KR20040034231A - Microwave motion sensor module that use radio frequency and Perception method of object to use thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 RF 극초단파를 이용한 마이크로웨이브 작동 센서 모듈 및 이를 이용한 대상물의 감지 방법에 관한 것으로, 도플러 레이더 원리를 이용하여 안테나송신부와 안테나수신부를 하나의 모듈 내에 형성시키되, 국부신호발생부를 통해 1∼30GHz의 고주파를 발진시켜 이를 감지하고자 하는 대상물에 투여하여 대상물로부터 되돌아오는 에너지를 감지할 수 있도록 하고, 상기 포착되어 이격된 에너지의 파장과 송신 파장과의 혼합에 의해 센서는 저주파 전압을 산출하게 되며, 전기적으로 연결된 외부의 컨트롤러부와 상기 컨트롤러부 내에 내장된 소프트웨어와의 연결 작용에 의해 최종적으로 센서의 작동이 이루어질 수 있도록 구성하여, 기존의 램프류나 보안장비 이외에 고도의 정확한 감지기능을 요하는 교통, 고속도로 감시 및 통제, 특수 보안관련제품, 자동차 후방감지, 자동문, 센서등, 센서에 의해 작동하는 모든 제품에 적용이 가능할 수 있도록 하는 특징이 있다.The present invention relates to a microwave operation sensor module using an RF microwave and a method for detecting an object using the same, wherein an antenna transmitter and an antenna receiver are formed in one module by using the Doppler radar principle, and are 1 to 30GHz through a local signal generator. By oscillating a high frequency of the object to be administered to the object to be detected to detect the energy coming back from the object, by mixing the wavelength of the captured and spaced energy and the transmission wavelength, the sensor calculates a low frequency voltage, The sensor can be finally operated by the connection between the externally connected controller and the software embedded in the controller, so that traffic requiring highly accurate detection in addition to existing lamps or security equipment, Highway monitoring and control, special security related It has a feature that can be applied to all products operated by the sensor, such as products, rear detection of automobiles, automatic doors and sensors.
Description
본 발명은 RF 극초단파를 이용한 마이크로웨이브 작동 센서 모듈 및 이를 이용한 대상물의 감지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도플러 레이더 원리를 적용하여 국부신호발생부에 의해 주기적으로 발진되는 1~30GHz의 고주파(극초단파)와 하나의 모듈 내에 형성된 안테나송신부 및 안테나수신부에 의해 대상물의 움직임을 감지할 수 있도록 하되, 대상물로부터 되돌아오는 수신에너지에 의한 출력주파수신호와 안테나송신부를 통해 발신되는 주파수를 혼합하여 저주파 전압을 산출하게 하고, 외부에 전기적으로 연결된 컨트롤러부와 상기 컨트롤러부 내에 내장된 소프트웨어와의 연결 작용에 의해 최종적으로 신호출력부에 의해 센서의 작동이 이루어질 수 있도록 하는 RF 극초단파를 이용하여 송수신이 가능한 마이크로웨이브 작동 센서 모듈 및 이를 이용한 대상물의 감지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave actuated sensor module using RF microwave and a method of sensing an object using the same, and more particularly, 1 ~ 30GHz high frequency (ultrawave) which is periodically oscillated by a local signal generator by applying the Doppler radar principle. ) And an antenna transmitter and an antenna receiver formed in one module to detect the movement of the object, and calculate a low frequency voltage by mixing the output frequency signal by the received energy returned from the object and the frequency transmitted through the antenna transmitter. Microwave operation capable of transmitting and receiving using RF microwave to finally operate the sensor by the signal output unit by the connection action between the controller unit electrically connected to the outside and the software embedded in the controller unit Sensor module and The present invention relates to detection methods using the object.
일반적으로 센서 혹은 감지장치는 온도나 압력 혹은 습도 등 여러 종류의 물리량을 감지하여 검출하거나 판별·계측하는 기능을 갖춘 소자를 말하는 것으로, 사람의 눈·코·귀·혀 등과 같은 감각기간의 역할을 수행하며 감지한 정보를 정보 처리부에 해당되는 수단으로 전달하여 판단을 내리게 한다.In general, a sensor or a sensing device refers to a device having a function of detecting, detecting, or measuring various kinds of physical quantities such as temperature, pressure, or humidity, and acts as a sensory period such as a human eye, nose, ear, and tongue. It performs the judgment by transmitting the detected information to the means corresponding to the information processing unit.
상기 센서를 통한 감지의 대상이 되는 물리량은 자기, 변위, 진동, 가속도, 회전수, 유량 혹은 유속, 액체성분, 가스성분, 가시광, 적외선, 초음파, 마이크로파, 외선, 방사선, X선 등 여러 가지 종류가 있으며, 출력신호로는 증폭과 메모리 내의 저장방법이나 원격조정이 간단하여 입력할 때 취급의 용이성으로 인하여 전기 신호가 주로 쓰이게 된다.The physical quantity to be detected by the sensor is various kinds such as magnetic, displacement, vibration, acceleration, rotational speed, flow rate or flow rate, liquid component, gas component, visible light, infrared ray, ultrasonic wave, microwave, external ray, radiation, X-ray As the output signal, the amplification and storage method in the memory or the remote control are simple, and the electrical signal is mainly used due to the ease of handling when inputting.
상기와 같은 역할을 수행하는 대표적인 센서로는 광센서, 이미지센서, 초음파센서, 변위 센서 등이 있다.Representative sensors that perform such a role include an optical sensor, an image sensor, an ultrasonic sensor, a displacement sensor, and the like.
