KR20180067372A - Smart vehicle control system using field programmable gate array and raspberry pi - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA) 및 라즈베리 파이(Raspberry Pi)를 이용한 지능형 자동차 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an intelligent automotive control system using a Field Programmable Gate Array (FPGA) and a Raspberry Pi.
현대 사회에서는 컴퓨터와 센서 기술이 발달하면서 자율주행 자동차, 전기 자동차와 같이 자동차 산업이 다방면으로 확장되고 있다. In modern society, as the computer and sensor technologies are developed, automobile industries such as autonomous vehicles and electric vehicles are expanding in various fields.
운전 중에는 잠시의 순간이라도 졸게 되면 대형 사고로 이어진다. 또한 운전을 시작한지 얼마 되지 않은 사람의 경우 운전 중 실수를 할 가능성이 크다. If you sleep for a moment while driving, it will lead to a major accident. In addition, a person who has just started driving is more likely to make a mistake while driving.
운전에 익숙하지 않은 많은 사람들이 사고를 두려워하고 그 가족들은 미숙한 운전자를 걱정한다. 늦은 시간까지 야근 후 퇴근하는 직장인들은 졸음운전을 하게 되는 경우가 많다. 졸음이 올 때 잠시 멈춰서 휴식을 취한다 하여도 순간적으로 졸음이 오는 경우가 생길 수 있으며 이는 대형 사고로 이어진다. 빠르게 목적지에 도달하기 위해 제한 속도를 지키지 않는 운전자가 많다. 마찬가지의 이유로 빠른 속도로 주행하다가 급정거를 하는 운전자 또한 많은데 이는 사고 위험이 커질 뿐 아니라 불필요한 감속, 가속으로 인해 에너지를 낭비하게 된다. Many people who are unfamiliar with driving are afraid of accidents and their families worry about inexperienced drivers. Workers who leave the workplace late at night often go to sleepy driving. Even if you pause for a while when you are drowsy, you may get drowsy momentarily, which leads to a major accident. Many drivers do not follow the speed limit to reach their destination quickly. For the same reason, there are also many drivers who run at high speed and suddenly stop, which not only increases the risk of accidents but also wastes energy due to unnecessary deceleration and acceleration.
이러한 상황에서 보다 안전하게 주행할 수 있고 효율적으로 에너지를 사용할 수 있도록 하는 자동차 제어 기술이 필요하다.In this situation, there is a need for automobile control technology that can run safely and use energy efficiently.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 운전자에게 보다 안전한 도로 주행 환경을 조성해주고, 실시간으로 도로 상황을 파악하고 운전 미숙, 졸음 운전 등으로 인한 사고를 줄일 수 있으며, 불시의 상황에서 사고 위험을 줄여 안전한 주행을 할 수 있는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA) 및 라즈베리 파이(Raspberry Pi)를 이용한 지능형 자동차 제어 시스템을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a driver with safer road driving environment, to grasp road conditions in real time, to reduce accidents due to insufficient driving, sleeping driving, etc., (FPGA) and Raspberry Pi, which are capable of realizing an intelligent automobile control system capable of realizing an intelligent automobile control system.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 지능형 자동차 제어 시스템은 자동차의 전면부에 각각 장착되는 적외선 센서, 초음파 센서 및 카메라, 상기 적외선 센서 및 상기 초음파 센서와 연결되어 상기 적외선 센서 및 상기 초음파 센서로부터 각각의 센싱값을 수신하고, 자동차를 제어하는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA) 모듈, 그리고 상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈과 연결되어 상기 각각의 센싱값을 수신하고, 상기 카메라가 촬영한 이미지를 분석하며, 상기 각각의 센싱값을 분석한 결과 및 상기 이미지를 분석한 결과에 기초하여 상기 자동차의 주행 여부 및 주행 방향을 결정하고, 결정에 따른 자동차 제어 신호를 상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈로 출력하는 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 모듈을 포함한다.According to an aspect of the present invention, an intelligent automobile control system includes an infrared sensor, an ultrasonic sensor, and a camera, respectively, mounted on a front portion of an automobile, the infrared sensor, and the ultrasound sensor, A field programmable gate array (FPGA) module for receiving a sensing value, controlling a vehicle, and a field programmable gate array (FPGA) module for receiving the respective sensing values, Determining a running direction and a running direction of the automobile based on a result of analyzing each of the sensed values and a result of analyzing the sensed value, and transmitting a vehicle control signal according to the determination to the field programmable gate array Raspberry Pi modules that output to the FPGA module .
