라이더 센서를 이용한 실내 활동성 측정

 

1인 가구 증가 및 실내 생활이 많아지는 요즘 시대에 항상 스마트 폰을 지니고 다니거나, 스마트 워치를 사용하지 않을 경우에는 자신이 얼마나 활동적으로 움직였는지 파악하지 못하는 경우가 많습니다.

실내에서의 활동량을 시간대별 시각화하여, 최소한의 활동 필요 시간을 공지해줌으로써 운동 및 활동적인 삶을 유지하도록 자각을 주는 장치를 만들고자 합니다.

 

전체 구조

 

HW 구성

SW 구성

 

 

사용 부품 목록

 -. K-LD2-RFB-00H-02, 1EA (라이더 센서)

 -. MKR WAN 1300, 2EA (LoRa 아두이노 모듈)

 -. STM32H7B3I-DK, 1EA (STM32 TFT LCD Board)

 

부품 사양과 특징

-. K-LD2-RFB-00H-02

Small and low cost digital 24 GHz radar motion detector.

Detection distance up to 15m (human) 30m (cars)

High immunity against interferences

Integrated FFT signal processing with digital outputs

Sensitivity and hold time can be set using analogue inputs

Advanced detection data read-out over serial interface

Wide power supply range from 3.2 to 5.5V

2×4 patch antenna with 80°/34° beam aperture

-. MKR WAN 1300

SAMD21 Cortex®-M0+ 32bit low power ARM MCU

LoRa : Murata CMWX1ZZABZ

Carrier Frequency : 433/868/915MHz

UART / I2C / SPI

 

-. STM32H7B3I-DK

STM32H7B3LIH6Q Arm®-based microcontroller

4.3" (480x272 pixels) TFT color LCD

Wi?Fi® module compliant with 802.11 b/g/n

512-Mbit Octo-SPI NOR Flash memory

128-Mbit SDRAM

 

 

 

장치 연결도

-. 라이더 감지 센서 + LoRa TX Mode

TTL 3.3V LEVEL RX – TX 연결

 

-. 디스플레이 장치 + LoRa RX Mode

TTL 3.3V LEVEL RX – TX 연결

 

하드웨어 제작 일정

No.	일 정	테 스 트 일 정
1	2022.05.30 ~ 06.03	1 . 라이더 센서 테스트      -. 감지 범위 확인 : 방 내부 이동 및 속도 감지 가능      -. 감지 각도 확인 : 데이터에 측정 위치 확인 불가 (센서 내부에 기능 없음)      -. 이동 속도 확인 : 이동 속도 측정 가능 2. 추가 센서 주문      -. 해외 배송으로 시간 지연중
2	2022.06.06 ~ 06.10	1. 아두이노 LoRa 모듈 테스트      -. RX / TX 모듈 프로그램 작업중
3	2022.06.13 ~ 06.17	1. STM32 TouchGFX 프로그램 2. 배송된 추가 라이더 센서 테스트
4	2022.06.20 ~ 06.24	1 . 연동 테스트

 

 

개발 툴 목록

 -. Arduino IDE 2.0

 -. STM32CubeIDE 1.9.0

 -. TouchGFX 4.19.1 Desiginer

 

소프트웨어 구성도

 -. 라이더 센서로 수집된 정보, 이동 위치 정보를 LoRa 모듈로 전송합니다.

   라이더 센서는 인체 이동 정보를 감시하기 위하여 디스플레이 모듈과 별개로 존재하며,

   방 천장에 부착하여, 정확한 이동 시간 정보를 수집하게 됩니다. (변경 : 방 벽면에 부착하여야 합니다)

 

 

-. LoRa 모듈로 수집된 위치 정보를 기반으로 이동 시간을 모니터링 합니다.

매 시간 동안 인체 이동 시간을 기록하게 되며, 이는 실내에서 얼마나 활동적으로 생활하였는

지를 확인 할 수 있습니다.

 

 

오픈소스 활용 정보

 -. # Arduino LoRa

 -. # SAMD_TimerInterrupt Library

 

소스코드

 -. 파일로 첨부

 

 

개발 과정에 대한 설명

-. 초기에 개발하고자 했던, 목적인 인체의 이동 위치 정보 감지를 위한 라이더 센서 선정이 가장

오래 걸렸습니다.