상기 광센서는 빛을 이용하여 대상을 검출하는 소자로, 이러한 광센서는 빛의 양, 물체의 모양이나 상태 혹은 움직임 등을 감지하여, 그 빛이 물체에 부딪혀반사되어 오는 것을 받아들여 그 물체의 움직임이나 빠르기 등을 알아내는 것으로 투광부에서 방사된 펄스 변조광이 검출거리가 검출영역에 들어감에 따라 수광소자에의 입사광이 증가(감소)하게 되고 이렇게 증가(감소)한 입사광의 정류신호레벨이 동작레벨에 도달하면 출력을 내어주는 것이 일반적인 원리이다.The optical sensor is an element that detects an object using light, and the optical sensor detects an amount of light, a shape, a state, or a movement of an object, and receives the light reflected from the object. By detecting the movement or speed, the incident light to the light-receiving element increases (decreases) as the pulse-modulated light emitted from the light emitting part enters the detection area, and thus the rectified signal level of the incident light increases. It is a general principle to give an output when the operation level is reached.
예를 들어서, 초음파나 적외선을 로봇의 전방에서 발사하여, 물체로부터 되돌아오는 빛의 강약으로 제 위치를 알게 되고, 장애물로부터 멀어져 있으면 받는 빛은 약해지고, 가까워지면 강해지므로 어느 일정한 빛의 세기에서 멈추어 서도록 로봇에게 가르쳐 놓으면 앞쪽에 물체가 있을 때 판단해서 서게 되며, 그 이상 앞으로 나아가지 않고, 진행 방향을 바꾸게 되는 것도 비슷한 원리이다.For example, by emitting ultrasonic waves or infrared rays from the front of the robot, the position of the light is known by the intensity of the light coming back from the object, and when it is far from the obstacle, the received light is weakened, and when it gets closer, it becomes stronger. If you teach it to the robot, you will be judged when there is an object in front of you, and instead of moving forward, you will change your direction.
이미지센서는 피사체의 정보를 검지하여 전기적인 영상신호로 변환하는 장치로 인간의 눈으로는 볼 수 없는 자외선 영역 등의 불가시상을 가시상으로 변화하는 기능이 있다.The image sensor is a device that detects information of a subject and converts it into an electric video signal, and has a function of changing an invisible image such as an ultraviolet region that is invisible to the human eye to a visible image.
초음파센서는 인간의 귀로는 들을 수 없는 20MHz ~ 300MHz의 고주파대 음을 이용하여 물체의 위치나 거리를 감지하는 센서에 관한 것으로, 두께 2∼3 ㎛의 진동막에 전압을 가하면 초음파가 발생하고 물체에 부딪혀 반사되어 되돌아오는 초음파를 다시 이 진동자에 의하여 감지하게 되면, 물체까지의 거리가 멀수록 반사하여 되돌아오기까지의 시간이 길어지기 때문에 물체까지의 거리를 알 수 있게 되는 것이다.Ultrasonic sensor is a sensor that detects the position or distance of an object by using high frequency sound of 20MHz ~ 300MHz that can't be heard by human ear. When the ultrasonic wave is detected and returned by the vibrator again, the distance to the object becomes longer because the longer the distance to the object is, the longer it takes to reflect back.
상기 변위센서는 물체간 이동거리 또는 위치변화를 아날로그 값으로 취할 수 있는 센서를 말하는 것으로, 검출대상물이 센서 헤드에 접근하며, 검출대상물의 표면에 와전류가 발생하게 되고, 와전류손실로 인하여 발진에너지가 감쇠하여 아날로그 변위를 출력하게 된다.The displacement sensor refers to a sensor that can take a moving distance or position change between objects as an analog value, and a detection object approaches the sensor head, an eddy current is generated on the surface of the detection object, and oscillation energy is generated due to eddy current loss. Attenuate will output analog displacement.
상기에서 설명한 일반적인 광센서, 이미지센서, 초음파센서 등과 같은 기존의 센서들은 적외선, 초음파, 열 혹은 연기 등을 이용하여 사물에 대한 감지가 이루어질 수 있도록 한 것으로, 원리가 간단하고 가격이 저렴하여 램프나 소형 보안장비에 일반적으로 보편화되어 사용되고 있지만, 상기의 일반적인 센서들은 송신안테나 및 수신안테나 모듈이 각각으로 제작됨으로 인해 감지의 거리가 대략 1∼1.5m 정도에 불과하고, 발생되는 주파수 대역 역시 초음파센서를 제외하고는 대부분 2MHz 등의 아날로그 주파수를 사용하는 것뿐이고, 감지각이 110°정도로 인해 다양한 감지가 이루어지지 못하여 감지에 있어서 사각지대가 발생할 수 있게 되는 단점이 있다.Conventional sensors such as the general optical sensor, image sensor, ultrasonic sensor, and the like described above are used to detect objects using infrared rays, ultrasonic waves, heat or smoke, and the principle is simple and the price is low. Although generally used in small security equipment, the above-mentioned general sensors have a sensing distance of about 1 to 1.5m due to the manufacture of the transmitting antenna and the receiving antenna module, respectively, and the generated frequency band also uses the ultrasonic sensor. Except that most of them use only analog frequency, such as 2MHz, there is a disadvantage that the blind spots can occur in the detection because the detection angle is not made due to the 110 °.
