본 논문은 인체 감지 센서 모듈 및 그에 의한 관리 시스템의 구현 및 개선 방안에 관한 것으로, 구체적으로는 초음파 센서에 의하여 화장실 변기의 사용 여부를 탐지하는 인체 감지 센서 모듈과 각각의 화장실에 설치된 인체 감지 센서 모듈을 이용하여 건물 전체의 화장실의 상태를 제어할 수 있도록 하는 관리 시스템에 관한 것이다. 제안된 인체 감지 센서 모듈은 인체의 이동 여부를 탐지하는 탐지 센서, 변기로부터 일정 거리에 위치하는 인체를 탐지하는 것에 의하여 변기의 사용 여부를 감지하는 접촉 센서로 구성되고, 관리 시스템은 탐지 센서와 접촉 센서로부터 전송된 신호를 처리하는 제어 유닛, 탐지 센서와 접촉 센서로부터 전달된 신호의 처리에 따라 개폐가 제어되는 전자 개폐 밸브 및 작동 상태에 대한 정보를 저장하고 일정 주기로 전송하는 근거리 무선 통신 유닛을 포함한다.
초전형 적외선(pyroelectric infrared : PIR) 센서를 이용하여 정지 및 이동인체 감지 시스템을 개발하였다. 감지 시스템은 전원부, 초전형 적외선 센서 인터페이스 회로, 극소형 스템핑 모터, 그리고 디지털 제어부로 구성된다. 정지된 인체를 감지하는 원리는 PIR 센서와 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 부착한 스템핑 모터를 180도로 6초 간격으로 회전하여 인체의 유무를 검출하고 일정기간 동안 인체 감지 신호가 없으면 모터를 정지시키는 것이다. 제안한 감지 시스템에 필요한 제어 알고리즘을 개발하였다. 실험을 통해 감지 시스템은 $37^{\circ}C$의 정지 및 이동하는 인체에 대하여 6m의 감지거리와 30도의 감지 각도를 갖고 있다는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 마이크로파 라디오미터의 기술을 응용한 수동형 마이크로파 인체 감지 센서를 제안한다. 제안된 센서는 고정된 배경 물체로부터 수신되는 복사전력의 인체에 의한 미약한 변화를 측정하여 감시 공간내의 인체를 감지한다. C-band 마이크로파 라디오미터를 설계 제작하여 인체에 의한 수신 복사전력의 변화를 측정하고 그 결과를 분석하여 제안한 센서의 유효성을 평가한다.
본 논문에서는 인체 감지용 수동형 마이크로파 센서의 실용화를 위한 소형 수신기의 설계, 제작에 관해 기술한다. 먼저 기존의 5.1 GHz 센서에 의한 인체 감지 측정 실험 데이터를 이용하여 센서 수신기의 요구사항 및 설계 사양을 도출하였으며, 이를 토대로 소형 수신기를 설계, 제작하였다. 제작한 소형 수신기 센서로 실험실에서의 인체 감지 측정 실험 결과, 안테나로부터 4 m 거리에 있는 인체까지 감지가 확인되었다. 제작된 소형 수신기는 기존 수신기에 비해 크기는 약 60 %, 소비전력은 40 % 감소된 소형경량 저소비전력으로 구현함으로써 실용성을 높였다.
실내공간에서 사용자 재실인원수를 파악하기 위한 일반적인 방법으로는 출입구의 내 외부 벽면에 인체감지용 센서를 두 개 이상 설치하여 센서 ID별로 감지되는 순서에 따라 사용자의 입 퇴실 상황을 판별하는 것이다. 기존에 사용되고 있는 대부분의 인체 감지용 센서시스템은 동일한 종류의 센서를 조합한 형태로서 각 센서의 종류에 따른 동작방식 및 하드웨어적 특징에 따라 빛이나 온도 등의 주변 환경 요소와 장애물 등에 의해 오작동하는 문제점을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 적외선, 초음파, 마이크로웨이브 등 세 가지 인체감지용 센서를 다양하게 조합할 수 있는 하이브리드 센서 모듈을 이용하여 사용자의 입 퇴실 상황과 공간 내 재실인원수를 정확하게 인식하기 위한 최적의 센서 조합을 파악한다. 실험 결과, 내부/외부 모두 적외선 센서 또는 마이크로웨이브 센서를 조합하거나 내부/외부에 적외선 및 마이크로웨이브 센서를 조합한 시스템이 타 센서를 조합한 시스템에 비해 우수한 성능을 보였다.
