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캡스톤디자인 CPV SYSTEM Project 최종발표 (아주좋은대 ㅇㅈㅈ 교수님)

CPV Systems Design Project Contents Project Goal 1 CPV Systems Design 2 Testing Results 3 What have we done So far? 4 Project Goal 1 2 3 4 Project Goal 1 2 3 4 - CPV System 을 이용하여 태양전지의 효율을 향상 - 태양의 위치를 따라가는 Tracking System 구축 - Solar Cell 에서 받은 태양광에너지를 이용하여 전기에너지 변환 후 Application 을 구동 휴대폰 충전 (Application) CPV System 1 2 3 4 VS - 부가적으로 2 차 렌즈를 사용하여 집광 효율을 높힐 수 있는지 확인한다 . Project Goal CPV Systems Design 1 2 3 4 1 2 3 4 2. CPV Systems Design 2.1 Draft Design Changes Draft Design Finished Design 1 2 3 4 2. CPV Systems Design 2.1 Draft Design Changes Main problems before change - Tracking - Weight - Cooling Draft Design 1 2 3 4 2. CPV Systems Design 2.1 Draft Design Changes Changed Hardware design Illuminance sensor 수평 DC 감속 모터 수직 DC 감속 모터 ( Linear Actuator) Heatsink Solar cell 1 2 3 4 2. CPV Systems Design 2.1 Draft Design Changes Changed Hardware design 1 2 3 4 2. CPV Systems Design 2.1 Draft Design Changes Expected Effect * 전력 생산량 (W) 직사 일사량 (W/

공학/기술| 2021.07.17| 45페이지| 15,000원| 조회(164)

아주대, 캡스톤디자인, 최종발표, CPV System

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캡스톤디자인1 Solarcell Project 최종발표

