[전자공학]초음파 센서를 이용한 거리 측정기

소개

전자공학과 학사 졸업 논문입니다.

목차

논 문 개 요

제 1장 서론
제 1절 과제의 목표
제 2절 기술현황

제 2장 이론적 배경
제 1절 초음파 센서의 정의 및 특성
제 2절 초음파 센서와 압전 효과
제 3절 측정원리
3.1 소리가 1cm 왕복하는데 걸리는 시간
3.2 송수신의 타이밍

제 3장 설계 및 제작
제 1절 회로도
제 2절 패턴도
제 3절 초음파 거리측정기 회로 설명
3.1 송신 회로
3.1.1 초음파 펄스 발진기
3.1.2 초음파 발진기
3.1.3 초음파 센서·드라이브 회로
3.2 수신 회로
3.2.1 신호 증폭 회로
3.2.2 검파 회로
3.2.3 신호 검출 회로
3.2.4 시간 측정 게이트 회로
3.2.5 계측 펄스 발진기 1
3.2.6 카운터·클리어·펄스 및 저장·클리어·펄스 생성 회로
3.2.7 시간 계측 회로
3.3 LED 표시 회로
3.4 전원 회로
3.5 공중에서의 음파 전반 속도

제 4장 제작 및 결과
제 1절 초음파 거리 측정기 부품 설명
1.1 초음파 센서
1.2 발진기용 IC(555)
1.3 인버터(4069UB)
1.4 저잡음 유효증폭기(NJM4580)
1.5 저전력 유효증폭기(LM358)
1.6 NAND 게이트(4011B)
1.7 BCD 카운터(4553B)
1.8 BCD-7 세그먼트(segment) LED 디코더(4511B)
1.9 ＋9 V용 3 단자전압 레귤레이터(78L09)
1.10 IC소켓
1.11 PNP 트랜지스터(2SA1015)
1.12 쇼트 키ㆍ바리어ㆍ다이오드(1SS106)
1.13 스위칭ㆍ다이오드(1S1588)
1.14 7세그먼트(segment) LED (NKR161)
1.15 저항기
1.16 가변 저항기
1.17 필름ㆍ콘덴서
1.18 세라믹ㆍ콘덴서
1.19 적층 세라믹ㆍ콘덴서
1.20 전해 콘덴서
1.21 프린트판
1.22 배선 단자
제 2절 초음파 거리 측정기 부품 조정
2.1 부품의 설치 방향의 확인
2.2 온도 보정
2.3 전원의 확인
제 3절 초음파 거리 측정기 완성
3.1 계측범위
3.2 완성된 모습

제 5장 결론

참고문헌

부록

본문내용

초음파 센서는 흔히 거리 측정이나 전방의 물체 유무를 알기 위해 사용되어져 왔으나 근래에 들어서는 LED의 발달로 근거리에서 전방 장애물을 위한 판단용 센서로는 거의 쓰지 않고 있다. 빛보다는 굴절률이 크기 때문에 전방에 작은 장애물이 있어도 소리라는 특성상 전파가 가능하지만 그 정확도가 떨어지므로 그 지향성은 LED와 비교해서 별로 나은 점이 없어서인지 그 사용 빈도가 떨어져 가고 있는 것이다.
초음파 센서를 구동시키기 위해서는 LED에 비해서 많은 노력이 필요하다는 것도 들 수 있다. 소리를 이용해서 물체를 측정하는 것 보다 LED를 사용하면 그 선택의 폭이 넓어 원하는 것을 쉽게 구할 수도 있다. 또한 물체와의 거리를 측정하기 위해 AD converter를 쓴다면 전류 값의 변화로 거리의 측정이 가능하기도 하다. 그럼 이러한 특성을 가진 LED를 놓아두고 왜 굳이 초음파를 사용했는가 하는 것은 그 특성상의 문제라 할 수 있다. 초음파를 선택하게 된 이유는 LED와는 달리 빛의 반사에 대한 영향이 적음과 그 처리의 간편성을 들 수 있다. 빛에 무관하다는 소리는 LED 센서에서 간섭을 받기 쉬운 형광등이나 자연광에 영향을 받지 않기 때문에 복잡한 필터를 설계하지 않아도 된다는 이점이 있다. 또한 우리가 하려는 것은 실시간에 거리를 판별해내는 장치이기 때문에 AD converter를 사용하게 되면 처리속도의 한계(AD converter 가 적분하는 시간)도 생기게 되며 그 시간을 맞추는 데도 상당한 노력이 필요하며 고가의 AD converter를 쓴다면 저가로 장비를 개발 해 보겠다는 기본 취지에서 어긋나므로 이 또한 LED를 피하게 된 이유이다. 또, LED를 쓴다면 특성상 노후하기 쉬우므로 일정한 빛의 세기를 기대한다는 것도 무리가 있기 때문에 최종 선택은 초음파가 되었다. 이를 이용하여 거리를 측정한다면 가상현실 장비의 저렴한 개발은 물론이고, 이를 응용한 로봇의 자세제어, 이동 로봇의 제어에도 이용 할 수 있으리라 생각된다. 초음파와 LED를 복합으로 구성한다면 서로를 보완 해 주는 센서로의 설계로도 발전 할 수 있지 않을까 싶다.
초음파를 이용한 기본적 시스템이니 만큼 초음파를 센서로 써서 획득한 정보의 처리과정을 익힌다는 것에 주안점을 두고 연구가 진행되었다

참고자료

· [1] 김진오, “초음파 기술 응용 사례”, 기계저널, 제38권 3호
· [2] Yoshiaki WATANABE, “초음파전자기술의 개발과 응용”, 2004
· [3] “초음파 검사의 기초”, 엠케이씨코리아, 2001
· [4] “초음파 센서와 압전효과”, 센서텍
· [5] 홍광철 “초음파센서를 이용한 거리측정기기의 제작”, 푸늠정밀
· [6] “초음파센서의 거리 측정 원리”, 센서텍
· [7] “초음파 거리계의 제작”, PIC 원칩 마이컴 실천입문
· [8] “Ultrasonic sensor application”, 센서텍, 2006
· [9] “브리태니커 백과사전”, 한국브리테니커회사
· [10] 한재길, “초음파를 이용한 3차원 위치 측정”, 전주대학교