본 논문에서는 실외의 영상을 감지하는 시스템의 과도한 영상정보를 줄이기 위해 멀티 센서들을 이용하여 물체정보를 판단하고 영상정보를 전송하기 위한 상황인지 시스템을 제안한다. 제안하는 상황인지 시스템은 멀티센서 보드에 부착된 인체감지센서와 4개의 초음파 센서를 이용하여 물체의 크기 및 이동속도를 측정하여 인체의 정보를 판단한 후 영상을 전송하게 된다. 멀티센서기반의 상황인지 시스템의 성능을 평가하기 위해 영상을 감지하는 시스템만 사용했을 경우와 인체감지센서만을 이용하여 영상을 감지했을 때와 본 논문에서 제안한 시스템에 대해서 비교하였다. 그 결과, 인체감지센서를 이용하여 영상정보를 취득할 때보다 높은 신뢰성을 가지며, 센서를 부착하지 않은 상태에서 영상정보를 서버로 전송하는 것보다 효율적으로 데이터를 전송할 수 있음을 확인하였다.
셔터방식의 쵸퍼를 이용한 정지 및 이동인체 감지 모듈을 개발하였다. 감지 모듈은 프레넬 렌즈(Fresnel lens), 초전형적외선(pyroelectric infrared : PIR) 센서, 센서 인터페이스 회로, MCU(micro control unit) 그리고 경보 LED(light emitting diode)로 구성된다. 정지 인체 감지 원리는 PIR 센서에서 나오는 신호를 카메라 셔터를 이용하여 인체의 열을 쵸핑하여 감지하는 방식이다. MCU에서 인터럽트 함수를 제어하는 알고리즘을 통해 정지 및 이동 인체 신호를 감지하게 하였다. 개발한 감지 모듈은 기구부와 PCB(print circuit board)를 일체화함으로써 종래의 상용화되고 있는 이동인체 감지 모듈을 대체 가능하다. 실내 상온에서의 실험 결과, 감지거리는 약 7.0m, 감지각도는 $110^{\circ}$로 측정되었다. 이런 조건에서 감지률은 100%이였고 모듈의 소비 전력는 100mW이였다.
본 논문에서는 영상 및 인체 감지 센서를 활용한 새로운 슬리핑 차일드 체크 시스템을 설계 및 제작 할 계획이다. 그에 따라 아두이노 기반의 주 제어 장치로 인체감지 센서 및 온도 센서의 데이터 수집을 통해 차량 내부에 사람 유무와 특정한 온도에 따라 발생 할 수 있는 차량 내 사고에 대해서 방지 할 수 있는 시스템을 구현할 계획이다. 또한 센서들의 값을 블루투스 통신이나 와이파이 통신 방식과 연동하여 휴대폰에 정보 전송을 하여 어플 화면에 센서값을 텍스트로 출력 할 수 있다. 또한 라즈베리파이와 카메라 모듈을 활용하여 차량 내부에 상황을 디스플레이와 스마트폰 스트리밍 서비스를 구축할 계획이다. 이를 통해 본 논문에서 실험과 연구를 통해 정량적 목표인 인체감지 센서로 차량 내부를 100% 인식하게 함으로써 통학 차량 내 안전사고를 방지 하는 것이 본 연구의 목표이다.
인체감지용 초전형 적외선 센서 시스템은 최소 2개 이상의 센서를 사용한다. 상부전극과 바닥전극의 디자인을 새로이 하여 센서 2개가 인체감지를 가능하게 하는 센서 시스템을 센서 1개로 구성한 변환기를 설계하였다. 초전성 효과를 나타내는 재료로는 P(VDF/TrFE) 필름을 이용하였다 제작된 적외선 센서는 기존의 2개 이상의 센서를 사용하던 시스템에 비해 거의 같은 결과인 적외선원 13 $\times$ 10$10^-6$ 에 대하여 9.62 $\times$ 10$10^5$ V/W 의 높은 전압감도를 나타내었으며 NEP (noise equivalent power) 는 3.95 $\times$$10^-7$/ W, 그리고 specific detectivity D$^*$는 5.06 $\times$$10^5$ cm/W나타내었다.
본 논문은 적외선 온도센서를 이용한 재실인원 측정을 통한 출입자 관리 시스템, 방 내부의 움직임 파악하기 위한 PIR센서 모듈, 그리고 취침 상태를 판별하기 위한 스마트 호흡감지 모듈로 구성된다. 센싱부와 알고리즘 구동 부를 일체화 한 임베디드 형태의 센서 모듈과 통신 시스템으로 구성하였다. 고령화 사회가 가속화, 고급화됨에 따라 실버케어에 대한 사회적 비용이 증가하고 프라이버시를 보호하기 위해선 효율적인 실버케어기기 개발을 통하여 비용 감소가 필요하다. 제안된 비 영상 인체감지 IOT 센서 시스템은 하드웨어와 소프트웨어로 구현하였고 기존의 영상에 의한 감시 방법과 비교하여 우수한 성능을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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