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문제 정의
- 본 연구에서는 이동속도를 알아내기 위하여 일정한 거리를 떨어뜨려 동일한 두 개의 지자기 센서를 하나의 보드상에 장착하고 센서 상호간의 거리와 각 센서에서의 검지시간 차이를 이용하여 차량의 이동속도를 알아낸다. 검지기로 전원이 인가되면 먼저 마이크로프로세서에 의해 검지기의 초기화 과정이 수행되고 이후 두 센서로부터 차량 진입 신호가 인가되어 인터럽트가 발생할 때까지 절전 상태를 유지한다.
제안 방법
- 수 있다. 검지기에서 사용된 지자기 센서는 Philips 사의 KMZ51 이고[10], 센서 출력신호를 증폭, 변환하는 회로, 센서 회로 출력으로부터 차량의 속도를 계산하기 위한 마이크로프로세서, 검지기에서 생성되는 데이터를 무선 전송하기 위한 RF 모듈, 전원용 건전지 등으로 구성된 검지기를 제작하고 자석을 통한 센서특성실험과 실제 차량을 이용한 현장 실험을 행하여 검지기에 대한 성능과 유용성을 확인하였다.
- 이를 위하여 일차적으로 검지기와 별도로 카메라를 설치하여 차량이 특정거리를 이동하는 동안의 시간을 알아내어 차량의 평균속도를 구하고자 하였는데, 카메라의 속도의 제한으로 차량이 주행하는 정밀한 촬영이 어려워 실험결과상에 상당한 오차들이 수반되어 실제 차량속도 값으로 사용할 수가 없었다. 두 번째로는 차량이 주행하는 동안 차량 계기판에 표시되는 차량의 속도를 실제 속도로 판단하는 것을 고려하였는데, 이 경우도 차량 계기판에 대한 신뢰도를 검증할 수 없어 실제 차량속도에 정확히 일치하는 값으로 정할 수 없었지만 일정한 오차율을 갖는다고 가정하여 실제 속도에 대한 근사 기준 값으로 활용하였다. 그림 8은 차량 이동시 계기판 속도를 50[km/h]로 유지한 채 검지기를 통과한 경우, 검지기 출력 파형을 오실로스코프로 측정한 그림이다.
- 본 연구에서는 지자기 센서를 이용하여 차량 속도 검지 장치를 제작하고 실험을 행하였다. 사용된 지자기 센서는 소형 반도체 소자 형태의 AMR 센서로서, 두 개의 센서를 하나의 보드 상에 장착하고 센서 상호간의 거리와 각 센서에서의 차량 검지시간 차이를 이용하여 차량의 이동속도를 계산한다.
- 제작하고 실험을 행하였다. 사용된 지자기 센서는 소형 반도체 소자 형태의 AMR 센서로서, 두 개의 센서를 하나의 보드 상에 장착하고 센서 상호간의 거리와 각 센서에서의 차량 검지시간 차이를 이용하여 차량의 이동속도를 계산한다. 차량을 모의한 자석을 이용하여 센서와 주변 회로에 대한 기본적인 특성을 확인한 후, 실제 주행하는 차량에 대한 실험을 통해 검지기에 대한 유효성을 확인하였다.
- 실험시 도로상에 차량검지기를 설치하고 차량이 통과하도록 하여 발생되는 차량의 속도데이터를 무선으로 원격 단말기에 전송하고, 차량 이동시 검지기로부터 발생되는 검지 파형을 분석하기 위해 검지기를 오실로스코프와 연결하여 파형을 수집하였다. 실험결과의 신뢰성을 검증하기 위해서는 차량의 실제 주행속도를 알아내고 실험 데이터와 비교하여 차이를 확인하여야 한다.
- 실험결과의 신뢰성을 검증하기 위해서는 차량의 실제 주행속도를 알아내고 실험 데이터와 비교하여 차이를 확인하여야 한다. 이를 위하여 일차적으로 검지기와 별도로 카메라를 설치하여 차량이 특정거리를 이동하는 동안의 시간을 알아내어 차량의 평균속도를 구하고자 하였는데, 카메라의 속도의 제한으로 차량이 주행하는 정밀한 촬영이 어려워 실험결과상에 상당한 오차들이 수반되어 실제 차량속도 값으로 사용할 수가 없었다. 두 번째로는 차량이 주행하는 동안 차량 계기판에 표시되는 차량의 속도를 실제 속도로 판단하는 것을 고려하였는데, 이 경우도 차량 계기판에 대한 신뢰도를 검증할 수 없어 실제 차량속도에 정확히 일치하는 값으로 정할 수 없었지만 일정한 오차율을 갖는다고 가정하여 실제 속도에 대한 근사 기준 값으로 활용하였다.
