KR20140137530A

KR20140137530A - Position tracking device module at three dimension

Info

Publication number: KR20140137530A
Application number: KR1020130058053A
Authority: KR
Inventors: 송재철; 이창화
Original assignee: 인덕대학교 산학협력단
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-12-03
Also published as: KR101584136B1

Abstract

The present invention relates to a surface acoustic wave (SAW) device module capable of three-dimensional position tracking and, more particularly, to a SAW device module which can perform three-dimensional position tracking in real time by embedding an ID and a correlator in a SAW tag to distinguish the tag. In a SAW tag, applied to a real-time position tracking system comprises: a SAW tag; a node to transmit a chirp signal to the SAW tag, to receive a SAW tag signal from the SAW tag, and to calculate a SAW tag distance, which is a distance from a corresponding node to the SAW tag, using the SAW tag signal; and an access point (AP) to estimate a SAW tag position using values of the SAW tag distance received from a plurality of nodes. A PN code is applied for a unique identification code, and the node has a correlator to identify the SAW tag from the SAW tag signal.

Description

[0001] The present invention relates to a surface acoustic wave device module capable of three-

본 발명은 3차원 위치측정이 가능한 표면탄성파(이하, SAW라함) 디바이스 모듈에 관한 것으로, 보다 상세히는, SAW 태그에 ID 및 상관기(Correlator)를 내장하여 태그를 구분 가능하게 하여 실시간 3차원 위치 측정이 가능한, SAW 디바이스 모듈에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a surface acoustic wave (SAW) device module capable of three-dimensional position measurement, and more particularly, to a SAW device module in which an ID and a correlator are embedded in a SAW tag, Gt; SAW < / RTI > device module.

기존의 태그는 액티브 소자를 이용하므로, 전원을 사용하는 문제와 소형화에 상당한 제약이 따르고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 SAW 디바이스를 이용한 태그에 대한 연구개발이 국내외에서 국지적으로 이루어지고 있으나, 대부분 현재 태그의 유무만 확인할 수 있는 정도이다. Conventional tags use an active element, so that the problem of using a power source and the miniaturization are considerably restricted. In order to solve these problems, research and development of tags using SAW devices has been performed locally at home and abroad, but most of them can only confirm the presence or absence of current tags.

SAW 디바이스의 형태를 나누는 가장 큰 기준은 설계 시 외부의 전기적 신호를 기계적 신호로 변환시켜주는 출력 IDT(Interdigital Transducer)와 반사판 유무이다. The biggest criterion for dividing the shape of a SAW device is an output IDT (Interdigital Transducer) and a reflector that convert external electrical signals into mechanical signals during design.

IDT는 압전 기판에 서로 맞물리게 배열된 금속 전극으로, 전기회로와 음파지연선(acoustic delay line) 간의 인터페이스 역할을 하며, 전기회로에서 음파 지연선으로 신호를 전달하는 송신기인 동시에, 음파 지연선에서 전기회로로 신호를 전달하는 수신기이다. IDT에 교류신호전압을 인가하면, 인접한 극성이 다른 전극 사이에 전계가 발생하여 기판의 압전효과에 의해 내부에 변형이 생기면서 기판표면에 IDT의 양쪽 방향으로 정현(sine)파 형태의 기계적인 표면탄성파가 전파된다. IDT는 알루미늄을 증착하여 만들거나, 알루미늄 합금으로 만들어질 수 있다.The IDT is a metal electrode arranged to interlock with a piezoelectric substrate and serves as an interface between an electric circuit and an acoustic delay line and is a transmitter for transmitting a signal from an electric circuit to a sound wave delay line, It is a receiver that transmits signals to circuits. When an AC signal voltage is applied to the IDT, an electric field is generated between the adjacent electrodes having different polarities, and deformation occurs in the inside due to the piezoelectric effect of the substrate. A mechanical surface in the form of a sine wave in both directions of the IDT The acoustic waves propagate. IDT can be made by depositing aluminum, or it can be made of aluminum alloy.

RFID SAW 디바이스는 일반적으로 크게 두 가지로, 입력 IDT를 하나만 갖는 one-port 구조와 입력과 출력 IDT를 갖는 two-port 구조가 있다.RFID SAW devices generally have two types, one-port structure with only one input IDT and two-port structure with input and output IDTs.

도 1은 One-port 구조를 가진 SAW 태그의 기본 구조를 설명하기위한 설명도이다. 1 is an explanatory diagram for explaining a basic structure of a SAW tag having a one-port structure.

One-port 구조의 경우, 전기적 신호를 기계적 신호로 변환시켜주는 IDT와 반사판(Reflector)으로 이루어진 구조이다. One-port 구조의 동작은, 외부에서 인가되는 전기적 신호는 입력 IDT를 통해 전기적 신호가 기계적 신호로 변환되고, 그 변환된 기계적 신호는 SAW 디바이스의 표면을 따라 반사판을 향해 진행하게되며, 그 후 반사판에 도달한 기계적 신호는 절반은 반사되어 진행방향과 반대로 표면파가 발생되고 나머지 반은 진행방향으로 진행된다. 반사된 신호는 입력 IDT에 도달하여 일부는 변환 손실에 의해 손실되고 일부는 IDT에 의해서 변환되어 기계적 신호에서 전기적 신호로 변환되어, 도 1에서와 같이 출력 신호를 얻을 수 있다. 반사된 신호는 반사판에 금속의 도포된 간격에 따라 차례대로 반사되어 2진의 코드를 갖는 결과를 얻을 수 있다. 즉, 도 1에서와 같이, 임펄스 형태의 신호가 입력됐을 때 IDT에 매핑된 데이터가 출력되며, 이렇게 IDT에 개별적으로 매핑된 데이터를 SAW태그 신호라고 한다.In the case of a one-port structure, the structure is made up of an IDT and a reflector that convert an electrical signal into a mechanical signal. In the operation of the one-port structure, an electrical signal applied from the outside is converted into a mechanical signal through the input IDT, and the converted mechanical signal travels toward the reflection plate along the surface of the SAW device, The half of the mechanical signal is reflected and the surface wave is generated in the opposite direction to the traveling direction and the other half proceeds in the traveling direction. The reflected signal arrives at the input IDT, a part thereof is lost by the conversion loss, and a part thereof is converted by the IDT and converted into a mechanical signal to an electrical signal, so that an output signal can be obtained as shown in FIG. The reflected signal is sequentially reflected by the applied interval of the metal on the reflector to obtain a result of having a binary code. That is, as shown in FIG. 1, when an impulse-type signal is input, data mapped to the IDT is output, and data mapped to the IDTs in this manner is referred to as an SAW tag signal.

도 2는 Two-port 구조를 가진 RFID SAW 태그의 기본 구조를 설명하기위한 설명도이다. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the basic structure of an RFID SAW tag having a two-port structure.

Two-port 구조를 가진 RFID SAW 태그가 One-Port 구조와 다른 점은 반사판 대신 출력 IDT가 있다는 것이다. Two-port RFID SAW 태그의 동작 원리는 one-port 구조와 입력 IDT에 외부의 전기적 신호가 들어와서 기계적 신호로 변환되는 것은 동일하다. 그러나 one-port 구조와는 다르게 two-port 구조에서는 반사판 대신 출력 IDT가 있기 때문에 입력 IDT에서 변환된 기계적 신호가 진행방향으로 진행하다 반사하는 것이 아니라 진행방향으로 계속 진행하여 출력 IDT를 통해 순차적으로 신호가 출력되는 원리이다. 이 경우 입력 IDT를 통해 변환된 기계적 신호가 출력 IDT를 지나가면서 출력된 신호의 크기는 점점 커지다 줄어들게 된다.An RFID SAW tag with a two-port structure differs from the one-port structure in that it has an output IDT instead of a reflector. The two-port RFID SAW tag operates on a one-port structure and the input signal is converted into a mechanical signal by inputting an external electrical signal to the input IDT. However, unlike the one-port structure, in the two-port structure, since the output IDT is provided instead of the reflector, the mechanical signal converted from the input IDT proceeds in the proceeding direction, Is output. In this case, as the mechanical signal converted through the input IDT passes through the output IDT, the size of the output signal is gradually reduced.