Solar cell Process and Analysis of measurement results Team 3 Contents Solar Cell Process 1 Analysis of Results 2 Problems during process 3 High efficiency in process 4 1 2 3 Solar Cell Process 4 1. Solar Cell Process 1 2 3 4 1. epi growth MOCVD MBE 1. Solar Cell Process 1 2 3 4 2. Cleaning • HCL : 산화된 부분을 제거 • Organic cleaning: Aceton - IPA- DI water 1. Solar Cell Process 1 2 3 4 3. Photolithography 3-1-1. Photolithography 를 하는 이유 1) 전극을 형성하기 위해서 2) 회로 패턴을 웨이퍼 위에 형성하는 과정 3-1-2. Negative PR VS Positive PR • Negative PR 1) 친수성 물질이며 빛을 받으면 소수성으로 변함 2) 빛을 받지 않은 친수성 부분이 developer 에 의해 제거 • Positive PR 1) 수소성 물질로 빛을 받으면 친수성으로 변함 2) 빛을 받은 친수성 부분이 developer 에 의해 제거 1) 일정온도가 유지되어 있는 기판에 일정 시간 두어 열처리 2) 그후 잠시 식히는 시간을 가짐 • Soft bake Process 를 하는 이유 ? - solvent 제거를 통해 접착력 향상 - 원심력에 의한 스트레스를 완화 1. Solar Cell Process 1 2 3 4 3-2. Spin coating Process 1) wafer 를 Vacuum chuck 에 고정 2) 준비된 wafer 위에 Negative PR 을 떨어뜨림 . 3) 점진적으로 rpm 증가 3-3. soft bake Process 1. Solar Cell Process 1 2 3 4 3-3 Exposure Prn : 아세톤을 넣고 PR 을 녹임으로써 메탈이 Lift off 됨 RTA • RTA 란 ? 짧은 시간 동안 열처리하여 반도체 내의 dopant 원자가 이동하는 것을 최소화 반도체 / 금속 전극의 계면을 열처리로 변화해서 전극저항과 소자저항을 낮추어 Ohmic contact 를 형성 4-2. Back Metal deposition Back Metal deposition (E-beam evaporator 사용 ) RTA 1. Solar Cell Process 1 2 3 4 4-3. Metal deposition 에서 주의해야할 점 - Positive PR 로 Photo 공정을 하였을 경우 [ 그림 1 ] LOR 층을 추가하지 않았을 경우 [ 그림 2 ] LOR 층을 추가하였을 경우 5-2. Cap layer etching 공정 Process 1) Back side PR Coating : 후면의 Metal 을 보호하기 위해 2) Cap layer etching 1. Solar Cell Process 1 2 3 4 5. Cap layer etching 5-1. Cap Layer 를 하는 이유 ? 1) contact 저항을 낮추기 위해 오버 도핑된 GaAs 로 cap layer 를 생성 - 전극이 없는 부분의 Epi 에서 빛 흡수를 방해 2) cap layer 부분이 전체적으로 있으면 빛 통과하는 양이 낮아지기 때문에 필요한 부분 빼고는 제거 6.2 Mesa etching 공정 Process 1) Postive PR 을 도포 2) Align 작업을 통해 Masking 후 Exposure 1. Solar Cell Process 1 2 3 4 6. mesa photolithography 6.1 Mesa Etching 을 하는 이유 ? Cell 분리 시 Chemical passivation 을 통해 Epi 층의 보호를 위해 3) develop 4) Mesa etching: Chemical passivation 을 통해 cell 분리작업에서 damage 최소화 . 5) PRking 공정 Process 1) braking 장비로 scribing 선을 따라 분리 8-3. Expanding 테이프가 늘어나는 특성을 이용하여 expanding 하여 각 cell 을 분리 1. Solar Cell Process 1 2 3 4 9. Bonding 9-1. bonding 공정 Process PCB bonding use siver paste : Silver paste 를 이용하여 cell 뒷면을 기판에 부착 2) Hot plate : Silver paste 의 점성을 제거하기 위해 200 도의 온도에서 2 시간 정도 가열 3) Wire bonding : Wire Bonding 을 이용하여 Front 와 Cell 을 연결 [ 그림 1: PCB Bonding ] [ 그림 2: wire Bonding ] [ 그림 3: Solar Cell ] Analysis of Results 1 2 3 4 2. Analysis of Results Solar PV Test Conditions 1 2 3 4 Major Solar PV module Test Conditions Comparison STC : Conditions are rarely encountered in the real-world, applied by most manufacturers. PTC : As compared to STC, PTC is an approach to closer meet real-world conditions and measure the actual performance of the modules. 2. Analysis of Results Comparison in same wafer 1 2 3 4 η 10.40% 9.71% Voc 0.967V 0.960V Jsc 14.127mA/cm 2 14.101mA/cm 2 Isc 2.825mA 2.820mA FF 76.16% 71.70% Imax 2.455mA 2.370mA Vmax 0.847V 0.820V Pmax 2.080mW 1.942mW25mA 2.971mA FF 76.16% 75.36% Why? 2. Analysis of Results Effect of Isc 1 2 3 4 2. Analysis of Results Losses 1 2 3 4 Optical Recombination Electrical Reflection Shadowing Not absorbed radiation Emiiter Region Base Region Surface Series Resistance Shunt Resistance How to increase FF FF Decrease I 0 (By reducing charge carrier recombination) Reduce surface recombination (By passivizing the interfaces which are not covered by metals) Decrease the series resistance (By controlling ohmic contact monitoring process) Increase the shunt resistance (By controlling growth problem) 2. Analysis of Results How to increase Voc Jsc 1 2 3 4 Voc ~ Δψ ~ Eg Using High Bandgap Material

공학/기술| 2021.07.16| 37페이지| 10,000원| 조회(227)

아주대, 캡스톤디자인, solarcell, 최종발표

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캡스톤디자인 CPV SYSTEM Project 종합보고서 (아주대 이ㅈㅈ 교수님) 평가A+최고예요

