KR20220034403A - PIR sensor system and methods for detecting of human body with improved noise characteristics - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 PIR 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신호와 노이즈를 구별할 수 있는 노이즈 특성이 향상된 새로운 PIR 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a PIR sensor, and more particularly, to a new PIR sensor with improved noise characteristics capable of distinguishing a signal from noise.
PIR(Pyroelectric Infrared Sensor) 센서는 초전소자를 이용해서 인체에서 발생하는 적외선을 감지하는 센서로서, 초전소자에 적외선이 입력되면 초전소자가 분극하면서 미세한 전류가 발생하는 센서이다. A PIR (Pyroelectric Infrared Sensor) sensor uses a pyroelectric element to detect infrared rays generated by the human body. When infrared rays are input to the pyroelectric element, the pyroelectric element is polarized and a minute current is generated.
PIR 센서는 감지 거리가 짧고 및 각도가 좁을 뿐만 아니라, 출력되는 전류가 미세하기 때문에, 감지거리를 늘리고 각도를 넓히기 위해 센서 전방에 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)가 구비되며, 또한, 출력 신호를 증폭시키기 위해 센서 후단에 증폭회로가 구비되는 PIR 모듈로 구성된다. 이렇게 구성된 PIR 모듈은 인체가 접근하면 인체에서 발생되는 적외선에 의해서 도 8과 같은 형태의 신호를 발생시키게 되고, 제어부에서는 발생된 신호는 확인하여 인체의 접근 여부를 판단하게 된다. Since the PIR sensor has a short sensing distance and a narrow angle, as well as a small output current, a Fresnel lens is provided in front of the sensor to increase the sensing distance and widen the angle, and also amplify the output signal It consists of a PIR module equipped with an amplification circuit at the rear end of the sensor. When a human body approaches, the PIR module configured in this way generates a signal as shown in FIG. 8 by infrared rays generated from the human body, and the control unit determines whether the human body approaches by checking the generated signal.
PIR 센서의 초전소자는 적외선 이외에도 다양한 원인, 예를 들어, 비, 바람, 진동 등에 의해서도 미세한 전류신호, 즉, 노이즈를 발생시키게 되므로, 이러한 노이즈를 인체로 인해 발생하는 적외선을 감지하여 발생하는 인체 감지 신호와 구분하는 것이 필요하다. The pyroelectric element of the PIR sensor generates a minute current signal, i.e., noise, even by various causes, such as rain, wind, vibration, etc., in addition to infrared. It is necessary to distinguish it from the signal.
PIR 센서 모듈에서 발생되는 신호에서 노이즈와 인체 감지 신호를 구분하는 방식은, 통상적으로 신호의 크기가 노이즈의 크기보다 크다는 특성을 이용하여, 비교기(Comparator)나 MCU(Micro Controller Unit)를 사용하여, 도 3에서와 같이, 임계값(H) 이상이나 임계값(L) 이하의 전압이 출력될 경우, 이를 인체 감지 신호로 판단하는 방식을 사용한다.The method of distinguishing the noise and the human body detection signal from the signal generated by the PIR sensor module uses a characteristic that the size of the signal is larger than the size of the noise, in general, using a comparator or microcontroller unit (MCU), As shown in FIG. 3 , when a voltage greater than or equal to the threshold value H or less than the threshold value L is output, a method of determining this as a human body detection signal is used.
