 Bref간의 차이가 조도가 Emin 이상일 때의 v보다 큰 경우에는 언제라도, 이전에 존재 검출이 있는 경우 모두에, 알람 신호가 발생된다. 앞의 개시내용으로부터, 광 센서가 항상 활성화된다는 것이 수집될 것이고, 즉 검출기 위에 차량이 없는 동안, 광 센서는 조도의 갑작스런 감소를 계속해서 검출할 수 있도록 활성화되고, 차량이 있다면, 광 센서는 차량의 출발을 검출할 수 있도록 계속 활성화되어 있고, 자기 센서는 차량이 여전히 존재한다는 것을 주기적으로 검사한다. 광 센서는 어둠(darkness)을 검출하지만 자기 센서는 자기 교란을 검출하지 않기 때문에 차량의 존재에 대해 의심이 갈 경우, 광 센서는 조도값 및 자기장이 주기적으로 측정되는 동안 계속해서 어둠의 원인의 사라짐을 검출하기 위해 계속해서 활성화된다. 조도가 높지만 자기장 센서가 상당한 자기 교란을 검출하면, 알람을 발한다.

에너지 소비를 감소시키기 위해, 디지털 제어기가 상태를 변경할 경우 그것은 그것이 새로운 상태에서 수행해야 할 작업들에 가장 적합한 클락 주파수를 선택한다. 따라서, 예를 들어, EI의 인터럽트를 위한 대기에서, 모든 클락 발진기들이 정지되고; B의 측정들간의 구간들에서, 낮은 주파수 클락이 선택되고, 반면 B의 측정 및 신호들의 통신을 위해 고주파수 클락이 선택된다. 또, 에너지 소비를 감소시키기 위해, 광 센서와 자기 센서의 인터페이스 회로들은 어떠한 능동 전자 구성요소도 구비하지 않는다. 검출기가 특정 시간 기간 동안 사용되지 않는다면, 트랜시버 또는 모뎀은 대기 상태를 벗어날 수 있고, 제어기, 발진기들, 아날로그-디지털 컨버터 등의 모든 내부 주변장치들은 디스에이블될 수 있고 광 센서 조차 디스에이블될 수 있는 데 그 이유는 그것이 검출기의 전력 공급원에 직접 접속되지 않지만 제어기의 터미널에 접속되고, 그것의 전압이 프로그램될 수 있기 때문이다.

기준값(Bref)은 차량들이 없고 근방에 강자성 물체들이 없을 때에, 센서가 배치될 장소에서 자기장을 측정하여 얻어진다. 측정은 자력계 또는 장치 자체의 자기 센서로 행해질 수 있고, 이 경우 그것은 주기적으로 업데이트될 수 있다. 이러한 업데이트는 차량들이 없을 때 이루어져야 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면들을 참조하여 기재된다.
도 1은 연속 차량 존재 검출기의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 낮 동안 옥외에서 바닥에 배치된 광 센서에 의해 수신된 조도의 변화에 대한 2개의 실험들의 결과들을 나타낸 도면이다.
도 4는 환한 주차장에서, 밤 동안 옥외에서 바닥에 배치된 광 센서에 의해 수신된 조도의 변화에 대한 2개의 실험들의 결과들을 나타낸 도면이다.
도 5는 차량들이 옥외 주차 장소를 점유하고 출발하고 검출기가 상기 장소의 중심에 있을 때의 3개의 상이한 차량 모델에 의한 3개의 실험들의 결과들을 나타낸 도면이다.

도 1은 무선 트랜시버(104)에 차례로 접속되는 마이크로컨트롤러(103)에 접속되는 수동 광 센서(101) 및 자기 센서(102)를 나타낸다. 마이크로컨트롤러는 아날로그-디지털 컨버터를 구비한다. 전력 공급원(105)은 마이크로컨트롤러 및 트랜시버에 접속되지만, 센서들 및 이들의 인터페이스 회로들에는 접속되지 않는다. 상기 센서들 및 인터페이스 회로들은 필요한 경우, 단지 마이크로컨트롤러 자체에 의해 전력이 공급된다.