SAW 디바이스는 회로의 간략화, 무조정화 등 설계상의 장점 및 반도체 공정을 이용하여 대량생산이 가능하다는 장점 때문에 그 적용분야가 점차 증가되고 있다. SAW 태그의 경우, CMOS 공정을 이용한 태그와 비교하여 간단한 제작 공정으로 인하여 가격이 감소하고, 능동 태그와는 달리 DC전원이 필요 없고 열잡음에 강하고 응답속도가 빠르며, 영하 100도에서 영상 200도까지에서 태그를 사용할 수 있으며, 높은 안정성을 가진다. 온도에 따라 SAW 태그의 중심주파수가 변하는 현상을 이용하거나 반사판 사이의 거리변화에 따른 시간차를 측정하는 방법을 활용하여 극저온이나 고온의 센서 개발에 활용할 수 있어 활용도가 높은 방식이다.SAW devices are increasingly applied due to their design advantages such as circuit simplification, non-conditioning, and mass production using semiconductor processes. In case of SAW tag, compared with tags using CMOS process, price is reduced due to simple manufacturing process, unlike active tag, no DC power source is needed, strong resistance to thermal noise, fast response time, Tags, and has high stability. Using the phenomenon that the center frequency of the SAW tag changes according to the temperature or measuring the time difference according to the distance change between the reflection plates can be utilized for the development of the sensor of the cryogenic temperature or the high temperature.

본 발명은 SAW 태그에 ID 및 상관기(Correlator)를 내장하여 태그를 구분 가능하게 하여 실시간 3차원 위치 측정이 가능한 SAW 디바이스 모듈을 제안한다. 그러므로, 본 발명의 SAW 디바이스 모듈은 SAW 디바이스에 ID를 부여하고 해당 ID에만 반응하는 태그를 이용하여, ID 신호의 시간 측정을 통해 근거리에서 3차원 위치 측정이 가능하다.The present invention proposes a SAW device module capable of real-time three-dimensional position measurement by separating tags by incorporating an ID and a correlator in the SAW tag. Therefore, the SAW device module of the present invention can perform three-dimensional position measurement at a short distance through time measurement of an ID signal using a tag that gives an ID to the SAW device and responds only to the corresponding ID.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 SAW 태그에 ID를 내장하고, 노드(측정스테이션)에 상관기를 내장하여 태그를 구분 가능하게 함으로써, SAW 디바이스에 ID를 부여하고 해당 ID에만 반응하는 태그를 이용하여, ID 신호의 시간 측정을 통해 근거리에서 3차원 위치 측정이 가능한, SAW 디바이스 모듈을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a SAW device in which an ID is embedded in a SAW tag and a correlator is built in a node (measurement station) so that the tag can be distinguished, And to provide a SAW device module capable of performing three-dimensional position measurement at a short distance through time measurement of an ID signal.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 실시간 위치 추적 시스템에 적용되는 3차원 위치측정이 가능한 SAW 태그를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a SAW tag capable of three-dimensional position measurement applied to a real-time position tracking system.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, SAW 태그; 첩(Chirp)신호를 SAW 태그로 전송하고, SAW 태그로부터 SAW 태그 신호를 수신하고, SAW 태그 신호를 이용하여, 해당 노드에서 SAW 태그까지의 거리인, SAW 태그 거리를 계산하는 노드; 다수의 노드로부터 수신된 SAW 태그 거리의 값들을 이용하여, SAW 태그 위치를 추정하는 AP(Access Point);를 포함하여 이루어진 실시간 위치 추적 시스템에 적용되는 SAW 태그에 있어서, 압전 기판의 일측에 SAW(표면탄성파)를 생성하는 입력 IDT(Interdigital Transducer)를 구비하고, 압전 기판의 다른 일측에 출력 IDT를 구비하며, 출력 IDT는, 금속으로 이루어지며 극성이 서로 다른, 제1전극과 제2전극이 맞물리도록 이루어지되, 제2전극이 앞서 위치되고 다음에 제1전극이 위치될 경우 "1"을 나타내며, 제1전극이 앞서 위치되고 다음에 제2전극이 위치될 경우 "0"을 나타내도록 이루어져, 출력 IDT는 고유의 식별코드를 나타내도록 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a SAW tag, A node for transmitting a chirp signal to the SAW tag, receiving the SAW tag signal from the SAW tag, and calculating the SAW tag distance, which is the distance from the node to the SAW tag, using the SAW tag signal; And an AP (Access Point) for estimating a position of a SAW tag using values of SAW tag distances received from a plurality of nodes. The SAW tag is applied to a real-time position tracking system, And an output IDT is provided on the other side of the piezoelectric substrate. The output IDT is formed of metal and has a different polarity. The first electrode and the second electrode are connected to each other by an interdigital transducer Quot; 1 "when the second electrode is positioned first and then the first electrode is positioned, and is set to indicate" 0 "when the first electrode is positioned first and then the second electrode is positioned, And the output IDT is configured to represent a unique identification code.

또한, 본 발명은, SAW 태그; 첩(Chirp)신호를 SAW 태그로 전송하고, SAW 태그로부터 SAW 태그 신호를 수신하고, SAW 태그 신호를 이용하여, 해당 노드에서 SAW 태그까지의 거리인, SAW 태그 거리를 계산하는 노드; 다수의 노드로부터 수신된 SAW 태그 거리의 값들을 이용하여, SAW 태그 위치를 추정하는 AP(Access Point);를 포함하여 이루어진 실시간 위치 추적 시스템에 적용되는 SAW 태그에 있어서, 고유의 식별코드를 위해 PN code가 적용되며, 상기 노드는 상관기를 내장하여 SAW 태그 신호로부터 SAW 태그를 식별하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention also relates to a SAW tag; A node for transmitting a chirp signal to the SAW tag, receiving the SAW tag signal from the SAW tag, and calculating the SAW tag distance, which is the distance from the node to the SAW tag, using the SAW tag signal; And an AP (Access Point) for estimating a position of a SAW tag using values of SAW tag distances received from a plurality of nodes. In the SAW tag applied to the real-time location tracking system, code, and the node incorporates a correlator to identify the SAW tag from the SAW tag signal.

실시간 위치 추적 시스템은 AP로부터 SAW 태그 위치의 값을 블루투스를 통해 수신하여, 수신된 SAW 태그 위치의 값을 디스플레이부에 나타내도록 이루어진 스마트 단말기를 더 구비한다.The real-time location tracking system further comprises a smart terminal configured to receive the value of the SAW tag location from the AP via Bluetooth and to display the value of the received SAW tag location on the display unit.

SAW 태그와 노드는 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 밴드의 주파수를 사용하며, 경우에 따라서는 SAW 태그와 노드는 860~960MHz의 주파수를 사용할 수 있다.The SAW tags and nodes use the frequencies of Industrial, Scientific and Medical (ISM) bands. In some cases, SAW tags and nodes can use frequencies between 860 and 960 MHz.

노드는 AP로부터 쿼리가 수신되면, 저장된 SAW 태그의 거리 값을 지그비를 이용하여 AP로 전송하며, AP는 스마트 단말기에서 쿼리가 수신되면, SAW 태그의 위치 값을 스마트 단말기로 송신한다.When a query is received from the AP, the node transmits the distance value of the stored SAW tag to the AP using ZigBee. When the AP receives the query from the smart terminal, the AP transmits the position value of the SAW tag to the smart terminal.

SAW 태그에서 BPSK 방식의 신호로 변조되는 two-port 구조로 이루어진다.And a two-port structure in which the SAW tag is modulated into a BPSK signal.

노드는, SAW 태그로부터 안테나를 통해 SAW 태그 신호를 수신하고, SAW 태그 신호를 디코딩하여 복원하여, SAW 태그 신호를 노드 제어부로 전송하는, 노드 수신부; 송수신 접속 제어신호, PN코드를 생성하며, 노드 수신부로부터 SAW 태그 신호를 수신하고, SAW 태그의 거리를 계산하는 노드 제어부; 노드 제어부로부터 수신된 송수신 접속 제어신호에 의해 시분할 듀플렉서로 단속제어 신호를 전송하고, 노드 제어부로부터 수신된 PN코드를 노드 수신부 및 노드 송신부로 전송하는, 송수신 접속제어부; 송수신 접속제어부로부터 수신된 PN코드를 인코딩하고 첩신호로 하여, SAW 태그로 안테나를 통해 송신하는 노드 송신부; 송수신 접속제어부로부터 수신된 단속제어 신호(S/W)에 따라, 노드 수신부와 노드 송신부가 안테나와 전기적으로 연결되도록 제어하는, 시분할 듀플렉서;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.A node receiving the SAW tag signal from the SAW tag through the antenna, decoding and restoring the SAW tag signal, and transmitting the SAW tag signal to the node controller; A node controller for generating a transmission / reception connection control signal and a PN code, receiving a SAW tag signal from a node receiver, and calculating a distance of the SAW tag; A transmission / reception connection control section for transmitting an intermittent control signal to the time division duplexer according to the transmission / reception connection control signal received from the node control section, and for transmitting the PN code received from the node control section to the node reception section and the node transmission section; A node transmitter for encoding the PN code received from the transmission / reception connection control unit and using the SAW tag as an acknowledgment signal through an antenna; And a time division duplexer for controlling the node receiving unit and the node transmitting unit to be electrically connected to the antenna according to the intermittent control signal S / W received from the transmission / reception connection control unit.

