안태정_EV설계및기초제어시스템(본문).hwp

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1 EV 설계 및 기초 제어시스템 - 1 -

2 목 차 I. 프로그래밍 기초과정 1. LabVIEW 소개 LabVIEW시작하기 ) 프런트패널(Front Panel) ) 블록다이어그램(Block Diagram) ) 실제 계측장치와 LabVIEW를 이용한 계측의 흐름 살펴보기 ) 블록다이어그램과 프런트패널 사용법 ) 편집 테크닉 ) 상태 도구바 디버깅 테크닉 ) Run 버튼을 통한 에러 검사 ) 블록다이어그램의 디버깅 도구 모음 ) LabVIEW의 단축 메뉴 ) 와이어링 방법 )다양한 종류의 와이어 모듈식 프로그래밍 ) 모듈식 프로그래밍이란? ) 모듈식 프로그래밍의 장점 ) 아이콘 및 커넥트 팬 데이터 타입 ) 숫자형 (Numeric) ) 불리언 (Boolean) ) 문자열 & 경로 (String & Path) ) 배열 (Array) ) 2차원 배열만들기 ) 클러스터 (Cluster) 구조문 ) 구조문 개요 ) While Loop ) For Loop ) Case Loop ) Timed Loop

3 7. 차트와 그래프 ) 차트 ) 그래프 ) 혼합된 신호 그래프 ) XY 그래프강화 파일 입출력 ) 파일 입출력 ) VI 저장하기 ) TDM - '검색 기능' 이 지원되는 데이터 Tip ) SubVI ) SubVI 만들기 ) SubVI의 효율성 ) 아이콘과 커넥터 ) 단계별SubVI 만들기 ) 아이콘만들기 ) 커넥터 만들기 ) 터미널 선정하기 ) VI 저장하기 ) 상위 프로그램에서 SubVI 부르기 단축키 ) LabVIEW 사용자 팁 ) VI실행 하기 LabVIEW Project 관리 )LabVIEW 프로젝트의 필요성 )프로젝트 기반 개발 ) LabVIEW 프로젝트 ) LabVIEW 프로젝트 폴더 ) LabVIEW 프로젝트 파일 )프로젝트 라이브러리 ) 프로젝트 라이브러리 vs. LLB 비교 ) 소스코드제어(SourceCode Control)소프트웨어와 통합 ) VI 서버 사용 가능

4 10) 재설계된 어플리케이션 빌더 ) 설치 프로그램에 드라이버 및 기타 소프트웨어 추가 Application Builder ) 어플리케이션 빌더 ) 빌드 스펙 ) 빌드 스펙 제공자 ) 어플리케이션 (EXE) 제공자 II. 친환경 자동차 기반 DAQ & Control 1. DAQ 개요 ) Signal ) Signal Conditioning(신호조절) ) 데이터 수집 관련 용어 ) Measurement & Automation Explorer ) Physical Channel, Virtual Channel and Task SensDAQ를 이용한 DAQ 실습 ) 개요 ) 프로그래밍 실습 가. Distance Sensor (적외선 거리센서) 나. Slope Sensor (기울기 센서) 다. Gyro Sensor (자이로 센서) 라. Photo Sensor (포토 센서) 마. Thermocouple (온도 센서) 사. Encoder (엔코더) 아. Strain Gauge (스트레인게이지) 자. Loadcell (로드셀) 차. Ultrasonic Sensor (초음파 센서) 타. Accelerometer (가속도 센서) 차량강성 시험기를 이용한 DAQ 실습 ) 실험장치 개요 ) 제품 구성 및 사양 가. 제품 구성 나. 제품 사양 ) 실험장치 구성부품 상세설명

5 가. 실험장치 구성센서류 나. 전면 판넬 구성 ) 실험장치 구동원리 ) 실험장치 사용방법 가. 설치하기 ) 예제 프로그램 가. Vibration_Strain Gauge.vi 나. EX6_Vibration_BasicVibration.vi 다. Ex4_Vibration_LoadCell.vi 라. EX2_Vibration_ContinuousVibration.vi 마. EX5_Vibration_VibrationAnalysis.vi Axis Speed Control System ) 실험장치 개요 ) 실험장치 구성 및 사양 가. 실험장치 구성 나. 실험장치 사양 ) 실험장치 구성부품 상세설명 가. 전면 패널 구성 나. 상단부 모니터링 및 수동조작부 ) 실험장치 구동원리 ) 실험장치 사용방법 가. 수동모드 나. 프로그램 모드 ) 실험장치 실습예제 실행 Axis Position Control System ) 실험장치 개요 ) 실험장치 구성 및 사양 가. 실험장치 구성 나. 실험장치 사양 ) 실험장치 구성부품 상세설명 가. 전면 패널 구성 나. 상단부 모니터링 및 수동조작부 ) 실험장치 구동원리 ) 실험장치 사용방법

6 가. 수동모드 나. 프로그램 모드 ) 실험장치 실습예제 실행 *Appendix 센서계측과정 Presentation

7 I. 프로그래밍 기초과정 1. Labview 소개 LabVIEW는 내쇼날인스트루먼트 사(National Instrument)에서 개발한 그래픽 기반의 개발 언어 로서 전 세계적으로 세계의 엔지니어와 과학자들이 테스트, 컨트롤 등의 어플리케이션에 사용하 고 있는 활용범위가 넓은 소프트웨어입니다. 또한 전 세계 25,000개 이상 기업의 고객들이 그래 픽 기반 프로그래밍 소프트웨어인 Labview를 활용하여 개발을 간소화하고 생산성을 증대시키고 있으며 내쇼날인스트루먼트 사 에서도 지속적으로 보다 편리하고 우수한 성능을 낼 수 있는 소 프트웨어 및 하드웨어를 개발함으로써 이를 뒷받침하고 있습니다. 그림 I.1.1 Labview의 사용분야 Labview는 2009년 Version으로는 9.0이 출시되었으며 Labview 2009 라는 이름으로 판매되고 있습니다. 2010년에는 "Labview 2010"이 출시될 예정에 있습니다. 기본적으로 Labview는 Windows 기반에서 구동을 할 수 있으며 Mac, Linux 등의 OS에서도 사용이 가능합니다. 본 교 재는 Windows OS기반 에서 작동하는 Labview 8.6을 기반으로 하여 작성이 되어있습니다. Labview 8.6은 Labview 2009의 전 단계의 버전입니다. 앞서 언급한 바와 같이 LabVIEW는 그래픽 기반의 언어로서 Text 코드에 비해 처음 프로그래밍 을 접하는 사람이 상대적으로 쉽게 언어를 습득하고 활용할 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 각 종 하드웨어와 연결하는 방법을 그래픽 기반으로 제공하는 다양한 함수를 통해 쉽게 익히고 짧 은 시간안에 목표로 하는 하드웨어 사용을 수행하게 해줍니다. 다음 그림은 LabVIEW를 사용해 서 접근가능한 여러 하드웨어의 예를 보이고 있습니다. 각 하드웨어에 맞는 적절한 함수를 이해 하고 사용하는 법을 숙지해야하는 부분이 있지만 기본적으로 LabVIEW라는 플랫폼을 공유하므 로 상대적으로 쉽게 사용해 나갈 수 있습니다

8 LabVIEW는 프로그램 개발 환경입니다. 하지만 일반적인 프로그램 개발 환경과는 많은 차이점을 갖고 있는데, 그 중 가장 큰 차이점은모든 구성요소들을 그래픽화하고, 프로그램을 데이터의 흐 름으로 진행되도록 구성했다는 점입니다. 그림 I.1.2 Labview의 블록다이어그램 위의 그림은 LabVIEW로 구성된 프로그램의 예를 보여주고 있다. LabVIEW는 각각의 기능을 갖 는 함수가 아이콘과 같은 형태로 만들어져 있습니다. 이를 VI(Virtual Instruments, 가상 장치) 라고 하는데, 이것은 계측장치의 버튼이나 디스플레이, 특정기능을 가진 IC칩 등과 같이 하나하 나의 요소들이 자신만의 기능을 갖도록 설계되어 있음을 의미합니다. LabVIEW에서는 이와 같이 각각의 기능을 가진 VI들을 서로 연결해 줌으로서, 데이터가 한 VI 에서 다른 VI로 흘러가면서 값이 처리되는 방식으로 프로그램이 수행됩니다. 또 한가지 큰 차이점은 신호를 처리하고 계측한 결과 값을 출력하기 위한 제어판을 아주 쉽게 구성할 수 있다는 점입니다. 기존의 텍스트 기반 프로그래밍 언어에서 버튼 하나의 속성을 바꾸 기 위해서도 수십가지 속성을 메뉴에서 또는 인자 값으로 주어야 처리가 가능했던 반면, LabVIEW에서는 버튼, 다이얼노브, 게이지, 스위치, LED, 그래프 등의 요소가 기본적으로 구성되 어 있고, 이 각각의 요소들을 아주 쉽게 쓸 수 있도록 되어 있습니다. 아래를 살펴보면 좌측의 프런트패널에서의 그래프를 보여주기 위해 우측의 블럭다이어그램에서 처리된 신호를 단지 그래 프 VI 에 입력시키기만 하면 손쉽게 그래프를 사용할 수 있게 된 모습을 볼 수 있습니다. 이와 같이 LabVIEW에서는 모든 함수들을 VI라고 하는 하나의 객체로 만들어 두고, 이 객체들을 이 용해서 데이터의 흐름이 진행됨에 따라 프로그램이 수행되는 방식으로 구성되어 있습니다

9 그림 I.1.3 Labview의 그래프 VI LabVIEW를 개발하기 위한 프로젝트는 1983년에 최초로 시작되었으며, 1986년에는 여러분들이 잘 알고 있는 최초의 그래픽 기반 컴퓨터인 애플 매킨토시용으로 LabVIEW 1.0이 출시되었습니 다. 1992년에는 최초의 MS 윈도우 버전이 출시되었으며 98년 LabVIEW 5.0에서는 ActiveX 컨 트롤과 멀티스레딩을 지원하여 일반 Visual 툴 개발환경과의 연계도 가능하게 되었습니다. 꾸준히 버전업을 거쳐 2003년 출시된 7.0 버전부터는 Express VI라고 하는 보다 사용자가 편리 하게 사용할 수 있는 옵티마이징 된 VI 함수들과, FPGA/PDA 모듈과 같은 새로운 장비들에 대 한 지원도 계속되고 있습니다. 현재 국내에 출시된 LabVIEW 7.0은 내부 엔진의 개선 뿐만 아니라, 모든 메뉴와 도움말의 한글 화를 통해 국내 사용자들에게 한결 더 편리한 개발환경을 제공하고 있습니다. 현재 LabVIEW와 연동되는 서드파티 소프트웨어들은 다음과 같습니다. 수학에 관련된 Mathematica, Excel 과 같은 프로그램 또는 시뮬레이션에 관련된 MATLAB, Simulink 등의 프 로그램들, 그리고 신호처리 및 회로실험용 프로그램인 MultiSim, DB에 관련된 Oracle, SQL 등의 다양한 어플리케이션들이 LabVIEW 와 연동되고 있습니다. - Wolfram Research Mathematica Microsoft Excel The MathWorks MATLAB and Simulink MathSoft MathCAD Electronic Workbench MultiSim Texas Instruments Code Composer Studio Ansoft RF circuit design software Microsoft Access Microsoft SQL Server Oracle - 9 -

10 LabVIEW는 프로그램만으로 동작하는 경우보다는 하드웨어적인 제어계측장비를 이용한 시스템 제어가 더 비중이 크다고 할 수 있습니다. 이를 위해 LabVIEW는 다양한 하드웨어적 통신 프로 토콜을 지원하는데, 정통적으로 사용되는 RS-232 / RS-485 외에도 계측장비용 프로토콜인 GPIB, 네트워크 관련 이더넷 프로토콜과, 산업용으로 쓰이는 CAN / DeviceNet, 그리고 최근에 출시된 USB / IEEE1394와 같은 다양한 통신 프로토콜을 지원합니다. Ethernet CAN DeviceNet USB IEEE 1394 RS-232 GPIB RS-485 이 외 LabVIEW와 연동되는 플랫폼들은 아래와 같습니다. Microsoft의 다양한 개발 환경들과 ActiveX 기술, 그리고 Sun 웍스테이션 플랫폼과 리눅스 환경, 애플 맥OS, 산업용 컴퓨터장비로 볼 수 있는 PXI 장비 등 퍼스널 컴퓨터 외에도 다양한 플랫폼을 지원하고 있습니다. 그림 I.1.4 Labview와 연동되는 플랫폼

11 그림 I.1.5 Labview 응용분야(하드웨어 관점) 이와 같이 다양한 분야에서 활용이 가능한 Labview는 세계의 25,000 곳의 유수기업에서 각자의 제품의 개발에 필요한 테스트, 제어, 설계가속화를 위해 사용되고 있습니다. 아래 그림은 Fortune 지에 선정된 500위 제조사 중 Labview를 사용하고 있는 업체를 보이고 있습니다. 500대 제조사 중 90% 이상이 Labview를 사용하고 있다는 것은 Labview의 다양한 적용성을 보여주고 있는 것 이라 할 수 있습니다. 그림 I.1.6 Labview를 사용하는 기업(제조사)

12 2. Labview 시작하기 LabVIEW를 컴퓨터에 설치하면 기본적으로 C:\Program Files\ 위치에 National Instruments 폴 더가 생성되며 이 폴더 아래에 모든 NI 관련 제품이 위치하게 됩니다. 또한 시작메뉴 >>모든프 로그램 >> National Instruments 에서도 역시 설치된 제품을 확인할 수 있습니다. LabVIEW 정 품을 구매하지 않은 상태라면 Labview 30일 평가판을 다운로드 할 수 있으니 참고하기 바랍니다. 그림 I.2.1 LabVIEW 설치 위치 그림 I.2.2 시작메뉴 상의 Labview 실행파일 위치

13 Labview를 실행하면 그림 I.2.3과 같은 시작창이 생성됩니다. 시작창의 중간부위 및 우측하단에 는 LabVIEW의 버전 정보가 보이며 하단부에 보이는 아이콘들은 기본적인 LabVIEW외에 추가 적으로 설치된 모듈들입니다. 잠시 시작창이 보인 후 그림 II.4와 같이 시작하기 창이 나타납니 다. 이 창으로부터 LabVIEW를 시작하게 됩니다. 그림 I.2.3 LabVIEW 시작창 그림 I.2.4 LabVIEW 시작하기 창

14 시작하기창에서 새 VI를 선택하면 비어있는 창 두 개가 열립니다. 이 두창이Labview를 시작하면 맨 처음 만나게 되는 것으로서 프런트패널(Front Panel)과 블록다이어그램(Block Diagram)이라 는 것입니다. 프런트패널과 블록다이어그램은 아래 그림과 같이 이해하면 좋습니다. 그림 I.2.5 LabVIEW의 프런트패널과 블록다이어그램 프런트패널은 그림 II.5의 상단부에서 볼 수 있듯이 오실로스코프의 전면 모습이라고 생각하면 가장 정확합니다. 사용자가 선택 및 조정할 수 있는 버튼 및 컨트롤 들이 화면에 있고 그래프 태 로 신호를 볼 수 있도록 하는 창이 프런트패널입니다. 블록다이어그램은 실제 사용자가 프런트패 널에서 입력하는 명령을 기반으로 특정임무를 수행하는 회로도와 같은 것이라 생각하면 됩니다. 실제 수행되는 프로그램 내부 알고리즘은 모두 블록다이어그램에 탑재됩니다. 프런트패널과 블록 다이어그램의 특성을 정리하면 다음과 같습니다

15 1) 프런트패널(Front Panel) 프런트 패널은 사용자와의 인터페이스 용도로 쓰입니다. 프런트패널에 배치된 각각의 오브젝트들 은블록다이어그램으로 데이터를 보내고, 블록다이어그램에서 생성한 데이터를 받아 사용자에게 보여주는 용도로 쓰입니다. 사용자가 프로그램에 값을 입력하는 객체를 컨트롤 이라고 하며, 이 객체들은 현재 자신의 상태 를 프로그램에 전달합니다. 사용자에게 값을 보여주는 객체를 인디케이터 라고 하며, 이 객체들은 현재 자신의 상태를 사용 자에게 보여줍니다. 프런트패널에서는 측정, 제어, 그리고 분석 결과를 디스플레이 할 수 있는 스위치, 다이얼, 그래 프 등 UI 구성에 필요한 다양한 아이템들을 제공하며, 블록다이어그램에서는 FFT,필터 등과 같 은 분석함수, 선형대수, 보간/외삽과 같은 수학함수, 그리고, 232, 485, GPIB와 같은 각종 통신함 수를 바로 이용할 수 있도록 블록 형태의 모듈화된 프로그래밍 환경을 제공합니다 인디케이터(Indicator) = 출력 사용자와 인터페이스 하는 창 컨트롤(Control) = 입력 그림 I.2.6 LabVIEW의 프런트패널

16 2) 블록다이어그램(Block Diagram) 블록다이어그램은 프런트패널, 또는 다른 입력요소로부터 데이터를 입력받아 내부 함수를 이용해 처리하고, 이 결과를 프런트패널 또는 다른 출력요소로 보내주는 역할을 합니다. 블록다이어그램 은 실제 장비의 내부 기판과 같은 개념이라고 볼 수 있습니다. 각각의 함수들은 와이어로 연결되 어 데이터의 흐름을 입력받고 처리해서 출력하는 방식으로 동작합니다. 프런트패널과 항시 동반 순서도와 유사한 소스 코드 모든 컴포넌트(함수+객체)는 와이어링으로 연결 그림 I.2.7 실제 장비의 PCB회로기판과 LabVIEW의 블록다이어그램 블록다이어그램은 실제 데이터의 처리에 쓰입니다. 프런트패널에 배치된 각각의 컨트롤로부터 입 력받은 데이터와 내부/외부 장치로부터 입력받은 데이터를 함수에 연결해 주면, 각각의 함수가 적절한 처리를 해 주며 이 결과값을 프런트패널의 인디케이터로 보내주거나, 다른 형태로 출력하 도록 도와줍니다. 컨트롤은 사용자로부터 값을 입력받아서 블록다이어그램에 전달하기 때문에 아이콘의 오른쪽에 와이어를 연결할 수 있도록 검정색 > 표시가 있습니다. 인디케이터는 사용자에게 값을 출력하기 위해 프런트패널로 값을 내보내기 때문에 아이콘의 왼 쪽에 와이어를 연결할 수 있도록 검정색 > 표시가 있습니다

17 그림 I.2.8 LabVIEW의 블록다이어그램 3) 실제 계측장치와 LabVIEW를 이용한 계측의 흐름 살펴보기 <실제 계측장치의 흐름> 그림 I.2.9 실제 계측장비와 데이터 흐름 1.프론트패널의 버튼이나 노브를 조정합니다. (2배 증폭) 2.버튼이나 노브의 값이 내부 회로에 전달됩니다. (가변저항의 출력값 0.5V) 3.전달된 값과 내부 회로구조에서의 전자부품들이 데이터를 처리합니다. (입력신호 * 2) 4.처리된 데이터를 프론트패널의 LCD 나 램프로 출력합니다. (2배 증폭된 신호 출력)

18 5.프론트패널의 출력장치를 통해 결과를 볼 수 있습니다. (증폭된 신호) 그림 I.2.10 LabVIEW의 데이터 흐름 1.프론트패널의 버튼이나 노브를 조정합니다. (2배 증폭) 2.버튼이나 노브의 값이 블럭다이어그램에 전달됩니다. (숫자값 2) 3.전달된 값과 내부 블럭다이어그램의 함수들이 데이터를 처리합니다. (입력신호 * 2) 4.처리된 데이터를 프론트패널의 인디케이터로 출력합니다. (2배 증폭된 신호 출력) 5.프론트패널의 출력장치를 통해 결과를 볼 수 있습니다. (증폭된 신호) 4) 블록다이어그램과 프런트패널 사용법 1.LabVIEW는 프로그램의 구성을 위해 블록다이어그램 이라고 하는 개념을 도입했기 때문에 마 우스의 사용비중이 매우 크다고 할 수 있습니다. 2.사용자가 블록다이어그램 또는 프론트패널에 배치한 객체들은 일부 함수들을 제외하고는 블록 다이어그램/프런트패널 양 쪽에 같이 연결되어 있습니다. 여러분이 프론트패널에 다이얼게이지를 설치하는 순간 블록다이어그램에는 숫자형 입력이 생성되고, 블록다이어그램에서 불리언 출력을 생성하는 순간 프런트패널에는 LED가 생성되는 것입니다. 3.프론트패널의 요소들은 실제 장치들의 모양과 유사한 형태를 띄고 있습니다. 똑같은 데이터값 에 대해 각기 다른 형태의 표현이 가능합니다. 예를 들어 숫자값 입력 과 다이얼 게이지 는 모 양이 서로 다르지만 숫자로 된 값을 전달 한다는 면에서 블록다이어그램에서는 같은 형태의 입 력으로 처리됩니다. 4.블록 다이어그램의 요소들은 프론트패널과 연결된 터미널 역할을 하는 컨트롤 과 인디게이터 외에도 내부적으로만 쓰이는 상수 및 함수들이 존재합니다. 각각의 함수들과 상수는 규칙에 맞는

19 적법한 연결부위에 와이어를 연결해 줌으로서 프로그램 전체에서 어떠한 동작을 하는 구성요소 로 쓰일 수 있습니다. 여러분은 곱하기 기능을 가진 함수를 이용해서 Y=nX 와 같은, X의 값을 입력받아 n배율로 곱해서 Y에 출력하는 기능과 같은, 사용자가 원하는 기능을 블록다이어그램으 로 구현해 줄 수 있습니다. 이렇게 프런트패널과 블록다이어그램 한 쌍으로 이루어져 있는 것이 LabVIEW의 가장 기본이 되는 파일이 됩니다. 이 파일을 VI (Virtual Instrument)라고 부르는데 LabVIEW의 프로그램 파 일 확장자명이라고 보면 됩니다. 그림 II.5와 같은 오실로스코프를 프로그램상에서 구현하기 때문 에 가상장치(Virtual Instruments)에서 딴 이름이 VI입니다. 프론트패널과 블록다이어그램에 이어 LabVIEW의 3대 구성요소라 할 수 있는 것이 블록 다이어그램 상에서 사용하는 아이콘과 커넥터 팬입니다. 아이콘은 VI를 그래픽 형태로 표현한 것입니다. 아이콘은 텍스트와 이미지 모두를 포함할 수 있습니다. 커넥터 팬은 텍스트 기반 언어에서 함수 호출 파라미터 와 유사한 개념입니다. 커넥터 팬은 아이콘에 있는 터미널의 집합으로 해당 VI의 컨트롤과 인디케이 터를 나타냅니다. 컨트롤(Control)과 인디케이터(Indicator)란 다음 그림의 프론트 패널에서 볼 수 있는 터미널을 지칭합 니다. 사용자에 의해서 값을 변경할 수 있는 터미널인 A,B를 컨트롤이라 칭하며 계산되어 출력으로 나오는 A+B, A-B가 각각 인디케이터라 부릅니다. 블록다이어그램에 표시되는 A,B, A+B, A-B는 프 론트 패널에서 보이는 컨트롤 및 인디케이터의 터미널입니다. 그림 I.2.11 프론트패널과 블록다이어그램 상의 컨트롤과 인디케이터 프론트 패널의 컨트롤 인디케이터 및 블록다이어그램상의 터미널 및 함수, 와이어링 등은 컨트 롤 팔레트와 함수 팔레트라는 랩뷰의 독특한 팝업창을 이용해서 만들어 갑니다. 컨트롤 팔레트 (Control Palette)는 프론트 패널상에서 사용되는 여러 아이콘을 모두 모아 놓은 것이며 함수 팔 레트 (Function Palette)는 블록다이어그램 상에서 사용되는 함수들의 집합입니다. 이와 별도로 도구 팔레트(Tool Palette)가 있는데 마우스 커서를 특정 작업모드로 바꿀 수 있도록 해주는 기 능을 갖습니다