REPORTIEEE Code of Ethics(출처: http://www.ieee.org)We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation to our profession, its members and the communities we serve, do hereby commit ourselves to the highest ethical and professional conduct and agree:1. to accept responsibility in making decisions consistent with the safety, health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger the public or the environment;2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose them to affected parties when they do exist;3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data;4. to reject bribery in all its forms;5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential consequences;6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technolog양전지로 구분할 수 있다. 실리콘 태양전지는 실리콘 웨이퍼를 사용하느냐 유리 기판 등에 박막으로 증착된 실리콘을 쓰느냐에 따라 결정(crystalline)형과 박막형으로 나눌 수 있다. 최근 폴리실리콘 등 실리콘 재료의 원가부담이 증가하면서, 박막 태양전지에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 화합물 반도체 태양전지는 사용 물질에 따라 III-V, II-III-VI,그리고 II-VI 태양전지로 구분할 수 있다. 이중에서 II-III-VI 태양전지로는 CIGS(Cu(In,Ga)Se)가 대표적인 물질이고, II-VI태양전지로는 CdTe가 대표적이다. GaAs, InGaP를 기반으로 하는 III-V 화합물 반도체 태양전지의 특징은 직접 천이형 bandgap을 가지고 있어 기존 실리콘 태양전지에 비해 광 흡수율이 높은 장점을 가지고 있으며, 공유결합을 하고 있기 때문에 우수한 물성을 가지고 있다. 화합물 반도체인 GaAs는 이미 태양전지보다 훨씬 복잡한 구조인 반도체 레이저 분야에서, 극단적인 조건에도 높은 신뢰성을 보이는 것으로 입증되었다. III-V 화합물 반도체 태양전지는 Tandem junction 기술을 이용하여 다양한 흡수 대역을 가지는 태양전지를 monolithic하게 적층할 수 있어, 단일접합(single junction) 구조 대신 한 단계 진보된 다중접합(multi-junction) 탠덤(tandem) 구조의 태양전지를 만들 수 있다. 이러한 탠덤 구조의 III-V 태양전지는 서로 다른 밴드 갭을 갖는 물질을 MOCVD를 사용하여 에피 성장하는 기술로 만들며, 적층하여 태양광의 대부분의스펙트럼을 효율적으로 사용하는 것이 가능하기 때문에, 50% 이상의 초고효율 태양전지를 개발할 수 있는 가능성을 가지고 있다.III-V 화합물 반도체 태양전지는 1980년 중반부터 개발이 시작되었고, 1990년 탠덤(tandem) 셀 개발로 높은 효율을 얻었다. 그 이후 III-V 화합물 반도체 태양전지효율은 매년 약 1%의 빠른 효율 향상을 보이고 있으며,200을 극대화 할 수 있는 방식② 구조물에 대하 완성도가 높지 않아서 고장의 발생 및 보수비용이 높음③ 내구성을 높이고 가격을 낮추는 것이 앞으로의 과제그림 12 세계 각지에서의 고정형과 추적형 CPV의 연간 생산량 차이3. Solar cell3.1 원리 및 종류(1) Solar cell의 원리그림 13 Solar cell의 원리태양전지는 빛을 전기로 직접 바꾸어 주는 전자소자이다. 태양전지에 비춰진 빛으로 인해 전류와 전압이 생성되고, 그 결과 전력을 얻을 수 있다. 이 때 전기 에너지는 크게 두 과정에 의해 외부회로에 의해 공급되는데, 첫째 물질 내에서의 빛 흡수로 인해 전자는 보다 높은 에너지 상태로 이동하며, 둘째 이러한 높은 에너지의 전자가 태양전지로부터 외부회로로 이동한다. 외부회로 내에서 전자가 가진 에너지를 소비하고 다시 태양전지로 되돌아오게 된다.태양전지 내에서 빛에 의한 전류 생성은 두 과정에 의해 이루어진다. 첫 번째 과정은 입사 광자 흡수에 인한 전자-홀 쌍 생성이다. 입사광자의 에너지가 반도체의 밴드갭보다 큰 경우 전자-홀 쌍이 생성된다. 두 번째 과정은 P-N 접합에 의한 이들 캐리어의 수집이다. 캐리어들은 P-N 접합에 존재하는 전계의 영향으로 서로 분리되고 전극으로 수집되어 재결합이 방지된다. 