KR20160002640A - 물체 접근 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물체 접근 감지 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변하는 센서 스트립과; 상기 센서 스트립에 연결되며, 상기 센서 스트립의 정전용량값의 변화에 따라 발진 주파수가 가변하는 RF 발진기와; 상기 RF 발진기에 연결되며, 상기 정전용량값의 변화에 따라 상기 RF 발진기의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 변화되는 경우 상기 RF 발진기가 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하며, 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수에 의해 상기 발진 주파수의 제어가 이뤄지도록 하는 위상고정루프부와, 상기 위상고정루프부에 연결되며, 상기 RF 발진기가 기준 발진 주파수를 유지하도록 상기 위상고정루프부가 제어하는 동안 상기 위상고정루프부로부터 수신하는 전기적 신호를 이용하여 물체의 접근 여부를 판단하는 MCU;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 물체 접근 감지 장치가 개시된다.

Description

물체 접근 감지 장치 {Sensing Apparatus for Approach of Object}
본 발명은 물체 접근 감지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변하는 센서 스트립과 여기에 연결되어 정전용량값 변화에 따라 발진 주파수가 가변하도록 구성된 RF 발진기를 구비하고 RF 발진기의 주파수 변화에 근거하여 물체 접근 여부를 판단하도록 구성된 물체 접근 감지 장치에 있어서, RF 발진기가 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수에 의해 주파수 제어가 이뤄지도록 위상고정루프부를 구성함으로써, 간단한 회로 구성을 이용하면서도 센서 스트립의 데드 포인트 발생에 따른 감지 불량 문제를 방지하도록 구성된 물체 접근 감지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 물체 접근 감지 장치는 크게 접촉식과 비접촉식으로 구분된다. 접촉식은 장애물과 같은 물체의 접촉으로 인해 발생하는 전기적 부하의 변화나 공압의 변화를 감지하여 물체의 접근 여부를 판단하는 방식이고, 비접촉식은 정전용량의 변화, 자기장의 변화 등을 이용하여 장애물의 접근 여부를 판단하는 방식이다.
종래의 정전용량 방식 장애물 감지장치는 도 1의 개략 구성도에 예시된 바와 같이, 정전용량을 감지하는 정전용량 감지모듈(12), 정전용량 감지모듈(12)에서 출력된 신호를 이용하여 물체의 접근여부를 판단하는 제어모듈(18), 정전용량 감지모듈(12)의 출력신호를 제어모듈(18)로 전달하는 전송라인(20)을 포함한다.
정전용량 감지모듈(12)은 예를 들어, 차량의 도어나 윈도우의 주변부를 따라 설치되는 센서 스트립(14)과 센서 스트립(14)의 단부에 결합되어 센서 스트립(14)의 정전용량을 감지하는 정전용량 감지회로(16)를 포함한다.
센서 스트립(14)은 예를 들어, 유연성이 좋은 고무재질의 절연체 내부에 얇은 띠 형태의 전도체(예, 금속재)가 삽입된 것으로서, 상기 전도체가 커패시터(capacitor)의 전극역할을 하기 때문에 근처에 접근 물체가 있는 경우의 정전용량과 없는 경우의 정전용량이 서로 다르게 나타난다. 센서 스트립(14)은 차량의 도어나 윈도우 주위 또는 슬라이딩 게이트, 엘리베이터 도어 등 다양한 대상체에 설치될 수 있다. 또한 예시된 센서 스트립(14)은 직선형태로 도시되어 있으나 필요에 따라 곡선형으로 굽혀서 설치될 수도 있다.
제어모듈(18)은 예를 들어, 정전용량 감지회로(16)의 출력신호가 입력되면 미리 설정되어 있는 기준값과 비교하여 허용범위를 벗어나는지 여부를 판단하는 역할을 한다. 이때 허용범위를 벗어난 것으로 판단되면 예를 들어, 차량의 도어나 윈도우를 자동으로 온/오프시키는 개폐모듈(30)로 제어신호를 전송하여 도어의 동작을 중단시키거나 반대방향으로 동작시킨다.
정전용량 감지회로(16)에는 예를 들어, 센서 스트립(14)과 연결된 RF 발진기가 구비되며, RF 발진기의 발진 주파수는 회로 제작시에 결정되므로, 장애물이 없는 정상적인 상태에서는 정전용량 감지회로(16)의 출력신호는 일정한 주파수를 가진다.
사람의 손이나 신체의 일부가 문이나 도어에 근접하는 경우, 센서 스트립(14)의 정전용량이 변화하게 되고, 센서 스트립(14)에 연결된 RF 발진기의 발진 주파수가 달라진다. 이렇게 RF 발진기의 발진 주파수가 달라짐에 따라, 정전용량 감지회로(16)의 출력신호가 허용 주파수범위를 벗어나면 제어모듈(18)은 장애물과 같은 물체의 접근이 있는 것으로 판단한다.
그런데, 이러한 종래의 물체 접근 감지 장치는 물체가 접근하여도 이를 감지하지 못하는 지점(이하 '데드 포인트')이 센서 스트립에 주기적으로 나타나는 문제점이 있었다.