또한, 지능형 자동차 제어 시스템은 강우를 감지하면, 강우 발생 신호를 출력하는 강우량 센서, 자동차의 전면 유리에 장착된 와이퍼를 구동시키는 서보 모터, 그리고 상기 자동차의 전면에 장착된 웹 캠(webcam)을 더 포함하고,In addition, when the intelligent automobile control system senses rainfall, a rainfall sensor that outputs a rainfall occurrence signal, a servo motor that drives a wiper mounted on a windshield of an automobile, and a web cam mounted on the front of the automobile Including,
상기 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 모듈은,The Raspberry Pi module,
상기 이미지를 분석하여 인식한 신호등 색상이 빨강색이면 상기 정지 신호를 출력하고, 초록색이면 주행 신호를 출력하는 신호등 감지부, 상기 이미지를 분석하여 인식한 표지판에 따른 주행 여부를 결정하여 결정에 따른 자동차 제어 신호를 출력하는 표지판 인식부, 상기 강우량 센서로부터 강우 발생이 감지되면, 상기 서보 모터를 구동하는 신호를 출력하는 강우량 감지부, 그리고 와이파이 통신을 통하여 상기 웹 캠이 촬영하는 영상 신호를 스마트폰 앱으로 전달하는 모니터링 제어부를 포함할 수 있다.A traffic light sensing unit for analyzing the image and outputting the stop signal if the recognized traffic light color is red and outputting a traveling signal if the recognized traffic light color is green, A rain detection unit for outputting a signal for driving the servo motor when rainfall is detected from the rainfall sensor, and a video signal captured by the web cam through a WiFi communication, To a monitoring control unit.
상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈은, The field programmable gate array (FPGA)
상기 적외선 센서를 통해 수신한 센싱값을 토대로 인식한 차선에 따라 상기 자동차의 방향을 제어하는 신호를 출력하는 차선 인식부, 상기 초음파 센서를 통해 수신한 센싱값을 토대로 장애물이 감지되면 주행을 멈추기 위한 정지 신호 또는 감속 신호를 출력하는 장애물 감지부, 그리고 배터리 잔량을 측정하여 배터리 잔량에 따라 단계 별로 전원이 인가되는 LED 개수를 달리하여 배터리 잔량을 외부에 표시하는 차량 배터리 잔량 측정부를 포함할 수 있다.A lane recognition unit for outputting a signal for controlling the direction of the vehicle according to a lane recognized based on a sensed value received via the infrared sensor, and a lane recognition unit for stopping the vehicle when an obstacle is detected based on the sensed value received through the ultrasonic sensor An obstacle detection unit for outputting a stop signal or a deceleration signal, and a vehicle battery remaining amount measurement unit for measuring the remaining amount of the battery and displaying the remaining amount of the battery on the outside by varying the number of LEDs to which power is supplied in each step according to the remaining amount of the battery.
상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈은,The field programmable gate array (FPGA)
내장 클럭을 이용하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하고, 상기 PWM 신호를 이용하여 상기 초음파 센서의 측정 주기, 초음파 발생 시간 및 초음파 반사시간을 측정하기까지 지연 시간을 결정하여 상기 초음파 센서로 출력할 수 있다.A pulse width modulation (PWM) signal is generated by using a built-in clock, and a delay time is measured until the measurement cycle of the ultrasonic sensor, the ultrasonic wave generation time, and the ultrasonic wave reflection time are measured using the PWM signal, can do.
상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈은,The field programmable gate array (FPGA)
릴레이 회로를 이용하여 상기 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 모듈로부터 자동차 제어 신호를 수신할 수 있다.A relay circuit may be used to receive the automotive control signal from the Raspberry Pi module.
본 발명의 실시 예에 따르면, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 보드와 라즈베리 파이에 센서들과 카메라를 부착하여 실시간으로 도로 상황을 파악하고 운전 미숙, 졸음 운전으로 인한 사고를 줄일 수 있다. According to the embodiment of the present invention, sensors and a camera are attached to a field programmable gate array (FPGA) board and a raspberry pie, so that the road situation can be grasped in real time and accidents caused by insufficient driving and drowsy driving can be reduced.
또한, 운전자의 가족이 주행 영상을 실시간으로 볼 수 있도록 함으로써 걱정을 덜게 만들고, 위급한 상황이 생겼을 경우 신속히 대처하며, 불필요한 주행을 없애 차량의 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.In addition, by allowing the driver's family to see the driving images in real time, it is possible to reduce the anxiety, promptly respond to an emergency situation, and eliminate the unnecessary driving, thus enabling more efficient use of the energy of the vehicle.