또한, 보안산업 및 홈오토메이션의 보편화 또는 자동화 요구를 위한 전자산업의 발전을 계기로 자동화 요구와 비용절감차원에서 자동화가 가능한 시스템 사용이 증대되면서 외부와 연결되는 출입구에는 출입이 허용된 자의 출입 및 출입이 허용되지 않은 자의 통제, 방문객 관리, 침입자 방지, 화재나 재난 발생시 피난 및 구조대원 출입, 건물안내 및 사고지원, 출퇴근 기록 등을 목적으로 하는 장치들이 필요하게 되는 것이다.In addition, with the development of the electronics industry for the generalization or automation needs of security industry and home automation, as the use of systems that can be automated is increased in terms of automation demands and cost reduction, the entrance and access of those who are allowed access to the entrances connected to the outside There is a need for devices for the purpose of controlling unauthorized persons, managing visitors, preventing intruders, evacuation and rescue personnel in the event of a fire or disaster, guiding buildings and supporting accidents, and commute records.
하지만 이러한 상황에서 상기에서 설명한 종래의 검지센서 방법은 일반적인 램프류, 간단한 보안장비, 차량 후방 경보기, 출입문에만 적용될 수밖에 없게 되고 그 이상의 특수 목적을 지닐 수밖에 없는 상황에서는 감지 작동이 이루어질 수 없게 되어 센서의 효율성이나 목적 면에서 문제점이 발생하게 되는 것이다.However, in this situation, the conventional detection sensor method described above can only be applied to general lamps, simple security equipment, vehicle rear alarms and doors, and the detection operation cannot be performed in a situation where it has no special purpose. However, problems arise in terms of purpose.
본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 대상물의 움직임을 감지할 수 있는 센서를 구성함에 있어, 도플러 레이더 원리를 이용하여 안테나송신부와 안테나수신부가 하나의 모듈로 제작될 수 있는 RF모듈을 내장하여 센서의 작동시 기존에 감지원리 및 기능의 한정으로 인해 구현되지 못한 특수보안장비, 속도감지기 다양한 기계류 등 특수 형태의 감지가 이루어질 수 있도록 함은 물론 감지거리와 감지각도의 다양성으로 인하여 제품의 효율성이 향상될 수 있도록 하고, 구조의 간편함으로 인해 제조원가를 줄일 수 있어 감지 센서 및 센서 제품에 대한 경쟁력을 향상시킬 수 있도록 하는데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, in configuring a sensor that can detect the movement of the object, using the Doppler radar principle, the antenna transmitter and antenna receiver RF can be manufactured in one module Built-in module enables special types of detection such as special security equipment, speed sensor, and various machinery that are not realized due to the limitation of detection principle and function when operating the sensor, as well as the variety of detection distance and angle The purpose of the present invention is to improve the efficiency of the product and to reduce manufacturing costs due to the simplicity of the structure, thereby improving the competitiveness of the sensor and the sensor product.
상기의 목적을 달성하기 위하여 대상물에 일정량의 전원을 공급하는 전원입력부; RF모듈; 상기 RF모듈에 따른 프로그램이 실행되는 컨트롤러부; 상기 RF모듈과 컨트롤러의 실행에 따라 신호가 출력되는 신호출력부;를 포함하여 대상물의 움직임을 감지하는 센서에 있어서, 상기 전원입력부와 컨트롤러부 사이에 RF모듈을 회로적으로 연결할 수 있도록 하되, 상기 RF모듈은 대상물에 투여하기 위하여 사인파 형상의 초고주파를 연속적으로 발진시키는 국부신호발생부; 상기 국부신호발생부로부터 지속적으로 발생되는 사인파 신호의 송신·전달을 통한 신호의 인식을 용이하게 하기 위해 상기 신호를 적정 수준으로 증폭하기 위한 발진주파수증폭부; 상기 국부신호발생부에 의해 발생되어 상기 발진주파수증폭부를 거쳐 증폭된 주파수 신호를 발신하는 안테나송신부; 상기 안테나송신부를 통해 발신된 주파수 신호를수신하기 위한 안테나수신부; 상기 대상물에 투여된 후 이격된 주파수출력신호와 상기 안테나송신부로부터 발신된 송신주파수가 서로 혼합되어 중심주파수의 변환이 일어나게 하는 주파수혼합부; 상기 주파수혼합부에서 발생되는 고주파대역의 주파수가 저주파대역의 주파수로 변환되기 전 중간 주파수로 변환되게 하는 중간주파수출력단;으로 이루어짐을 특징으로 하는 RF 극초단파를 이용한 마이크로웨이브 작동 센서 모듈 및 이를 이용한 대상물의 감지 방법을 구현하고자 하는 것이다.A power input unit for supplying a predetermined amount of power to the object in order to achieve the above object; RF module; A controller unit for executing a program according to the RF module; In the sensor for detecting the movement of the target object, including a signal output unit for outputting a signal according to the execution of the RF module and the controller, so that the RF module can be connected circuitry between the power input unit and the controller unit, The RF module includes a local signal generator for continuously oscillating ultra-high frequency waves having a sinusoidal shape for administration to an object; An oscillation frequency amplifier for amplifying the signal to an appropriate level to facilitate recognition of the signal through transmission and transmission of a sinusoidal signal continuously generated from the local signal generator; An antenna transmitter for transmitting a frequency signal generated by the local signal generator and amplified through the oscillation frequency amplifier; An antenna receiver for receiving a frequency signal transmitted through the antenna transmitter; A frequency mixing unit for mixing the frequency output signal spaced apart from the object after being administered to the object and the transmission frequency transmitted from the antenna transmitter to convert the center frequency; Microwave operation sensor module using an RF microwave, characterized in that consisting of; an intermediate frequency output stage for converting the frequency of the high frequency band generated by the frequency mixing unit to an intermediate frequency before being converted into the frequency of the low frequency band and the object using the same We want to implement the detection method.