하지만, PIR 센서 모듈이 보다 넓은 영역에서 인체의 접근 여부를 감지하고자 할 경우에는 인체에서 방출되는 적외선은 일정한 반면 PIR 센서모듈과의 거리는 멀어지게 되므로, 먼 거리에 위치한 인체로부터 PIR 센서 모듈에 입력되는 적외선 강도가 급격히 적어지게 된다. 이로 인해, PIR 센서 모듈에서 출력되는 전류도 급격하게 적어지면서 감지 신호의 크기가 노이즈의 크기와의 차이가 줄어들어, 감지신호와 노이즈 신호의 크기 차이를 이용해서 구분하는 것이 쉽지 않게 된다. 도 4에서 도시된 바와 같이, PIR 센서에서 방출되는 출력 전압 신호(아날로그 신호(Analog signal))가 노이즈(외부 환경 변화)에 의해 임계값(H) 이상 이거나 임계값(L) 이하로 움직일 경우 물체를 감지했다는 오동작을 야기하게 된다. 따라서, PIR 센서 모듈은 감지 거리를 늘리거나 증폭 민감도를 높이면 노이즈를 인체로 감지하는 오작동이 늘어나고, 노이즈를 감지 신호로 인식하는 에러를 최소화 하기 위해 증폭회로의 증폭률을 낮게하거나 임계값의 차이를 크게 설계하며, 필연적으로 PIR 모듈의 감지 거리 및 민감도가 낮아지는 문제점이 있다.However, when the PIR sensor module wants to detect whether or not a human body approaches in a wider area, the infrared ray emitted from the human body is constant while the distance from the PIR sensor module becomes farther. Infrared intensity decreases sharply. For this reason, as the current output from the PIR sensor module also decreases sharply, the difference between the magnitude of the detection signal and the magnitude of the noise is reduced, making it difficult to distinguish between the magnitude of the detection signal and the noise signal using the difference. As shown in Fig. 4, when the output voltage signal (analog signal) emitted from the PIR sensor is above the threshold (H) or moves below the threshold (L) due to noise (external environment change), the object It will cause a malfunction that detects . Therefore, in the case of the PIR sensor module, if the detection distance is increased or the amplification sensitivity is increased, the malfunction of detecting noise as a human body increases. design, inevitably has a problem in that the sensing distance and sensitivity of the PIR module are lowered.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 출원인에게 허여된 대한민국 특허 제1993905호에서는 PIR 센서모듈에서 고가의 증폭회로를 제거한 비증폭성 PIR 센서 모듈을 여러개 설치하여 감지 거리를 넓히고, 다수의 비증폭성 PIR센서에서 발생되는 신호를 하나의 증폭회로를 이용하여 처리함으로써, 감지 범위를 넓히는 방안이 개시된다. 하지만, 여전히 다수의 비증폭형 PIR 센서 모듈이 필요하다는 단점이 있으며, 신호와 노이즈의 구별성을 높일 수 있는 근본적인 해결 방안이 요구된다.In order to solve this problem, in Korean Patent No. 1993905 granted to the applicant, a plurality of non-amplifying PIR sensor modules are installed in which an expensive amplification circuit is removed from the PIR sensor module to widen the sensing distance, and in a plurality of non-amplified PIR sensors A method of expanding a detection range by processing a generated signal using one amplifying circuit is disclosed. However, there is still a disadvantage that a plurality of non-amplified PIR sensor modules are required, and a fundamental solution that can improve the distinction between signals and noise is required.
국방 과학 연구소에 허여된 대한민국 특허 제10-1616790호에서는 배경 잡음과 사람 이동 신호를 분리하기 위해서, 신호의 흔들림으로 정의되는 리플(Ripple)의 개수(Ripple Value: RV)를 산출하고, 산출된 RV와 기 설정된 리플의 개수와 비교하는 방안이 개시된다. 하지만, 이러한 방식은 PIR 센서의 메인 신호대신에 별도의 리플 신호를 이용한다는 점에서 효율적이지 않다. In Korean Patent No. 10-1616790, granted to the National Defense Science Research Institute, in order to separate the background noise and the human moving signal, the number of ripples defined as the shaking of the signal (Ripple Value: RV) is calculated, and the calculated RV and a method of comparing with a preset number of ripples is disclosed. However, this method is not efficient in that a separate ripple signal is used instead of the main signal of the PIR sensor.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 PIR센서 모듈의 신호에서 노이즈와 감지 신호를 구분할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것이다. An object to be solved in the present invention is to provide a new method for distinguishing a noise and a detection signal from a signal of a PIR sensor module.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 PIR센서 모듈의 신호에서 노이즈와 감지 신호를 구분할 수 있는 새로운 PIR 센서 시스템을 제공하는 것이다. An object to be solved in the present invention is to provide a new PIR sensor system capable of distinguishing a noise and a detection signal from a signal of a PIR sensor module.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은In order to solve the above problems, the present invention
PIR 센서를 이용하여 신호를 생성하는 PIR 신호 생성부;a PIR signal generator for generating a signal using the PIR sensor;
상기 생성된 PIR 신호를 푸리에 변환하는 변환부;a transform unit for Fourier transforming the generated PIR signal;
상기 푸리에 변환된 신호를 이용하여 인체 감지를 판단하는 제어부;를 포함하는 PIR 센서 시스템을 제공한다. It provides a PIR sensor system comprising a; a control unit for determining the detection of a human body using the Fourier-transformed signal.