또한, 차선 이탈을 방지하고 장애물을 탐지하여 그에 맞춰 동작하기 때문에 사용자의 집중력이 떨어진 상황이나 미숙한 운전 실력으로 인한 사고 위험이 감소한다. In addition, since the lane departure is avoided and obstacles are detected and operated accordingly, the risk of accidents due to the concentration of the user or an inexperienced driving skill is reduced.
또한, 차량 이외에도 오토바이, 전동보드 등 많은 사람이 이용하는 것들에 간단하게 센서를 장착하여 사고 위험을 감소시킬 수 있고, 헬리콥터에 전방으로 센서를 장착하여 새와 같은 장애물들을 회피하여 충돌 위험을 방지할 수 있다. In addition to vehicles, it is possible to reduce the risk of accidents by installing sensors on many things such as motorcycles, electric boards, etc., and to prevent the risk of collision by avoiding obstacles such as birds by attaching sensors to the helicopter forward have.
또한, 배달용 드론에 활용 가능한데, 드론 전방에 센서를 장착하여 장애물 충돌을 방지하고, 원격으로 비행 영상을 확일 할 수 있도록 하여 갑작스러운 기상 변화 등 과 같은 변화에 사용자가 신속히 대처할 수 있다.In addition, it can be applied to delivery drone. The sensor can be installed in the front of the drone to prevent obstacle collision, and it is possible to remotely view the flight image, so that the user can quickly cope with the change such as sudden weather change.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 자동차 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 라즈베리 파이 모듈의 세부 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 자동차 제어 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a configuration diagram of an intelligent automobile control system according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows a detailed configuration of the raspberry pie module of Fig.
3 is a flowchart illustrating an intelligent automobile control method according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module," and " module ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA) 및 라즈베리 파이(Raspberry Pi)를 이용한 지능형 자동차 제어 시스템의 구성에 대해 도면을 참고하여 설명한다.Now, a configuration of an intelligent automobile control system using a Field Programmable Gate Array (FPGA) and a Raspberry Pi according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
본 명세서에서 자동차는 바퀴가 4개 달린 자동차에 국한되지 않고, 오토바이, 전동보드, 드론 등과 같이, 가솔린·경유 등을 원료로 삼는 원동기의 동력으로 이동하는 수단을 통칭하는 개념으로 사용한다.In the present specification, automobiles are not limited to automobiles having four wheels but are used as a concept collectively referred to as means for moving the motors, such as motorcycles, electric boards, drums, etc.,
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 자동차 제어 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1의 라즈베리 파이 모듈의 세부 구성을 나타내며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 자동차 제어 방법을 나타낸 순서도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of an intelligent automobile control system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a detailed configuration of the Raspberry module of FIG. 1, and FIG. 3 is a flowchart illustrating an intelligent automobile control method according to an embodiment of the present invention It is a flowchart.
먼저, 도 1을 참조하면, 지능형 자동차 제어 시스템은 적외선 센서(101), 초음파 센서(103), 강우량 센서(105), 서보 모터(107), 배터리 잔량 표시부(109), 카메라(111), 웹 캠(webcam)(113), 스마트폰 앱(115), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117) 및 라즈베리 파이 모듈(119)을 포함한다.1, the intelligent automobile control system includes an
적외선 센서(101)는 자동차의 전면부에 장착된다. 적외선 센서(101)는 발광부에서 적외선을 발산시키고 발산된 적외선이 물체에 부딪혀 반사된 것을 수광부에서 감지하여 물체의 유, 무를 확인한다. 적외선이 반사되는 물체의 색, 모양에 따라 빛이 반사되는 정도가 달라지거나 흡수되기 때문에 물체를 감지하고 구분 할 수 있다. The
적외선 센서(101)는 검은색의 물체를 인식한 경우 센서 값?1?을 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)로 출력하고, 검은색 물체 이외의 물체를 인식한 경우 센서값‘0’을 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)로 출력한다.