- 속도 계산이 끝나면 마이크로프로세서는 센서 출력으로부터 차량이 센서의 검지영역을 완전히 빠져나갔음을 확인한 후 다음번 차량을 검지하기 위한 대기 모드로 진입해야 한다. 이를 위해 마이크로프로세서는 차량이 이동하는 도중에 발생하는 전압증폭기의 출력전압을 ADC를 이용하여 매 샘플링주기마다 읽고, 이 값을 검지기 초기화 과정에서 취득한 자기장 초기 값과 계속 비교하여 초기 값과 전압 증폭기 출력전압과의 차이가 일정한 범위 이내에서 일정시간 이상 계속 유지되면 차량이 지자기센서 검지 영역을 완전히 통과한 것으로 간주한다. 그림 7은 본 연구에서 수행된 차량 감지 알고리즘의 수행과정을 보이는 순서도이다.
- 사용된 지자기 센서는 소형 반도체 소자 형태의 AMR 센서로서, 두 개의 센서를 하나의 보드 상에 장착하고 센서 상호간의 거리와 각 센서에서의 차량 검지시간 차이를 이용하여 차량의 이동속도를 계산한다. 차량을 모의한 자석을 이용하여 센서와 주변 회로에 대한 기본적인 특성을 확인한 후, 실제 주행하는 차량에 대한 실험을 통해 검지기에 대한 유효성을 확인하였다. 검지기에서 출력된 파형을 획득하여 실제 차량의 속도와 검지 속도 사이의 차이에 대해 분석한 결과, 검지기에서 사용된 두 센서 사이의 특성 차이가 오차를 발생시킬 수 있는 일차적으로 원인으로 생각되어, 두 센서 사이의 차량 검지시간 차이를 계산할 때 여러 단계의 비교기 레벨을 설정하여 각 레벨마다 시간 차이를 계산하고 이들에 대해 평균을 취하면 검지 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
대상 데이터
- 그림 6은 본 연구에서 제작된 차량검지기 PCB 기판을 보인다. 본 연구에서 사용된 지자기센서인 KMZ51은 16 (mV/V)(kA/m)#의 감도를 가지며, 통상 브리지 전압(VB )으로 5V를 인가하도록 되어 있다. 센서 주변에 지표상 평균 자기장인 약 0.
- 그림 8은 차량 이동시 계기판 속도를 50[km/h]로 유지한 채 검지기를 통과한 경우, 검지기 출력 파형을 오실로스코프로 측정한 그림이다. 차종은 가장 일반적인 차종으로서 H사의 중형 승용차로 선정하였다. 그림 8(b)와 8(c)는 8(a)의 전체 파형을 최초 증가하는 부분과 감소하는 부근에서 확대한 그림이다.
성능/효과
- 본 연구는 하나의 검지기 안에 2개의 지자기 센서를 인접하여 장착하고, 차량이 이 검지기 위를 지나갈 때 두 센서의 반응시간 차이와 센서간 거리를 이용하여 차량 속도를 계산하는 지자기식 속도 검지기에 관한 것으로, 2개의 검지기를 사용하는 기존의 속도 검지방식보다 설치 시간과 비용이 줄어들고, 두 개의 센서가 단일 보드상의 정확한 위치에 놓이게 되므로 센서간 거리가 항상 일정하며, 별도의 장치 없이 검지기내에서 차량이 두 센서를 통과하는 시간을 정확히 구할 수 있다. 검지기에서 사용된 지자기 센서는 Philips 사의 KMZ51 이고[10], 센서 출력신호를 증폭, 변환하는 회로, 센서 회로 출력으로부터 차량의 속도를 계산하기 위한 마이크로프로세서, 검지기에서 생성되는 데이터를 무선 전송하기 위한 RF 모듈, 전원용 건전지 등으로 구성된 검지기를 제작하고 자석을 통한 센서특성실험과 실제 차량을 이용한 현장 실험을 행하여 검지기에 대한 성능과 유용성을 확인하였다.
- 이상에서 보인 실험결과를 고찰하면 차량 계기판에 계시된 값과 감지 파형 사이에 약간의 차이가 발생됨을 알 수 있는데, 이는 일차적으로 검지기상의 두 센서(진입센서, 진출센서) 사이의 특성 차이로 인해 두 센서로부터 생성된 파형이 정확히 일치하지 않기 때문으로 파악된다. 특히, 센서 출력을 1000배이상 증폭하여 사용하므로 센서 특성이 상이할 경우 센서 파형사이에 상당히 큰 차이가 생길 수 있고, 이 경우 비교기 레벨 전압을 얼마로 설정하는 가에 따라 시간 계산 값이 달라져 결과적으로 속도계산 값에 큰 영향을 줄 수 있다.
