KR20150113575A - Mcu 타입 먼지센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 먼지센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력전원의 감시를 통해 입력전원의 레벨 변화량에 따른 감도를 보정하고, 감도 보정을 위한 기준 신호의 발생을 통해 다양한 환경 변화나 부품의 특성 변화에 상관없이 일정한 기준으로 센싱 감도의 자가 진단 및 보상을 하도록 하는 MCU 타입 먼지센서에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명에 대하여 설명하면, 본 발명은 빛을 발생시키는 발광부, 부유하는 먼지에 의해 산란되는 상기 빛을 집광시키는 집광렌즈, 집광된 상기 빛을 감지하는 수광부, 상기 수광부의 수광부신호를 증폭하는 증폭부 및 상기 증폭부로부터 증폭된 신호를 수신한 후 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호로 변환하여 출력하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하되, 상기 MCU는 기준신호의 발생 기능을 수행하는 기준신호 발생부를 포함함으로써 먼지센서 감도의 자가 진단 및 보상이 가능한 것을 특징으로 하는 MCU(Micro Controller Unit) 타입 먼지센서를 제공한다.

Description

MCU 타입 먼지센서{MICRO CONTROLLER UNIT TYPE DUST SENSOR}

본 발명은 먼지센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력전원의 감시를 통해 입력전원의 레벨 변화량에 따른 감도를 보정하고, 감도 보정을 위한 기준 신호의 발생을 통해 다양한 환경 변화나 부품의 특성 변화에 상관없이 일정한 기준으로 센싱 감도의 자가 진단 및 보상을 하도록 하는 MCU 타입 먼지센서에 관한 것이다.

종래의 먼지센서는 광원으로서의 발광부, 광센서로서의 수광부, 먼지에 의해 산란되어 들어온 신호를 증폭시키는 증폭부, 증폭하여 나온 아날로그 신호의 전압출력 및 비교회로를 이용한 펄스출력으로 구성된다.

그러나 위와 같은 구성으로 이루어진 종래의 먼지센서는 사용되는 환경의 변화 또는 부품의 특성 변화에 따라 발생할 수 있는 특정 부품(발광 LED 및 수광센서)의 경시 변화에 대해 보완할 방법이 존재하지 않는다.

또 다른 방법적 처리를 한 먼지센서로는, 발광부, 수광부, 먼지에 의해 산란되어 들어온 신호를 증폭시키는 증폭부, 증폭하여 나온 아날로그 신호의 비교 및 프로그램적 보정을 수행하는 마이컴 등으로 구성된 것이 있다.

이와 같은 구성의 먼지센서 또한 먼지센서의 사용 시 입력전원에 변화가 생기는 경우 먼지를 감지하는 감도의 변화가 생길 수 있으며, 자가 감도 보정 기능이 있는 경우에도 먼지센서를 사용하는 환경이 일정하지 않기 때문에 자가 보정을 할 수 있는 기준이 없고, 이에 따라 자가 보정 능력이 완전치 못한 문제점이 있다.

그리고 발광부의 LED 광량 변화 모니터링 기능이 적용될 수 있으나, 이러한 기능은 제품의 생산 시 정해진 기준에 따라 LED 광량에 대비하여 출력에 대한 적절한 기준을 갖게 되는데, 제품을 사용하는 사용자의 환경에는 발광부의 광량에 대한 기준이 모호하므로 광량의 변화가 어떠한 기준에서 어느 정도가 변했는지를 알기 어렵다.