본 발명에 있어서, 상기 PIR 신호는 PIR 센서를 포함하는 PIR 모듈에서 방출되는 PIR 모듈 신호일 수 있으며, 상기 PIR 모듈 신호는 PIR센서에서 방출되는 전류 신호를 증폭한 전압 신호일 수 있다. In the present invention, the PIR signal may be a PIR module signal emitted from a PIR module including a PIR sensor, and the PIR module signal may be a voltage signal amplified by a current signal emitted from the PIR sensor.
본 발명에 있어서, 상기 PIR 모듈 신호는 아날로그, 디지털 신호, 또는 아날로그 신호를 디지털로 변환한 신호일 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 PIR 모듈신호는 아날로그 신호로 방출되며, 방출된 아날로그 신호는 ADC변환기를 이용하여 디지털 신호로 변환될 수 있다. In the present invention, the PIR module signal may be an analog signal, a digital signal, or a digital signal converted from an analog signal. In an embodiment of the present invention, the PIR module signal is emitted as an analog signal, and the emitted analog signal may be converted into a digital signal using an ADC converter.
본 발명에 있어서, 상기 푸리에 변환은 PIR 모듈 신호를 주기함수의 합으로 변환시키는 변환을 의미한다. 이론적으로 한정된 것은 아니지만, 상기 PIR 신호를 주기함수의 합으로 변환시키면, 사람의 접근시 발생하는 주기 함수가 노이즈에 의해서 발생하는 주기 함수들로부터 분리되므로, 분리된 주기함수의 크기를 이용해서 사람의 접근을 확인할 수 있게 된다. In the present invention, the Fourier transform refers to a transform that transforms a PIR module signal into a sum of periodic functions. Although not limited in theory, if the PIR signal is converted into the sum of the periodic functions, the periodic function generated when a person approaches is separated from the periodic functions generated by noise, so using the size of the separated periodic function, the human access can be checked.
본 발명에 있어서, 상기 푸리에 변환은 PIR 모듈에서 출력되는 시간 별 전압 신호를 주파수별 크기 신호로 변환하는 것이며, 인체 감지의 판단은 푸리에 변화된 그래프에서 인체 인식에 해당하는 주파수의 크기가 소정 범위를 넘어서는 경우 인체를 감지하는 것으로 판단하게 된다. In the present invention, the Fourier transform is to convert the voltage signal for each time output from the PIR module into a magnitude signal for each frequency, and the determination of human body detection is that the magnitude of the frequency corresponding to human recognition in the Fourier-changed graph exceeds a predetermined range. In this case, it is determined that the human body is detected.
본 발명에 있어서, 상기 푸리에 변환된 신호에서 인체 감지 신호는 15 Hz 이하의 파장을 가질 수 있으며, 바람직하게는 3~12 Hz, 보다 바람직하게는 5~10 Hz 신호의 크기를 가질 수 있다. In the present invention, in the Fourier-transformed signal, the human body detection signal may have a wavelength of 15 Hz or less, preferably 3 to 12 Hz, and more preferably 5 to 10 Hz.
본 발명에 있어서, 상기 PIR 신호의 푸리에 변환과 감지 여부의 판단은 제어부에서 이루어질 수 있다. In the present invention, the Fourier transform of the PIR signal and determination of whether to detect it may be performed by the controller.
본 발명은 일 측면에 있어서, The present invention in one aspect,
PIR 센서를 이용해서 PIR 신호를 생성하는 단계;generating a PIR signal using the PIR sensor;
상기 PIR 신호를 푸리에 변환시키는 단계; 및Fourier transforming the PIR signal; and
푸리에 변화된 신호에서 인체 감지를 판단하는 단계를 포함하는 인체 감지 방법을 제공한다. Provided is a method for detecting a human body, including determining detection of a human body from a Fourier-changed signal.