The
초음파 센서(103)는 자동차의 전면부에 장착된다. 초음파 센서(103)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)로부터 초음파 발생 시간, 측정 주기 및 지연 시간을 수신한다. 그리고 초음파 발생 시간 및 측정 주기에 따라 초음파를 발생시킨다. 지연 시간만큼 지연한 후, 초음파가 되돌아오는 시간, 즉 반사 시간을 측정한다. 측정한 반사 시간을 토대로 초음파 센서로부터 물체까지의 거리를 측정하고 해당 거리를 이용해 장애물 여부를 탐지한다. 지연 시간을 주지 않을 경우 반사되는 초음파들이 겹쳐 인식되어 오작동을
일으킬 수 있다. 측정된 시간을 58로 나누어주면 거리 값을 알 수 있다.The
초음파 센서(103)는 측정한 거리 값에 따라 장애물 여부를 탐지하고, 장애물 탐지 여부를 알리는 센싱 신호 또는 센싱값을 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)로 출력한다. The
강우량 센서(105)는 자동차의 특정 위치에 장착되어, 강우 발생 여부를 감지하면, 센싱 신호 또는 센싱값을 라즈베리 파이 모듈(119)로 출력한다.The
본 발명의 실시예에서, 서보 모터는 두가지로 구분되는데, 서보 모터1(107)은 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)에 연결되고, 서모 모터2(121)는 라즈베리 파이 모듈(119)에 연결된다. Servo
서보 모터1(107)은 자동차의 방향을 전환하기 위해 사용된다. 서보 모터1(107)은 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)로부터 수신된 PWM 신호에 따라 자동차의 방향을 전환시킨다.Servo motor 1 (107) is used for switching the direction of the automobile. The
방향 제어에 사용되는 서보 모터1(107)은 정격 전압 공급 여부에 따라 구동되는데, 속도 제어는 PWM 신호에 의해 제어된다. 서보 모터1(107)의 경우에는 5V의 일정한 정격 전압으로 구동하고 방향 전환은 PWM신호에 따라 얼만큼 회전할지 정한다.Servo motor 1 (107) used for direction control is driven according to whether or not the rated voltage is supplied, and the speed control is controlled by the PWM signal. In the case of Servomotor 1 (107), it is driven at a constant rated voltage of 5 V, and the direction switching determines how much to rotate according to the PWM signal.
서모 모터2(121)는 자동차의 전면에 장착된 와이퍼와 연결되어 장착된다. 서보 모터(107)는 라즈베리 파이 모듈(119)로부터 수신되는 PWM 신호에 따라 와이퍼의 회전을 제어한다. The thermo motor 2 (121) is mounted in connection with a wiper mounted on the front of the vehicle. The
배터리 잔량 표시부(109)는 운전자가 확인할 수 있는 위치에 장착되고, 적어도 하나의 LED로 구현되거나 또는 디스플레이 패널이 될 수도 있다. The battery remaining
배터리 잔량 표시부(109)는 배터리 잔량에 따라 전원이 인가된 LED의 개수를 달리한다. 예를 들어 잔량이 100%일경우 10개의 LED가 모두 켜지고, 50%인 경우에는 LED가 5개만 켜진다. LED를 통해 배터리 잔량을 운전자가 눈으로 확인할 수 있도록 한다.The remaining battery
카메라(111)는 자동차의 전면부에 장착되고, 촬영한 이미지를 라즈베리 파이 모듈(119)로 출력한다. 카메라(111)는 도로 표지판 및 신호등 색상을 인식하여 안전한 운행에 도움을 준다.The
웹 캠(113)은 자동차의 전면부에 장착되어, 실시간으로 전면 영상을 촬영하여 촬영한 영상을 라즈베리 파이 모듈(119)로 출력한다. The
스마트폰 앱(115)은 사용자의 스마트폰에 설치되어 실행되고, 와이파이(WiFi) 통신을 통하여 웹 캠(113)이 촬영하는 영상 신호를 수신하여 스트리밍한다. 따라서, 운전자의 가족이 주행 영상을 실시간으로 확인할 수 있고, 웹 캠(113)을 통하여 촬영한 영상은 스마트폰 앱(115)에 저장될 수 있어 블랙박스의 역할을 할 수 있다.The
스마트폰 앱(115)은 웹 캠(113)을 이용하여 주행 상황을 촬영 및 출력하는 어플리케이션으로서, 안드로이드 기반으로 구현될 수 있다. 이때, Mjpg-Streamer을 사용하여 jpeg 파일로 이미지을 생성하고, 자바스크립트를 안드로이드 웹 뷰에 연결할 수 있다.The
스마트폰 앱(115)은 웹 캠(113)을 통해 수신되는 주행 스트리밍 영상을 출력하면서, 하단에 배터리 잔량을 표시할 수 있다. 또한, START,STOP 버튼으로 정지 또는 주행 신호를 라즈베리 파이 모듈을 통해 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈로 전달한다.The