결국 입력전원의 변화, 먼지센서의 지속적 사용으로 인한 LED 광량 감소에 따른 센서의 감도 저하, 집광렌즈의 오염으로 인한 센서의 오동작 및 부품 고유의 특성 편차가 있는 소자와 렌즈 등의 조합 등의 문제를 안고 있는 현재의 먼지센서는 10% 이상의 큰 감도 특성편차를 가진 채 출하되고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 입력전원 감시 기능을 갖춰 먼지를 감지하는 감도를 일정하게 보정할 수 있는 먼지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 감도 보정을 위한 기준 신호 발생으로 발광부 LED를 제어함으로써 자가 진단 및 보상 기능을 수행할 수 있는 먼지센서를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 빛을 발생시키는 발광부, 부유하는 먼지에 의해 산란되는 상기 빛을 집광시키는 집광렌즈, 집광된 상기 빛을 감지하는 수광부, 상기 수광부의 수광부신호를 증폭하는 증폭부 및 상기 증폭부로부터 증폭된 신호를 수신한 후 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호로 변환하여 출력하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하되, 상기 MCU는 기준신호의 발생 기능을 수행하는 기준신호 발생부를 포함함으로써 먼지센서 감도의 자가 진단 및 보상이 가능한 것을 특징으로 하는 MCU(Micro Controller Unit) 타입 먼지센서를 제공한다.

본 발명의 상기 MCU는 인가되는 전원의 레벨을 감시하는 입력전원 감시부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에서 상기 입력전원 감시부가 인가되는 전원 레벨의 변화를 감지하는 경우, 상기 증폭부 및 MCU가 먼지를 감지하는 감도를 보정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 집광렌즈는 IR(Infrared) 코팅 처리가 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 먼지센서 제품의 생산 시 발생하는 제품간의 감도 편차나 먼지센서 제품이 출고되어 사용 중에 생기는 각종 변화에 의해 발생하는 감도 편차를 항상 일정하도록 체크하고 보상하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 먼지센서의 감도 편차를 항상 일정하게 유지시킴으로써 먼지센서 제품의 수명을 연장하고, 적용되는 각종 응용 제품의 안정적인 동작을 지원하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MCU 타입 먼지센서의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 MCU 타입 먼지센서 센싱부의 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자가 진단 및 보정을 위한 신호 입출력을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 입력전원의 변동에 대한 신호 관계를 나타낸 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

입력전원 감시 기능을 갖춰 먼지를 감지하는 감도를 일정하게 보정하고, 감도 보정을 위한 기준 신호 발생으로 발광부 LED를 제어함으로써 자가 진단 및 보상 기능을 수행하는 먼지센서를 제공하기 위한 본 발명은 빛을 발생시키는 발광부(100), 부유하는 먼지에 의해 산란되는 상기 빛을 집광시키는 집광렌즈(200), 집광된 상기 빛을 감지하는 수광부(300), 상기 수광부의 수광부신호를 증폭하는 증폭부(400) 및 상기 증폭부로부터 증폭된 신호를 수신한 후 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호로 변환하여 출력하는 MCU(Micro Controller Unit)(500)를 포함하여 구성되며, 상기 MCU는 기준신호의 발생 기능을 수행하는 기준신호 발생부를 포함함으로써 먼지센서 감도의 자가 진단 및 보상이 가능하도록 하는 특징을 갖는다.

도 1에 본 발명의 일실시예에 따른 MCU 타입 먼지센서의 구성도가 도시되며, 도 2에 본 발명의 일실시예에 따른 MCU 타입 먼지센서 센싱부의 구성도가 도시된다.

상기 센싱부란 본 발명의 구성 중 발광부(100), 집광렌즈(200) 및 수광부(300)가 결합된 구성을 말하며, 필요에 따라 다른 기능의 구성이 추가적으로 부가될 수 있다.

본 발명의 상기 발광부(100)는 적외선 또는 자외선 파장의 빛을 발생하는 구성으로, 통상의 LED(Light Emitting Diode)가 적용되는 것이 바람직하며, 그 외에도 고휘도LED, 칩LED, 하이프럭스LED, 파워LED 또는 레이저 다이오드 등이 활용될 수 있다.

그리고 상기 집광렌즈(200)는 먼지에 의해 산란된 빛을 수광부(300)로 집광시키는 기능을 수행하며, 상기 집광렌즈를 통해 먼지에 의해 산란된 빛이 상기 수광부로 전달되면 수광부에서는 광전류가 발생하게 된다.