노드 수신부는 SAW 태그 신호를 진폭(I) 신호 및 위상(Q) 신호로 하여 노드 제어부로 전송한다.The node receiving unit transmits the SAW tag signal as an amplitude (I) signal and a phase (Q) signal to the node controller.

노드는, AP으로부터 수신된 쿼리를 통신 인터페이스부를 통해 노드 제어부로 전송하고, 노드 제어부로부터 수신된 SAW 태그의 거리 값을 AP로 전송하는, 노드 지그비 통신부; AP로부터 수신된 신호를 노드 제어부로 전송하기 위한 신호로 변환하고, 노드 제어부로부터 수신된 신호를 AP로 전송하기 위한 신호로 변환하는, 통신 인터페이스부;를 더 포함하여 이루어진다.The node transmits a query received from the AP to the node controller through the communication interface unit and transmits the distance value of the SAW tag received from the node controller to the AP; And converting the signal received from the AP into a signal for transmission to the node controller and converting the signal received from the node controller into a signal for transmission to the AP.

노드 지그비 통신부의 동작주파수는 2.4GHz이며, 통신 인터페이스부는 UART(범용 비동기화 송수신)로 노드 제어부(310)와 연결되고, 노드 지그비 통신부와는 SPI(Serial Peripheral Interface)로 연결된다.The operation frequency of the node Zigbee communication unit is 2.4 GHz. The communication interface unit is connected to the node control unit 310 through a UART (universal asynchronous transmission / reception), and is connected to the node Zigbee communication unit through a SPI (Serial Peripheral Interface).

AP는, AP 제어부로부터 수신된 쿼리를 노드로 전송하며, 노드로부터 수신된 SAW 태그의 거리 값을 AP 제어부로 전송하는, AP 지그비 통신부; 스마트 단말기에서 수신된 쿼리를 AP 제어부로 전송하고, AP 제어부로부터 수신된 SAW 태그의 위치 값을 스마트 단말기로 전송하는, 블루투스 통신부; 노드로 보내는 쿼리를, AP 지그비 통신부로 전송하고, AP 지그비 통신부로부터 수신된 SAW 태그의 거리 값을 이용하여 위치 추정 알고리즘을 수행하여, SAW 태그의 위치를 추정하고, 스마트 단말기에서 블루투스 통신부를 통해 쿼리가 수신되면, 추정된 SAW 태그의 위치 값을 블루투스 통신부를 통해 스마트 단말기로 전송하는, AP 제어부; 를 포함하여 이루어진다.An AP zigbee communication unit transmitting the query received from the AP control unit to the node and transmitting the distance value of the SAW tag received from the node to the AP control unit; A Bluetooth communication unit transmitting the query received from the smart terminal to the AP control unit and transmitting the position value of the SAW tag received from the AP control unit to the smart terminal; The position of the SAW tag is estimated by performing the position estimation algorithm using the distance value of the SAW tag received from the AP zigbee communication unit, and the query is transmitted through the Bluetooth communication unit An AP control unit for transmitting the estimated position of the SAW tag to the smart terminal via the Bluetooth communication unit; .

본 발명의 SAW 디바이스 모듈에 의하면, 는 SAW 태그에 ID를 내장하고, 노드(측정스테이션)에 상관기를 내장하여 태그를 구분 가능하게 함으로써, SAW 디바이스에 ID를 부여하고 해당 ID에만 반응하는 태그를 이용하여, ID 신호의 시간 측정을 통해 근거리에서 3차원 위치 측정이 가능하다.According to the SAW device module of the present invention, an ID is embedded in a SAW tag, and a correlator is built in a node (measurement station) so that the tag can be distinguished, thereby giving an ID to the SAW device and using a tag Thus, it is possible to measure a three-dimensional position at a short distance through time measurement of the ID signal.

또한 본 발명은 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 실시간 위치 추적 시스템에 적용되는 3차원 위치측정이 가능한 SAW 태그를 제공한다.Another object of the present invention is to provide a SAW tag capable of three-dimensional position measurement applied to a real-time position tracking system.

즉, 본 발명의 SAW 디바이스 모듈은 SAW 태그를 통해 3차원 위치 측정을 하도록 이루어지되, 소형, 경량화, 저 전력, 저가로 이루어지며, RFID와 LBS에 적용 가능하며, 물류추적, 자동차(타이어 상태 측정) 및 생산관리, 농축산물 이력관리 등에 적용가능하다.That is, the SAW device module of the present invention is configured to perform three-dimensional position measurement through a SAW tag, and is small, lightweight, low-power, and low-cost, and applicable to RFID and LBS. ) And production management, history of agricultural and livestock products, and so on.

도 1은 One-port 구조를 가진 일반적인 SAW 태그의 기본 구조를 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 Two-port 구조를 가진 RFID SAW 태그의 기본 구조를 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 표 1의 첫번째 코드의 Auto-correlation 시뮬레이션 결과이다.
도 4는 본 발명의 SAW 식별 태그의 일예이다.
도 5는 Two-port 구조를 구비한 SAW 태그를 설명하기 위한 설명도이다.
도 6는 본 발명에서 SAW 태그의 내부 모습의 일예이다.
도 7은 본 발명의 SAW 태그의 일예이다.
도 8은 본 발명의 SAW 태그를 적용한 실시간 위치 추적 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시간 위치 추적 시스템에서, 노드와 AP사이 통신, AP와 스마트 단말기사이 통신시의 데이터 흐름을 개략적으로 나타낸다.
도 10은 도 8의 노드의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 11은 도 8의 AP의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.1 is an explanatory diagram for explaining a basic structure of a general SAW tag having a one-port structure.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the basic structure of an RFID SAW tag having a two-port structure.
FIG. 3 is a result of an auto-correlation simulation of the first code of Table 1. FIG.
4 is an example of the SAW identification tag of the present invention.
5 is an explanatory view for explaining a SAW tag having a two-port structure.
Fig. 6 is an example of the inside view of the SAW tag in the present invention.
7 is an example of the SAW tag of the present invention.
8 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a real-time position tracking system to which the SAW tag of the present invention is applied.
9 schematically illustrates data flow during communication between a node and an AP, and between an AP and a smart terminal in a real-time location tracking system of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram for explaining the configuration of the node of FIG. 8. FIG.
11 is a block diagram for explaining the configuration of the AP of FIG.

이하, 본 발명의 3차원 위치측정이 가능한 표면탄성파 디바이스 모듈을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a surface acoustic wave device module capable of three-dimensional position measurement according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 SAW 태그(120)는 PN code가 적용되는 SAW 태그이다.The SAW tag 120 of the present invention is a SAW tag to which a PN code is applied.

부연설명하면, 일반적으로, 무선 통신에서 가장 중요한 것은 송신부에서 디지털로 인코딩된 신호를 수신단에서 의미가 있는 신호의 값으로 검출해내는 것으로, 수신단으로 통해 들어오는 신호의 SNR을 증가시키는 것이 중요하며, 이를 위해, Shannon의 이론을 따라 송신부에서는 여러 가지 코딩 기법을 이용하여 인위적으로 송신된 신호의 대역을 넓혀준다. 이렇게 넓은 대역의 신호는 수신단에서 수신기를 통해 auto-correlation 또는 cross-correlation 기법을 이용하여 좁은 대역의 신호를 얻고 그 결과 SNR을 증가 시킬 수 있다. 그래서 이런 특성을 SAW 태그에 적용하면 거리 증가의 효과를 얻을 수 있다.In other words, it is important to increase the SNR of a signal received through a receiver by detecting a digitally encoded signal in a transmitter as a value of a signal meaningful in a receiver, In accordance with Shannon's theory, the transmitter uses a variety of coding techniques to broaden the bandwidth of artificially transmitted signals. The wide-band signal can be obtained by using the auto-correlation or cross-correlation method through the receiver at the receiving end, and the SNR can be increased as a result. Therefore, applying this property to the SAW tag can increase the distance.

특히, PN code를 이용하여 auto-correlation을 시키면 최대의 값을 가지는 신호를 얻을 수 있고 그 외의 시간에서 신호의 크기를 감소시키는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에서 SAW 태그의 고유 code로 PN code - 31 tap을 선택하였고, Code rate는 30 MHz이다. In particular, auto-correlation using PN code can obtain a signal with the maximum value and reduce the signal size at other times. Therefore, in the present invention, the PN code - 31 tap is selected as the inherent code of the SAW tag, and the code rate is 30 MHz.

