KR20150022423A - 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법 및 이를 이용한 저전력 동작 시스템 - Google Patents

무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법 및 이를 이용한 저전력 동작 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법 및 이를 이용한 저전력 동작 시스템은 물체를 감지하는 열선소자와, 열선소자로부터의 전기 출력 신호를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기의 출력 신호를 수신하여 일정 전압 이상인 경우 구형파를 출력하는 윈도우 컴퍼레이터와, 상기 증폭기 출력 신호를 입력받으며 MCU에 의하여 제어되는 A/D 컨버터와, 외기 온도를 센싱하여 출력하는 온도 센서와, 상기 온도 센서의 출력을 수신받으며 MCU에 의하여 제어되는 제2 A/D 컨버터와, 상기 원도우 컴퍼레이터의 출력을 수신받고 주변의 온도 및 RF 노이즈 등을 고려하여 50ms 이상 설정전압 이상으로 수신되는 경우에 한하여 확실한 입력으로 인식하고 상기 A/D 컨버터를 동작시키도록 제어함으로써 침입자의 침입 여부를 판단하고 또한 30분 내지 1시간마다 반복되는 동작시간(wake up)마다 상기 온도 센서의 출력이 수신되도록 제2 A/D 컨버터를 작동하도록 제어하여 주변 온도 변화에 따른 상기 설정 전압을 변경하도록 하여 온도 보상을 하도록 제어하는 MCU로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법 및 이를 이용한 저전력 동작 시스템{Low Power Operating Method of Wireless Passive Infrared Detector to prolong lifetime of Battery and Low Power Operating System thereof}
일반적으로 적외선 감지기는 수동형 감지기와 능동형 감지기로 구분될 수 있으며 상기 수동형 적외선 감지기는 물체로부터 수신되는 적외선의 에너지 변화량을 감지하여 감시 구역 내의 물체의 침입 여부를 판단할 수 있는 것이다. 또한 무선 적외선 감지기는 일반 전원이 공급되지 아니한 감시 구역에서 배터리를 전원으로 사용함으로써 배터리의 수명이 적외선 감지기의 동작에 중요한 역할을 하고 있는 것이다. 따라서 본 발명은 무선 열선(적외선) 감지기에 있어서 소비 전력을 최소로 하여 사용되는 배터리의 수명을 늘리기 위한 적외선 감지기 동작 운용 방법에 관한 것이다.
본 발명과 관련된 종래의 기술은 대한민국 등록 특허 제10-1255083호(2013년 04월 15일 공고)에 개시되어 있다. 도 1은 상기 종래의 열선 감지 장치의 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 열선 감지 장치는 렌즈부(10), 복수의 감지 모듈(11, 12), 신호 처리부(20), 판단부(30), 그리고 통신부(40)를 포함하여 구성되고 침입이 발생한 것으로 판단된 경우 경고 신호를 출력하는 경고 수단(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있는 것이다. 상기 렌즈부(10)는 감시 대상으로부터 나오는 적외선을 집광하여 감지 모듈(11, 12)로 보내주며, 복수의 서로 다른 방향에서 발생되는 적외선을 집광하는 것이고, 또한 렌즈부(10)는 서로 다른방향에서 입사되는 적외선을 집광하는 서로 다른 감시존을 형성하는 것이다. 이를 위하여 렌즈부(10)는 서로 다른 굴절률을 가지며 복수의 감시존을 형성하는 복수의 렌즈 세그먼트를 포함하는 프레넬(fresnel) 렌즈로 이루어지는 것이다. 또한 감지 모듈(11,12)은 사람을 포함하는 감시 대상으로부터 나오는 적외선을 감지하여 해당하는 전기적인 신호를 출력하는 것으로 감지 모듈은 적어도 두 개 이상이며, 적외선 센서부를 포함하는 것이다. 또한. 감지 모듈(11, 12)의 적외선 센서부(112,113,122,123)는 렌즈부(10)를 통해 집광된 적외선에 대한 변화에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 것이다. 여기서 적외선 센서부로 초전 소자(pyroelectric sensor)가 사용되었지만, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 초전 소자는 온도 변화가 있는 경우에 전기적인 신호를 출력하는 미분형 소자이며, 일반적으로 움직이지 않는 물체에 대해서는 신호를 출력하지 않는다. 또한 감지모듈은 제1 감지 모듈(11)과 제2 감지 모듈(12)이 포함되는데, 3개 이상의 감지 모듈들이 포함될 수도 있는 것이고, 상기 제1 및 제2 감지 모듈(11,12)에서 2개의 적외선 센서부(112,113,122,123)는 렌즈부(10)로부터의 빛을 수광하는 수광면이 서로 다른 방향으로 위치되도록, 배치되는 것이다. 또한 상기 신호 처리부(20)는 감지 모듈(11, 12)에서 출력되는 전기적인 신호를 처리하여 감지신호를 판단부(30)로 출력하는 것이다. 또한 상기 판단부(30)는 신호 처리부의 출력을 수신하고 침입자의 침입 여부를 판단하는 것이다.