도 1은 본 발명에 적용되는 마이크로웨이브 작동 센서 모듈의 블럭도1 is a block diagram of a microwave actuated sensor module applied to the present invention
도 2는 본 발명에 적용되는 마이크로웨이브 작동 센서 모듈의 회로도Figure 2 is a circuit diagram of a microwave actuated sensor module applied to the present invention
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1. RF모듈 10. 전원입력부RF Module 10. Power Input
20. 국부신호발생부 30. 발진주파수증폭부20. Local signal generator 30. Oscillation frequency amplifier
40. 안테나송신부 50. 안테나수신부40. Antenna transmitter 50. Antenna receiver
60. 주파수혼합부 70. 중간주파수출력단60. Frequency mixing section 70. Intermediate frequency output terminal
80. 컨트롤러부 90. 신호출력부80. Controller section 90. Signal output section
상기와 같은 목적으로 이루어진 본 발명에 의한 RF 극초단파를 이용한 마이크로웨이브 작동 센서 모듈 및 이를 이용한 대상물의 감지 방법은 도플러 레이더 원리(Doppler Radar Principle)를 이용하여 안테나송신부와 안테나수신부를 하나의 모듈 내에 형성시키되, 국부신호발생부를 통해 1∼30GHz의 고주파를 발진시켜 이를 감지하고자 하는 대상물에 투여하여 대상물로부터 되돌아오는 에너지를 센서를 통해 감지·포착할 수 있도록 하고, 상기 포착되어 이격된 에너지의 파장과 송신 파장과의 혼합에 의해 센서는 저주파 전압을 산출하게 되며, 전기적으로 연결된 외부의 컨트롤러부와 상기 컨트롤러부 내에 내장된 소프트웨어와의 연결 작용에 의해 최종적으로 센서의 작동이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.Microwave operation sensor module using the RF microwave and an object detection method using the same according to the present invention made for the above object is to form an antenna transmitter and an antenna receiver in one module using the Doppler Radar Principle. By oscillating a high frequency of 1 ~ 30GHz through the local signal generator, and administering it to an object to be detected, the energy returned from the object can be detected and captured by the sensor, and the wavelength and the transmission wavelength of the captured and spaced energy are detected. By mixing with the sensor, the sensor calculates a low frequency voltage, so that the sensor can be finally operated by a connection action between an externally connected controller unit electrically connected to software embedded in the controller unit.
일반적으로, RF(Radio Frequency)는 주기성을 가지는 신호 가운데 주파수가 높아지면서 외부로 방출되는 주파수 대역을 의미하는 것으로, 대략 100~300Mhz 이상의 고주파 무선통신 및 고주파를 이용하는 장비설계, 연구 공학분야 일체를 통칭하는 것을 의미하기도 한다.In general, RF (Radio Frequency) refers to a frequency band that is emitted to the outside as the frequency increases among the signals having a periodicity, collectively designing all the equipment design, research engineering fields using high-frequency wireless communication and high frequency of about 100 ~ 300Mhz or more It also means to do.
아래, 표 1은 LF(low frequency), RF(radio frequency) 및 MW(microwave)의 영역별 주파수의 범위 및 파장에 관한 것이다.Table 1 below relates to the ranges and wavelengths of the region-specific frequencies of low frequency (LF), radio frequency (RF) and microwave (MW).
상기 국부신호발생부는 1~30GHz의 고주파(극초단파)를 주기적으로 발생시키기 위한 장치로, RF 극초단파의 발진을 통해 송수신이 가능한 마이크로웨이브 작동 센서 모듈을 통하여 대상물질을 감지하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.The local signal generator is a device for periodically generating a high frequency (microwave) of 1 ~ 30GHz, looking at how to detect the target material through the microwave operation sensor module capable of transmitting and receiving through the oscillation of RF microwave.
대상물이 상기 감지 시스템에 의해 감지되어 적용되는 과정을 살펴보면, 기본적으로 상기 전원입력부를 통해 공급되는 정전류 및 정전압의 전원이 초기화된 상태에서 작동이 이루어지도록 하며, 상기 전원입력부를 통해 인가된 전원에 의해 국부신호발생부가 1~30GHz의 특정 주파수를 발생시키면, 대상물의 접근이 없는 대기상태에서는 안테나송신부에서 상기 발생되는 주파수를 계속적으로 발신하게 되고, 안테나수신부를 통해 상기 안테나송신부로부터 발생된 주파수를 계속적으로 수신하게 된다.Looking at the process of the object is detected and applied by the detection system, the operation is performed in a state that the power of the constant current and the constant voltage supplied through the power input unit is basically initialized, by the power applied through the power input unit When the local signal generator generates a specific frequency of 1 to 30 GHz, the antenna transmitter continuously transmits the generated frequency in the standby state without access of the object, and continuously generates the frequency generated from the antenna transmitter through the antenna receiver. Will receive.
하지만, 대상물질의 접근으로 인한 움직임이 작동 센서에 의해 포착이 되고, 국부신호발생부를 통해 발진된 주파수가 안테나송신부를 통해 대상물에 투여가 되면, 상기 대상물에 투여되어 되돌아온 주파수출력신호는 기존의 송신주파수로부터 이격되고, 상기 송신주파수 신호로부터 이격된 주파수출력신호와 상기 안테나송신부를 통해 발신된 송신신호는 서로 주파수혼합부를 통해 혼합되고, 이를 통해 센서는 저주파 전압을 산출하게 되는데, 상기 산출된 저주파 전압은 컨트롤러부의 작동과 내장된 프로그램간의 흐름에 의해 상황에 맞는 지정된 명령을 수행하여 신호출력부를 통해 센서의 ON/OFF를 결정하게 되는 것이다.However, when the movement due to the approach of the target material is captured by the operation sensor, and the frequency oscillated through the local signal generator is administered to the target through the antenna transmitter, the frequency output signal administered and returned to the target is transmitted through the existing transmission. The frequency output signal, which is spaced apart from the frequency and is separated from the transmission frequency signal, and the transmission signal transmitted through the antenna transmitter are mixed with each other through a frequency mixing unit, through which the sensor calculates a low frequency voltage. Is to determine the ON / OFF of the sensor through the signal output part by executing the designated command according to the situation by the operation between the controller part and the built-in program.