더 큰 에너지 효율을 얻고 이러한 방식으로 배터리들에 의해 전력이 공급될 때 장치의 활동적인 수명(active life)을 증가시키기 위해, 전자 인터페이스들이, 매우 낮은 소비를 갖는 센서들, 디지털 제어기 및 낮은 활성 상태(low activity state)에서의 소비가 매주 낮은 트랜시버를 사용하고, 낮은 전원 전압(예를 들어 3V)을 선택하고 필연적으로 활성화되어야 하는 아이템들에만 항상 전력이 공급되는 방식으로 그것을 관리할 필요가 있다. 도 2는 수동 광 센서가 LDR(Light Dependent Resistor)이고 그것의 인터페이스 회로가 분압기인 장치의 바람직한 실시예를 나타내고, 여기서 저항(Rs)은 높은 값을 가지도록 선택되고 그 결과 LDR이 조명될 때, 그러므로 그것의 저항이 낮은 값을 가질 때, 전류 소비는 매우 낮다. Rs = 920 kΩ에 의해, 예를 들어 마이크로컨트롤러에 3V로 전력이 공급되면, 낮 동안의 LDR에서의 전류는 약 3 마이크로암페어이다. 분압기의 출력은 마이크로컨트롤러의 아날로그 입력(P2.0는 EA로서 작용) 및 외부 인터럽트들(external interrupts)(P2.1은 EI로서 작용)에 접속된다. 분압기에 가해지는 전압은 마이크로컨트롤러의 출력(P2.2)에서의 것과 같다. 필요 조건들을 충족시키는 LDR은 몬트리올(Montreal) (Quebec, Canada)의 실로넥스(Silonex)사제의 NORPS-12이고 적절한 마이크로컨트롤러는 달라스(Dallas) (Texas, United States)의 텍사스 인스트루먼츠사(Texas Instruments)제의 MSP430F2274일 수 있고, 이것은 통합된 아날로그-디지털 컨버터 및 5개의 저전력 동작 모드들을 가지며, 이 모드들 중 하나(LPM4)는 단지 0.1 마이크로암페어의 소비를 가진다.

자기 센서는 자기저항소자 브릿지(magnetoresistor bridge)이고 그것의 인터페이스 회로는 예를 들어 저항 센서 브릿지들(resistive sensor bridges), 센서들 및 액츄에이터(A)(Vol. 147 (2008), 210-215)를 선형화하기 위한 다이렉트 인터페이스 회로(Direct Interface circuit)에서 이. 시푸엔테스(E. Cifuentes), 오. 카사스(O. Casas), 에프. 레버터(F. Reverter) 및 알. 팔라스 아레니(R. Pallas Areny)에 의해 기술된 커패시터(C) 및 저항기(Rp)이다. 이 인터페이스에 있어서, 브릿지는 하나의 입력 노드 및 3개의 출력 노드들을 가지며, 입력 노드는 마이크로컨트롤러(도 2의 P1.1)의 출력 포트 및 커패시터(C)에 접속되고, 커패시터의 다른 단자는 접지되고, 반면 각각의 출력은 마이크로컨트롤러의 다른 입력(P2.3, P3.7 및 P3.6)에 접속되고, 측정 과정은 제어기 출력(P1.1)에서 전압에 의해 커패시터(C)를 충전하고(연속해서), 하이(high)로 설정하고, 이후 매번 상이한 루트를 이용하여 상기 커패시터를 저항기 브릿지를 통해 방전하는 것으로 구성되고, 이 경로는 마이크로컨트롤러의 2개의 상이한 포트들을 고 임피던스 상태의 입력들로서 설정하고 제 3 포트를 레벨 0의 출력으로서 설정하여 결정된다. 적절한 자기 센서는 엔브이이 코포레이션(NVE Corporation)(Eden Prairie; Minnesota, United States)의 AAH002이다. C를 마이크로패럿을 가지도록 선택하고 Rp를 120 Ω을 가지도록 선택함으로써, 밀리초(milliseconds) 오더(order)의 측정 시간이 얻어진다. 이들은 주차된 차량들 또는 느리게 이동하는 것들을 검출하기에 충분하다.

이러한 바람직한 실시예에 있어서, 트랜시버는 무선이고, 그래서 그것은 안테나에 접속된다. 저전력 대기 상태(1 마이크로암페어)를 갖는 트랜시버는 텔레지시스(Telegesis)(High Wycombe; Bucks HP10 9QQ, U.K.)의 ETXR2이다. 전력 공급원은 배터리 및 3 V 전압 조절기로 구성된다. 3 V 출력을 가진 저전력 조절기는 타이완 반도체 회사(Taiwan Semiconductor Company)의 TS9011이다. 적절한 배터리는 타디란 배터리스(Kiryat Ekron; Israel)의 TL-5135 또는 임의 다른 고용량, 작은 부피의 배터리일 수 있다.

