Journal of Practical Engineering Education (실천공학교육논문지)

Korean Institute for Pratical Engineering Education (한국실천공학교육학회)
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Education Equipment and Its Application for Indoor Position Recognition Using Inertial Measurement Unit Sensor

IMU센서를 이용한 실내 위치 인식 교육용 장비 및 응용

  • Seo, Bo-In (Department of Electrical, Electronic and Control Engineering and IITC, Hankyong National University) ;
  • Yu, YunSeop (Department of Electrical, Electronic and Control Engineering and IITC, Hankyong National University)
  • 서보인 (한경대학교 전기전자제어공학과) ;
  • 유윤섭 (한경대학교 전기전자제어공학과)
  • Received : 2018.11.11
  • Accepted : 2018.11.19
  • Published : 2018.12.01
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Abstract

Educational equipment that enables the user or device to recognize the indoor position by using the acceleration and angular velocity of the IMU (Inertial Measurement Unit) sensor is introduced. With this educational equipment, various position recognition and tracking algorithms can be learned and creative engineering design works can be realized. The data value of the IMU sensor is transmitted to the MCU (microcontroller unit) through $I^2C$ (Inter-Integrated Circuit), and the indoor position recognition algorithm is applied by processing the data value through the filter and numerical method. It is then designed to use wireless communication to send and receive processed values and to be recognized by the user. As an example using this equipament, the case of "Implementation and recognition of virtual position using computation of moving direction and distance using IMU sensor" is introduced, and various creative engineering design application is discussed.

IMU(Inertial Measurement Unit) 센서의 가속도와 각속도를 이용하여 거리측정을 하고 측정값을 이용하여 사용자가 원하는 실내공간에 적용하여 사용자 혹은 디바이스가 실내공간을 인식하는 교육용 장비를 소개한다. 본 교육장비를 이용해서 다양한 위치 인식 및 추적 알고리즘을 학습할 수 있고 창의적 공학설계 작품을 구현할 수 있다. IMU 센서의 데이터 값을 $I^2C$(Inter-Integrated Circuit)을 통해 MCU(microcontroller unit)에 전송하고 필터와 연산방식을 통해 데이터 값을 처리 후 실내 위치 인식 알고리즘을 통해 위치인식을 한다. 그리고 무선통신을 이용하여 처리된 값을 송수신하여 사용자가 인식하도록 설계한다. 본 교육 장비를 이용하여 "IMU센서를 이용하여 이동거리를 산출과 데이터 값을 이용한 가상공간 구현 및 인식"의 사례를 소개하고 그 설계를 기반하여 다양한 창의적 공학설계 적용에 대해서 논한다.

Keywords

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그림 1. IMU 센서를 이용한 실내 위치 인식에 대한 교육 장비 하드 웨어 구성도 Fig. 1. Hadware configuration of the educational equipment for the indoor position recognition using IMU sensor.

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그림 2. 필터와 연산방식을 통한 이동거리 산출에 대한 블록도 Fig. 2. Flow-chart for caluation of the movement distance and direction using filters and numerical methods.

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그림 3. UART 통신을 통해 전달된 가속도, 속도, 거리 계산 결과 Fig. 3. Calculated values of accelation, velociity, and distance, received from UART.

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그림 4. 센서의 중력요소를 제거하여 구한 선형가속도 산출 화면 Fig. 4. Image capture of linear acceleration values calculated by applying gravety acceleration reduction method.

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그림 5. 실내공간 구현과 위치인식에 대한 설계 블록도 Fig. 5. Floaw-chart for implementation of indoor space map and position recognition.

표 1. Trapezoidal, Simpson Method 성능비교 Table 1. Perfomance comparison of Trapezoidal and Simpson Method

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