무선 통신을 이용하여 TR 9953 규격을 만족하는 건설 장비 종합 안전 시스템 개발
㈜엘시스
기술개발사업 최종보고서 초록
1. 일반 현황
사업명
정보통신 ·방송 기술개발사업
기술분류창조융합 -ICT 산업융합
과제명(과제번호)무선 통신을 이용하여 TR 9953 규격을 만족하는 건설 장비 종합 안전 시스템
개발 (2014-191-001-011)
주관기관
기관
(기업)명
㈜엘시스
설립일2005.09.12
주소
전라남도 순천시 해룡면 율촌산단 4로 13 전남테크노파크 2층 213호
대표자(기관장)
양수영
연락처061-740-2800
홈페이지www.elsys.kr
Fax061-743-5331
기술 개발 현황
총괄책임자
주영태
연락처061-740-2809
실무담당자
김환웅
연락처(e-mail)
061-740-2811 (white@elsys.kr)
참여기관(책임자)
㈜메티스커뮤니케이션(김창우), 비엠테크(김민수)
총사업비(천원)
정부출연금 민간부담금
현금 현물 합계
350,000 21,700 95,300 467,000
총수행기간
2014. 09. 01 ~ 2015. 08. 31(12개월)
2. 기술개발 개요 (개발기술 및 제품 소개, 전반적인 개발기술에 대한 요약 정보)
ㅇ 본 과제에서 개발하고자 하는 건설 안전 종합 시스템은 건설 현장의 핵심이라고 할 수 있는 건설 장비를 일종의 게이트웨이로 활용하고, 이동 통신 및 Wi-Fi를 건설 장비와 융합하여 실 질적이고 실효성 있는 건설 안전 서비스를 제공하는 시스템
ㅇ 임펄스 레이더 센서 기술을 이용하여 건설 장비 근처에 접근하는 작업자 및 물체를 어떠한 상황에서도 감지하고, 감지된 정보를 주변 작업자들에게 알림을 통해 위험을 통보하며, 이와 동시에 건설 장비 운전자에게는 안전모니터를 통하여 통보함으로써 운전자와 작업자가 동시 에 위험을 인지하도록 함
3. 개발결과 요약
키워드 무선 통신, 건설, 안전
핵심기술 무선 통신과 융합된 건설 장비 종합 안전 시스템
최종목표 임펄스 레이더 기반의 감지센서 및 무선통신을 이용한 건설 장비 종합 안전 시스템 개발
개발내용 및 결과
개발기술
항목 연구 내용 결과물
RF 및 H/W구현
· 인지거리, 왜곡없는 펄스 전송을 위한 건설 장비 후방 감지용 임펄스 레이더 RF모듈 설계
· 건설 장비 후방 감지용 임펄스 레이더 프로토 타입 개발
· 임펄스 레이더 시스템 H/W구조 설계 및 개발
임펄스 레이더 보드 인증서 ,
회로도
임펄스 레이더 안테나 구현
· 임펄스 레이더용 안테나 설계 및 개발
· VSWR값을 가지는 구조로 최적화 튜닝을 통해 성능 검증 및 신호 분석을 분석하여 개발
· 안테나 시험을 위한 안테나 시험 보드 개발
임펄스 레이더
안테나 ,
인증서 ,
회로도
임펄스 레이더의 물체 탐지
알고리즘 구현
· 리눅스 환경을 기반으로 O/S상에서 임펄스 레이더 시스템의 신호 제어 및 측정 결과를 모니터링 할 수 있도록 프로그래밍
· 동체까지의 거리 추출 알고리즘 개발
알고리즘
임펄스 레이더 센서의 실험실 환경
시험 평가
· RF Board의 송·수신 전력 측정은 임펄스 레 이더 측정 기준에 의해 BW 해상도를 1MHz 로 설정 후 측정
· RF 모듈의 TX단을 스펙트럼 분석기로 측정
· 스펙트럼 분석기로 측정한 결과 6.5~9.5GHz 관심대역에서 목표로 하고 있는 출력의 만족하 는 결과를 얻음
반복시험 결과표
WLAN기반 임펄스 레이더 센서노드 H/W설계 및
제작
· RAS-PI보드(주제어부) 설계 및 제작
· BM-RASPI보드(전원 및 I/F확장부) 설계 및 제작
· 임펄스 레이더 센서노드 기구 설계 및 제작
· 임펄스 레이더 센서노드 개발
· 임펄스 레이더 센서노드 KC인증
RAS-PI 보드, BM-RSAPI보드,
회로도 공인인증서 ,
시험성적서 운용
임베디드 S/W 및 장치간 통신
인터페이스 설계 및 구현
· 영상 전송 및 운용기능 구현
· 영상 Device Driver 구현
· V4L2(Video For Linux Two)모듈 구현
· VIVI(Virtual Video driver)모듈 구현
· FFMPEG(Fast Forward Moving Picture Expert Group)모듈 구현
System Command정의서
영상 전송 및 운용 기능
시험
· 시험절차에 따라 3개 방향의 임펄스 레이더 센서노드로부터 카메라 영상을 전송하여 Display장치의 GUI에 정상적으로 3개 채널 영상을 출력하고 있음을 확인
-
건설장비용 안전모니터 보드 설계 및
개발
· 건설장비용 안전모니터 요구사항 도출
· 안전모니터 보드 사양 선정
· 건설장비용 안전모니터 보드 개발
요구사항 정의서 , H/W설계서, 시스템 설계서 , 안전모니터 보드 ,
회로도 통신
시나리오에 따른 건설장비용
모니터링 시스템 개발
· 건설장비용 모니터링 시스템 데이터통신 요구 사양 도출
· 건설장비용 모니터링 시스템 S/W개발
· 건설현장 종사자 의견 반영 사용자 인터페이 스 설계 및 개발
· 건설현장 상황에 적합한 시나리오를 통한 제 어 로직 개발
데이터통신 사양서 , 시퀀스 다이어그램 , 클래스 다이어그램 , 모니터링 시스템
사용자 메뉴얼
기술개발 배경