실험에 따르면 900MHz의 RF 발진기를 사용하는 경우에는 대략 14cm의 간격으로 데드 포인트가 나타나고, 450MHz의 RF 발진기를 사용하는 경우에는 대략 28cm의 간격으로 데드 포인트가 나타난다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술의 일예로서, 대한민국 등록특허 제10-0947559호(2010.03.08.)에서는, 적어도 두 개의 RF 발진기를 사용하여 다수의 주파수를 일정주기에 따라 교번하여 발진하도록 하여 서로 다른 주파수의 조절에 따라 데드 포인트가 겹치지 않도록 하여 데드 포인트로 인한 감지불능 문제를 해결하는 구성을 제안한 바 있다.
그러나, 이렇게 두 개 이상의 RF 발진기를 사용하는 경우에는 두 개 이상의 발진회로를 사용함으로 인해 회로가 복잡하게 구성될 수밖에 없고, 두 개의 발진 회로의 사용에 따라 고장의 확률이 높아지는 문제점이 있었다. 또한 두 개의 발진회로가 위상이 동일할 때에는 이론적으로 예를 들어, 28cm 간격으로 데드 포인트가 발생할 수 있다는 문제점도 있었다.
또한, 450MHz 정도로 상대적으로 낮은 발진주파수를 갖는 RF 발진기를 사용하는 경우에는 물체 접근 감도가 떨어진다는 문제점도 있었다.
대한민국 등록특허 제10-0627922 호 (2006.09.18) 대한민국 등록특허 제10-0947559 호 (2010.03.08.)
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변하는 센서 스트립과 여기에 연결되어 정전용량값 변화에 따라 발진 주파수가 가변하도록 구성된 RF 발진기를 구비하고 RF 발진기의 주파수 변화에 근거하여 물체 접근 여부를 판단하도록 구성된 물체 접근 감지 장치에 있어서, RF 발진기가 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수에 의해 주파수 제어가 이뤄지도록 위상고정루프부를 구성함으로써, 간단한 회로 구성을 이용하면서도 센서 스트립의 데드 포인트 발생에 따른 감지 불량 문제를 방지하도록 구성된 물체 접근 감지 장치를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변하는 센서 스트립과; 상기 센서 스트립에 연결되며, 상기 센서 스트립의 정전용량값의 변화에 따라 발진 주파수가 가변하는 RF 발진기와; 상기 RF 발진기에 연결되며, 상기 정전용량값의 변화에 따라 상기 RF 발진기의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 변화되는 경우 상기 RF 발진기가 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하며, 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수에 의해 상기 발진 주파수의 제어가 이뤄지도록 하는 위상고정루프부와, 상기 위상고정루프부에 연결되며, 상기 RF 발진기가 기준 발진 주파수를 유지하도록 상기 위상고정루프부가 제어하는 동안 상기 위상고정루프부로부터 수신하는 전기적 신호를 이용하여 물체의 접근 여부를 판단하는 MCU;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 물체 접근 감지 장치가 개시된다.
바람직하게, 상기 위상고정루프부는, 상기 RF 발진기에 연결되는 가변용량 다이오드와, 상기 MCU에 의해 제어되며, 주파수감지수단을 통해 상기 RF 발진기의 발진 주파수를 지속적으로 감지하며, 상기 RF 발진기의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 변화되는 경우 주파수조정용 신호선을 통해 상기 가변용량 다이오드에 주파수조정용 전압을 공급하여 상기 RF 발진기의 발진 주파수가 상기 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하되, 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수에 의해 상기 제어가 이뤄지도록 상기 가변용량 다이오드에 적어도 2 이상의 주파수설정용 전압을 공급하는 위상고정루프IC를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위상고정루프IC는, 상기 가변용량 다이오드에 적어도 2 이상의 주파수설정용 전압을 소정의 설정 주기 사이클에 따라 공급하여, 상기 RF 발진기가 상기 설정 주기 사이클에 따라 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하며, 상기 MCU는, 상기 RF 발진기가 상기 설정 주기 사이클에 따라 각각 설정된 기준 발진 주파수를 유지하도록 상기 위상고정루프부가 제어하는 동안 상기 위상고정루프부로부터 수신하는 전기적 신호를 이용하여 하나의 설정 주기 사이클 단위로 물체의 접근 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위상고정루프부로부터 MCU가 수신하는 전기적 신호는, 상기 위상고정루프IC에서 상기 가변용량 다이오드에 공급하기 위해 출력되는 주파수조정용 전압인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 MCU는, 하나의 설정 주기 사이클을 이루는 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수별로 상기 가변용량 다이오드에 공급하기 위해 출력되는 주파수조정용 전압을 상기 위상고정루프부로부터 수신하고, 각각의 기준 발진 주파수 중 어느 하나의 기준 발진 주파수에 대한 주파수조정용 전압이 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하는 경우에 물체가 센서 스트립에 접근한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 MCU는, 상기 위상고정루프IC의 구동을 제어하는 기능과, 물체의 접근 여부를 판단하는 기능을 2 이상의 MCU가 분담하여 수행하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 센서 스트립은 고정 또는 이동되는 대상체에 설치되며, 상기 물체는 상기 대상체에 접근하거나 접근되는 장애물인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, RF 발진기가 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수에 의해 주파수 제어가 이뤄지도록 위상고정루프부를 구성함으로써, 간단한 회로 구성을 이용하면서도 센서 스트립의 데드 포인트 발생에 따른 감지 불량 문제를 방지하도록 구성된 물체 접근 감지 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 위상고정루프부 회로나 RF 발진 회로를 복수로 구성하는 등 회로를 복잡하게 구성하지 않으면서, 간단한 회로 구성을 통해서도 물체 접근 감지의 오류를 저감시키는 효과를 제공한다.