이하, 본 발명의 일실시례에 의해 이루어진 구성을 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하되, 첨부된 도면은 본 발명의 일실시례를 구체적으로 설명하는 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 도면 또는 상기 도면을 참조한 설명에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a configuration made by an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, the accompanying drawings are only illustrative of the embodiments of the present invention in detail, the scope of the present invention is the drawings or the above It is not limited or limited by the description with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 적용되는 마이크로웨이브 작동 센서 모듈의 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 적용되는 마이크로웨이브 작동 센서 모듈의 회로도를 나타낸 것으로 함께 설명하기로 한다.1 is a block diagram of a microwave actuated sensor module applied to the present invention, Figure 2 is a circuit diagram of a microwave actuated sensor module applied to the present invention will be described together.
도 1은 본 발명에 적용되는 마이크로웨이브 작동 센서 모듈의 블럭도를 나타낸 것으로, 상기 도시된 바와 같이 본 발명은 국부신호발생부(20), 발진신호증폭부(30), 안테나송신부(40), 안테나수신부(50), 주파수혼합부(60), 중간주파수출력단(70)으로 구성된 RF모듈(1)로 이루어질 수 있도록 하되, 상기 RF모듈(1)에 전원의 유입 및 차단을 결정하는 전원입력부(10), 상기중간주파수출력단(70)으로부터 출력되는 중간주파수신호를 받아 내장된 소프트웨어와의 상호작용에 의해 신호의 인가여부를 결정하는 컨트롤러부(80), 상기 컨트롤러부(80)의 제어작동에 의해 인가되는 신호를 따라 센서의 ON/OFF 작동여부를 지시하는 신호출력부(90)를 함께 포함할 수 있도록 한다.1 is a block diagram of a microwave operation sensor module applied to the present invention, as shown in the present invention, the local signal generator 20, the oscillation signal amplifier 30, the antenna transmitter 40, A power input unit for determining the inflow and cut-off of power to the RF module (1) consisting of an antenna receiving unit 50, a frequency mixing unit 60, an intermediate frequency output terminal 70, 10) to receive the intermediate frequency signal output from the intermediate frequency output terminal 70, the controller unit 80 to determine whether to apply the signal by interaction with the embedded software, the control operation of the controller unit 80 The signal output unit 90 to indicate whether the ON / OFF operation of the sensor according to the signal applied by the to be included together.
도 2는 본 발명에 적용되는 마이크로웨이브 작동 센서 모듈의 회로도를 나타낸 것으로, 상기 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 RF모듈(1)은 국부신호발생부(20), 발진주파수증폭부(30), 안테나송신부(40), 안테나수신부(50), 주파수혼합부(60), 중간주파수출력단(70)으로 이루어져 있다.2 is a circuit diagram of a microwave actuating sensor module applied to the present invention. As shown in the drawing, the RF module 1 according to the present invention includes a local signal generator 20, an oscillation frequency amplifier 30, The antenna transmitter 40, the antenna receiver 50, the frequency mixing unit 60, and the intermediate frequency output terminal 70.
국부신호발생부(20)는 1∼30GHz의 초고주파(극초단파)를 연속적으로 발진시키는 수단으로, 본 발명에 적용되는 초고주파용 발진기는 상기 전원입력부(10)로부터 인가되는 DC 전압과 다이오드 오실레이터와 같은 1 port의 소자 또는 트랜지스터 오실레이터나 같은 2 port의 능동소자(미도시됨)를 이용하여 특정의 주파수를 생성하고, 상기 주파수혼합부(60)와 중간주파수출력단(70)에 기준하여 해당되는 발진주파수원을 공급하기 위한 주파수 소스원이 되는 것이다.The local signal generator 20 is a means for continuously oscillating 1 to 30 GHz ultra-high frequency (ultra-high frequency), the ultra-high frequency oscillator applied to the present invention is applied to the same as the DC voltage and diode oscillator applied from the power input unit 10. A specific frequency is generated by using a port device or a transistor oscillator or an active device (not shown) of the same two ports, and a corresponding oscillation frequency source based on the frequency mixer 60 and the intermediate frequency output terminal 70. It is to be a source of frequency to supply.
발진주파수증폭부(30)는 상기 국부신호발생부(20)로부터 지속적으로 발진되는 1∼30GHz의 사인파 신호의 송신·전달을 통한 신호의 인식을 보다 용이하게 하기 위해 신호를 적정 수준으로 증폭하기 위한 수단으로, FET 트랜지스터를 이용하여 증폭기를 구성하고, 전원입력부(10)로부터 인가된 DC전원이 상기 트랜지스터의 입력단과 출력단 각각에 전압을 흐르도록 하되, 상기 트랜지스터의 입력단에 비해 출력단에 더 많은 전압을 흘릴 수 있게 하여, 입력단으로 미세한 신호의 RF 주파수가 발진되어 들어오면 출력단에서는 주파수는 이전의 상태를 그대로 유지한 채, 입력신호의 크기만 증폭되는 것이다.The oscillation frequency amplification unit 30 is for amplifying the signal to an appropriate level in order to more easily recognize the signal through transmission and transmission of a sine wave signal of 1 to 30 GHz continuously oscillated from the local signal generator 20. As a means, an amplifier is configured using a FET transistor, and the DC power applied from the power input unit 10 causes a voltage to flow into each of the input and output terminals of the transistor, but more voltage is applied to the output terminal than the input terminal of the transistor. When the RF frequency of the fine signal is oscillated to the input terminal, the frequency is amplified only in the output terminal while maintaining the previous state.
