KR100608070B1 - 이동장치의 위치 검출방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동장치의 위치 검출방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 이동장치의 위치검출방법은, (a) 가속도 센서를 이용하여 이동장치의 가속도 신호를 획득하여 디지털 신호로 변환하는 단계; (b) 상기 디지털 신호의 하이레벨을 소정의 주파수로 카운트하는 단계; (c) 상기 디지털 신호의 하이레벨의 카운트수를 2회 적분하여 상기 이동장치의 절대 변위를 계산하는 단계; 및 (d) 상기 절대 변위를 2진 그레이코드로 변환하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 이동장치의 위치 검출장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 도 1에 있어서 변위 변환부의 구성을 상세히 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 이동장치의 위치 검출방법을 나타내는 흐름도.
도 4는 이동장치의 절대 변위의 2진 그레이코드로의 변환의 일례를 나타내는 타이밍도.
본 발명은 이동장치의 위치 검출에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마우스, 조이스틱 등의 입력장치나 포터블 프린터 등의 출력장치와 같은 이동장치의 이동 위치를 가속도 센서를 이용하여 검출하기 위한 이동장치의 위치 검출방법 및 장치에 관한 것이다.
마우스, 조이스틱 등의 입력장치가 이동 위치를 검출하는 방법으로 인코더(encoder), 관성 센서 등이 사용된다. 인코더를 사용하는 경우, 인코더의 기계적 마모에 따라 수명이 단축되는 단점이 있다. 관성 센서를 사용하는 경우, 좌표축 별로 가속도 신호, 각속도 신호 등을 획득하여 마이크로프로세서에서 입력장치의 이동 위치를 계산한다. 그러나, 관성 센서를 사용하는 경우, 가속도 센서의 가속도 정보를 그대로 사용하려면 많은 수의 입출력 포트가 필요하다. 또한, 이러한 가속도 정보를 이동장치의 위치를 종합적으로 계산하는 마이크로프로세서로 시리얼포트(serial port)를 통해 보내는 경우, 많은 정보량으로 인해 많은 시간이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적은 수의 입출력 포트만을 가지고 보다 신속하게 이동장치의 위치를 파악할 수 있도록 가속도 센서를 이용하여 이동장치의 절대변위를 계산하고, 절대변위의 변화량을 2진 그레이코드로 변환하여 출력하는 이동장치의 위치 검출방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 따른 이동장치의 위치검출방법은, (a) 가속도 센서를 이용하여 이동장치의 가속도 신호를 획득하여 디지털 신호로 변환하는 단계; (b) 상기 디지털 신호의 하이레벨을 소정의 주파수로 카운트하는 단계; (c) 상기 디지털 신호의 하이레벨의 카운트수를 2회 적분하여 상기 이동장치의 절대 변위를 계산하는 단계; 및 (d) 상기 절대 변위를 2진 그레이코드로 변환하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 신호는 듀티비의 변화로써 가속도 정보를 가지는 것이 바람직하 다.
상기 2진 그레이코드는 2개의 채널의 2진값으로 표현되는 것이 바람직하다.
상기 (d)단계는 (d1) 상기 이동장치의 절대 변위의 변화량을 계산하는 단계; 및 (d2) 상기 변화량을 2진 그레이코드로 변환하여 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (d2)단계는 상기 변화량이 음수인 경우, 상기 2진 그레이코드의 로테이트 순서를 반대로 하여 출력하는 것이 바람직하다.
상기 (a)단계 전에 상기 가속도센서의 좌표축을 상기 이동장치의 좌표축과 평행이 되도록 조정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 따른 이동장치의 위치검출장치는, 이동장치의 가속도 신호를 획득하여 디지털 신호로 변환하는 가속도 센서; 상기 디지털 신호의 하이레벨을 소정의 주파수로 카운트하는 하이레벨 카운터; 상기 디지털 신호의 하이레벨의 카운트수를 2회 적분하여 상기 이동장치의 절대 변위를 계산하는 적분기; 및 상기 절대 변위를 2진 그레이코드로 변환하여 출력하는 변위 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동장치의 위치 검출방법은 바람직하게는 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 기록매체로 구현할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이동장치의 위치 검출방법 및 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 위치 검출장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 위치 검출장치(100)는 가속도 센서(110), 하이레벨 카운터(120), 제1 적분기(130), 제2 적분기(140) 및 변위 변환부(150)를 포함하여 이루어진다.
가속도 센서(110)는 이동장치의 이동에 따라 가속도 신호를 획득하여 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 디지털 신호는 듀티비의 변화로써 가속도 정보를 가진다. 예를 들어, 듀티비가 50%인 디지털 신호를 가속도가 0g(g는 중력가속도), 듀티비가 30%인 디지털 신호를 가속도가 -1g, 듀티비가 70%인 디지털 신호를 가속도가 +1g라고 설정한다.