20 그림 I.2.12 컨트롤 팔레트와 함수 팔레트 컨트롤 팔레트, 함수 팔레트 모두 필요에 따라 일부 항목만 보이게 하거나, 모든 항목을 보이 게 할 수 있습니다.프런트패널의 창에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하면 컨트롤 팔레트가 나 타나며 컨트롤 팔레트 왼쪽 상단 압정 부분을 클릭하면 정된 윈도우 모양으로 표현됩니다.고 정이 되었으면 보기라는 Tab에서>> 이 팔레트 보기>> 에서 팔레트가 이는 형태를 변경할 수 있으며 보기 Tab 에서 >> 보이는 항목 변경에서는 팔레트에 보이는 항목을 변경하실수 있습니다. 상기 사항을 고정으로 사용하시려면 도구>> 옵션 >> 컨트롤/함 수 팔레트 >> 포 맷 >> 에서 지정하시면 되며 보편적으로 항목(아이콘과 텍스트) 로 사용하시면 편리합니다. 원하시는 팔레트를 구성하실 때에는 도구>> 고급>> 팔레트 세트 편집을 사용하시면 되겠습 니다.함수 팔레트는 다이어그램을 생성할 때 사용하는 VI, 함수, 상수를 포함합니다. 블록 다이어그램 에서 보기>> 함수팔레트를 선택하여 열거나 블록다이어그램에서 마우스 오른쪽 클릭 시에도 함수팔레트를 열수 있습니다. 함수팔레트에서 기본 팔레트 이외에 추가적은 모 듈이나 툴킷을 설치하면 다음과 같이 추가적인 팔레트가 생성되어 그에 해당 되는 함수를 사 용하실 수 있습니다.함수 팔레트에서 검색버튼을 사용하시어 검색하고자 하는 함수의 키워드 를 입력하면 관련된 함수 리스트가 검색됩니다. 단축키로는 Ctrl+ U 이며 검색된 함수 리스 트를 더블클릭하면 블록다이어그램에서 사용하실 수 있습니다

21 5) 편집 테크닉 5-1)도구 메뉴 사용하기 LabVIEW는 한 개의 프로그램을 만들기 위해 프런트패널 과 블록다이어그램 의 두 개의 윈도우를 다 사용해야 합니다. 각각의 윈도우는 앞장에서 배워본 바와 같이, 하나는 외형적인 입출력을, 다른 하나는 내부적인 데이터의 처리를 담당하기 때문에 그 성격과 모양에 약간의 차이점이 있습니다. LabVIEW에서 프로그램을 작성하기 위해서는 기본적으로 풀다운메뉴의 몇 가지 메뉴들과 도구모음의 기능들에 대해 알아야 합니다. 이 외에도 마우스 오른쪽 버튼을 이용한 팝업 메뉴도 많이 사용되는 기능 중 하나입니다. 5-2)도구 모음 자세히 보기 6) 상태 도구바 그림 I.2.13 도구 모음 창

22 6-1) 프런트 패널 도구모음 프런트패널과 블럭다이어그램의 대부분의 버튼은 같은 용도로 사용됩니다. 먼저 프런트패널을 통 해 기본적인 버튼의 기능을 보도록 합시다

23 6-1) 프런트 패널 도구모음

24 6-2)블록다이어그램 도구 모음

25 6-3)툴 팔레트 도구 모음 그림 I.2.14 툴 팔레트

26 6-4)프런트 패널과 컨트롤 팔레트 그림 I.2.15 컨트롤 팔레트

27 6-5)블록다이어그램 함수 팔레트 그림 I.2.16 함수 팔레트 6-6)단축 메뉴 그림 I.2.17 단축메뉴

28 6-7)터미널

29 3.디버깅 테크닉 1) Run 버튼을 통한 에러 검사 LabVIEW 에서 프로그램의 오류를 찾기 위해서는 툴바에서의 기능을 이용하거나, 블록다이어 그램에 몇가지 요소를 추가하는 방법을 통해 오류를 찾을 수 있습니다. 그림 I.3.1 에러리스트

30 프로그램상에 에러가 발견될 경우, 잘못된 데이터의 연결이나, 입력값을 주지 않고 출력을 요 구하는 등의 문제가 발생하면 Run버튼은 왼쪽과 같이 깨져 보이게 된다. 이 버튼을 클릭하면 에 러 리스트가 출력된다. 우측과 같은 에러 리스트(경고 포함)가 발생할 경우, 가운데 창의 에러 리스트를 더블클릭하 면 해당 에러를 발생시킨 객체로 포커스가 주어진다. 사용자는 해당 블록다이어그램에서 적절한 조처를 취해서 에러를 제거해 주어야 한다. 그림 I.3.2 에러제거 블록다이어그램에서 전체적인 프로그램의 흐름을 보고 싶을 때 이 버튼을 클릭해서 활성화한 후 프로그램을 실행한다. LabVIEW는 각 과정별로 데이터가 들어오는 것과 어느 함수부터 수행 되는지를 애니메이션을 통해 보여주며, 사용자가 논리적인 오류 를 일으켰다면 이 과정을 통해 데이터의 흐름을 파악하고 오류를 수정할 수 있다. 필요하다면 VI를 단계별로 수행할 수도 있다. LabVIEW에서는 이를 위해 몇 가지 기능을 제 공하는데, 자체적으로 모든 수행을 하도록 구성된 단일 스텝 모드의 프로그램의 경우 각각 한 개 의 함수 단위로 프로그램을 실행해 줄 수 있다. 만약 하나의 블록다이어그램 안에 다른 블록다이어그램을 가진 함수가 SubVI 개념으로 들어 가 있다면 사용자는 이 SubVI의 내부구조까지 들어가서 한단계씩 진행할 수도, 또는 SubVI의 내부구조로 들어가지 않고 그냥 SubVI의 처리결과만을 받아서 다음 함수를 수행할 수도 있다. 이 과정은 원치않는 결과가 나왔을 경우 어느 시점에서 문제가 발생했는지 단계별로 검토할 수 있도록 도와준다

31 블록다이어그램의 와이어에 프로브를 만들어 값을 점검하기 위한 용도. 디버깅용 메뉴임. 블 록다이어그램 상에서 와이어 위에 프로브를 만들면 프로그램이 실행되면서 와이어로 흘러간 데 이터의 값이 프로브를 통해 출력된다. 2) 블록다이어그램의 디버깅 도구모음 3) LabVIEW의 단축메뉴 단축메뉴는 프로그램을 편리하게 쓰기 위한 추가기능이다. 여러분은 단축 메뉴를 익히지 않아도 LabVIEW를 다룰 수 있습니다. 하지만 여러분이 단축 메뉴를 잘 다룬다면 그렇지 않은 경우에 비해 분명 아주 편리하게 작업할 수 있을 것입니다. 이제부터 나열된 몇 개의 단축메뉴는 가능한 한 익혀두고 프로그램을 만들어 볼 때 활용하기 바랍니다. 1.파일 저장 및 열기를 위해서는 Ctrl-S / Ctrl-O 를 사용합니다. 2.프로그램 실행을 위해서는 Ctrl-R 을 사용한다. 블록다이어그램/프런트패널 어디에서나 사용가 능합니다. 3.컨트롤패널과 블록다이어그램을 오가기 위해서는 Ctrl-E 를 사용합니다. 4.블록다이어그램에서 깨진 와이어를 일괄적으로 없애기 위해서는 Ctrl-B 를 사용합니다. 5.도움말 창은 Ctrl-H 로 열 수 있다. 이 도움말은 커서를 갖다댄 함수 및 와이어의 특성과 데이 터형태 등을 보여주므로 아주 유용합니다. 6.VI, 함수, 텍스트, 기타 객체를 찾기위해서는 Ctrl-F 를 사용합니다. 7.블록다이어그램에서 스페이스 키를 누르면 와이어 방향이 전환된다. (또는 마우스를 허공에서 클릭해서도 방향을 바꿀 수 있습니다.) 8.객체를 조금씩 움직이려면 객체를 선택한 채 화살표 키를 누른다. Shift 키와 같이 누를 경우 빨리 움직일 수도 있습니다

32 9.시작한 와이어를 취소하려면 ESC 키를 누르거나, 마우스 오른쪽 버튼을 클릭합니다. 10.선택된 블록다이어그램이나 프런트패널의 객체를 복사하기 위해서는 Ctrl-C 를 이용합니다. 11.빨리 복사하기 위해서는 Ctrl키를 누른 채 객체를 드래그 합니다. 12.클립보드에 복제된 객체를 붙여넣기 위해서는 Ctrl-V 를 이용합니다. 13.Shift 키를 누른 채 객체를 클릭하면 수직 또는 수평방향으로만 움직일 수 있습니다. 14.Shift 키를 누른 채 객체를 클릭하면 객체의 크기 조절시 가로/세로 비율이 고정됩니다. 4)와이어링 방법 블록다이어그램 그림 I.3.3 블록다이어그램 와이어링 5)다양한 종류의 와이어 그림 I.3.4 와이어의 종류

33 4. 모듈식 프로그래밍 1) 모듈식 프로그래밍이란? LabVIEW도 일반 프로그램밍 언어와 다를 바가 없습니다. 효과적인 프로그램밍을 위해 사용자 정의 함수를 만드는 것을 지원합니다. 그림 I.4.1 사용자 정의 함수 모듈식 프로그래밍은 사용자가 원하는 기능을 구현하기 위해 기존의 함수를 이용하고, 이렇게 만 들어진 기능을 재사용하기 위해 하나의 모듈로 재구성하는 개념입니다. 위의 예를 들면 첫번째로 X와 Y의 값을 이용해서 나누기와 버림 등의 연산을 복합해서 몫과 나머지를 구하는 프로그램을 작성했습니다. 여기에서 두 값을 이용 해서 몫과 나머지를 구하는 부분을 재활용해야 할 경우, 그리고 어떤 원리로 구현되었는지를 블록다이어그램에서 구태여 직접적으로 보여야 할 필요가 없는 경우 이 부분을 사용자 정의 함수로 모듈화해서 블록다이어그램을 간결하게 하고 이 연산 을 다른 코드에서 불러서 손쉽게 프로그래밍할 수 있게 됩니다

34 그림 I.4.2 사용자 정의 함수 연산 2) 모듈식 프로그래밍의 장점

35 3) 아이콘 및 커넥트 팬 LabVIEW는 그래픽 프로그래밍 방식이므로 함수 또한 아이콘으로 만들어집니다. 텍스트 기반 함수에서 입력과 출력이 있듯이 LabVIEW에서는 아이콘에 커넥트 팬을 이용하여 이를 구현합니다. 그림 I.4.3 기본 VI 그림 I.4.4 내부 비공개 VI

36 그림 I.4.5 내부 공개 VI 그림 I.4.6 익스프레스 VI

37 5. 데이터 타입 LabVIEW를 시작하는데 있어 가장 기본적인 학습과정으로 데이터 타입을 이해할 필요가 있 습니다. 데이터 타입이란 프로그램을 작성함에 있어 사용되는 여러 가지 데이터의 형식을 지 칭합니다. LabVIEW에서는 다른 프로그램에서 사용되는 것과 동일하게 숫자, 문자열, 배열 등을 사용할 수 있으며 LabVIEW의 장점을 살릴 수 있는 고유한 데이터 형식도 제공합니다. 아래 나열된 항목은 LabVIEW에서 사용하는 데이터 타입입니다. - 숫자형(Numeric) - 열거형(Enum) - 문자형(String) - 불리언(Boolean) - 배열(Array) - 클러스터(Cluster) - 웨이브폼(Waveform) - 다이나믹 데이터(Dynamic Data) - 배리언트 (Variant) 동일한 데이터라 할지라도 필요에 따라 다른 타입의 데이터의 형식을 이용하여표현이 가능합 니다. 따라서 여러 데이터 타입의 장점을 살리면 작성하는 프로그램을 효율적으로 만들 수 있습니다

38 그림 I.5.1 LabVIEW의 데이터 타입

39 1) 숫자형 (Numeric) 숫자형은 단어 그대로 숫자를 나타내는 가장 기본적인 데이터 타입입니다. 숫자형 데이터 타 입에는 여러 종류의 형이 있습니다. 숫자형 데이터는 컨트롤 패널과 블록다이어그램 패널에 서 모두 생성이 가능합니다. 필요에 따라 컨트롤, 또는 인디케이터 또는 상수의 형태로 사용 이 가능합니다. 다음 그림은 컨트롤 패널에서와 블록다이어그램 상에서의 숫자형 노드를 각 각 나타냅니다. 컨트롤 패널에서는 컨트롤 또는 인디케이터를 생성할 수 있으며 블록다이어 그램 상에서는 상수를 생성할 수 있습니다. 그림 I.5.2 컨트롤 팔레트에서 숫자형

40 그림 I.5.3 함수 팔레트에서 숫자형 상수 컨트롤 팔레트에서의 숫자형은 상당히 다양한 형태의 비주얼 아이콘을 제공합니다. 상단의 숫자 형 컨트롤 또는 인디케이터를 사용할 경우 단순하게 숫자 형태로 도시할 수 있지만 아래의 슬라 이드, 노브, 다이얼, 미터 등을 이용할 경우 다양한 형태의 컨트롤과 인디케이터를 표현할 수 있 습니다. 숫자형 데이터 타입에는 여러 종류의 형이 있습니다. 숫자형 데이터 타입의 형을 변경하려면 숫 자형 데이터에서 오른쪽 버튼을 클릭하고 형을 선택합니다. 서로다른 형의 숫자형 입력을 하나의 함수에 연결하게 된다면 일반적으로 함수는 정밀도가 더 크고 휴효숫자가 더 많은 형에 맞춰서 출력을 반환합니다. LabVIEW상에서는 해당 터미널에 강제 변환점이 생성됩니다. 그림 I.5.4 숫자형 데이터 표현방법

41 부동소수 : 소수를 지칭하며 LabVIEW에서 부동소수는 주황색으로 표시됩니다. 단정도 (SGL)- 단정도 부동소수는 32비트의 IEEE 단정도 포맷을 갖습니다. 메모리를 적게 사용하고 숫자 범위가 오버플로우 되는 것을 방지 하려면 SGL을 사용합니다. 배정도 (DBL)- 배정도 부동소수는 64비트의 IEEE 배정도 포맷을 갖습니다. 대부분의 경우 숫자형 객체의 기본 포맷으로 배정도 부동소수를 사용합니다. 확장형 정밀도(EXT)- Windows에서는 80비트 IEEE확장형 정밀도 포맷을 갖습니 다. 정 수 : 정수는 음수, 0, 양수를 지칭합니다. LabVIEW에서는 정수는 파란색으로 표시 됩니다. 바이트 (I8,U8 )- 바이트 정수는 8비트의 스토리지를 갖습니다. 워 드 (I8,U8 )- 워드 정수는 16 비트의 스토리지를 갖습니다. 롱 (I32,U32)- 롱 정수는 32비트의 스토리지를 갖습니다. 대부분 32비트정수를 사용 하는것이 가장 좋습니다. 복 소 수 : 복소수는 각각 실수 부분과 허수 부분을 나타내는 두 가지 값으로 표현하는데 이때의 두 값은 메모리 안에서 서로 링크 되어 있습니다. 복소수는 부동소수의 한 종류 이므 로 복소수도 주황색으로 표시 됩니다. 단정도복소수(CSG)- 32비트 IEEE 단정도 포맷의 실수와 허수값으로 구성됩니다. 배정도복소수(CDB)- 64비트 IEEE 단정도 포맷의 실수와 허수값으로 구성됩니다. 확장형복소수(CXT)- Windows에서는 80비트 IEEE 확장형 정밀도 포맷을 갖습니다

42 2) 불리언(Boolean) Labview에서 가장 많이 사용되는 데이터 타입중 하나인 불리언은 참,거짓을 나타내는 데이터 타입입니다. 그림 I.5.5와 I.5.6는 컨트롤 팔레트와 함수 팔레트 상에서의 불리언 팔레트를 각 각 보이고 있습니다. 컨트롤 팔레트의 경우 여러 가지 형상의 컨트롤과 인디케이터를 선택할 수 있도록 되어 있으며 함수 팔레트의 경우 불리언 연산자들이 있음을 알 수 있습니다. 그림 I.5.5 불리언 컨트롤 팔레트 그림 I.5.6 불리언 함수 팔레트 다음 그림 I.5.7은 불리언을 이해할 수 있도록 돕는 예제입니다. 그림 I.5.7 불리언 이해를 위한 예제

43 컨트롤팔레트에서 수직토글스위치를 프런트패널에 위치시킵니다. Ctrl+C and Ctrl+V를 사용하여 6개를 복사 하거나 수직토글 스위치에 마우스를 위치 시킨 뒤 Ctrl버튼을 누르면 +표시가 나타나 며 원하는 위치에 마우스를 클릭하면 아이콘이 복사 됩니다. 좌측에 3개를 위치시키고 우측에 3 개를 입력시켜서 입력과 출력단을 구성합니다. 수직 토글 스위치에 오른쪽 마우스를 클릭하여 입 력부 3개의 스위치는 컨트롤로 변경하고 출력부의 3개 스위치는 인디케이터로 변경시킵니다. 함수 팔레트에서 불리언 팔레트에서 3가지 함수를 위치시킵니다. AND 게이트와 OR 게이트 와 컨트롤 A와 B를 와이어링 합니다.A와 B와 C 컨트롤은 복합연산 에 와이어링 합니다. 복합연산의 함수의 기본 도움말을 확인하면 함수의 밑부분이 점선으로 구성 되어 있음을 확인 할 수 있습니다. 이는 함수 연결 노드가 2개 이상으로 확장이 가능함을 의미합 니다. 복합연산의 모드변경을 통하여 다양한 연산이 가능합니다

44 3) 문자열 & 경로 문자열(String)은 말 그대로 프로그램 상에서 문자열을 나타내기 위한 데이터 타입입니다. GUI를 구현하기 위해서는 컨트롤 팔레트 상의 문자열 팔레트를 사용하며 문자열 관련 연산 및 편집을 위해서는 함수 팔레트 상의 문자열 팔레트를 사용하면 됩니다. 그림 I.3.7은 컨트롤 팔레트와 함 수 팔레트의 문자열 팔레트를 보여주고 있습니다. 그림 I.5.8 문자열 및 경로의 컨트롤 팔레트 및 함수 팔레트 3-1)문자열 표시방법 그림 I.5.9 문자열 표시 컨트롤의 글꼴을 써서 인 표시 불가능한 모든 문자 공백을 포함한 모든 문자 문자자체 대신, 각문자의 쇄 가능한 문자를 표시하 (한글코드포함)에 백 슬래 를 * 표시로 대치해서 표 16진수 ASCII 값을 표시 며, 인쇄 불가능한 문자는 시 코드를 추가함 시 상자로 표시

45 3-2)문자열관련함수 문자열길이함수 입력된 문자열의 길이를 반환합니다. 단위는 1바이트 문자로서 영문자, 스페이스, 특수문자 등 의 경우 1글자로, 한글의 경우 2바이트므로 2 글자로 처리됩니다. 문자열연결함수 입력 문자열과 문자열의 1차원 배열을 하나의 출력 문자열로 연결합니다. 배열 입력에 대해 이 함수는 배열의 각 원소를 연결해서 하나의 문장으로 만들어 줄 수 있습니다. 그림 I.5.10 문자열 연결함수 문자열부분함수 오프셋에서 시작해서 길이만큼의 문자수를 갖는 부분 문자열을 반환합니다. 오프셋은 첫 글자 가 0이므로 위의 예는 오프셋 1인 a 부터 길이 3이 되는 abv 문자열을, 그리고 아래는 오프셋 6인 W 부터 길이 8이 되는 W 텍스트 문자열을 반환합니다. 그림 I.5.11 문자열 부분함수

46 패턴일치함수 입력 문자열에서 정규식 에 설정된 문자열을 검사하고 일치하는 문자열이 있다면 3개의 부속 문자열로 분해해서 결과를 반환한다. 일치하는 것이 없다면 일치후 오프셋 은 -1이 되고 일치 부 분과 이후 부분 문자열은 공란이 된다. 일치하는 문자열이 있다면 해당 문자열의 앞부분과 뒷부 분이 각각 출력되고, 입력된 문자열과 일치되는 문자열이 따로 출력되며 이 문자열의 위치 역시 오프셋으로 같이 출력된다. 그림 I.5.12 패턴 일치 함수 배열을 스프레드시트 문자열로 함수 입력 배열의 원소들을 문자열로 출력한다. 포멧 문자열에서 구분자나 속성을 정해주면 해당 배열의 원소들을 각각 문자열로 치환해서 배치해 주는 역할을 한다. 배열을 파일로 기록하기 위 해 필요한 기능 중 하나이다. 문자열로부터 스캔 함수 0-9, +, -, e, E 및 마침표와 같은 유효한 숫자 문자열을 포함한 문자열을 수치값으로 변환할 수 있다. 포멧 문자열을 적절히 지정해 주면 입력 배열의 원소들을 문자열로 출력한다. 이 때 정 수, 실수 및 문자열 등의 포멧을 각각 구분해서 볼 수 있다

47 그림 I.5.13 패턴 일치 함수 4) 배열 (Array) 배열 동일한 데이터 타입의 양이 많을 경우, 일일이 변수를 선언하는 것보다 동일 데이터 타 입의 원소들을 하나의 변수로 묶어서 그룹화하는 것이 효과적인데, 이를 배열이라 합니다. 배열의 구성 - 배열은 원소와 차원으로 구성됩니다. 원소는 배열을 구성하는 데이터입니다. 차원은 배열의 길이, 높이, 또는 폭입니다. 배열은 하나 또는 그 이상의 차원을 가질 수 있으며 메모리가 허용하는 한, 차원마다 2의31승-1 개 만큼의 원소를 가질 수 있습니다. 허용되는 타입 - 숫자, 불리언, 경로, 문자열, 웨이브폼, 클러스터 데이터 타입의 배열을 만 들 수 있습니다. 비슷한 데이터의 모음으로 작업을 하거나 반복된 연산을 수 행할 때는 배열을 사용하는 것을 고려합니다. 배열은 웨이브폼에서 수집한 데이터나 루프에서 생성된 데이터를 저