ㅇ 국가적인 재난과 대형 사고 급증에 따라 사회적으로 안전에 대한 요구가 증가 하고 있으며 선진국에서는 안전에 대한 사회적인 인식이 높아짐에 따라서 건설 안전에 대한 기술 개발과 다양한 정부의 지원을 통하여 건설 현장의 사고를 줄여 가고 있음
ㅇ 건설 중기계를 포함한 설비, 기계에 의한 사망자수는 78명으로 건설업 사망자수의 16.6%로 높은 비율을 차지하였으며, 건설 중기계 중에서 재해 발생 사례가 많은 굴삭기, 크레인, 지게차를 2004년부터 2006년까지 조사해 본 결과 굴삭기 34건, 크레인 33건 지게차 4건으로 굴삭기의 재해사례가 가장 많음
ㅇ 현재 국내에서는 건설 중장비의 안전 감시용으로 후방 감지 영상 카메라가 일반 적으로 많이 사용되고 있으나, 전진 및 후진의 개념이 없는 중장비의 경우 운전 자가 항상 후방카메라의 영상을 확인하고 있어야 한다는 문제점이 있어 운전자가 부주의 한 경우 사고가 발생할 가능성이 높음
ㅇ 안전 사고는 한순간의 부주의로 인하여 발생하고 있으며, 중장비 주변에서 발생 하는 사고는 대부분 사망 사고로 이어짐. 이러한 경우 운전자만 주의한다고 사 고가 완전히 예방되지 않으므로 운전자와 주변 작업자에게 동시에 경보를 제공 할 수 있는 실시간 경보 시스템이 필요함
핵심개발 기술의 의의
ㅇ 무선 통신 기술을 이용한 실효성 있는 건설안전시스템
- 건설 장비를 중심으로 소규모의 무선망을 구축하여 건설 장비 운전자에게 위험 거리 감지 정보 및 영상 정보를 전송하는 시스템을 구축하는 시도는 현재까지 주진된 사례가 없음
- 본 연구를 통하여 건설 안전 시스템 서비스를 지속적으로 발굴하여 확장할 수 있는 기반이 조성될 수 있음
ㅇ 승용차용 레이더에 비해 기술적으로 난이도가 높은 중장비 레이더 개발
- 승용차에 사용되는 레이더는 차량이 고속 주행시 전방의 물체에 대한 탐지를 수행하므로 반사 신호를 탐지하는 패턴이 단순하지만 본 사업에서 목표로 하는 건설 안전 시스템 위한 임펄스 레이더의 경우는 굴삭기가 회전을 하므로 반사 파 성분이 매우 다양한 패턴으로 발생하기 때문에 이에 대한 많은 패턴분석이 진행되어야 함
ㅇ 저렴한 임펄스 레이더 센서 구현을 위한 아이디어 도출
- 저렴한 시스템 구현을 위하여 Radar기술의 일부를 이용한 임펄스 신호를 송신 하고 수신하는 임펄스 데이더 신호처리 시스템을 구현
적용 분야 무선통신 기술 활용 및 응용서비스(승용차, 국방, 기상관제)
4. 기술 및 경제적 성과
기술적 성과
ㅇ 중장비용 안전 감시 장치 국산화 기술 확보
- 유럽 및 미국 기업들에 이어 세계 5번째 안전 장치 국산화 - 제조원가 30만원 이하의 원가 절감 설계를 통한 기술력 확보 ㅇ 건설 중장비용 안전 감지 센서 국산 개발
- 중장비에서 요구하는 수준의 탐지 거리와 가격을 만족하는 중장비용 안전 감지 레이더 국산 개발
ㅇ 특허출원 : 1건
- 출원명 : 건설정비의 주변 감시용 안전 시스템 및 방법 - 출원번호 : 2015-0076271
경제적 성과
ㅇ 고용창출 (총 5명) - ㈜블루오션테크 : 3명 - ㈜메티스커뮤니케이션 : 1명 - 비엠테크 : 1명
ㅇ 매출 성과 : 건설장비안전시스템 연구를 통한 제품 개발 및 기술 습득 관 련 사업(용역) 수행 및 제품 납품을 통한 매출 발생(‘15년 현재 약 5억원)
5. 파급 효과 및 기대 효과
파급 효과
ㅇ 건설 중장비 안전 감시 장비 국산화를 통한 국내 업체 경쟁력 강화 ㅇ 국산 개발 및 저가 개발을 실현하는 경우, 국내 건설장비 업체뿐만 아니라
해외 건설 장비 업체에도 공급이 가능
ㅇ 중장비 안전 장비 국산화를 통하여 해외 업체의 기술적 공세에 대한 국내 중장비 업체의 적극적인 대응력 강화
ㅇ 수입에 의존하는 국내의 중장비 핵심 모듈 시장의 가격하락 유도 ㅇ 중장비 전장 및 핵심 부품 산업 육성
기대 효과
ㅇ 건설 안전 장비에 대한 매출 증대
- 년간 100억원 이상의 신규 매출 시장 확보 - 년간 50억원 이상의 해외 수출 아이템 발굴 - 수입 대체 효과
ㅇ 자체 기술 확보를 통해 제품생산을 하므로 외부 환경변화와 관계없이 지속적인 제품생산이 가능하여 국내를 포함한 해외의 수요 예상에 따른 공급부족 해결 가능
ㅇ 국내 건설 장비의 고기능화 및 고부가가치화 실현
6. 해당 기술, 제품의 시장 현황
국내 시장
ㅇ 건설 안전 시스템 시장 규모
- 시장의 요구는 지속적으로 있었으나, 이러한 시장의 요구를 만족하는 성능과 가격의 제품이 개발되지 못하여 시장이 형성되지 못하고 있음 - 현재 건설 중장비에 대한 안전 시스템 시장 규모는 다음과 같이 분석
및 예측이 가능함.
- 국내 중장비 3개 업체의 중장비 전체 생산 규모 및 매출 비중
업체명 볼보 현대중공업 두산인프라
생산량 30,000대/년간 40,000대/년간 50,000대/년간 생산 차종 굴삭기 굴삭기 /로더/지게차 굴삭기 /로더/지게차
해외 시장
ㅇ 건설 안전 기술
- 건설 장비에 있어 후방 감지 기술 개발은 해외의 건설장비 업체에서 먼저 개발하고 있는 것으로 파악되고 있다. 국내 건설 장비 업체인 현대중공업, 두산 인프라코어 등이 세계 시장에서 선전을 하고 있으 나, 세계 시장 점유율 측면에서 볼 때 미국의 CAT(캐터필더), 일본의 코마츠 등이 세계 시장의 50% 이상을 장악
ㅇ Radar 기술
- 미국 Preview Radar는 미국의 대표적인 중장비 레이더 전문기업임.