본 발명에 있어서, PIR 신호는 시간에 따른 증폭 전압의 값을 표시한 그래프로 이루어질 수 있다. In the present invention, the PIR signal may be composed of a graph indicating the value of the amplified voltage according to time.
본 발명에 있어서, 상기 푸리에 변환은 시간에 따른 증폭 전압을 주파수에 따른 크기로 변환시킬 수 있다. 상기 푸리에 변환은 Fourier transform（FFT, DFT）과 같은 프로그램을 이용해서 이루어질 수 있다.In the present invention, the Fourier transform may convert an amplified voltage according to time to a magnitude according to frequency. The Fourier transform may be performed using a program such as Fourier transform (FFT, DFT).
본 발명에 있어서, 상기 푸리에 변환된 신호에서 인체 감지 신호는 15 Hz 이하의 파장을 가질 수 있으며, 바람직하게는 3~12 Hz, 보다 바람직하게는 5~10 Hz 신호에서 발생되는 주기 함수의 크기를 이용해서 판단할 수 있다. In the present invention, in the Fourier-transformed signal, the human body detection signal may have a wavelength of 15 Hz or less, preferably 3 to 12 Hz, more preferably 5 to 10 Hz. can be used to judge.
본 발명에 있어서, 상기 판단은 푸리에 변환된 신호에서는 인체 접근이 없을 때 발생하는 통상적인 신호, 즉, 노이즈 신호로부터 노이즈의 크기를 확인하고, 인체 접근시 발생하는 신호에서 인체 접근에 따라 발생하는 주파수와 크기를 확인하고, 푸리에 변환된 그래프에서 특정 주파수가 특정 크기 이상으로 나타날 경우, 인체를 감지하는 것으로 판단할 수 있다. In the present invention, the determination is made by checking the magnitude of noise from a normal signal generated when there is no human body approach in the Fourier-transformed signal, that is, a noise signal, and a frequency generated according to the human body approach from a signal generated when a human body approaches. and size, and when a specific frequency appears greater than or equal to a specific size in the Fourier-transformed graph, it can be determined that the human body is detected.
본 발명의 일 실시에 있어서, 푸리에 변환된 그래프에서 노이즈의 크기는 PIR 센서, 프레넬 렌즈, 증폭 회로 등에 의해서 변동될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the magnitude of noise in the Fourier-transformed graph may be changed by a PIR sensor, a Fresnel lens, an amplifier circuit, or the like.
본 발명에 의해서, 주변 환경 및 전원 노이즈 등의 영향을 최소화 하며, 종래 기술의 한계를 극복하고 감지 거리와 민감도가 향상된 고성능의 PIR 감지 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해서 PIR 신호에서 노이즈와 인체 감지 신호를 구별할 수 있는 새로운 방법이 제공되었다. According to the present invention, it is possible to provide a high-performance PIR sensing system that minimizes the influence of the surrounding environment and power source noise, overcomes the limitations of the prior art, and has improved sensing distance and sensitivity. In addition, according to the present invention, a new method for distinguishing between noise and a human body detection signal in a PIR signal is provided.
본 발명을 PIR 모듈에 적용하면 Noise 에 의한 오동작을 줄일 수 있어, 종래의 기술에 한계였던 PIR 센서의 증폭률을 높이거나 PIR 모듈의 Detecting Distance 를 효과적으로 늘려 기존의 PIR 모듈 보다 성능 높은 센서를 제공할 수 있다.When the present invention is applied to a PIR module, it is possible to reduce malfunction due to noise, so that the amplification rate of the PIR sensor, which was a limitation in the prior art, or the Detecting Distance of the PIR module is effectively increased to provide a sensor with higher performance than the existing PIR module. there is.
