본 논문은 기존의 자동문시스템의 단점을 개선하여 보다 지능적인 기능을 추가함으로써 통행자에게 편의를 제공하고, 전격손실을 낮추는 보다 효율적인 초음파센서 기반의 지능형 자동문 시스템을 제안한다. 기존의 자동문시스템에서는 물체 및 인체 감지 기능 센서로서 원적외선 열선 감지센서와 근적외선 반사식 감지센서를 사용해 왔나. 기존의 방식은 상황에 맞지 않는 문닫힘에 의한 전력손실, 빠르게 다가오는 물체에 대한 적응 부족, 그리고 안전에 대한 문제점이 있었다. 제안된 초음파센서를 이용한 지능형자동문 시스템은 기존의 자동문시스템에 비교하여 필요없는 문닫힘 방지에 의한 전력손실 방지와 빠르게 접근하는 물체에 적응적으로 자동문이 빠르게 열릴 수 있게 하며, 안전도를 높여 기존 방식의 자동문보다 운용적, 경제적, 안정 면에서 성능을 개선하였다.
본 논문은 기존의 자동문시스템의 단점을 개선하여 보다 지능적인 기능을 추가함으로써 통행자에게 편의를 제공하고, 전격손실을 낮추는 보다 효율적인 초음파센서 기반의 지능형 자동문 시스템을 제안한다. 기존의 자동문시스템에서는 물체 및 인체 감지 기능 센서로서 원적외선 열선 감지센서와 근적외선 반사식 감지센서를 사용해 왔나. 기존의 방식은 상황에 맞지 않는 문닫힘에 의한 전력손실, 빠르게 다가오는 물체에 대한 적응 부족, 그리고 안전에 대한 문제점이 있었다. 제안된 초음파센서를 이용한 지능형자동문 시스템은 기존의 자동문시스템에 비교하여 필요없는 문닫힘 방지에 의한 전력손실 방지와 빠르게 접근하는 물체에 적응적으로 자동문이 빠르게 열릴 수 있게 하며, 안전도를 높여 기존 방식의 자동문보다 운용적, 경제적, 안정 면에서 성능을 개선하였다.
This paper proposes an ultrasonic sensor based intelligent automatic door system which improves the performance of conventional door systems by adding more intelligent functions such that it offers more convenience to passersby and reduces power loss. The conventional automatic door systems employed...
This paper proposes an ultrasonic sensor based intelligent automatic door system which improves the performance of conventional door systems by adding more intelligent functions such that it offers more convenience to passersby and reduces power loss. The conventional automatic door systems employed passive and active infrared sensors for detecting objects and human bodies. But, they have problems such as power loss in door closing, not sensing fast approaching objects, and safety. The proposed automatic door system with ultrasonic sensors prevents unnecessary door closings to save the power and senses fast approaching objects to open the door at proper time, and improves safety. Thus, the proposed system improves the performance of the conventional systems in terms of operation, economy, and safety.
This paper proposes an ultrasonic sensor based intelligent automatic door system which improves the performance of conventional door systems by adding more intelligent functions such that it offers more convenience to passersby and reduces power loss. The conventional automatic door systems employed passive and active infrared sensors for detecting objects and human bodies. But, they have problems such as power loss in door closing, not sensing fast approaching objects, and safety. The proposed automatic door system with ultrasonic sensors prevents unnecessary door closings to save the power and senses fast approaching objects to open the door at proper time, and improves safety. Thus, the proposed system improves the performance of the conventional systems in terms of operation, economy, and safety.
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문제 정의
본 논문에서는 기존 자동문시스템의 작동상의 문제점을 보완하기 위하여 초음파 센서를 이용하여보다 효율적인 지능형 자동문 시스템을 개발하고자 한다.
본 논문에서는 기존의 자동문 시스템에 비하여 성능이 향상된 초음파 센서를 이용한 지능형 자동문 시스템을 개발 하였다.
가설 설정
물체를 감지하기 위하여 40[KHz]의 초음파 신호를 송신하며 일정 시간이 초과되어도 응답이 없으면, 물체에 반사되어 돌아오는 신호가 없다고 가정한다. 이때 캐릭터 LCD에는 신호가 없음을 OUT OF SIGNAL로 표현되며 그림 13에 나타나 있다.
제안 방법
인천 국제공항에서의 자동문 시스템은 현시스템 중 가장 좋은 성능을 보였다. 문 틈 사이에 초음파 센서를 사용함으로써 문 닫힘 방지 안전제어로 문이 사람의 몸에 부딪히지 않도록 하였고 2열 감지 방식을 이용하여 두 단계의 센서 점검을 거쳐야 문이 열리게 작동하였다. 그러나, 빠르게 다가오는 감지 물체에 대해 반응 하지 못하였고, 근 적외선 반사 방식을 사용하여 문 앞에 사람이 서 있었을 경우 일정 시간이 지나면 문이 자동으로 닫히는 문제점이 발견되었다.