만일 빛에 의해 생성된 과잉 소수 캐리어가 재결합하기 전에 P-N 접합에 도달한다면 이들은 내부 전계에 의해 접합을 가로질러 반대편으로 휩쓸려 내려갈 것이다. 태양전지의 에미터와 베이스가 서로 연결되어 있는 경우 빛에 의해 생성된 캐리어는 외부 회로에 전력을 공급한다.① 광기전력 효과빛에 의해 생성된 캐리어의 수집 그 자체만으로는 전력을 생산할 수 없다. 전력을 생산하기 위해서는 전류뿐만 아니라 전압도 발생되어야 한다. 태양전지 내에서 광기전력 효과(photovoltaic effect)라 알려진 과정에 의해 전압이 발생된다. 광기전력 효과란 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 입사 광자에 의해서 전자-홀 쌍이 생성되어 접합 양단에 광기전력이 발생하는 현concentrators)과 같은 효과이다.실리콘 구슬들의 안쪽은 그 자체가 +(p-type)로 도프(dope) 처리되고, 그 대신 구슬의 표면은 -(n-type)로 처리하며, 동시에 구슬에는 빛이 반사되지 않도록 비-반사 코팅(antireflective coating)이 추가된다. 이렇게 하여 이들 두 개의 외부층들은 광전지 반도체 물질의 기본을 구성한다. 그 다음 실리콘 구슬들을, 반사경의 아래에 있는 하나의 구멍을 통해 휘고 구부릴 수 있는 박막 물질(flexible foil substrate) 위에 있는 하나의 p(+)전극과 접목시키는 것이다. 이때 육각형의 반사경은 n(-) 전극 역할을 한다. 구부릴 수 있는 박막 물질(flexible foil substrate) 베이스이기 때문에 태양전지 모듈을 다양한 형태로 적용할 수 있다는 것을 의미한다.지금의 효율은 10%인데, 기존 태양전지들의 효율인 14-15%까지 끌어 올릴 수 관건이다. 실리콘의 순도와 품질(purity and quality)을 향상시키고 지금의 직경 1밀리미터를 0.5밀리미터로 작게 만들면 효율을 높이고 동시에 실리콘의 양을 20%나 더 줄일 수 있을 것이다.② 3-D Solar Cell그림 19 3차원 태양전지의 단일 CNT조지아 공대 연구원 주드 레디는 3차원 형상을 가지는 태양전지를 개발하였다. 새로 개발된 태양전지의 특징은 기존의 평판 태양전지가 태양빛이 전지판과 수직으로 입사할 때 최대 효율을 보이고 다른 각도에서 입사될 때는 반사에 의한 에너지 변화 효율이 낮다는 단점을 극복할 수 있다는 점이다. 즉, 3차원 마이크로 타워의 배열로 이루어진 새로운 태양전지는 3차원적으로 입사되는 모든 방향의 태양빛을 흡수하여 전기에너지로 변환시킬 수 있다. 예를 들어 태양빛에 대해 태양전지 평판이 수직이 되기 위해 rotation해야 했던 수고를 덜 수 있다는 것이다. 3차원 태양전지의 구조를 살펴보면, 가로 세로 40㎛의 크기를 가지고 높이가 100㎛인 탄소 나노튜브 마이크로 타워가 10㎛연결밴드, 원판, 밑판 그림 42 하층부 원판 (Circular Disk)하층부를 구성하고 있는 밑판 (Base Supporter)와 원판 (Circular Disk)는 CPV System 상층부의 전체적인 무게를 버텨낸다. 밑판은 넙적하며 상당히 넓은 모습을 보인다. 이는 전체적인 System의 균형과 안정적인 Tracking을 할 수 있도록 한다. 원판은 DC 감속모터와 밴드로 직접적으로 연결되어 감속모터가 움직이면 즉시 원판이 돌아가게끔 연결되어 방위각이 빠르게 변경될 수 있다.② DC 감속모터그림 43 DC 감속모터 그림 44 DC 감속모터 Dimensionⓐ 기능 및 역할이 모터는 DC감속모터로 태양을 Tracking하는 데 있어서 적절한 성능을 가지고 있다. 감속모터는 속도가 느리고 토크가 강하다. 태양을 Tracking할 때 느린 모션으로 조금씩, 조금씩 따라간다. 그리고 토크가 강하기 때문에 Tracking System에서 무게가 있는 상층부를 움직임을 원활하게 할 수 있다. 원판 (Circular Disk)과 밴드로 모터가 연결되어 있고 모터는 전압의 극성에 따라 방향이 달라져 Tracking System에서 방위각을 변경하는 역할을 한다.그림 45 KGE 3W DC12-24V 기어드 DC모터 Specificationⓑ DC감속모터의 Specification- 감속비율 :{1} over {687}- 분당 회전수: 6.5 rpm- Torque : 18kgf BULLET cm(3) 추가 부품① 조도센서 (Illuminance Sensor)ⓐ 원리그림 46 조도센서 그림 47 조도센서그림 48 조도센서 내부 회로도- 사용 illuminance 센서는 CDS 기반으로 반도체에 빛이 닿으면 전자와 정공이 증가하고 조사된 빛에너지에 비례하여 전류가 증가하는 원리를 이용한 것이다.해당 센서의 Light dependant resistor 크기는 10Ω~100kΩ까지 변화하게 되며, CdS는 극성 없이 교류회로에 사용가능하다. Cds는 광도전체를 좌우 전극으로ell