미국의 중장비 전용 레이더 및 센서 분야에서는 최고의 기술력과 시 장 장악 능력을 보유하고 있는 것으로 파악
- 이 회사는 세계 최대의 중장비 제조업체인 CAT(캐터필더)사에 중장비 전용 레이더 장비를 공급하고 있으며, 유럽 지역 업체들에게도 자사 의 레이더를 공급하고 있음. 그러나 한국의 중장비 기업에게는 기술 유출을 이유로 공급을 거부한 상태
7. 제품 사진 (기술개발 제품 관련 사진, 그림, 도면 등)
<임펄스 레이더 보드>
<RF 파트 회로도><H/W블록도 및 동작원리> <Main IC 및 주변 회로도>
<전원 회로도> <Interface 회로도>
<안테나 설계 방법> <개발된 안테나> <안테나 시험보드>
<안테나 VSWR츨정 결과 그래프> <안테나 방사 패턴>
<Dimension / Terminal Array / Recommended Land Pattern>
Frame Offset
Sampler 1
Sampler 2
Sampler 3
Sampler n Radar
Frame Data Grabber
≒ 27ps time delay global time delay
<임펄스 레이더 시스템 블록도> <시간 지연부 블록도>
<출력 임펄스 신호 형태> <실측 임펄스 신호>
<필터 종류에 따른 LPF 주파수 응답 특성>
<RF 수신 입력 원 신호> <RF 수신 입력 신호에 대한 Box HPF적용>
<RF 수신 입력 신호에 대한 Gaussian HPF적용> <RF 수신 입력 신호에 대한 Butterworth HPF적용>
Start
Get reflected raw data
High pass filtering for DC level rejection from
raw data
Is first frame?
Perform differentiation between previous and
current frame
Get max value from differentiated radar
signal
Determine moving object distance from max-valued sampler
point
Do you complete distance detection
porcess?
End No
Yes No
Yes
<임펄스 레이더 GUI>
<동체 움직임 추출 알고리즘 순서도> <반복시험 결과표>
<임펄스 레이더의 인식거리 시험 구조도 및 실험 환경>
<TX S11> <TX VSWR>
<RX S11> <RX VSWR>
<송신출력파형>
<임펄스 레이더 센서노드 H/W구성도> <ARM프로세서의 UART 및 GPIO, SD Card Part 회로도>
<ARM프로세서 전원부 Part 회로도>
<입력 및 내부 전원 Part 회로도>
<개발된 RAS-PI보드(주제어부)>
<BM-RASPI보드(전원 및 I/F 확장부)회로도> <개발된 BM-RASPI보드(전원 및 I/F 확장부)>
<제작된 임펄스 레이더 센서노드 기구 설계도 및 형상>
<임펄스 레이더 센서노드 보드 형상>
<개발된 임펄스 레이더 센서 노드>
<시스템 개념도> <GPU firmware 설치>
<V4L2 system> <V4L2 framework 구조>
<Linux Video Driver 아키텍쳐> <V4L2 Control Sequence>
<시험 구성도 및 테스트 환경>
<3개 방향의 동영상을 수신 후 출력화면> <건설장비용 모니터링 시스템 블록도>
<안전모니터 H/W구성도> <Realtek ALC5640내부 블록도>
<RTL8723BS 내부 블록도> <Atom Processor DDR3 & PCIE Interface 회로도>
<개발된 안전모니터 보드>
<Atom Processor MISC 회로도> <Atom Processor power Interface 회로도>
<Wi-Fi SDIO Interface 회로도> <Antenna 결선 회로도>
<SD카드 Interface 회로도> <파워버튼 및 Misc 회로도>
<데이터통신 블록도> <모니터링 시스템 S/W아키텍쳐>
<모니터링 시스템 클래스 다이어그램> <산업안전 모니터링 시스템>
<기술개발사업 주요 연구성과>
사업명 정보통신·방송 기술개발사업
과제명(과제번호) 무선 통신을 이용하여 TR 9953 규격을 만족하는 건설 장비 종합 안전 시스템 개발 (2014-191-001-011)
주관기관명 ㈜엘시스 설립일 2005.09.12
주소 전라남도 순천시 해룡면 율촌산단4로 13 전남테크노파크 2층 213호
대표자(기관장) 양수영 연락처 061-740-2800
총괄책임자 주영태 FAX 061-743-5331
총수행기간 2014. 09. 01. ~ 2015. 08 . 31.(12개월)
총사업비(백만원) 467 정부출연금 350 민간부담금 117 참여기관(책임자) ㈜메티스커뮤니케이션(김창우), 비엠테크(김민수)
성과지표 세부지표 성 과 비 고
사업화 성과
매출액
개발제품 개발후 현재까지 억원
향후 3년간 매출 30억원 관련제품 개발후 현재까지 5.3억원 향후 3년간 매출 65억원
시장 점유율
개발제품
개발후 현재까지 국내 : % 국외 : % 향후 3년간 매출 국내 :100%
국외 : 5%
관련제품
개발후 현재까지 국내 : 30%
국외 : 3%
향후 3년간 매출 국내 : 50%
국외 : 7%
세계시장 경쟁력
순위
현재 제품 세계시장 경쟁력 순위 6 위 3년 후 제품 세계 시장경쟁력 순위 3 위
기술적 성과
특허
국내 출원 1건
등록 건
국외 출원 건
등록 건
논문발표 국내 건
국외 건
파급효과
고용효과 목표 4명
성과 5명
선진국 대비 기술수준 90%
국산화율 52%
기타 표준 제개정, 기술이전 및 수상실적 등
□ 구체적인 연구 성과
1. 지식재산권
(국내․외 특허, 실용신안, 프로그램 등록, 기타 등으로 종류 구분)
번 호 종 류 명 칭 출원일 등록일 국 명 등록번호 발생차수
1 특허
건설장비의 주변 감시용 안전 시스템 및
방법
2015.05.29 대한민국 2015-00762
71 1 차년도
<특허 출원증>
2. 논문 게재/발표 실적 번 호 구분(논문
게재 or
학회발표) 논문명 저자명 저널명 일시 구분(국내, 국외)
등재 SCI 여부
발생 차수
차년도
3. 기술이전 실적
번호 기술이전 내역 대상국명 대상기관명 이전일시 수입금액(백만원) 발생차수 차년도
*****
******** ****
*
4. 인증/포상 실적 등 (국내 및 국외)
번호 구분 명칭 일시 국명 수여기관명 발생차수
차년도 차년도 차년도 차년도
5. 사업화 계획 및 매출 실적
항 목 세부 항목 성 과
사업화 계획
사업화 소요기간(년) 과제 완료 후 2년
소요예산(백만원) 300
예상 매출규모 (억원)
현재까지 3년후 5년후
5.3 65 100
시장 점유율
단위(%) 현재까지 3년후 5년후
국내 0 100 100
국외 0 5 25
향후 관련기술, 제품을 응용한 타 모델, 제품
개발계획
선박용 안전 모니터링 시스템, 기타 전후방 감시를 위한 모니터링 시스템 무역 수지
개선 효과
(단위: 억원) 현재 3년후 5년후
수입대체(내수) 0 30 50
수 출 0 50 100
6. 고용 창출
항목 세부 항목 성 과
고용 효과
목표 연구인력 4명
생산인력 명
성과 연구인력 5명
생산인력 명
7. 기타 성과 (없음)
8. 변경 이력 (없음) ㅇ 총괄책임자 변경
- 정기봉(2014.09.01.~2015.06.30) → 주영태(2015.07.01.~2015.08.31)
목 차
제 1 장 서론 ··· 23 제 1 절 과제의 개요 ··· 23
제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ··· 26 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ··· 26 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ··· 29 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ··· 34 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ··· 62 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ··· 62
제 3 장 결과 및 사업화 계획 ··· 63 제 1 절 연구개발 최종 결과 ··· 63 - 연구개발 추진 일정 ··· 63 - 연구개발 추진 실적 ··· 64 - 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ··· 65 제 2 절 연구개발 추진 체계 ··· 67 - 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ··· 67 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ··· 69 제 4 절 고용 창출 효과 ··· 73 제 5 절 자체보안관리진단표 ··· 74 부 록 : 시험성적서, 도면, 설계도 등
본문 작성 요령
1. 본문의 순서는 장, 절, 1, 가, 1), 가), ①, ㉮ 등으로 하고, 2. 장은 원칙적으로 페이지를 바꾸어 시작한다.