안테나송신부(Antenna Transmitter)(40)는 상기에서 설명한 전원입력부(10)와 여타의 능동소자의 작용을 통해 국부신호발생부(20)에서 지속적으로 발진되고 상기 발진주파수증폭부(30)를 거쳐 증폭되어 신호의 크기가 향상된 1∼30GHz의 주파수 신호를 발신하기 위한 수단으로, 일반적으로 극초단파대 이상의 파는 파장이 매우 짧고 그 성질이 빛과 매우 비슷하므로 지향성을 예리하게 한 안테나를 사용하는 것이 좋고, 불필요한 신호들을 걸러내는 필터수단과 상기 국부신호발생부(20)에서 발생되는 주파수를 고정시키고 정확히 조절하는 PLL 수단, 외부에서 잡음이나 오류가 섞인 신호가 유입되는 것을 막기 이한 아이솔레이터 수단 등을 부가적으로 함께 포함하여도 좋을 것이다.The antenna transmitter 40 is continuously oscillated by the local signal generator 20 through the action of the power input unit 10 and other active elements described above, and amplified through the oscillation frequency amplifier 30. It is a means for transmitting the frequency signal of 1 ~ 30GHz with improved signal size. In general, the wave over the microwave is very short in wavelength and very similar to light, so it is better to use an antenna with sharp directionality. Filter means for filtering signals, PLL means for fixing and precisely adjusting the frequency generated by the local signal generator 20, isolator means for preventing the inflow of a signal mixed with noise or error from the outside additionally It may be included.
상기 안테나수신부(Antenna Receiver)(50)는 전원입력부(10)의 전원공급을 통한 국부신호발생부(20)의 작동으로 1~30GHz 대역의 고주파가 계속적으로 발진이 되고 상기 안테나송신부(40)에서 발생된 고주파를 연속적으로 발신하게 되면 상기 발신된 주파수를 수신하기 위한 수단으로, 안테나송신부(40)로부터 수신된 신호 중 필요한 주파수 대역만 증폭시켜줄 수 있는 대역통과 필터수단이나 공기중의 잡음이 포함된 수신신호 중 잡음까지 증폭되는 것을 최대한 억제하면서 신호가 증폭되는 것을 막을 수 있는 저잡음 증폭수단 등을 부가적으로 포함하여 상기 수신된 신호의 인식을 명확하게 할 수 있게 한다.The antenna receiver 50 is a high frequency of 1 ~ 30GHz band is continuously oscillated by the operation of the local signal generator 20 through the power supply of the power input unit 10 and in the antenna transmitter 40 When transmitting the generated high frequency continuously means for receiving the transmitted frequency, the band pass filter means that can amplify only the required frequency band of the signal received from the antenna transmitter 40 or the noise in the air It further includes low noise amplification means or the like which can prevent the signal from being amplified while maximally suppressing amplification of the received signal to noise, thereby making it possible to clearly recognize the received signal.
상기 주파수혼합부(60)는 대상물로부터 투여된 후 되돌아 온 주파수출력신호와 송신주파수로부터 발신된 주파수가 서로 혼합되어 중심주파수의 변환이 일어날 수 있도록 하는 수단으로, 국부신호발생부(20)를 통해 발생된 주파수가 안테나송신부(40)를 통해 대상물에 투여가 되어 대상물의 움직임이나 상태가 상기 마이크로웨이브 센서를 통해 포착되면, 상기 대상물로부터 되돌아온 에너지의 주파수출력신호는 기존의 송신주파수로부터 충분히 이격되고, 상기 송신주파수신호로부터 이격된 주파수출력신호와 상기 안테나수신부(50)를 통해 수신된 수신주파수신호는 서로 주파수혼합부(60)를 통해 혼합이 되어 신호가 담고 있는 정보나 밀도의 양상은 그대로 유지한 채, 중심주파수의 크기만 변화시킨다.The frequency mixing unit 60 is a means for converting the frequency output signal and the frequency transmitted from the transmission frequency returned from the object after being administered from the object so that the conversion of the center frequency can occur, through the local signal generation unit 20. When the generated frequency is administered to the object through the antenna transmitter 40 and the motion or state of the object is captured by the microwave sensor, the frequency output signal of the energy returned from the object is sufficiently spaced apart from the existing transmission frequency, The frequency output signal spaced apart from the transmission frequency signal and the reception frequency signal received through the antenna receiver 50 are mixed with each other through the frequency mixer 60 to maintain the information or density of the signal contained therein. Only change the magnitude of the center frequency.
본 발명에서 주파수혼합부(60)는 회로의 구성을 보다 간단하게 하고 전력의 공급 없이 쉽게 구성시키기 위해 비선형소자인 다이오드를 배치시켜 혼합기를 구성하였으나, 트랜지스터나 다이오드와 같은 다양한 소자를 변형 구성하여 상황에 맞도록 설계 배치하여도 무방할 것이다.In the present invention, the frequency mixing unit 60 constitutes a mixer by arranging a nonlinear element diode in order to simplify the circuit configuration and easily configure the circuit without supplying power. It may also be designed to fit.