표 1은 3가지 sample PN code를 시뮬레이션을 통해 검증한 결과이다. 이하 설명 중, 다음 3가지 sample PN code 중, 첫번째 코드(표 1의 Code #1)를 사용하여 설명한다. 도 3은 표 1의 첫번째 코드의 Auto-correlation 시뮬레이션 결과이다. Table 1 shows the results of simulation of three sample PN codes. In the following description, the first code (Code # 1 in Table 1) of the following three sample PN codes is used. FIG. 3 is a result of an auto-correlation simulation of the first code of Table 1. FIG.

PN code가 적용되는 SAW 태그를 설계하기 위해서는 알맞은 압전 기판의 선택과 원하는 주파수에 동작하게 하기 위한 주파수 대역의 설정이 중요하며, 이를 위해, 본 발명에서는 3992 m/sec의 SAW velocity 특성을 갖는 128°Y-XLiNbO3 압전 기판을 사용할 수 있으며, 또한 주파수는 902~928 MHz 대역 (중심 주파수 915 MHz)을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에서 다수의 노드(즉, 측정스테이션)에서 보내진 신호가 SAW 태그(120)에서 BPSK 방식의 신호로 변조되게 구조는 two-port 구조를 사용할 수 있다. 표 2는 본 발명의 SAW 태그의 설계파라미터의 설계 파라미터의 일예이다.In order to design the SAW tag to which the PN code is applied, it is important to select a proper piezoelectric substrate and to set a frequency band for operating at a desired frequency. For this purpose, in the present invention, a 128 ° A Y-XLiNbO3 piezoelectric substrate can be used, and a frequency of 902 to 928 MHz (center frequency 915 MHz) can be used. Also, in the present invention, a structure in which a signal sent from a plurality of nodes (i.e., measurement stations) is modulated to a BPSK signal in the SAW tag 120 may use a two-port structure. Table 2 is an example of design parameters of the design parameters of the SAW tag of the present invention.

도 4는 본 발명의 SAW 식별 태그의 일예이고, 도 5는 Two-port 구조를 구비한 SAW 태그를 설명하기 위한 설명도이다.FIG. 4 is an example of a SAW identification tag of the present invention, and FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a SAW tag having a two-port structure.

SAW 식별 태그는 널리 공지된 압전 특성을 갖는 기판(210)을 구비한다. SAW 태그(120)는 Two-port 구조를 구비하며, 기판(210)의 표면(205)의 일 측에는 입력 IDT(220)가 위치되어 있으며, 다른 일측에는 출력 IDT(230)가 위치된다.The SAW identification tag has a substrate 210 having well-known piezoelectric properties. The SAW tag 120 has a two-port structure in which the input IDT 220 is positioned on one side of the surface 205 of the substrate 210 and the output IDT 230 is disposed on the other side.

입력 IDT(220)는 외부에서 안테나를 통해 입력된 전기적 신호가 기계적 신호로 변환한다.The input IDT 220 converts an electrical signal input from the outside through an antenna into a mechanical signal.

출력 IDT(230)는, 입력 IDT에서 변환된 기계적 신호가 진행방향으로 진행하여 입력되면, 이를 순차적으로 출력하여, 결과적으로 전기적 신호를 변환한다. 출력 IDT(230)는 고유의 식별코드를 나타내도록 이루어진다.The output IDT 230 sequentially outputs the mechanical signal converted from the input IDT in the traveling direction, and sequentially converts the mechanical signal, thereby converting the electrical signal. The output IDT 230 is made to represent a unique identification code.

일반적으로, IDT는 압전 기판에 서로 맞물리게 배열된 금속 전극으로, IDT에 교류신호전압을 인가하면, 인접한 극성이 다른 전극 사이에 전계가 발생하여 기판의 압전효과에 의해 내부에 변형이 생기면서 기판표면에 IDT의 양쪽 방향으로 정현(sine)파 형태의 기계적인 표면탄성파가 전파된다. Generally, when an AC signal voltage is applied to an IDT, an IDT is a metal electrode arranged to be interdigitated with a piezoelectric substrate. An electric field is generated between adjacent electrodes having different polarities, and deformation occurs in the inside due to the piezoelectric effect of the substrate. A mechanical surface acoustic wave in the form of a sinusoidal wave propagates in both directions of the IDT.

도 4 및 도 5에서와 같이, 출력 IDT(230)는 금속 전극 구조에 따라 ID의 "1" 또는 "0"를 나타내게 된다. 다시말해, 도 5에서와 같이, 출력 IDT(230)은 서로 맞물리게 배열된 2개의 금속 전극, 즉 제1전극(270)과 제2전극(280)이 맞물리도록 이루어지되, 제1전극(270)과 제2전극(280)은 극성이 서로 다르도록 이루어진다. 또한 도 5에서는 제2전극(280)이 앞서 위치되고 다음에 제1전극(270)이 위치될 경우 "1"을 나타내며, 제1전극(270)이 앞서 위치되고 다음에 제2전극(280)이 위치될 경우 "0"을 나타내도록 이루어진다.As shown in Figs. 4 and 5, the output IDT 230 represents "1" or "0" of the ID according to the metal electrode structure. 5, the output IDT 230 is formed such that two metal electrodes, that is, a first electrode 270 and a second electrode 280, which are arranged to interlock with each other, And the second electrode 280 are made to have different polarities. 5 shows a "1" when the second electrode 280 is positioned first and then the first electrode 270 is positioned, and the first electrode 270 is positioned first and then the second electrode 280 is positioned first. Is "0 ".

입력 IDT(220) 및 출력 IDT(230)는 다수의 노드(즉, 측정스테이션)들과 (예를 들면, 안테나 등에 의해) 전기적으로 연결되면, 공지의 주파수와 진폭을 갖는 신호가 생성되어 표면 탄성파 또는 SAW로서 기판(210) 아래로 진행된다. 본 발명에서, IDT는 ISM밴드(433MHz, 900MHz, 2.4GHz)의 주파수를 갖는 SAW를 생성하도록 구성된다. 보다 바람직하게는 ISM밴드 주파수 중, UHF 대역인 860~960MHz을 사용할 수 있다. When the input IDT 220 and the output IDT 230 are electrically connected (e.g., by an antenna) with a plurality of nodes (i.e., measurement stations), a signal having a known frequency and amplitude is generated, Or SAWs. &Lt; / RTI > In the present invention, the IDT is configured to generate a SAW having a frequency of the ISM band (433 MHz, 900 MHz, 2.4 GHz). It is more preferable to use the UHF band of 860 to 960 MHz among the ISM band frequencies.

입력 IDT(220)가 SAW 신호를 생성하면, 기판(210)의 길이를 따라 진행하며, 출력 IDT(230)는 SAW 식별 태그에 고유한 완전히 변조된 출력을 생성하여 전기 신호로 변환되어, 안테나에 의해 다수의 노드(즉, 측정스테이션)로 되돌려진다. 그 후, 노드에서 이 응답은 디코딩 또는 복조되어 특정 SAW 식별 태그 번호를 나타내게 된다. When the input IDT 220 generates a SAW signal, it travels along the length of the substrate 210, and the output IDT 230 generates a fully modulated output unique to the SAW identification tag and is converted into an electric signal, To a plurality of nodes (i.e., measurement stations). This response at the node is then decoded or demodulated to indicate a specific SAW identification tag number.

개인식별 코드는 특정 의미를 나타내는 몇개의 그룹으로 이루어질 수 있다. 예를들어, 첫 번째 그룹인 네 개의 슬롯은 넘버링에 의해 지시되며, 그 다음 그룹에서 각 슬롯은 그 각각의 위상 위치로 명칭이 부여될 수 있다. 경우에 따라서는 상이한 위상 위치가 사용될 수 있는데, 상이한 위상 위치는 슬롯이 그에 따라 정렬되어야 할 것이다. The personal identification code can be made up of several groups that represent a specific meaning. For example, four slots, the first group, are indicated by numbering, and each slot in the next group may be named with its respective phase position. In some cases, different phase positions may be used, the different phase positions being such that the slots are aligned accordingly.

도 6는 본 발명에서 SAW 태그의 내부 모습의 일예이며, 도 7은 본 발명의 SAW 태그의 일예이다.FIG. 6 is an example of the inner appearance of the SAW tag in the present invention, and FIG. 7 is an example of the SAW tag of the present invention.

본 발명에서, 불필요한 반사파를 막기 위해 압전체 양끝에 흡음제를 도포할 수 있으며, 흡음제로는 고무, 실리콘 겔, 감광막, 폴리아미드 등을 사용할 수 있으며 도포되는 모양도 다양히 할 수 있다. 또한, IDT는 알루미늄을 증착하여 만들 수 있으며, 알루미늄 합금도 내전압성을 강화하기 위하여 사용될 수 있다.In the present invention, a sound absorbing agent can be applied to both ends of the piezoelectric body to prevent unnecessary reflected waves. As the sound absorbing agent, rubber, silicone gel, photosensitive film, polyamide or the like can be used. The IDT can be made by depositing aluminum, and an aluminum alloy can also be used to enhance the withstand voltage.

