KR20110025025A - 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20110025025A
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Abstract

자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치는 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 복수의 전자석에서 발생되는 자기장의 방향 및 세기를 측정하는 자기장 센서 및 상기 자기장 센서에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 이동 물체가 속한 자속선을 판단하고, 상기 이동 물체가 속한 자속선들을 이용하여 상기 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출하는 위치 측정 제어부를 포함한다. 본 발명의 실시 예들에 의하면, 종래의 초음파나 RFID 신호를 이용한 위치 추적에서 취약했던 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치 및 방법 {Method and Apparatus for estimation of current position using magnetic field sensor}
본 발명은 실내외에서 이동 물체 또는 사람의 위치를 추적하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
위치기반서비스(LBS: Location-Based Service)는 넓은 지역을 커버하기 위해 인공위성이나 이동통신 기지국 등을 이용하는 GPS(Global Positioning System)와 건물 내부나 공원과 같이 한정된 공간(근거리)에서 Zigbee, RFID(Radio-Frequency Identification), CSS(Chirp Spread Spectrum), UWB(Ultra Wide Band), Bluetooth, Wi-Fi 장비(또는 방식) 등을 이용하는 RTLS(Real Time Location System)로 나눌 수 있다.
한편, LBS는 RTLS(RTLS: Real Time Location System)이며, 위치추적(Position tracking), 인증(authentication) 기능을 이용하여 출입통제, 비상호출, 재고관리와 같은 분야에 주로 활용한다. 특히, 공동주택(아파트/주상복합)의 경우에 디지털도어락과 주차장 관제시설을 기본으로 하는 경우가 많아 여기에 적용하는 방안이 주목 받고 있다.
이 분야에서는 위치 추적이 중요한 이슈이다. 미국등록특허 US 6,686,881(발명의 명칭 : Wireless identification and tracking using magnetic fields)에는 자기장을 이용한 위치 추적 기술이 기재되어 있으며, 그 기재된 내용을 간단히 살펴보면, 우선, 자기장 발생부와 자기장 센서부로 구성된다.
자기장 발생부는 발생시키는 자기장의 세기를 서서히 증가시키고, 자기장 센서부는 자기장 발생부에서 발생시키는 자기장의 세기를 측정하면서 그 측정되는 자기장의 세기가 기 설정해 놓은 문턱값을 넘어서는 경우, 이를 알리는 무선신호를 RF(Radio Frequency) 통신을 통해 자기장 발생부로 전송한다.
그리고 자기장 발생부는 RF 통신을 통해 자기장 센서부에서 측정된 자기장 세기가 문턱값을 넘어섬을 알리는 무선신호를 전송받은 그 시점에 발생시키고 있는 자기장 세기값과 자기장 센서부에서 기 설정되어 있는 문턱값을 이용하여 자기장 발생부 자신으로부터 자기장 센서부가 떨어져 있는 거리를 측정하는 기술이 개재되어 있다. 또한, 자기장 발생부를 다수 개 설치함으로써, 평면 또는 공간상에서의 자기장 센서부의 위치를 알아내는 기술이 개재되어 있다.
하지만, 위와 같은 기술을 통해 자기장 센서부의 위치를 알아내는 데에는, 문제가 존재한다. 그것은 코일이나 도선을 이용하는 자기장 발생부의 경우 발생시키는 자기장이 공간 내에 균일하지 않고 자기장 발생부를 중심으로 공간적으로 일정하게 방출되지 않는다는 것이다.
