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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김희식
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수52
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2017
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자동문의 제어 원리는 물체인식을 통해 입력되는 아날로그 전압신호를 디지털로 변환하여 모터 개폐동작을 제어하게 되며, 핵심부품으로 적용되는 감지센서는 적외선과 마이크로파를 많이 사용하고 있다. 다음 두 가지 센서를 기반으로 자동문의 물체인식을 적용하는 기존 시스템 의 경우, 대부분 건물외부로 노출하여 설치하기 때문에 태양의 적외선, 자외선 또는 가시광선 등에 의해 오·동작이 발생할 수 있다. 그리고 실내 및 실외의 온도 차로 발생되는 다양한 환경변화로 인해 물체인식의 검출신호에 영향을 주어 불필요한 노이즈를 생성시키는 원인이 되기도 한다. 외적인 환경에 의한 오·동작의 문제점과 더불어 빠르게 이동하는 물체에 대해 감지센서에서 검출하는 데이터 처리속도가 따라가지 못하는 하드웨어적 결함들이 발생하게 되고 감지영역의 사각지대를 만드는 원인으로 이어진다. 기존 자동문의 개폐동작 상태는 감지센서 인식영역(Mask Map : MM)에서 물체가 있을 때, 움직임 유무에 따라서 계속 열려 있거나 닫히게 되는데 자동문에 근접하게 고정물체가 위치하더라도 Mask Map에서 약간 벗어나면 다시 닫히는 문제점이 있다. 이것은 자동문 출입을 수시로 하는 보행자에게 불편함과 안전사고를 이어지게 만드는 직접적이고 잠재적인 영향을 주고 있기 때문에 센서 감지영역의 신속한 개선방안이 필요한 시점이다.
본 논문은 자동문 프레임의 중앙상단과 측면에 물체인식을 위해 설치하고 있는 기존의 적외선과 마이크로파센서 외에 검출신호의 정확성과 사각지대의 안정성을 개선하는 방안으로 제어부에 초음파센서를 추가로 확장하고 현장실험을 진행하였다. 물체인식 신호에 대한 주파수 검출특성의 정밀도와 외적 환경변화에 대한 우수한 내구성으로서 장점이 되는 초음파센서를 자동문에 적용하면 빠르게 이동하는 물체의 접근경로를 이격거리와 위상각 변화를 통해 정확하게 판단할 수 있게 된다. 그리고 자동문이 설치된 위치에 사람 또는 장애물이 근접하게 고정되어 있을 경우, 초음파센서로 부터 송·수신되는 에코신호 의해 제어부에서 신속하게 연산처리 되고 이를 Mask Map으로 신호검출이 용이하게 알고리즘을 구현할 수 있다. 우선 개선하기 위한 방안으로 기존센서와 초음파센서에서 제어부로 입력되는 각기 다른 신호가 자동문 열림/닫힘의 동작속도, 등속구간, 지연시간 등에서 얼마나 유사성을 나타내고 있는지 오실로스코프(Oscilloscope) 측정 후 비교결과로 보였다. 이때 초음파센서는 이격거리, 위상각, 장애물 신호잡음 등을 고려한 주파수 분석으로서 기존센서의 Mask Map에서 먼저 검출되어 마이크로컨트롤러(Micro Controller Unit : MCU)에 저장된 신호와 실시간으로 검출된 신호를 교차상관관계(Cross Correlation)로 비교하는 방법을 적용하였다. 기존센서로 감지가 불확실한 고정 또는 이동물체에 대한 Mask Map을 검출신호 피드백(Feedback) 알고리즘, 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio : SNR) 해석, 자동문 동작상태 프로파일(Profile) 설계 등 초음파센서 적용을 통한 자동문 안정성 향상이 증명되었다. 이를 통해 자동문이 운영 상태에 있을 경우, 제어부의 신속한 신호검출과 연산처리 알고리즘 성능개선으로 사각지대의 감지범위를 최소화와 안전사고를 감소시킬 수 연구결과를 현장실험에 의해서 성공적으로 제안하였다.