또한, 복수의 RF 발진 회로를 사용하지 않으므로, 임피던스 매칭과 같은 센서 스트립 설계 상의 난점을 근본적으로 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 물체 접근 감도가 거의 동일한 수준을 유지하는 고주파수대의 발진주파수(예, 950MHz 대 또는 그 이상의 주파수 대) 범위에서 지속적인 동작이 가능하므로, 물체 접근 감지 장치의 감지 거리 및 감도를 일정한 수준 이상으로 유지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 물체 접근 감지 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 물체 접근 감지 장치의 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 물체 접근 감지 장치의 회로 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 물체 접근 감지 장치에 따른 센서 스트립의 감지 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 물체 접근 감지 장치의 회로 구성도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 물체 접근 감지 장치에 따른 센서 스트립의 감지 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 물체 접근 감지 장치(100)는, 위상고정루프부(140, Phase Locked Loop portion)가 가변용량 다이오드(141)와, 위상고정루프 IC(142)와, 주파수 조정용 신호선(143)과, 주파수 감지수단으로서의 검출용 커패시터(144)를 포함하여 구성되며, MCU(Micro Controller Unit)가 제1 및 제2 MCU(150, 161)로 분리 구성된다.
센서 스트립(110)은 종래기술과 마찬가지로 예를 들어, 고무재질의 절연체 내부에 얇은 띠 형태의 전도체(예, 금속재)가 삽입된 형태를 가지며, RF 발진기(120)는 센서 스트립(110)에 연결되어 발진 주파수가 센서 스트립(110)에 실릴 수 있도록 되어 있다.
한편, 본 실시예의 센서 스트립은 고정 또는 이동되는 대상체에 설치되며, 상기 물체는 상기 대상체에 접근하거나 접근되는 장애물이 된다. 즉, 본 실시예에서는 자동차의 윈도우나 도어를 자동으로 여닫는 개폐모듈(170)을 예시하지만, 개폐 동작 이외에 다양한 응용 분야에서 물체의 접근 여부에 따라 제어 동작이 요구되는 경우에 본 실시예의 물체 접근 감지 장치가 적용될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 장애물 감지가 필요한 로봇 청소기, 조작자의 손의 접근 여부 감지가 필요한 비접촉식 전기 스위치 등이 본 실시예의 센서 스트립이 설치되는 대상체가 될 수 있다.
상기 RF 발진기(120)는 예컨데, 전압으로 주파수를 조정할 수 있는 VCO(Voltage Control Oscilltor)가 바람직하나, 본 발명에 있어 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
본 실시예의 RF 발진기(120)에서 발진되는 주파수는 예를 들어, 950MHz∼1.05GHz의 기준 발진 주파수를 갖도록 제어된다.
바람직하게, 본 실시예의 RF 발진기(120)에서 발진되는 주파수는 예를 들어, 950MHz, 1GHz, 1.05GHz(1050MHz)와 같이 적절한 주파수 간격을 갖는 적어도 2 이상의 주파수(바람직하게는 3~5 개 정도)가 기준 발진 주파수로 설정되고, 소정의 설정 주기 사이클에 따라 상기와 같은 복수의 기준 발진 주파수로 RF 발진기(120)가 발진되도록 제어되어 센서 스트립(110)에도 상기와 같은 복수의 기준 발진 주파수가 설정 주기 사이클에 따라 실릴 수 있도록 구성된다. 상기 설정 주기는 예를 들어, 0.01~0.1 초와 같이 짧은 시간 간격에 따라 순차적 또는 랜덤한 형태로 미리 설정된 복수의 기준 발진 주파수가 발진되도록 제어 조건이 설정될 수 있다. 상기와 같이 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수에 의해 상기 제어가 이뤄지도록 위상고정루프IC(142)는 상기 가변용량 다이오드(141)에 각 기준 발진 주파수를 생성하기 위한 적어도 2 이상의 주파수설정용 전압을 공급하도록 구성된다.
상술한 기준 발진 주파수의 설정 주기 사이클은 하기 표 1과 같이 예시적으로 이해될 수 있다.
설정 주기
순서		 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ...
시간(초) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 ...
기준 발진
주파수(MHz)		 950 1000 1050 950 1000 1050 950 1000 1050 ...