도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 PIR 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시에 따른 PIR 시스템에서 푸리에 변환과정을 보여주는 것으로서, FFT 알고리즘을 구현한 소프트웨어의 블록다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에 따라 PIR 시스템에서 인체를 감지할 경우 PIR 모듈에서 출력되는 증폭 전압 신호를 시간에 따라 나타낸 도면이다. 종래 PIR 시스템에서는 인체 감지시 출력되는 아날로그 증폭 출력 신호가 임계값(H)를 넘거나 임계값(L)를 넘을 경우 제어부에서 인체를 감지했다고 판단하므로, 도 3과 같은 신호가 출력될 경우, 최초 임계값을 넘긴 빨간 동그라미에서부터 PIR 모듈의 최종 출력이 인체를 감지한 것으로 나오게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시에 따라 PIR 시스템에서 환경변화에 따른 노이즈가 발생할 경우 PIR 모듈에서 출력되는 증폭 전압 신호를 시간에 따라 나타낸 도면이다. 도 4의 그래프를 보면 아날로그 증폭 출력이 임계값(H) 보다 큰 지점이 존재하므로 종래 PIR 시스템에서는 인체를 감지하지 않음에도 빨간 동그라미에서부터 PIR 모듈의 최종 출력이 인체를 감지한 것으로 나오게 된다. 예를 들면 아파트 입구에 장착된 센서등이 바람이 심할 때 혼자서 LED 가 켜지는 경우이다.
도 5는 도 3의 인체 감지에 따른 증폭 전압 신호를 푸리에 변환하여 주파수에 따른 크기로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 노이즈 감지에 따른 증폭 전압 신호를 푸리에 변환하여 주파수에 따른 크기로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5 및 도 6의 데이터를 함께 도시한 도면이다.
도 8은 종래 PIR 센서에서 인체 접근을 탐지할 경우 출력되는 정형화된 시간에 따른 증폭 전압 신호를 나타낸 것으로서, 일반적인 PIR 센서의 인체 감지 시 이상적인 아날로그 증폭 출력 예시이며, PIR 시스템은 PIR 센서의 아날로그 증폭 출력을 제어부가 받아들여 인체 감지 여부를 판단한다.
도 9는 푸리에 변환의 원리를 설명하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a PIR system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of software implementing the FFT algorithm as showing a Fourier transform process in the PIR system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an amplified voltage signal output from a PIR module over time when the PIR system detects a human body according to an embodiment of the present invention. In the conventional PIR system, when the analog amplified output signal output when the human body is detected exceeds the threshold value (H) or exceeds the threshold value (L), the controller determines that the human body has been detected. From the red circle that exceeds the threshold, the final output of the PIR module comes out that the human body is detected.
4 is a diagram illustrating an amplified voltage signal output from a PIR module over time when noise according to an environmental change occurs in the PIR system according to an embodiment of the present invention. Referring to the graph of FIG. 4 , since there is a point where the analog amplification output is greater than the threshold (H), the final output of the PIR module detects the human body from the red circle even though the conventional PIR system does not detect the human body. For example, when the sensor light installed at the entrance of an apartment is windy, the LED is turned on by itself.
FIG. 5 is a diagram showing the magnitude according to frequency by Fourier transforming the amplified voltage signal according to the human body detection of FIG. 3 .
FIG. 6 is a diagram showing the magnitude according to frequency by Fourier transforming the amplified voltage signal according to the noise detection of FIG. 4 .
7 is a diagram illustrating data of FIGS. 5 and 6 together.
8 is a diagram showing a standardized time-dependent amplified voltage signal output when the conventional PIR sensor detects a human body approach, and is an example of an ideal analog amplified output when a general PIR sensor detects a human body, and the PIR system is an analog amplified output of the PIR sensor is accepted by the control unit to determine whether a human body is detected.
9 is a diagram for explaining the principle of the Fourier transform.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 본 발명을 예시하기 위한 것임을 유의하여야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. It should be noted that the following examples are not intended to limit the present invention, but to illustrate the present invention.