결국 자기장 발생부와 자기장 센서부 사이의 거리뿐만 아니라 방향에 따라서도 세기가 크게 변하게 되어, 자기장 발생부에서의 자기장과 자기장 센서부에서의 자기장 크기뿐만 아니라 자기장 발생부와 자기장 센서부의 상대적인 방향을 알 수 있게 하는 장치를 사용하여야 자기장 발생부로부터 자기장 센서부의 정확한 거리 측정이 가능하게 되어 자기장 센서부의 위치를 추적할 수가 있는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 초음파나 RFID 신호를 이용한 위치 추적에서 취약했던 정확도를 향상시킬 수 있고, 자기장 센서의 개수를 최소화할 수 있는 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 초음파나 RFID 신호를 이용한 위치 추적에서 취약했던 정확도를 향상시킬 수 있고, 이동 물체에 부착되는 기기의 구성을 최소화할 수 있는 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치는 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 하나 이상의 전자석에서 발생되는 자기장의 방향 및 세기를 측정하는 자기장 센서; 및 상기 자기장 센서에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 이동 물체가 속한 자속선의 형태를 추정하고, 상기 이동 물체가 속한 하나 이상의 자속선을 반영하여 상기 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출하는 위치 측정 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치는 상기 산출된 현재 위치 좌표를 화면에 표시하는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치는 상기 산출된 현재 위치 좌표를 위치 정보 데이터 베이스와 연결된 수신기에 전송하는 무선 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치는 공간에 자기장을 발생시키는 전자석; 상기 전자석의 동작 주기, 자기장 방향 스위칭 주기 또는 동작이 할당된 시간 슬롯 중 적어도 하나의 정보를 저장하는 메모리부; 상기 메모리부에 저장된 정보에 따라 상기 전자석을 온/오프하여 동작을 제어하는 전자석 제어부; 이동 물체가 움직이는 공간 상에 설치된 자기장 센서로 측정된 상기 자기장의 방향 및 세기를 이용하여 외부의 위치 추적 시스템이 상기 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출하면, 무선 연결을 통해 상기 현재 위치 좌표를 수신하는 무선 통신부를 포함한다.
상기의 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법은 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 하나 이상의 전자석을 이용하여 자기장을 발생시키는 단계; 이동 물체에 부착된 자기장 센서를 이용하여 상기 자기장의 방향 및 세기를 측정하는 단계; 상기 자기장 센서에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 위치 측정 제어부가 이동 물체가 속해 있는 자속선의 형태를 추정하는 단계; 및 상기 이동 물체가 속한 하나 이상의 자속선을 반영하여 상기 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 현재 위치 좌표를 산출하는 단계는 자기장 센서로 측정되는 자기장의 온/오프 주기 또는 시간을 계산하여 각 전자석의 고유 ID를 구분하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 현재 위치 좌표를 산출하는 단계는 자기장 센서로 측정되는 자기장의 방향이 180도 만큼 변경되는 주기를 계산하여 각 전자석의 고유 ID를 구분하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법은 태그 리더기가 출입문 개폐시에 출입문 개폐 장치의 RFID 태그에 저장된 현재 좌표 정보를 독출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 현재 위치 좌표를 산출하는 단계는 상기 현재 좌표 정보를 상기 현재 위치 좌표 산출의 기준점으로 사용하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법은 바코드 리더기가 출입문 개폐시에 출입문에 부착된 바코드의 현재 좌표 정보를 독출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 현재 위치 좌표를 산출하는 단계는 상기 현재 좌표 정보를 상기 현재 위치 좌표 산출의 기준점으로 사용하는 단계일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법은 이동 물체에 부착된 전자석을 이용하여 자기장을 발생시키는 단계; 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 하나 이상의 자기장 센서를 이용하여 상기 전자석이 발생시키는 자기장의 방향 및 세기를 측정하는 단계; 위치 측정 제어부에서 상기 자기장 센서로 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 상기 자기장 센서가 속한 자속선을 판단하는 단계; 및 상기 하나 이상의 자기장 센서에서 판단된 하나 이상의 자속선을 종합하여 상기 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 의하면, 종래의 초음파나 RFID 신호를 이용한 위치 추적에서 취약했던 정확도를 향상시킬 수 있고, 중앙의 위치 추적 시스템과 연동하여 사람이나 물체의 위치 추적을 통합적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법의 흐름도이다.
도 3a 내지 3c는 도 2의 실시 예에 따라 현재 위치 측정을 수행하는 과정을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 도 5의 실시 예에 따라 현재 위치 측정을 수행하는 과정을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 과정을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법의 흐름도이다.
도 12는 공간에 설치되는 전자석의 배치를 달리한 예를 도시한 것이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치(100)의 블록도이다.