48 장하는데 이상적입니다. 이 때 루프 의 각 반복은 배열의 한 원소를 생성합니다. 제한사항 - 배열의 배열은 만들 수 없습니다. 그렇지만, 여러 차원의 배열을 사용하거 나 각 각의 클러스터가 하나 또는 그 이상의 배열을 포함하는 클러스터의 배 열을 생성할 수 있습니다. 클러스터는 다음 차시에 배울 내용입니다. 또한, 서브패널 컨트롤, 탭 컨트롤,.NET 컨트롤, ActiveX 컨트롤, 차트, 여러 플롯 XY 그래프의 배열도 생성할 수 없 습니다. 인덱스 - 특정 원소를 배열에 위치시키기 위해서는 차원당 한 개의 인덱스가 필요합니다. LabVIEW 에서 인덱스는 배열을 탐색하고 블록다이어그램의 배열에서 원소나, 행, 열, 그리고 페이지를 불러오기 위해 사용됩니다. 4-1) 배열만들기 컨트롤>> 일반>> 배열,행렬,클러스터 팔레트에서 배열을 선택합니다. 그림 I.5.14 배열

49 4-2) 프런트패널 위에 배열 만들기 쉘(Shell) 에 원하는 종류의 객체를 삽입합니다.( 예: 숫자컨트롤) 그림 I.5.15 프런트패널 위의 배열 4-3) 루프로 배열만들기 그림 I.5.16 루브를 이용한 배열

50 5) 2차원 배열만들기 그림 I 차원 배열 5-1)Array 연산 그림 I.5.18 Array 연산

51 5-2)Array 관련함수들 그림 I.5.19 Array 관련 함수들

52 6) 클러스터 (Cluster) 텍스트 형태의 이름, 학번과 불리언 형태의 재적여부, 숫자형태의 출생년도 데이터를 묶어 하 나의 출력으로 보내는 것을 볼 수 있습니다. 이와 같이 각기 다른 형을 가지지만 일괄 처리되어 야 하는 유형의 데이터들이나, 혹은 지나치게 블럭 다이어그램을 복잡하게 만들 수 있는 데이터 들을 클러스터로 묶으면 와이어의 복잡한 연결을 피하고 효과적인 다이어그램을 구성할 수 있습 니다. 사용자가 정의한 함수의 경우 최대 28개 까지의 커넥터 팬을 가지므로, 만약 지나치게 많은 종류의 입력이 사용될 경우 이 중 일부를 클러스터로 그룹화하면 데이터의 손상 없이 간결한 다 이어그램을 구성할 수 있습니다. 그림 I.5.20 클러스터 6-1) Cluster in 다이어그램/ 프런트패널 클러스터의 생성 - 클러스터는 다이어그램과 프런트패널에서 각각 생성할 수 있습니다. 다이어그램에서 클러스터 만들기 - '프로그래밍. 클러스터& 배리언트. 클러스터상수 를 이용해서 블럭다이어그램에 박스를 배치하고 이 안에 숫자/문자/불리언/배열 상수들을 넣어주면 클러스터 상수가 만들어집니다.. 그림 I.5.21 Cluster In 블럭다이어그램

53 프런트패널에서 클러스터 만들기 - 일반, 배열, 행렬, 클러스터, 클러스터 를 이용해서 프 런트 패널에 박스를 배치하고 이 안에 숫자/문자/불리언/배열 컨트롤을 배치하면 클러스터 컨트 롤이 만들어집니다. 만들어진 컨트롤은 블럭다이어그램에서 보았을 때 아래와 같은 클러스터입 력 으로 표시됩니다. 6-2) Cluster 묶기/ 풀기 클러스터 묶기. - 프로그래밍 - 클러스터& 배리언트 - 묶기 함수로 여러가지 형태의 데이터 타입을 묶어 하나의 클러스터 데이터로 만들어줍니다. 묶기 함수는 데이터 형과 연결순서로만 데이터를 구분하는 반면 이름으로 묶기 함수는 데이터 의 이름 정보를 같이 묶어 주므로 나중에 이름으로 풀기 함수로 원하는 데이터 만 뽑을 수도 있습니다. 클러스터 풀기. - 프로그래밍 - 클러스터& 배리언트 - 풀기 함수로 여러가지 형태의 데이터가 묶인 클러스 터 데이터를 원래대로 풀어줍니다. 풀기 함수는 데이터형과 연결순서로만 데이터를 구분하는 반면 이름으로 풀기 함수는 데이터의 이름 정보를 같이 받으므로 나중에 클러스터 데이터를 추출할 때 좀 더 편리하게 사용할 수 있 습니다. 그림 I.5.22 Cluster 묶기/풀기

54 6-3) Array to Cluster 위쪽인 배열의 입력을 클러스터로 변환해 주는 함수이며, 아래쪽은 클러스터의 입력을 배열로 변 환해주는 함수입니다. 이 함수들은 같은 형을 가진 클러스터 에 대해서만 적용 가능합니다. 여러 분이 만약 불리언과 숫자형이 섞인 클러스터를 배열로 만들고자 한다면 옆의 함수를 쓸 수 없습 니다. 그와 같은 경우에는 먼저 클러스터를 풀어준 다음 동일 유형의 원소들만 다시 배열로 만들 어 주어야 합니다. 그림 I.5.23 Cluster에서 Array로의 변환 6-4) Cluster를 통한 Error Handling. 사용자의 프로그램에서 언제, 어디서, 왜 에러가 생겼는지를 알기 위한 방법은 여러가지가 있습니다. 일반적인 텍스트 기반의 프로그래밍 언어에서는 컴파일 과정에서 추적, 혹은 디버깅을 통해 에러를 찾을 수 있는 반면, LabVIEW에서는 에러를 점검하기 위한 메커니즘으로 에러클러 스터 라는 기능을 활용합니다. 블록다이어그램은 프로그램상에서 생길수 있는 에러에 대해 처리하는 기법을 보여줍니다. 에 러클러스터를 이용해 프런트 패널에서 에러 상태/코드/소스 등의 정보를 바로 보도록 만들 수도 있으며, 필요하다면 클러스터 풀기를 이용해 에러 정보에서 특정값 (예를들면 상태에 대한 불린 값)을 취해서 루프를 종료한다던가 하는 등의 프로그램의 상태를 바꿀 수도 있습니다

55 그림 I.5.24 Error Cluster

56 6. 구조문 1) 구조문 개요 구조문(Structure)란 모든 프로그램(언어)에서 사용되는 기본적인 개념으로 프로그램 또는 임 무를 수행하기 위한 기본 뼈대가 되는 부분을 총칭합니다. 아래의 몇 가지 예는 프로그램에 있어서 가장 기본적인 구조문의 내용을 간략하게 소개하고 있습니다. 1) ~하는 동안에는 계속 ~를 수행하도록 한다. 2) N회에 걸쳐서 ~를 수행하도록 한다. 3) A인 경우에는 ~를 수행하고, B인 경우에는 ~를 수행한다. 4) ~한 후에 ~를 수행한다. 5) ~가 사용자에 의해 발생하면 ~를 수행한다. 상기 소개된 5가지 예의 경우 어떠한 임무를 수행하기 위해 가장 기본적인 문장의 기본골격 을 보여주고 있습니다. 이 외에도 여러 가지 형태의 기본적인 구조문이 있습니다. 이와 같이 어떠한 목적을 달성하기 위한 프로그래밍 시 임무에 맞는 적절한 구조문의 선택 및 조합은 필수적이라 할 수 있겠습니다. 프로그램을 개발할 때 가장 먼저 결정해야 할 부분이 있다면 바로 이 구조문을 적절히 선택 하는 것입니다. 물론 구조문 자체가 필요 없을 정도로 간단한 프로그램도 있지만 아마도 산 업현장에서 사용되는 거의 모든 프로그램은 구조문이 필수적으로 사용되고 있을 것입니다. 따라서 프로그램을 배우는 과정에서 구조문을 학습하고 이를 활용하는 능력을 배양하는 것은 아주 중요한 과정이라 할 수 있겠습니다. I장에서 LABVIEW에 대한 개요를 숙지하고 가장 기초적인 프로그램 작성법을 연습한 분이 라면 본 장에서 배우고자 하는 구조문을 학습할 준비가 되었습니다. 자! 이제부터 LABVIEW 를 본격적으로 배워보도록 하겠습니다. LABVIEW에서 사용되는 구조문은 프로그래머가 만지는 부분으로서 최종적인 프로그램의 사 용자는 볼 필요가 없는 부분입니다. 따라서 구조문 프로그래밍은 프론트 패널이 아닌 블록 다이어그램상에서 이루어집니다. 블록다이어그램상에서 함수팔레트를 열면 좌측상단에 구조 (structures)라는 아이콘이 있습니다. 그림 II-1-1에서 볼 수 있듯이 LABVIEW에서는 다양한 형태의 구조문을 제공합니다

57 그림 I.6.1 구조문의 종류 본 장에서 학습하고자 하는 구조문의 종류를 나열하면 총 9가지로서 다음과 같습니다. 어느 정도 규모가 있는 프로그램을 개발할 경우 거의 모든 구조문이 다양하게 사용됩니다. 본 교 재에서는 사용도가 빈번한 순으로 구조문에 대해 정리가 되어 있습니다만 구조문에 대한 폭 넓은 이해력 및 응용력은 프로그램 개발시 중요한 능력이 되므로 충분히 이해하시기 바랍니 다. 표 I-1-1 LABVIEW 에서 사용되는 구조문 구조문 아이콘 개념(정의) 연속실행 : 정지조건이 입력될 때까지 해당 알고리즘을 While 루프 계속 실행한다. For 루프 한정횟수실행 : N 회동안 해당 알고리즘을 실행한다. Case 구조 조건문 : 입력되는 조건에 해당하는 알고리즘만을 수행한다. Sequence 구조 정해진 순서에 의해 알고리즘을 순차적으로

58 수행한다. Event 구조 Timed 구조 사용자(주로 키보드,마우스)의 프로그램 조작에 따라 해당 되는 알고리즘을 수행한다. 경우에 따라 사용자가 아닌 프 로그램에서 정해진 Event 가 발생하면 실행하기도 한다. While 구조, Sequence 구조를 실행할 때 정확히 정해진 시 간조건에 따라 구동할 수 있도록 한다. 수식 노드 MathScript 노 드 다이어그램 비활성화 구조 C 문법 기반의 Text 기반 프로그래밍을 입력할 수 있는 노드입니다. 복잡한 수식계산 및 기존의 C로 구현된 알고 리즘을 직접 입력할 수 있습니다. Matlab과 거의 유사한 문법 기반의 Text 기반 프로그래 밍을 입력할 수 있는 노드입니다. 복잡한 수식계산 및 기존 의 Text 기반으로 구현된 알고리즘을 직접 입력할 수 있습 니다. Text 기반의 프로그램의 주석과 같은 기능을 수행하는 구 조문으로서 프로그램의 일부를 수행하지 않을 수 있도록 비활성화 할 수 있습니다. 2) While 루프 While 루프는 반복적으로 일련 알고리즘을 연속적으로 수행하고 사용자 또는 임의의 조건 만 족 시 루프를 종료할 수 있도록 하는 알고리즘이다. While 루프는 반복해서 알고리즘을 구동 한다는 측면에서 볼 때 가장 많이 사용되는 구조문이라 할 수 있다. 그림 II-1-2는 While 루 프의 모습을 보이고 있다. 그림 I.6.2 While Loop

59 While 루프 실행방법은 아래와 같습니다. 1) 블록다이어그램 함수팔레트 구조문 While 루프 선택 2) 블록다이어그램 상에서 마우스 클릭 후 원하는 사이즈만큼 드래그(Drag) 그림 I.6.3 While Loop 실행 루프가 수행된 횟수, 즉 루프 카운트를 생성해 줍니다. 프로그램 소스가 1회 실행되면 값은 1이 증가합니다. 값을 확인하기 위해서는 에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하고 인디케이터 생성 을 선택합니다. While 루프의 계속 실행 또는 정지조건을 입력해주는 위치로서 참 또는 거짓 데이터를 입력 받습니다. 모양일 때는 참 값이 들어가면 종료, 모양일 때는 거짓 값이 들어가면 Loop가 종 료됩니다. While 루프의 실행 또는 정지조건을 나타내주는 아이콘을 변경하는 방법 : 그림 II-1-3의 좌측과 같이 정지조건아이콘의 Pop-up 메뉴에서 하단부에 있는 참인 경우 정 지, 참인 경우 계속 중 택일하면 됩니다. 또는 우측그림과 같이 정지조건아이콘의 정 중앙부 에 마우스를 위치시키면 아이콘이 손가락 모양으로 바뀌는데 이때 마우스를 클릭하면 아이콘 모양이 바뀌게 됩니다

60 그림 I.6.4 While Loop 조건 While 루프의 정지조건을 입력하는 방법 While Loop를 종료시키는 방법은 아래와 같이 3가지가 있습니다. 수행하고자 하는 알고리즘 에 따라 모두 사용 가능하니 참고하기 바랍니다. 2-1) 사용자가 프런트패널에서 버튼을 눌러서 종료시키기 마우스를 조건 아이콘 왼쪽에 위치시키면 마우스 아이콘이 실타래 모양으로 바뀌고 이 때 마우스 오른쪽 버튼을 눌러 Pop-Up 메뉴를 활성화시키고 나타나는 메뉴 중 컨트롤 생성을 누릅니다. 프런트패널과 블럭다이어그램에 참/거짓을 입력할 수 있는 불리언 컨트롤(Boolean Control)이 생성된 것을 확인합니다. 2-2) 로직적으로 임의의 조건에 규합하면 루프를 종료하기 사용자에 의해서가 아닌 프로그램 수행과정 중에 특정 조건을 만족하면 루프를 종료시 킬 수도 있습니다. 아래 프로그램은 루프 카운트가 10보다 커지면 While 루프를 종료시 키도록 하는 예입니다. 값이 11이 되는 순간 비교함수는 참값을 결과로 내보내어 루프를 종료시킵니다. 2-3) 루프 종료 없이 계속 실행하기 특정 장비의 경우 While 루프가 시작되면 시스템 또는 전원이 종료될 때까지 프로그램이 계속 수행되어야 하는 경우도 있습니다. 이럴 경우에 정지조건 아이콘에 상수값을 연결해 주는 방법을 사용할 수 있습니다. 그림 I.6.5 While Loop 계속실행 난수를발생시키고사용자가제시한숫자와일치하면프로그램을종료하시오! ( 조건 : 난수는 0~100 사이의 정수값을 사용합니다. )

61 2-4) 알고리즘 흐름 구상하기 프로그램을 작성하는 데 있어 가장 중요한 단계는 문제가 제기됬을 때 문제를 해결하기 위한 적절한 알고리즘을 머리 속에서 구상하는 것입니다. 문제를 분석하여 프로그램화 하기 위해 상기 문제를 다음과 같이 정리해 봅니다. 1) 난수(Random Number) 생성 : 0~1 사이의 실수 2) 난수에 100을 곱하고 정수로 변환시킴 3) 사용자가 제시한 값과 비교하여 결과치를 While 루프의 정지조건에 입력함 2-5) While 루프 생성 아래 그림과 같이 적절한 크기로 While 루프를 생성합니다. 그림 I.6.6 While Loop 생성 2-6) 난수 생성 및 정수화 난수를 생성하고 이를 정수화하는 단계입니다. 다음 과정을 따라 해 봅니다. 1) 함수팔레트» 숫자형» 난수(0~1)선택 2) 함수팔레트» 숫자형» 곱하기 선택 3) 난수와곱하기좌측상단부연결 4) 곱하기좌측하단부에서팝업» 생성» 상수» 100 입력 5) 함수팔레트» 숫자형» 변환» 롱 정수형 선택 6) 곱하기 우측과 롱 정수형 좌측연결 2-7) 비교 코드 작성 3번 과정에서 생성된 0~100 사이의 정수는 사용자가 제시한 값과 일치 여부가 판별되어야 합 니다. 이를 위해 비교 함수팔레트를 사용합니다. 1) 함수팔레트» 비교» 같음 선택 2) 롱정수형 우측과 같음의 좌측 상단부 연결

62 2-8) 프런트패널에 사용자 제시값 생성/설정 및 비교구문 완성 1) 프런트패널» 컨트롤팔레트» 숫자형» 노브 2) 노브 속성 변경 - 최대값바꾸기: 노브 초기 값은 10 입니다. 숫자 10 을 더블 클릭하면 아래 그림과 같이 숫자를 변경할 수 있게 됩니다. - 크기조절하기: 노브의 테두리 쪽으로 마우스 위치를 이동시키면 마우스 아이 콘이 화살표 모양으로 변경됩니다. 이 때 드래그하면 노브의 크기를 변 경할 수 있습니다. - 라벨(Label) 바꾸기 : 노브 상단에 있는 텍스트 노브 를 더블클릭하여 사용자 제시값 으로 변경한 후 라벨을 노브의 중앙위치로 조절합니다. - 형(Numeric Type) 바꾸기: 노브 아이콘 위에서 Pop-Up 메뉴를 활성화 한 후 형 메뉴에서 DBL(Double Precision)으로 지정되어 있는 것을 I32(32bit Integer)로 변경합니다. 그림 I.6.7 Numeric Type 바꾸기 2-9) 프론트패널의 컨트롤과 대응하는 블록다이어그램에서의 터미널 찾기 프론트패널에서 컨트롤 사용자 제시값 설정이 끝났으면 이를 활용하여 블록다이어그램 에서 프로그램을 계속해야 하는데 이 때 프론트패널에서 컨트롤과 동일한 터미널 (Terminal)을 블록다이어그램에서 찾아야 합니다. 다음의 두 가지 방법을 사용하면 가능하 며 둘 중 한가지 방법을 사용하면 화면이 프론트패널에서 블록다이어그램으로 자동변환되 며 터미널을 활성화해 줍니다. - 방법 1) 노브 사용자 제시값 을 더블클릭합니다. - 방법 2) 노브 사용자 제시값 의 Pop-Up 메뉴에서 터미널 찾기 메뉴를 선택합니다

63 2-10) 사용자 제시값 터미널 연결 및 정지조건 연결 터미널 찾기로 활성화된 블록다이어그램 상의 사용자 제시값 을 While 루프 좌측에 위 치시킨 후 아래 그림과 같이 같음? 비교함수의 하단과 연결해 줍니다. 그 후 같음? 비교함수의 우측과 정지조건의 좌측을 연결합니다. 그림 I.6.8 사용자 제시값 2-11) 난수값 인디케이터, Loop Count 생성 5단계까지의 과정을 통해 프로그램의 기본 구성은 완성되었습니다. 이제 프론트패널 상에서 실제 난수값을 보이고 사용자 제시값과 동일한 난수값이 나타날 때까지의 Loop Count를 보 이도록 합니다. 이 값들을 생성하지 않으면 프로그램 사용자는 프로그램의 수행상황을 모니 터링 할 수 없습니다. 1) 우측의 Wire 중단에서 PopUp Menu» 생성» 인디케이터 2) 생성된 인디케이터 라벨(Label)을 난수값 으로 변경 3) PopUp Menu» 인디케이터 생성 4) 생성된 인디케이터 이름을 Loop Count 로 변경 5) Front Panel : 난수값, Loop Count의 위치 조절

64 그림 I.6.9 Loop 카운터 생성 2-12) 루프 속도 조절하기 While 루프를 작성하는데 있어 중요한 요소 중 하나는 루프의 실행 속도를 조절하는 것입니 다. 상기 프로그램의 경우 사용자 제시값을 선택한 후 프로그램을 실행하면 컴퓨터의 CPU 최대 속도로 프로그램을 구동하기 때문에 사용자 입장에서는 순간적으로 프로그램이 실행간 적다가 종료되는 것을 볼 수 있습니다. 따라서 프로그램 수행과정을 확인하려면 루프의 수행 속도를 줄여야 합니다. 다음 과정은 While 루프의 속도를 초당 10회의 속도로 조절하는 방법 입니다. 1) 블럭다이어그램» 함수팔레트» 타이밍» 다음 ms 배수까지 기다림 2) 좌측에서 Pop Up 메뉴» 생성» 상수» 100 입력 (초당 10회의 루프속도는 1루프당 0.1초(100milli-sec)의 속도로 수행된다는 뜻입니다. )

65 다음 그림은 루프 속도조절기능까지 추가된 최종 완성된 프로그램을 보이고 있습니다. 사용 자 제시값을 선택한 후 프로그램을 실행하면 프로그램 루프 실행상황을 모니터링 할 수 있습 니다. 그림 I.6.10 Loop 속도 조절 While 루프의 속도제어를 하지 않을 때와 할 때의 컴퓨터 부하(Load) 비교하기 아래의 두 개의 루프를 비교해봅시다. 어떤 차이점이 있을까요? 그림 I.6.11 루프 속도 제어 여부에 따른 차이점 비교 그램 II-1-14 의 두 개의 루프 차이점은 루프 속도 조절기능의 유무입니다. 두 프로그램을 각 각 실행해보면 사용자입장에서는 차이점을 쉽게 확인할 수 없습니다. 그러나 Windows 작업 관리자를 보면 두 프로그램의 차이점을 행해보면 사용자입장Windows 작업관리자는 윈도우 작업표시줄에서의 Pop Up 메뉴에서 선택하거나 Ctrl+Alt+Del Key를 동시에 누르면 행해보면 사용자입장Windows 작업관리자의 성능 탭(Tab)에 보면 CPU 사용 항목이 있사용자입장두 개의 프로그램을 각각 수행하면서 CPU 점유율을 모니터링 하면 루프속도조절 항목이 없는 경우 CPU 사용이 50%가 넘어가 각각 실행해보면 사용자입장(필자의 컴퓨터의 경우 Dual Core CPU를 탑재하고 있습니다. 에서는 두 개의 CPU 중 한 개의 CPU를 그림 II-1-14의 왼 쪽 프로그램 실행 실위해 거의 차지하고 있음인할 수할 수 있습니다. 만약 Singe Core CPU 를 사용하는 경우라면 CPU 점유율이 100% 근처일각각이며, 최근 사양인각Quad Core CPU

66 인 경우에는 점유율이 약 25% 근방으% 보일각각입니다.) 그러나 루프속도조절 항목이 있는 오른쪽 프로그램의 경우 CPU 점유율이 10% 미만으% 떨어짐인할 수할 수 있습니다. 이 경우 는 현재 동시에 로드되어 있는 다른 프로그램 상황에 따라 점유율이 최소 0% 근처까지도 떨 어질 수 있습니다. 그림 I.6.11 루프속도 조절에 의한 CPU 점유율 비교 3) For 루프 For 루프는 While 루프와 함께 반복적인 알고리즘 수행을 위해 사용하는 구조문입니다. While Loop와의 차이점은 지정된 횟수만큼 다이어그램을 실행한다는 점입니다. For 루프를 생성시키는 방법은 While Loop와 동일합니다. 함수팔레트에서 For 루프를 선택한 후 블록다 이어그램 상에서 For루프의 왼쪽 상단부 모서리를 위치시키고자 하는 곳에서 마우스 왼쪽 버 튼을 클릭 한 후 드래그한 후 마우스를 놓으면 생성이 됩니다. 그림 I.6.12 For Loop