상기와 같은 설정 주기 사이클 형태의 기준 발진 주파수 제어에 따라, 센서 스트립(110)에 발생할 수 있는 데드 포인트의 간격 및 위치가 짧은 시간 간격에 따라 계속 변화하므로, 데드 포인트로 인한 감지불능 문제가 방지될 수 있게 된다. 이를 위하여, 상기 설정 주기는, 센서 스트립(110)에 대한 물체의 예상 접근 속도에 비해 매우 빠른 속도로 기준 발진 주파수가 지속적으로 변경 되도록 그 시간 조건이 설정되는 것이 바람직하다.
도 4는 상기와 같은 설정 주기 사이클에 따라 센서 스트립(110)에 발생되는 데드 포인트의 위치가 변화되는 상태를 예시하고 있다. 일반적으로, 발진 주파수가 높을 수록 데드 포인트 간의 간격이 더 좁게 형성되므로, 상술한 표 1과 같이 기준 발진 주파수의 설정 주기 사이클이 설정되는 경우, 950MHz -> 1000MHz -> 1050MHz -> 950MHz 의 순서로 기준 발진 주파수가 변화함에 따라, 도 4의 (a) -> (b) -> (c) -> (a) 와 같이 데드 포인트의 위치 및 간격도 변화되는 것으로 이해될 수 있다. 도 4는 데드 포인트 간의 간격 변화 상태가 용이하게 이해될 수 있도록 다소 과장되게 묘사한 것으로 이해될 수 있으며, 예를 들어 950MHz -> 1000MHz -> 1050MHz -> 950MHz 의 순서로 기준 발진 주파수가 변화하는 경우, 대략 13cm -> 12cm -> 11cm -> 13cm 와 같이 데드 포인트 간격 변화가 이뤄질 수 있다.
상기 위상고정루프부(140)는 RF 발진기(120)의 발진 주파수를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 수행한다. 즉, 상기 위상고정루프부(140)는 설정된 기준 발진 주파수와 센서 스트립(110)의 정전용량값의 변화에 따른 발진 주파수와의 차이를 자동적으로 보정(補正) 또는 유지할 수 있도록 구성된 주파수 제어회로(制御回路)로 이해될 수 있다.
즉, 정전용량값의 변화에 따라 상기 RF 발진기(120)의 발진 주파수가 변화되는 경우 상기 RF 발진기(120)가 설정된 기준 발진 주파수를 항상 유지하도록 조절하는 회로가 PLL이다. 이러한, 위상고정루프부(140)의 상세 회로 구성은 상기 발진 주파수 유지 기능이 제공되는 범위 내에서 일부 변형 구성이 이뤄질 수도 있다.
상기 위상고정루프부(140)는 일단이 RF 발진기(120)에 연결되는 가변용량 다이오드(141)와, 위상고정루프IC(142)와, 위상고정루프IC(142)와 가변용량 다이오드(141)를 연결하는 주파수조정용 신호선(143)과, 주파수 검출용 커패시터(144)를 포함한다.
상기 가변용량 다이오드(141)는 인가되는 전압에 따라 정전용량이 가변하는 성질을 가지며, 일단이 주파수조정용 신호선(143)에 연결되는 한편 타단은 접지된다. 따라서, 물체의 접근 등에 의해 RF 발진기(120)의 발진 주파수가 설정 주기 사이클에 따라 발진 제어된 해당 시점의 기준 발진 주파수로부터 벗어나려고 하여, 이를 능동적으로 조정하거나 변경할 필요가 있는 경우에는, 상기 가변용량 다이오드(141)에 주파수조정용 전압을 인가하거나 인가 중인 주파수조정용 전압을 적절하게 변경하면 된다.
주파수조정용 전압을 인가 또는 변경한다는 것은, 다른 관점에서 해당 시점의 기준 발진 주파수를 발진시키기 위해 가변용량 다이오드(141)에 당초 인가되었던 해당 시점의 주파수설정용 전압에 더해, 주파수조정용 전압을 + 또는 - 의 조건으로 더욱 인가한다는 것으로 이해될 수 있다. 또 다른 관점에서 해당 시점의 주파수설정용 전압을 대신하여 기준 발진 주파수를 적응적으로 유지하기 위한 주파수조정용 전압을 인가한다는 관점으로 이해될 수도 있다.
RF 발진기(120)와 위상고정루프IC(142)는 가변용량 다이오드(141)에 대하여 병렬로 연결된다.
위상고정루프IC(142)는 검출용 커패시터(144)를 통해 RF 발진기(120)의 발진 주파수를 지속적으로 감지하는 한편, 상기 주파수조정용 신호선(143)을 통해 상기 가변용량 다이오드(141)에 주파수조정용 전압을 공급하여 RF 발진기(120)의 발진 주파수를 일정하게 유지시키는 역할을 한다.
상기 주파수조정용 신호선(143)에는 공급되는 전원을 DC전원으로 변환하는 루프필터(145)가 설치될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 예를 들어, 차량의 도어나 윈도우가 닫히는 동작모드에서 위상고정루프부(140)의 위상고정루프 IC(142)를 이용하여 RF 발진기(120)의 발진 주파수를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.
