[부산대 어드벤처 디자인] 2장 아날로그 입출력 예비보고서

문서 내 토픽

• 1. 온도센서(LM35)의 원리

  온도센서(LM35)는 주변 온도 변화에 따른 센서 내부 저항 값의 변화를 이용하여 온도를 측정합니다. 온도가 높을수록 저항 값이 커지며, 낮을수록 저항값이 작아집니다. 센서는 측정된 온도 값을 아날로그 데이터(전압)으로 출력합니다. LM35의 공급전압은 5V이며, 작동온도 범위는 -55℃ ~ +150℃입니다. 출력전압과 온도의 관계는 섭씨 1℃당 10mV의 전압을 선형적으로 출력합니다.

• 2. 아날로그 신호의 디지털 변환

  Mega2560의 아날로그 핀에서는 연속한 아날로그 신호를 0 ~ 1023 범위의 이산값으로 변환하여 사용합니다. ADC(Analog to Digital Convertor)라는 장비가 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는데, 최저전압(0V)과 최고전압(5V) 사이를 1024개의 구간으로 나누고 현재 읽어들인 아날로그 신호의 전압이 어느 구간에 속하는지 알아냅니다. analogRead() 함수를 통해 0~1023의 정수 값으로 반환되며, 0~5V의 전압에 선형적으로 비례합니다.

• 3. PWM 제어의 원리

  PWM(Pulse Width Modulation)은 펄스 폭 변조라는 뜻으로, 효율적인 스위칭 제어의 기본인 디지털 출력으로 아날로그 회로를 제어하는 기술입니다. 일정한 주기에 제어입력 신호에 따라 펄스 폭의 듀티비를 변화시켜 평균 전압을 제어합니다. 듀티비에 따라 모터에 전류가 흐르는 전체 시간이 달라지며 평균 전압을 조절할 수 있습니다. Mega2560의 PWM 핀은 2 ~ 13번 핀이며, analogWrite() 함수를 사용하여 0~255 사이의 값으로 듀티비를 제어할 수 있습니다.

• 4. 피에조 스피커의 원리

  피에조 스피커는 전기적 신호를 소리로 변환해주는 소자입니다. 압전체에 코일을 연결한 뒤 Class G/H Amp를 통해 들어온 전기적 신호에 따라 압전체가 압축/팽창을 하며 진동하게 됩니다. 즉, 전기신호를 압전 소자의 기계적 움직임으로 떨림을 만들고 그 떨림이 소리가 된다는 것이 피에조 스피커의 원리입니다.

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• 1. 온도센서(LM35)의 원리

  LM35는 온도에 비례하여 전압을 출력하는 온도 센서입니다. LM35는 반도체 기반의 온도 감지 소자로, 온도가 상승하면 전압이 선형적으로 증가합니다. 이 원리는 온도에 따른 반도체 소자의 전기적 특성 변화를 이용한 것입니다. LM35는 온도 측정 범위가 -55°C에서 150°C까지이며, 정확도가 높고 선형성이 우수하여 온도 측정 및 제어 분야에 널리 사용됩니다. 이러한 LM35의 특성으로 인해 온도 센서로서의 활용도가 매우 높으며, 다양한 전자 기기와 시스템에서 온도 모니터링 및 제어에 활용되고 있습니다.

• 2. 아날로그 신호의 디지털 변환

  아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정은 매우 중요합니다. 아날로그 신호는 연속적인 값을 가지지만, 디지털 시스템에서는 이를 이산적인 값으로 표현해야 합니다. 이를 위해 사용되는 것이 ADC(Analog-to-Digital Converter)입니다. ADC는 아날로그 신호를 샘플링하고 양자화하여 디지털 값으로 변환합니다. 샘플링 속도와 양자화 비트 수에 따라 변환 정밀도가 달라지며, 이는 시스템의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 아날로그 신호의 디지털 변환은 디지털 신호처리, 데이터 저장, 통신 등 다양한 분야에서 필수적으로 사용되며, 센서, 음향, 영상 등의 응용 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다.

• 3. PWM 제어의 원리

  PWM(Pulse Width Modulation)은 디지털 신호를 이용하여 아날로그 신호를 생성하는 기술입니다. PWM 제어는 일정한 주기의 펄스 신호를 생성하고, 이 펄스의 듀티 사이클을 조절함으로써 평균 전압을 변화시키는 방식입니다. 이를 통해 모터 속도 제어, 조명 밝기 조절, 전력 변환 등 다양한 분야에서 활용됩니다. PWM 제어의 장점은 디지털 신호를 사용하여 아날로그 제어를 구현할 수 있다는 것입니다. 이는 마이크로컨트롤러와 같은 디지털 장치에서 쉽게 구현할 수 있어 저비용, 고효율의 제어 시스템을 구축할 수 있습니다. 또한 PWM 제어는 디지털 신호의 장점인 노이즈 내성, 안정성, 신뢰성 등을 활용할 수 있어 산업 현장에서 널리 사용되고 있습니다.

• 4. 피에조 스피커의 원리

  피에조 스피커는 압전 효과를 이용하여 소리를 발생시키는 장치입니다. 압전 효과란 특정 물질에 압력을 가하면 전기 신호가 발생하고, 반대로 전기 신호를 가하면 물질이 변형되는 현상을 말합니다. 피에조 스피커는 압전 세라믹 물질을 사용하여 이 원리를 활용합니다. 전기 신호가 가해지면 압전 물질이 진동하고, 이 진동이 공기를 진동시켜 소리가 발생합니다. 피에조 스피커는 크기가 작고 가격이 저렴하며 내구성이 뛰어나 다양한 전자 기기에 사용됩니다. 특히 경보음, 알림음, 간단한 음향 효과 등에 널리 활용되고 있습니다. 압전 효과를 이용한 피에조 스피커의 원리는 간단하지만 효과적인 음향 생성 방식으로 평가받고 있습니다.