자기장 센서(110)는 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 하나 이상(예를 들어, 2개)의 전자석에서 발생되는 자기장의 방향 및 세기를 측정한다.
위치 측정 제어부(120)는 자기장 센서(110)에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 이동 물체가 속한 자속선의 형태를 추정한다. 위치 측정 제어부(120)는 이동 물체가 속한 하나 이상의 자속선을 반영하여 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출한다. 한편, 공간상에 복수의 전자석이 병존하는 경우 자기장 간의 간섭이 발생하거나 위치 측정 제어부가 현재 위치 좌표를 확정하기가 어려운 경우가 발생한다. 복수의 전자석 간의 간섭을 방지하는 방법은 다음과 같다. 첫 번째는 각 전자석마다 온/오프 주기를 다르게 설정하는 방법으로, 자기장 센서는 측정되는 자기장의 온/오프 주기를 계산하여 각 전자석의 고유 ID를 구분할 수 있다. 두 번째는 각 전자석마다 자기장 방향을 스위칭하는 주기를 다르게 설정하는 방법으로, 자기장 센서는 측정되는 자기장의 방향이 180도로 변경되는 주기를 계산하여 각 전자석의 고유 ID를 구분할 수 있다. 세 번째는 각 전자석마다 고유의 시간 슬롯을 할당하는 방법으로, 각 전자석은 할당된 시간 슬롯에서만 온이 되는데, 자기장 센서는 자기장이 검출된 시간 슬롯을 확인하여 각 전자석의 고유 ID를 구분할 수 있다. 이와 같은 방법들은 자기장이 주파수 도메인을 갖는 것과 같은 효과를 부여할 수 있다.
메모리부(130)는 위치 측정 제어부(120)에서 산출된 현재 위치 좌표를 저장한다. 메모리부(130)는 자기장 센서(110)로 측정된 자기장의 방향 및 세기 등의 정보를 저장한다. 메모리부(130)는 설계시에 위치 측정 제어부(120)에 포함되는 형태로 구성될 수도 있다.
디스플레이(150)는 위치 측정 제어부(120)에서 산출된 현재 위치 좌표를 화면에 표시한다. 디스플레이(150)에는 액정 디스플레이(LCD)나 기타 평면형 디스플레이 패널이 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법의 흐름도이다. 본 발명의 일 실시 예는 전자석이 고정되고 자기장 센서가 이동하는 시스템을 기반으로 한다.
먼저, 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 하나 이상의 전자석을 이용하여 자기장을 발생시킨다(S210).
다음, 이동 물체에 부착된 자기장 센서를 이용하여 자기장의 방향 및 세기를 측정한다(S220). 이 과정을 자기장 패턴 분석 과정이라고 한다. 자기장 패턴 분석 과정은 자기장 센서에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 위치 측정 제어부가 이동 물체가 속해 있는 자속선의 형태를 추정하는 과정(S230)을 포함한다.
마지막으로, 이동 물체가 속한 하나 이상의 자속선을 반영하여 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출한다(S240). 이 과정(S240)은 자기장 센서로 측정되는 자기장의 온/오프 주기 또는 시간을 계산하여 각 전자석의 고유 ID를 구분하는 과정이나 자기장 센서로 측정되는 자기장의 방향이 180도 만큼 변경되는 주기를 계산하여 각 전자석의 고유 ID를 구분하는 과정을 포함할 수 있다.
도 3a 내지 3c는 도 2의 실시 예에 따라 현재 위치 측정을 수행하는 과정을 도시한 것이다.
도 3a와 같이 위치 측정을 하고자 하는 공간에는 하나 이상의 전자석이 설치된다. 2차원 좌표 측정에는 2개의 전자석만으로 충분하다. 좌표 측정의 정확도를 높이거나 3차원 좌표 측정이 필요한 경우에는 3 이상의 전자석이 사용된다.
이동 물체에는 자기장 센서를 포함하는 현재 위치 측정 장치(100)가 부착된다. 본 발명의 실시 예들에서 이동 물체란 사람, 사물, 자동화된 로봇 등을 의미한다.
