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마이크로프로세서 프로젝트

1. 제 목적외선 센서를 이용한 자동 개폐기. 2. 필요성우리 주위에서 주차장이나 아파트, 혹은 회사 입구 등에 차량의 통제를 위해서 개폐기가 설치 되어있는 것을 흔히 볼 수 있다. 이 개폐기의 차단 바를 스위치로만 올리고 내리는 것이 아니라 적외선 센서를 이용하여 자동으로 올리고 내리도록 한다면 운전자가 입구를 지나 갈 때마다 창문을 내려서 문을 열어달라는 번거로움과, 매번 차량이 지나 갈 때마다 문을 열어주고 닫는 수고를 줄일 수 있을 것이다. 그리고 차단 바가 열릴 때마다 카운트를 하는 카운터를 추가하게 되면 일정시간 동안에 개폐기를 통과한 차량의 횟수를 알 수 있다. 3. 내 용적외선 센서를 이용한 자동개폐기를 제작하기 위해서는 우선 적외선 센서의 사용법을 숙지하고, 차량이 개폐기의 입구에 들어갈 때와 나올 때 어떠한 방법으로 적외선 센서가 감지할 것인가를 선택해야 한다. 개폐기 입구 쪽에는 아무 차량이나 통과 시키면 안 되기 때문에 적외선센서의 수광부만 설치하고, 운전자가 적외선센서의 발광부로 신호를 보내게 되면 수광부가 인식하고 개폐기가 열리도록 한다. 소리(부저)를 연결해서 차단 바가 열림을 알리도록 한다. 출구는 차량이 빠져나가면 신호가 차단되어 다시 신호를 받는 상태로 되고. 차단 바가 내려오도록 설계한다. 그리고 차단 바가 내려옴과 동시에 7_세그먼트로 카운터의 숫자가 1 올라가도록 한다. 그리고 적외선 발광 스위치를 소지하지 않은 차량의 출입이나, 적외선 센서가 망가졌을 경우를 대비해서 수동으로 차단 바를 올리고 내릴 수 있는 스위치를 설치한다. 그리고 3가지 색의 LED를 이용해서 차단 바의 상태를 나타내도록 한다. (열림, 닫힘, 닫힘대기) 제작하기 위해서는 대표적으로 차량을 감지하는 적외선센서와, 차단 바를 올리고 내리는 모터( 90도만 움직이면 되기 때문에 서보 모터사용) 카운터를 디스플레이 할 7_세그먼트, 그리고 LED, 아날로그 소자 등이 필요하다.

공학/기술| 2007.03.01| 12페이지| 4,500원| 조회(980)

마이크로프로세서, 마프, MCU

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원자력 발전에 대하여(물리적 현상과 원리)