도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 PIR 센서 시스템(1)은 소정의 감지 영역(10)을 가지며 감지 영역(10) 내에서 발생되는 적외선 파장을 감지하여 PIR 신호를 생성하는 PIR 모듈(100)과, 상기 PIR 모듈(100)에서 생성된 PIR 신호를 푸리에 변환하여 푸리에 변환 신호를 생성하는 푸리에 변환부(200)와, 상기 푸리에 변환부(200)에 생성된 푸리에 변환신호를 이용하여 감지 영역(10) 내에 인체가 접근하는지 여부를 판단하는 제어부(300)으로 이루어진다. 1 and 2, the
상기 PIR 모듈(100)은 전단에 반구형 벌집 형태를 가지는 프레넬 렌즈(110)가 설치되어, 감지 영역에서 발생되는 적외선을 PIR 센서(120)로 전달한다. A
상기 PIR 모듈(100)은 PIR 센서(120)을 포함하고, 상기 PIR 센서(120)은 내부에 초전소자를 포함하며, 인체에서 발생하는 적외선이 프레넬 렌즈(110)을 거쳐서 초전소자에 입력시, 초전소자가 분극하면서 미세한 전류가 발생하게 된다. The
상기 PIR 모듈(100)은 PIR 센서(120)의 후단에서 PIR 센서(120)에 발생되는 미세전류를 전류로 변화하여 증폭시켜 증폭된 전압신호를 생성하는 증폭 회로(130)이 설치된다. 상기 증폭 회로(130)에서는 시간에 따른 전압이 아날로그 형태로 출력된다. The
상기 PIR 모듈(100)에서 출력된 신호는 푸리에 변환부(200)를 거쳐서 푸리에 변환 신호로 변환된다. 상기 푸리에 변환부(200)는 증폭 회로(130)에서 발생되는 시간에 따른 전압 신호를 푸리에 변환을 통해 주파수별 크기로 변환시키는 변환부이다.The signal output from the
도 1의 푸리에 변환부(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, PIR 모듈에(100)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하는 단계(S 100)와; 디지털 신호로 변경된 신호를 x[N] 배열에 저장하여 N 개의 데이터를 축적하는 단계(S 200), 여기서, x[N] 을 시간에 따라 나열하면 시간에 따른 전압 그래프로 표현되며; 저장한 x[N] 데이터를 푸리에 변환(FFT)하여 주파수별 강도 신호로 변환시키는 단계(S 300)와, 푸리에 변환된 신호를 인제감지 여부를 판단할 수 있도록 제어부(300)에 전달하는 단계(S400)으로 이루어질 수 있다. The
푸리에 변환은 FFT 알고리즘(S/W)을 이용하여 이루어진다. FFT 알고리즘은 Discrete Fourier transform(DFT, 이산 푸리에 변환)을 빠르게 연산할 수 있게 고안한 알고리즘으로, PIR 센서의 아날로그 증폭 신호를 푸리에 변환한다. The Fourier transform is performed using an FFT algorithm (S/W). The FFT algorithm is an algorithm designed to quickly calculate Discrete Fourier transform (DFT, discrete Fourier transform), and Fourier transforms the analog amplified signal of the PIR sensor.
상기 이산 푸리에 변환은 하기 식(1)에 의해서 이루어질 수 있다. The discrete Fourier transform may be performed by the following equation (1).
여기서, 0. N 은 데이터 개수, xn 은 PIR ADC 값을 저장한 배열, Xk는 xn을 푸리에 변환(FFT)한 결과이며, n과 k는 정수이다. Here, 0. N is the number of data, xn is an array storing PIR ADC values, Xk is the result of Fourier transform (FFT) of xn, and n and k are integers.
제어부(300)는 푸리에 변환부(200)에 의해서 변환된 데이터를 이용하여 인체감지 신호인지 또는 노이즈인지 여부를 판단하고, 인체 감지 신호인 경우에만 인체 감지 신호를 송출한다. The
다음은 감지 영역의 확대되어 경계 지점에서 발생되는 인체 감지에 따른 적외선 신호가 노이즈에 의한 신호와 진폭의 크기가 유사하게 되는 경우를 예로 들어, 본 발명에 따른 PIR 센서 시스템(1)을 이용하여 노이즈와 감지신호를 구분하는 과정을 설명한다.The following is an example of a case in which an infrared signal according to human detection generated at a boundary point due to enlargement of the detection area is similar in amplitude to a signal due to noise. Using the
환경에 의한 노이즈나 인체 감지 신호가 없을 경우에는 PIR 센서 모듈에서는 에서는 설정된 임계값 내의 신호가 안정적으로 출력된다. 하지만, 인체가 감지 영역 내로 들어오게 되면, 도 3에서와 같이, PIR 모듈(100)의 출력 전압은 설정된 임계값을 넘어서는 진폭이 발생하게 되며, PIR 모듈(100)에 환경 변화에 따른 노이즈가 입력되면, 도 4에서와 같이, PIR 모듈(100)의 출력 전압은 설정된 임계값을 넘어서는 진폭이 발생하게 된다. 따라서, 단순히 PIR 모듈(100)에서 발생하는 전압신호가 임계 값을 초과하는지 여부만으로는 인체 감지 신호와 노이즈 발생을 구분할 수 없게 된다. When there is no noise caused by the environment or a human body detection signal, the signal within the set threshold is stably output from the PIR sensor module. However, when the human body enters the sensing area, as shown in FIG. 3 , the output voltage of the
도 3 및 도 4에서 출력되는 신호를 푸리에 변환을 통해서 변환하게 되면, 도 5 및 도 6의 신호로 출력된다. When the signal outputted in FIGS. 3 and 4 is transformed through Fourier transform, it is output as the signal of FIGS. 5 and 6 .