3. 본문은 가로로 작성함을 원칙으로 한다.
4. 각주는 해당페이지 하단에 표기하며, 본문과 구분토록 한다.
5. 페이지수는 ‘편집순서 2’의 ‘제출문’부터 번호를 넣어주며, 양면으로 작성한다.
6. 본문 내용은 한글로 작성함을 원칙으로 하되, 명확한 이해를 위해 한자와 영문을 사용 할 수 있다.
7. 표지뒷면에는 주의문을 넣는다.
8. 최종보고서 작성시는 총개발기간(초기 시작년도부터 최종년도까지) 동안 수행한 내용 및 결과를 상세히 기재한다.
9. 동 페이지의 페이지 설정, 글자 point, 줄간격을 유지하여 작성한다.
10. 보고서는 추진실적 및 기술개발결과 등 핵심 내용 위주로 최종보고서 본문이 “단 기․소형사업은 50쪽 이내, 중장기․중대형사업은 100쪽 이내”로 작성한다. (부록은 쪽수에 포함되지 않음)
11. 고용 창출 효과에 신규 고용 실적 등을 기재
제1장 서론
제1절 과제의 개요
1. 개발 대상 기술 ‧ 제품의 개요
◦ 지금까지 국내에서는 무선 통신을 이용한 건설 현장 안전 관리 시스템에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔으나, 실질적으로 현장에서 상용화되어 사용되고 있는 시스템은 거의 사례를 찾아보기 어려운 실정임
◦ 이러한 이유는 대부분의 국가 연구 개발 사업으로 추진한 건설 안전 관리 시스템은 현장의 상황을 고려하지 않고, 기술적인 부분에만 집중된 채 개발이 진행되어 효율성 이나 상품성이 떨어진다는 문제가 발생함
◦ 본 과제에서 개발하고자 하는 건설 안전 종합 시스템은 건설 현장의 핵심이라고 할 수 있는 건설 장비를 일종의 게이트웨이로 활용하고, 이동 통신 및 Wi-Fi를 건설 장 비와 융합하여 실질적이고 실효성 있는 건설 안전 서비스를 제공하는 시스템
<시스템 구성도>
◦ 임펄스 레이더 센서 기술을 이용하여 건설 장비 근처에 접근하는 작업자 및 물체를 어떠한 상황에서도 감지하고, 감지된 정보를 주변 작업자들에게 알림을 통해 위험을 통보하며, 이와 동시에 건설 장비 운전자에게는 안전모니터를 통하여 통보함으로써 운전자와 작업자가 동시에 위험을 인지하도록 함
2. 개발 대상 기술 ‧ 제품의 필요성
◦ 근 국가적 재난과 대형사고 급증에 따른 안전 시스템 개발의 지원 필요
- 국가적인 재난과 대형사고 급증에 따라 사회적으로 안전에 대한 요구가 증가 하고 있으며 선진국에서는 안전에 대한 사회적인 인식이 높아짐에 따라서 건설 안전에 대한 기술 개발과 다양한 정부의 지원을 통하여 건설 현장의 사고를 줄여가고 있음
◦ 건설 안전 감시 필요성의 증가
- 건설 중기계를 포함한 설비, 기계에 의한 사망자수는 78명으로 건설업 사망자수의 16.6%로 높은 비율을 차지하였으며, 건설 중기계 중에서 재해 발생 사례가 많은 굴 삭기, 크레인, 지게차를 2004년부터 2006년까지 조사해 본 결과 굴삭기 34건, 크레 인 33건 지게차 4건으로 굴삭기의 재해사례가 가장 많음
<건설장비에 의한 사고(산업안전관리공단)>
◦ 적절한 건설 안전 시스템의 부재
- 현재 국내에서는 건설 중장비의 안전 감시용으로 후방 감지 영상 카메라가 일반적 으로 많이 사용되고 있으나, 전진 및 후진의 개념이 없는 중장비의 경우 운전자가 항상 후방카메라의 영상을 확인하고 있어야 한다는 문제점이 있어 운전자가 부주 의 한 경우 사고가 발생할 가능성이 높음
◦ 무선 통신을 융합한 건설 안전 시스템의 필요성
- 안전사고는 한순간의 부주의로 인하여 발생하고 있으며, 중장비 주변에서 발생하는 사고는 대부분 사망 사고로 이어짐. 이러한 경우 운전자만 주의한다고 사고가 완전 히 예방되지 않으므로 운전자와 주변 작업자에게 동시에 경보를 제공할 수 있는 실시간 경보 시스템이 필요함
3. 목표 기술의 독창성 및 융합성
◦ 본 사업팀 보유 기술을 활용하여 새로운 안전 서비스 창출
- 기존 건설 안전 관련 장비는 대부분 통신망과 접속이 이루어지지 못한 경우가 대 부분이며 무선 통신을 이용한 건설 안전 시스템의 경우는 건설 장비와의 연동을 고려하지 않고 단순한 작업자 관리 위주로만 개발이 진행되어 옴
- 본 사업에서 목표로 하는 시스템 및 서비스는 무선 통신을 건설 장비와 융합하여 종합적인 관제 시스템을 구축하고, 건설 장비가 소규모의 Sensor network로 동작하 도록 구성함과 동시에 통신 게이트웨이로서의 역할을 수행하도록 하여 종합적인 안전 관제가 가능하도록 구현 추진
◦ 무선 기술과 임펄스 레이더 기술, 건설기계를 융합한 안전 시스템
- 건설 및 토목 현장의 가장 핵심적인 장비인 굴삭기와 굴삭기 주변 작업자들의 공 동 작업 시 작업자의 안전을 보호하기 위하여, 굴삭기에 접근하는 작업자를 감지하 는 임펄스 레이더 기반의 감지 센서 및 감지 센서의 감지 정보를 표시하는 안전 모니터를 개발하는 것 이 목표임
- 무선을 이용하므로 안전장치를 건설 장비에 배치하는 경우 발생할 수 있는 배선의 어려움을 극복 할 수 있음 본 사업에서 구현하고자 하는 임펄스 레이더 센서 및 안전 모니터는 Wi-Fi를 기반으로 통신을 하므로 별도의 배선이 필요 없이 설치가 매우 용이하게 하는 장점을 지님
◦ USN기술을 이용한 실효성 있는 양방향 건설 안전 시스템
- 건설 중장비 및 기계를 건설 현장의 핵심적인 통신 게이트웨이로 활용하여, 건설 중장비 및 기계가 이동통신망에 접속하도록 하여 건설 현장의 주요한 상황을 실시 간으로 전송하여 관제 할 수 있음
