초음파를 이용한 거리 측정

소개글

초음파를 이용한 거리 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Title

2. Name

3. Abstract

4. Background

5. Simulation

6. Experiment

7. Analysis

8. Conclusion

9. References

본문내용

게 저항값을 구한 후 회로를 구성하여 측정 펄스 발생기를 만들 수 있 으며 동작을 확인하기 위해 파형을 관측해 본 결과 위에서 계산과정을 통하여 구한 주파수 17.18Khz보다 낮게 나왔는데 오차의 원인은 커패시터의 값에 약간의 오차가 있을 수 있고 음파의 속도인 343.5m/sec도 실제 음파의 속 도와는 차이가 있을 것이기 때문에 이런 차이가 발생했을 수 있다. 이러한 음파의 변화요인의 하나는 오실로스코프로 파형을 관측한 실험실의 온도가 계산과정에서 가정한 온도인 20도 보다 높은 것이 한 원인 일수 있다.
7) 카운터 클리어 펄스와 래치 클리어 펄스 발생 회로
이 회로는 시간 측정 게이트 회로에서 나온 파형이 이 회로를 통과하여 카 운터 클리어 펄스와 래치 클리어 펄스가 발생하도록 하는 회로이다. 동작을 확인하기 위하여 관측한 파형에서 알 수 있듯이 출력파형의 앞부분에서 즉 볼록 나온 부분의 시작점에서 카운터 클리어 펄스가 나타남을 확인할 수 있 고 마찬가지로 출력파형의 뒷부분인 볼록 나온 부분의 뒷부분에서 래치 클 리어 펄스가 나타남을 확인 할 수 있다. 이로써 카운터 클리어 펄스와 래치 클리어 펄스 생성회로가 제대로 동작하고 있음을 알 수 있다.
회로 디버깅 과정
거리측정기를 완성한 뒤 전원을 연결했을 때 첫 번째 문제는 전원이 들어오지 않는 것이었다. 결국 선과 소자를 하나하나 따라가며 확인할 수밖에 없었고 접지 한 곳과 전원 한 곳의 연결이 되지 않아서 회로가 완벽히 구성되지 않 은 것을 알게 되었다. 그 다음 문제는 7-Segment에 한 칸만 불이 안들어 오 는 것이었다. 원인을 알아보니 4511BCP 소자의 11번 핀이 도선과 연결이 되지 않아서였다. Segment를 정상적으로 동작시켰지만 회로에 전류가 과하게 흐르고 출력이 전혀 나오지 않는 것을 확인 할 수 있었다. 오실로스코프 파 형을 찍어보니 송신부는 제대로 동작을 하고 있었지만 수신부에서 신호가 거 의 잡히지 않고 증폭도 되지 않는 것을 알 수 있었다. 신호의 세기는 잡음수 준이었다. 따라서 수신부에 문제가 있는 것으로 판단하고 수신 센서를 바꿔 보고 심지어 회로 전체 디버깅을 다시 하는 등 수많은 시도를 해보았다. 이 과정에서만 이틀정도가 소요되었다. 결국 원인은 수신부 센서가 연결된 곳 에 선이 기판의 위와 아래에서 만나야 하는데 이곳의 연결 불량으로 밝혀졌 다. 전혀 예상치 못했던 문제였다. 이후에 회로는 아주 정상적으로 동작했으 며 가변저항 VR2를 조절해서 거리보정도 할 수 있었다. 이 밖에 전원으로 9V Battery를 사용했는데 Battery 전압이 사용할 수 록 낮아짐에 따라 세그 먼트의 밝기가 줄어들고 회로동작에도 오차가 많이 발생하는 것을 알 수 있 었다.
거버파일 Capture
8. Conclusion