본 논문은 자동문 프레임의 중앙상단과 측면에 물체인식을 위해 설치하고 있는 기존의 적외선과 마이크로파센서 외에 검출신호의 정확성과 사각지대의 안정성을 개선하는 방안으로 제어부에 초음파센서를 추가로 확장하고 현장실험을 진행하였다. 물체인식 신호에 대한 주파수 검출특성의 정밀도와 외적 환경변화에 대한 우수한 내구성으로서 장점이 되는 초음파센서를 자동문에 적용하면 빠르게 이동하는 물체의 접근경로를 이격거리와 위상각 변화를 통해 정확하게 판단할 수 있게 된다. 그리고 자동문이 설치된 위치에 사람 또는 장애물이 근접하게 고정되어 있을 경우, 초음파센서로 부터 송·수신되는 에코신호 의해 제어부에서 신속하게 연산처리 되고 이를 Mask Map으로 신호검출이 용이하게 알고리즘을 구현할 수 있다. 우선 개선하기 위한 방안으로 기존센서와 초음파센서에서 제어부로 입력되는 각기 다른 신호가 자동문 열림/닫힘의 동작속도, 등속구간, 지연시간 등에서 얼마나 유사성을 나타내고 있는지 오실로스코프(Oscilloscope) 측정 후 비교결과로 보였다. 이때 초음파센서는 이격거리, 위상각, 장애물 신호잡음 등을 고려한 주파수 분석으로서 기존센서의 Mask Map에서 먼저 검출되어 마이크로컨트롤러(Micro Controller Unit : MCU)에 저장된 신호와 실시간으로 검출된 신호를 교차상관관계(Cross Correlation)로 비교하는 방법을 적용하였다. 기존센서로 감지가 불확실한 고정 또는 이동물체에 대한 Mask Map을 검출신호 피드백(Feedback) 알고리즘, 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio : SNR) 해석, 자동문 동작상태 프로파일(Profile) 설계 등 초음파센서 적용을 통한 자동문 안정성 향상이 증명되었다. 이를 통해 자동문이 운영 상태에 있을 경우, 제어부의 신속한 신호검출과 연산처리 알고리즘 성능개선으로 사각지대의 감지범위를 최소화와 안전사고를 감소시킬 수 연구결과를 현장실험에 의해서 성공적으로 제안하였다.
목차
목 차제 1 장 서 론 1제 1 절 연구 배경 1제 2 절 연구 목적 41. 자동문에 의한 안전사고 사고사례 62. 현재 적용되는 안전사고에 대한 보완대책 12제 3 절 논문 구성 14제 2 장 자동문에 적용되는 물체인식 기술 15제 1 절 자동문의 동작원리와 설계하는 구조 151. 자동문을 제어하는 기계적 부품의 배치구조와 설계 162. 자동문의 하드웨어 동작 특성 193. 자동문을 제어하기 위한 구조이론 25제 2 절 자동문에서 물체인식용 센서의 총괄적 개요 291. 물체인식을 위한 접촉식 센서의 종류 292. 물체인식을 위한 근거리 비접촉식 센서의 종류 30제 3 절 기존 물체인식용 센서의 기술적 문제점 341. 물체인식을 위한 비접촉 모션센서의 동작상태 결과 362. 물체인식을 위한 비접촉 안전빔 센서의 동작상태 결과 41제 3 장 초음파센서를 적용하는 자동문의 설계구조 46제 1 절 초음파의 감지범위와 동작 특성 461. 방향의 부정확성 472. 주변 환경에 따른 초음파 감지범위의 민감성 473. SNR(Signal-to-Noise Ratio, 신호 대 잡음비)의 해석 53제 2 절 초음파센서의 동작 알고리즘 구성 561. 초음파센서 신호처리 제어 설명 562. 초음파센서의 잡음 제거를 위한 제어동작 순서 59제 3 절 초음파센서의 모델 및 제어회로 설계 63제 4 장 초음파센서를 적용한 자동문의 성능개선 70제 1 절 초음파센서를 적용한 실험모델 구축 701. 초음파센서의 감지영역 측정 실험환경 702. 감지범위 정상동작을 위한 설계 시뮬레이션 78제 2 절 자동문의 물체인식 Mask Map에 대한 개요 861. Mask Map의 거리검출 알고리즘 862. 물체인식 Mask Map을 만드는 과정 903. 물체인식 Mask Map의 운영 모드 과정 92제 5 장 Mask Map 알고리즘을 적용한 감지영역 개선 96제 1 절 Analog Moving Targer 알고리즘 961. 자동문에서 초음파센서 장애물 제거기술 개요 101제 2 절 Mask Map 시뮬레이션을 위한 환경설정 1031. 대상물체의 인식 메모리처리 과정 105제 3 절 Mask Map의 자동설정에 대한 시뮬레이션 결과 1131. 교차 상관관계를 통한 물체인식 영역의 자동설정 113제 4 절 물체인식 Mask Map을 적용한 실험결과 1221. 자동문의 프로파일을 적용한 물체인식 1232. 초음파센서와 적외선 안전빔 센서의 비교실험 128제 6 장 결 론 136참 고 문 헌 138ABSTRACT 148
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