여기서 발생된 상기 광전류는 동작회로에 의해 전압으로 변환된 후 곧 바로 출력되는 것이 아니라 증폭부(400)를 거쳐 아날로그 신호로 출력된다.

한편, 광원으로부터 발생된 빛은 그 빛 파장의 1/2보다 큰 먼지에 조사될 경우 산란되는데, 먼지의 크기가 더욱 커질수록 산란각은 커지게 된다. 따라서 작은 입자를 검출하기 위해서는 짧은 파장의 빛을 이용하여야 한다.

결국 본 발명의 상기 수광부(300)는 통상의 자외선파장인 400㎚의 광원을 사용하면 파장의 절반인 약 200㎚ 크기의 먼지를 계측할 수 있고, 통상의 적외선파장인 900㎚의 광원을 사용하면 약 450㎚ 크기의 먼지를 계측할 수 있다.

따라서, 발광부(100)에서 사용되는 광원의 파장에 따라 이에 대응하는 수광부(300)가 준비되어야 하는 특징을 갖는다.

또한 본 발명은 상기 증폭부(400)로부터 증폭된 신호를 수신한 후 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호로 변환하여 출력하는 MCU(Micro Controller Unit)(500)를 포함하며, 상기 MCU는 기준신호의 발생 기능을 수행하는 기준신호 발생부(520)를 포함함으로써 먼지센서 감도의 자가 진단 및 보상이 가능하도록 한다.

이에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.

결과적으로 본 발명 먼지센서의 기본적인 기능을 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 발광부(100)가 발생시킨 빛이 먼지에 의해 산란되고, 먼지에 의해 산란된 빛이 집광렌즈(200)를 거쳐 수광(300)부로 전달되면 상기 수광부는 수광부신호를 발생시키며, 상기 수광부신호는 증폭부(400)에 의해 증폭되어 MCU(500)를 거쳐 출력된다.

한편, 본 발명의 MCU(500)는 기준신호의 발생 기능을 수행하는 기준신호 발생부(520)를 더 포함할 수 있다.

상기 기준신호 발생부(520)는 먼지센서 감도의 자가 진단 및 보상을 위한 구성으로서, 먼지를 감지하도록 하는 소스원이 되는 발광부(100) LED를 제어하여 다양한 환경 변화나 부품의 특성 변화에 상관없이 일정한 기준을 이용하여 자가 진단 및 보상을 할 수 있도록 한다.

LED 광량 및 경시 변화, 수광부(300)의 특성 변화, 환경 변화 등에 따라 먼지센서의 감도가 변화하게 되는데 이러한 변화를 기준 신호에 의해 통합적으로 체크하여 항상 일정한 감도 특성을 유지하도록 알고리즘적으로 처리한다. 이는 제품의 생산 시에나 사용되는 동안에도 제품간의 편차가 최소화될 수 있도록 하는 특징이 있다.

도 3에 본 발명의 일실시예에 따른 자가 진단 및 보정을 위한 신호 입출력을 나타낸 예시도가 도시된다.

도면에 나타나듯이, 기준 신호의 입력을 통해 먼지센서에서 출력하는 아날로그 신호와 비교할 수 있으며, 출력 신호에 문제가 있는 경우 즉, 측정된 출력 신호의 펄스폭이 기준이 되는 펄스 폭과 상이한 경우 이를 알고리즘적으로 조정할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 MCU는 인가되는 전원의 레벨을 감시하는 입력전원 감시부(510)를 더 포함한다.

입력전원의 레벨이 변화하게 되면 수광부(300)를 통해 들어오는 신호의 양이 변화하게 되고, 결국 증폭부(400)에서의 증폭 레벨도 변화하게 되어 출력되는 아날로그 신호를 변화시킨다. 이는 최종적으로 출력되는 신호의 양에도 변화를 주게 되므로 먼지를 감지하는 감도에 큰 영향을 미치게 된다.