67 루프가 수행된 횟수, 즉 루프 카운트를 생성해 줍니다. 프로그램 소스가 1회 실행되면 값은 1이 증가합니다. 값을 확인하기 위해서는 에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하고 인디케이터 생성 을 선택합니다. 이 반복 터미널은 완료된 반복 횟수에 대한 데이터를 포함하는 출력 터미널 입니다. 반복 카 운트는 항상 0에서 시작합니다. 루프가 첫 반복을 실행 하는 동안, 반복 터미널은 0을 반환합 니다. 반복 카운트가 2,147,483,647 즉 을 초과하면, 그 이후에 계속 실행되는 반복이 있더라도 반복 터미널은 2,147,483,647 이라는 값을 유지합니다. 그림 I.6.13 For Loop 소개 For Loop의 경우에도 필요한 경우 조건 터미널을 추가하여 강제로 실행을 종료하도록 설정 할 수 있습니다. 사용자가 출력 조건을 설정하는 For 루프가 되면 빨간 문양이 반복터미널 안에 있고, 오른쪽 아래 모서리에 조건 터미널도 있습니다. For루프에 조건 터미널을 추가 하 려면, For루프 경계에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 후 바로 가기 메뉴에서 조건 터미널을 선택하면 됩니다. 조건터미널이 생성된 For 루프는 While 루프와 동일한 방법으로 사용하면 됩니다

68 그림 I.6.14 For Loop 실행 3-1) 시프트 레지스터 (Shift Register) 반복되는 임무를 수행하는 While 루프 및 For 루프에서 중요하게 사용되는 기능 중 전단계 루프에서 사용하던 값을 재 사용할 경우가 빈번하게 발생합니다. 이 경우 시프트 레이지스터 (Shift Register)라는 기능을 사용하면 효율적으로 프로그램을 작성할 수 있습니다. 텍스트 기 반 언어기준에서 볼 경우 시프트 레지스터는 정적변수(Static variables)와 같은 역할을 합니 다. 시프트 레지스터를 만들고자 할 때는 아래 그림과 같이 For, While 루프의 경계에서 바로가 기 메뉴를 띄운 후 시프트레지스터 추가 를 선택하면 됩니다

69 그림 I.6.15 Shift Register 시프트 레지스터는 하나의 터미널 쌍으로 표시됩니다. 처음에 시프트 레지스터를 생성하면 검은색 테두리와 내부 삼각형 모양을 가진 아이콘이 루프 경계의 양끝 세로선 상에서 정반대 에 위치 하게 됩니다. 루프 오른쪽의 터미널에는 윗 방향 화살표가 왼쪽에는 아랫방향 화살 표로 보이는데 오른쪽 터미널에는 현재 루프 실행을 통해 얻어진 데이터 값이 입력이 되며 왼쪽 터미널에는 바로 전 단계의 루프에서 입력된 데이터 값이 출력이 됩니다. 즉 For, While 루프에서 한 번의 루프실행이 끝날 때마다 데이터를 저장했다가 다음 루프에서 값을 내어 놓 는다고 이해하면 되겠습니다. 현재의 데이터를 과거로 돌리는 기능을 수행하는 관계로 시프 트 레지스터의 양끝의 두 터미널에 연결하는 데이터는 동일한 타입 이여야 합니다. 또한 시 프트 레지스터는 하나의 루프에 여러 개를 생성할 수 있습니다. 다음 내용은 시프트 레지스터를 사용할 때 기본적인 두 가지 사항입니다. - 레지스터 초기화 및 데이터 타입 설정 레지스터 초기화란 루프가 실행된 후, 루프의 오른쪽의 터미널에서 최초로 들어오는 값을 루 프 시작전에 결정하는 것 또는 리셋하는 것을 뜻합니다. 그리고 시프트 레지스터에는 모든 타입의 데이터가 연결이 가능합니다. 다음 그림은 시프트 레지스터를 초기하고 또 데이터 타입을 결정하는 방법을 보이고 있습니다. 그림의 For 루프 좌측에 보면 정수 상수, 불리언 상수, 문자열 컨트롤이 각각 시프트 레지스 터에 연결되어 있음을 알 수 있습니다. 앞 페이지의 그림에서 시프트 레지스터를 추가하면 검은색의 아이콘이 루프 좌우단에 생성되지만 루프 왼편 바깥쪽에서 필요한 데이터 상수 또 는 컨트롤 값을 연결해주면 데이터 타입과 동일한 색으로 터미널이 바뀌는 것을 볼 수 있습 니다. 데이터 타입의 연결은 앞서 언급한 바와 같이 루프 내부에서도 초기값과 동일한 타입 을 연결해야 합니다. 초기값이 문자열 타입로 선택된 세번째 시프트 레지스터의 경우 불리언 타입을 연결하자 와이어가 연결되지 않음을 확인할 수 있습니다

70 그림 I.6.16 Register 초기화 참고로 데이터 타입은 다음과 같이 초기값을 연결하기 전에 루프 내에서 생성된 값을 오른쪽 터미널에 연결함으로써도 선택이 가능합니다. 그림 I.6.17 Register 초기값 연결 다음 그림은 시프트레지스터를 사용한 예제를 보이고 있습니다. 1부터 사용자가 지정한 N까 지 합산을 하는 프로그램입니다. 이 예제에서 For Loop 왼쪽에 있는 0이라는 초기 값을 제거 할 경우와 초기 값이 있을 경우에 대해 합산결과 값을 비교해 보도록 합니다. 초기 값이 있는 경우 정상적인 값을 출력하지만 초기값이 없는 경우에는 다른 값이 출력되는 것을 확인할 수 있는데 초기값이 없는 경우에는 프로그램 실행시 시프트레지스터에 최종적으 로 입력이 된 값이 다음 실행할 때 그대로 남아서 왼편 터미널에서 출력이 되기 때문입니다. 이 예제를 통해 시프트 레지스터의 초기화가 얼마나 중요한 것인지를 알 수 있습니다. 그림 I.6.18 Register 초기값 실행

71 그림 I.6.18 Register 0 초기 값 제거 실행 3-2)다층 시프트 레지스터 다층 시프트 레지스터는 루프의 여러 이전 값들을 필요로 할 때 사용할 수 있는 기능입니다. 다층 시프트 레지스터를 만들려면, 시프트 레지스터의 왼쪽 터미널에서 마우스 오른쪽 버튼 을 클릭한 후 바로 가기 메뉴에서 원소 추가를 선택하거나 마우스 하단으로 드래그해서 만들 수 있습니다. 이 때 참고할 사항은 다층 시프트 레지스터는 루프의 왼쪽에서만 생성할 수 있 다는 점입니다. 4) 케이스 구조 (Case) 4-1) 의사결정VI 그림 I.6.19 의사결정 VI * 선택 함수의 의사결정 - 텍스트 기반 프로그램에서는 if-else 문, case 문, switch 문 등 다양 한 형태로 특정 결정에 따른 각기 다른 코드를 수행하기 위한 구조를 지원합니다. LabVIEW에서

72 도 이와 같은 형태의 구조를 구현하기 위한 다양한 의사결정 구조를 지원하는데, 그 중 가장 쉽 게 쓸 수 있는것이 선택함수입니다. * S 의 입력 값(불리언값)에따라 t 입력 또는 f 입력에 연결된 값을 반환합니다. S 가 참 인 경 우이 함수는 t 에 연결 된 블럭다이어그램, 즉 참인 경우 수행 할 내용이 진행되며, S가 거짓 인 경우 f 에 연결 된 블럭다이어그램, 즉 거짓인 경우 수행 할 내용이 진행됩니다. 4-2) Case 구조 * Case 구조 는 여러 개의 서브다이어그램을 가질 수 있습니다. 케이스 구조는 구조에 전달되 는 입력 값에 따라 여러 개 중 하나의 서브다이어그램을 실행합니다. * 텍스트 기반 프로그래밍 언어의 Select Case 구조와 유사한 성격을 가집니다. 그림 I.6.20 Case 구조 4-3) Case 조건 그림 I.6.21 Case 조건

73 Case 는 참/거짓 / 숫자형 / 문자형 등 다양한 형태로 설정할 수 있다. Case 는 기본 실행되기 위한 Default Case를 필요로 한다. 5) Timed Loop * Timed 구조 그림 I.6.22 Time Loop VI Timed 시퀀스 Timed 루프 프래임 옵션 추가 그림 I.6.23 Time Loop 프래임 옵션 추가

74 * Timed 시퀀스 기능 타이밍이 내장된 시퀀스 구조 역할 적용 정확한 타이밍이 요구되는 테스트시퀀스 서로 다른 속도의 타이밍 제어 실행순서조정 연결 - 입력 노드, 출력 노드, 데이터 노드 그림 I.6.24 입력 노드 그림 I.6.25 출력 노드

75 5-1) Formular 노드 그림 I.6.26 Formular Node Formular 노드는 블록다이어그램에서 수학 연산을 수행할 때 쓸 수 있는 텍스트 기반의 노드 입니다. 변수가 많거나 복잡한 방정식의 활용, 기존 텍스트 기반 코드의 사용이 필요한 경우 등에 쓸 수 있습니다. 노드 테두리를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 '입력 추가' 또는 '출력 추가' 를 해준 뒤 각각의 입력이나 출력의 이름과 매치되는 수식을 작성해 주면 쓸 수 있습니다. 각 수식의 문장은 세미콜론(;) 으로 끝나야 합니다. Formular 노드는 간단한 의사결정 용도로 사용할 수도 있습니다. If 문 등의 간단한 텍스트 구조를 집어넣어 처리할 수 있습니다

76 7. 차트와 그래프 1) 차트 웨이브폼 차트 - 데이터의 히스토리를 그림으로 나타내 주는 인디케이터 컨트롤>>그래프 인디케이터에서 웨이브폼 차트를 선택 그림 I.7.1 웨이브폼 차트 VI * 차트에 데이터 연결하기 그림 I.7.2 단일/다중 플롯 차트

77 * 연습: 루프 및 차트 사용하기 그림 I.7.3 루프와 차트 연습 2) 그래프 커서형태: 자유형(Free) 싱글플롯 멀티플롯 커서범례 수평스크롤바 수직스크롤바 컬럼헤더 그림 I.7.4 웨이브폼 그래프

78 * 그래프주석 그래프의 특정 위치에 사용자/프로그래머가 라벨을 붙일 수 있는 커서 타입 커서에 간단한 주석 그래프를 위한 자유 라벨 제공 마우스 오른쪽 데이터 처리 * 그래프 커서 그림 I.7.5 웨이브폼 그래프 주석 커서형태: 자유형(Free) 싱글플롯 멀티플롯 커서범례 - 간단화됨 - LabVIEW의 커서탭 바뀜 - 시각적 속성: 수평스크롤바 수직스크롤바 Column 헤더

79 3) 혼합된 신호 그래프 그림 I.7.6 혼합된 신호 그래프 여러 플롯 커서 방식 지원 웨이브폼 그래프와 유사한 블록다이어그램 배열 만들기 함수로 플롯 추가 드래그 앤 드롭 또는 프로퍼티 노드 지원 그림 I.7.7 여러 플롯 커서 방식 지원 블록다이어그램

80 4) XY 그래프강화 그래프를 오른 마우스 클릭한 다음 옵션 평면 선택 그림 I.7.8 XY 그래프

81 8. 파일 입출력 1) 파일 입출력 다양한 포맷 지원 : 바이너리, 텍스트, 스프레드 시트 추가적인 LabVIEW 전용 포맷 : LabVIEW Measurements file (*.lvm) 그림 I.8.1 LabVIEW Measurement File * LabVIEW Measurement File로 저장 Open, write, close and error handling 함수 포함 탭 또는 콤마로 데이터 열을 구분 Merge Signals 함수로 데이터 열 추가 그림 I.8.2 Merge Signals 함수

82 2) VI 저장하기 그림 I.8.3 LabVIEW Measurement File 저장 Write Measurement File Express VI를 이용해 TDM 파일 구현 -고속 및 저용량 (Binary) -Storage VI를 이용해 데이터에 설명 추가 * 실습 : LabVIEW를 이용한 파일 저장하기 그림 I.8.4 LabVIEW File 저장

83 3) TDM - '검색 기능' 이 지원되는 데이터 그림 I.8.5 데이터 검색 기능 데이터 9. Tip 1) SubVI SubVI란 하나의 VI 내부에 위치한 VI를 지칭함 서브루틴과 유사함 장점 - 모듈화된 프로그래밍 구조 - 디버깅에 용이 - 반복적인 코드 생성 억제 - 메모리 절약

84 그림 I.9.1 SubVI 2) SubVI 만들기 LabVIEW도 일반 프로그램밍 언어와 다를 바가 없다. 효과적인 프로그램밍을 위해 사용자 정의 함수를 만드는 것을 지원한다. 사용자 정의 함수란 사용자가 원하는 작업을 프로그램내에서 반복적으로 수행하기 위해 기존 의 함수를 이용해서 만든 새로운 함수로 생각하면 된다

85 그림 I.9.2 Sub 생성 3) SubVI의 효율성 그림 I.9.3 Sub 효율성

86 4) 아이콘과 커넥터 그림 I.9.4 아이콘과 커넥터 아이콘은 VI의 기능을 설명할 수 있는 그림으로 구성되며 블록다이어그램에 위치할 때 다른 VI와 구분되어지도록 만듬 커넥터는 데이터 이동의 입출구 역할을 수행하는 터미널을 나타냄 5) 단계별SubVI 만들기 아이콘 만들기 커넥터 만들기 터미널 선정하기 VI 저장하기 상위 VI의 블록다이어그램 내부로 SubVI 부르기

87 6) 아이콘만들기 블록다이어그램 또는 프런트패널 우측 상단의 아이콘에서 오른쪽 마우스 클릭함 7) 커넥터 만들기 프런트패널 상단의 아이콘을 오른 마우스 클릭 그림 I.9.5 아이콘 만들기 그림 I.9.6 커넥터 만들기

88 8) 터미널 선정하기 그림 I.9.7 터미널 선정 9) VI 저장하기 기억하기 쉬운 장소에 저장함 유사한 기능의 VI끼리 정리 유사한 어플리케이션끼리 정리 동일한 디렉토리 또는 라이브러리(.llb 형식)에 유사 한 VI를 저장 10) 상위 프로그램에서 SubVI 부르기

89 * 연습 : SubVI 만들기 10. 단축키 1) LabVIEW 사용자 팁 단축키 <Ctrl-H> 상세 도움말 창 띄우기 <Ctrl-B> 블록다이어그램의 오류 난 와이어 제거하기 <Ctrl-E> 프런트패널과 블록다이어그램 사이 이동하기 <Ctrl-Z> Undo 하기 Tool >> Options... -LabVIEW 환경 설정 메뉴 VI Properties VI의 외형을 설정하고 프로그램 문서화 작업하기 2) VI실행 하기 예제 탐색기를 수행하여 키워드로 신호 를 선택 후 더블 클릭

90 그림 I.10.1 VI 실행 11. 주석 처리 * LabVIEW에서의 주석 처리 다이어그램비활성화구조 (Diagram Disable Structure) 조건적비활성화구조 (Conditional Disable Structure)

91 그림 I.11.1 주석 처리 * LabVIEW 코드 주석 처리 LabVIEW 코드를 주석 처리하는 두 가지 방법 추가 다이어그램 비활성화 구조 조건적 비활성화 구조 LabVIEW 컴파일러는 비활성화 구조 내의 코드 무시 그림 I.11.2 활성화/비활성화 구조

92 12. LabVIEW Project 관리 1)LabVIEW 프로젝트의 필요성 대형/분산 어플리케이션 여러 가지 하드웨어 타겟을 사용하는 어플리케이션 그림 I.12.1 LabVIEW Application 시작하기 창 그림 I.12.2 LabVIEW 시작 창

93 2)프로젝트 기반 개발 대형 어플리케이션 팀으로 구성된 개발자들이 동일 프로젝트 수행 개발 양식을 따라야 하는 프로젝트 - 국가 프로젝트 (FDA, FAA, CMMI) 여러 가지 하드웨어 타겟을 사용하는 어플리케이션 3) LabVIEW 프로젝트 그림 I.12.3 LabVIEW 프로젝트 4) LabVIEW 프로젝트 폴더 연관된 파일끼리 동일 폴더아래에 관리 LabVIEW 이외의 파일도 포함 기존 폴더 유입 용이

94 그림 I.12.4 LabVIEW 프로젝트 폴더

95 5) LabVIEW 프로젝트 파일 LabVIEW 프로젝트에는 어플리케이션에 사용되는 파일의 레퍼런스 내장 정보는 개방형 소스코드인 XML 포맷으로 저장 그림 I.12.5 LabVIEW Project File 6)프로젝트 라이브러리 LabVIEW 프로젝트의 라이브러리는 사용자 정의 VI 및 기타 LabVIEW 파일 모음 프로젝트 라이브러리 혜택 - 맴버 VI의 명칭에 이름 공간 적용 - 맴버 VI에 정의된 인터페이스제공

96 * 프로젝트 라이브러리의 코드 보호 프로젝트 라이브러리는 라이브러리 내의 VI가 임의로 수정되는 것을 보호 그림 I.12.6 LabVIEW Project 라이브러리 보호 7) 프로젝트 라이브러리 vs. LLB 비교 프로젝트 라이브러리의 확장자는.lvlib (.llb가 아님) 프로젝트 라이브러리 LLB XML 라이브러리 파일에 레퍼런스 파일 생성 모든 라이브러리 맴버에 이름 공간 적용 프라이빗으로 설정으로써 맴버의 접근 허용 LLM Manager에 의해 2진 파일 생성 LLB 맴버에게 이름 공간 비적용 맴버의 접근 무제한/무방비 8) 소스코드제어(SourceCode Control)소프트웨어와 통합 유명 소스 코드 제어 소프트웨어와 통합: -Visual SourceSafe -Perforce -Rational ClearCase NEW -PVCS NEW -MKS NEW -CVS NEW Project Explorer에서 수행

97 9) VI 서버 사용 가능 그림 I.12.7 LabVIEW VI Server 사용 프로젝트 VI 라이브러리 변수 하드웨어 타겟 10) 재설계된 어플리케이션 빌더 실행 파일, DLL, 소스 코드 분배, Zip 파일 등 생성 NI 하드웨어 드라이버 및 소프트웨어를 설치 프로그램(Installer)화하여 번들 단일 프로젝트 내의 여러 가지 빌딩 세팅 관리 LabVIEW 프로젝트를 자동으로 생성하기 위해.bld 파일 생성 11) 설치 프로그램에 드라이버 및 기타 소프트웨어 추가 LabVIEW RTE MAX NI-DAQmx NI-DMM NI-Scope

98 NI-FGen NI-HSDIO NI NI-VISA NI-FieldPoint NI-Motion/Vision 그림 I.12.8 LabVIEW 드라이브 및 소프트웨어 추가 설치

99 13. Application Builder 그림 I.12.9 LabVIEW Application Builder 1) 어플리케이션 빌더 어플리케이션 (.EXE) 생성 설치 프로그램 (Installer) 생성 공유 라이브러리 (DLL) 생성 소스 배포 파일 생성 압축(.ZIP) 파일 생성 2) 빌드 스펙 생성할 객체 정의 빌드 파일이 분리되지 않음 프로젝트에 연동 하나의 프로젝트에 다중 빌드 스펙 가능

100 그림 I.12.9 LabVIEW Application Builder 추가 생성 3) 빌드 스펙 제공자 5가지의 빌드 스펙 제공 - 어플리케이션 (EXE) - 설치 프로그램 - 공유 라이브러리(DLL) - 소스 배포 - 압축(Zip) 파일 그림 I LabVIEW Application Builder 스펙

101 4) 어플리케이션 (EXE) 제공자 새 기능 - 버전 정보 - 아이콘 편집기 - 디버깅 - 런타임 언어 지원 - 빌드 미리보기 그림 I LabVIEW Application 정보

102 그림 I LabVIEW Application 대상 그림 I LabVIEW Application 소스 파일

103 그림 I LabVIEW Application 소스 파일 셋팅

104 II. 친환경 자동차 기반 DAQ & Control 1. DAQ(Data Acquisition) 개요 1) Signal (신호) 데이터 수집 시스템(Data Acquisition System)이란 실 세계의 신호 즉 아날로그 신호나 디지털 신호를 입력받아 디지털로 변환하고, 이 변환된 데이터를 사용자의 요구에 맞게 분석하는 시스템 을 말합니다. 이 시스템은 그림 II.1.1에서처럼 물리적 현상을 측정 가능한 신호로 바꾸어주는 각 종 트랜스듀서(transducer: 온도, 압력, 속도 등을 전기적 신호로 변환합니다. 통상 이를 센서 (Sensor)라 칭하기도 합니다)를 통해 입력 및 출력신호를 분석하는 용도에 대부분 이용되고 있으 며, 계측기나 분석 기기 등에서 출력되는 전압 신호로 입력 받아 분석하는데도 사용되고 있습니 다. 이러한 시스템은 주로 공장자동화나 대규모의 데이터 수집 시스템(DAQ System) 또는 제품 검 사(Test)와 측정(Measurement) 시스템 등에 활발히 사용되고 있습니다. 기존에는 데이터 획득 소프트웨어(Data Acquisition Software)를 소수의 전문가들이 사용하였으나 요즘에는 비전문가 도 쉽고 빠르게 프로그래밍을 할 수 있는 소프트웨어인 G코드들을 이용하여 프로그래밍 하여 사 용하고 있습니다. 물론 전문가도 제한된 시간 내에 신속하게 프로그램을 작성할 수 있어서 자주 사용하고 있습니다. 그림 II.1.1 Measurement system

105 신호는 크게 아날로그 신호와 디지털 신호로 나눌 수 있습니다. 또한 신호 정보에 따라 상태 (state), 비율(Rate), 레벨(Level), 형태(Shape), 주파수(Frequency) 등과 같이 5가지로도 분류할 수 있습니다. - 직류(DC) : ADC/DAC(저속), (레벨, Level) - 시간영역(Time Domain) : ADC/DAC(고속), (형태, Shape) - 주파수 영역(Freqency Domain): ADC Analysis (고속), (주파수,Frequency) - On / OFF : TTL 신호를 사용 (상태, State) - 펄스 열(Pulse Train) : Counter/Timer 사용, (비율, Rate) 2) Signal Conditioning(신호조절) 센서에서 입력되는 신호를 항상 그대로 사용할 수 있는 것이 아니며, 이를 DAQ장치에서 사용 할 수 있도록 신호를 변경해야 합니다. 이 과정을 신호조절(signal conditioning)이라 부르며 5 가지의 방법이 있습니다. 1. 증폭(amplification) : 센서로부터 입력된 전기신호는 일반적으로 크기가 작으므로 신호의 전 달시 노이즈에 영향을 받기 쉬우므로 증폭하여 전달하면 노이즈가 상대적으로 감소하게 됩니다. 2. Transducer excitation : 특정 transducer들은 구동하기 위하여 전압이나 전류를 필요로 하며 이를 외부에서 생성하는 기능입니다. 3. 선형화(Linearizaton) : 대부분의 transducer는 측정한 물리적 현상의 변화가 선형적이지 않으 므로 선형화가 필요하게 됩니다. 이러한 과정을 스케일링(Scaling)이라고합니다. 4. 절연 (Isolation) : 불필요한 전원이나 신호 및 노이즈가 DAQ 장치로 유입될 경우 오동작 시 키거나 파괴 할 수 있으므로 이를 차단하는 것을 말합니다. 5. 필터링(Filtering) : 신호의 불필요한 부분을 제거하는 것을 말합니다. 필용 따라 저대역 필터 (Low-Pass filter), 고대역 필터(High-Pass filter) 등 다야안 필터를 선택 사용하여 제거합니다