공학/기술| 2021.07.15| 37페이지| 15,000원| 조회(267)

아주대, 캡스톤디자인, 최종발표, 이재진, CPV System

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실험3 초음파센서 및 기울기센서 결과보고서 (아주대 자동제어실험)

REPORTIEEE Code of Ethics(출처: http://www.ieee.org)We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation to our profession, its members and the communities we serve, do hereby commit ourselves to the highest ethical and professional conduct and agree:1. to accept responsibility in making decisions consistent with the safety, health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger the public or the environment;2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose them to affected parties when they do exist;3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data;4. to reject bribery in all its forms;5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential consequences;6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technologcorrect errors, and to credit properly the contributions of others;8. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender, disability, age, or national origin;9. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false or malicious action;10. to assist colleagues and co-workers in their professional development and to support them in following this code of ethics.위 IEEE 윤리헌장 정신에 입각하여 report를 작성하였음을 서약합니다.실험 3 결과보고서학 부: 전자공학부과목명: 자동제어실험실험3 초음파센서 및 기울기센서 결과보고서1. 실험목적① 초음파 센서의 원리 이해② 초음파 센서를 이용한 물체감지 및 거리 측정③ 기울기 센서의 원리 이해④ 기울기 센서를 이용한 물체감지2. 실험 기자재① PC ② NI ELVIS II ③ SRF05 ④ SA1 ⑤ 서보모터3. 실험이론(1) 초음파 센서의 원리 및 종류① 초음파란? 20kHz이상의 사람의 귀로 들을 수 없는 음파를 말한다.② 초음파 센서의 원리그림 1 초음파 센서의 원리 초음파 센서는 2개의 압전소자(또는 1개의 압전소자와 금속판)로 되어 있으며, 2개의 압전소자로 되어있는 것을 Bimole(바이몰), 1개의 압전소자로 되어있는 것을 Unimole(유니몰)이라고 부른다. 이것을 초음파가 입사하게 되면 압전소자는 진동해서 전압을 발생하게 되고, 역으로 압전소자에 전압을 인가하면 초음파가 발생이 되게 된다. 초음파 센서는 센서 그자체가 가지고 있는 고유 진동 주파수와 똑같은 주파수의 교류 전압을 가하면 좀 더 효율이 좋은 음파를 발생할 수 있데 걸린시간을 계산하여 거리를 측정한다. 예를들어 카운트 숫자가 1 증가하는데 걸리는 시간이 1μs라면, n번 세었을 때, 초음파가 검출되었다면 초음파가 되돌아오는데 걸린시간 t는 nμs가 된다. 초음파의 속도는340m/s(15℃ 기준)이므로 물체까지의 거리 s는v×t=340 TIMES {t} over {2} m가 된다. 만약 카운트 변수의 크기가 16비트이고 클럭이 1MHz라면 최대 카운트 시간은 65.525ms,최대340` TIMES ` {65.525 TIMES 0.001} over {2} =11.14095m이 된다. 카운트가 1μs마다 증가하기 때문에{11.14095} over {65535} =0.00017m, 즉 0.17mm의 정밀도를 갖는다.④ 초음파 센서의 종류초음파센서의 종류는 대향형과 반사형이 있다.- 대향형은 송파기와 수파기를 마주 보게 하고, 송파기에서 방출된 초음파가 물체에 의해 차단될 때,구파기의 신호를 검출하는 방식이다.그림 3 반사형 초음파센서 - 반사형은 송파기와 수파기를 한 묶음으로 구성한 것이다.