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초음파 센서를 이용한 장애물 인식 장치 개발
Development of Obstacle Recognition System Using Ultrasonic Sensor 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.22 no.5, 2017년, pp.25 - 30  

유병구 (경북대학교 전기공학과) ,  권선욱 (한밭대학교 전자제어공학과) ,  김주성 (한밭대학교 전자제어공학과)

초록
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본 논문에서는 초음파 센서를 이용한 저비용 장애물 인식 장치를 개발한다. 개발된 장애물 인식 장치는 시각 장애인들이 보행시 장애물을 인식하는 데 쓰일 수 있도록 한다. 장애물의 인식 여부는 내장된 모터의 진동을 통하여 시각 장애인들에게 인식이 가능하도록 한다. 뿐만 아니라 장애물의 거리에 따라 대상자에게 장애물 인식 유무에 대해 시간차를 두고 고지하여 대상자가 장애물에 대해 적절한 반응을 수행할 수 있도록 한다. 마이크로 컨트롤러 제어를 통한 펄스 신호를 이용하여 장애물에 대한 반사파를 통해 장애물의 존재 유무와 거리를 탐지하며 펄스 신호를 이용한 반사파 탐지는 반복 수행을 통해 인식률을 높인다. 개발된 장애물 인식 장치는 $30^{\circ}$ 내외의 전방 탐지각을 나타내고, 2cm-30cm의 탐지거리를 가지며 일상적인 보행 조건에서 동작이 가능함을 실험을 통해 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this Paper, we Propose the Low-cost Obstacle Recognition System Utilizing the Ultrasonic Sensor. Developed Obstacle Recognition System can be used to Aid the Visually Impaired Person. The Existence of the Obstacle is Notified to the Person through the Embodied Electronic Vibration Motor. The Timi...

주제어

#레이더   #마이크로 컨트롤러   #모터   #센서   #초음파  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 초음파 센서를 이용하여 장애물의 인식 유무를 확인하고 이에 대한 출력으로 안내, 알람 기능을 수행하는 장치를 저비용, 소형의 전자부품으로 구현하였다. 본 논문에서 개발한 장애물 인식 장치는 저시력, 시각장애인들에게 활용도가 높은 장애물 탐지용지팡이의 대안 역할로 사용이 가능하도록 불편사항 개선에 주안점을 두고 개발하였다. 개발된 장애물 인식 장비는 기능화에 내장이 가능하여 시각장애인의 손을 기타 장비로부터 자유롭게 하며 보행 중에 장애물 인식 및 회피를 가능하도록 함으로서 일상생활에서의 편리함을 증대시킨다.
  • 이에 본 연구에서는 장애물 인식 및 거리 측정 장치를 개발하고 장애물 회피를 위한 적절한 조치를 취하기 위한 저비용의 장애물 인식 및 회피 시스템을 개발하고자 한다. 저비용의 초음파 센서를 이용하여 장애물 인식 및 거리를 측정하기 위한 신호의 생성 및 반응을 수행한다.

