열전대열 적외선 센서 기반 인체 감지 거리가 확장된 판정 모듈 설계

Abstract

열전대열 적외선(thermopile infrared) 센서는 인체 감지 성능이 우수한 반면에, 주변에서 발생된 열 변화에 민감하게 반응하여 감지 오차와 편차가 크고, 초전형 적외선(pyroelectric infrared) 센서에 비하여 최대 감지 거리가 짧은 단점이 있다. 이러한 문제점을 보완하고 인체 감지 거리를 확장하기 위해서는, 주변 온도 변화로 인한 인체 감지 오차와 편차를 줄이기 위한 인체 감지 판정기 모듈(decision module) 설계가 요구된다. 본 논문은 열전대열 적외선 감지 센서와 추가된 주변 환경 열 감지 센서 (thermistor circuit)를 이용하고 적응 필터를 적용하여 인체 감지 거리를 확장시킨 DSP 기반 판정기 모듈 설계를 제안한다. 구체적으로, 주변 환경 열 잡음이 열전대열 적외선 감지 센서 출력에 중첩되어 있어서, 주변 환경 열 잡음 정보와 적응 필터를 적용하여 필터 출력을 인체 감지 판정 신호로 변환하여 감지 여부를 판정함으로써, 감지 판정 오차와 편차 범위를 실시간으로 줄일 수 있고 인체 감지 거리가 확장된다. 제안된 모듈은 시제품 보드로 제작되었고, 인체 감지 거리 성능을 비교하기 위해, 범용 8-bit CPU를 이용한 판정기 회로로 구성된 기존 모듈과 동일 환경 조건에서 비교 실험한 결과, 제안된 DSP 기반 판정기 모듈로 구성된 시제품 보드의 인체 감지 거리가 2배 이상 확장(최대 7.0 m 거리)된 감지 성능을 보였다. Thermopile infrared sensors yield good human-body detection performance, while working in shorter detection distance and showing higher temperature sensitivity, compared with pyroelectric infrared sensors. To solve such a short-detection- distance problem, design of a decision module for thermopile infrared sensors has been required to minimize in real-time the human-body detection error and its tolerance for achieving the extended detection distance. In this paper, design of a thermopile-infrared-sensor based decision module with extended human-body detection distance is proposed, whereby the thermopile infrared sensor module is utilized along with a thermistor circuit for background thermal information and a high-performance DSP is employed for adaptive filtering in real-time. Specifically, the proposed decision module reduces the threshold level for decision of human-body detection by utilizing the adaptive filter and the background thermal noise from the thermistor circuit, finally transforming the thermopile infrared sensor signal into a decision signal for human-body detection. Also, the DSP based prototype board is made to test the infrared human-body detection perfomance of the designed decision module. Finally, it is verified that the human-body detection distance, tested under the same test conditions as the conventional 8-bit CPU based decision module sensor, can be further extended up to 7.0 meters, about 2 times longer by the proposed DSP decision module.