도 8은 본 발명의 SAW 태그를 적용한 실시간 위치 추적 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 블록도이다.8 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a real-time position tracking system to which the SAW tag of the present invention is applied.

실시간 위치 추적 시스템은 다수의 노드(111 내지 114), SAW 태그(120), AP(Access Point)(130) 및 스마트 단말기(140)로 구성되어 노드(111 내지 114)의 출력을 변경하여 위치를 추적하거나 또는 SAW 태그(120)에서 출력을 변경하여 위치를 추적함으로써, SAW 태그(120)의 현 위치를 파악하는 시스템이다.The real-time location system includes a plurality of nodes 111 to 114, a SAW tag 120, an access point (AP) 130 and a smart terminal 140 to change the output of the nodes 111 to 114, Tracking the position of the SAW tag 120 or tracking the position of the SAW tag 120 by changing the output thereof.

노드(111 내지 114)는 첩(Chirp) 신호를 일정 주기로 SAW 태그(120)로 전송하고, SAW 태그(120)로부터 SAW 태그 신호를 수신하며, 첩 신호 및 SAW 태그 신호(SAW 태그 신호의 수신감도)를 이용하여 SAW 태그(120)와의 거리, 즉 SAW 태그의 거리를 계산하여 저장하고, AP(130)로부터 쿼리(Query)가 수신되면, 저장된 SAW 태그(120)의 거리 값을 무선통신을 통하여 AP(130)로 송신한다. 바람직하게는, 노드(111 내지 114)는 3~4개 일 수 있다. 경우에 따라서는 노드(111 내지 114)는 첩(Chirp) 신호와 함께 노드 정보를 SAW 태그(120)로 전송한다. 여기서 SAW 태그 신호는 첩 신호가 SAW 태그(120)에서 변조되어 되돌아 온 신호이며, 거리계산은 SAW 태그 신호의 수신감도를 이용할 수 있다.The nodes 111 to 114 transmit the chirp signal to the SAW tag 120 at regular intervals and receive the SAW tag signal from the SAW tag 120. The nodes 111 to 114 transmit the chirp signal and the SAW tag signal Calculates the distance to the SAW tag 120, that is, the distance of the SAW tag, and stores the distance. When the query is received from the AP 130, the distance value of the stored SAW tag 120 is transmitted through the wireless communication To the AP (130). Preferably, the number of nodes 111 to 114 may be three to four. In some cases, the nodes 111 to 114 transmit node information together with a chirp signal to the SAW tag 120. Here, the SAW tag signal is a signal in which the concatenated signal is modulated and returned by the SAW tag 120, and the reception sensitivity of the SAW tag signal can be used for the distance calculation.

AP(130)는 다수 노드(111 내지 114)로부터 수집된 SAW 태그의 거리 값을 이용하여 위치 추정 알고리즘을 수행하여, 정확한 SAW 태그(120)의 위치를 추정하고, 추정된 SAW 태그의 위치 값을 저장하고, 스마트 단말기(140)에서 쿼리가 오면 블루투스(Bluetooth) 통신을 통하여 SAW 태그의 위치 값을 스마트 단말기(140)로 송신한다.The AP 130 performs a position estimation algorithm using the distance values of the SAW tags collected from the plurality of nodes 111 to 114 to estimate the position of the correct SAW tag 120, And transmits a position value of the SAW tag to the smart terminal 140 through Bluetooth communication when the smart terminal 140 receives a query.

스마트 단말기(140)는 사용자가 원하는 측정 모드를 선택하면 이에 따라 AP(130)로부터 SAW 태그의 위치 값을 수신받으며,수신된 SAW 태그 위치 값은 스마트 단말기(140)의 디스플레이부에 나타내되, 축소 디자인된 측정 스테이션에 태그 이미지가 보여지도록 이루어져, 사용자가 위치 인식을 쉽게 할 수 있다. 여기서, 스마트 단말기(140)는 스마트 폰 또는 스마트 패드(Smart pad)일 수 있다.When the user selects a desired measurement mode, the smart terminal 140 receives the position value of the SAW tag from the AP 130 according to the selected measurement mode. The received SAW tag position value is displayed on the display unit of the smart terminal 140, The tag image is displayed on the designed measuring station, so that the user can easily recognize the position. Here, the smart terminal 140 may be a smart phone or a smart pad.

SAW 태그(120)는 Two-port 구조를 구비하며, 압전 기판의 일측에, SAW(표면탄성파)를 생성하는 입력 IDT(Interdigital Transducer)를 구비하여 안테나를 통해 입력된 전기적 신호가 기계적 신호로 변환되며, 압전 기판의 다른 일측에, 즉, 입력 IDT와 이격되어 출력 IDT가 구비되며, 출력 IDT는 고유의 식별코드를 나타내도록 이루어져, 입력 IDT에서 변환된 기계적 신호가 진행방향으로 진행하여 출력 IDT를 통해 순차적으로 신호가 출력되도록 이루어진다. SAW 태그(120)는 노드(111 내지 114)에서 출력된 첩 신호를 수신하고, 수신된 감도에 따라 SAW 태그 신호를 해당 노드(111 내지 114)로 전송한다. SAW 태그(120)와 노드(111 내지 114)는 RF통신을 이용한다.The SAW tag 120 has a two-port structure and has an input IDT (Interdigital Transducer) for generating a SAW (SAW) on one side of the piezoelectric substrate, so that an electrical signal input through the antenna is converted into a mechanical signal And the output IDT is provided on the other side of the piezoelectric substrate, that is, the output IDT is spaced apart from the input IDT. The output IDT has a unique identification code so that the mechanical signal converted from the input IDT advances in the advancing direction, So that a signal is sequentially output. The SAW tag 120 receives the multiplex signal output from the nodes 111 to 114 and transmits the SAW tag signal to the corresponding nodes 111 to 114 according to the received sensitivity. SAW tag 120 and nodes 111-114 utilize RF communication.

본 발명에서, SAW 태그(120)와 노드(111 내지 114)는 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 밴드(UHF(Ultra High Frequency) 대역: 860~960MHz)의 주파수를 사용하며, 또한, 노드(111 내지 114)와 AP(130)는 무선 통신(Zigbee)을 한하며, 프로토콜은, TI사의 저전력 RF 프로토콜인, SimpliciTI 프로토콜을 따른다. AP(130)와 스마트 단말기(140)는 블루투스(Bluetooth) 통신을 한다.In the present invention, the SAW tag 120 and the nodes 111 to 114 use a frequency of an Industrial, Scientific and Medical (ISM) band (Ultra High Frequency (UHF) band: 860 to 960 MHz) To 114 and the AP 130 perform wireless communication (Zigbee), and the protocol conforms to the SimpliciTI protocol, which is a low power RF protocol of TI. The AP 130 and the smart terminal 140 communicate via Bluetooth.

본 발명에서 SAW 태그(120)에 ID를 부여하고, 노드(111 내지 114)에 상관기(Correlator)를 내장하여 태그를 구분 가능하게 하였다.In the present invention, an ID is assigned to the SAW tag 120, and a correlator is built in the nodes 111 to 114 so that the tag can be distinguished.

도 9는 본 발명의 실시간 위치 추적 시스템에서, 노드와 AP사이 통신, AP와 스마트 단말기사이 통신시의 데이터 흐름을 개략적으로 나타낸다.9 schematically illustrates data flow during communication between a node and an AP, and between an AP and a smart terminal in a real-time location tracking system of the present invention.

거리센싱 및 거리계산 단계로, 다수의 노드(111 내지 114)들은 첩(Chirp) 신호를 일정 주기로 SAW 태그(120)로 전송하고, SAW 태그(120)로부터 SAW 태그 신호를 수신하며, 첩 신호 및 SAW 태그 신호를 이용하여 SAW 태그(120)와의 거리, 즉 SAW 태그 거리를 계산하여 저장한다(S110).A plurality of nodes 111 to 114 transmit a chirp signal to the SAW tag 120 at regular intervals and receive the SAW tag signal from the SAW tag 120, The distance to the SAW tag 120, i.e., the SAW tag distance, is calculated and stored using the SAW tag signal (S110).

AP로부터 쿼리수신단계로, 각 노드(111 내지 114)들은 AP(130)로부터 SAW 태그의 거리에 대한 쿼리(Query)가 수신된다(S120). From the AP to the query receiving step, each node 111 to 114 receives a query about the distance of the SAW tag from the AP 130 (S120).