하이레벨 카운터(120)는 디지털 신호의 하이레벨을 소정의 주파수로 카운트한다. 하이레벨 카운터(120)는 하이레벨 시간을 틱타임(tick time) 카운트수로 카운트함으로써, 가속도 정보를 간단하게 표현할 수 있다. 예를 들어, 1g당 틱타임 카운트수가 200인 경우, 하이레벨 시간동안 카운트된 2000의 틱타임 카운트수는 10g의 가속도 정보를 나타낸다. 이 때, 기준점인 0g에 해당하는 틱타임 카운트수가 1000인 경우, 2000의 틱타임 카운트수는 5g의 가속도 정보를 나타낸다.
제1 적분기(130)는 가속도 정보를 나타내는 디지털 신호의 하이레벨의 카운트수를 적분하여 속도를 계산한다. 제2 적분기(140)는 제1 적분기(130)의 출력을 적분하여 이동장치의 위치 정보인 절대 변위를 계산한다.
변위 변환부(150)는 절대 변위를 2진 그레이코드로 변환하여 출력한다. 상기 2진 그레이코드는 2개의 채널, 즉 제1 채널(OUT1) 및 제2 채널(OUT2)의 2진값으로 표현된다.
도 2는 도 1에 있어서 변위 변환부(150)의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 변위 변환부(150)는 변위 변화량 계산부(210) 및 2진 로테이트 카운터(220)를 포함하여 이루어진다.
변위 변화량 계산부(210)는 제2 적분기(140)의 출력인 절대 변위(IN2)로부터 매 클록마다 이동장치의 절대 변위의 변화량을 계산하여 출력한다. 2진 로테이트 카운터(220)는 절대 변위의 변화량을 2진 그레이코드로 변환하여 출력한다. 2진 로테이트 카운터(220)는 절대 변위의 변화량이 음수인 경우, 상기 2진 그레이코드의 로테이트 순서를 반대로 하여 출력한다. 2진 로테이트 카운터(220)의 출력을 통해 변위의 증감을 알 수 있다. 2진 로테이트 카운터(220)의 출력은 2개의 채널의 값이 00 → 10 → 11 → 01 → 00 또는 그 반대로 변한다. 이러한 순차적인 변화가 변위의 증감값이 되며 변위의 증감 단위는 센서의 성능에 의해 결정된다.
2진 로테이트 카운터(220)의 출력은 한 축에 대한 절대 변위의 변화를 나타내므로, 2차원적으로 이동하는 이동장치의 위치를 알기 위해서는, X축 및 Y축 각각에 대한 2진 로테이트 카운터(220)의 출력들을 마이크로프로세서(미도시)에서 종합하여 계산함으로써, 이동장치의 2차원적인 위치를 파악할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 이동장치의 위치 검출방법을 흐름도로 도시한 것으로서, 도 1 및 도 2의 구성요소와 결부시켜 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, S300 단계에서 가속도 센서(110)의 좌표축을 조정한다. 예를 들어, 이동장치가 2차원적으로 이동하는 경우, 가속도 센서(110)의 X축 및 Y축과 가속도 센서(110)가 탑재되는 이동장치의 X축 및 Y축이 평행을 이루 도록 가속도 센서(110)의 좌표축을 조정한다.
S310 단계에서는, 이동장치를 이동함에 따라, 가속도 센서(110)는 가속도 신호를 획득하여 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 디지털 신호는 듀티비의 변화로써 가속도 정보를 가진다.
S320 단계에서는, 하이레벨 카운터(120)는 디지털 신호의 하이레벨 타임을 소정의 주파수로 카운트하여 틱타임 카운트수로 표시되는 간단한 수치 값으로 변환한다. 예를 들어, 듀티비가 50%인 디지털 신호의 하이레벨 타임을 틱타임 클록으로 카운트한 카운트수가 10이라면, 듀티비가 70%인 디지털 신호의 하이레벨 타임의 카운트수는 14가 된다.
S330 단계에서는, 제1 적분기(130) 및 제2 적분기(140)는 이동장치의 절대 변위를 계산한다. 제1 적분기(130)는 틱타임 카운트수의 변화를 적분하여 속도를 계산하고, 제2 적분기(140)는 속도 변화를 다시 적분하여 이동장치의 절대 변위를 계산한다.
S340 단계에서는, 변위 변화량 계산부(210)는 이동장치의 절대 변위의 변화량을 계산한다. 변위 변화량 계산부(210)는 제2 적분기(140)로부터 절대 변위를 입력받아 저장한 후, 전에 저장된 변위와 현재 입력받은 변위의 차를 구한다. 양수일 경우 변위가 증가하는 것이며 음수일 경우 변위가 감소하는 것이다. 이렇게 구한 변화량과 음수, 양수 정보를 2진 로테이트 카운터(220)로 출력한다.
이동장치의 절대 변위의 2진 그레이코드로의 변환의 일례가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 2중 적분으로 계산된 절대 변위가 2000 → 2001 → 2001 → 2002 → 2003 → 2004 → ... 라고 가정한다. 이 때 절대 변위는 0 또는 1씩 증감한다. 만약 센서의 센싱 능력보다 더 빠르게 가감속이 이루어진다면 1보다 큰 증감이 생길 수도 있다. 변위 변화량 계산부(210)는 클록 입력마다 변위 변화량을 계산한다. 이 때, 클록은 센싱의 샘플링 시간보다 빨라야 한다. 클록이 센싱의 샘플링 시간보다 느린 경우, 이동장치의 정확한 위치를 검출할 수 없기 때문이다. 이 예에서, 제5 클록, 제13 클록, 제17 클록 및 제21 클록일 때 절대 변위의 변화량이 1이고, 그 외의 클록에서는 절대 변위의 변화량이 0이다. 제9 클록에서 변화량이 0이므로, 다른 구간과는 달리 이동장치의 이동속도가 감소되었음을 알 수 있다.