<건설 중장비와 주변 작업자 사이의 USN>
제 2 장 기술개발 내용 및 방법
제1절 최종 목표 및 평가 방법
1. 최종목표 가. 종합목표
최종목표 무선 통신을 이용하여 TR9953 규격을 만족하는 건설 장비 종합 안전 시스템 개발
연차목표 ㅇ경제적 성과 : 5억원, 고용 5명
ㅇ기술적 성과 : 무선통신과 융합된 건설 장비 종합 안전 시스템 개발
수행기관
ㅇ주관기관 : ㈜엘시스
ㅇ참여기관 : ㈜메티스 커뮤니케이션 ㅇ참여기관 : 비엠테크
추진전략
ㅇ다양한 서비스를 제공할 수 있는 생태계를 구축을 통해 하드웨어 제조 우위의 국내 역량을 소프트웨어 역량 강화로 연계될 수 있도록 각분야의 전문 업체들로 기술개발 체계를 구축하여 시너지 효과 극대화
ㅇ무선통신 장비 개발 전문 업체, 임펄스 레이더 장치전문업체, 하드웨어 개발 전 문업체 등 시스템 개발에 필요한 최적의 컴소시엄 구성으로 연구 개발 사업 진행 ㅇ과제 결과물의 조기 상용화를 촉진하고 산업체에서 쉽게 활용할 수 있도록 원천
기술 개발과 툴 개발을 병행하여 추진
ㅇ수요업체(볼보코리아)의 구매 의향 및 요구 사항을 반영함으로써 시장성 및 활용 성이 확보된 기술의 개발
ㅇ연구개발 수행에 대한 시행착오를 줄이고 결과물의 완성도를 높이기 위해 수요업 체와의 주기적인 커뮤니케이션을 통해 개발기술을 검증을 수행하도록 함
추진내용
ㅇ위험거리 감지를 위한 임펄스 레이더 센서 하드웨어 설계 및 제작
ㅇ무선 통신 기반의 위험정보 전송을 위한 센서노드 설계 및 제작
ㅇ위험정보 수신 및 영상 정보 표시를 위한 안전 모니터 설계 및 제작
ㅇ수요 업체(건설 장비 업체)와 실차 시험 및 적합성 시험
나. 기술개발 목표
주요 성능지표 단 위 최종
개발목표
세계 최고수준
가중치 (%)
객관적 측정방법
시료 수 시험규격
1. 센서 탐지거리 m 2m 이내 2 m 이내 15 10 수요처 인증
2. 센서 분해능 cm 20cm 이하 20 cm 이하 15 10 수요처 인증 3. 센서 수평 각도 DEG 135도 이상 135도 이상 10 10 수요처 인증 4. 센서 수직 각도 DEG 50도 이상 50도 이상 10 10 수요처 인증 5. 시스템 활성시간 ms 600ms 이내 600ms 이내 5 10 수요처 인증 6. 시스템 측정시간 ms 200ms 이내 200ms 이내 10 10 수요처 인증
7. 가청 경보 주기 Hz 2~4Hz 4Hz 이하 5 10 수요처 인증
8. 무선 규격 GHz 2.4GHz 2.4GHz 10 10 공인 인증
9. 방사 출력 mW 10mW 이하 10mW 이하 5 10 공인 인증
10. 신뢰성 규격 IP IP67 IP67 5 10 수요처 인증
11. 작동 전압 V 12/24V 12/24V 5 10 수요처 인증
다. 경제적 성과목표
기관명 1차년도 2차년도 3차년도 합 계
매출 고용 매출 고용 매출 고용 매출 고용
㈜엘시스 0.6 3 5 5 15 10 20.6 18
케뮤니케이션 ㈜메티스 4.7 1 15 8 40 15 59.7 24
비엠테크 - 1 3 3 10 7 13 11
(단위: 억원, 명)
2) 매출 실적 : 총 9건 (532,266,080원)
기관명 발생년월 품목(계약명) 발주처 금액
㈜메티스 커뮤니 케이션
2015.01.15 CAMERA_REAR VIEW 볼보그룹코리아(주) 79,883,430원 2015.01.15 CAMERA_SIDEVIEW NORMAL 볼보그룹코리아(주)_인천 10,601,250원 2015.01.31 CAMERA_REAR VIEW 볼보그룹코리아(주) 86,045,630원 2015.02.15 CAMERA_REAR VIEW 볼보그룹코리아(주) 141,555,810원 2015.03.15 CAMERA_REAR VIEW 볼보그룹코리아(주) 123,427,260원 2015.03.15 CAMERA_REAR VIEW 볼보그룹코리아(주)_인천 9,416,000원 2015.04.30 CAMERA_REAR VIEW 볼보그룹코리아(주)_인천 13,090,000원 2015.08.15 CAMERA_REAR VIEW 볼보그룹코리아(주)_인천 8,246,700원
㈜엘시스 2014.12.30 통합모니터링시스템 구축 ㈜이즈파크 60,000천원
□ 매출증빙자료
<(주)엘시스 60,000천원> <(주)메티스 79,883,430원> <(주)메티스 10,601,250원>
<(주)메티스 86,045,630원> <(주)메티스 141,555,810원> <(주)메티스 123,427,260원>
<(주)메티스 9,416,000원> <(주)메티스 13,090,000원> <(주)메티스 8,246,700원>
제2절 단계 목표 및 평가 방법
가. 정량적 목표 항목의 평가방법 및 평가 환경
1) 센서 탐지 거리 (수요처 인증 : 볼보건설기계코리아(창원))
◦ 측정 일자 : 2015.7.22. ~ 2015.7.29.
◦ 측정 결과 확인 기준 : 센서의 탐지 거리가 2m 이상이면 정상으로 판정
◦ 측정 방법
- 시험에 의뢰된 센서를 장착하고 0.5, 1m, 2m 후방에 피사체를 위한 상태에서 탐지 가 이루어지는지 확인
◦ 측정 결과
- 2m 후방 : 피사체 탐지 정상 - 1m 후방 : 피사체 탐지 정상 - 0.5m 후방 : 피사체 탐지 정상
2) 센서 분해능 (수요처 인증 : 볼보건설기계코리아(창원))
◦ 측정 일자 : 2015.7.22. ~ 2015.7.29.