필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 적외선 센서(101), 초음파 센서(103), 서보 모터1(107), 배터리 잔량 표시부(109), 라즈베리 파이 모듈(119) 및 DC 모터(123)와 연결된다.The field programmable gate array (FPGA)
필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 이미 설계된 하드웨어를 반도체로 생산하기 직전 최종적으로 하드웨어의 동작 및 성능을 검증하기 위해 제작하는 중간 개발물 형태의 집적 회로이다.The field programmable gate array (FPGA)
필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 라즈베리 파이 모듈(119)로부터 수신되는 자동차 제어 신호에 따라 자동차의 움직임을 제어한다. 또한, 초음파센서, 적외선센서 등을 이용한 기본적인 자동차 움직임 제어는 FPGA 모듈(117) 자체에서 센서값을 통해 제어하고, 라즈베리 파이 모듈(119)에서는 카메라(111)를 통해 인식한 신호등 및 표지판 신호를 FPGA 모듈(117)에 전달하여 그 신호에 따라 움직임을 제어할 수도 있다. 즉 FPGA 모듈(117)은 라즈베리 파이 모듈(119)에서 전달되는 신호 뿐만 아니라 자체적으로 인식한 센서 신호를 통해서도 자동차의 움직임을 제어할 수 있다.The field programmable gate array (FPGA)
필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 내장 클럭을 이용하여 PWM 신호를 생성할 수 있다. 12V의 전압을 공급 했을 때, 한 주기 당 4/1시간 동안은 전압을 공급하고
나머지 4/3시간 동안은 전압을 공급하지 않을 경우 3V의 전압을 공급하는 것과 동일한 효과를 가진다. 이러한 방식으로 출력되는 에너지양을 제어할 수 있다.The field programmable gate array (FPGA)
필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 PWM 신호를 이용하여 초음파 센서(103)의 측정 주기, 초음파 발생 시간 및 초음파 반사시간을 측정하기까지 지연 시간을 결정하여 초음파 센서(103)로 출력한다.The field programmable gate array (FPGA)
예를들면, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 주기 20ms, Duty비 50%인 PWM 신호를 생성한다. 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)의 클럭은 50MHz로 1초에 클럭이 50*10^6번 생성되며, 0.02us당 클럭이 1번씩 생성됨을 알 수 있다. 주기인 20ms동안 백만 번의 클럭이 치기 때문에 클럭이 오십만 번 칠 때까지는‘1’의 신호를 주고 그 이후부터 백만 번 칠때까지는‘0’의 신호를 주어 50%의 Duty비를 가지는 PWM 신호를 생성할 수 있다. 신호 ‘1’일 때 전압 공급,‘0’일 때 전압 차단할 수 있다. 클럭이 백만 번 친 이후에는 초기화 하여 처음부터 반복할 수 있다.For example, the field programmable gate array (FPGA)
필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 릴레이 회로를 이용하여 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 모듈(119)로부터 자동차 제어 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 릴레이 회로는 라즈베리 파이 모듈(119)로부터 수신되는 신호를 적정 전압바꿔으로 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)에 입력한다.The field programmable gate array (FPGA)
라즈베리 파이 모듈(119)은 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)과 연결되고, 와이파이 통신을 통하여 스마트폰 앱(115)과 연결된다.The
DC 모터(123)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)로부터 수신한 PWM 신호를 트랜지스터로 증폭한다. 증폭된 신호가 릴레이 스위치를 구동하면, 전압이 인가되어 DC 모터(123)는 구동한다. 이때, DC 모터(123)에 연결된 다이오드는 역전압을 방지한다. The
여기서, 트랜지스터는 전류나 전압의 흐름을 조절하여 증폭, 스위치의 역할을 하는 장치로서, 3개의 핀(B, C, E)을 어떤 식으로 연결 하느냐에 따라 사용용도가 달라진다. DC모터(123)는 증폭된 신호를 이용하여 릴레이 스위치가 구동되면, 연결된 모터 구동 전압이 인가된다. 여기서, 릴레이 스위치는 입력이 특정 값에 도달했을 때 작동하여 다른 회로를 개폐한다. PWM 신호의 값이 ‘1’일 경우 증폭된 신호로 릴레이 스위치가 구동되고,‘0’일 경우 릴레이 스위치는 구동되지 않는다. 릴레이 스위치가 구동되는 경우 연결된 회로에서 모터 구동 시 필요한 전압이 공급되기 때문에 모터의 속도 제어 가능하다. 이처럼, PWM 신호를 통해 DC 모터(123)의 모터 속도 및 방향이 제어된다.Here, the transistor is a device that amplifies and controls a current or a current of a voltage, and the application is different depending on how the three pins (B, C, and E) are connected. When the relay switch is driven using the amplified signal, the