현재 위치 측정 장치(100)는 도 3a 및 3b에서 각 전자석이 발생시키는 자기장의 방향 및 세기를 자기장 센서를 이용하여 측정한다.
현재 위치 측정 장치(100)는 자기장 센서 이외에 위치 측정 제어부가 포함되는데, 위치 측정 제어부는 자기장 센서에서 검출되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 이동 물체가 특정 전자석의 어느 자속선 상에 위치하는지 계산한다.
도 3c와 같이, 위치 측정 제어부는 2 이상의 전자석으로부터 측정된 2 이상의 자속선을 종합하여 이동 물체의 현재 위치를 파악할 수 있다. 즉, 공간상에서 2 이상의 자속선이 교차하는 지점이 이동 물체의 현재 위치가 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치(100)의 블록도이다.
자기장 센서(110)는 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 2 이상의 전자석에서 발생되는 자기장의 방향 및 세기를 측정한다.
위치 측정 제어부(120)는 자기장 센서(110)에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 이동 물체가 속한 자속선의 형태를 추정하고 이동 물체가 속한 2 이상의 자속선을 반영하여 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출한다.
메모리부(130)는 위치 측정 제어부(120)에서 산출된 현재 위치 좌표를 저장하거나 자기장 센서(110)로 측정된 자기장의 방향 및 세기 등의 정보를 저장한다. 메모리부(130)는 생략이 가능하다.
무선 통신부(140)는 위치 측정 제어부(120)에서 산출된 현재 위치 좌표 또는 메모리부(130)에 저장된 현재 위치 좌표를 위치 정보 데이터 베이스(310)와 연결된 수신기(300)에 전송한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법의 흐름도이다.
먼저, 이동 물체에 부착된 자기장 센서를 이용하여 이동 중에 자기장의 방향 및 세기를 측정한다(S520).
다음, 자기장 센서에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 위치 측정 제어부가 이동 물체가 속해 있는 자속선의 형태를 추정한다(S530). 2 이상의 자속선이 추정되면, 추정된 자속선들을 반영하여 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출한다(S540).
위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 수신기와 미리 약속된 전송 주기가 도래하면(S550), 본 발명의 다른 실시 예에 따른 현재 위치 측정 장치는 수신기와 무선 연결을 시도하고, 무선 연결이 완료되면 현재 위치 측정 장치가 자신의 현재 좌표를 수신기에 전송한다(S560).
한편, 전송 주기가 도래하지 않으면(S550), 자기장 패턴을 분석하면서 현재 좌표를 갱신한다(S520-S540).
도 6은 본 발명의 도 5의 실시 예에 따라 현재 위치 측정을 수행하는 과정을 도시한 것이다.
수신기(300)는 실내 공간에 설치되어 건물 내의 사람이나 사물의 위치를 추적하는 시스템에 각 이동 물체의 좌표 정보를 전달한다. 현재 위치 측정 장치(100)의 무선 통신부(140)가 자신의 현재 위치 좌표를 위치 정보 데이터 베이스(310)와 연결된 수신기(300)에 주기적으로 전송하면, 중앙의 위치 추적 시스템에 의한 위치 추적 서비스가 가능하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치(200)의 블록도이다.
전자석(210)은 공간에 자기장을 발생시킨다. 공간 상에서 이동 물체가 여러 개 있을 경우, 전자석마다 고유의 ID를 부여할 수도 있다. 이 경우, 각 전자석마다 온/오프 주기를 다르게 설정하거나, 전자석마다 자기장 방향을 스위칭하는 주기를 다르게 설정하거나 전자석마다 고유의 시간 슬롯을 할당하여 할당된 시간 슬롯에서만 전자석이 동작하도록 하는 방식으로 고유 ID를 부여할 수 있다.
전자석 제어부(220)는 전자석(210)을 온/오프 하는 등으로 동작을 제어한다. 전자석 제어부(220)는 무선 통신부(240)로 수신된 이동 물체의 현재 위치 좌표를 메모리부(230)에 저장한다.