106 3) 데이터 수집 관련 용어 데이터 수집과 관련하여 알아야 할 용어들이 있습니다. 다음에 설명하는 몇가지의 용어에 익숙해 지면 데이터 수집을 보다 잘 이해하고 적용할 수 있습니다. 가. 샘플링 주파수 (Sampling frequency) 신호의 기본성질을 보존하면서 부하를 줄일 수 있는 최적화된 Sampling 주파수를 결정하는 이 론(샤논의 정리)이 있습니다. 그림 II.1.2 Shannon s Sampling theorem 나이키스트 샘플링판별기준(Nyquist Sampling Criterion) 이라고하며 Sampling을 수행할 경우 aliasing(앨이어싱, 신호의 왜곡) 현상을 막는 Sampling 속도는 측정하고자 하는 신호원의 최고 주파수(fmax)보다 2배 이상이 되도록 해야 한다. 는 내용입니다. 그러나 일반적으로 안정성으로 고려하여 2배 이상인 5~10 배 정도로 크게 잡습니다. 그림 II.1.3 Aliasing

107 분석하고자 하는 신호를 샘플링 주파수(fmax)로 샘플링하여 주파수분석을 하였을 때 샘플링 주 파수의 절반(fmax,NyquistFrequency)이상에 해당하는 주파수성분이 나이키 스트 주파수 성분으 로 겹쳐 나타나게 되는 현상을 앨이어싱(Aliasing)이라합니다.. 이러한 현상을 피하기 위해서는 샘플링 주파수를 최대 분석 주파수의 2배 이상으로 하고 또한 샘플링하기 전에 저대역 필터를 사용하여 최대 분석 주파수 이상의 신호를 소거하여야 합니다. 나. 입력 형태(Input Type) :Analog input/digita linput 입력 형태에는 일반적인 Conventional과 SS&H(Simultaneous Sample and Hold) 그리고 Delta Sigma 등이 있으며, Conventional은 SE(Signal-Ended)와 DI(Differential Input)로나뉘어지는데, SE는 모든 채널의 접지를 공통으로 사용하는 데 비해 DI는 채널 마다 서로 다른 접지를 가지고 있다.따라서 DI는 잡음에 강한 반면 SE는 상대적으로 약하다 고 평가됩니다. SE나 DI는 멀티플렉서(Multiplexor)와 S/H(Sample and Hold)를 통해 아날로그 데이터를 지정된 채널 순서에 따라서 수집하지만, SS&H는 멀티플렉서(Multiplexor) 앞에 채널마다 S/H 회로 가 준비되어 있어서 모든 채널을 동시에 입력 받을 수 있다. SS&H는 보통 적은 수의 채널에 사용 됩니다. 다. 입력 범위(Input Range) 입력 범위는 입력 받는 신호의 범위를 말한다. 입력 범위는 데이터의 단방향성, 양방향성에 따 라 Unipolar와 Bipolar로 나뉘어지고, 데이터변환 제품의 경우 PGH(Programmable Grain High), PGL(ProgrammableGainLow)로도 나눌 수 있습니다. 아날로그-디지털 변환기(A/D Converter)는 기본적으로 0~10V나±10V 를 Full Scale Range로 지정하고 있으나 입력 센서 등에는 이보다 작 은 신호를 출력하는 경우가 많습니다. 특히 0~0.1V의 신호를 출력하는 센서로부터0~10V범위로 데이터를 수집했다면 정밀하게 분석을 기대할 수 없으므로 0~0.1 V의 적은 신호를 증폭하여 수 집해야만 한다. 이때 PGH 또는 PGL을 사용합니다. 여기서 명심하여야 할 점은 이득(Gain)이 크 다고 해서 반드시 좋은 것은 아니라는 점입니다. 라. 데이터 수집 속도(Sampling rate) 데이터 수집 시스템(DAQ System)에서 입력 장비로부터 데이터를 초당 몇 개씩 받을 것인가는 상당히 중요합니다. 보통 속도는 수집 시간(Acquisition Time), 변환 시간(Translation Time), 전

108 송시간(Transfer Time)으로 분류하지만 일반적으로 처리 시간(Throughout)으로 결정한다. 처리 시간은 초당 몇 개의 데이터를 센서로부터 수집하여 메모리에 저장하는가를 나타내며, 단위는 Hz나 초당 샘플 수 S/sec 나타냅니다. 마. 해상도/분해능(Resolution) 신호를 몇 등분으로 구분할 수 있는지를 나타내는 척도로서 해상도가 높을 수록 더욱 정밀하게 실제 신호를 디지털화 할 수 있습니다. 그림 II.1.5 Resolution 바. DMA(Direct memory access) DMA(Direct memory access)는 좀더 발전된 시스템에서 사용하는 데이터 취득 방식입니다. 일 반적인 DAQ 시스템에서는 Data Conversion을 명령하고, 변환되었다는 신호가 오 면 원하는 Port의 값을 읽는 방식을 사용하는데 반해, DMA를 사용하면 매번 데이터를 가지러 가는 불편이 없이 변환하여 바로 메모리에 쓰고 메모리 버퍼가 차면 가져와서 후 처리를 하는 방식입니다. 이 DMA방식을 사용하면, PC에서는 DAQ에 대해 신경 쓰지 않고 작업을 할 수 있 어 고속의 데이 터처리에 적합합니다. 그러나 이 방식은 데이터 취득 도중 그 값에 따라 어떤 행동을 해야 하는 방식의 처리방식에는 적합하지 않습니다. 즉 A/D로 입력을 받아 변환하여 그 결과에 따라 D/A 변환을 통해 어떤 Actuator를 작동시키는 작업이라면 이 방식은 곤란합니다. 그러나 소음/진동 과 같이 고속의 데이터를 짧은 시간에 획득하는 방식이라면 유용합니다

109 사. 절연(Isolate) DAQ분야에서 고려해야 할 사항 중 중요한 것 중 하나는 신호선을 거쳐 유입되는 높은전압에 대한 고려가 필요합니다. 높은 전압에 대한 보호는 일반적인 DAQ 보드는 35V 정도이므로 일반 적인 DAQ 보드에서는 35V 정도로 낮으므로, 이보다 높은 전압에 대해 안전하게 시스템을 보호 하려면, Isolate된 신호처리 모듈(Signal Conditioning module)을 구입해서 사용하는 것이 좋습니 다. 아. 트리거 (Trigger) 트리거라고 하는 것은 일반적인 A/D 보드에서는 데이터를 받도록 명령하는 신호라고 생각하시 면 됩니다. - Software Trigger : 소프트웨어적으로 데이터를 받으라고 명령을 주는 것을 말합니다.. 예를 들면 프로그램에서 시작 버튼을 누르면 그때 A/D를 하게 되는데 이런 방식을 Software Trigger 방식이라고 합니다. - Timer Trigger : A/D 보드 내부에는 어떤 주기의 펄스를 생성하는 크리스탈이 있습니다. 이 크리스탈에서 발생하는 일정한 주기의 신호를 나누어서 원하는 주기의 다른 신호를 만들어 낼 수 있습니다. 이러한 일정한 주기의 신호에 맞추어 데이터를 받는 것을 Timer trigger 라고 합니 다. - External Trigger : 타이머 트리거와 유사하지만 일정한 주기의 신호가 A/D보드 내부에서 발 생되는 것이 아니라, 보드의 외부에서원하는주기의신호를발생시킨다는 것이 다릅니다. 이 신호를 A/D 보드의 External Trigger 단자에 입력한 후, 보드를 External Trigger에 맞추어 작동하도록 세팅하여 데이터를 받는 방식입니다. Timer 트리거는 데이터를 받는 중에 마음대로 주기를 바꿀 수 없습니다. 그러나 External Trigger방식은 외부에서 신호가 주어지므로 얼마든지 사용자가 바 꿀 수 있습니다. 자. 노이즈 (Noise) 신호를 측정하다 보면 대부분 원하지 않은 노이즈 때문에 문제가 발생하게 됩니다. 일반적으로 신호를 전압방식으로 받으면 노이즈에 영향이 적겠지만, 전류형태로 받을 경우는 반드시 노이즈 의 영향을 받게 됩니다. 대부분의 노이즈는 적합한 접지나 신호선의 차폐(Shield)로 해결이 가능 합니다. 그러나 만약 이와 같은 방식을 사용해도 노이즈가 제거 안되면 필터링(Filtering)을 수행 하여야 합니다. 시판되는 노이즈 필터를 전원부에 사용하여 전원의 노이즈를 제거하고, 특별하게 제작된 고대역 통과 필터(high-pass filter)나 저대역 통과(low-pass filter)를 사용하여 원치않는

110 주파수를 제거하는 하드웨어적인 방법이 있고, 소프트웨어에서 평균값을 취하거나, 분포를 이용 한 처리, 또는 축적하여 평균을 내는 방식등을 이용한 소프트웨어적인 알고리즘을 이용한 필터링 을 이용해야 합니다. 그러나 소프트웨어적인 필터링은 프로그램에 많은 무리가 따라 처리속도가 저하 되므로 외부에서 근본적으로 노이즈를 제거하는 노력이 필요합니다. 차. RTSI(Real-Time System Integration bus) NI의 timing 버스로서 DAQ, Motion, Vision 등과 같은 장치를 연결하며 이들 장치와 동기화 할 때 사용합니다. 타. TTL(Trangister-Trangister logic) High/Low level의 두 가지 이산 레벨을 가지고 있는 이 신호는 표 II.1.1과 같이 구분 할 수 있 습니다. 표 II.1.1 TTL Signal 구분 Name Logic High(로직 하이) Indeterminate (지정되지 않음) Range +2.0V V +0.8V V Logie Low(로직 로우) 0V +0.8V 파. 주기 점유율 (Duty Cycle) Pulse의 특징으로써 아래의 방정식을 사용하여 high time 과 low time이 같지 않는 Pulse의 Duty Cycle(주기점유율)을 계산합니다. Duty Cycle(주기 점유율) = High Time/Pulse Period 주기점유율은 0과 1사이이며 보통 %로 표시됩니다

111 그림 II.1.6 Duty Cycle 하. 디지털 용어 - 비트(Bit) : 디지털 작동에 사용되는 데이터의 최소단위, 1혹은 0이 있습니다. - 라인(Line) : 디지털 포트의 개별신호를 말합니다. - 비트 : 전송된 실제 데이터 / 라인 : 비트(데이터)가 전송되는 하드웨어 Line(라인)과 Bit(비트)는 바꿔 쓸 수 있습니다. - 포트 (Port) : 디지털 라인의 집합 - 포트너비(Port Width) : Port의 Line의 개수 - 마스크(Mask) : Digital Line을 무시하는 것을 말합니다

112 4) Measurement & Automation Explorer (MAX) 가. Measurement layout DAQ 작업을 시작하면 먼저 LabVIEW는 NI-DAQmx (이것은 사용할 수 있는 모든 장치의 드라 이브를 확인합니다.)을 사용하며, 그 다음으로 I/O 작업을 초기화하기 위하여 하드웨어에 신호를 보냅니다. DAQ 장치들은 보드내장 버퍼(on-borad buffer, FIFO)와 데이터를 획득하여 저장할 중 간단계로서 램 버퍼(Ram Buffer)를 사용합니다. 그림 II.1.7 Relationship between an analog physical signal and LabVIEW 나. MAX의 환경 Measurement & Automation Explorer(MAX)을 사용하여 National Instruments 하드웨어와 소 프트웨어를 설정 할 수 있으며, 이때 설정된 데이터를 백업하거나 복제하고 각각의 채널, 태스크, 인터페이스, 스케일, 버추얼 인스트루먼트를 생성하고 편집할 수 있습니다. 또한 사용하는 시스템 진단 및 실행할 수 있으며, 사용자 시스템에 연결된 디바이스와 인스트루먼트 등을 탐지 및 확인 할 수 있습니다. 마지막으로 National Instruments 소프트웨어를 업데이트할 수 있습니다

113 그림 II.1.8 Measurement & Automation Explorer (MAX) 이러한 MAX는 드라이버와 함께 설치된 설정 도구 및 레지스트리, 장치관리자 등을 사용 할 수 있습니다. 내 시스템(My System)의 하위 디렉토리가 존재하며, 이들 하위 디렉토리는 채널 및 태스크 관리, 디바이스 및 인터페이스, 스케일, 소프트웨어, 그리고 IVI Driver로 구성됩니다. 채널 및 태스크 관리(Channel & Task management) : 사용자 시스템에 설정된 물리적 채널로 연결되며 실제CAN 메시지, NI-DAQ 버추얼 채널 및 태스크, FieldPoint 아이템이 포함될 수 있 습니다. 그림 II.1.9 Can Channels in Channel & Task Management

114 디바이스와 인터페이스(Device & Interface) : CAN, DAQ, FieldPoint 시리얼 컨트롤러, GPIB, IVI, 모션, 시리얼, VISA, 비전, VXI 하드웨어가 설치 후 감지되면 여기에 나타납니다. 그림 II.1.10 Device and Interface 자주 사용되는 것으로 드라이브 종류에 따라서 2가지 형태로 나뉘어 집니다.. - NI-DAQmx : LabVIEW 버전 7.1이상에서 새로이 만들어진 드라이버 - Traditional NI-DAQ (Legacy) : 버전 7.1이하에서 사용하던 드라이버 스케일(scale) : 수집한 데이터에서 간단한 연산을 통하여 설정한 스케일 수정 및 변경할 수 있습 니다. 특히 스케일은 Transducer들이 대부분 선형이 아니기 때문에 이를 보정 및 물리적 스케일 을 부여하기 위하여 이용되며, 드라이버의 종류에 따라 2가지로 분류 됩니다. - 선형 (Linear) : 1차 선형식인 y=ax+b를사용합니다. - 맵범위 (Map ranges) : 계측범위 내에서 Scale value의 범위에 비례하여 스케일 합니다. - 다항식 (Polynomial) : 고차 다항식을 사용합니다.(최고차수는 29차입니다.) y= an*xn+a(n-1)*x(n-1)+ +a2*x2+a1x1+a0 - 테이블 (Table) : Rawvalue와 해당하는 Scale value를 테이블형태로 입력합니다

115 그림 II.1.11 Scale 소프트웨어(Software) 설치된 National Instruments 소프트웨어를 확인 할 수 있으며 시작 및 업 데이트를 할 수 있습니다. 그림 II.1.12 Software

116 IVI Drivers : 계측장비를 몇가지 부류로 나누고, 같은 부류의 장비들은 제조회사나 모델에 상관 없이 같은 VI를 사용할 수 있게 만든 것 입니다. 특히IVI는 Teststand를이용하여 Test공정을 구 성할 때 꼭 필요하며, IVI 장치 드라이버 다운은 Instrument Driver network를사용하면 필요한 드라이버들을 받을 수가 있습니다. 그림 II.1.13 IVI drivers using ni.com 그림 II.1.14 IVI drivers 5) Physical Channel, Virtual Channel and Task 가) 버추얼 채널(Virtual Channel) : 물리적 채널 (Physical Channel) +정보들(스케일, 리미트) 버추얼 채널(Virtual Channel)이란 실제 카드상에 있는 채널을 가상명칭으로 사용 하는 것을 말 합니다. 주된 기능은 지정된 물리적 채널에 Scaling(스케일링) 및 입력제한(Limit input)와 같은 설정정보를 Mapping(맵핑)하도록 합니다. 따라서 그 외형 및 기능도 물리적 채널과 유사하며 하

117 드웨어가 존재하여야 사용할 수 있습니다. 가상(Virtual Channel)로는 출력부분은 프로그램에서 신호의 제어가 가능하지만 입력단자의 경우 가상 동작에 있어서 디폴트신호가 가상으로 동작하 기 때문에 입력단자와 출력단자를 함께 사용할 수가 없습니다. 물리적 채널(Physical Channel) : 하드웨어에 부여된 실제 장치의 명칭으로 설정합니다. 나) Task (태스크) : Channel들의 집합 하나 이상의 서로 다른 channel, timing, triggering과 같은속성들(properties)로 이루어진 집합을 말합니다. 채널을 묶은 것을 일단 태스크로 볼 수 있습니다. 모든 채널들은 동일한 I/O 형식으로 이루어져야 하지만 서로 다른 측정형식들은 가질 수가 있습니다. Task 단위로 동기화를 할 필요 가 있는 작업일 때 유용합니다, 즉 여러 개의 Virtual Channel에서 서로 다른 timing(타이밍)과 triggering(트리거링)을 쓸 경우, 각각 Global 채널로 읽어서 각각에 timing(타이밍)과 triggering (트리거링)을 주면 됩니다. LabVIEW에서 직접 프로그래밍할 경우에는 Virtual Channel이나 Task등의 기능은 거의 같습 니다. 그리고 DAQmx를 사용한다면 세세한 사항은 DAQmx Property들을 사용하여 설정할 수 있습니다. 다음은 MAX에서 본 교재에서 사용하는 NI CompactDAQ가 설치되는 과정을 보이고 있습니다. stage 1 : USB케이블을 연결하면 새 하드웨어 검색 마법사가 시작되며 이때, 동으로설치를 선택하시고 다음(Next)을 누릅니다. 소프트웨어 자 stage 2 : 새 하드웨어 검색 마법사에서 드라이브를 설치 합니다.. stage 3 : MAX(Measurement & Automation Explorer)를 실행하고 NI-DAQmx 디바이스를 선택합니다. stage 4 : NI CompactDAQ를 선택하고 오른쪽 마우스를 클릭합니다. 또는 동일하게 상위의 메 뉴를 선택하여도 됩니다. stage 5 :셀프 테스트(Self test)를 선택하면 장치의 이상 유무를 판단 할 수 있습니다

118 하드웨어가 연결이 실제 안 되어 있을 경우에는 가상 디바이스 (Virual Device)개념을 이용하여 프로그래밍이 가능합니다. 즉 실제 가지고 있지는 않지만, 프로그램에서 실제 하드웨어를 쓰는 것과 같은 형태로 실습할 수 있도록 MAX에서 지원을 하고 있는 것입니다. 다음 내용은 가상 디 바이스를 설정하는 과정을 보이고 있습니다. 새 장치를 등록하기 위해 'Device and Interfaces' 메뉴를 오른쪽 버튼으로 클릭 합니다. 새 장치를 등록하기 위해서는 Create New 를 선택해줍니다

119 여러 가지 등록할 수 있는 장치들이 나오 는데 이 중에서 NI-DAQmx Simulated Device 버튼을 클릭합니다. 노란색 기판 모양의 아이콘으로 되어 있습니다. 선택하면 NI의 여러 가지 DAQ 하드웨어 중 어떠한 장비를 시뮬레이션 할 것인지 물어보게 됩니다. 여기에서 'M Series DAQ' 의 'NI PCI-6251' 장치를 시뮬레이 션하도록 등록해 보겠습니다. 장치를 선택 후 OK를 누르면 잠시 시간이 흐른 후 이 장치의 가상 드라이버 설치가 완료됩니다. 이제 여러분은 LabVIEW 상에서 몇 가지 제한된 부분을 제외한 대부분의 하드웨어를 이용한 실 습을 실제와 거의 동일하게 해 볼 수 있습니다

120 등록이 완료되면 Devices and Interfaces 그룹 안에 새로이 NI-DAQmx Devices 폴더가 생기고, 그 안에 NI PCI-6251 이 라고 하는 가상 장치가 'Dev 1' 로 등록 된 것을 볼 수 있습니다. 이로서 가상의 장치 드라이버 설치가 완료되었습니다. 설치된 Simulation 장치에 터미널 블록을 추가하기 위해 Properties 버튼을 클릭합 니다. 이제 이 장치에 액세서리를 추가해 보도록 하겠습니다. Device Properties 윈도우에서 액세서리 부분으로 들어가서 보면 현재 아무 액세서리도 추가되지 않은 것을 볼 수 있습니다

121 여러 가지 액세서리 중 여기에서는 BNC-2120 이라고 하는 터미널 블록을 설 치해 보았습니다

122 이제 가상의 DAQ 장치와 터미널의 설치 가 완료되었습니다. 테스트 패널로 들어가 장치에서 들어오는 신호를 한 번 보도록 하겠습니다. Test Panel 을 열면 그림과 같은 창이 뜹 니다. 여기에서 실제 하드웨어의 입출력 실험과 거의 유사한 형태로 장치 테스트 를 해볼 수 있습니다. 우선 Analog Input 을 살펴보도록 하겠습니다. 탭이 Analog Input 인 상태에서 아래의 Start 버튼을 클릭하면 아나로그 형태의 데이터가 입력 되는 것을 볼 수 있습니다. 물론 이 데이 터는 가상의 장치로부터 생성되는 데이터 입니다

123 Digital IO 역시 실험이 가능합니 다. Digital 은 포트를 입력 또는 출력으로 선택적으로 쓸 수 있도 록 되어 있습니다. 펄스를 만들어 내거나 빠른 펄스 의 입력이 필요할 때 쓸 수 있는 카운터 I/O 역시 테스트해 볼 수 있다

124 2. SensDAQ를 이용한 DAQ 실습 1) 개요 차량 센서 DAQ 시스템인 SensDAQ은 위치, 속도, 가속도, 힘, 변형, 온도 등의 물리량을 전기 량으로 변화 시켜 측정 및 데이터를 수집합니다. 가. 제품 특징 (1) 하나의 시스템으로 여러 타입의 센서를 측정/데이터를 수집 할 수 있습니다. -. Analog, Digital, Communication, Quadrature Signal (2) 센서 별 개별적인 전원 관리가 가능합니다. (3) 접속 및 분리가 쉬운 컨넥터로 구성되어 있습니다. -. 전원전압 : AC220V, 5A -. 센서 개별 전원 관리 -. 센서연결 Terminal Block -. 센서, 전원, 계측 장비에 직접 연결 할 수 있는 악세서리 제공 -. DAQ는 BNC 또는 원형 컨넥터 사용 -. 센서 원형 컨넥터 사용 나. 제품 사양 1) System Power Supply: AC220, 5A -. 센서 전원 DC 3.3V, DC 5V, DC 12V 공급 -. 독립적인 센서 전원 관리 2) Sensors 구성 -. Distance Sensor -. Slope (Tilt) Sensor -. Gyro Sensor

125 -. Photo Sensor -. Temperature (Thermocouple) Sensor -. Encoder -. Strain Gauge -. Load cell -. Ultrasonic -. Accelerometer * 아날로그 타입 -. Distance Sensor -. Slope (Tilt) Sensor -. Gyro Sensor -. Temperature (Thermocouple) Sensor -. Strain Gauge -. Load cell * 디지털 타입 -. Photo Sensor -. Encoder -. Ultrasonic * 통신 타입 (RS232 Communication) -. Accelerometer