가설 설정

  • 최근 매우 활발하게 연구되고 있는 무인 자동차(Unmanned vehicle, Autonomous vehicle)를 실현하기 위해 주위의 장애물 및 차량의 유무를 인식하고 정확한 위치 결정을 통해 안전 보호를 위한 조치를 최소한의 시간 내에 취해야 한다. 장애물 인식 시스템의 성능 측면에서 볼 때 센서의 민감도, 탐지각, 탐지 거리 등에서 매우 높은 수준의 성능을 요구한다. 이러한 높은 수준의 장애물 인식 시스템을 구축하기 위해 매우 많은 수의 위상 어레이(Phase array) 송수신 장치가 필요하며 높은 속도의 MCU(Micro-controller Unit)가 필수적임을 알 수 있다[1-4].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초음파 센서는 어떤 신호를 기점으로 펄스의 송신과 수신, 감지를 수행하는가? 초음파 센서는 기본적으로 비활성 모드에서 동작을 하며 외부에서의 triggering신호를 기점으로 펄스의 송신과 수신 및 감지를 수행한다. 이러한 triggering 신호는 해당 MCU를 통해 입력이 가능하며 triggering 신호의 duty cycle 조정을 통해 장애물 인식 시스템의 최대 거리가 조정이 가능하다.
장치와 어떤 물체와의 거리를 비접촉 방식으로 측정하는 장치는 어떤 분야에서 응용될 수 있나? 반면 보행에 도움을 주기 위한 지팡이의 장애물 인식 여부를 판단하기 위한 시스템, 혹은 무인 청소기가 장애물을 회피하며 청소를 수행하는 시스템 등에 사용되기 위한 장애물 인식, 또는 회피 장치는 앞에서 서술한 무인 자동차에 비해 요구 성능이 상당한 수준으로 완화될 수 있다. 그러나 비전 센서, 레이저 거리 측정기는 장애물 인식 및 회피 장치에서 요구되는 비용과 무게, 크기에 대한 이용 효율성을 제공하지 못하고 있다[5-6].
triggering 신호의 duty cycle 조정을 통해 무엇이 가능한가? 초음파 센서는 기본적으로 비활성 모드에서 동작을 하며 외부에서의 triggering신호를 기점으로 펄스의 송신과 수신 및 감지를 수행한다. 이러한 triggering 신호는 해당 MCU를 통해 입력이 가능하며 triggering 신호의 duty cycle 조정을 통해 장애물 인식 시스템의 최대 거리가 조정이 가능하다. 하지만 triggering 신호의 주기가 충분히길더라도 본 시스템에 적용된 초음파 센서의 민감도가 충분치 않을 경우 장애물 인지 거리의 최대값은 민감도에 좌우될 수 있다.
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참고문헌 (12)

  1. Kim, Y. B. and Moon H., "A SAW-less GPS RX Front-end using an Automatic LC Calibrator," Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, Vol. 21, No.1, pp. 43-50, 2016. 

  2. Moon H., "A Low Close-in Phase Noise 2.4GHz RF Hybrid Oscillator using a Frequency Multiplier," Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, Vol. 20, No.1, pp. 49-55, 2015. 

    원문보기 상세보기 crossref

  3. Yeap, S. B., Qing, X., and Chen, Z.-N., "77-GHz Dual-Layer Transmit-Array for Automotive Radar Applications," IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol. 63, No.6, pp. 2833-2837, 2015. 

    상세보기 crossref

  4. Natarajan, A. et al., "A 77-GHz Phased-Array Transceiver With On-Chip Antennas in Silicon: Transmitter and Local LO-Path Phase Shifting," IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 41, No.12, pp. 2807-2819, 2006. 

    상세보기 crossref

  5. Wang, Y. T., Feng, Y. C., and Hung, D. Y., "Detection and Tracking of Moving Objects in SLAM using Vision Sensors," IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, pp. 1-5, 2011. 

  6. Park, J. S. and Jung, J. W., "Transparent Obstacle Detection Method based on Laser Range Finder," Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems, Vol. 24, No.2, pp. 111-116, 2014. 

    원문보기 상세보기 crossref

  7. Atmel, "8-bit Atmel Microcontroller with 128KBytes In-System Programming Flash," Datasheet, Available on www.atmel.com. 

  8. Kim, J., Kim, J., and Li, Q, "A Study on Factors Affecting Smartphone User's Security Behavior Intention," The Journal of Internet Electronic Commerce Research, Vol. 16, No.6, pp. 115-136, 2016. 

  9. Moon, J. H., and Lee, D. C., "A Study on Convenience and Continuous Use Intention of Smartphone Application: Focusing upon Cacao Taxi Application ion," The Journal of Internet Electronic Commerce Research, Vol. 16, No.6, pp. 225-243, 2016. 

  10. Lee, W. K., and Park, J. H., "Roles of Brand Loyalty in Determination of Smartphone Purchasing Intention," The Journal of Information Systems, Vol. 26, No.1, pp. 125-142, 2017. 

    원문보기 상세보기 crossref

  11. Skolnik, M., Introduction to Radar Systems, New York, 3rd edition, NY, USA, Mcgraw-Hill, 2002. 

  12. Richards, M. A., Scheer, J. A., and Holm, W. A., Principles of Modern Radar: Basic Princples, New York, NY, USA, Scitech, 2010. 

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