도 2를 참조하면, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 차선 인식부(117a), 장애물 감지부(117b) 및 차량 배터리 잔량 측정부(117c)를 포함한다. 2, the field programmable gate array (FPGA)
차선 인식부(117a)는 적외선 센서(101)를 통해 수신한 센싱값을 토대로 인식한 차선에 따라 자동차의 방향을 제어하는 신호를 출력한다. 차선 인식부(117a)는 자동 앞 양단에 장착된 적외선 센서(101)를 통하여 검은 차선을 인식함으로써, 차선 이탈을 방지하고, 이탈하더라도 자동으로 본래 차선으로 복귀하도록 제어한다. 이처럼, 적외선 센서(101)로 차선을 인식한 후 자율적으로 도로를 주행하며, 자동차의 차선 이탈을 방지할 수 있고, 직진 및 일정 각도의 코스에서 주행이 가능하다.The
장애물 감지부(117b)는 초음파 센서(103)를 통해 수신한 센싱값을 토대로 장애물이 감지되면 주행을 멈추기 위한 정지 신호를 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)로 출력한다. The
장애물 감지부(117b)는 자동차의 앞부분에 장착된 초음파 센서(103)를 통하여 장애물을 감지하여 앞 차량과의 적당한 간격을 유지하고, 앞 차량이 급제동을 했을 경우, 또는 갑작스러운 장애물 등장으로 인한 충돌을 방지한다. 따라서, 자동차 앞 장애물을 인식하여 앞 자동차와의 간격을 유지하고 충돌을 방지할 수 있다.The
차량 배터리 잔량 측정부(117c)는 LM3914를 통해 차량 배터리 잔량을 측정한다. 그리고 배터리 잔량을 LED를 통하여 출력한다. 그리고 배터리 잔량을 스마트폰 앱(115)으로 전송한다.The vehicle battery remaining
차량 배터리 잔량 측정부(117c)는 차량 배터리 잔량을 측정하고 잔량이 50%이하일 경우 절전모드기능을 실행한다. 이때, 절전모드는 최대 속도 제한, LED 밝기 감소 등을 수행할 수 있다. 절전모드에서는 측정된 배터리 잔량에 따라 차량 제어를 달리한다. 잔량이 일정 이하일 경우, 운행 가능한 최고 속도를 제한하고 차량에 부착된 LED의 밝기를 감소시켜 배터리 소모를 줄인다. 다른 자율주행자동차와 비교하여 배터리 잔량 표시가 되어 있어서 차세대 전기자동차의 배터리 관리가 효율적이다.The vehicle battery remaining
라즈베리 파이 모듈(119)은 신호등 감지부(119a), 표지판 인식부(119b), 강우량 감지부(119c) 및 모니터링 제어부(119d)를 포함한다.The
신호등 감지부(119a)는 이미지를 분석하여 인식한 신호등 색상이 빨간색이면 정지 신호를 출력하고, 초록색이면 주행 신호를 출력한다. 신호등 감지부(119a)는 openCV(Open Source Computer Vision)를 이용하여 캡쳐 이미지를 처리하여 녹색 또는 빨간색을 인식한다. 인식한 신호등 색상에 따라 자동차의 정지 또는 출발을 제어하는 신호를 라즈베리 파이 모듈로 출력한다. 여기서, openCV는인텔사의 실시간 컴퓨터 영상 프로그램 라이브러리로서, 객체, 얼굴, 행동 인식, 모션 추적 등의 응용프로그램에서 사용된다.The traffic
신호등 감지부(119a)는 Simple thresholding 기법을 통해 이미지 이분화를 수행하여 RGB 범위를 지정하여 색을 구분한다. 그리고 cv2.erode(침식)와 cv2.dilate(팽창)함수를 사용하여 잡티를 제거하고, 허프 변환을 이용하여 신호등 원 모형을 추출함으로써, 신호등 색이 빨간색 인지 초록색인지를 인식한다.The traffic
표지판 인식부(119b)는 카메라(111)가 촬영한 이미지를 openCV를 이용하여 분석하여 표지판을 인식한다. START 표지판이면, 주행 신호를 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)로 출력한다. 이때, 자동차가 정지된 상태에서 표지판 인식부(119b)는 START 표지판이 인식되면, 자동차 출발 신호를 출력한다. The sign recognition unit 119b analyzes the image photographed by the
표지판 인식부(119b)는 색을 구분하여 이미지를 이분화하고, pyresseract.image_to_string 함수를 이용하여 표지판 글자를 인식한다.The sign recognition unit 119b distinguishes the colors, differentiates the images, and recognizes the signs using the pyresseract.image_to_string function.