도 5는 인체를 감지한 도면 3 신호를 푸리에 변환한 그래프이며, 인체를 감지한 1~10Hz 대역의 주파수 크기가 크다는 것을 확인할 수 있으며, 진폭은 10 이상으로 나타났다. FIG. 5 is a graph obtained by Fourier transformation of the signal of FIG. 3 for detecting the human body, and it can be seen that the frequency of the 1 to 10 Hz band in which the human body is sensed is large, and the amplitude is 10 or more.
도 6은 인체를 감지하지 않은 도 3 신호를 푸리에 변환한 그래프이며, 인체를 감지했다고 판단할 수 있는 1~10Hz 대역의 주파수 크기가 도 5 대비하여 4이하로 현저히 작다는 것을 확인할 수 있다. 도 5 와 도 6 을 합친 도 7의 그래프에 나타난 바와 같이, 그래프를 비교하면 1~10Hz 대역에서 가장 큰 차이를 보이게 된다. FIG. 6 is a graph obtained by Fourier transforming the signal of FIG. 3 that does not detect the human body, and it can be seen that the frequency magnitude of the 1 to 10 Hz band that can be determined to detect the human body is significantly smaller than 4 compared to FIG. 5 . As shown in the graph of FIG. 7 combined with FIGS. 5 and 6 , when the graphs are compared, the largest difference is shown in the 1 to 10 Hz band.
따라서, PIR 모듈에서 발생되는 전압을 푸리에 변화하면 노이즈에 의한 주파수와 인체에 의한 주파수를 분리될 수 있고, 인체에 의한 주파수 영역인 1~10 Hz의 주파수가 5이상, 예를 들어, 10이상의 크기로 출력되는 경우 인체를 감지하는 것으로 판단할 경우, 노이즈에 의해서 전압의 상한 또는 하한을 넘어서는 증폭이 나타나더라도, 이를 푸리에 변환할 경우 인체에 의한 주파수 영역인 1~10 Hz에서는 변화가 없게 되므로, 노이즈를 인체 감지 신호로 인식하는 것을 방지할 수 있게 된다. Therefore, if the voltage generated from the PIR module is Fourier changed, the frequency caused by noise and the frequency caused by the human body can be separated, and the frequency of 1 to 10 Hz, which is the frequency range by the human body, is 5 or more, for example, 10 or more. If it is determined that a human body is detected, even if amplification beyond the upper or lower limit of the voltage appears due to noise, if it is Fourier transform, there is no change in the frequency range of 1 to 10 Hz by the human body. can be prevented from being recognized as a human body detection signal.
결론적으로 종래의 기술을 적용한 PIR 모듈은 도 3 및 도 4와 같이 인체 움직임과 노이즈를 구분하지 못하지만, 본 발명의 기술을 적용하면 도 7 같이 인체 움직임과 노이즈를 구분할 수 있으며, 본 발명을 적용하면 종래의 PIR 모듈의 한계를 극복하고 고성능을 가지는 PIR 시스템을 제공할 수 있다.as a result Although the PIR module to which the prior art is applied cannot distinguish between human motion and noise as in FIGS. 3 and 4, when the technology of the present invention is applied, it is possible to distinguish between human body motion and noise as shown in FIG. 7, and when the present invention is applied, the conventional It is possible to overcome the limitations of the PIR module and provide a PIR system having high performance.