원자력 발전에 대하여...발전량의 상당부분을 차지하는 원자력 발전은 수력발전이나 화력발전과 동일하게 증기를 이용하여 터빈을 돌려 전기를 만들어내는 원리는 같으나 이에 사용되는 연료가 물이나 화석연료가 아닌 핵분열에 의해 발생한 에너지를 이용하여 물을 끓여 발생시킨 수증기로 터빈발전기를 돌려 전기를 생산하는 것이다. 원자력이란 우라늄이나 플루토늄과 같은 무거운 원자핵이 중성자나 감마선에 의해 가벼운 원자핵들로 쪼개어지는 핵분열 반응을 일으킬 때, 또는 중수소 원자핵들이 결합하여 삼중수소 혹은 헬륨과 같은 무거운 핵종으로 변하는 핵융합 반응을 일으킬 때, 그 반응에너지로서 방출된다. 그러나 현재 전력생산을 위해 상용화되고 있는 원자력발전의 방식은 기술적인 이유로 핵분열에 의한 원자력 발전으로 한정되어 있는 실정이다.핵분열 반응은 우라늄이나 플루토늄의 원자핵에 중성자를 충돌시켜 일어나며 핵분열 때, 동반, 생성되는 2, 3개의 중성자에 의해 연쇄적인 반응을 유지하고 있다. 이렇게 지속적인 연쇄반응을 통해 얻어지는 에너지는 원자로라는 장치를 통하여 장기적으로 조금씩 에너지를 방출하도록 통제되는데, 이 점이 원자력 발전의 특징적인 점이다.이에 반해, 흔히 핵폭탄이라고 불리우는 원자 폭탄은 중성자가 우라늄-235(235U)·플루토늄-239(239Pu)와 같은 동위 원소의 원자핵을 때리면 원자핵은 두 조각으로 갈라져 원래의 원자핵이 갖고 있던 양성자와 중성자의 절반 가량을 가진 2개의 원자핵이 생성된다. 이 핵분열 과정에서는 감마선과 2개 이상의 중성자뿐만 아니라 엄청난 열 에너지도 방출된다. 일정한 조건이 갖추어지면 핵분열 과정에서 빠져나온 중성자가 더 많은 주변의 우라늄 원자핵에 부딪혀 원자핵을 분열시키고, 분열된 원자핵은 더 많은 중성자를 방출하며, 이 중성자는 다시 더 많은 원자핵을 분열시킨다. 기하급수적으로 급격히 늘어나는 이 일련의 분열은 결국 연쇄 반응을 일으켜, 분열할 수 있는 재료가 거의 없어질 때까지 계속되면서 엄청난 피해를 입 힐수 있는 원자폭탄이 폭발을 일으킨다.우라늄의 동위원소 가운데는 분열을 일으킬 수 있는 동위원소가 많지만, 천연 상태에서 238U의 1/139이 발견되는 235U는 다른 동위원소보다 더 쉽게 분열하며, 한 번 분열할 때마다 더 많은 중성자를 방출한다. 239Pu도 이런 성질을 갖고 있다. 이들 동위원소가 원자폭탄에 이용되는 중요한 핵분열 물질이다. 약 0.45kg의 적은 양의 235U는 연쇄반응을 일으킬 수 없으므로 임계(臨界) 미만량이라고 부른다. 우라늄의 양이 적으면, 핵분열 과정에서 방출되는 중성자가 다른 원자핵에 부딪혀 분열을 일으키지 않을 가능성이 더 많기 때문이다. 여기에 더많은 235U를 추가하면, 방출된 중성자 중 하나가 또다른 핵분열을 일으킬 가능성이 커진다. 이 경우에는 방출된 중성자가 더 많은 우라늄 원자핵을 가로질러야 하고, 따라서 다른 원자핵에 부딪혀 그것을 분열시킬 가능성이 더 많아지기 때문이다. 핵분열로 생성된 중성자 가운데 하나가 다른 핵분열을 일으키기 시작하는 우라늄의 평균 질량을 임계량이라고 부르는데, 이때부터 연쇄 반응과 원자폭탄의 폭발이 일어난다.