그림 4 대향형 초음파 센서아래의 표는 강의노트에서 언급된 초음파센서를 제외하고, 추가적으로 조사한 센서들이다.개방형 센서방적형 센서고주파형 센서구조그림 5 개방형 초음파 센서그림 6 방적형 초음파 센서그림 7 고주파형 초음파 센서특징-압전세라믹의 굴곡진동이용-80KHz이상 사용 불가-내 환경 특성이 나쁨- 알루미늄의 굴곡진동 이용- 수신 강도가 비교적 좋다- 내 환경 특성 우수(옥외사용가능)- 충격에 강함- 압전 세라믹의 두께진동 이용- 고주파 영역 사용 (최대 400kHz)- 빔 각도가 매우 예리함(8°)용도- 칩입방지- 가정용 로봇- 자동차용 후진센서- 무인 주차장 감지 센서- 수위, 액면 검출용- 공장 자동화용 초음파센서- 수위, 액면 검출용(2) SRF05의 기본적인 특성 및 빔 패턴① 기본적인 특성그림 8 SRF05 초음파센서 SRF05 초음파센서 모듈은 40kHz의 음파를 발생 시킨 후 물체에 부딪쳐 되돌아오는 신호를 검출하여 이 펄스의 폭을 측정함으로써 물체까지의 거리를 측정할 수가 있다. 물체가 없는 경우에는 이 echo 신호는 36ms 이후에는 “low" 로 만든다. SRF05 센서를 이용한 거리계산은 echo 신호의 펄스 폭[��us ]을 58로 나눈 값이 cm 로 나타내는 거리이다.② 빔 패턴SRF05의 빔 패턴은 폭에 따라서 폭이 넓으면 저지향성 센서, 폭이 넓으면 고지향성 센서이다. 빔 패턴은 Transducers의 면적의 함수에 고정되어 있는 값이며, SRF05에 사용되는 Transducers의 Datasheet에 의존한다. SRF05의 빔은±30 DEG 의 폭을 가지는 저지향성 초음파 센서이다.4. 실험내용 및 방법▶ SRF05 초음파센서 실험그림 10 SRF05 핀배치도그림 11 초음파센서 실험 NI ELVIS II 회로도① 25cm 거리에 물체를 놓고 echo펄스를 측정하여 거리를 계산한다.② 25cm부터 1m사이에 25cm 간격으로 물체를 놓고 거리를 측정하여 표를 작성한다.5. 실험결과(1) 실제 실험결과실제거리실제 실험 사진측정시간 및 계산거리25cm그림 12 실제 거리가 25cm일 때, Pulse파 출력 그래프측정시간 : 1.55ms계산거리 :1.55ms`` TIMES `` {1} over {58 mu s} ``=```26.7`24`cm`50cm그림 13 실제 거리가 50cm일 때, Pulse파 출력 그래프측정시간 : 2.94ms계산거리 :2.94ms`` TIMES `` {1} over {58 mu s} ``=```50.690`cm`75cm그림 14 실제 거리가 75cm일 때, Pulse파 출력 그래프측정시간 : 4.32ms계산거리 :4.32ms`` TIMES `` {1} over {58 mu s} ``=```74.483`cm`100cm그림 15 실제 거리가 100cm일 때, Pulse파 출력 그래프측정시간 : 5.68ms계산거리 :5.68ms`` TIMES `` {1} over {58 mu s} ``=``97.931``cm`(2) 오차 비교실제거리계산거째 SRF05 초음파 센서 실험만 하게 되었다. 이 실험을 수행하면서, 초음파의 원리를 자세히 알게 되며, 초음파센서의 거리계산을 하는 방법을 수행해보게 되었다. 그리고 SRF05의 기본적인 특성과 빔패턴에 대해 자세하게 알게 되는데, 특히 빔패턴의 내용은 오차가 생기는 원인이라고 생각한다.① 실험 속의 오차우리 조의 실험은 대체적으로 5% 내외의 오차가 나오게 되었으며, 상대오차가 가장 크게 나온 지점은 25cm 부분에서 6.896%의 상대오차가 나오게 되었다. 하지만 이 부분에서도 실제거리와 계산거리의 오차는 1.724cm가 발생하였으므로, 큰 오차로 보이지는 않는다. 그리고 오차가 가장 큰 지점은 100cm 지점에서 ?2.069cm만큼의 오차가 발생하였는데, 이에 대한 내용은 ‘③ SRF05 초음파 센서의 100cm의 거리상의 물체 측정에 대한 의문‘이라는 항목에서 자세히 다루도록 하겠다.② 오차가 나타난 이유는 무엇인가?그림 16 SRF05 초음파 센서 빔 패턴SRF05 초음파센서 실험을 진행하는 도중에 사실은 처음에 시도해 보았을 때 실험결과를 도출하기 상당히 어려웠다. 오실로스코프에서 출력되어 스크린에 보이는 펄스파의 모습은 일정하지 않거나, 혹은 제멋대로 출력되거나 아니면, 터무니없는 아주 이상한 값이 나와서 우리를 혼란스럽게 하였다. 우리는 초음파센서가 상당히 예민해서 실험이 잘 되지 않는다고 가정을 하여, SRF05 초음파 센서에 최대한 손을 대지 않고 고정시켰으며, 실험실 PC의 키보드와 마우스 및 그 외의 소지품들을 치우고, 우리가 소지하고 있는 핸드폰이 실험에 영향을 끼칠 수 있을까 생각되어 비행기모드 혹은 전원을 끄고 실험을 진행하였다. 뿐만 아니라 전선이 허락되는 한 NI ELVIS II 보드에서도 가장 멀게 하여, 실험에 영향을 끼칠 수 있는 모든 방해물들을 최대한 멀리하였다. 이와 같이 행한 후 실험에 임해보니, 예상대로 강의노트가 원하는 대체로 오차가 작게 나왔다. 이렇게 오차가 일어나는 이유는 SRF05 초음파 센서 빔 패턴 때.