즉, 센서 스트립(110)에 물체(장애물)가 접근하여 정전용량이 변화하면 RF 발진기(120)의 발진 주파수가 변화하려고 하기 때문에, 이때에는 위상고정루프IC(142)에서 가변용량 다이오드(141)에 인가하는 주파수조정용 전압을 적절히 변화시킴으로써 발진 주파수를 일정하게 유지시킨다.
여기서, 주파수설정용 전압이 설정값을 유지하는 경우란 물체의 접근 없이 RF 발진기(120)의 발진 주파수가 설정 주기 사이클에 따라 주기적으로 변화하는 기준 발진 주파수를 유지하고 있는 상태로 이해될 수 있으며, 주파수조정용 전압을 공급하는 경우란 물체의 접근에 따라 RF 발진기(120)의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 + 또는 - 방향으로 가변되고자 하는 상태에서 주파수조정용 전압을 더욱 인가(주파수설정용 전압의 당초 설정값보다 + 또는 - 가 더욱 되도록 인가)하여 RF 발진기(120)의 발진 주파수가 설정 주기 사이클에 따라 주기적으로 변화하는 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하는 상태로 이해될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 위상고정루프IC(142)는, 상기 가변용량 다이오드(141)에 적어도 2 이상의 주파수설정용 전압을 소정의 설정 주기 사이클에 따라 가변적으로 공급하여, 상기 RF 발진기(120)가 상기 설정 주기 사이클에 따라 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수를 가변적으로 유지하도록 제어한다.
상기 MCU(Micro Controller Unit)는 상기 위상고정루프부(140)에 연결되어 상기 정전용량값의 변화에 따른 RF 발진기(120)의 발진 주파수 값의 변화(또는 이를 기준 발진 주파수로 유지하기 위한 주파수조정용 전압값의 변화)에 근거하여 물체의 접근 여부를 판단하게 되는데, 이를 위해 MCU(150 또는 261)에는 RF 발진기(220)의 기준 발진 주파수 값이 미리 설정될 수 있다.
즉, 물체의 접근에 따라 센서 스트립(110)에서 정전용량값이 가변하는 경우에, RF 발진기(120)의 발진 주파수가 변화하고자 하게 되고, 이에 따라 위상고정루프부(140)에서는 RF 발진기(120)에 인가되는 전압을 제어하여 주파수의 변화를 상쇄하여 RF 발진기(120)의 발진 주파수를 일정하게 유지하게 된다.
특히, 본 실시예의 MCU(150 또는 161)는, 상기 RF 발진기(120)가 상기 설정 주기 사이클에 따라 각각 설정된 기준 발진 주파수를 유지하도록 상기 위상고정루프부(140)가 제어하는 동안 상기 위상고정루프부(140)로부터 수신하는 전기적 신호를 이용하여 하나의 설정 주기 사이클 단위로 물체의 접근 여부를 판단한다. 이에 대한 상세한 내용은 후술한다.
한편, 본 실시예에서는, 제1 MCU(150)가 정전용량감지회로내에 설치되어 위상고정루프부(140)의 위상고정루프IC(142)의 구동을 제어하는 한편, 루프필터(145)에 연결되는 전압감지선(152)을 통해 주파수조정용 전압의 변화를 감지한다. 그리고 감지된 전압값을 토대로 물체의 접근 여부를 직접 판단할 수도 있고, 감지된 전압값을 제어모듈(160)의 제2 MCU(161)로 전송하여 제2 MCU(161)에서 물체의 접근 여부를 판단하도록 할 수도 있다.
또한, 제어모듈(160)은 제2 MCU(161), 입력부(162), 통신인터페이스(164), 전원부(163) 등을 포함한다.
제2 MCU(161)는 제1 MCU(160)의 주파수조정용 전압의 변화에 대한 출력신호를 감지하여 접근 물체의 접근 여부를 판단하는 한편, 차량의 윈도우나 도어를 자동으로 여닫는 개폐모듈(170)의 동작여부를 감지하여 소정의 제어신호를 전송라인(151)을 통해 제1 MCU(150)로 전송하는 역할을 한다.
또한, 상기 제2 MCU(161)에 연결된 입력부(162)는 사용자가 조작신호나 리셋(reset) 신호 등을 입력하는 부분이며, 전원부(163)는 센서 스트립(110), RF 발진기(120), 위상고정루프부(140), 및 제1 MCU(150)로 구동전원을 공급하는 역할을 수행하는 것으로서 예를 들어 DC 5V의 직류전원을 제공한다. 상기 통신 인터페이스(164)는 외부의 개폐모듈(170)과 통신하는 인터페이스이다.
제1 MCU(150)와 제어모듈(160)의 제2 MCU(161)를 연결하는 전송라인(151)은 정전용량 감지회로의 내부에서 제어신호라인(154)과 전원선(155)으로 분기된다.
제어신호라인(154)은 제어모듈(160)에서 공급되는 구형파 또는 사인파 형태의 제어신호를 전송하기 위한 것으로서, 제어모듈(160)에서 공급되는 DC전원신호를 차단하기 위해 중간에 DC필터(153)가 설치된다.