이를 다시 말하면 원자력 발전과 원자폭탄(핵폭탄)에 사용되는 원료 자체가 성질이 다른 우라늄이라는 뜻이다. 원자력 발전소는 우라늄 235라는 물질을 2~3% 함유한 것을 핵연료로 사용하기 때문에 거의 우라늄 235 100%로 되어있는 원자폭탄처럼 폭발할 염려는 없는 것이다.원자력발전은 핵분열 반응에 의한 질량결손이 직접 에너지로 변환되어 방출되므로 일반 화학에너지에 비해서 효율이 매우 커서 1kg의 우라늄은 260만t의 석탄, 혹은 91만ℓ의 석유에 해당하는 에너지를 발생시킨다.1938년 핵분열현상이 발견된 뒤 1942년 미국에서 처음으로 핵분열연쇄반응을 임의로 조정할 수 있는 원자로가 개발되었고, 이후 발전을 거듭하여 현재는 100만kW 이상의 발전능력을 가진 대형원자로가 개발되었다. 1997년 현재, 전 세계에서 가동중인 원자력 발전소 기수는 437기에 전체 시설용량은 3억5천만kW 이상이며, 현재 건설중인 원자력 발전소는 36기이다. 원자력발전에 의한 전력공급은 전체의 약 17％정도이고, 이 중 원자력발전에 의한 에너지 의존도가 25%이상인 국가는 총 18개국이다. 현재 사용중인 상업용 원자로형으로는 비등경수로(BWR), 가압경수로(PWR), 가압중수로(PHWR), 고온가스냉각로(HTGR) 등이 있다.가압경수로는 물(경수)을 감속재와 냉각제로 사용하고 약 150기압의 높은 압력을 가해 고온에서도 물이 끓지 않도록 한다. 연료는 우라늄 235의 농도가 2~4%인 저농축우라늄을 사용한다. 국내에서 건설된 대부분의원전이 이 방식이며 한국형원전도 여기에 속한다. 가압중수로는 높은 압력을 가하는 것은 마찬가지이나 감속재와 냉각재로 경수대신 중수를 사용한다. 연료로 천연우라늄을 사용하고 운전 중에 연료교체가 가능한 것이 특징이다. 비등경수로는 원자로내에서 냉각수를 끓여 이 증기로 직접 터빈을 돌려 발전하고 고온가스냉각로는 헬륨 냉각재, 흑연 감속재를 사용하며 열전달 계통을 고압용기로 제작하지 않아도 된다. 미래의 원자로로 불리는 고속증식로(FBR)는 소모되는 핵연료보다 많은 새로운 연료를 얻을 수 있다. 천연우라늄 99.3%를 차지하고 있는 우라늄238은 기존 원자로에서 플루토늄 239로 바뀐다. 우라늄 238을 원자로내에서 플루토늄239로 전환시키고 이것을 연료로 사용한다. 이 때 사용된것보다 많은 플루토늄이 만들어져 우라늄 이용률을 기존 원전에 비해 60배 가량 높일 수 있다.우리 나라는 1978년 4월 고리 원자력 1호기(56만kW)가 상업운전에 착수함으로써 세계 21번째 원전보유국이 되었으며, 이후 지속적인 원전 건설을 추진하여 1998년 현재 14기의 원전을 가동하고 있다. 1980년대 중반 전력예비율 과다로 5∼6년간 신규원전 건설이 잠시 중단되었다가 매년 10% 이상씩 증가하는 전력수요에 대처하기 위하여 다시 원전 건설을 재개하여 현재 영광 5, 6호기, 월성 4호기, 울진 4, 5, 6호기 등 6기의 원전이 건설되어 가중중에 있다. 1998년 말 기준 전체 발전량의 41.7%에 달하는 높은 점유율을 보여주었다. 노형별로는 월성지역의 가압중수로형 원전을 제외하고는 모두 가압경수로형의 원전을 채택하고 있다.