상기 중간주파수출력단(70)은 상기 주파수혼합부(60)에서 고주파대역의 주파수가 저주파대역의 주파수로 변환될 때 바로 변환되지 않고 다른 형태의 주파수로 변환되게 하는 수단으로, 상기 대상물로부터 투여된 후 되돌아 온 주파수출력신호와 송신주파수로부터 발신된 송신주파수가 주파수혼합부(60)를 거쳐 서로 혼합되어 이전의 공기중의 전자파로 송수신되는 고주파대역의 주파수가 실제로 음성이나 불빛 또는 화상 등으로 실제 인식인 가능한 형태의 정보를 저장한 저주파대역으로의 중심주파수의 변환이 일어날 때, 상기 고주파대역의 주파수가 저주파대역의 주파수로 바로 변환되지 아니하고, 고주파대역의 주파수에서 중간에 다른 형태의 주파수로 변환된 후 다시 저주파대역의 주파수로 변환되어 최종적으로 저주파 전압을 산출하게 되는 것이다.The intermediate frequency output stage 70 is a means for converting a frequency of a high frequency band into a frequency of a low frequency band in the frequency mixing unit 60 without being immediately converted into another type of frequency. The returned frequency output signal and the transmission frequency transmitted from the transmission frequency are mixed with each other through the frequency mixing unit 60, and the frequencies of the high frequency band transmitted and received by the electromagnetic waves in the air are actually recognized by voice, light or image. When the conversion of the center frequency into the low frequency band storing the possible information is performed, the frequency of the high frequency band is not directly converted into the frequency of the low frequency band, but after being converted into another type of frequency in the middle of the high frequency band. Is converted back to a frequency in the low frequency band and finally yields a low frequency voltage The.
따라서, 상기와 같은 설계로 인하여 안테나송신부(40)와 안테나수신부(50)에 사용되는 안테나의 종류에 따른 특성에 안정적이고 주변 회로에 덜 민감해지게 되는 것이며, 원하는 주파수대역만 정확하게 골라 사용할 수 있는 선택도의 향상을 꾀할 수 있게 된다.Therefore, due to the above design, it is stable to characteristics according to the type of antenna used in the antenna transmitter 40 and the antenna receiver 50, and is less sensitive to peripheral circuits. The selectivity can be improved.
상기 컨트롤러부(80)는 상기 마이크로웨이브 작동 센서와 전기적으로 연결되어 센서가 ON 또는 OFF될 수 있도록 하는 수단으로, 국부주파수발진부(20)를 통해 발생된 1~30GHz 대역의 주파수가 대상물의 움직임에 따라 되돌아오는 에너지를 감지한 후, 상기 포착된 주파수와 안테나송신부(40)에서 발산되는 송신주파수가 혼합되어 산출된 저주파 전압과 내장된 프로그램과의 작용에 의해 최종적으로 센서의 동작이 이루어질 수 있도록 한다.The controller 80 is a means for being electrically connected to the microwave operation sensor so that the sensor can be turned on or off, the frequency of the 1 ~ 30GHz band generated by the local frequency oscillation unit 20 to the movement of the object After sensing the energy to return, the captured frequency and the transmission frequency emitted from the antenna transmitter 40 are mixed so that the operation of the sensor can be finally performed by the operation of the low frequency voltage and the built-in program. .
상기 신호출력부(90)는 상기와 같은 일련의 과정에 의해 중간주파수출력단(70)을 거쳐 출력된 저주파 전압이 상기 컨트롤러부(80)의 제어작동에 의해 인가될 수 있도록 하고 신호의 ON/OFF 작동여부를 지시에 따라 외부로 출력될 수 있도록 하는 수단이다.The signal output unit 90 allows the low frequency voltage output via the intermediate frequency output terminal 70 to be applied by the control operation of the controller unit 80 by the above-described series of procedures, and the signal is turned on / off. It is a means that can be output to the outside according to the instruction whether the operation.
이상과 같이 본 발명의 일실시례 의해 구성된 RF모듈(1)을 이용하여 대상물의 감지가 이루어지는 과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the process of the detection of the object using the RF module (1) configured by the embodiment of the present invention as follows.
전원입력부(10)의 입력단자에 5∼12V의 DC 전원을 공급하는 어댑터의 접속단자가 접속되어 전원이 인가되면, RF모듈(1)과 컨트롤러부(80)가 초기화된 상태에서동작이 이루어져 신호출력부(90)를 통해 신호가 출력된다.When the connection terminal of the adapter for supplying DC power of 5 to 12V is connected to the input terminal of the power input unit 10 and the power is applied, the operation is performed in the state where the RF module 1 and the controller unit 80 are initialized. The signal is output through the output unit 90.
상기 전원입력부(10)를 통해 전원이 인가되면 국부신호발생부(20)에서는 1~30GHz의 특정 주파수를 연속적으로 발진하고, 상기 발진된 주파수는 발진주파수증폭부(30)를 거쳐 증폭이 이루어지는데, 안테나송신부(40)를 통해 발진된 주파수가 공중으로 발산되면 대상물의 접근이 이루어지지 않은 대기 상태에서는 상기 안테나송신부(40)를 통해 발산되는 주파수를 안테나수신부(50)가 이를 수신하여 주파수혼합부(60)를 거친 후 중간주파수출력단(70)으로 흘러 들어가게 된다.When power is applied through the power input unit 10, the local signal generator 20 continuously oscillates a specific frequency of 1 to 30 GHz, and the oscillated frequency is amplified through the oscillation frequency amplifier 30. When the frequency oscillated through the antenna transmitter 40 is emitted into the air, the antenna receiver 50 receives the frequency emitted by the antenna transmitter 40 in the standby state in which the object is not approached, and the frequency mixing unit receives it. After passing through (60), it flows into the intermediate frequency output terminal (70).