따라서 본 발명은 입력전원 감시부(510)를 통해 입력되는 전원의 레벨 변화를 항시 감시하여 입력전원의 레벨 변화량에 따른 감도를 정해진 보정 알고리즘을 이용하여 최소화하게 된다.

이에 대한 내용의 이해를 돕기 위해 도 4에 본 발명의 일실시예에 따른 입력전원의 변동에 대한 신호 관계를 나타낸 예시도가 도시된다.

기준이 되는 입력 전원보다 높거나 낮은 전원이 인가되는 경우 전압 변동에 의해 아날로그 신호가 변동되는 모습이 그래프를 통해 도시된다.

이는 결국 증폭부(400) 및 MCU(500)를 거쳐 출력되는 출력 신호에 영향을 미쳐 먼지센서의 감도 유지에 지대한 장애가 되므로 본 발명은 인가되는 전원의 레벨을 감시하는 입력전원 감시부(510)를 통해 전원 레벨의 변화에도 일정한 감도를 유지할 수 있도록 하며, 그 방법으로는 상기 입력전원 감시부(510)가 인가되는 전원 레벨의 변화를 감지하는 경우에 상기 증폭부(400) 및 MCU(500)가 특정 알고리즘에 따른 동작으로 먼지를 감지하는 감도를 보정하게 된다.

아울러 본 발명의 상기 집광렌즈(200)는 IR(Infrared) 코팅 처리가 된 집광렌즈에 해당할 수 있다.

먼지센서는 외부에서 들어오는 빛의 변화에 영향을 받을 수 있기 때문에 본 발명은 먼지센서에서 사용하는 적외선 파장대의 빛만 수광부로 입사되도록 IR 코팅이 된 집광렌즈(200)를 사용하여 외란광에 의한 오동작을 최소화하게 된다.

여기서 IR 코팅이 된 집광렌즈(200)란 적외선 파장대의 빛만 통과시키고 그 외 파장대의 빛은 차단시키는 처리를 한 집광렌즈를 말한다.

결국 본 발명은 인가되는 전원의 레벨을 파악하고, 자가 진단 및 보정을 위한 기준 신호를 발생시킴으로써 먼지센서 제품의 생산 시 발생하는 제품간의 감도 편차나 먼지센서 제품이 출고되어 사용 중에 생기는 각종 변화에 의해 발생하는 감도 편차를 항상 일정하도록 체크하고 보상하는 장점이 있다.

그리하여 먼지센서 제품의 수명을 연장하고, 적용되는 각종 응용 제품의 안정적인 동작을 지원하는 장점이 있다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

100: 발광부
200: 집광렌즈
300: 수광부
400: 증폭부
500: MCU
510: 입력전원 감시부
520: 기준신호 발생부
600: 먼지

Claims (4)

1. 빛을 발생시키는 발광부;
   부유하는 먼지에 의해 산란되는 상기 빛을 집광시키는 집광렌즈;
   집광된 상기 빛을 감지하는 수광부;
   상기 수광부의 수광부신호를 증폭하는 증폭부; 및
   상기 증폭부로부터 증폭된 신호를 수신한 후 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호로 변환하여 출력하는 MCU(Micro Controller Unit); 를 포함하되,
   상기 MCU는 기준신호의 발생 기능을 수행하는 기준신호 발생부를 포함함으로써 먼지센서 감도의 자가 진단 및 보상이 가능한 것을 특징으로 하는 MCU(Micro Controller Unit) 타입 먼지센서.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 MCU 타입 먼지센서에 인가되는 전원의 레벨을 감시하는 입력전원 감시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MCU 타입 먼지센서.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 입력전원 감시부가 MCU 타입 먼지센서에 인가되는 전원 레벨의 변화를 감지하는 경우, 상기 증폭부 및 MCU가 먼지를 감지하는 감도를 보정하는 것을 특징으로 하는 MCU 타입 먼지센서.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 집광렌즈는 IR(Infrared) 코팅 처리가 되는 것을 특징으로 하는 MCU 타입 먼지센서.

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