SAW태그 거리값 전송단계로, 각 노드(111 내지 114)들은 AP(130)의 명령을 해석하여 SAW 태그의 거리에 대한 쿼리라면, 저장된 SAW 태그 거리 값을 읽어들여(S130), 무선통신을 통하여 AP(130)로 전송한다(S140).In the SAW tag distance value transmission step, each of the nodes 111 to 114 interprets the command of the AP 130 and reads the stored SAW tag distance value if it is a query on the distance of the SAW tag (S130) To the AP 130 (S140).

유효값 접수단계로, AP(130)는 각 노드(111 내지 114)들로부터 수신된 SAW 태그 거리 값 중 유효값만을 접수한다(S150).In the valid value receiving step, the AP 130 receives only valid values of the SAW tag distance values received from the nodes 111 to 114 (S150).

SAW태그 위치값 계산단계로, AP(130)는 다수 노드(111 내지 114)로부터 유효값으로서 수집된 SAW 태그 거리 값들을 이용하여 위치 추정 알고리즘을 수행하여, 정확한 SAW 태그 위치 값을 추정하고, 추정된 SAW 태그의 위치 값을 저장한다(S160).In the SAW tag position value calculation step, the AP 130 performs a position estimation algorithm using the SAW tag distance values collected as effective values from the multiple nodes 111 to 114, estimates an accurate SAW tag position value, And stores the position value of the SAW tag (S160).

스마트 단말기로부터 쿼리수신단계로, AP(130)는 스마트 단말기(140)로부터 SAW 태그 위치에 대한 쿼리가 수신된다(S210). From the smart terminal to the query reception step, the AP 130 receives a query for the SAW tag position from the smart terminal 140 (S210).

SAW태그 위치값 전송단계로, AP(130)는 스마트 단말기(140)의 명령을 해석하여 SAW태그 위치에 대한 쿼리라면, 저장된 SAW태그 위치값을 읽어들여(S220), 블루투스통신을 통하여 스마트 단말기(140)로 전송한다(S140).The AP 130 interprets the command of the smart terminal 140 and reads the stored SAW tag position value if it is a query for the SAW tag position in operation S220, 140 (S140).

스마트 단말기 상에 SAW 태그 위치 표시단계로, 기설정된 측정 모드에 따라, AP(130)로부터 SAW 태그의 위치 값을 수신받으며,수신된 SAW 태그 위치 값은 스마트 단말기(140)의 디스플레이부에 나타내되, 축소 디자인된 측정 스테이션에 태그 이미지가 보여지도록 나타낸다(S240).In the SAW tag location marking step on the smart terminal, the position value of the SAW tag is received from the AP 130 according to a preset measurement mode, and the received SAW tag position value is displayed on the display unit of the smart terminal 140 , Indicating that the tag image is displayed on the reduced designing measurement station (S240).

도 10은 도 8의 노드의 구성을 설명하기 위한 블럭도로, 노드 제어부(310), 송수신 접속제어부(320), 시분할 듀플렉서(330), 노드 수신부(340), 노드 송신부(350), 노드 지그비 통신부(360), 통신 인터페이스부(370)를 포함하여 이루어진다.10 is a block diagram for explaining the configuration of the node of FIG. 8, and includes a node control section 310, a transmission / reception connection control section 320, a time division duplexer 330, a node reception section 340, a node transmission section 350, (360), and a communication interface unit (370).

노드 제어부(310)는 노드를 전반적으로 제어하는 수단이다. 노드 제어부(310)는 마이크로프로세서로 이루어질 수 있다.The node control unit 310 is means for controlling the node as a whole. The node controller 310 may be a microprocessor.

노드 제어부(310)는 노드 수신부(340)로부터 SAW 태그 신호, 즉 진폭(I) 신호 및 위상(Q) 신호를 수신하여, SAW 태그의 거리를 계산하고, 또한, 노드 수신부(340)의 동적 서비스 추가(Dynamic Service Addition, DSA) 요청 신호, 자동이득(automatic gain control, AGC) 제어신호, PLL(Phase Lock Loop) 제어신호를 생성하여 노드 수신부(340)로 전송한다. 그리고, 노드 제어부(310)는 노드 송신부(350)의 동적 서비스 추가(DSA) 요청 신호, 자동이득 제어신호(AGC), PLL 제어신호를 생성하여, 노드 송신부(350)로 전송한다.The node control unit 310 receives the SAW tag signal, that is, the amplitude (I) signal and the phase (Q) signal from the node receiving unit 340, calculates the distance of the SAW tag, (DSA) request signal, an automatic gain control (AGC) control signal, and a PLL (Phase Lock Loop) control signal to the node receiving unit 340. The node control unit 310 generates a dynamic service addition (DSA) request signal, an automatic gain control signal (AGC), and a PLL control signal of the node transmitting unit 350 and transmits the signal to the node transmitting unit 350.

노드 제어부(310)와 통신 인터페이스부(37)는 UART(범용 비동기화 송수신)로 연결되며, 통신 인터페이스부(370)는 노드 지그비 통신부(360)와 SPI(Serial Peripheral Interface)로 연결되며, 노드 지그비 통신부(360)는 AP(130)와 연결되어진다.The node controller 310 and the communication interface unit 37 are connected to UART (universal asynchronous transmission / reception), and the communication interface unit 370 is connected to the node Zigbee communication unit 360 through SPI (Serial Peripheral Interface) The communication unit 360 is connected to the AP 130.

노드 제어부(310)는 송수신 접속 제어부(320)로 송수신 접속 제어신호 및 PN코드를 전송한다.The node control unit 310 transmits a transmission / reception connection control signal and a PN code to the transmission / reception connection control unit 320.

노드 제어부(310)는 노드를 전반적으로 제어하는 수단으로, DSP 또는 MCU, PN code 발생기, 신장기(Expander), 거리계산부를 포함한다. The node control unit 310 includes a DSP or an MCU, a PN code generator, an expander, and a distance calculator as means for controlling the nodes as a whole.

신장기(미도시)는 노드 수신부(340)로부터 입력된 신호(SAW 태그 신호)의 레벨 변화를 신장하여 신호를 본래대로 되돌리게 한다. 노드 수신부(340)를 통해 수신된 신호(SAW 태그 신호)를 auto-correlation 또는 cross-correlation 기법을 이용하여 좁은 대역의 신호를 얻고 그 결과 SNR을 증가 시킬 수 있다. 즉, PN code를 이용하여 auto-correlation을 시키면 최대의 값을 가지는 신호를 얻을 수 있고 그 외의 시간에서 신호의 크기를 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.The extension unit (not shown) expands the level change of the signal (SAW tag signal) input from the node receiving unit 340 to return the signal to its original state. It is possible to obtain a signal of a narrow band using an auto-correlation or cross-correlation technique on a signal (SAW tag signal) received through the node receiving unit 340 and increase the SNR as a result. That is, if the auto-correlation is performed using the PN code, the signal having the maximum value can be obtained and the effect of reducing the signal size at other times can be obtained.

PN 코드(code) 발생기(미도시)는 신장기로부터 출력된 신호(SAW 태그 신호)로부터 PN 코드를 발생시킨다.A PN code generator (not shown) generates a PN code from a signal (SAW tag signal) output from the expander.

거리계산부(미도시)는 첩신호와, 신장기로부터 출력된 신호(SAW 태그 신호)를 이용하여 SAW 태그의 거리를 계산한다.The distance calculation unit (not shown) calculates the distance of the SAW tag using the coherent signal and the signal (SAW tag signal) output from the extension unit.

송수신 접속제어부(320)는 FPGA(field-programmable gate array)로 이루어지며, 노드 제어부(310)로부터 수신된 송수신 접속 제어신호에 의해 시분할 듀플렉서(330)로 단속제어 신호(S/W)를 전송하고, 노드 제어부(310)로부터 수신된 PN코드를 노드 수신부(340) 및 노드 송신부(350)으로 전송한다. 송수신 접속제어부(320)는 첩신호 발생기, 메모리, 제어 레지스터, MGT 등을 포함하여 이루어질 수 있다.The transmission / reception connection control unit 320 includes a field-programmable gate array (FPGA) and transmits an intermittent control signal S / W to the time-division duplexer 330 in response to the transmission / reception connection control signal received from the node control unit 310 , And transmits the PN code received from the node control unit 310 to the node receiving unit 340 and the node transmitting unit 350. The transmission / reception connection control unit 320 may include a concatenation signal generator, a memory, a control register, an MGT, and the like.