하지만, 안테나송신부(40)를 통해 발진되는 1~30GHz 대역의 주파수를 전송하여 대상물의 접근으로 인하여 움직임이 작동 센서에 의해 포착이 이루어지면, 상기 대상물을 통해 투여되어 되돌아온 주파수출력신호는 기존의 안테나송신부(40)로부터 발신되는 송신주파수로부터 이격하게 된다.However, when the movement is captured by the operation sensor by transmitting the frequency of the 1 ~ 30GHz band oscillated through the antenna transmitter 40, the frequency output signal administered and returned through the object is the existing antenna It is spaced apart from the transmission frequency transmitted from the transmitter 40.
상기 송신주파수신호로부터 이격된 주파수출력신호와 상기 안테나송신부(40)를 통해 발신된 송신신호는 서로 주파수혼합부(60)를 통해 혼합되고 중간주파수출력단(70)을 통과하게 되는데, 이러한 일련의 과정을 통해 센서는 저주파 전압을 산출하게 되는데, 상기 산출된 저주파 전압은 컨트롤러부(80)의 작동과 내장된 프로그램간의 작용에 의해 각 센서의 목적별로 지정된 명령을 수행하게 되고, 최종적으로 신호출력부(90)를 통해 신호의 작동이 이루어질 수 있게 되는 것이다.The frequency output signal spaced apart from the transmission frequency signal and the transmission signal transmitted through the antenna transmitter 40 are mixed with each other through the frequency mixing unit 60 and pass through the intermediate frequency output terminal 70. Through the sensor to calculate a low frequency voltage, the low frequency voltage is calculated by the operation between the operation of the controller unit 80 and the built-in program to perform a designated command for each sensor purpose, and finally the signal output unit ( 90) the operation of the signal can be made.
따라서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 의한 RF 극초단파를 이용하여 송수신이 가능한 마이크로웨이브 작동 센서 모듈 및 이를 이용한 대상물의 감지 방법은 다음과 같은 특성을 지닌다.Therefore, the microwave actuated sensor module capable of transmitting and receiving using the RF microwave according to the present invention having the configuration as described above and a method of detecting an object using the same have the following characteristics.
첫째, 비접촉적이여서, 목적하는 대상물과의 직접적이 접촉 없이 센서의 작동이 이루어지며, 이동하거나 움직이는 부분이 없어 노후화되거나 찢어질 염려가 없게 되어 오랜 기간 사용하여도 무방하다.First, because it is non-contact, the operation of the sensor is made without direct contact with the desired object, there is no moving or moving part, there is no fear of aging or tearing, so it may be used for a long time.
둘째, 열·소음·습기·기류·먼지 등 환경적으로 영향을 받지 않는다.Second, it is not affected by the environment such as heat, noise, moisture, airflow, and dust.
셋째, 외부로부터 가해지는 임의의 충격이나 파손 등과 같은 위험을 막기 위해 나무, 플라스틱, 유리, 벽돌과 같은 비금속 자재의 특성을 이용할 수 있으며, 에너지 방사로 인한 위험이 없어 안전하다.Third, in order to prevent risks such as any impact or damage from the outside, the characteristics of non-metallic materials such as wood, plastic, glass, and bricks can be used, and there is no danger of energy radiation, so it is safe.
넷째, 기존의 적외선, 열, 연기로 감지하는 아날로그 센서와는 달리 디지털이므로 감지오류를 최소화할 수 있다.Fourth, unlike conventional analog sensors that detect by infrared, heat, smoke, because it is digital, detection errors can be minimized.
다섯째, 사람이 이동하는 범위에 대해 15m 이상의 긴 탐지범위를 가지며, 그 이상의 탐지능력은 센서 표시 공정 기술, 목표물의 크기, 그리고 반사력에 달려 있으므로, 충분히 확대될 수 있다.Fifth, it has a long detection range of 15m or more for the range of human movement, and further detection ability depends on the sensor display process technology, the size of the target, and the reflectivity, and thus can be sufficiently enlarged.
여섯째, 다양한 분야에서 사용될 수 있도록 하되, 기존의 램프류나 보안장비 이외에 교통, 고속도로 감시 및 통제, 특수 보안관련제품(감지기, 경보기 등), 자동차 후방감지, 자동문, 센서등, 센서에 의해 작동하는 모든 제품에 적용 가능하게 된다.Sixth, it can be used in various fields, but in addition to the existing lamps and security equipment, traffic, highway monitoring and control, special security-related products (detectors, alarms, etc.), car rear detection, automatic doors, sensors, etc. Applicable to the product.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시례 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited to the drawing.
본 발명은 도플러 레이더 원리를 이용하여 국부신호발생부에 의해 주기적으로 발진되는 1~30GHz의 고주파에 의해 대상물의 움직임을 감지하도록 하고, 하나의 RF모듈 내에서 송수신이 가능하도록 안테나송신부 및 안테나수신부를 함께 형성하여 원거리 감지가 가능하고, 고도의 정확한 감지가 이루어질 수 있어 사용자의 편의성 및 제품의 효율성을 향상시키는 이점이 있고, 센서의 제조원가를 줄일 수 있어 제품 경쟁력이 향상되는 특징이 있다.The present invention is to detect the movement of the object by the high frequency of 1 ~ 30GHz periodically oscillated by the local signal generator using the Doppler radar principle, and to transmit and receive within one RF module antenna transmitter and antenna receiver Formed together, remote sensing is possible, and highly accurate sensing can be made, which has the advantage of improving user convenience and product efficiency, and reducing the manufacturing cost of the sensor, thereby improving product competitiveness.
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