초음파 센서 기술로 ‘홈 자동화’ 성능↑·비용↓

[테크월드=양대규 기자] 초음파 기반 센서 기술이 홈 자동화의 편의성과 성능, 비용을 향상할 기술로 주목받고 있다. 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments, TI)는 수동 적외선 센서나 광 ToF(Time of Flight) 정전식 센서 등 다양한 센서 기술 중 효율적인 비용으로 오류를 최소화할 방법으로 초음파 센서 기술을 꼽았다. 

최근 가정에서 조명·선풍기·온도조절기·TV·음악 장비·초인종 등 사물들의 자동제어에 대한 요구가 늘어나면서, 상업용 건물 자동화 기술이 점차 가정에 도입되고 있다. 이미 ▲아마존 알렉사 ▲구글 홈 ▲애플 홈팟 ▲홈키트 ▲윙크 등 다양한 중앙 허브들이 가정에서 전자 기기들을 제어·모니터링 중이다. 홈 자동화 기술은 현재 초기 단계로 중앙 허브마다 효과 차이가 천차만별이다. 

허브들은 센서를 통해 근접한 사람들의 접근을 빠르게 감지하고 작동하지 않을 때는 대기 모드를 유지해 전력을 절감한다. 센서가 사람을 감지하면 허브는 즉시 자동으로 동작 모드로 전환한다. 그에 따라 ▲조명을 켜거나 끄고 ▲난방 환기 공조(HVAC) 시스템 설정을 조절하고 ▲침입자 경보 작동 등의 기능을 수행한다.

사람들의 접근을 감지하는 센서는 주로 ▲광학 ▲마이크로파 ▲음향 기술을 기반으로 한다. 가장 대중적인 기술은 수동 적외선(PIR) 광학 기술이다. PIR 센서는 센서 앞에서 발생하는 온도의 변화를 감지하는 원리를 기반으로 작동된다. 이로 인해 PIR 센서는 곤충이나 작은 동물들에도 반응할 수 있으며, 센서에 비치는 직사광선이 센서를 가려 잘못된 경보를 발생시킬 수 있다. 프레임 사이의 영상 변화를 감지해 움직임을 기록하는 카메라 시스템은 곤충이나 새들, 그리고 카메라 시야에 포착되는 나뭇잎과 식물의 움직임에 반응할 수 있다. 

반면, 초음파 센서는 음파를 방해하는 목표의 움직임이나 형태를 감지하는 원리를 기반으로 작동한다. 전달되는 음파를 막고 센서로 되돌아가는 울림을 생성시키므로 잘못된 경보를 발생시킬 가능성이 작다. 사람의 울림 강도는 곤충이나 동물과 달라, 시스템이 정확한 목표를 감지하도록 프로그래밍할 수 있다. 초음파 센서 외에도 광 ToF 정전식 센서 등 다양한 기술이 있지만, 초음파 기술 비용이 가장 저렴해 자동차 주차 보조 시스템 등에 광범위하게 사용된다. 

비용적인 측면 외에도 초음파 기술은 ▲공기, 물, 가스와 같은 다양한 매질 ▲대상의 형태, 크기, 색, 표면 윤곽과 상관없는 물체 감지 ▲물체 이미지를 3D로 생성해 동물과 사람을 구별하는 등 시스템이 더 정확한 결정을 내릴 수 있도록 돕는다.

초음파 기술 기반의 존재 감지 서브시스템을 홈 자동화 기기에 통합하면 초음파 트랜스듀서를 특정 방향으로 향하거나 90~135°까지 넓은 범위에서 동작하도록 해 접근하는 사람을 감지할 수 있다. 트랜스듀서를 추가하면 적용 범위를 360°까지 증가시킬 수 있다. 반사된 초음파로부터 사람을 감지하는 즉시 서브시스템은 비디오 초인종의 카메라와 감시 카메라를 작동시킨다. 스마트 스피커에서도 접근하는 사람을 향해 특정 마이크를 작동하며, 실내조명이나 에어컨, 홈 보안 시스템의 모션 센서로 사용된다.

초음파 센서는 홈 자동화에 국한되지 않고 건물 자동화에도 활용할 수 있다. 공항, 쇼핑몰, 기타 상용 시설의 주차장에 적용할 수 있는 개방형 주차 공간 감지는 최근 빠르게 성장하고 있다. 초음파 모듈을 주차 공간 위에 설치하거나 지면에 매설해 차량을 감지하며, 천장의 센서는 운전자에게 주차 공간에 차가 있는지 없는지를 알려준다.

TI는 주차 공간 감지 모듈을 설계 요구사항과 관련 비용에 따라 무선이나 유선으로 구현할 수 있다고 설명한다. 유선 시스템은 2개의 LED 조명을 포함한 수정된 모듈이 필요하다. 무선 시스템은 주차장 천장에 케이블을 설치하지 않고 블루투스·와이파이·지그비 등 무선 표준 중 하나를 사용할 수 있다.