메모리부(230)는 전자석(220)의 동작 주기, 자기장 방향 스위칭 주기 또는 동작이 할당된 시간 슬롯 중 적어도 하나를 저장한다. 메모리부(230)는 무선 통신부(240)로 수신된 이동 물체의 현재 위치 좌표를 저장한다.
현재 위치 측정 장치(200)를 소지하거나 부착한 이동 물체가 공간을 움직일 때, 공간 상에는 하나 이상의 자기 상 센서가 있어서, 전자석(210)이 발생시키는 자기장의 방향 및 세기를 측정한다.
이러한 자기장 센서는 위치 추적 시스템에 연결될 수 있는데, 위치 추적 시스템은 자기장 센서로 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 자기장 센서가 속한 자속선의 형태를 추정하고, 2 이상의 자기장 센서에서 판단된 2 이상의 자속선을 반영하여 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출한다. 위치 추적 시스템은 무선 통신부(240)와 무선 연결을 설정하고 주기적으로 이동 물체의 현재 위치 좌표를 전송할 수 있다. 한편, 위치 추적 시스템은 산출된 현재 위치 좌표를 저장하는 위치 정보 데이터 베이스에 연결될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법의 흐름도이다. 본 발명의 또 다른 실시 예는 전자석이 이동하고 자기장 센서가 고정된 시스템을 기반으로 한다.
먼저, 이동 물체에 부착된 전자석을 이용하여 자기장을 발생시킨다(S810).
다음, 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 2 이상의 자기장 센서를 이용하여 전자석이 발생시키는 자기장의 방향 및 세기를 측정한다(S820). 이 과정(S820)이 도 2와 다른 점은 공간 상의 고정된 위치에서 자기장 패턴을 분석한다는 점이다.
다음, 위치 측정 제어부에서 자기장 센서로 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 자기장 센서가 속한 자속선을 판단한다(S830). 여기서의 위치 측정 제어부 역시 이동 물체에 부착되는 것이 아니라, 공간 상의 고정된 위치에 존재하게 된다.
마지막으로, 2 이상의 자기장 센서에서 판단된 2 이상의 자속선을 종합하여 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출한다(S840).
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 과정을 도시한 것이다.
위치 측정을 하고자 하는 물체 또는 사람은 전자석을 포함한 현재 위치 측정 장치를 소지한다. 위치 측정을 하고자 하는 공간에는 2 이상의 자기장 센서가 설치된다. 자기장 센서는 자기장의 방향 및 세기를 측정할 수 있는 센서이다.
자기장 센서들은 위치 측정 제어부와 연결된다. 위치 측정 제어부는 검출되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 이동 물체가 전자석의 어느 자속선 상에 위치하는지 계산한다. 위치 측정 제어부는 2 이상의 자기장 센서에서 측정된 2 이상의 자속선을 종합하여 이동 물체의 현재 위치를 파악한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치(100)의 블록도이다.
자기장 센서(110)는 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 2 이상의 전자석에서 발생되는 자기장의 방향 및 세기를 측정한다.
위치 측정 제어부(120)는 자기장 센서(110)에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 이동 물체가 속한 자속선의 형태를 추정한다. 위치 측정 제어부(120)는 이동 물체가 속한 2 이상의 자속선을 반영하여 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출한다.
메모리부(130)는 위치 측정 제어부(120)에서 산출된 현재 위치 좌표를 저장한다. 메모리부(130)는 자기장 센서(110)로 측정된 자기장의 방향 및 세기 등의 정보를 저장한다. 메모리부(130)는 설계시에 위치 측정 제어부(120)에 포함되는 형태로 구성될 수도 있다.
영점 입력부(160)는 위치 측정 제어부(120)에서 산출된 현재 위치 좌표를 보정하기 위한 기준 위치를 설정한다. 공간 상의 하나 이상의 좌표에는 바코드 또는 RFID 태그의 형태로 해당 좌표 정보가 저장된다. 영점 입력부(160)는 태그 리더기나 바코드 리더기를 포함할 수 있다. 태그 리더기는 특정 공간의 출입문 개폐시에 출입문 개폐 장치 등에 부착/내장된 RFID 태그의 현재 좌표 정보를 독출한다. 바코드 리더기는 출입문, 출입문 개폐 장치 등에 부착/내장된 바코드의 현재 좌표 정보를 독출한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법의 흐름도이다.