도 2는 종래 무선형 열선 감지기의 구성도이다. 상기도 2에서 종래 무선형 열선 감지기는 열선소자(200)와, 열선소자(200)의 출력 신호를 증폭하는 Positive(211)/Negative 증폭기(212) 및 아날로그 스위칭회로(213)로 구성된 감지감도 온도보상회로(210) 및 증폭기 출력인 아날로그 신호를 +측과 -측으로 구분하여 비교할 수 있는 윈도위 컴퍼레이터(Window Comoparator,220) 및 윈도우 컴퍼레이터(220) 출력을 수신하여 침입자의 침입 여부를 판단하고 알람생성부(미도시)로 신호 출력을 제어하거나 외부기기로의 신호 전송을 제어하는 MCU(250)로 구성된 것을 나타내고 있는 것이다.
상기와 같은 종래의 열선 감지기는 소비 전력이 크므로 무선 열선 감지기의 경우 배터리 수명이 짧은 문제점이 있는 것이다. 또한 종래의 열선 감지기는 감지감도 보상회로를 사용함으로써 구성이 복잡하고 제조원가가 높은 문제점이 있는 것이다. 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법 및 이를 이용한 저전력 동작 시스템은 무선 열선 감지기에 있어서 배터리 소비 전력을 최소로 하여 동작시키기 위한 것이고, 또한 본 발명의 다른 목적은 회로 구성을 간단히 하고 소형화하여 제조 비용을 절감하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법 및 이를 이용한 저전력 동작 시스템은 물체를 감지하는 열선소자와, 열선소자로부터의 전기 출력 신호를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기의 출력 신호를 수신하여 일정 전압 이상인 경우 구형파를 출력하는 윈도우 컴퍼레이터와, 상기 증폭기 출력 신호를 입력받고 MCU에 의하여 제어되는 A/D 컨버터와, 외기 온도를 센싱하여 출력하는 온도 센서와, 상기 온도 센서의 출력을 수신 받고 MCU에 의하여 제어되는 제2 A/D 컨버터와, 상기 원도우 컴퍼레이터의 출력을 수신받고 주변의 온도 및 RF 노이즈 등을 고려하여 50ms 이상 설정전압 이상으로 수신되는 경우에 한하여 확실한 출력으로 인식하고 상기 A/D 컨버터를 동작시키도록 제어함으로써 침입자의 침입 여부를 판단하고 또한 30분 내지 1시간마다 반복되는 동작시간(wake up)마다 상기 온도 센서의 출력이 수신되도록 제2 A/D 컨버터를 작동하도록 제어하여 주변 온도 변화에 따른 상기 설정 전압을 변경하도록 하여 온도 보상을 하도록 제어하는 MCU로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법 및 이를 이용한 저전력 동작 시스템은 저전력 동작 방법을 통하여 배터리 소모를 줄여서 배터리 수명을 연장할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명은 간단한 회로 구성과 소형화를 통하여 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 종래의 열선 감지 장치의 구성도,
도 2는 종래 무선형 열선 감지기의 구성도,
도 3은 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템 구성도,
도 4는 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템의 출력 파형 그래프,
도 5는 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법에 대한 제어 흐름도이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법 및 이를 이용한 저전력 동작 시스템을 도 3 내지 도 5를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템 구성도이다. 