126 다. 제품 구성품 (보관 박스 내부) 그림 II.2.1은 SensDAQ 내부 구성품을 보이고 있습니다. 그림 II.2.1 제품 구성 품 1) SensDAQ: BASE PANEL: 수량: 1 2) Sensor: 10종, 수량: 각 1개 à 부품주요 부품 사양서 참고하시면 센서의 종류를 알 수 있습니다. 3) Cable: -. 4C, 원형-몰넥스 컨넥터 센서 케이블, 수량: 1 - Slope(Tilt), Gyro, Temperature(Thermocouple) 센서 연결에 사용됩니다. -. 6C, 원형-몰넥스 컨넥터 센서 케이블, 수량: 1 à Ultrasonic, Accelerometer 센서 연결에 사용됩니다

127 -. 4C, 원형-원형 컨넥터 엔코더 센서 케이블, 수량: 1 - Encoder 연결에 사용됩니다. -. 3C, 원형-핀 컨넥터 DAQ 연결 케이블, 수량: 1 - Encoder DAQ 연결에 사용됩니다. -. 6C, 원형-핀 컨넥터 DAQ 연결 케이블, 수량: 1 - Strain Gauge, Load Cell, Ultrasonic DAQ 연결에 사용됩니다. -. BNC DAQ 연결 케이블, 수량: 2 - Distance, Slope, Gyro, Photo, Temperature (Thermocouple) DAQ 연결에 사용됩니다. -. 3C 원형- Dsub 9핀 Serial 연결 케이블, 수량: 1 à Accelerometer DAQ 연결에 사용됩니다. -. USB to Serial 변환 케이블, 수량: 1 à PC에 Serial Port가 없을 경우 Accelerometer DAQ 연결에 사용됩니다. 4) AC 220V 전원 케이블: 수량: 1 5) 자 드라이버(Screw Terminal 연결 및 분리용), 수량:

128 라. 제품 외관 및 외부구성품 그림 II.2.2 는 SensDAQ의 외형을 보이고 있으며 아래에 외부 구성품의 명칭 및 역할을 기술하 였습니다. 그림 II.2.2 SensDAQ 외형 a) 센서 연결 부 -. 센서에 전원을 공급하고 입, 출력 신호를 연결합니다. -. 4pin, 6pin의 원형 컨넥터로 구성 되어 있습니다. b) DAQ 연결 부 -. 계측기와 연결되는 부분입니다. -, BNC, 4pin, 6pin 원형 컨넥터로 구성되어 있습니다. c) 센서 전원 부 -. 센서 별 전원을 ON/OFF 합니다. d) 전원 공급 부 -. AC220V On/Off Switch

129 마. SensDAQ 내부 구성도 SensDAQ내부에는 각각의 센서에 맞는 전원(DC3.3V, DC5V, DC12V)을 공급하고 센서의 입,출 력 신호를 DAQ에서 측정이 가능하도록맞는 하여 주는 Signal Conditioner(Analog, Digital갬각 의 센서에 맞Communication갩각의독립적으로 구성되어 있습니다. 각각의 Signal Conditioner는 별도의 스 위치로 전원 관리각의됩니다. 그림 II.2.3 시스템 블록도 바. 사용방법 시스템과 센서 보호를 위해서는 센서의 접속 및 분리 절차를 반드시 지켜 주셔야 합니다. 1) 설치 하기 센서 계측을 위해 구성되어야 할 아이템들은 [그림 7.2]와 같습니다. 이중 하나의 아이템이 없 어도 센서 계측을 할 수 없습니다. 그림 II.2.4 센서 계측을 위한 요구되는 시스템 연결도 2) 커넥터 블록: -. 데이터 수집 디바이스에 직접 신호 연결 기능이 없으므로, 센서/신호와 데이터 디바이스간 인터페이스 역할의 커넥터 블록이 필요합니다. 커넥터 블록이 있으면 측정 하드웨어의 입출력으 로 편리하게 접근 할 수 있습니다

130 3) 케이블 -. 데이터 수집 디바이스 및 커넥터 블록 간의 신호를 전송하기 위해 케이블이 필요합니다. 4) PCI DATA ACQUISITION BOARD 5) 소프트웨어 -. 측정 내용을 수집, 분석, 표현 및 저장하기 위해 소프트웨어가 필요합니다. LabVIEW 뿐만 아니라 다양한 프로그래밍 언와와 호환합니다. LabVIEW는 모든 NI하드웨어와 편리한 통합을 제공하며, 하드웨어 투자를 극대화하기 위해 권장됩니다. * [설치 전 주의사항 ] 시스템의 AC220V Power Switch가 OFF임을 확인하고 뒷면에 전원 케이블을 연결합니다. 만약 켜져 있을 경우에 전원 케이블을 연결하여 전원이 투입되면 전압 서지가 발생하여 연결된 센서 의 고장 원인이 되기도 합니다. 그림 II.2.5 시스템 설치 예 (PC 내부의 NI PCI 6221 SensDAQ ) 1) SensDAQ -. 측정하고자 하는 센서를 SENSOR Connector에 연결 합니다. -. DAQ Connector와 SCC-68의 해당되는 Screw Terminal에 케이블을 연결합니다 -. AC220 Power Switch가 OFF 상태를 확인하고 전원 케이블을 연결합니다. 2) SCC PC의 후면 PCI 6221의 컨넥터와 연결합니다

131 -. 해당 Screw Terminal에 연결된 DAQ 케이블을 확인 합니다. 3) PC -. PC에 PCI 6221이 설치 되어 있는지 확인하고, 설치가 되어 있으면 SCC-68과 I/O Cable을 연결한 후 전원을 연결합니다. * [ 신호 케이블, 전원 연결 및 제거 시 주의사항 ] 제어 신호 및 센서 케이블의 모든 연결을 확인한 다음 전원 케이블을 연결 합니다. 모든 연결이 확인된 후 SensDAQ, PC순으로 전원을 인가합니다. 설치 제거 시는 역순으로 진행하시면 됩니 다. 표 II.2.2 No Sensor SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color SCC-68 Description 1 Distance BNC SCC-68 RED AI BLACK AI GND Analog 2 Slope BNC SCC-68 RED AI BLACK AI GND Analog 3 Gyro BNC SCC-68 RED AI Analog BLACK AI GND 4 Photo BNC SCC-68 RED P BLACK D GND Digital 5 Temperature BNC SCC-68 RED AI BLACK AI GND Analog 6 Encoder 4P Circular SCC68 RED CTR A A,B WHITE CTR B phase BLACK D GND GREEN AI(X)+ SCC 7 Strain gauge 6P Circular SCC68 GREEN R(X) -SG02 RED VEX+ Quarter BLACK Reserved Bridge BLUE ACH(X)+ SCC 8 Load Cell 6P Circular SCC68 WHITE AXH(X)- -SG24 RED VEX+ Full GREEN VEX- Bridge 9 Ultrasonic 6P Circular SCC68 RED CTR OUT Counter GREEN AI Analog BLACK AI GND 10 Accelerometer 4P Circular Serial port - RS232 Serial

132 2) 프로그래밍 실습 가. Distance Sensor (적외선 거리센서) a) 센서 설명 가시광선에 이어지는 파장범위가 0.75um에서 1mm 정도인 전자기파를 적외선이라고 하며, 빛의 스펙트럼에서 적색 부분의 바깥쪽에 해당하므로 이러한 이름이 붙여졌다. 1800년에 영국의 천문 학자 월리엄허설 (William Herrochel)이 태양 스펙트럼의 적색 부분보다 긴 파장을 갖는 쪽에 열 효과가 큰 부분이 있음을 최초로 발견했다. 파장이 수 um 이하이면 근적외선이라 하고, 파장 25um를 원 적외선, 그 사이를 중간적외선이라고 분류한다. 적외선은 열을 가지고 있기 때문에 일명 열선이라고 불리기도하며, 그 열작용이 적외선의 특징이기도 하다. 물질이 근적외선을 흡수 하면 물질내의 운동이 들뜨게 되어 온도가 상승하게 된다. 적외선 센서는 일정한 주파수의 빛을 발산하는 발광부와 발광부에서 발산하는 빛을 받아 들이 는 수광부로 이루어져 있다. 발광부에서 발생된 적외선은 물체에 부딪혀 반사되고, 수광부에서는 이 반사된빛을 감지하여 물체의 유,무 또는 물체의 거리 등을 알 수있다. 적외선 센서는 발광부 와 수광부로 나누어진다. 발광부에서 나온 적외선이 물체에 반사되어 수광부에 얼마나 많은 양이 들어오느냐에 따라서 수광부에 들어오는 전압의 양이 변화하게 된다. (예를 들어 발광부에서 흰 색과 검정색에 적외선을 보냈을 경우 수광부에서는 반사량이 큰 흰색의 경우에 수광부에 전압이 높아지게 된다.) 적외선 센서를 이용하는 방법은 크게 두가지로 나뉠 수 있다. - 비교기를 사용하여 수광부에 들어오는 빛에 따른 출력 전압이 기준전압보다 높은 것은 HIGH로 낮은 것은 LOW로 사용하는 방법이다. 이 방법은 흰색과 검은색 검출에 유용하기 때문 에 라인트레이서 제작에 많이 이용된다. - 수광부에 들어오는 빛에 따른 출력 전압을 마이크로컨트롤러 ADC를 톨해서 아날로그 값을 디지털 값으로 변환 시키는 방법이다. 앞의 비교기와는 틀리게 적외선이 반사되는 양이 세분화 되기 때문에 그 값을 가지고 거리 탐지로 이용된다. -. Detecting Distance: 10 ~ 80[cm] -. Judgment Distance: 24[cm] -. Power Supply: DC 5[V] -. Operating Temperature: -10[C] ~+60[C] -. Output Terminal Voltage: -0.3[V] ~ +3[V]

133 b) 센서 특성 및 연결방법 본 실험에 사용될 적외선 타입의 거리센서는 그림 II.2.6과 같이 비선형 특성을 갖습니다. 측정 가능한 거리는 4cm~40cm의 근거리 임을 확인 할 수 있습니다. 적외선 센서와 계측장비와의 연 결은 표 II.2.1과 같습니다. 그림 II.2.6 Distance Sensor Output Characteristics 표 II.2.1 Distance Sensor DAQ 연결 Cable Table Sensor SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color SCC-68 Description Distance BNC SCC-68 RED AI Analog BLACK AI GND

134 c) 프로그램 작성 그림 II.2.7 과 8은 Distance Sensor를 이용하여 거리를 측정할 수 있도록 개발된 프로그램의 프 론트 패널과 블록 다이어그램을 보이고 있습니다. 그림 II.2.7 Distance Sensor 예제 - 프론트패널 그림 II.2.8 Distance Sensor Block Diagram -. 그림 II.2.6을 이용하여 센서 출력의 특성 그래프 값을 테이블로 입력 합니다. -. 아날로그 입력 채널을 설정합니다. -. Interpolation함수를 사용하여 특성 값 사이의 값을 계산합니다. -. 특성 그래프 값을 Front Panel에서 입력 받습니다. -. 특성 그래프 값을 표시합니다

135 나. Slope (Tilt) Sensor (기울기 센서) a) 센서 개요 본 예제에서 적용된 기울기 센서는 직접회로가 내장된 전자식 액체충전 방식으로 설계되었으며 Servo 타입이나 가속도타입의 기울기 센서와 달리 각도 값에 대한 출력 값(mV)이 Sin커브를 그 리지 않고 1차 식으로 나타나 매우 편리하게 사용할 수 있습니다. b) 센서 특성 및 연결방법 -. Sensitivity: approx. 30mV -. Zero offset :2.5V -. Temperature Drift of Sensitivity: 1% -. Temperature Drift of Zero: +/ [mv/c] 표 II.2.2 Slope (Tilt) Sensor DAQ 연결 Cable Table Sensor SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color SCC-68 Description Slope (Tilt) BNC SCC-68 RED AI Analog BLACK AI GND c) 프로그램 작성 기울기 센서의 경우 적외선 거리센서와 동일한 아날로그 신호를 출력해 줍니다. 그림 II.2.9는 기 울기센서의 예제 프로그램의 블록 다이어그램을 보이고 있습니다. 기울기센서의 경우 초당 10개 의 데이터를 계측한 후 과거의 3개의 측정값과 함께 평균값 형태로 노이즈를 제거하는 방법을 사용하고 있습니다. 과거의 값 활용을 위해서는 Shift Register를 이용하면 됩니다. 그림 II.2.10은 프론트패널로 최대 +/-60deg를 표현할 수 있는 본 기울기 센서의 측정 각도를 표시 할 수 있도 록 하였습니다

136 그림 II.2.9 Slop (Tilt) Sensor Block Diagram -. Shift Register를 추가하여 평균값을 구합니다. -. Zero Setting과 전압값을 기울기로 환산하기 위한 Sensitivity값을 컨트롤로 입력 받습니다. -. While Loop time은 100[ms]입니다. -. 아날로그 입력 채널을 설정합니다. 그림 II.2.10 Slop (Tilt) Sensor Front Panel -. 0[deg] 설정을 위한 offset값을 입력 받습니다. -. 전압값을 기울기 각도로 변환하기 위한 gain값을 설정합니다

137 다. Gyro Sensor a) 센서 원리 자이로 센서를 가장 쉽게 표현하면 각속도를 측정해 주는 센서라 할 수 있습니다. 자이로 센서 는 다양한 원리에 의해서 계측될 수 있으며 그에 따라 센서 타입도 다양합니다. 동작원리에 따라 Mechanical Gyro, Optical Gyro, Vibrating Gyro 로 나눌 수 있고, 그 종류에는 각각 아래와 같 은 타입들이 있습니다. - Mechanical gyro : Rate gyro, Rate integrating gyro, DTG(Dynamically Tuned Gyro), - Optical gyro : RLG(Ring Laser Gyro), FOG(Fiber Obtic Gyro), MOG(Micro Optic Gyro), - Vibrating gyro : Tuning fork gyro, Vibrating gyro, MEMS gyro 자이로 센서의 동작원리는 크게, 코리올리 효과(Coriolis effect), 새그낵 효과(Sagnac effect) 등 이 있습니다. 상기 정리된 여러 자이로 들은 MEMS형을 제외하고 모두 고가의 비싼 소자를 사 용합니다. 본 예제에 사용되는 자이로는 MEMS형이 되겠습니다. b) 센서 정보 및 연결방법 -. Output: 1.35 [V] (at Angular Velocity = 0) -. Scale Factor: [mv/deg/sec] -. Linearity: +/-5%, %FS -. Response: 50 [Hz] 표 II.2.3 Gyro Sensor DAQ 연결 Cable Table Sensor SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color SCC-68 Description Gyro BNC SCC-68 RED AI Analog BLACK AI GND

138 c) 프로그램 작성 앞 절에서 언급한 센서 정보를 활용하여 다음과 같이 프로그램을 작성합니다. 이 예제에서는 DAQ장비의 Time Clock을 이용하여 Sampling Rate를 조절할 수 있도록 프로그램 해보도록 합 니다. 데이터는 초당 1000 회의 속도로 측정하되 메모리로 올라오는 매번의 100개의 데이터의 평 균을 취득하여 출력해보도록 합니다. 그림 II.2.11 Gyro Sensor - Block Diagram -. 평균을 구하는 함수를 이용하여 Gyro 신호의 평균값을 계산합니다. -. Zero Setting과 전압값을 각속도로 환산하기 위한 Senstivity값을 상수로 입력 받습니다. -. 아날로그 입력 채널을 설정합니다. 그림 II.2.12 Gyro Sensor - Front Panel

139 라. Photo Sensor a) 센서 원리 검출용 센서에는 응용하는 매체에 따라 여러 가지로 분류되는데, 특히 광을 매체로서 응용하는 것을 포토센서(광전센서)라고 부른다. 포토센서는 무 접촉식 검출 방식으로서 물체의 유,무, 통과 여부 뿐만 아니라 물체의 대소, 색상, 명암, 물체의 거리 측정을 하는 센서를 광전자 센서(Photo electric sensor)라 통칭한다. ON/OFF의 두 가지 형태만을 출력하는 광센서를 광전자 근접센서 (Photoelectric Presence sensor)라 부른다. 본 예제 프로그래밍에서 사용되는 포토센서도 동일한 종류의 센서이다. 그림 II.2.13 투과형 광 근접센서의 구성 요소 및 동작 원리 그림 II.2.13에서 센서 방사체는 빛을 방출하고, 수신기인 광 트랜지스터는 수신된 광에 따라서 출력의 상태를 ON/OFF로 전환하며, ON과 OFF를 구분하는 기준은 센서의 전자회로에 내장된 연산증폭기에 의하여 가변 할 수 있다. 광센서는 방광되는 빛이 변조되어 있으므로 주변의 다른 빛에 강인한 특성이 있다. LED는 높은 주파수로 변조된 빛을 방출하도록 조절된다. [그림6.29]에 는 빛의 주파수 스펙트럼을 나타내었다. 광 트랜지스터는 마치 라디오 채널을 튜닝하는 것과 같 이 미리 정의된 빛의 주파수에만 반응하고 다른 주파수 성분은 무시하도록 제어된다. 그림 II.1.14 빛의 주파수 스펙트럼

140 결과적으로 센서의 출력은 주변의 조명 상황에 강인한 특성을 가지게 된다. 수신기가 에미터 반 대편에 위치하면 투과형 광센서(Through light sensor) 또는 투과형 광전자 센서(Through beam photoelectric sensor)로 불리고, 에미터와 수신기가 동일한 센서 헤드에 장착되고 반사되어 수신 되는 빛에 의하여 출력이 ON/OFF로 변경되면 반사형 광센서(Reflective light sensor) 또는 반사 형 광전자 센서(Reflective beam photoelectric sensor)로 불린다. 빛을 이용한 아날로그 거리센서는 반사형 근접 센서의 변형된 형태이다. 수신기의 출력은 ON/OFF 상태만을 출력하지 않고 반사광의 강도에 비례하여 강도에 비례하는 전압을 출력한다. 아날로그 거리 센서의 변환과정은 다음과 같다. 에미터는 광신호를 출력한다. 출력된 광신호는 물체 등에 반사되어 되돌아오며, 반사광의 강도에 비례하므로 결국 물체까지의 거리에 비례한다. 센서의 출력전압은 수신된 반사광의 강도에 비례하므로 결국 물체까지의 거리를 반영한다. 광센서는 가장 높은 측정 범위 대비 해상도 비를 갖는다. 동작 주파수 범위는 수 khz로 매우 높으며, 측정 거리에 무관하게 일정하다. 물리적 크기가 작아서 장착이 매우 간편하다. [물체 검출 방식] a. 투과형 ( 송,수신 분리형 ) 투광기와 수광기를 동일 광축선상에 서로 마주보게 설치해 두고, 그 사이를 통하하는 검출 물 체에 의해 광량의 변화가 발생하는 것을 검출하여 출력하는 포토센서를 말합니다. 그림 II.1.15 투과형 포토 센서 b. 미러 반사형 (송,수신 일체형) b-1. 일반형 미러 반사형 투광기와 수광기가 일체로 된 포토센서와 반사율이 높은 미러를 사용하며, 투광부에서 발광된 광이 미러반사경에서 반사 되는 광량과 검출물체에서 반사되는 광량의 차이를 검출하여 출력하 는 포토센서입니다. 반사율이 높은 물체에는 사용상에 제한이 따르나 설치 방법에 다라 사용이 가능합니다

141 그림 II.1.16 미러 반사형 포토 센서 b-2. 편광필터 내장 미러 반사형 미러 반사형과 같은 형식으로 투,수광기에 부착된 편광 필터와 미러 반사경이 광을 90도 편광 시키는 특성을 이용하여 수광소자가 미러 반사경에서 반사된 광만을 받아들이도록 한 센서로 금 속이나 거울과 같은 반사가 잘되는 경면체 및 투명한 비닐도 검출 할 수 있습니다. 그림 II.1.17 편광 내장 미러 반사형 c. 직접 반사형 (송,수신 일체형) 투,수광부가 일체로 되어 있으며, 투광부로부터 발광된 광이 검출물체에 반사되어 수광부로 입 광되면 광의 양을 판별하여 출력하는 포토 센서입니다

142 c-1 확산 반사형 광원이 렌지를 통과한 후 넓게 확산되어 검출 각도가 넓어지지만 상대적으로 검출거리는 짧아 집니다. 넓은 면적을 검출 할 필요가 있는 곳에 사용됩니다. 그림 II.1.18 확산 방사형 c-2. 협시계 반사형 광원이 렌즈를 통과한 후 확산되는 폭이 확산형보다 좁아 설치 공각이 매우 협소하거나 작은 물체들을 검출하고자 할 때 적당합니다. 그림 II.1.19협시계 반사형 c-3. 한정거리 반사형 투,수광부에 각도를 주어 광축이 교차되는 한정된 거리영역에서만 검출하도록 되어 있습니다. 한정거리만 검출하므로 주위 배경에 영향을 전혀 받지 않으며, 단차 판별에 매우 적당합니다. 그림 II.1.20 한정 거리 반사형

143 b) 센서정보 및 연결방법 -. NPN/PNP Open Collector 동시 출력 -. 응답속도: <1 [ms] 표 II.2.13 Photo Sensor DAQ 연결 Cable Table Sensor SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color SCC-68 Description Photo BNC SCC-68 RED P Digital BLACK D GND c) 프로그램 작성 포토센서의 경우 다음의 프로그램을 작성하면 손쉽게 센서의 작동 및 검출여부를 확인 할 수 있습니다. 그림 II.1.14와 15는 각각 예제프로그램의 블록다이어그램과 프론트패널을 나타냅니다. 프론트 패널의 경우 속성을 대화창 형태로 정의하면 그림 II.1.15와 같이 그림 II.1.14 포토센서 예제 (블록다이어그램) 그림 II.1.15 포토센서 예제 (프론트패널)

144 마. Temperature (Thermocouple) Sensor a) 센서원리 온도센서는 다음과 같이 3가지로 분류 할 수 있으며 각 종류별로의 특성은 아래에 정리하고 있 습니다. 1. 온도에 따라 물리적 크기가 변화하는 센서 2. 온도에 따라 전기적 저항성분이 변화하는 센서(RTD와 서미스터) 3. 열전자 현상에 의한 센서(열전쌍) (1) 크기 변화에 의한 온도센서 온도는 분자의 운동 상태를 나타내는 척도로서, 대부분의 금속과 액체는 온도에 따라 그 크기가 변화합니다. 특히, 수은의 경우에는 온도에 따라 그 부피가 비례하여 증가하므로 유리 온도계로 널리 활용됩니다. 유리관에 온도를 나타내는 눈금을 통해 표시하게 되며, 통상적인 정밀도는 대 략 +/-0.5[C]에 해당됩니다. 이와 유사하게, 바이메탈 고체 재료도 온도에 따라 크기가 변화하는 데, 바이메탈 소자의 변화를 전압의 변화로 나타내어 온도를 측정할 수 있습니다. 표 II.2.14 RTD 온도 센서 물질과 저항-온도 민감 계수 재료 온도민감계수 알루미늄 구리 금 플라티늄 텅스텐