한편, 특정 영역에서 양호한 차량 존재 또는 부재 검출을 얻기 위해서는, 한편에서는 센서 위에 차량이 있을 때 센서 위치에서 지면 높이의 조도를 알 필요가 있고, 주변의 상이한 조명 조건들에 대해, 즉 자연 또는 인공 광을 알 필요가 있고, 다른 한편에서는 상기 영역에서의 지구 자기장의 우세한 방향 또는 자기장 성분이 큰 다른 방향 및 장치 위에 주차된 차량에 의해 생성되는 자기 교란을 알 필요가 있다. 일반적으로 말해, 수평 성분은 적도(Equator)를 향해 우세할 것이고 한편 수직 성분은 극들(poles)을 향해 우세할 것이고 위도 45°에 대해 양 성분들은 유사할 것이다.

도 3은 센서 위에 차량이 있었을 때, 옥외 및 맑은 날(2009년 2월 27일, 12. 30 h)에 바닥에서, 광 센서에 의해 수신된 조도의 변화에 대한 2개의 실험들의 결과들을 나타낸다. 실험들의 하나에 있어서, 광 센서는 덮여있지 않았고 다른 것에 있어서는 통상의 사용 조건에서처럼 투명 플라스틱 덮개로 보호되었다. 양 실험들에 있어서, 조도는 약 1000의 팩터만큼 감소되고, 따라서 검출이 확실해 진다. 플라스틱 덮개의 존재는 약 5의 팩터만큼만 조도를 감소시키고, 그 결과 더러운 덮개는 반드시 결함(fault)을 발생하지 않을 것이다. 그러나, 조도의 감소는 차량에 의해 야기될 것이라는 어떠한 보장도 결코 없으며, 여기서 관심은 자기 교란의 측정에 있다.

도 4는 옥외 차 주차에서 통상의 관행에 따라 인공적으로 조명되었고 조명 기구(luminaire)로부터 떨어져 있는, 도 3의 실험과 동일한 영역에서, 밤에 실행되는 2개의 실험들을 나타낸다. 센서 위에 차량이 없을 때의 조도는 매우 낮고, 따라서 예를 들어 마이크로컨트롤러의 아날로그-디지털 컨버터를 통해 측정되고, 자기 센서가 주변 조명으로 점진적으로 적응하도록 작동되는 최소 조도값(Emin)이 바람직할 수 있다. 그러나, 어떤 경우에든, 실험은 차량이 있을 때 조도는 여전히 40 정도의 팩터만큼 많이 내려간다는 것을 보인다. 그럼에도 불구하고, 도 4에 "B"로 표시된 짧은 과도 변화들로 나타낸 것과 같이 센서 근방을 지나는 사람의 음영조차 차량이 감소시키는 것만큼 조명을 감소시킬 수 있고, 여기서 관심은 자기 교란을 검출하는 데 있다.

도 5는 2축 차량이 영역으로 들어오고, 약 10초 동안 그곳에 머물고, 이후 출발한 경우, 제어되는 영역의 중심에 배치된 도 2의 자기 센서에 의해 자기 교란이 수직 방향(Castelldefels, Barcelona, Spain)에서 측정된 3개의 실험들을 나타낸다. 각각의 실험은 상이한 차량에 의해 행해진다. 자기 교란은 각각의 차량 모델에 대해 상이하지만, 변화의 패턴은 유사하다는 것이 관찰된다. 즉, 2축(및 이들 중 하나 위에 있는 엔진)에 대응하는 2개의 큰 피크들 및 차량의 중심 영역에 대응하는 작은 변화가 있다. 게다가, 강문호(Moon Ho Kang) 등이 AMR 센서를 갖는 차량 검출기의 실험 연구에서 보이는 것과 같이, (센서들 및 액츄에이터들(A)(118 (2005), 278-284면) 자기 교란이 측정되는 방향에 따라 단일 천이, 단극 또는 쌍극으로 구성되는, 차량으로부터 떨어져 있는 자기 센서들에 의해 얻어지는 것과는 변화 패턴이 다르다는 것이 관측된다. 따라서, 제어하기를 원하는 영역의 바닥 위에 자기 센서를 배치하는 것은 자기 교란의 보다 세부적인 사항들을 자기 센서에 의한 것보다 더 깊게 이해되게 한다.