상기도 3에서 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템은 물체를 감지하는 열선소자(300)와, 열선소자(300)로부터의 전기 출력 신호를 증폭하는 증폭기(310)와, 상기 증폭기(310)의 출력 신호를 수신하여 일정 전압 이상인 경우 구형파를 출력하는 비교기인 윈도우 컴퍼레이터(320)와, 상기 증폭기(310) 출력 신호를 입력받으며 MCU에 의하여 제어되는 A/D 컨버터(342)와, 외기 온도를 센싱하여 출력하는 온도 센서(330)와, 상기 온도 센서(330)의 출력을 수신받으며 MCU에 의하여 제어되는 제2 A/D 컨버터(344)와, 상기 원도우 컴퍼레이터(320)의 출력을 수신받고 주변의 온도 및 RF 노이즈 등을 고려하여 50ms 동안 설정전압 이상으로 수신되는 경우에 한하여 확실한 입력으로 인식하고 상기 A/D 컨버터(342)를 동작시키도록 제어함으로써 침입자의 침입 여부를 판단하고 또한 30분 내지 1시간마다 반복되는 동작시간(wake up)마다 상기 온도 센서(330)의 출력이 수신되도록 제2 A/D 컨버터(344)를 작동하도록 제어하여 주변 온도 변화에 따른 상기 설정 전압을 변경하도록 하여 온도 보상을 하도록 제어하는 MCU(340)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
도 4는 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템의 출력 파형 그래프이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용되는 열선소자는 아날로그 신호를 출력하고 증폭기에서 증폭되어 상기도 4의 (a)와 같은 아날로그 신호를 출력하는 것이다. 또한 상기 증폭기 출력은 윈도우 컴퍼레이터로 수신되고 수신된 아날로그 신호가 설정된 기준 값 이상 또는 이하로 시간 t 동안 지속 입력되는 것으로 판단되는 경우 (b)와 같이 구형파 신호를 출력하는 것을 나타내고 있는 것이다. 또한 상기 원도위 컴퍼레이터 신호가 시간 t 동안 설정된 기준 값 이상 또는 이하로 판단되는 경우 MCU는 A/D 컨버터를 (c)와 같이 일정 시간 동안 동작시키고 카운터를 통하여 구형파를 카운트하고 설정된 카운트 이상인 경우 침입자의 침입으로 판단하며 알람 생성부로 하여금 알람을 울리도록 (d)와 같이 제어하는 것을 나타내고 있는 것이다.
도 5는 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법에 대한 제어 흐름도이다. 상기도 5에서 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법은 열선소자에서 출력하는 아날로그 신호를 증폭하는 단계(S11)와, 증폭된 아날로그 신호를 비교기인 윈도우 컴퍼레이터(Window Comparator)로 전송하여 비교하고 메인제어부(MCU)로 전송하는 단계(S12)와, MCU가 비교기로 입력된 증폭된 아날로그 신호의 일정시간(50ms) 이상 지속하여 입력되는지 여부를 판단하는 단계(S13)와, 상기 S13 단계에서 일정시간 지속 입력되는 경우 MCU가 A/D 컨버터를 동작시켜 증폭기에서 증폭된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호를 변환하도록 하고 수신하는 단계(S14)와, MCU가 비교기에서 수신된 신호와 A/D 컨버터가 동작하여 수신된 신호를 기초로 기준 설정값과 비교하여 침입자의 침입 부를 판단하는 단계(S15)와, S15 단계에서 침입으로 판단되는 경우 MCU가 알람생성부에 제어신호를 전송하여 알람을 생성하도록 하고(S16) 종료하는 것이다. 또한 본 발명 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법은 온도 센서로부터 온도 센서를 센싱하여 상기 출력하는 단계(S17)와, MCU가 일정시간의 동작시간(30분 ~ 1시간)마다 제2A/D 컨버터를 동작시켜 온도 센서의 출력을 수신하는 단계(S18)와, MCU가 기존의 기준 설정값을 변동하여 온도 변화에 따른 온도 보상을 하는 단계(S19)를 더 포함할 수 있는 것이다.