공학/기술| 2021.07.16| 6페이지| 3,000원| 조회(216)

자동제어, 아주대, 자동제어실험, 전자공학과

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실험2 적외선 센서 결과보고서 (아주대 자동제어실험)

REPORTIEEE Code of Ethics(출처: http://www.ieee.org)We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation to our profession, its members and the communities we serve, do hereby commit ourselves to the highest ethical and professional conduct and agree:1. to accept responsibility in making decisions consistent with the safety, health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger the public or the environment;2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose them to affected parties when they do exist;3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data;4. to reject bribery in all its forms;5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential consequences;6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technolog, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and correct errors, and to credit properly the contributions of others;8. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender, disability, age, or national origin;9. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false or malicious action;10. to assist colleagues and co-workers in their professional development and to support them in following this code of ethics.위 IEEE 윤리헌장 정신에 입각하여 report를 작성하였음을 서약합니다.실험 2 결과보고서학 부: 전자공학부과목명: 자동제어실험실험2 적외선 센서 결과보고서1. 실험목적① 적외선 센서의 원리 이해② 적외선 센서를 이용한 물체감지 및 거리측정2. 실험 부품 및 실험 도구① PC ② 엔코더용 회전날개③ SG-207 (포토인터럽터)그림 1 SG-207④ SG-2BC (반사형 적외선센서)그림 2 SG-2BC⑤ GP2Y0A21YK (거리측정센서)그림 3 GP2Y0A21YK⑥ 서보모터그림 4 서보모터3. 실험이론(1) 적외선- 적외선이란? 태양이 방출하는 빛을 프리즘으로 분산시켜 보았을 때 적색선의 끝보다 더 바깥쪽에 있는 전자기파를 적외선이라 한다. 태양이나 발열체로부터 공간으로 전달되는 복사열은 주로 적외선에 의한 것이다. 적외선은 대기 중에서의 투과성을 이용하여 항공, 원거리 및 야간사진 등에 이용되며 적외선 감지 및 거리 측정에 사용된다. 그 외에 화폐의 위조검사, 적외선 건조, 가열 소독 등에도 사 그림의 (a)에서 보는 바와 같이 발광소자와 수광소자로 구성되어 있다. 발광소자는 적외선을 방출하는 다이오드로 에노드 캐소드 사이에 순방향 전압을 가하면 LED가 적외선을 방출한다. 수광소자는 (b)에 표시된 바와 같이 고감도 NPN 실리콘 포토트랜지스터이다.그림 7 일체형 센서(3) 적외선센서의 종류사용하는 방법에 따라 발광소자와 수광소자를 따로 사용하는 분리형 (혹은 투과형)과 묶여있는 일체형(혹은 반사형)으로 나눌 수 있다.① 분리형 센서: 분리형센서의 경우 발광소자와 수광소자 사이에 빛을 차단하는 물체의 유, 무를 감지하는데 사용한다. 사이에 톱니바퀴 같은 것을 사용하여 지나가는 회수를 측정하여 전동기의 속도를 측정하는 엔코더(Encoder)에 사용된다.② 일체형 센서: 일체형센서는 그림 7의 (a)와 같이 발광부에서 나온 적외선을 물체에 반사시켜 물체의 유무를 감지한다. 또한 펄스형태의 신호를 사용하여 발광신호와 수광신호의 위상차를 계산하여 센서와 물체 사이의 거리를 측정하는 거리센서로 사용한다. 거리측정센서로는 그림의 (b)에서와 같이 반사면에서 반사되어 오는 빛을 PSD(Position Sensitive Device) 혹은 CCD(Charge Coupled Device)를 이용하여 위치를 측정함으로써 물체와의 거리를 측정하는 Laser Triangulation Sensors를 많이 사용한다. 