S350 단계에서는, 2진 로테이트 카운터(220)는 절대 변위의 변화량을 2진 그레이코드로 변환하여 출력한다. 2진 로테이트 카운터(220)는 매 클록마다 계산된 변위 변화량만큼 로테이트시키면서 00 → 10 → 11 → 01 → 00 순서로 2진 그레이코드를 출력한다. 변화량이 음수(-)일 경우에는 반대 방향으로 로테이트하여 출력한다. 도 4의 예에서는, 절대 변위의 변화량에 따라, 00 → 10 → 10 → 11 → 01 → 00의 순서로 2채널(OUT1 및 OUT2)의 2진 그레이코드가 출력된다. 상기 2채널의 2진 그레이코드 출력을 이용하면 기존의 방법으로 이동거리를 계산할 수 있다. 이동거리는 펄스 주기당 거리와 펄스수를 승산함으로써 구해진다. 펄스 주기당 거리는 시스템 설계시 결정되는 값이다.
본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터(정보처리기능을 갖는 장치를 모두 포함한다)가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터 가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다.
이상 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 가속도 센서를 이용하여 획득한 가속도 정보로부터 이동장치의 절대변위를 계산하고, 절대변위의 변화량을 2진 그레이코드로 변환하여 출력함으로써, 종래의 위치 검출방법에 비하여 보다 적은 수의 입출력 포트만을 사용할 수 있고, 보다 신속하게 이동장치의 위치를 검출할 수 있다. 본 발명에 따른 위치 검출방법 및 장치는 마이크로프로세서의 리소스를 감소시키고 기존의 소프트웨어 플랫폼을 수정함이 없이 그대로 적용할 수 있다.
Claims (12)
- (a) 가속도 센서를 이용하여 이동장치의 가속도 신호를 획득하여 디지털 신호로 변환하는 단계;(b) 상기 디지털 신호의 하이레벨을 소정의 주파수로 카운트하는 단계;(c) 상기 디지털 신호의 하이레벨의 카운트수를 2회 적분하여 상기 이동장치의 절대 변위를 계산하는 단계; 및(d) 상기 절대 변위를 2진 그레이코드로 변환하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출방법.
- 제1항에 있어서,상기 디지털 신호는 듀티비의 변화로써 가속도 정보를 가지는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출방법.
- 제1항에 있어서,상기 2진 그레이코드는 2개의 채널의 2진값으로 표현되는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d)단계는(d1) 상기 이동장치의 절대 변위의 변화량을 계산하는 단계; 및(d2) 상기 변화량을 2진 그레이코드로 변환하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출방법.
- 제4항에 있어서, 상기 (d2)단계는상기 변화량이 음수인 경우, 상기 2진 그레이코드의 로테이트 순서를 반대로 하여 출력하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a)단계 전에상기 가속도센서의 좌표축을 상기 이동장치의 좌표축과 평행이 되도록 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출방법.
- 이동장치의 가속도 신호를 획득하여 디지털 신호로 변환하는 가속도 센서;상기 디지털 신호의 하이레벨을 소정의 주파수로 카운트하는 하이레벨 카운터;상기 디지털 신호의 하이레벨의 카운트수를 2회 적분하여 상기 이동장치의 절대 변위를 계산하는 적분기; 및상기 절대 변위를 2진 그레이코드로 변환하여 출력하는 변위 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출장치.
- 제7항에 있어서,상기 디지털 신호는 듀티비의 변화로써 가속도 정보를 가지는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출장치.
- 제7항에 있어서,상기 2진 그레이코드는 2개의 채널의 2진값으로 표현되는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출장치.
- 제1항에 있어서, 변위 변환부는상기 이동장치의 절대 변위의 변화량을 계산하는 변위 변화량 계산부; 및상기 변화량을 2진 그레이코드로 변환하여 출력하는 2진 로테이트 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출장치.
- 제10항에 있어서, 상기 2진 로테이트 카운터는상기 변화량이 음수인 경우, 상기 2진 그레이코드의 로테이트 순서를 반대로 하여 출력하는 것을 특징으로 하는 이동장치의 위치 검출장치.
- (a) 가속도 센서를 이용하여 이동장치의 가속도 신호를 획득하여 디지털 신호로 변환하는 단계;(b) 상기 디지털 신호의 하이레벨을 소정의 주파수로 카운트하는 단계;(c) 상기 디지털 신호의 하이레벨의 카운트수를 2회 적분하여 상기 이동장치 의 절대 변위를 계산하는 단계; 및(d) 상기 절대 변위를 2진 그레이코드로 변환하여 출력하는 단계를 포함하는 이동장치의 위치 검출방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 기록매체.
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