10 : 렌즈부, 11, 12 : 감지모듈,
20 : 신호 처리부, 30 : 판단부,
40 : 통신부, 220 :윈도우 컴퍼레이터,
300 : 열선소자, 310 ; 증폭기,
330 : 온도 센서, 250, 340 : MUC

Claims (10)

  1. 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템에 있어서,
    상기 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템은,
    물체를 감지하는 열선소자(300)와;
    상기 열선소자(300)로부터의 전기 출력 신호를 증폭하는 증폭기(310)와;
    상기 증폭기(310)의 출력 신호를 수신하여 비교하는 비교기와;
    상기 증폭기(310) 출력 신호를 입력받으며 MCU에 의하여 제어되는 A/D 컨버터(342);
    및 상기 비교기의 출력을 수신받고 일정시간 동안 설정전압 이상으로 수신되는 경우에 한하여 확실한 입력으로 인식하고 상기 A/D 컨버터(342)를 동작시키도록 제어함으로써 침입자의 침입 여부를 판단하도록 제어하는 MCU(340)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비교기는,
    윈도우 컴퍼레이터인 것을 특징으로 하는 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템.
  3. 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템에 있어서,
    상기 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템은,
    물체를 감지하는 열선소자(300)와;
    상기 열선소자(300)로부터의 전기 출력 신호를 증폭하는 증폭기(310)와;
    상기 증폭기(310)의 출력 신호를 수신하여 비교하는 비교기와;
    상기 증폭기(310) 출력 신호를 입력받으며 MCU에 의하여 제어되는 A/D 컨버터(342)와;
    외기 온도를 센싱하여 출력하는 온도 센서(330)와;
    상기 온도 센서(330)의 출력을 수신받으며 MCU에 의하여 제어되는 제2 A/D 컨버터(344);
    상기 비교기의 출력을 수신받고 주변의 온도 및 RF 노이즈 등을 고려하여 일정시간 동안 설정전압 이상으로 수신되는 경우에 한하여 확실한 입력으로 인식하고 상기 A/D 컨버터(342)를 동작시키도록 제어함으로써 침입자의 침입 여부를 판단하고 또한 일정시간 시간마다 반복되는 동작시간(wake up)마다 상기 온도 센서(330)의 출력이 수신되도록 제2 A/D 컨버터(344)를 작동하도록 제어하여 주변 온도 변화에 따른 상기 설정 전압을 변경하도록 하여 온도 보상을 하도록 제어하는 MCU(340)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비교기는,
    수신 전압이 일정 전압 이상인 경우 구형파를 출력하는 윈도우 컴퍼레이터(320)인 것을 특징으로 하는 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 시스템.
  5. 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법에 있어서,
    상기 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법은,
    열선소자에서 출력하는 아날로그 신호를 증폭하는 단계(S11)와;
    증폭된 아날로그 신호를 비교기로 전송하여 비교하고 메인제어부(MCU)로 전송하는 단계(S12)와;
    MCU가 비교기로 입력된 증폭된 아날로그 신호의 일정시간 이상 지속하여 입력되는지 여부를 판단하는 단계(S13)와;
    상기 S13 단계에서 일정시간 지속 입력되는 경우 MCU가 A/D 컨버터를 동작시켜 증폭기에서 증폭된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호를 변환하도록 하고 수신하는 단계(S14);
    및 MCU가 비교기에서 수신된 신호와 A/D 컨버터가 동작하여 수신된 신호를 기초로 기준 설정값과 비교하여 침입자의 침입 부를 판단하는 단계(S15)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 일정 시간은,
    45ms ~ 55 ms 범위인 것을 특징으로 하는 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법은,
    S15 단계에서 침입으로 판단되는 경우 MCU가 알람생성부에 제어신호를 전송하여 알람을 생성하도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법은,
    온도 센서로부터 온도 센서를 센싱하여 출력하는 단계(S17)와;
    MCU가 일정시간의 동작시간마다 제2A/D 컨버터를 동작시켜 온도 센서의 출력을 수신하는 단계(S18)
    및 MCU가 기존의 기준 설정값을 변동하여 온도 변화에 따른 온도 보상을 하는 단계(S19)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법은,
    S15 단계에서 침입자가 침입하지 아니한 것으로 판단되면 S11 단계부터 S15단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법은,
    S15 단계에서 침입자가 침입하지 아니한 것으로 판단되면 S11 단계부터 S15단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법.


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