공학/기술| 2006.12.04| 3페이지| 1,000원| 조회(218)

원자력, 플루토늄, 분열, 중성자, 연쇄반응

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핵융합에 대하여(물리적 현상과 원리)

화석연료를 이용한 발전방식은 점점 자원이 고갈되어 가는 문제와 환경 오염 문제를 가지고 있고, 수력을 이용한 발전방식은 환경 파괴라는 크나큰 문제를 가지고 있다. 이에 반해 원자력발전은 기타 발전 방식보다 뛰어난 발전방식으로 지금 현재 가장 이상적인 발전방식이지만 이 발전방식도 핵융합을 이용한 발전 방식으로 대체 된다면 지구상에서 에너지의 고갈문제와 환경오염 문제없이 인류문명의 지속적인 향상을 기대 할 수 있을 것이다.지금부터 소개하려고 하는 핵융합이란 가벼운 원자핵이 융합하여 보다 무거운 원자핵이 되는 과정에서 에너지를 창출해내는 방법이다.핵융합에는 막대한 열이 발생하는데, 이것은 아인슈타인의 질량과 에너지의 등가성(等價性)의 원리(E=mc2)에 의해 정확히 계산된다. 핵융합 반응의 전후에서는 반응후의 질량이 감소된다. 이 질량만큼 에너지로 변환되고 E=mc2 수식은 ‘특수상대성이론’에서 나오는 관계식이며, m 은 질량 , c는 상수(광속)을 나타낸다. 이 식은 질량이 에너지로 변환되는 것을 나타낸다. 만약 1g의 질량이 모두 에너지로 변환된다면 약 2500만 kWh의 에너지가 나온다. 이것은 원자력 발전소 1기가 거의 하루에 생산하는 에너지에 상당한다.이 핵연료는 무한하며, 방사성 낙진도 생기지 않고 유해한 방사능도 적다. 이와 같은 핵융합에는 1억 ℃ 이상의 높은 온도가 필요한데, 태양과 같은 별은 그 빛에너지가 핵융합에서 생긴다. 이 과정을 이용하여 수소폭탄이 만들어졌다.핵융합은 플라스마 상태(기체 상태의 물질에 계속 열을 가하여 온도를 올려주면, 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체가 만들어진다. 물질의 상태인 고체, 액체, 기체와 더불어 '제 4의 물질상태'로 불리어지며 이러한 상태의 물질을 플라즈마라고 한다)에서 이루어지는데, 플라스마란 아주 높은 온도에서 전자와 핵이 분리된 채 고루 섞여 분포된 상태를 가리킨다. 고온 플라스마를 만들고 자기거울과 덫으로 이 플라스마를 가둘 수 있을 때 핵융합이 이룩되며 이 반응을 가눌 수 있게 된다.핵융합의 예로 수소핵의 융합을 예로 들면 수소핵의 원자량은 1.0797인데 이들 넷이 핵융합하여 헬륨 전자핵(원자량 4.0026)이 되면 질량 중 0.896이 에너지로 바뀌게 되며, 수소 1g당 1억 6000만 kcal의 열량이 발생하게 된다. 수소핵은 양전기를 띠고 있으며, 양전자끼리는 서로 반발하므로 이 힘을 이기고 핵력이 작용하는 근거리까지 두 수소핵이 다가갈 수 있도록 하려면 가속시켜야 한다. 따라서 고온이 필요하다. 그런데 여기에 필요한 온도가 1억 ℃나 되니 어떠한 재료를 쓴다 하여도 견딜 수가 없다. 견딜 수 있는 유일한 방법은 전자기력을 이용해서 전기를 띤 입자를 가두어서, 예컨대 1초 이상 가둘 수만 있다면 핵융합반응을 일어나게 할 수 있다.수소핵에는 동위원소가 둘, 즉 중수소(D=2H)와 삼중수소(T=3H)가 있으며, 이들의 혼합 플라스마가 주로 핵융합의 연료로 쓰인다. 가속된 플라스마에서는 방사 에너지 손실도 크므로 핵융합 상태를 유지하려면 계속 고온을 유지해야 한다. 순수한 중수소의 경우는 2억 ℃, 중수소와 삼중수소가 섞인 경우에는 약 4000만 ℃가 필요하다.고온으로 플라스마를 유지하는 데 쓰이는 방법은 자기력을 이용하는 방법이다. 같은 방향으로 전류가 흐르는 두 도선 사이에는 인력이 작용하며, 놓아 두면 두 도선이 다가간다. 마찬가지로 원통 그릇 안에서 양단의 고압 전극 사이에 플라스마를 만들었다면 전류가 흐르게 되면서 위와 같은 원리로 서로 당겨서 가운데로 쏠리게 된다. 그러나 이런 경우에 양단에서 열손실이 크고, 플라스마 흐름 모양이 구부러지며 불안정하다. 도넛 모양으로 만들면 불안정 문제는 해결되나, 전극의 열손실은 여전하다. 이 밖에도 자기장의 모양·방법을 여러 가지로 결합한 장치가 있으며, 제다 장치, 토카막 장치, 스텔러레이터 장치 등이 있다.핵융합을 일으키는 다른 방법으로는 중력으로 가두는 방법이다. 이 방법에서는 중수소와 삼중수소가 들어 있는 작은 알맹이를 여러 각도에서 강한 레이저 광선으로 조사(照射)한다. 고온으로 인하여 폭발 직전 상태가 되면 안쪽으로 폭발시켜 핵융합 조건을 갖추도록 한다. 이에 준하는 또 한 가지 방법은 광선 대신 전자빔을 이용하는 방법이다. 이 중력식 핵융합 장치에서는 고체 연료의 밀도에 1,000배 이상으로 고압이 걸리면서 가열되므로 핵융합으로 연료가 타는 시간이 아주 빨라지면서 폭발적이지만 관성 때문에 폭발에 앞서 다 탄다는 것이다. 중력식 장치의 단점은 값싼 연료 알맹이를 자주 갈아야 하며, 계속 레이저 광선이나 전자빔을 조사하여 폭발시켜야 하는 번거로움이 있다. 레이저는 동작은 간편하나 비싸고 불안정하기 때문에 전자빔을 쓰는 중력식 핵융합 장치가 연구되고 있다.