◦ 측정 결과 확인 기준 : 센서의 분해능이 20cm 이하이면 정상으로 판정
◦ 측정 방법
- 시험에 의뢰된 센서를 장착하고 2m 후방에 피사체를 위치한 상태에서 탐지가 이루 어지는지를 확인
- 피사체를 20cm 이동하여 1.8m에 위치한 상태에서 구분이 가능한지를 확인
◦ 측정 결과
- 20cm 단위로 피사체 위치구분 : 정상
3) 센서 수평 각도 (수요처 인증 : 볼보건설기계코리아(창원))
◦ 측정 일자 : 2015.7.22. ~ 2015.7.29.
◦ 측정 결과 확인 기준 : 센서의 수평 탐지 각도가 135도 이상이면 정상으로 판정
◦ 측정 방법
- 시험 의뢰된 센서를 장착하고 피사체를 좌우로 이동하면서 센서의 수평 탐지각도 를 측정
◦ 측정 결과
- 135도 이상으로 수평 탐지 : 정상
4) 센서 수직 각도 (수요처 인증 : 볼보건설기계코리아(창원))
◦ 측정 일자 : 2015.7.22. ~ 2015.7.29.
◦ 측정 결과 확인 기준 : 센서의 수직 탐지 각도가 50도 이상이면 정상으로 판정
◦ 측정 방법
- 시험에 의뢰된 센서를 장착하고 피사체를 전후로 이동하면서 센서의 수직 탐지각 도를 측정
◦ 시험 구성
- 안테나 수직 각도를 조절하면서 평가를 진행 - 10도~15도까지 편자 조절 진행
◦ 측정 결과
- 50도 이상으로 수직 탐지 : 정상
- 평가 결과 50도 이상으로 탐지되었으나, Volvo 적용을 위해서는 50도 이하로 설정 할 것을 권고함
- WH에 적용시 적절할 것으로 판단되며, 향후 WH 장비에 장착 시험을 진행할 계획 을 APD와 협의할 예정임
5) 시스템 활성시간 (수요처 인증 : 볼보건설기계코리아(창원))
◦ 측정 일자 : 2015.7.22. ~ 2015.7.29.
◦ 측정 결과 확인 기준 : 임펄스 레이더가 부팅되는 시간이 600ms 이내이면 정상으로 판정
◦ 측정 방법
- 시험에 의뢰된 센서를 전원 공급기에 연결하고, 전원을 인가, 이때 센서의 부팅이 600ms이내에 이루어지면 정상으로 판정
- 전원의 인가 시간과 센서 부팅 시간을 비교하여 측정
◦ 시험 구성
◦ 측정 결과
- 시스템 활성화 시간이 600ms 이하로 측정됨 : 정상
6) 시스템 측정시간 (수요처 인증 : 볼보건설기계코리아(창원))
◦ 측정 일자 : 2015.7.22. ~ 2015.7.29.
◦ 측정 결과 확인 기준 : 임펄스 레이더가 물체를 탐지하여 모니터에 전달하는 시간이 200ms 이내이면 정상으로 판정
◦ 측정 방법
- 시험에 의뢰된 센서와 센서 표시기를 전원 공급기에 연결하고, 전원을 인가 - 피사체를 탐지하여 센서 표시기에 표시되는 시간을 측정
◦ 시험 구성
◦ 측정 결과
- 시스템 측정 시간이 200ms 이하로 측정됨 : 정상
7) 가청 경보 주기 (수요처 인증 : 볼보건설기계코리아(창원))
◦ 측정 일자 : 2015.7.22. ~ 2015.7.29.
◦ 측정 결과 확인 기준 : 모니터에서 발생하는 가청 경보 신호음이 2~4MHz 사이이면 정상을 판정
◦ 측정 방법
- 시험에 의뢰된 모니터에서 가청 경보 신호를 발생하도록 함
- 시간 주기가 2~4MHz 사이이면 정상으로 판정
◦ 시험 구성
◦ 측정 결과
- 가청 경보음이 2~8MHz로 측정됨 : 정상 - 가청 경보음 주기 2~8MHz는 국제 규격임 8) 무선 규격
◦ 시험기간 : 2015.09.11. ~ 2015. 09.12
◦ 인증기관 : ㈜모본
◦ 전자파적합(EMC)시험 성적서, KC인증서
◦ 시험결과 : 적합 9) 방사 출력
◦ 시험기간 : 2015.09.11. ~ 2015. 09.12
◦ 인증기관 : ㈜모본
◦ 전자파적합 (EMC)시험 성적서, KC인증서
◦ 시험결과 : 적합
10) 신뢰성 규격 (수요처 인증 : 볼보건설기계코리아(창원))
◦ 측정 일자 : 2015.7.22. ~ 2015.7.29.
◦ 측정 결과 확인 기준 : 임펄스 센서의 신뢰성 규격이 IP67 규격을 만족하면 정상으로 판정
◦ 측정 방법
- 시험에 의뢰된 임펄스 센서를 볼보 STD에 의거하여 신뢰성 시험을 진행
◦ 측정 결과
- 임펄스 센서의 신뢰성 규격은 볼보STD(STD1067089)를 통과 : 정상
11) 작동 전압 (수요처 인증 : 볼보건설기계코리아(창원))
◦ 측정 일자 : 2015.7.22. ~ 2015.7.29.