전원선(155)은 제어모듈(160)의 전원부(163)에서 공급되는 DC전원을 RF 발진기(120), 위상고정루프부(140), 제1 MCU(150) 등에 공급하기 위한 것이며, 상기 전원선(155)에는 구형파, 사인파 등의 제어신호를 차단하기 위한 AC필터(156)가 설치된다.
따라서, 상기한 제1 MCU(150)와 제어모듈(160)을 연결하는 전송라인(151)에는 제어모듈(160)의 전원부(163)에서 공급되는 DC 전원(예, DC 5V)과, 제2 MCU(161)에서 출력된 구형파 또는 사인파 제어신호, 제1 MCU(150)에서 제2 MCU(161)로 전달되는 물체의 접근 여부에 대한 정보신호 또는 주파수조정용 전압에 대한 정보신호 등이 함께 전송되게 된다.
전술한 바와 같이 물체의 접근 여부는 제1 MCU(150) 또는 제2 MCU(161)에서 판단할 수 있으며, 어떠한 방법에 의해서든지 일단 물체가 접근하는 것으로 판단되면, 제2 MCU(161)는 개폐모듈(170)을 제어하여 문닫는 동작을 중단시키거나 반대 방향으로 동작시킨다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 물체 접근 감지 장치에 따른 물체 접근 감지 동작을 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, RF 발진기(120)에서 발진되는 기준 발진 주파수(예를 들어, 950MHz∼1.05GHz)에 해당하는 주파수가 센서 스트립(110)에 실리게 된다.
이를 위해, 위상고정루프IC(142)는, 상기 가변용량 다이오드(141)에 적어도 2 이상의 주파수설정용 전압을 소정의 설정 주기 사이클에 따라 공급하여, 상기 RF 발진기(120)가 상기 설정 주기 사이클에 따라 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어한다.
이때, 상술한 기준 발진 주파수와 이를 유지하기 위해 출력하는 주파수설정용 전압은 제1 MCU(150)(및/또는 제2 MCU(161))에 설정해 두고 위상고정루프IC(142)를 통해 RF 발진기(120)의 기준 발진 주파수가 유지될 수 있도록 한다.
특히, 상기와 같이, 설정 주기 사이클에 따라 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하기 위해, 제1 MCU(150)(및/또는 제2 MCU(161))에는 각 기준 발진 주파수에 대응하는 적어도 2 이상의 주파수설정용 전압이 설정된다.
한편, 물체의 접근에 따라 가변하는 RF 발진기(120)의 발진 주파수를 기준 발진 주파수로 유지(또는 복원)시키기 위해서는, 어느 정도의 주파수조정용 전압을 인가해야 하는지를 판단할 수 있는 소프트웨어를 탑재하거나 해당 알고리즘을 구현하는 하드웨어를 구비하고 있어야 한다.
이러한 기준 발진 주파수, 주파수설정용 전압의 설정값 등을 제1 MCU(156)(및/또는 제2 MCU(161))에 설정해 두고 위상고정루프(152)를 제어하도록 하는 것도 가능하다.
기준 발진 주파수와 주파수설정용 전압의 설정값이 설정된 상태에서, 사용자가 문닫힘 버튼 등을 조작하면 제어모듈(160)은 개폐모듈(170)을 동작시키는 한편 물체 접근 감지장치를 대기상태에서 동작모드로 전환시킨다.
물체 접근 감지장치가 대기상태에 있는 경우, 예를 들어 차량의 도어나 윈도우가 오픈되어 있는 경우에는 RF 발진기(120)는 임의의 주파수로 동작하거나 동작이 중단된 상태에 있다.
대기상태의 시스템을 동작모드로 전환시키기 위해서는 제어모듈(160)의 제2 MCU(161)가 예를 들어 구형파 또는 사인파 형태의 제어신호를 전송라인(151)을 통해 제1 MCU(150)로 전송한다.
동작모드에서 물체가 접근하여 센서 스트립(110)의 정전용량이 달라지면 발진 주파수가 기준 발진 주파수에서 벗어나려고 하게 되므로, 위상고정루프IC(142)는 기준 발진 주파수를 유지하기 위해 주파수설정용 전압에 더해(또는 대신하여) 주파수조정용 전압을 출력하여 가변용량 다이오드(141)의 정전용량을 조절함으로써 발진 주파수를 기준 발진 주파수로 유지시킨다.
이때, 제1 MCU(150)는 위상고정루프IC(142)에서 출력되는 주파수조정용 전압을 전압감지선(153)을 통해 감시하고 있다가 검출된 주파수조정용 전압을 기준값과 비교하여 허용범위를 벗어나는지 여부를 판단하거나, 검출된 주파수조정용 전압값을 제2 MCU(161)로 전송한다.
제1 MCU(150) 또는 제2 MCU(161)에서 주파수조정용 전압이 설정된 허용범위를 벗어난 것으로 판단되면, 제어모듈(160)의 제2 MCU(161)는 제어신호를 송출하여 개폐모듈(170)의 동작을 중단시키거나 반대방향으로 동작시킨다.