- 또한 검지기 센서가 차량을 감지하는 동안에 이동하는 차량의 실제 속도가 차량의 계기판 속도와 다른 경우에도 오차가 유발되므로 향후에는 실제 주행 속도를 정확하게 계측할 수 있는 기준 속도측정 장비가 요구된다. 한편, 센서출력의 오프셋에 의해 속도계산에 영향을 주게 되는데 본 논문에서와 같은 비교기를 통한 검지방식에 의하면 특히 센서출력 전압의 진폭이 작을수록 영향이 증가할 것으로 예상된다. 오프셋 영향을 줄이기 위해 센서 전압 증폭기에서 최대한 오프셋을 줄일 수 있도록 회로를 설계하였으나, 향후 오프셋과 속도 추정오차사이의 관계를 분석하여 연구에 반영하면 더욱 정밀한 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
후속연구
- 차량을 모의한 자석을 이용하여 센서와 주변 회로에 대한 기본적인 특성을 확인한 후, 실제 주행하는 차량에 대한 실험을 통해 검지기에 대한 유효성을 확인하였다. 검지기에서 출력된 파형을 획득하여 실제 차량의 속도와 검지 속도 사이의 차이에 대해 분석한 결과, 검지기에서 사용된 두 센서 사이의 특성 차이가 오차를 발생시킬 수 있는 일차적으로 원인으로 생각되어, 두 센서 사이의 차량 검지시간 차이를 계산할 때 여러 단계의 비교기 레벨을 설정하여 각 레벨마다 시간 차이를 계산하고 이들에 대해 평균을 취하면 검지 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 향후, 속도계산 알고리즘을 개선과 함께 더욱 다양한 차종과 속도에 대한 실험을 행하여 검지기의 성능을 더욱 면밀히 분석하고 신뢰성을 향상시킬 예정이다.
- 특히, 센서 출력을 1000배이상 증폭하여 사용하므로 센서 특성이 상이할 경우 센서 파형사이에 상당히 큰 차이가 생길 수 있고, 이 경우 비교기 레벨 전압을 얼마로 설정하는 가에 따라 시간 계산 값이 달라져 결과적으로 속도계산 값에 큰 영향을 줄 수 있다. 따라서 여러 단계의 비교기 레벨을 설정하여각 단계마다 시간을 계산하고 이들에 대한 평균을 취하면 검지 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 검지기 센서가 차량을 감지하는 동안에 이동하는 차량의 실제 속도가 차량의 계기판 속도와 다른 경우에도 오차가 유발되므로 향후에는 실제 주행 속도를 정확하게 계측할 수 있는 기준 속도측정 장비가 요구된다.
- 따라서 여러 단계의 비교기 레벨을 설정하여각 단계마다 시간을 계산하고 이들에 대한 평균을 취하면 검지 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 검지기 센서가 차량을 감지하는 동안에 이동하는 차량의 실제 속도가 차량의 계기판 속도와 다른 경우에도 오차가 유발되므로 향후에는 실제 주행 속도를 정확하게 계측할 수 있는 기준 속도측정 장비가 요구된다. 한편, 센서출력의 오프셋에 의해 속도계산에 영향을 주게 되는데 본 논문에서와 같은 비교기를 통한 검지방식에 의하면 특히 센서출력 전압의 진폭이 작을수록 영향이 증가할 것으로 예상된다.
- 한편, 센서출력의 오프셋에 의해 속도계산에 영향을 주게 되는데 본 논문에서와 같은 비교기를 통한 검지방식에 의하면 특히 센서출력 전압의 진폭이 작을수록 영향이 증가할 것으로 예상된다. 오프셋 영향을 줄이기 위해 센서 전압 증폭기에서 최대한 오프셋을 줄일 수 있도록 회로를 설계하였으나, 향후 오프셋과 속도 추정오차사이의 관계를 분석하여 연구에 반영하면 더욱 정밀한 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
- 검지기에서 출력된 파형을 획득하여 실제 차량의 속도와 검지 속도 사이의 차이에 대해 분석한 결과, 검지기에서 사용된 두 센서 사이의 특성 차이가 오차를 발생시킬 수 있는 일차적으로 원인으로 생각되어, 두 센서 사이의 차량 검지시간 차이를 계산할 때 여러 단계의 비교기 레벨을 설정하여 각 레벨마다 시간 차이를 계산하고 이들에 대해 평균을 취하면 검지 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 향후, 속도계산 알고리즘을 개선과 함께 더욱 다양한 차종과 속도에 대한 실험을 행하여 검지기의 성능을 더욱 면밀히 분석하고 신뢰성을 향상시킬 예정이다.
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