◦ 측정 결과 확인 기준 : 임펄스 센서의 동작 전압 범위가 12~24V 겸용이면 정상으로 판정
◦ 측정 방법
- 시험에 의뢰된 임펄스 센서를 볼보 STD에 의거하여 동작 전원 인가 시험을 진행
◦ 시험 구성
◦ 측정 결과
- 임펄스 센서의 작동 전압 규격은 볼보STD를 통과 :정상 - 9~32V 범위 인가시 정상 동작 확인
제3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위
가. 임펄스 레이더의 설계 및 구현
☞ 임펄스 신호를 처리하는 RF 모듈 개발 ☞ 광대역을 지원하는 소형 안테나 개발 ☞ Impurse Radar 기반 신호처리 알고리즘 개발
☞ 임펄스 레이더를 건설 중장비에 적용하여 목표물의 위치를 정확히 추정하는 S/W 구현
1) RF 및 H/W 구현
◦ 인지거리, 왜곡 없는 펄스 전송을 위한 건설 장비 후방 감지용 임펄스 레이더 RF 모 듈 설계
- 왜곡 없는 펄스 송신 및 수신을 위해 가급적 소자 사용을 배제하고 CPWG (Coplanar Waveguide with Cround-plan)구조로 RF라인 설계
- 최적의 수신 감도를 유지하기 위한 설계
- 다양한 시스템의 적용을 위한 사이즈 축소 설계
◦ 건설 장비 후방 감지용 임펄스 레이더 프로토타입 개발
- RF Tuning, MCLK(manin of master clock), SPI(Serial Peripheral Interface), 전원부 분에 대한 검증 및 실험을 위한 목적으로 설계 제작
- 전원마다 개별 LDO(Low Drop-Out)을 사용하여 부하에 공급되는 전원에 대한 전류 및 노이즈 검증
- 다양한 Application에 적용 할 수 있는 구조로 설계
<개발된 임펄스 레이더 보드>
◦ NVA6000칩을 이용해 임펄스 레이더 시스템 H/W 구조 설계
- MCU PLL에서 만들어진 48MHz의 MCLK클록을 이용하여 펄스 발생기에서 송신 펄 스 생성
- 송신기 안테나를 통하여 매우 약한 전자기 펄스를 방출하고 주변에 있는 물체에서 반사된 신호를 검출
- 수신감도 및 펄스 형태를 왜곡 없이 송수신 할 수 있도록 설계
주요 파라미터 값
Operation Frequency 6400 – 9715 MHz
Nominal Output Power -56dBm/MHz
Sensitivity -95dBm
Pulse Repetition Frequency (PRF) 48MHz
Sample 512
<NVA6000 칩 특성>
<설계된 하드웨어 시스템 블록도 및 임펄스 레이더 동작원리>
- 송수신단의 RF부분의 주파수 대역은 6.5~9.5GHz 범위에서 벗어 나지 않게 설계
∙ 인식거리 유지를 위한 RF 라인 CPWG 구조로 시뮬레이션하여 설계반영
<RF 파트 회로도>
- NVA6000 Main IC 주변 회로 설계
∙ 전원 노이즈 및 정확한 Pulse Shape을 전송, SPI Interface의 임피던스를 고려하여 설계
∙ 전원 노이즈 제거를 위한 비드(bead) 및 0Ω저항을 이용하여 튜닝을 할 수 있게 설계
∙ 회로 시뮬레이션을 통해 소자를 사용하지 않고 CPWG구조로 구성하게 RF라인 설계
<Main IC 및 주변 회로도>
- 전원 부분 회로 설계
∙ Main IC의 각 전원단에 최대한 전원 노이즈가 적게 발생하는 구조로 설계
∙ 최적화를 하기 위한 TEST가 용이하게 구성
- RF보드와 MCU사이의 데이터 전송을 위한 회로 설계
∙ 각 보드마다의 특성을 고려하여 신호의 왜곡 및 디지털 노이즈 제거용으로 RC필 터 구성
<전원 및 Interface 회로도>
2) 임펄스 레이더 안테나 구현
◦ 임펄스 레이더용 안테나 설계 및 개발
- 다중 공진이 아닌 평탄한 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio : 정제파비, 반사계 수)값을 가지는 구조로 이득 또한 평탄한 값을 가지게 최적화 튜닝을 통해 성능 검 증 및 신호 분석을 분석하여 개발
- 범용의 목적으로 주파수 범위를 하향(3.1~4.8GHz) 및 상향(7.2~10.2GHz) 주파수대역 모두를 고려하여 전방향성 안테나로 설계
- 안테나 시험을 위한 안테나 시험 보드 개발
안테나 설계 방법 개발된 안테나 안테나 시험보드
주파수(MHz) 피크값(dBi) 평균이득(dBi) 효율(%) 제작된 안테나의 방사 패턴
3000 3.48 -1.6 69.17
4000 3.67 -0.21 95.31
6000 3.24 -0.89 81.47
8000 4.13 0.45 100.94
9000 2.4 -0.76 83.98
10000 2.95 -0.87 81.82
<제작된 안테나의 주요 측정 데이터>
<개발된 안테나의 VSWR측정 결과 그래프>
<Dimension / Terminal Array / Recommended Land Pattern>
3) 임펄스 레이더의 물체 탐지 알고리즘 구현
◦ 리눅스 환경을 기반으로 O/S 상에서 임펄스 레이더 시스템의 신호 제어 및 측정 결과 를 모니터링 할 수 있도록 프로그래밍
<S/W 기능을 포함한 임펄스 레이더 시스템 블록도>
◦ 펄스 신호 생성부
<출력 Impulse 신호 형태와 실측 Impulse 신호>
◦ 수신 신호의 시간 지연부
- 피사체의 거리를 시간 지연의 요소에 대응하여 산정
- Global time delay 요소로서 프레임 오프셋을 설정하여 피사체가 높여있는 대략의 거리 주변을 산정하는데 이용
Frame Offset
Sampler 1
Sampler 2
Sampler 3
Sampler n Radar
Frame Data Grabber
≒ 27ps time delay global time delay
<시간 지연부의 블록도>
◦ 수신 신호 High Pass Filtering
- DCR 수신에 따른 DC오프셋을 제거하기 위해 다양한 HPF(High Pass Filtering)을 도 입하여 성능 비교
- Butterworth, Chebyshev, Gaussian, Box형태의 LPF필터 등의 설계 및 HPF설계에 반영
(a) Butterworth 필터 (b) Chebyshev 필터
(c) Gaussian 필터 (d) Box 필터
<필터 종류에 따른 LPF 주파수 응답 특성>
(a) RF 수신 입력 원 신호 (b) Box HPF적용
(c) Gaussian HPF적용 (d) Butterworth HPF적용
<RF 수신 입력 신호>
◦ 동체까지의 거리 추출 알고리즘 개발
Start
Get reflected raw data
High pass filtering for DC level rejection from
raw data
Is first frame?
Perform differentiation between previous and
current frame
Get max value from differentiated radar
signal
Determine moving object distance from max-valued sampler
point
Do you complete distance detection
porcess?