만일 문이 닫히는 과정(동작모드)에서 별다른 물체가 없다면 위상고정루프IC(142)에서 출력되는 주파수조정용 전압은 기준값의 허용 범위(당초 설정된 주파수설정용 전압을 기준으로 한 허용 범위) 내의 상태를 계속 유지할 것이고, 문닫는 동작은 정상적으로 진행된다.
한편, 상기와 같은 제어 과정에서, 상기 MCU(150 또는 161)는, 하나의 설정 주기 사이클을 이루는 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수별로 상기 가변용량 다이오드(141)에 공급하기 위해 출력되는 주파수조정용 전압을 상기 위상고정루프부(140)로부터 수신하고, 각각의 기준 발진 주파수 중 어느 하나의 기준 발진 주파수에 대한 주파수조정용 전압이 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하는 경우에 물체가 센서 스트립(110)에 접근한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 기준 발진 주파수의 설정 주기 사이클이 950MHz -> 1000MHz -> 1050MHz 으로 변화되는 것을 하나의 사이클로 설정한 경우, 기준 발진 주파수가 950MHz 일 때에 주파수조정용 전압이 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하거나, 기준 발진 주파수가 1000MHz 일 때에 주파수조정용 전압이 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하거나, 기준 발진 주파수가 1050MHz 일 때에 주파수조정용 전압이 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하는 경우 중의 어느 하나의 경우가 발생하면, 물체가 센서 스트립(110)에 접근한 것으로 판단할 수 있다.
다른 예로서, 상기 MCU(150 또는 161)는, 하나의 설정 주기 사이클을 이루는 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수별로 상기 가변용량 다이오드(141)에 공급하기 위해 출력되는 주파수조정용 전압을 상기 위상고정루프부(140)로부터 수신하고, 하나의 설정 주기 사이클별로, 각각의 기준 발진 주파수에 대한 주파수조정용 전압의 해당 설정 주기 사이클에서의 평균값이 미리 설정된 전기적 신호 평균기준값의 허용범위를 초과하는 경우에 물체가 센서 스트립(110)에 접근한 것으로 판단할 수도 있다.
예를 들어, 기준 발진 주파수의 설정 주기 사이클이 950MHz -> 1000MHz -> 1050MHz 으로 변화되는 것을 하나의 사이클로 설정한 경우, 기준 발진 주파수가 950MHz 일 때에 주파수조정용 전압이 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하는 정도(또는 비율)와, 기준 발진 주파수가 1000MHz 일 때에 주파수조정용 전압이 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하는 정도(또는 비율)와, 기준 발진 주파수가 1050MHz 일 때에 주파수조정용 전압이 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하는 정도(또는 비율)를 합산 평균하여, 그 평균값이 미리 설정된 전기적 신호 평균기준값의 허용범위(하나의 사이클에 대한 허용범위)를 초과하는 경우에 물체가 센서 스트립(110)에 접근한 것으로 판단할 수도 있다. 이렇게 평균값의 개념으로 물체의 접근 여부를 판단하는 경우에는, 복수의 기준 발진 주파수를 종합적으로 고려하여 물체 접근 감지 여부를 판단할 수 있다는 점에서, 더욱 정확한 물체 접근 여부의 판단이 가능하다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 물체 접근 감지 장치의 회로 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 일실시예에 따른 물체 접근 감지 장치(200)는, 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변하는 센서 스트립(210)과, 상기 센서 스트립(210)에 연결되며, 상기 센서 스트립(210)의 정전용량값의 변화에 따라 발진 주파수가 가변하는 RF 발진기(220)와, 상기 RF 발진기(220)에 연결되며, 상기 정전용량값의 변화에 따라 상기 RF 발진기(220)의 발진 주파수가 변화되는 경우 상기 RF 발진기(220)가 설정된 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하는 위상고정루프부(240)와, 상기 위상고정루프부(240)에 연결되며, 상기 RF 발진기(220)가 기준 발진 주파수를 유지하도록 상기 위상고정루프부(240)가 제어하는 동안 상기 위상고정루프부(240)로부터 수신하는 전기적 신호를 이용하여 물체의 접근 여부를 판단하는 MCU(251)를 포함하여 이루어진다.
도 3의 실시예의 위상고정루프부(240)는 상세 구성면에서 상술한 도 2에 따른 실시예의 위상고정루프부(140)와 동일한 구성으로 이해될 수 있으므로, 중복 설명은 생략한다.
RF 발진기(220)도 도 2의 실시예와 마찬가지로 센서 스트립(210)에 연결되어 발진 주파수가 센서 스트립(210)에 실릴 수 있도록 되어 있으며, 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에서는, 상기 센서 스트립(210)의 정전용량이 달라지면 이에 대응하는 신호를 출력하는 RF 발진기(220)와 위상고정루프부(240)로 이루어지는 정전용량 감지회로(도면 번호 미부여)가 구성된다. 또한, 상기 정전용량 감지회로(도면 번호 미부여)는 제어모듈(250)과 전기적으로 연결되어 위상고정루프부(240)의 출력신호를 전달받아 물체의 접근 여부를 판단하는 한편, 예를 들어, 자동차의 윈도우나 도어를 자동으로 여닫는 개폐모듈(260)의 동작여부를 감지하여 소정의 제어신호를 전달하도록 하고 있다.