이번 Final Term은 거리측정기를 제작하였는데 지금까지 실험시간에 실험한 회 로들과 Semi Term에서 만든 전압레벨 판정기 보다 실용성이 강한 회로였다. 발진회로에서 시작하여 세그먼트에 거리를 표시하는 불이 들어오기까지의 전체 회로동작이 원활이 이루어져서 만들어내는 거리 측정기는 그 응용분야를 따지 기 전에 그 자체로 실용성이 강한 회로이다. 처음 회로를 제작하여 동작을 시 험할 때는 세그먼트에만 불이 들어오는 현상이 나타나고 다른 부분은 동작이 안되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 회로도와 PSPICE 시뮬레이션 자료를 이용하여 디버깅을 통하여 연결불량인 부분을 발견하였으며 PCB작업을 마친 상태라 부득이하게 리드선을 이용하여 회로를 연결하였다. 그럼으로써 성공적 으로 회로디버깅을 마칠 수 있었으며 회로의 동작을 확인할수 있었다. 처음에 동작은 제대로 되었지만 거리의 측정이 정확히 되지 않았다. 따라서 3개의 가 변저항을 미세하게 조절하여 거리측정이 정확히 이루어지는 점을 찾았고 마침 내 최종적으로 디버깅을 마칠 수 있었다. 성능은 이론상 최소거리는 34cm에서 최대거리 10m까지 측정가능하지만 실제 측정 시에는 거리가 멀어질수록 그 오 차가 심해지는것을 확인할 수 있었으며 5m이상으로 갈수록 오차도 커졌지만 세그먼트에 표시되는 숫자가 심하게 변하는 현상을 확인할 수 있었다.
또한 회로자체의 잡음이 적지 않게 발생했으며 측정당시 주위의 잡음의 영향을 심하게 받았다. 특히 우리조가 측정한 장소가 실험실 옆 복도 였는데 주의의 강의실에서 마이크를 사용하자 거리측정기의 동작이 되지 않았다. 이유는 마이 크에서 발생한 증폭된 음파의 영향이 거리측정기의 동작에 많은 영향을 주기 때문이다. 또한 거리측정이 정확히 되기 위해서는 초음파센서에서 송출하는 신 호가 반사되어 돌아오는 거리측정기회로의 원리상 굴곡이 있거나 반사가 잘 안 되는 물체 앞에서는 동작이 제대로 되지 않았다. 그리고 회로를 지면에 부착시 키고 거리를 측정할 때보다 지면에서 약간 떨어진 상태로 측정할 때가 더욱 정 확한 값을 얻을 수 있었는데 이 원인 역시 초음파센서의 송수신이 원활이 이루 어지기 위한 조건일 것이다. 다시 말해 지면에 부착시킨 상태로 거리를 측정하 면 신호가 송출되거나 수신될 때 거리를 측정하려는 장애물과 동시에 지면의 영향을 받으므로 오차가 심해지는 것이다. 결국 거리측정기의 오차를 최대한 줄이기 위해서는 주의의 영향을 받지 않고 다른 장애물의 영향을 최대한 받지 않은 센서를 이용하거나 회로 자체에 주위의 초음파 및 온도의 영향을 받지 않 게 다른 장치를 따로 설계해주는 방법이 있을 것이다.
이번 Final Term을 통해서 하나의 성능 좋은 회로를 만든다는 것이 얼마나 힘 든 일인지를 알 수 있었으며 그러한 작업을 성공적으로 이루어낼 수 있는 것은 포기하지 않고 끊임없이 노력하는 길밖에 없다는 것을 거리측정기를 제작하는 과정에서도 특히 디버깅을 하면서 깨달을 수 있었다. 그리고 결국엔 성공할 수 있다는 것을 우리조원 3명에게 일깨워준 좋은 기회였다.
9. References
The Hobby Electronics from Japan(Http://hobb-elec.org)
All data sheet(Http://www.alldatasheet.com)
두산세계대백과 EnCyber

키워드

초음파,   초음파 거리 측정기,   초음파 센서,   졸업 작품,   프로젝트,   팀 프로젝트