공학/기술| 2006.12.04| 2페이지| 1,000원| 조회(355)

발전, 원자핵, 핵융합, 방식, 고갈

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디지털 멀티미터의 원리

디지털멀티미터의 원리 (Digital multimeter)■ 디지털 멀티미터의 기본 구성도■ 저항(Resistance)의 측정 (멀티미터에서 저항측정시의 측정 리드선의 전압극성)  전류와 전압을 측정할 때에는 외부에서 멀티미터로 전류를 흐르게 하여 미터가 움직이도록 되어 있다. 이때 적색 리드선 은 외부 전압의 +극에, 검정 리드 선은 –극으로 가도록 되어 있으나 저항을 측정할 때는 멀티미터 내부에 별도로 마련된 전지가 측정저항에 전류를 흘리도록 되어 있다.이때, 멀티미터의 내부의 리드선에 대한 회로구성은 [그림]과 같다. [그림] 측정 리드선의 극성스위치가 저항측정 레인지에 오게되면 멀티미터의 두 리드선에는 내장전지의 전압이 나타난다. 이때 적색 리드선이 -극이고 흑색 리드선이 +극이 되는 것에 주의해야 한다. (이와같은 테스터의 특성은 다이오드 및 트랜지스터의 극성을 식별하는데 이용된다.)▲ 디지털 저항계 [디지털 저항계의 구성도]디지털 저항계는 매우 정확도가 높아 브릿지 회로와 같은 0.01% 수준이다. A1의 증폭기에서 가변 정전압 전원 Vs가 발생하고 감쇄회로를 통하여 10V , 1V , 0.1V 등의 기준 측정전압을 얻는다. 증폭기의 A3의 출력 Vo는 다음과 같다. Rx Vo= - ----- Vs Rs Vo Rx= - ---- Rs 를 구할 수 있다. VsVs와 Rs는 일정하므로 Vo만 측정하면 미지의 저항 Rx를 구할 수 있다. A2는 단위 이득 증폭기로서 임피던스 변환용 완충 증폭기의 역할을 한다.기본적인 디지털 계측기의 전체적인 구성도신호조정이란 측정하고자 하는 물리량을 전기적인 신호로 조정하는 것을 말함. -여기서의 신호는 아날로그 A/D 변환기는 아날로그 신호를 2진수의 디지털 신호로 변환시켜 준다. 변환된 디지털 신호는 논리회로에서 조정된 후 10진수 또는 문자로 출력한다.변환에 따라 sampling 함추종 비교형고속, 비교기수가 2n개, n이 크면 복잡함병렬 비교형고속, 고정도에 많이 사용됨축차 비교형비교형저속, 간단한 전자 전압계 응용전압-주파수 반환형저속, 간단, 잡음에 강함, 비교적 고정도 전자 전압계, 디지털 멀티미터에 응용전압-시간 이중 경사형저속, 간단 저급용 A/D 변환기전압-시간 단일 경사형적분형특징변환방식주요 아날로그 디지털 변환 방식전압 주파수형 A/D 변환기 (일반화)전압 주파수 변환기는 전압에 크기에 비례하는 구형파 주파수가 변하는 펄스파 를 발생하고 이 펄스파를 계수하여 입력전압의 크기를 디지털량으로 표시한다.전압 주파수 변환기의 구성도 (구체화)전압 Vi 적분기에 인가되면 적분기에 의해 음의 기울기의 램프파 V1가 발생. V1이 기준전압 Vr과 같아지면 비교기의 출력 V2는 반전. V2는 단안정 멀티 바이브레이터를 트리거시켜 한 개의 (+)의 펄스 발생 (+) 펄스기간에 입력에 (-) 전압 더해지면 출력은 양의 기울기로 반전된다. (-)의 펄스가 없어지는 시각 t3에서 V2는 양의전압으로 반전되고 적분기의 출력은 다시 (-)의 기울기의 램프파로 된다. 이런 과정이 계속 반복됨.연산증폭기를 이용한 (a) 적분기 (b) 입 . 출력 파형A/D 변환기에서 사용되는 적분기의 간단한 정리{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2006.12.04| 13페이지| 1,000원| 조회(6,097)

리드, 전압, 멀티, 전류, 미터

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