이들 실험들의 결과들은 항상 차량을 검출할 수 있도록 Bv = 5 마이크로테슬러의 교란값이 선택되게 허용한다. 그럼에도 불구하고, 훨씬 작지만 센서 가까이에 있는 강자성 물체는 또한 유사한 값의 자기 교란을 생성할 수 있다. 따라서, 센서 근방의 작은 물체가 그것이 검출기 바로 위에 있을 때 단지 조도를 감소시킬 것이기 때문에, 광 센서는 항상 활성화되어 있다는 것이 추가 관심 사항이다. 한편, 차량의 자기 교란은 좀처럼 50 마이크로테슬러를 초과하지 않을 것이므로, 마이크로컨트롤러는 어떠한 차량도 이와 같은 경우에 존재하지 않는 것으로 간주하도록 프로그램될 수 있다.

(요약)

본 발명 특허에는 차량의 존재 또는 부재를 확인하기 원하는 영역의 바닥에 설치되고 디지털 제어기에 접속되는 광 센서 및 자기 센서에 의해 차량들을 검출하기 위한 방법 및 장치가 기술되어 있다. 광 센서가 음영이 있다는 것을 검출하면, 자기장을 측정하는 자기저항 센서가 활성화되고, 차량이 없을 때에 비해 그것의 변화가 어떤 미리 규정된 임계치를 초과하면, 제어기는 검출기 위에 차량이 있다고 간주하고 그것을 무선일 수 있는 트랜시버를 통해 통신한다. 자기장 변화가 미리 규정된 임계치를 초과하지 않으면, 음영의 원인이 차량이 아니라고 간주되고 자기 센서는 충분히 큰 변화가 검출되거나 조도가 증가할 때까지 주기적 측정들을 행한다. 조도가 높고 자기장의 변화가 미리 규정된 임계치를 초과하면, 알람 신호가 발하여 진다. 모든 센서들은 제어기에만 접속되고 어떠한 전력 공급원에도 접속되지 않으며, 이들의 접속들은 센서들이 활성화된 때 전류 소비를 감소시키는, 어떠한 능동 구성요소도 구비하지 않는 인터페이스 회로들에 의해 이루어진다. 광 센서는 3 마이크로암페어보다 적게 소모하는 고 임피던스 회로에 있고, 따라서 검출기 소비에 거의 영향을 주지 않고 연속해서 활성화될 수 있다.

바람직한 실시예뿐만 아니라 본 발명이 충분히 기술되었지만, 다음의 청구항들에 정의된 이들의 범위를 벗어나지 않고 사용되는 재료 및 그것의 구성을 변경하는 것이 가능하다는 것이 단지 부가되어야 한다.

Claims

미리 정해진 영역에 서있는 차량의 존재를 연속 검출하기 위한 방법에 있어서, 지면으로부터 행해지고 광 센서 및 자기장 센서에 기초한 2중 측정 원리(dual principle of measurement)를 이용하는, 미리 정해진 영역에 서있는 차량의 존재를 연속 검출하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 광 센서는 있을 수 있는 차량을 검출할 때, 그것은 디지털 제어기를 그것의 저전력 소비 상태로부터 깨우며, 상기 디지털 제어기는 상기 자기장 센서가 사용되는 위도에 따라, 지구 자기장이 큰 방향에서 자기 교란의 정량화(quantification)로부터 차량의 존재를 확인할 수 있도록 상기 자기장 센서를 활성화시키는, 미리 정해진 영역에 서있는 차량의 존재를 연속 검출하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광 센서는 저항성(광-의존성 저항기: Light-Dependent Resistor, LDR))이고 상기 자기장 센서는 자기저항소자 브릿지인, 미리 정해진 영역에 서있는 차량의 존재를 연속 검출하기 위한 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 LDR 센서를 위한 상기 인터페이스 회로는 상기 디지털 제어기의 출력으로부터 전력을 공급받는 분압기이고, 동시에 분압기의 출력은 외부 인터럽트 입력 및 동일한 제어기의 아날로그-디지털 컨버터의 입력에 직접 그리고 동시에 접속되는, 미리 정해진 영역에 서있는 차량의 존재를 연속 검출하기 위한 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 자기장 센서는 상기 센서와 상기 제어기 사이에 어떠한 능동 전자 구성요소도 없이, 상기 디지털 제어기의 디지털 입력 및 출력 포트들에 직접 접속되는, 미리 정해진 영역에 서있는 차량의 존재를 연속 검출하기 위한 방법.
제 3 항에 있어서,
에너지 소비를 감소시키기 위해, 상기 디지털 제어기의 동작 모드들 및 클락 주파수는 상기 제어기 자체에 의해 전력이 공급되는 상기 장치의 2개의 센서들에 의해 얻어진 신호들에 의존하여 동적으로 변하는, 미리 정해진 영역에 서있는 차량의 존재를 연속 검출하기 위한 방법.