시분할 듀플렉서(330)는 안테나(390)과 연결되어, 송신 및 수신을 시분할하여 이중 제어하는 수단으로, 송수신 접속제어부(320)로부터 수신된 단속제어 신호(S/W)에 따라 노드 수신부(340)와 노드 송신부(350)가 안테나(390)와 전기적으로 연결됨을 제어한다.The time-division duplexer 330 is connected to the antenna 390 and is a means for time-sharing and double-controlling transmission and reception. The time-division duplexer 330 is connected to the node receiver 340 according to the intermittent control signal S / W received from the transmission / reception connection controller 320, And the node transmitting unit 350 are electrically connected to the antenna 390.

노드 수신부(340)는 송수신 접속제어부(320)로부터 PN코드를 수신하며, SAW 태그(120)로부터 SAW 태그 신호를 안테나(390)를 통해 수신하고, SAW 태그 신호를 디코딩하여 복원하여, SAW 태그 신호, 즉 진폭(I) 신호 및 위상(Q) 신호를 노드 제어부(310)으로 전송한다. 노드 수신부(340)는 저 잡음 증폭기, 대역통과필터, 이득제어부, 고속 쉬프트레지스터를 포함하여 이루어질 수 있다.The node receiving unit 340 receives the PN code from the transmission / reception connection control unit 320, receives the SAW tag signal from the SAW tag 120 via the antenna 390, decodes and restores the SAW tag signal, I.e., an amplitude (I) signal and a phase (Q) signal to the node controller 310. The node receiving unit 340 may include a low noise amplifier, a band pass filter, a gain control unit, and a fast shift register.

노드 송신부(350)는 송수신 접속제어부(320)로부터 PN코드를 수신하여, 인코딩하여 PN코드를 첩신호로 SAW 태그(120)로 안테나(390)를 통해 송신한다. 노드 송신부(350)는 고속 쉬프트레지스터, 1비트 DA변환기, RF 증폭기를 포함하여 이루어질 수 있다.The node transmitter 350 receives the PN code from the transmission / reception connection controller 320, encodes it, and transmits the PN code as a concatenation signal to the SAW tag 120 through the antenna 390. The node transmitting unit 350 may include a high-speed shift register, a 1-bit DA converter, and an RF amplifier.

노드 지그비 통신부(360)는 지그비 칩을 포함하여 이루어지며, AP(130)으로부터 수신된 쿼리를 통신 인터페이스부(370)를 통해 노드 제어부(310)로 전송하고, 노드 제어부(310)으로부터 수신된 SAW 태그의 거리 값을 AP(130)로 전송한다. 노드 지그비 통신부(360)의 동작주파수는 2.4GHz일 수 있다. The node Zigbee communication unit 360 includes a ZigBee chip and transmits a query received from the AP 130 to the node control unit 310 through the communication interface unit 370. The node control unit 310 transmits the query received from the node control unit 310 to the SAW And transmits the distance value of the tag to the AP 130. The operating frequency of the node Zigbee communication unit 360 may be 2.4 GHz.

통신 인터페이스부(370)는 AP(130)로부터 수신된 신호를 노드 제어부(310)로 전송하기위한 신호로 변환하고, 노드 제어부(310)로부터 수신된 신호를 AP(130)로 전송하기위한 신호로 변환한다. 통신 인터페이스부(37)는 UART(범용 비동기화 송수신)로 노드 제어부(310)와 연결되며, 노드 지그비 통신부(360)와는 SPI(Serial Peripheral Interface)로 연결된다.The communication interface unit 370 converts the signal received from the AP 130 into a signal for transmission to the node control unit 310 and transmits a signal received from the node control unit 310 to the AP 130 Conversion. The communication interface unit 37 is connected to the node control unit 310 through a UART (general purpose asynchronous transmission / reception), and is connected to the node Zigbee communication unit 360 through an SPI (Serial Peripheral Interface).

도 11은 도 8의 AP의 구성을 설명하기 위한 블럭도로, AP 제어부(410), AP 지그비 통신부(420), 블루투스 통신부(430)을 포함한다.FIG. 11 is a block diagram for explaining the configuration of the AP of FIG. 8, and includes an AP control unit 410, an AP Zigbee communication unit 420, and a Bluetooth communication unit 430.

본 발명의 실시간 위치 추적 시스템에서의 AP(130)는, 노드(111 내지 114)에서 수집 된 노드와 SAW 태그 간의 거리 값인, SAW 태그 거리 값을 노드 개수만큼 수집하여 실시간 SAW 태그 위치를 계산한 후 사용자 인터페이스인 스마트 단말기(140)으로 그 값을 송신 시키는 역할을 한다. The AP 130 in the real-time location tracking system of the present invention calculates the real time SAW tag position by collecting the SAW tag distance value, which is the distance value between the node and the SAW tag collected from the nodes 111 to 114, And transmits the value to the smart terminal 140, which is a user interface.

AP 제어부(410)는 AP(130)의 전반적인 제어를 하는 수단으로, AP 지그비 통신부(420)와는 SPI로 연결되며, 블루투스 통신부(430)와는 UART로 연결된다The AP control unit 410 is connected to the AP Zigbee communication unit 420 through the SPI and to the Bluetooth communication unit 430 through a UART

AP 제어부(410)는 AP 지그비 통신부(420)를 통해 각 노드(111 내지 114)로 쿼리를 보내고, 노드(111 내지 114)로부터 AP 지그비 통신부(420)를 통해 SAW 태그의 거리 값을 수신하며, 수신된 SAW 태그의 거리 값을 이용하여 위치 추정 알고리즘을 수행하여, 정확한 SAW 태그(120)의 위치를 추정하여 임시저장한다. The AP control unit 410 sends a query to each of the nodes 111 to 114 via the AP zigbee communication unit 420 and receives the distance value of the SAW tag from the nodes 111 to 114 through the AP zigbee communication unit 420, The position estimation algorithm is performed using the distance value of the received SAW tag, and the position of the accurate SAW tag 120 is estimated and temporarily stored.

AP 제어부(410)는 Timer 인터럽트 및 UART 인터럽트 등을 사용하여 Zigbee 무선 통신과 블루투스 통신의 원활하게 수행하도록 하며, 여분의 UART를 통해서는 PC로 Debugging을 수행하여 즉각적으로 오류 수정 및 Parameter 정보 확인을 가능하게 한다. 또한 3차원 위치 추적 알고리즘을 수행한다. 이는 시뮬레이션 Tool로 알고리즘을 구현하고 이를 C 코드로 전환, MFC의 GUI로 검증 후 AP에 적용할 수있다. The AP control unit 410 smoothly performs Zigbee wireless communication and Bluetooth communication by using a timer interrupt and a UART interrupt, and performs error correction and parameter information verification by performing debugging on a PC through an extra UART . In addition, a 3D location tracking algorithm is performed. It can be applied to AP after verification with MFC GUI by implementing algorithm with simulation tool and converting it into C code.

스마트 단말기(140)에서 블루투스 통신부(430)를 통해 쿼리가 수신되면, 추정된 SAW 태그의 위치 값을 블루투스 통신부(430)를 통해 스마트 단말기(140)로 전송한다.When the query is received via the Bluetooth communication unit 430 in the smart terminal 140, the estimated position of the SAW tag is transmitted to the smart terminal 140 through the Bluetooth communication unit 430.

AP 지그비 통신부(420)는 지그비 칩을 포함하여 이루어지며, AP 제어부(410)로부터 수신된 쿼리를 노드(111 내지 114)로 전송하며, 노드(111 내지 114)로부터 수신된 SAW 태그의 거리 값을 AP 제어부(410)로 전송한다. AP 지그비 통신부(420)의 동작주파수는 2.4GHz일 수 있다. The AP zigbee communication unit 420 includes a Zigbee chip and transmits the query received from the AP control unit 410 to the nodes 111 to 114 and calculates the distance value of the SAW tag received from the nodes 111 to 114 To the AP control unit 410. The operating frequency of the AP Zigbee communication unit 420 may be 2.4 GHz.

블루투스 통신부(430)는 스마트 단말기(140)에서 수신된 쿼리를 AP 제어부(410)로 전송하고, AP 제어부(410)로부터 수신된 SAW 태그의 위치 값을 스마트 단말기(140)로 전송한다. AP 제어부(410)와는 UART 통신을 하며, Baudrate은 115,200 bps의 높은 통신 속도를 가질 수 있으며, Query를 스마트 단말기(140)로부터 수신 받으면 인터럽트로 인해서 다음 처리를 수행한다. The Bluetooth communication unit 430 transmits the query received from the smart terminal 140 to the AP control unit 410 and transmits the position value of the SAW tag received from the AP control unit 410 to the smart terminal 140. UART communication is performed with the AP control unit 410. The baud rate may have a high communication speed of 115,200 bps. When the query is received from the smart terminal 140, the following processing is performed due to the interruption.