먼저, 태그 리더기나 바코드 리더기를 이용하여 영점 입력을 수행한다(S1110).
위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 2 이상의 전자석을 이용하여 자기장을 발생시키면, 이동 물체에 부착된 자기장 센서를 이용하여 자기장의 방향 및 세기를 측정한다(S1120).
자기장 센서에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 위치 측정 제어부가 이동 물체가 속해 있는 자속선의 형태를 추정(S1130)한다.
마지막으로, 이동 물체가 속한 2 이상의 자속선을 반영하여 앞서 입력된 영점을 기준으로 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출한다(S240). 이 과정(S240)은 산출된 현재 위치 좌표를 영점을 이용하여 좌표 이동을 함으로써, 현재 위치 좌표를 보정하는 과정일 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 가속도 센서를 이용한 현재 위치 계산 과정을 부가할 수도 있다.
본 발명에 사용되는 가속도 센서는 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 감지하며 관성력, 전기변형, 자이로의 응용 원리를 이용한 것이다. 가속도 센서는 물체의 운동상태를 순시적으로 감지할 수 있으므로, 자동차, 기차, 선박, 비행기 등 각종 수송수단, 공장자동화 및 로봇 등의 제어시스템에 있어서 필수적인 소자이며, 그 활용 분야는 대단히 넓다. 검출 방식으로 크게 분류하면, 관성식, 자이로식, 실리콘반도체식이 있다. 공업계측 분야에서는 기기의 진동 계측이나 구조물의 진동계측 등에 사용되고 있다. 또, 항공기 관성 항공장치에서도 사용되고 있다.
가속도 센서에서는 넓은 주파수대에 걸친 출력 레벨이 일정하게 되어 있기 때문에 같은 출력이면 주파수가 높을수록 변위는 작다. 한쪽 끝이 고정된 막대형 진동체를 생각할 때 끝부분의 변위, 속도, 가속도의 위상은 변위에 대하여 90도, 180도 앞선다. 즉, 인체가 같은 진폭(변위)을 느끼고 있더라도 그 주기가 짧을수록(주파수가 높을수록) 가속도는 커지게 되어 큰 충격을 받는다고 할 수 있다. 가속도 센서는 압전형, 동전형, 서보형, 변형 게이지형의 4종류로 크게 분류할 수 있다.
본 발명에 가속도 센서를 이용한 현재 위치 계산 과정을 부가하기 위해, 먼저, 바코드 또는 RFID 를 이용한 영점 입력 과정을 수행한다. 다음, 이동 물체에 부착된 가속도 센서에서 가속도 벡터 값을 측정하고, 시간에 따른 가속도 벡터 값을 누적(적분)하여 시간에 따른 속도 벡터 값을 산출하며, 시간에 따른 속도 벡터 값을 누적(적분)하여 이동 거리와 방향을 산출한다. 가속도 센서와 연결된 가속도 센서 제어부는 상기 입력된 영점을 기준으로 하여 상기 이동 거리 및 방향을 반영한 현재 위치를 계산한다. 가속도 센서 제어부에서 계산된 현재 위치는 위치 측정 제어부에서 산출된 현재 위치를 보정하는데 사용된다.
본 발명의 실시예들에서 공간에 설치되는 전자석은 도 12와 같이 일정한 영역 주변을 둘러싸는 형태로 배치될 수도 있다. 이 경우, 한 장소에서는 하나의 전자석만 존재하므로 전자석간의 간섭이 줄어들고, 자기장이 강해지므로 측정이 용이할 수 있다.