이 센서의 송신부는 레이저 다이오드를 사용하여 물체에 빛을 보낸다. 물체에서 반사된 빛은 광학렌즈를 통하여 PSD(혹은 CCD)에 나타난다. 이 신호를 처리하여 물체까지의 거리에 비례하는 전압신호로 변환하여 출력한다.(4) 실험에 사용되는 센서① GP2Y0A21YK (거리측정센서)ⓐ 특징 : 반사된 물체의 색에 대한 영향을 덜 받는다. Detecting distance는 10cm ~ 80cm이고,Judgement distance는 24cm이다. 그리고 외부 제어 회로가 불필요하고 값이 저렴하다.ⓑ 응용 : TV, 개인용 컴퓨터, 자동차, 복사기4. 실험과정 V ~ 3.5V사이의 값을 가진다.③ 그림과 같이 흰색 물체를 센서 앞에 두고 출력전압을 측정한다.④ 물체를 이동시키며 출력전압을 측정하여 표를 완성한 후 거리-전압의 특성 곡선을 작성한다.그림 10 거리 측정 센서 실험 구성 그림 11 실험 장비 구성 및 출력 전압 변화그래프5. 실험결과(1) 실제 실험결과① 거리에 따른 출력 전압값거리(cm)출력(V)거리(cm)출력(V)거리(cm)출력(V)12.048112.247212.11921.417122.168222.13632.640132.101232.16643.056142.066242.19053.120152.048252.20863.123162.049262.22973.030172.066272.28282.755182.083282.27092.528192.101292.299102.413202.102302.335② NI ELVIS II에서 Oscilloscope로 출력한 값그림 12 거리 측정 센서에서 5cm 떨어졌을 때, 전압값그림 13 거리 측정 센서에서 10cm 떨어졌을 때, 전압값그림 14 거리 측정 센서에서 15cm 떨어졌을 때, 전압값그림 15 거리 측정 센서에서 20cm 떨어졌을 때, 전압값그림 16 거리 측정 센서에서 25cm 떨어졌을 때, 전압값그림 17 거리 측정 센서에서 30cm 떨어졌을 때, 전압값③ 거리에 따른 특성 그래프그림 18 이상적인 특성 그래프그림 19 Datasheet를 이용한 특성 그래프그림 20 Matlab을 이용한 특성 그래프6. 실험분석 및 고찰이번 실험은 자동제어실험 학사 일정에 따라 2주차에 실험2와 실험3을 한꺼번에 하게 되면서, 두 번째 실험에서는 GP2Y0A21YK(거리측정센서)를 사용하여 출력전압을 측정하는 실험만을 진행하게 되었다. 이 실험의 목적은 센서의 원리를 이해하고, 사용을 통하여 물체감지 및 거리측정을 하는 실험이다.① 실험과정이번 실험은 NI ELVIS II에 거리측정센서를 연결하고, 센서를 한쪽에 고정시켜 놓고, 자를 사용하여 센서로 부터 1cm간격으로 30cm하여, 출력전압을 확인해보았다. 우리 조는 물체를 흰 종이를 사용하였고, 이 종이와 센서 사이의 거리를 30cm까지 1cm마다 출력된 전압을 기록했고, 편의상 5cm마다 출력전압을 캡쳐하여 결과보고서에 첨부했다. 처음 대기 상태에서는 불안정한 모습을 보이다가 시간이 지남에 따라 증가하다가 감소하는 이상적인 그래프 형태와 비슷한 모습을 볼 수 있었고, peak값은 대략 3을 조금 넘는 값을 얻을 수 있었다. 이 점에서 센서가 제대로 잘 작동하고 있다는 것을 알 수 있었다. 하지만 그래프들 사이에 분명한 오차가 존재함을 알 수 있었다.② 실험 속의 오차실험 속의 오차를 분석하기 위해서는 강의노트에서 보여주고 있는 거리에 따른 특성그래프와 실제 실험에서 기록한 표에서 정리한 출력전압 및 QUARC장비로 측정한 연속적인 특성그래프를 비교해야한다. 표에서 정리한 출력전압을 그림 19의 Datasheet의 그래프 모습과 그림 20에서의 QUARC장비와 MATLAB을 이용해 plot한 그래프는 다른 모습을 보이는데 같은 실험이 아니기 때문에 그럴 수밖에 없다. 하지만 강의노트에서 보여준 이상적인 특성그래프 모습과 전체적으로 0~10cm 사이에서 점점 증가하여 peak를 찍고 이 그 이후에 출력 전압이 점점 작아지는 모습은 비슷하다. Datasheet의 그래프 모습은 10cm이후로 작은 기울기로 점점 작아지는 모습을 보이는데 이것은 ③ 오차가 나타난 이유는 무엇인가? 라는 항목에서 설명하도록 하겠다.③ 오차가 나타난 이유는 무엇인가?일단 두 그래프를 이상적인 특성그래프에 비교하면 그 개형이 어느 정도 비슷한 모습이다. 처음 일정 시간 동안은 대기하는 형태이고, 시간이 흐름에 따라 거리에 맞춰 전압이 증가하였다가 5cm지점에서 출력 전압이 peak를 찍고 나서 다시 감소하는 것을 볼 수 있다. 하지만 두 그래프 사이에는 오차가 존재하는데, 데이터시트 특성그래프에서는 일정시간이 지난 이후에 다시 전압 값이 증가하였다. 그 이유는 분명히 센서의 민감도에 따라 주변 환경에 많은 영것이다.

공학/기술| 2021.07.16| 6페이지| 3,000원| 조회(203)

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