RF 발진기(220)의 발진 주파수 제어를 위한 주파수조정용 전압값은 전기적 신호의 형태로 ADC(Analog-to-Digital Converter)(252)를 거쳐 MCU(251)로 전송되며, 입력된 전기적 신호값이 MCU(251)에 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하는 경우에는 물체가 센서 스트립(210)에 접근하였음을 판단하게 된다.
한편, 상기한 제어모듈(250)은 MCU(251), 입력부(253), 전원부(254) 및 통신 인터페이스(255) 등을 포함한다. 이러한 입력부(253), 통신인터페이스(255), 및 전원부(254)는 전술한 도 2의 실시예와 동일 기능의 구성으로 이해될 수 있으며, 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기한 MCU(251)는 위상고정루프부(240)에서 출력되는 전기적 신호(예, 주파수 조정용 전압값)을 감지하여 물체의 접근 여부를 판단하는 한편, 자동차의 윈도우나 도어를 자동으로 여닫는 개폐모듈(260)의 동작여부를 감지하여 소정의 제어신호를 정전용량 감지회로의 위상고정루프부(240)로 전송하는 역할을 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.
100: 물체 접근 감지 장치 110: 센서 스트립
120: RF 발진기 140: 위상고정루프부
141: 가변용량 다이오드 142: 위상고정루프IC
143: 주파수조정용 신호선 144: 검출용 커패시터
145: 루프 필터 150: 제1 MCU
151: 전송 라인 152: 전압감지선
153: DC필터 154: 제어신호라인
155: 전원선 156: AC필터
160: 제어 모듈 161: 제2 MCU
162: 입력부 163: 전원부
164: 통신인터페이스 170: 개폐 모듈

Claims (7)

  1. 물체의 접근에 따라 정전용량값이 가변하는 센서 스트립과;
    상기 센서 스트립에 연결되며, 상기 센서 스트립의 정전용량값의 변화에 따라 발진 주파수가 가변하는 RF 발진기와;
    상기 RF 발진기에 연결되며, 상기 정전용량값의 변화에 따라 상기 RF 발진기의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 변화되는 경우 상기 RF 발진기가 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하며, 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수에 의해 상기 발진 주파수의 제어가 이뤄지도록 하는 위상고정루프부와,
    상기 위상고정루프부에 연결되며, 상기 RF 발진기가 기준 발진 주파수를 유지하도록 상기 위상고정루프부가 제어하는 동안 상기 위상고정루프부로부터 수신하는 전기적 신호를 이용하여 물체의 접근 여부를 판단하는 MCU;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 물체 접근 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상고정루프부는,
    상기 RF 발진기에 연결되는 가변용량 다이오드와,
    상기 MCU에 의해 제어되며, 주파수감지수단을 통해 상기 RF 발진기의 발진 주파수를 지속적으로 감지하며, 상기 RF 발진기의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 변화되는 경우 주파수조정용 신호선을 통해 상기 가변용량 다이오드에 주파수조정용 전압을 공급하여 상기 RF 발진기의 발진 주파수가 상기 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하되, 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수에 의해 상기 제어가 이뤄지도록 상기 가변용량 다이오드에 적어도 2 이상의 주파수설정용 전압을 공급하는 위상고정루프IC를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 물체 접근 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위상고정루프IC는,
    상기 가변용량 다이오드에 적어도 2 이상의 주파수설정용 전압을 소정의 설정 주기 사이클에 따라 공급하여, 상기 RF 발진기가 상기 설정 주기 사이클에 따라 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하며,
    상기 MCU는,
    상기 RF 발진기가 상기 설정 주기 사이클에 따라 각각 설정된 기준 발진 주파수를 유지하도록 상기 위상고정루프부가 제어하는 동안 상기 위상고정루프부로부터 수신하는 전기적 신호를 이용하여 하나의 설정 주기 사이클 단위로 물체의 접근 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 물체 접근 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위상고정루프부로부터 MCU가 수신하는 전기적 신호는, 상기 위상고정루프IC에서 상기 가변용량 다이오드에 공급하기 위해 출력되는 주파수조정용 전압인 것을 특징으로 하는 물체 접근 감지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 MCU는,
    하나의 설정 주기 사이클을 이루는 적어도 2 이상의 기준 발진 주파수별로 상기 가변용량 다이오드에 공급하기 위해 출력되는 주파수조정용 전압을 상기 위상고정루프부로부터 수신하고,
    각각의 기준 발진 주파수 중 어느 하나의 기준 발진 주파수에 대한 주파수조정용 전압이 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하는 경우에 물체가 센서 스트립에 접근한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 물체 접근 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 MCU는, 상기 위상고정루프IC의 구동을 제어하는 기능과, 물체의 접근 여부를 판단하는 기능을 2 이상의 MCU가 분담하여 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 물체 접근 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서 스트립은 고정 또는 이동되는 대상체에 설치되며, 상기 물체는 상기 대상체에 접근하거나 접근되는 장애물인 것을 특징으로 하는 물체 접근 감지 장치.
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