145 (2) 저항의 변화에 의한 온도 센서 RTD 온도 센서: RTD(Resistance Temperature Detector) 온도센서는 RTD 재료의 저항성분이 온도에 따라 변화하는 특성을 이용하며, 이 저항의 변화는 휘스톤 브리지 회로에 의하여 전압으 로 변환됩니다. RTD재료의 온도와 저항사이의 관계를 온도에와 저항 변화의 민감도로 나타낼 때 다음 수식으로 표현됩니다. R T 온도 T 상에서의 저항값 R 0 온도 0 C 에서의 저항값 RTD는 대략 700도 범위의 저온의 측정에 적합합니다. 백금을 가장 널리 RTD 센서에 활용하 며, 온도에 대한 저항의 변화가 매우 선형적이어서 +/-0.005도의 정밀도로 측정이 가능하다. 또 한, 장시간 활용하여도 측정 오차가 매우 적어서 1년에 0.1도 정도 변화하게 됩니다. 이러한 이유 로 RTD는 빈번한 캘리브레이션을 필요로 하지 않습니다. RTD는 수동소자로서 온도에 대하여 저항성분이 거의 선형적으로 변화하며, 저항을 측정하기 위하여 전류원에 의하여 전원을 공급하 고 전압을 측정해야 합니다. 이를 위한 좋은 방법이 휘스톤 브리지 회로를 이용하는 것입니다. RTD 센서는 다른 온도 센서에 비하여 그 동특성이 느린 편이므로 빠르게 변화하는 온도의 측정 에는 적합하지 않습니다. 서미스터 온도센서 : 서미스터는 IC온도센서와 더불어, 반도체를 이용하는 대표적인 온도센서입니다. 서미스터는 세 라믹반도체를 이용하는 것이고, IC온도센서는 단결정 실리콘 등의 일반적으로 통용되는 재료들 로 만듭니다. 서미스터라는 말은 열(Thermal) + 저항(Resistor)의 합성어입니다. 모든 물질은 온 도에 따라서, 격자산란이 증가하게 되며, 또 동시에 전자의 운동이 활발해 집니다. 어떤 물질들은 온도가 증가하면, 저항이 증가하여, 전도성이 떨어지고, 또 어떤 것들은 저항이 감소하여, 전도성 이 좋아지기도 합니다. (정확히는 저항이 아니라 비저항, Ωcm) 전자는 PTC(Positive Temperture Coefficient), 후자는 NTC(Negative Temperature Coefficient)라고 합니다. 이외에 CTR 타입이

146 있는데, NTC와 유사한 경향은 갖지만 온도변환에 따라 저항 특성이 특수하게 변하는 형태도 있 습니다. 그림 II.2.16 써미스터의 온도 특성 그림 II.2.17 일반적인 써미스터의 형상 열전쌍(열전기쌍, Thermoelectric couple) 열전쌍이란 두 개의 서로 다른 금속을 고리모양으로 붙여놓은 것으로 제베크효과에 의한 열기전 력을 얻기 위한 장치입니다. 두 금속의 온도가 달라지면 전류가 흐르므로 이를 이용하여 온도를 측정할 수 있습니다. 제베크효과에 의한 열기전력을 얻기 위해 2종류의 금속이나 반도체의 양끝 을 연결하여 만든 폐회로인데 2개의 접합점이 같은 온도일 때는 전류가 흐르지 않지만, 온도가 다르면 열전기 현상에 의해 회로에 전류가 흐릅니다. 예를 들면 구리와 콘스탄탄(구리 60%, 니켈 40%인 합금)의 열전기쌍의 경우, 한쪽 접합점을 0, 다른 쪽을 100 로 유지하면 열전류는 100 의 접합점을 통하여 구리 쪽으로 흐르는데, 이때 열 기전력은 4.24mV입니다. 접합점의 온도를 각각 일정하게 유지하면서 회로의 중간을 잘라 제3의 금속을 이어도 양쪽 이음점의 온도를 같게 하면, 열기전력은 변하지 않습니다. 이런 현상을 이용

147 하면 열기전력을 밀리전압계 또는 보다 정확한 전위차계를 사용하여 측정할 수 있습니다. 실험결 과 한 쪽의 접합점을 0 로 유지할 때 다른 쪽의 온도 0 와 열기전력 V 사이에는 (α, β는 열전기쌍을 만드는 금속의 고유한 상수)인 관계가 성립합니다. 이 관계를 이용하면 온도 계로 사용할 수 있습니다. 이렇게 열을 가하면 전기가 발생하는 대표적인 열전기쌍으로 백금, 백 금 로듐이 있는데 이것으로 잴 수 있는 온도는 1450 까지이며, 다른 열전기쌍을 이용하면 섭씨 2000 까지 잴 수 있다고 합니다. 열전온도계는 한쪽 접점을 일정한 온도로 유지시키고 다른 접 점을 재려고 하는 물체에 연결시켜 사용한다. 또 볼로미터(bolometer)로도 사용합니다. b) 센서정보 및 연결방법 본 온도센서는 반도체 타입의 온도센서로서 온도 변화에 따른 저항변화를 전압변화로 변환하여 출력을 내보내줍니다. IC 타입의 온도센서라고 보면 되겠습니다. 다음은 온도센서의 특성입니다. 감온특성: 섭씨온도에 비례한 전압 출력, 10.0[mV/C] 0[C] = 0[mV], 100[C] = 1000[mV], -50[C] = -500[mV] 측온범위: -55[C] ~ +150[C] 동작 전원전압: 4 ~ 30 [VDC] -. Sensor gain: 10 [mv/c] -. Amplified gain: 11 배 -. Accuracy guaranteeable 0.5 [C] (at +25[C] 표 II.2.15 Temperature (Thermocouple) Sensor DAQ 연결 Cable Table Sensor Temperature (Thermocouple) SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color SCC-68 Description RED AI BNC SCC-68 Digital BLACK D GND

148 c) 예제 프로그램 그림 II.2.18 Temperature Sensor Block Diagram -. shift Register를 사용하여 평균을 구하여 온도값을 표시합니다. -. Zero Setting과 전압값을 각속도로 환산하기 위한 Gain값을 컨트롤로 입력 받습니다. -. 아날로그 입력 채널을 설정합니다. 그림 II.2.19 Temperature Sensor Front Panel

149 바. Encoder 엔코더는 기계적 변화량을 전기적인 신호(Pulse)로 변환하여 출력하는 광학식장치입니다. 엔코 더는 그림 II.2.20에서 같이 측정 방향 및 위치 형태에 따라 회전형과 직선형으로 구분됩니다. 회 전형은 회전축을 회전시키면서 구형파 펄스를 출력하고 회전체의 위치 및 속도에 이용됩니다. 직 선형은 직선의 눈금자를 따라 움직이며 주로 직선 왕복 운동의 위치와 속도를 측정하는데 사용 됩니다. (a) Rotary Encoder (b) Linear Encoder 그림 II.2.20 회전형과 선형 엔코더의 외형 선형 엔코더와 회전형 엔코더는 동일한 동작원리를 활용합니다. 그림 II.2.21은 엔코더의 기본 구 성 요소를 보여줍니다. 그림 II.2.22 엔코더의 기본 구조 (5-bit Gray code)

150 (1) Light source: 발광소자 (2) Photo element: 수광소자 (3) Capture Plate: 고정 슬리트 (4) Code-disk: 회전 슬리트 (5) shaft: 회전축 회전형은 패턴이 그려진 디스크가 회전하며 측정되고, 직선형은 눈금이 표시된 눈금자는 고정되 어 있고 발광/수광소자가 부착된 센싱 부분이 움직이는 형태를 하고 있습니다. 그림 II.2.23은 선 형 엔코더와 회전형엔코더의 기본 구조를 보여주고 있습니다. (a) Rotary Encoder (b) Linear Encoder 그림 II.2.23 회전형 엔코더와 선형 엔코더의 구조 엔코더는 인덱스에 따라 절대형[그림 II.2.24]과 증가형[그림 II.2.25]으로 분류합니다. 절대형은 언제나 자신의 현재 위치를 측정 할 수 있으며, 출력신호는 디지털 코드형식으로 절대 위치를 나 타냅니다. 증가형은 위치의 변화량은 측정 할 수 있지만 전원이 꺼졌다 다시 켤 경우 자신의 위 치를 잃어 버리게 됩니다. 증가형 엔코더를 활용하여 절대 위치를 측정할 필요가 있는 경우에는 전원 인가 후 원점동작을 수행하여 기준 위치를 설정하는 과정을 거쳐야 하며, 기준 위치 설정 후에는 디지털 카운터를 이용하여 지속적으로 절대 위치를 저장합니다. 절대형 엔코더의 경우에 는 전체 위치 이동량이 해당 절대형 엔코더의 측정 범위에 포함되는 경우 별도의 카운터 회로는 필요 없습니다

151 그림 II.2.24 증가형 엔코더 패턴 (a) 4-bit Gray code (b) 4-bit Binary code 그림 II.2.25 절대형 엔코더 패턴 - 증가형엔코더 증가형 엔코더는디스크에 검정과 불투명한 패턴이 균일하게 형성됩니다.[그림 II.2.26] 디스크가 회전하면 디스크 패턴에 의해 빛을 통과 시키거나 차단시킵니다. 동작 환경이 열악하여 진동,충 격, 온도에 강인하게 하기 위하여 금속으로 디스크를 제작하는 경우에는 빛의 반사를 조절하게 되며, 반사된 빛을 카운트합니다. 수광소자의 출력은 디스크 패턴이 LED위로 이동함에 따라 On/Off된다. 따라서, 각도의 변화는 수광소자의 출력 상태 변화를 카운트함으로써 측정 할 수 있 습니다

152 그림 II.2.26 증가형 엔코더의 구조 및 기능 블록도 디스크에 1000개의 패턴이 있다면 디스크 1 회전당 수광소자는 1000번의 상태를 변경하게 됩니 다. 수광소자의 펄스폭은 360/1000[deg]의 축 회전에 해당합니다. 하나의 수광소자를 활용하는 경 우 변화량은 알 수 있지만 각도의 변화 방향을 알 수 없습니다. 2개의 수광소자를 디스크 패턴의 +/- 1/2배에 해당하는 거리에 배치하면, 회전방향이 바뀌는 경우 두 수광소자의 위상차는 +90[deg]에서 -90[deg]으로 변경되므로 회전 방향을 감지 할 수 있습니다. 이때 두 수광소자의 신호를 A, B상이라고 한다. 회전 당 1개의 펄스를 생성 할 수 있는 Z상이 존재합니다. Z상은 기 준 위치를 설정하고 절대 위치를 측정 할 수 있습니다. 전원 인가 직후에는 기준 위치에 대한 절대 위치를 측정할 수 없지만, Z채널이 ON될 때까지 엔코더를 회전하고 이때를 기준위치로 설 정하면 절대 위치를 측정 할 수 있습니다

153 그림 II.2.27 증가형 엔코더의 A, B 상 각각의 엔코더 신호는 A,B,Z는 상보적인 신호 /A, /B, /Z를 동반하여 잡음에 강인하게 할 수 있 습니다. 그림은 잡음에 강인한 특성을 위하여 상보적인 신호를 활용하는 방법을 나타냅니다. 그림 II.2.28 증가형 엔코더의 출력 형식

154 - 절대형 엔코더 회전축의 0 지점을 기준으로 360를 일정한 비율로 분할하고, 그 분할된 각도마다 인식 가능한 전 기적인 디지털 코드(BCD code, Binary code, Gray code)를 지정하여, 회전축의 회전위치(각도)에 따라 지정된 디지털 코드로 출력되도록 한 절대 회전 각도 검출용 센서입니다. 따라서 회전축의 회전각도에 대한 출력값은 어떠한 전기적인 요소에 의해서도 변화되지 않으므로 정전에 대한 원 점보상이 필요가 없을 뿐만 아니라 전기적인 노이즈에도 강인한 특징이 있습니다. 그림 II.2.29 절대형 엔코더의 구조 각각의 수광소자는 각도를 디지털 코드로 표현할 때의 1비트에 해당하므로 8개의 수광소자를 활 용하는 경우에는 측정 가능한 최소 각도는 360/256[deg]이며, 12비트 엔코더에서는 360/4096[deg] 의 각도를 측정할 수 있습니다. 절대형 엔코더에서 각각의 각도에 대한 엔코더의 출력은 고유한 코드(Unique code)로 표현됩니다. [엔코더의 성능 지수 항목] 1. 해상도: 1 회전 당 카운트 개수. 증가형엔코더에서는 디스크 또는 선형 눈금자에 표시된 패턴 의 개수이며, 절대형엔코더에서는 N비트 해상도의경우 N 세트의 발광/수광소자 쌍을 사용하여 회전 당 2N카운트 가능합니다. 2. 최대속도: 엔코더의 최대 동작 속도는 전기적 또는 기계적으로 제한된다. 전기적으로는 수광센 서의 응답속도에 의하여 제한되며, 기계적으로는 축에 장착되는 베어링에 의하여 제한됩니다. 3. 엔코더 출력 채널: 증가형 엔코더에서 A, B, Z, /A, /B, /Z 4. 전기적 출력신호:TTL, Open Collector, Differential Output, Differential Line driver 5. 기계적한도: 반지름 또는 축 방향 최대부하, 먼지와 방수처리, 진동과 온도제한 등이 있습니다

155 [체배와 보간법] 증가형 엔코더에서는 A상과 B상의 위상을 감지함으로써 패턴 수의 1,2,4배의 펄스를 카운트 할 수 있습니다. A와 B상의 신호는 90 위상차를 가지므로 패턴 하나에 해당하는 이동에 대하여 각 각의 신호 변화를 조합하여 최대 4개 상태를 카운트 할 수 있습니다. 산업계에서는 4체배 카운트 가 일반적이며, 이에 따라서 디스크의 패턴 총 수의 4배에 해당하는 펄스를 카운트 할 수 있습니 다. 그림 II 체배 카운트 4체배 카운트보다 높은 해상도를 활용하기 위해서는 정현파 출력 형태의 수광소자를 활용해야 합니다. 정현파형 엔코더의 출력 신호는 ON/OFF형태가 아니며 하나의 디스크 패턴 이동에 따라 정현파 1주기가 출력되며, 통상적으로 1.0Vpp크기의 신호 레벨을 갖습니다. 그림 II.2.31 정현파형 엔코더 출력

156 이 신호를 샘플링함으써 엔코더의 해상도를 향상 시킬 수 있는데, 10비트 ADC를 이용한 샘플 링에서는 1024배의 좋은 해상도를 얻을 수 있습니다. 이와 같은 보간법은 특수하게 설계된 회로 를 활용해야 하며, 디스크에 인쇄된 패턴의 반복 정밀도가 궁극적으로는 가장 작은 해상도가 됩 니다. 전자 회로적인 보간법은 정현파 신호를 샘플링하고 예측함으로써 달성되는데, 이와 같은 보간법은 정현파 출력 신호에 잡음이 발생하면 그 정밀도가 매우 떨어지게 됩니다. a) 센서 정보 및 연결방법 -. 분해능: 100 [P/R] -. 출력상: A,B -. 최대 응답 주파수: 10 [khz] -. 최대 허용 회전수: typical 200[rpm], Maximum 600 [rpm] -. 제어출력: Totem Pole 출력 표 II.2.16 Encoder Sensor DAQ 연결 Cable Table Sensor Encoder SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color SCC-68 Description RED CTR A A, B BNC SCC-68 WHITE CTR B Phase BLACK D GND b) 예제 프로그램 엔코더 신호는 센서기본정보에서 설명한 바와 같이 펄스열 형태로 전달됩니다. 펄스열의 경우 디 지털 신호와 같이 On/Off 신호가 반복되는데 측정하는 방법은 디지털 펄스열을 디지털 입력 함 수를 사용하여 계측하는 방법과 카운터 칩을 이용하여 측정하는 방법이 있습니다. 본 예제는 CompactDAQ 의 5번 6번 슬롯에 내장되어 있는 카운터 칩을 이용하여 계측하는 방법을 소개하 고 있습니다. Counter를 이용하는 방법이 엔코더 신호를 계측하기 위한 가장 쉬운 방법입니다

157 그림 II.2.32 Encoder Block Diagram Pulse의 배수 시 마다 Zero Setting 되도록 나머지연산을 합니다. -. Encoder의 A, B상을 입력 받기 위한 Encoder 채널을 설정합니다. 그림 II.2.33 Encoder Front Panel

158 사. Strain Gauge a) 센서정보 어떤 물체의 표면의 변형상태를 측정하기 위한 센서의 대표적인 예가 Strain gage라는 센서입니 다. Strain gage의 변환 원리는 길이의 변화가 저항의 변화로 나타나게 한 점입니다. Strain Gauge를 잘 이해하기 위해서는 우선 Strain (변형률)이라는 단어를 잘 이해하고 있어야 합니다. 아래에 strain과 관련된 용어들에 대한 정의 및 개념을 간략하게 정리하였습니다. i) 변형률 (Strain) -. 정의: 외력에 대한 물질의 변형된 정도 DL e = -. L -. 1 % strain = 0.01 = micro strain -. Strain gage 탄성 한계: 3~5% = ~ ii) Poisson s ratio -. 정의: 외부의 힘(실 하중, 충격, 낙하 등)에 대한 재료의 길이 방향이 늘어나는 변형과 동시에 가로 방향의 수축 현상이 발생됩니다. 이때, 길이 방향에 대한 가로 방향의 비율을 Poisson s ratio라고 합니다. -. Poisson s ratio는 응력 측정에 중요한 Factor로 사용되며 0.28 ~ 3.33의 범위에 있습니다. -. Strain gage를 이용한 측정: 복합재료와 같이 Poisson s ratio의 값을 모르는 경우 Tee rosette gage나 2개의 단축 Strain gage를 사용하여 그 값을 알 수 있습니다

159 (a) strain (b) Poisson s ratio 그림 II.2.34 Strain and Poisson s ratio iii) Young s modulus 17세기 후크(Hooke)가 보통 사용하고 있는 구조 재료에 대해서 응력과 변형률(strain) 사이에는 일정한 비례 관계가 있다는 것을 지적하습니다. 응력과 변형률(strain) 사이의 비례 상수는 물질 의 탄성계수라 불리며 이를 Young s modulus라 합니다. 표현은 "E"를 사용합니다. s = E e 그림 II.2.35 Young s modulus (Stress strain)

160 iv) Gage Factor (G.F) -. 정의: Strain Gage가 가지는 고유한 특성 (Sensitivity) DR / R DR / R G. F = = -. DL / L e -. 저항 R = 저항률( ρ) x 도선의 길이(L)/ 도선의 면적(A) -. 따라서 Gage Factor는 다음과 같이 표현됩니다. G. F Dr / r = 1+ 2v + DL / L -. 위에서 알 수 있듯이 Strain gage의 특성 (F)은 주로 재질과 변형되는 선의 길이 및 Poisson s ratio와 관련이 있습니다. v) 재질(Material) 일반적으로 Strain gage의 재료로 많이 사용되는 재질은 다음과 같습니다. -. constantan alloy (45% Ni, 55% Cu): 대부분의 Strain gage가 여기에 속합니다. -. Full annealed constantan alloy: High elongation에 많이 사용함 -. Isoelastic alloy (36% Ni, 8% Cr, others): 내 피로용으로 많이 사용함 -. Nickel chrome alloy (80% Ni, 20 Cr): 고온용으로 많이 사용함 #. 일반적으로 strain gage 재료로 Gage factor는 2.0정도입니다. 이것은 Strain gage 재료로 사용 되는 금속의 특징 때문입니다. - Strain Gage 센서의 원리 Strain Gauge와 관련된 용어를 학습하였으니 이제 Strain Gauge의 원리를 학습해보도록 합니다. Strain Gage란 특수한 합금을 Foil이나 선을 사용하여 일정한 간격 및 길이로 만들어서 각종 물 체에 측정하고자 하는 부위에 부착하면 변형 정도를 측정하기 위해서 만들어진 센서입니다. 다음 은 스트레인 게이지를 이용해 만들어지고 있는 센서를 나타내고 있습니다

161 -. Load cell : 하중센서, 힘이나 질량의 측정에 사용 -. Pressure : 압력 측정에 사용 -. Accelerometer : 가속도 측정에 사용 -. Displacement Transducer: 변화된 길이 측정에 사용 -. Torque Transducer: 비틀림 힘 측정에 사용 Strain Gage의 변형 값 표시는 전체 Strain Gage의 Grid길이에 발생한 변형값의 평균값으로 표 시됩니다. 따라서 Strain Gage를 선정 할 경우 변형률(Strain)을 측정해야 하는 부위의 범위에 따 라 적당한 Gage Length를 선정하여 사용하여야 합니다. Strain Gage를 표시하는 용어는 아래 그 림의 Strain Gage Geometry를 참조하길 바랍니다. 주로 사용하는 Gage Length는 실제로 Strain 을 측정 할 수 있는 범위를 말합니다. Strain Gage는 그림 II.2.36에서와 같이 변형량을 감지하는 Grid, 형태를 유지시켜주는 Base material, 납땜을 할 수 잇는 Tab, Creep 특성을 보완하는 End loop, 부착부위를 정확히 하는 Align mark가 있으며, 일부 Gage는 Lead wire가 붙어 있거나 Encapsulation되어 있다. 다소 차이는 있느나, 대부분의 strain gage 두께는 35~50micron의 것이 많이 사용된다. 그림 II.2.36 Strain gage의 기본 구조

162 다음은 Strain Gage의 여러 가지 종류를 몇가지 구분방법에 의해 분류해놓은 내용을 정리하고 있습니다. -. Pattern 수량에 따른 분류 Strain gage는 한 개의 backing에 1개 이상의 Pattern을 가질 수 있다. 1개의 Strain gage만을 가지는 Single Pattern 2개 이상의 Strain gage를 가지는 Rosette pattern -. Gage length에 따른 분류 Strain gage의 gage length는 일반적으로 3~8mm가 가장 많이 사용된다. 그러나 특수한 목적을 위하여 짧게는 0.2mm에서 길게는 100mm까지의 크기를 가진다. Gage Length가 짧은 것은 작은 부분의 변형률(Strain) 측정에 사용되며, 긴 것은 균일하지 않은 재료의 변형률(Strain) 측정에 사 용된다. -. 시료의 재질에 따른 분류 Strain gage는 변형률(Strain) 측정 재질에 따라 열팽창 계수가 다르다. 따라서, Strain gage를 선 정 할 경우 S-T-C number를 확인해야 한다. Aluminum:23ppm/C, Steel: 11ppm/C, Stainless steel: 16ppm/C, Cooper: 17ppm/C -. Strain gage 저항 값에 따른 분류 Strain gage의 저항 값은 일반적으로 120, 350 ohm이 가장 많이 사용된다. 그러나, 특수한 목적 을 위하여 작게는 75[ohm]에서 크게는 5000[ohm] 이상의 것도 있다. -. 사용 목적에 따른 분류 사용목적에 따라 shear stress용, Diaphram용, 온도측정용 등으로 분류