국내에서 많이 사용하는 라이더 센서는 별로 예쁘게 생기지도 않았고, 최근에 발매된 센서를

위주로 찾았습니다. 센서의 발전은 차량 가상주행 개발이라는 목적에 맞게 급속히 발전하였기

때문입니다.

 

제가 구매한 센서는 총 두개 K-LD2 / K-LD7 입니다.

두 센서가 국내에 유통되고 있는 센서는 아니다 보니, 쉽고 빠른 디지키를 통한 해외 구매를

하게 되었습니다.

처음 선정한 K-LD2 센서는 라이더 센서이지만, 거리 정보와 사물의 위치 정보가 수신되지 않

고 사물의 접근에 대한 속도 값만 전송되는 모델이라 많이 당황하였습니다. (데이터 시트를 자

세히 확인하지 못한 문제점이… )

이후 동일 회사 제품에서 거리와 속도, 위치 각도 값을 전송해주는 센서가 있음을 확인하고

재구매를 하게 되었습니다.

다행이도 이번엔 제가 원했던 정보 값이 나오는 센서가 맞습니다.

 

개발 결과물 테스트 동작 영상

그럼 결과값을 사용자에게 정보를 표시해주는 UI에 대하여 먼저 설명합니다.

 

메인 화면은 총 3개로 구성되어 있으며, 실내 감지 위치 / 실시간 운동량 / 실내 운동량 추이

가 있습니다.

실내 감지 위치는 센서를 기준으로 -90’ ~ 90’ 방향에서, 실내 5M까지 사물 위치를 빨간 점으

로 표현하게 됩니다.

실시간 운동량은 매 분마다 초단위로 사물이 움직이는 개수를 카운트하여 표시합니다. 분마다

60초가 있으므로, 총 60번의 활동성 카운트를 하게 됩니다.

마지막으로 실내 운동량 추이는 매분마다 누적된 초단위 활동 카운트 값을 시간 단위로 표시하

게 됩니다.

이로서 총 24시간을 매 초단위로 어느 시간대에 많이 움직였는지를 기록하게 됩니다.

 

이번엔 간단한 설정화면을 설명하겠습니다.

설정화면은 메인화면 우측 상단 시계 위치를 터치하게 되면 나타나는 화면으로 간단한 시간

설정 및 수신된 정보를 DEBUG형태로 모니터링 할 수 있는 화면이 있습니다.

 

다음은 라이더 센서에 대한 설명입니다.

교체된 라이더 센서 K-LD7과 원거리 LoRa 통신을 지원하는 MKR WAN 1300입니다.

이 센싱부는 사물의 위치 값을 각도, 거리, 속도로 변환하여 전송하게 됩니다.

 

 

다음은 동작 영상입니다.

https://youtu.be/rFmMeM5eLeM

 [ 유튜브 링크 주소 ]  

 

센서는 거실에 있으며, 10초 후에 센서를 기준으로 좌우로 자유롭게 이동해달라고 부탁해서

촬영했습니다.

화면에 실내 감지 위치에 실제 인체 이동 위치가 표시되며, 이는 분당 몇 초를 이동하였는지

실시간 활동량에 표시하게 됩니다. 매분마다 초기화 되며 누적된 이동 시간은 실내 운동량 추

이에 누적 기록이 됩니다. 촬영시간이 짧아 표현은 안되지만, 디버깅 할 때에는 1초를 1분으로

빠르게 기록하도록 수정하여 확인하였습니다.

 

라이더 센서라는 것이 여기저기에 잘 쓰일 것 같다는 생각을 해봤습니다.

초반엔 도플러 효과를 이용한 센서로 차량 자동 주행 및 운전자 보조 시스템으로 개발한 센서로만 알고 있었는데,

이번에 건강 체크 시스템이라는 것에도 적용할 수 있고,

더 나아가 사물 자동화 시스템, 사람 감지 경고, 위험 위치 이동사항 체크 및 여러 보안시스템에도 잘 사용 될 수도 있을 것 같습니다.

카메라를 이용한 시스템이 아니기에 개인 신상 정보보호에도 효과적이며, 저가형에 단독 모듈로 이용 가능한 제품이라 앞으로도

많은 발전 가능성이 있는 아이템인 것 같습니다.

 

이로써 긴 시간동안 개발한 프로젝트 설명을 마칩니다.

 

*.해당 글에 유튜브 링크가 연결이 안되서 주소를 기록하였으니 꼭 시청 부탁드립니다.