강우량 감지부(119c)는 강우량을 측정하여 빗길 속에서도 안전하게 주행 가능하도록 한다. 강우량 감지부(119c)는 강우량 센서(105)를 이용하여 센싱한 값이 설정한 값 이상이 되었을 경우, 서보 모터2(121)를 구동하는 신호를 서보 모터2(121)로 출력한다. 여기서, 와이퍼(미도시)의 경우, 180도 각도로 움직인다.The
강우량 감지부(119c)는 감지 출력 단자(TTL Level)에 따라 서보 모터2(121)를 작동시킨다. 강우량 센서(105)로부터 출력된 센싱값이 1일 경우, 서보 모터2(121)를 180도로 작동시키고, 센싱값이 0일 경우, 서보 모터2(121)의 동작을 중단시킨다.The
모니터링 제어부(119d)는 와이파이 통신을 통하여 웹 캠(113)이 촬영하는 영상 신호를 스마트폰 앱(115)으로 전송한다.The
여기서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117) 및 라즈베리 파이 모듈(119)는 VHDL(VHSIC Hardware Description Language)를 이용하여 구현될 수 있다. Here, the field programmable gate array (FPGA)
이제, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117) 및 라즈베리 파이 모듈(119)를 이용한 지능형 자동차 제어 방법에 대해 설명하면, 도 3과 같다.An intelligent automobile control method using the field programmable gate array (FPGA)
도 3을 참조하면, 자동차에 시동이 걸리면, 라즈베리 파이 모듈(119)은 카메라를 통해 촬영된 영상을 처리(S101)하여 Start 글자가 인식되는지 판단한다(S103).Referring to FIG. 3, when the vehicle is started, the
인식되면, 라즈베리 파이 모듈(119)은 주행 신호를 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)로 출력한다(S105).If it is recognized, the
필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 적외선 센서(101)를 통해 차선을 인식하여(S107)하여 왼쪽 차선인지 또는 오른쪽 차선인지를 판단한다(S109). The field programmable gate array (FPGA)
이때, 왼쪽 차선으로 판단되면, 좌회전 신호를 서보 모터1(107)으로 출력(S111)하고 오른쪽 차선으로 판단되면 우회전 신호를 서보 모터1(107)으로 출력한다(S113).At this time, if it is determined to be the left lane, the left turn signal is outputted to the servo motor 1 (107) (S111) and the right turn signal is outputted to the servo motor 1 (107) (S113).
한편, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 초음파 센서(103)로부터 장애물 감지 신호가 발생하는지 판단(S115)하여, 감지되면, 속도를 감속하거나 또는 정지 신호를 출력한다(S117).On the other hand, the field programmable gate array (FPGA)
이후, 라즈베리 파이 모듈(119)은 캡쳐 이미지 분석을 통해 신호등 색상을 감지한다(S119). 신호등 색상이 빨간색 인지 판단(S121)하여 빨간색이면, 정지 신호를 출력한다(S123).Thereafter, the
라즈베리 파이 모듈(119)은 강우량 센서(105)를 통해 빗물이 감지되면(S125), 서보 모터2(121)를 통해 와이퍼를 동작시킨다(S127). 그리고 빗물이 사라지면(S129), 와이퍼 구동을 중단한다(S131).When the rainwater is sensed through the rainfall sensor 105 (S125), the
라즈베리 파이 모듈(119)은 웹 캠으로 촬영한 동영상을 실시간으로 스마트폰 앱(115)으로 전송한다(S133).The
필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 배터리 잔량을 측정(S135)하여, 라즈베리 파이 모듈(119)로 출력한다(S137).The field programmable gate array (FPGA)
필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈(117)은 측정한 배터리 잔량에 따른 LED를 출력한다(S139). The field programmable gate array (FPGA)
라즈베리 파이 모듈(119)은 스마트폰앱의 주행 스트리밍 하단에 배터리 잔량을 표시한다(S141).The
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the apparatus and method, but may be implemented through a program for realizing the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
Claims (5)
상기 적외선 센서 및 상기 초음파 센서와 연결되어 상기 적외선 센서 및 상기 초음파 센서로부터 각각의 센싱값을 수신하고, 자동차를 제어하는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA) 모듈, 그리고
상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈과 연결되어 상기 각각의 센싱값을 수신하고, 상기 카메라가 촬영한 이미지를 분석하며, 상기 각각의 센싱값을 분석한 결과 및 상기 이미지를 분석한 결과에 기초하여 상기 자동차의 주행 여부 및 주행 방향을 결정하고, 결정에 따른 자동차 제어 신호를 상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈로 출력하는 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 모듈
을 포함하는, 지능형 자동차 제어 시스템. An infrared sensor, an ultrasonic sensor and a camera,
A Field Programmable Gate Array (FPGA) module connected to the infrared sensor and the ultrasonic sensor for receiving sensing values from the infrared sensor and the ultrasonic sensor and controlling the vehicle,
A sensor module coupled to the field programmable gate array (FPGA) module for receiving the respective sensing values, analyzing images taken by the camera, analyzing the sensed values, and analyzing the images (Raspberry Pi) module for determining whether or not the vehicle is traveling and the traveling direction, and outputting a vehicle control signal according to the determination to the field programmable gate array (FPGA) module
Wherein the control unit is operable to control the control unit.