현재 위치를 측정하기 위해서 반드시 2 이상의 전자석이 건물에 설치되어야 하는 것은 아니다. 전자석은 하나의 유닛으로서, 건물의 외벽을 따라 매설되는 형태일 수도 있다. 또는 실내 공간의 천정에 하나의 전자석을 매설하는 방법이 사용될 수도 있다. 이들 경우에는 실내 공간에서 측정되는 자기장은 하나의 전자석에 기인한 것이다. 건물의 출입문에 전자석을 매설하는 경우도 있을 수 있다. 이 경우, 건물의 출입문에서 자기장을 발생시키도록 하면, 현재 위치 측정의 기준 위치를 건물의 출입문 위치로 설정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명은 핸드폰, 네비게이션, PDA, 노트북 등의 기기에 적용되어 실내에서 사람의 위치 추적, 실내 물류 추적, 주차장에서 차량의 위치를 확인하는 데에 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 하나 이상의 전자석에서 발생되는 자기장의 방향 및 세기를 측정하는 자기장 센서; 및
    상기 자기장 센서에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 이동 물체가 속한 자속선의 형태를 추정하고, 상기 이동 물체가 속한 하나 이상의 자속선을 반영하여 상기 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출하는 위치 측정 제어부를 포함하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출된 현재 위치 좌표를 화면에 표시하는 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출된 현재 위치 좌표를 위치 정보 데이터 베이스와 연결된 수신기에 전송하는 무선 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치.
  4. 공간에 자기장을 발생시키는 전자석;
    상기 전자석의 동작 주기, 자기장 방향 스위칭 주기 또는 동작이 할당된 시간 슬롯 중 적어도 하나의 정보를 저장하는 메모리부;
    상기 메모리부에 저장된 정보에 따라 상기 전자석을 온/오프하여 동작을 제어하는 전자석 제어부;
    이동 물체가 움직이는 공간 상에 설치된 자기장 센서로 측정된 상기 자기장의 방향 및 세기를 이용하여 외부의 위치 추적 시스템이 상기 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출하면, 무선 연결을 통해 상기 현재 위치 좌표를 수신하는 무선 통신부를 포함하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 산출된 현재 위치 좌표를 화면에 표시하는 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 장치.
  6. 위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 하나 이상의 전자석을 이용하여 자기장을 발생시키는 단계;
    이동 물체에 부착된 자기장 센서를 이용하여 상기 자기장의 방향 및 세기를 측정하는 단계;
    상기 자기장 센서에서 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 위치 측정 제어부가 이동 물체가 속해 있는 자속선의 형태를 추정하는 단계; 및
    상기 이동 물체가 속한 하나 이상의 자속선을 반영하여 상기 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출하는 단계를 포함하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 현재 위치 좌표를 산출하는 단계는
    자기장 센서로 측정되는 자기장의 온/오프 주기 또는 시간을 계산하여 각 전자석의 고유 ID를 구분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 현재 위치 좌표를 산출하는 단계는
    자기장 센서로 측정되는 자기장의 방향이 180도 만큼 변경되는 주기를 계산하여 각 전자석의 고유 ID를 구분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    태그 리더기가 RFID 태그에 저장된 현재 좌표 정보를 독출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 현재 위치 좌표를 산출하는 단계는
    상기 현재 좌표 정보를 상기 현재 위치 좌표 산출의 기준점으로 사용하는 단계인 것을 특징으로 하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    바코드 리더기가 바코드의 현재 좌표 정보를 독출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 현재 위치 좌표를 산출하는 단계는
    상기 현재 좌표 정보를 상기 현재 위치 좌표 산출의 기준점으로 사용하는 단계인 것을 특징으로 하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법.
  11. 이동 물체에 부착된 전자석을 이용하여 자기장을 발생시키는 단계;
    위치 측정을 하고자 하는 공간에 설치된 하나 이상의 자기장 센서를 이용하여 상기 전자석이 발생시키는 자기장의 방향 및 세기를 측정하는 단계;
    위치 측정 제어부에서 상기 자기장 센서로 측정되는 자기장의 방향 및 세기에 따라 상기 자기장 센서가 속한 자속선을 판단하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 자기장 센서에서 판단된 하나 이상의 자속선을 종합하여 상기 이동 물체의 현재 위치 좌표를 산출하는 단계를 포함하는, 자기장 센서를 이용한 현재 위치 측정 방법.
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