블루투스는 통상적으로 Inquiry(검색) 및 Page(연결요청)을 하는 쪽을 Master라고 하며, Inquiry Scan(검색 대기) 및 Page Scan(연결 대기)를 하는 쪽을 Slave라고 하는데, AP(130)에 Inquiry(검색) 및 Page(연결요청)을 하는 스마트 단말기(140)가 Master이고, Inquiry Scan(검색 대기) 및 Page Scan(연결 대기)을 하는 AP(130) 는 Slave이다. 블루투스는 서로 연결이 되면 일정 시간 동안 데이터 통신이 없을 경우 Master의 허가에 의해 저전력 관리 기능을 사용 할 수 있으며, 저전력 기능을 사용 하고 있다가도 데이터가 송수신이 되면 자동으로 저전력 기능이 해지 된다. 블루투스 통신부(430)는 2402 ~ 2480MHz의 주파수를 사용할 수 있다.In Bluetooth, normally, the side that performs inquiry and page (connection request) is referred to as a master, and the side which performs the inquiry scan and the page scan is called a slave. Inquiry And the AP 130 which performs an inquiry scan (search standby) and a page scan (connection standby) is a slave. When Bluetooth is connected to each other, if there is no data communication for a certain period of time, low power management function can be used by the permission of the master. Even if low power function is used, the low power function is automatically canceled when data is transmitted / received. The Bluetooth communication unit 430 can use a frequency of 2402 to 2480 MHz.

본 발명에서, 무선 통신 부분인 AP 지그비 통신부(420)는 노드(111 내지 114)와 통신을 하고, 블루투스 통신부(430)는 사용자 인터페이스인 Smart tabr과 통신을 한다.In the present invention, the AP Zigbee communication unit 420, which is a wireless communication unit, communicates with the nodes 111 to 114, and the Bluetooth communication unit 430 communicates with the Smart tabr, which is a user interface.

경우에 따라서 AP 지그비 통신부(420)와 블루투스 통신부(430)는 하나의 통신 보드로 이루어져, Zigbee 통신은 물론 스마트 단말기(140)와 통신, 위치 추정 알고리즘을 수행하는 Main controller 역할을 가질 수 있다.The AP zigbee communication unit 420 and the Bluetooth communication unit 430 may be a single communication board and may serve as a main controller for performing communication and location estimation algorithms with the smart terminal 140 as well as Zigbee communication.

본 발명에서, 스마트 단말기(140)는 사용자 인터페이스를 통해 위치추적 시스템 앱(application)을 설치하여 사용하도록 이루어진다. 스마트 단말기(140)로 Smart pad를 사용할 수 있다. 스마트 단말기(140)를 이용하여, AP와 블루투스 통신을 통하여 메인 PC 필요 없이 실시간으로 SAW 태그의 위치를 추적할 수 있도록 이루어져 있다. 스마트 단말기(140)는 Master, AP(130)는 Slave로 양방향 블루투스 통신이다.In the present invention, the smart terminal 140 is configured to install and use a location tracking system application through a user interface. The smart terminal 140 may use a smart pad. The location of the SAW tag can be tracked in real time without requiring a main PC through the Bluetooth communication with the AP using the smart terminal 140. [ The smart terminal 140 is a master, and the AP 130 is a slave, and is bi-directional Bluetooth communication.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.In the foregoing, the present invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. .

111-114 : 노드 120 : SAW 태그
130 : AP(Access Point) 140 : 스마트 단말기
205 : 표면 210 : 기판
220 : 입력 IDT 230: 출력 IDT
310 : 노드 제어부 320 : 송수신 접속제어부
330 : 시분할 듀플렉서 340 : 노드 수신부
350 : 노드 송신부 360 : 노드 지그비 통신부
370 : 통신 인터페이스부 390 : 안테나
410 : AP 제어부 420 : AP 지그비 통신부
430 : 블루투스 통신부111-114: Node 120: SAW tag
130: Access Point (AP) 140: Smart Terminal
205: surface 210: substrate
220: input IDT 230: output IDT
310: Node control section 320: Transmission / reception connection control section
330: Time Division Duplexer 340: Node Receiver
350: node transmission unit 360: node ZigBee communication unit
370: Communication interface unit 390: Antenna
410: AP control unit 420: AP zigbee communication unit
430: Bluetooth communication section

Claims

SAW tag; A node for transmitting a chirp signal to the SAW tag, receiving the SAW tag signal from the SAW tag, and calculating the SAW tag distance, which is the distance from the node to the SAW tag, using the SAW tag signal; And an AP (Access Point) for estimating a SAW tag position using values of SAW tag distances received from a plurality of nodes, the SAW tag being applied to a real-
An input IDT (Interdigital Transducer) for generating SAW (surface acoustic wave) on one side of the piezoelectric substrate, and an output IDT on the other side of the piezoelectric substrate,
The output IDT is made of metal and has a different polarity so that the first electrode and the second electrode are made to mesh with each other, and when the second electrode is positioned first and then the first electrode is positioned, " 1 " Wherein the output IDT is configured to indicate "0" when the electrode is positioned first and then the second electrode is positioned, so that the output IDT represents a unique identification code.

SAW tag; A node for transmitting a chirp signal to the SAW tag, receiving the SAW tag signal from the SAW tag, and calculating the SAW tag distance, which is the distance from the node to the SAW tag, using the SAW tag signal; And an AP (Access Point) for estimating a SAW tag position using values of SAW tag distances received from a plurality of nodes, the SAW tag being applied to a real-
The PN code is applied for the unique identification code,
Wherein the node includes a correlator to identify the SAW tag from the SAW tag signal.

3. The method according to any one of claims 1 to 3,
The real-time location tracking system may further comprise a smart terminal configured to receive the value of the SAW tag location from the AP via Bluetooth and to display the value of the received SAW tag location on the display unit The SAW tag being.

3. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the SAW tag and the node use an ISM (Industrial, Scientific and Medical) frequency band.

5. The method of claim 4,
Wherein the SAW tag and the node use a frequency of 860 to 960 MHz.

3. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the node transmits a distance value of the stored SAW tag to the AP using ZigBee when a query is received from the AP.

The method of claim 3,
Wherein the AP transmits a position value of the SAW tag to the smart terminal when the query is received from the smart terminal.

3. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the SAW tag is a two-port structure modulated with a BPSK signal.

4. The method of claim 3,
A node receiving unit that receives a SAW tag signal from an SAW tag through an antenna, decodes and restores the SAW tag signal, and transmits the SAW tag signal to the node controller;
A node controller for generating a transmission / reception connection control signal and a PN code, receiving a SAW tag signal from a node receiver, and calculating a distance of the SAW tag;
A transmission / reception connection control section for transmitting an intermittent control signal to the time division duplexer according to the transmission / reception connection control signal received from the node control section, and for transmitting the PN code received from the node control section to the node reception section and the node transmission section;
A node transmitter for encoding the PN code received from the transmission / reception connection control unit and using the SAW tag as an acknowledgment signal through an antenna;
A time division duplexer for controlling the node receiving unit and the node transmitting unit to be electrically connected to the antenna according to the intermittent control signal (S / W) received from the transmission / reception connection control unit;
And a SAW tag applied to the real-time location tracking system.

10. The method of claim 9,
And the node receiving unit transmits the SAW tag signal as an amplitude (I) signal and a phase (Q) signal to the node controller.

10. The method of claim 9,
A node zigbee communication unit transmitting the query received from the AP to the node control unit through the communication interface unit and transmitting the distance value of the SAW tag received from the node control unit to the AP;
A communication interface converting the signal received from the AP into a signal for transmission to the node controller, and converting the signal received from the node controller into a signal for transmission to the AP;
And a SAW tag applied to the real-time location tracking system.

12. The method of claim 11,
The operating frequency of the node ZigBee communication unit is 2.4 GHz,
The communication interface unit is connected to the node control unit 310 through a UART (universal asynchronous transmission / reception), and is connected to the node Zigbee communication unit through a SPI (Serial Peripheral Interface).

4. The method of claim 3,
An AP zigbee communication unit for transmitting the query received from the AP control unit to the node and transmitting the distance value of the SAW tag received from the node to the AP control unit;
A Bluetooth communication unit transmitting the query received from the smart terminal to the AP control unit and transmitting the position value of the SAW tag received from the AP control unit to the smart terminal;
The position of the SAW tag is estimated by performing the position estimation algorithm using the distance value of the SAW tag received from the AP zigbee communication unit, and the query is transmitted through the Bluetooth communication unit An AP control unit for transmitting the estimated position of the SAW tag to the smart terminal via the Bluetooth communication unit;
And a SAW tag applied to the real-time location tracking system.