End No
Yes No
Yes
RF 수신 raw data 획득부
×
×
High Pass Filtering 부
or
동체의 움직임 변화량 검출부
동체의 움직임 거리 결정부
m ax
m ax
∴
m ax
<동체 움직임 추출 알고리즘 순서도 및 부분별 알고리즘>
나. 건설 기계용 임펄스 레이더 센서의 실험실 환경 시험 평가
◦ 실험실 환경 시험 평가
- 10m 범위 내외에서 피사체를 철판으로 하고 이동수레를 이용하여 피사체를 이동하 며 피사체 거리 측정 수행
- 0~11m를 이동하면서 실시간성을 확보하여 목표물의 움직임을 관측할 수 있는지 측정
◦ 실험실 환경 시험 구성
- 시험 장소 : 메티스커뮤니케이션 연구소(실내) - 시 험 일 : 2015. 6. 21
- 시험 방법 : 기준 거리별 20회 반복 실시
<임펄스 레이더의 인식 거리 시험 구조도 및 실험 환경>
<임펄스 레이더 GUI>
영역 GUI 설명
1번 Impulse Radar RF IC의 환경 변수 값 2번 주요 변수 Setting
3번 거리를 측정하여 Display 하는 옵션 4번 측정 물체에 대한 Distance Indicator 5번 실시간 임펄스 시그널에 대한 Display 6번 하드웨어 COM Port 지정 및 연결 ON/OFF
<제작된 GUI 화면 내용 정리>
◦ 실험실 환경 시험 결과
- 최대 오차 : 49cm, 최소 오차 : 7cm, 평균 오차 : 14.9cm
- 10m 기준으로 산출 했을 때 최대 오차 : 23.15cm, 평균 오차 : 12.07cm
횟수 거리 50 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 1회 37 87 190 293 401 516 617 712 815 914 1022 1148 2회 40 90 193 293 405 515 612 709 814 893 1022 1143 3회 40 87 190 295 403 517 613 711 814 913 1023 1147 4회 37 85 193 296 408 512 606 713 817 917 1025 1149 5회 36 87 191 297 402 518 605 710 812 914 1024 1147 6회 37 88 191 298 402 514 614 714 813 914 1022 1147 7회 39 89 188 295 397 517 596 713 814 913 1026 1149 8회 41 88 189 293 402 514 615 714 798 922 1023 1146 9회 35 89 186 293 398 506 615 715 812 916 1024 1147 10회 39 88 187 294 402 518 618 712 814 913 1017 1145 11회 41 88 188 293 406 516 614 713 797 914 1023 1143 12회 39 88 187 295 405 517 612 713 812 917 1026 1145 13회 37 87 181 294 397 518 614 712 814 918 1021 1147 14회 38 87 188 295 405 513 613 712 814 914 1027 1146 15회 37 89 194 295 401 518 613 715 814 914 1020 1146 16회 37 87 190 295 401 515 613 711 812 920 1025 1145 17회 35 87 196 295 402 518 594 711 814 916 1022 1145 18회 39 90 191 297 405 517 611 710 813 917 1021 1146 19회 38 90 187 295 403 517 603 713 815 917 1023 1145 20회 37 88 189 298 402 515 604 714 814 914 1027 1147
최대 오차값 15 15 19 7 8 18 18 15 15 22 27 49
오차절대값평균 12.05 12.05 10.55 5.05 3.15 15.55 11.1 12.35 12.6 15.2 23.15 46.15
<반복 시험 결과표> (단위 : cm)
◦ 주파수 대역 및 평균 전력의 측정 결과
- RF Board의 송·수신 전력 측정은 임펄스 레이더 측정 기준에 의해 BW 해상도를 1MHz로 설정 후 측정
- RF 모듈의 TX단을 스펙트럼 분석기로 측정
- 스펙트럼 분석기로 측정한 결과 6.5~9.5GHz 관심대역에서 목표로 하고 있는 출력의 만족하는 결과를 얻음
<송신 출력 파형>
<TX S11> <TX VSWR>
<RX S11> <RX VSWR>
◦ 실험실 평가 결과 정리
- 소형화된 전방향성 패치 안테나는 설정 주파수 대역에서 목표치인 –3dBi 이상을 만 족하는 결과를 얻음
- 본 과제에서 개발된 임펄스 레이더 시스템은 최대 11m 까지 센싱이 가능하며, 10m 센싱 기준으로 결과를 산출 했을 때 최대 오차 23.15cm, 평균오차 12.07cm 임 - 본 과제에서 목표로 설정한 검출거리 6m 센싱 해상도 30cm를 만족
다. 영상정보 및 위험정보 전송을 위한 무선 통신 기반의 임펄스 레이더 센서 노드 개발
☞ WLAN기반 임펄스 레이더 센서노드 H/W설계 및 제작
☞ 운용 임베이드 S/W 및 장치간 통신 인터페이스(프로토콜) 설계 및 구현 ☞ 영상전송 및 운용 기능 시험절차 및 결과
<임펄스 레이더 센서노드 H/W구성도>
1) WLAN기반 임펄스 레이더 센서노드 H/W설계 및 제작
◦ RAS-PI 보드(주제어부) 설계 및 제작
- 카메라 모듈의 영상신호 데이터 수신 및 데이터 변환 - 임펄스 레이더의 센싱정보(위험정보)처리
- 모듈간 무선통신 기능을 제공하기 위한 RAS-PI(주제어부) 보드 셀계 및 제작
<ARM프로세서의 UART 및 GPIO, SD Card Part 회로도>
<ARM프로세서 전원부 Part 회로도>
<입력 및 내부 전원 Part 회로도>
- 설계 완료된 회로도를 기준으로 Artwork, PCB제작, 부품 실장을 통해 최종 PAS-PI (제어부)보드를 개발
<개발된 RAS-PI보드(주제어부)>
◦ BM-RASPI보드(전원 및 I/F확장부) 설계 및 제작
- 임펄스 레이더 센서의 UART포트 와 입력전원 커넥터 보드를 실장 할 수 있도록 설계 및 제작
- 입력전원 회로부와 무선 통신모듈을 장착할 수 있는 USB포트를 실장 할 수 있도록 설계 및 제작
- 사용자를 위한 DIP SWITCH를 실장 할 수 있도록 설계 및 제작
<BM-RASPI보드(전원 및 I/F 확장부)회로도>
<개발된 BM-RASPI보드(전원 및 I/F 확장부)>
◦ 임펄스 레이더 센서노드 기구 설계 및 제작
- 공사 현장의 흙탕물 또는 먼지나 강우/강설 등 외부 환경에 견딜 수 있는 방수·방 진 기능이 적용된 임펄스 레이더 센서노드 기구 설계 및 제작
<제작된 임펄스 레이더 센서노드 기구 설계도 및 형상>
◦ 최종 임펄스 레이더 센서노드 개발
- RAS-PI보드와 BM-RASPI보드를 결합한 구조
- 카메라 모듈의 경우 주 보드의 CSI-2 인터페이스의 커넥터에 연결, 무선통신 모듈 은 확장보드에 연결
<임펄스 레이더 센서노드 보드 형상>
<개발된 임펄스 레이더 센서 노드>
구분 세부 사양
무선 LAN IEEE 802.11 b/g/n 카메라 5MP(2,592*1,944 pixels) 안테나 2dBi Dipole Ant
'입력 전원 DC 6.5V ~ 12V(차량 방수커넥터 적용) 동작 온도 0 ~ 50℃
제품 크기 165 * 148 * 81mm (W*D*H)
<임펄스 레이더 센서노드 사양>
ㅇ 임펄스 레이더 센서노드 제품 공인인증 및 시험성적서