강우를 감지하면, 강우 발생 신호를 출력하는 강우량 센서,
자동차의 전면 유리에 장착된 와이퍼를 구동시키는 서보 모터, 그리고
상기 자동차의 전면에 장착된 웹 캠(webcam)을 더 포함하고,
상기 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 모듈은,
상기 이미지를 분석하여 인식한 신호등 색상이 빨강색이면 상기 정지 신호를 출력하고, 초록색이면 주행 신호를 출력하는 신호등 감지부,
상기 이미지를 분석하여 인식한 표지판에 따른 주행 여부를 결정하여 결정에 따른 자동차 제어 신호를 출력하는 표지판 인식부,
상기 강우량 센서로부터 강우 발생이 감지되면, 상기 서보 모터를 구동하는 신호를 출력하는 강우량 감지부, 그리고
와이파이 통신을 통하여 상기 웹 캠이 촬영하는 영상 신호를 스마트폰 앱으로 전달하는 모니터링 제어부
를 포함하는, 지능형 자동차 제어 시스템. The method of claim 1,
When detecting rainfall, a rainfall sensor that outputs a rainfall occurrence signal,
A servomotor for driving a wiper mounted on a windshield of an automobile, and
Further comprising a web cam mounted on the front of the vehicle,
The Raspberry Pi module,
A signal light detector for outputting the stop signal when the color of the signal light is red and analyzing the image,
A sign recognition unit for analyzing the image to determine whether to travel according to the recognized signboard and outputting a vehicle control signal according to the determination,
A rainfall sensing unit for outputting a signal for driving the servo motor when rainfall is detected from the rainfall sensor,
A monitoring controller for transmitting a video signal photographed by the web cam to a smartphone app through Wi-
Wherein the control unit is operable to control the vehicle.
상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈은,
상기 적외선 센서를 통해 수신한 센싱값을 토대로 인식한 차선에 따라 상기 자동차의 방향을 제어하는 신호를 출력하는 차선 인식부,
상기 초음파 센서를 통해 수신한 센싱값을 토대로 장애물이 감지되면 주행을 멈추기 위한 정지 신호 또는 감속 신호를 출력하는 장애물 감지부, 그리고
배터리 잔량을 측정하여 배터리 잔량에 따라 단계 별로 전원이 인가되는 LED 개수를 달리하여 배터리 잔량을 외부에 표시하는 차량 배터리 잔량 측정부
를 포함하는, 지능형 자동차 제어 시스템. The method of claim 1,
The field programmable gate array (FPGA)
A lane recognition unit for outputting a signal for controlling the direction of the automobile according to a lane recognized based on a sensing value received via the infrared sensor,
An obstacle detection unit for outputting a stop signal or a deceleration signal for stopping the traveling when an obstacle is detected based on a sensing value received through the ultrasonic sensor,
A battery remaining amount measuring unit for measuring a remaining battery level and displaying the remaining battery level on the outside by varying the number of LEDs to be supplied with power in accordance with the remaining battery level;
Wherein the control unit is operable to control the vehicle.
상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈은,
내장 클럭을 이용하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하고, 상기 PWM 신호를 이용하여 상기 초음파 센서의 측정 주기, 초음파 발생 시간 및 초음파 반사시간을 측정하기까지 지연 시간을 결정하여 상기 초음파 센서로 출력하는, 지능형 자동차 제어 시스템. 4. The method of claim 3,
The field programmable gate array (FPGA)
A pulse width modulation (PWM) signal is generated by using a built-in clock, and a delay time is measured until the measurement cycle of the ultrasonic sensor, the ultrasonic wave generation time, and the ultrasonic wave reflection time are measured using the PWM signal, , Intelligent automotive control system.
상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 모듈은,
릴레이 회로를 이용하여 상기 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 모듈로부터 자동차 제어 신호를 수신하는, 지능형 자동차 제어 시스템.
4. The method of claim 3,
The field programmable gate array (FPGA)
And receives a vehicle control signal from the Raspberry Pi module using a relay circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020160169029A KR20180067372A (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Smart vehicle control system using field programmable gate array and raspberry pi |
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