1:
PIR 센서 시스템
10:
감지 영역
100:
PIR 모듈
200: 푸리에 변환부
300: 제어부1: PIR sensor system
10: detection area
100: PIR module
200: Fourier transform unit
300: control unit
Claims (10)
상기 생성된 PIR 신호를 푸리에 변환하는 변환부; 및
상기 푸리에 변환부에 변환된 신호를 이용하여 인체 감지를 판단하는 제어부;를 포함하는 PIR 센서 시스템.a PIR signal generator for generating a signal using the PIR sensor;
a transform unit for Fourier transforming the generated PIR signal; and
A PIR sensor system comprising a; a control unit for determining the detection of a human body using the signal converted by the Fourier transform unit.
상기 PIR 신호 생성부는 프레넬 렌즈와, PIR센서와, 및 증폭 회로를 포함하는 PIR 모듈인 것을 특징으로 하는 PIR 센서 시스템.According to claim 1,
The PIR signal generating unit is a PIR sensor system, characterized in that the PIR module including a Fresnel lens, a PIR sensor, and an amplifier circuit.
상기 푸리에 변환은 시간 별 전압 신호를 주파수별 크기 신호로 변환시키는 변환인 것을 특징으로 하는 PIR 센서 시스템.3. The method of claim 1 or 2,
The Fourier transform is a PIR sensor system, characterized in that it is a transformation for converting a voltage signal for each time into a magnitude signal for each frequency.
제어부는 푸리에 변화된 신호에서 인체 인식에 해당하는 주파수의 크기가 소정 범위를 넘어서는 경우 인체를 감지하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 PIR 센서 시스템.4. The method of claim 3,
The PIR sensor system, characterized in that the controller determines that the human body is detected when the magnitude of the frequency corresponding to human body recognition in the Fourier-changed signal exceeds a predetermined range.
상기 푸리에 변환된 신호에서 인체 감지 신호는 15 Hz 이하의 파장 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 PIR센서 시스템.5. The method of claim 4,
The PIR sensor system, characterized in that in the Fourier-transformed signal, the human body detection signal is located in a wavelength region of 15 Hz or less.
상기 푸리에 변환은 이산 푸리에 변환인 것을 특징으로 하는 PIR 센서 시스템.According to claim 1,
The PIR sensor system, characterized in that the Fourier transform is a discrete Fourier transform.
상기 PIR 신호를 푸리에 변환시키는 단계; 및
푸리에 변화된 신호에서 인체 감지를 판단하는 단계
를 포함하는 인체 감지 방법.generating a PIR signal using the PIR sensor;
Fourier transforming the PIR signal; and
Step of determining detection of a human body from the Fourier-transformed signal
A human body detection method comprising a.
상기 PIR 신호는 시간에 따른 증폭 전압이며, 푸리에 변환된 신호는 주파수에 따른 크기 신호인 것을 특징으로 하는 인체 감지 방법.8. The method of claim 7,
The PIR signal is an amplified voltage according to time, and the Fourier-transformed signal is a frequency-dependent amplitude signal.
상기 판단은 인체 감지에 해당하는 범위의 주파수가 소정 크기 이상으로 나타날 때 인체를 감지하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 인체 감지 방법.8. The method of claim 7,
The determination is a human body detection method, characterized in that determining that the human body is detected when the frequency in a range corresponding to human body detection is greater than or equal to a predetermined size.
상기 인체 감지에 해당하는 범위는 주파수가 5~10 Hz인 것을 특징으로 하는 인체 감지 방법.
10. The method of claim 9,
The range corresponding to the human body detection method, characterized in that the frequency is 5 to 10 Hz.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11514679B1 (en) * | 2022-02-18 | 2022-11-29 | Zurn Industries, Llc | Smart method for noise rejection in spatial human detection systems for a cloud connected occupancy sensing network |
| US11776260B2 (en) | 2020-12-14 | 2023-10-03 | Whiffaway Ltd | Facility occupancy detection with thermal grid sensor |
| KR20240023745A (en) | 2022-08-16 | 2024-02-23 | 주식회사 호서텔넷 | Microcontroller unit for reducing malfunction by adjusting sensing thresholds, and passive infrared sensing device having the same |
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2020
- 2020-09-11 KR KR1020200116721A patent/KR20220034403A/en unknown
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