문닫힘 방지 안전장치에 대한 실험은 자동문 입구 상단 틈사이에 송수신 초음파 센서를 사용하여 수행하였다. 접근 물체 감지을 위한 초음파 신호가 닫지 않는 영역인 자동문입구의 문틀 하단에 탱크가 정지할 경우에 이것을 감지하여 문이 닫히다가 다시 열려 탱크의 안전을 보장하였다.
순간 속도는 두번째 입력되어 들어오는 시간 지연의 값과 첫 번째 지연 시간의 값과 차이를 이용하여 측정하였다. 초음파 센서로 인하여 얻어진 시간 지연 값은 거리에 비례하므로 아래 식을 이용하였다.
시스템에서는 시간정보를 이용하여 거리를 단계별로 나누어 물체를 감지하였다. 그림 2는 송신된 초음파 신호와 왼쪽, 오른쪽 센서에서 수신된 신호를 보여 주고 있다.
대상 데이터
기존 자동문 시스템에 대한 실험은 5곳에서 실시하였으며. 설치장소는 나은병원, 부평CGV 3층, 5층 음식점, 인천공항 이다.
구동부를 작동시킨다. 디스플레이 부분은 16x2라인 캐릭터 그래픽 모듈을 사용했으며 초음파센서 (400ST, 4* 00SR) 이용하여 물체 상태를 감지한다. 움직이는 물체는 라인트레서 모형(가로 경로)과 적외선 무선 제어 탱크 모형(세로 경로)을 사용하였다.
설치장소는 나은병원, 부평CGV 3층, 5층 음식점, 인천공항 이다. 각 자동문의 특징이 표 2에 나타나 있다.
디스플레이 부분은 16x2라인 캐릭터 그래픽 모듈을 사용했으며 초음파센서 (400ST, 4* 00SR) 이용하여 물체 상태를 감지한다. 움직이는 물체는 라인트레서 모형(가로 경로)과 적외선 무선 제어 탱크 모형(세로 경로)을 사용하였다. 전체 시스템 구성은 그림 10과 같으며 사용된 부품 및 기기는 아래와 같다.
성능/효과
최근방거리지역인 노란색의 영역에서는 탱크가 정지 하였을 때 문이 열리며 정지시간이 지연되어도 초음파 센서로 물체 위치를 감지하여 문이 자동으로 닫히는 것을 방지 할 수 있었다. A와 같이 라인트레이서가 가로로 횡단할 때 초음파의 위치 거리 정보가 줄지 않고 왼쪽과 오른쪽의 초음파 신호의 수신 차이에 따라 라인트레이서가 문의 정면으로 다가오지 않음을 인지하여 문을 열지 않음을 확인할 수 있었다.
따라서 제안된 지능형 자동문 시스템은 기존의 자동문 시스템보다 운용적, 경제적 및 안정성 면에서 성능이 개선되었다.
접근 물체 감지을 위한 초음파 신호가 닫지 않는 영역인 자동문입구의 문틀 하단에 탱크가 정지할 경우에 이것을 감지하여 문이 닫히다가 다시 열려 탱크의 안전을 보장하였다. 따라서 탱크가 문 입구를 천천히 지나갈 때 문닫힘이 없이 안전하게 이동할 수 있음이 실험을 통하여 확인되었다.
제안된 지능형 자동문 시스템의 성능을 기존의 자동문과 비교하는 실험을 통하여 초음파를 이용한 지능형 자동문 시스템의 성능의 우수성을 확인하였다. 실험결과에 대한 비교 수치가 표 3에 나타나 있다.
제안된 초음파센서를 이용한 지능형 자동문 시스템은 문에 접근하는 사람을 감지하여 필요 없는 문 열림을 방지하여 전력 손실을 줄일 수 있다.
제안된 초음파센서를 이용한 지능형 자동문 시스템의 실험에서는 그림 4의 B처럼 세로로 근접하는 무선제어 탱크의 위치정보를 10개의 레지스터의 데이터 값으로 측정하여 다가오는 물체의 평균속도를 추정하여 탱크가 천천히 다가올 때는 노란색 영역에 진입할 때 문이 열렸으며, 탱크가 빠르게 다가오는 경우에는 미리 문을 열어 주는 실험 결과를 얻을 수 있었다. 최근방거리지역인 노란색의 영역에서는 탱크가 정지 하였을 때 문이 열리며 정지시간이 지연되어도 초음파 센서로 물체 위치를 감지하여 문이 자동으로 닫히는 것을 방지 할 수 있었다.
후속연구
지능형 자동문 시스템에 센서 어레이를 적용하여다 경로에 대한 보상 문제와 방향 탐색 성능을 개선한다면 물체 추적이 가능한 보다 지능적인 자동문 시스템을 개발할 수 있을 것이다.
참고문헌 (9)
한인환(한국기술 연구회), "알기 쉬운 초음파 응용 8", 기문사, 1988
윤덕용, "어셈블리와 C언어로 익히는 8051 마스터", ohm사, 2005
Charles E. Stewart, Jr, "The 8051 Microcontroller and Embedded Systems", Prentice hall, 2000
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