163 다음은 실제 사용되고 있는 Strain Gage의 종류를 나열하고 있습니다. i) Foil strain gage (Electrical resistance) -. 용도: 정적 및 동적 변형 측정, 전류 응력 측정 -. 장점: 종류 및 사용 용도가 다양하고, 사용에 따른 검증이 되어 있음, 사용이 간편하고, 가격이 싸며, 응용에 대한 자료가 풍부함 -. 단점: 사용 온도가 제한됨(400도), Grid 길이의 평균 Strain 값으로 나타남, Point 측정용으로 많이 사용됨 ii) Semiconductor strain gage (Pizoresistive) -. 용도: 낮은 범위(Low Strain)에서 사용됨, Dynamic strain에 많이 사용함 -. 장점: Gage Factor 값이 크며, 출력 값이 큼 -. 단점: 온도 변화에 민감하고, 반드시 Pair로 사용, 가격이 고가, 잘 깨어짐 iii) Brittle lacquer -. 용도: 응력 분포 사용 -. 장점: 가격이 저렴하고, 별도의 장비가 필요 없음 -. 단점: 정밀도가 떨어짐, 온도 및 습도의 영향을 받음, 재 사용이 불가능함 iv) Photo-elastics (with 2-D & 3-D) -. 용도: 정 하중 측정에 사용되고, 응력 분포를 확인(응력 값의 판독이 가능)함 내부 구조의 응력 측정(3D의 Stress freezing 이용) -. 장점: 전체 및 특정 지점의 응력 분포 확인 가능, 3차원 분석 가능 -. 단점: 불 균일 재료에는 사용할 수 없음, 사용이 복잡함, 동 하중 측정에 불리 v) Moire -. 용도: 평면의 응력 및 변형도 분포, Interferormetry 방법과 Shadow 방법 -. 장점: 사용 범위가 넓고 고온에서도 가용 가능함 -. 단점: 주로 실험실에서 특수한 목적으로 사용, 움직임에 민감함

164 vi) Acoustic emission -. 용도: 제품의 Sound-print의 결정에 사용, Strain gage와 연관하여 사용됨 -. 장점: 복합적인 구조물에서 많이 사용함, 응력이 작용하는 상태에서 Sound print의 기술제공 -. 단점: 새로운 기술로 아직 완전히 정립되지 않았음 상기의 여러 종류의 스트레인 게이지 중 택일하여 스트레인을 측정할 때 독립적인 센서 1개만 가지고는 신호가 너무 미약하여 측정하기 어렵운 경우도 많습니다. 이 때문에 스트레인 게이지 몇 개를 이용하여 회로를 구성하여 측정하는 것이 일반적입니다. 시중에 출시되고 있는 스트레인 게이지를 활용한 센서 역시 이러한 회로를 구성하여 사용되고 있습니다. 다음 내용은 스트레인 측정을 위한 회로관련 내용을 정리하고 있습니다. i) Wheatstone Bridge Strain gage의 저항의 변화는 극단적으로 작기 때문에 미세한 변화를 측정하기 위해서는 감도 의 변화를 높이기 위해 별도의 회로를 구성하게 되는데, 이를 Wheatstone Bridge라 부릅니다. Wheatstone Bridge는 Strain Gage 제조 상 피 할 수 없는 gage 하나 하나의 저항 값의 차로 인 해 생기는 출력 또는 일정한 변형률(strain)을 기준으로 그 기준 이상의 변형률(strain)을 측정할 경우에도 비교적 쉽게 회로적으로 실현 가능한 이점을 가지고 있습니다. Wheatstone Bridge는 저항의 변화를 전압의 변화로 나타내며 저항으로 회로가 구성되어 있습니다. 그림 II.2.37 은 Wheatstone Bridge 에서 보이는 것과 같이 Bridge 저항 R1 대신 Strain Gage를 연결하면 측 정하고자 하는 구조물의 변형률(strain)을 전기적 신호인 전압으로 측정 할 수 있습니다. 그림 II.2.37 Wheatstone bridge

165 상기 그림 II.2.37의 회로에서 최종적으로 출력되는 Output Voltage를 계산하는 과정은 아래와 같 습니다. R1R3 - R2R4 e o = E R + R )( R + R ) ( 여기서 R1 이 strain gage이고 변형률(strain)에 의해 DR 이 변화한다면 e ( R1 + DR) R3 - R2R4 = E o ( R + DR + R )( R + R ) 만약, R 1 = R2 = R3 = R4 = R 이면 2 e R + DRR - R = o (2R + DR) 2 R 2 E 위 식에서 DR 은 R 에 비해 무시할 수 있을 정도로 작으므로 1 DR 1 e o = E = Ks e E 4 R 4 출력 전압은 저항의 변화 즉, 변형률(strain)변화에 선형적으로 변함을 알 수 있습니다. Wheatstone bridge안에 상기 그림 II.2.37과 같이 1개의 Gage가 아닌 몇 개의 gage로 구성할 수 도 있습니다. 1개의 Gage를 이용해 측정하는 방법을 Quarter Bridge라 부르며 2개일 경우 Half Bridge 4개일 경우 Full Bridge로 구성한다고 보면 됩니다. i) Quarter Bridge (1) 2 wire 방식 (b) 3 wire 방식 그림 II.2.38 Quarter Bridge

166 브리지 4개중 1개의 strain gage을 가지는 회로로 구성된 경우로 실험실이나 연구소와 같이 Stress analysis에서 가장 많이 사용되는 브리지입니다. 구성하기가 쉬워 널리 사용되는 구성입니 다. Lead wire가 길어질 경우 저항 값이 커지고, 주변 온도에 대한 영향을 쉽게 받을 수 있습니 다. Lead wire에 의한 오차를 방지하기 위해 (b)와 같은 3 wire 연결 방식을 이용합니다. ii) Half Bridge 브리지 4개중 2개의 Strain gage을 가지는 회로로 구성된 경우로 자주 사용되지는 않으나 특수 목적으로 측정치의 Sensitivity를 높일 목적이나, Transverse sensitivity를 측정하고자 할 때 사 용됩니다. 이 회로는 온도에 대한 영향을 줄 일 수 있으며, 측정하고자 하는 이외의 변형률을 제 거 할 수 있습니다. iii) Full Bridge 그림 II.2.39 Half Bridge 브리지 4개중 4개 모두 Strain gage을 가지는 회로로 구성되는 경우로 Sensitivity를 최고로 할 수 있으며, 외부 환경 요인을 상쇄시키는데 적합하여, 대부분의 Transducer(Load cell)를 만드는 회로에 가장 많이 사용됩니다. 이 회로는 Quarter, Half에 비해 매우 우수합니다

167 그림 II.2.40 Full Bridge 스트레인 게이지의 경우 Bridge의 종류와 상관없이 상당히 미세한 전압변화를 발생시킵니다. 따 라서 스트레인 게이지의 경우 직접적인 계측이 아닌 항상 Signal Conditioning을 거쳐야지만 정 확한 신호를 계측할 수 있습니다. 일반적으로 1개의 스트레인 게이지를 이용해 측정되는 Quarter Bridge의 경우 앰프의 내부에 Bridge가 구성된 전용기와 연결하여 하나의 센서로 사용되며, 결선 방법은 Bridge의 종류에 따라 달라집니다. 제조사에 따라 다를 수 있으나 대부분의 장비에 있어 서 선의 종류 및 기호는 다음과 같이 표시됩니다. -. 입력전원: Amplifier로부터 Strain gage에 전원을 공급해주는 선으로 일반적으로 Excitation voltage 또는 Power라 하며, Exc+,E+,P+(positive:양극), Exc-,E-,P-(negative:음극)로 표시합니다. -. 신호출력: Strain gage에서 발생되는 신호를 Amplifier로 보내주는 선으로 일반적으로 Output Signal이라 하며, Sig+, e+, S+(positive:양극), Sig-, e-,s-(negative:음극)로 표시합니다. -. 보조전원: 일반적으로 센서로 사용되는 Loadcell의 선은 위에서 설명한 것과 같이 4선으로 구 성되나 전선 길이가 길어지는 경우에 전선저항에 따른 오차를 발생할 수 있습니다. 이를 보상하 기 위해서 입력전원 부와 연결되어진다. Sense.Ext+, Sense.Ext-로 표시합니다. -. 기타부분: 센서사 Strain gage의 shunt calibration을 위하여 사용되는 선과 Shield 또는 Ground(GND)로 사용하는 선이 있습니다. 변형률을 측정하고자 할 때 Strain Gage의 선택은 측정하고자 하는 시료의 재질과 모양 측정 방 법 측정 방향에 따라 사용자가 선택하여야 하며, 사용에 있어서 Strain gag의 부착 및 결선 등은 시험의 결과에 많은 영향을 미치게 됩니다. Strain Gage의 선택 중 가장 중요한 것은 실험하고자 하는 시료의 특성과 어떤 DATA를 얻을 것인지를 정확히 이해하여 Strain Gage를 선택해야 하 며, 어떤 형태의 bridge를 이용하여 구성할(Quarter, Full, Half bridge) 것인지를 고려하고, 검출 및 증폭은 어떤 방법을 이용 할 것인가 또는 어떤 장비를 사용할 것인가를 생각해야 합니다

168 b) 센서 정보 및 연결방법 -. 저항 : 350 [ohm], Gage Factor : 2.0 표 II.2.17 Encoder Sensor DAQ 연결 Cable Table Sensor Strain Gauge SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color SCC-68 Description GREEN AI(X)+ SCC BNC SCC-68 GREEN R(X) -SG02 RED VEX+ Quarter BLACK Reserved Bridge [Strain Gauge를 측정하기 위한 SCC-SG02 모듈을 MAX에서 설정하기] Strain Gauge를 SCC-68에 연결하여 측정하기 위해서는 SCC Connector Block에 SCC-SG02 Module를 연결하고, MAX를 이용하여 Module을 설정하여야 합니다. STEP.1) -. 바탕화면에서 MAX를 실행 시킵니다. 그림 II.2.41 MAX Icon

169 STEP.2) 그림 II.2.42 MAX 디바이스와 인터페이스 설정 화면 -. 설정>>디바이스와 인터페이스에서 왼쪽 마우스를 클릭하여 새로 생성을 합니다. STEP.3) 그림 II.2.43 MAX NI-DAQmx SCC 커넥터 블록 설정 화면 -. 디바이스와 인터페이스 항목 중 NI-DAQmx SCC 커넥터 블록을 선택하여 SCC-68을 선택합 니다

170 STEP.4) 그림 II.2.44 MAX SCC-SG02 설정 화면 -. SCC-68설정에서 4개의 SCC Module을 setting 할 수 있는 항목이 나오며 해당 SLOT에 SCC 모듈을 설치하고, 설정에서 해당 슬롯의 모듈명을 선택한 다음 확인을 누름니다

171 c) 예제 프로그램 그림 II.2.45 Strain Gauge Block Diagram -. 초기화 부분과 연속 계측 부분으로 나누어집니다. -. Sequence를 사용하여 실행 순서를 결정합니다. 그림 II.2.46 Initialization of Strain Gauge Block Diagram -. 초기 실행 시 일정 시간 동안 변형값을 받아 평균를 구합니다. 이는 외부 영향에 따른 Offset값 제거를 위해 사용 합니다. -. Strain Gage 쿼터 브릿지 채널을 설정합니다

172 그림 II.2.47 Calculation of Strain Gauge Block Diagram -. 이전에 구한 평균값을 offset값으로 사용하여 스트레인 값을 Zero setting 합니다. -. 평균값 함수를 사용하여 스트레인 값을 계산합니다. -. Strain Gage 쿼터 브릿지 채널을 설정합니다. 그림 II.2.48 Strain Gauge Front Panel

173 아. Load cell a) 센서원리 로드셀(Load Cell)은 힘(Force)이나 하중(Load)등의 물리량을 전기적 신호로 변환시켜 힘이나 하 중을 측정하는 하중감지센서(Transducer)입니다. 물체는 힘이나 하중에 의하여 이에 비례하는 변 형이 발생하며 단위길이당 발생하는 변형량을 변형률(Strain)이라고 합니다. 이때 발생되는 변형 률은 힘이나 하중의 크기에 직선적으로 변화하는 특징을 가지고 있습니다. 공학적 필요에 의하여 변형률의 측정이 요구되었으며 이를 위하여 개발된 측정소자(Sensor)가 스트레인 게이지이다 스 트레인 게이지는 물체의 전기 저항값은 길이와 단면변화에 의하여 변화한다 는원리를 기초로 합니다. 로드셀은 힘이나 하중에 대하여 구조적으로 안정된 변형을 발생시키는 탄성변형체 (Elastic StrainMember)의수감부에서 발생하는 물리적 변형을 스트레인게이지를 이용하여 전기저 항 변화로 변환시키고 Wheatstone Bridge라는 전기회로를 구성하여 정밀한 전기적신호로 변환시 키는 원리를 가지고 이루어져 있습니다. 그림 II.2.49는 하중에 의한 탄성변형체의 변화와 여기에 부착된 스트레인게이지 거동을 도식적으로 나타낸 그림입니다. 그림 II.2.49 하중에 의한 탄성변형체의 변화 및 스트레인 게이지의 거동 (Wheatstone Bridge) 앞에서 설명한 로드셀의 원리를 간단한 수식으로 정리하여 나타내면 다음과 같습니다. 인장 혹은 압축을 받고있는 재료에서 발생하는 응력과 변형률에 대한 관계는 아래의 식으로 간단하게 나타 낼 수 있습니다. 작용하중 응력 단면적

174 재료에서 발생하는 저항은 재료의 길이에 비례하고 단면적에 반비례하게 나타납니다. 스트레인 게이지의 저항변화와 변형률 사이의 관계는 대부분의 재료에서 선형적으로 나타나므로 다음과 같이 사용할 수 있습니다. 로드셀에 하중이 작용하여 변형률이 발생한 경우 스트레인게이지의 저 항변화량 Wheatstone Bridge에 의해서 전압변화량의 값으로 환산하여 나타납니다. 이 관계는 아 래의 식으로 나타낼 수 있습니다. 여기서 R : 스R트레인 게이지 저항값 R : 스:트레인 게이지의 저항변화 K : 스:트레인게이지의 Gage Factor ε: 변형률STRAIN) σ: 응력STRESS) E : 물:체의탄성계수 V OUT : 출력전압 V IN : 입력전압 로드셀은 크게 전기적 회로와 탄성 변형체로 구성되어 있으며 전기회로부는 일반적으로 Wheatstone Bridge회로로 구성되어 있습니다. 로드셀의 성능을 결정하는 가장 중요한 요소는 탄 성 변형체의 구조이며 이 구조는 측정하고자 하는 하중특성용량 그리고 정밀도 등에 의해 결정 됩니다. 탄성변형체는 가해진 하중에 반응하여 스트레인 게이지를 부착한 지점에 집중적으로 균 일한 변형률을 발생시킬 수 있어야 합니다. 변형률은 하중에 비례하여 직선적으로 변화하여야 하 며 이 직선성은 탄성체 요소의 형상 설계 재료 제조공정 등에 의하여 좌우됩니다. 로드셀은 측정 하고자 하는 방법에 따라 여러 가지 형상으로 제작되며 대표적으로 3가지로 분류될 수 있습니다. 1 굽힘형 2 인장 압 축형 3 전단형

175 그림 II.2.50 로드셀의 형상 타입 로드셀은 앞 절의 Strain Gauge 와 같이 별도의 Amplifier가 계측시 필요한 센서입니다. 따라서 적절한 측정시스템이 AD 변환과정에 앞서 필수적입니다. 다음 그림 II.2.51은 로드셀의 일반적인 측정시스템을 도시하고 있습니다. 그림 II.2.51 로드셀 측정 시스템

176 SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color SCC-68 Description BLUE ACH(X)+ SCC WHITE ACH(X)- -SG24 BNC SCC-68 RED VEX+ Full GREEN VEX- Bridge b) 센서 정보 및 연결방법 -. 정격용량(R.C.): 20 [kg] -. 정격출력(R.O.): 3 [mv/v] -. 출력의 온도 영향: <0.03% (LOAD/10C) -. 영점의 온도 영향: <0.03% (R.O./10C) -. 입 출력 선간 저항: 350 [ohm] -. 허용 과부하: 150% (R.C) 표 II.2.18 Load Cell Sensor DAQ 연결 Cable Table Sensor Load Cell [Load Cell을 측정하기 위한 SCC-SG24 모듈을 MAX에서 설정하기] Load Cell을 SCC-68에 연결하여 측정하기 위해서는 SCC Connector Block에 SCC-SG24 Module를 연결하고, MAX를 이용하여 Module을 설정하여야 합니다. STEP.1) -. 바탕화면에서 MAX를 실행 시킵니다. 그림 II.2.52 MAX Icon

177 STEP.2) 그림 II.2.53 MAX 디바이스와 인터페이스 설정 화면 -. 설정>>디바이스와 인터페이스에서 왼쪽 마우스를 클릭하여 새로 생성을 합니다. STEP.3) 그림 II.2.54 MAX NI-DAQmx SCC 커넥터 블록 설정 화면 -. 디바이스와 인터페이스 항목 중 NI-DAQmx SCC 커넥터 블록을 선택하여 SCC-68을 선택합 니다

178 STEP.4) 그림 II.2.55 MAX SCC-SG24 설정 화면 -. SCC-68설정에서 4개의 SCC Module을 setting 할 수 있는 항목이 나오며 해당 SLOT에 SCC 모듈을 설치하고, 설정에서 해당 슬롯의 모듈명을 선택한 다음 확인을 누름니다

179 c) 예제 프로그램 로드셀의 경우 스트레인 게이지와 동일한 방법으로 프로그래밍 하면 됩니다. 다음 예제는 초기화 부분과 연속 계측 부분으로 이루어진 프로그램입니다. 그림 II.2.56 Load Cell Block Diagram -. 초기화 부분과 연속 계측 부분으로 나누어집니다. -. Sequence를 사용하여 실행 순서를 결정합니다 그림 II.2.57 Initialization of Load Cell Block Diagram -. 초기 실행 시 일정 시간 동안 중량값을 받아 평균를 구합니다. 이는 외부 영향에 따른 Offset값 제거를 위해 사용 합니다. -. AI 사용자 구동전압 Full Bridge 채널을 설정합니다

180 그림 II.2.58 Calculation of Load Cell Block Diagram -. 이전에 구한 평균값을 offset값으로 사용하여 중량값을 Zero setting 합니다. -. 평균값 함수를 사용하여 로드셀 값을 계산합니다. -. AI 사용자 구동전압 Full Bridge 채널을 설정합니다. 그림 II.2.59 Load Cell Front Panel

181 자. Ultrasonic sensor a) 센서 원리 소리는 공기의 압력이 진행함에 의하여 전파되며, 0[C]에 건조한 공기 중에서의 음파의 이동 속 도는 331 [m/sec] (20도의 상온의 건조한 공기에서는 343[m/s])입니다. 음파의 중요한 속성은 주 파수(frequency)와 강도(intensity)입니다. 사람은 20[Hz]~20[KHz] 주파수 범위의 소리를 들을 수 있으며, 이 범위를 넘는 주파수를 초음파 주파수(Ultrasonic Frequency)라고 합니다. 초음파 센서 는 일정한 시간의 간격을 둔 짧은, 고주파 펄스를 방사하고, 그것은 대기 안에서 소리의 속도로 전파 됩니다. 목표점과 거리를 산출하는 원리는 센서 헤드에서 높은 주파수의 초음파 펄스가 방 사되면 대상물에 부딪쳐 돌아온 에코신호로부터의 시간차를 기반으로 거리를 산출한다. 목표물과 의 거리는 소리의 세기가 아닌, 전달 시간으로 결정됩니다. 실질적으로 모든 물질에서 반사된 음 파는 물질의 색깔에 개의치 안호 감지 할 수 있습니다. 투명한 물질이나, 얇은 금속 박이라도 초 음파 센서로 검출하기에는 문제가 되지 않습니다. 그림 II.2.60 초음파 거리 센서의 원리 예를 들면, 200[kH]의 일정한 강도의 초음파 펄스를 10[msec] 마다 전송하고 펄스의 폭은 수 [msec]로 제한됩니다. 새로운 펄스를 출력하기 전에 되돌아온 펄스의 도착 시간을 측정합니다. 이러한 동작은 10[msec] 단위로 주기적으로 시행합니다. 음파의 속도를 알고 있다면 센서에 내장 된 디지털 신호시스템은 다음의 관계를 이용하여 거리를 측정할 수 있습니다

182 그림 II.2.61 초음파 센서의 응용 예 센서의 주파수 응답 특성은 측정하는 거리에 따라 달라지는데 통상적으로 100[Hz] 정도 됩니다. 분명한 것은 1[msec] 또는 이보다 빠른 위치 제어 루프에서는 초음파 센서의 적용이 불가능하다 는 점입니다. 위의 그림에서 나타내었듯이 통상적인 응용 분야는 통의 직경 측정, 줄의 느슨한 정도 측정, 액체의 수위 측정, 컨베이어 벨트에서의 상자의 존재 유무 등을 감지합니다. 그림 II.2.62 초음파 센서 모습 그림 II.2.63 다양한 제조 공정에서의 초음파 거리 센서의 응용

183 (a) 액체의 수위센서 (b) 상자의 높이 및 폭등의 2차원 감지 (c) 상자의 높이 등 1차원 감지 (d) 통의 직경 감지 (e)줄의 처진 정도 측정 그림 II.2.64 초음파 센서 측정 Timing Diagram b) 센서 정보 및 연결방법 -. Power: 5V, -. Current: 4mA Typ. -. Frequency: 40 [khz] -. Measuring Range: 0.15m ~6m -. Input Trigger: 10us Min. TTL level pulse -. Echo Pulse: Positive TTL level Signal -. Small size

184 표 II.2.19 Ultrasonic Sensor DAQ 연결 Cable Table Sensor SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color SCC-68 Description Ultrasonic BNC SCC-68 RED GREEN BLACK CTR OUT AI AI GND Counter Analog c)예제 프로그램 그림 II.2.65 Ultrasonic sensor Block Diagram -. DAQ Assistant에 의 Counter Out을 이용하여 Trigger Pulse를 생성합니다. -. 아날로그 입력 채널을 이용하여 Echo 신호를 받아 거리를 계산합니다

185 차. Accelerometer a) 센서원리 가속도 센서는 출력 신호를 처리하여 물체의 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 측정하는 것입 니다. 물체의 운동 상태를 상세하게 감지할 수 있으므로 활용 분야가 아주 넓고, 갖가지 용도로 사용되고 있다. 자동차, 기차, 선박, 비행기 등 각종 수송수단, 공장자동화 및 로봇 등의 제어시스 템에 있어서는 필수적인 센서라고 할 수 있습니다. 통신기기 등에 내장하는 가속도 센서는 해마 다 얇아지며 소형화되는 추세입니다. 가속도 센서는 형식에 여러 가지가 있습니다. 검출 방식으 로는 크게 분류하면 관성식, 자이로식, 시리콘 반도체식이 있는데 진도계나 경사계 등도 가속도 센서의 한 종류로 볼 수 있습니다. 표 II.2.20 가속도 센서 방식 및 원리 방식 원 리 압전형 동전형 서모형 변형 게이지형 저항선 변형 게이지 반도체 변형 게이지 압전소자에 힘이 가해졌을 때 발생하는 전하를 검출 하여 가속도를 구한다. 도체가 자계 속을 이동하면 그 속도에 비례하여 기전 력이 발생한다. 이 기전력을 검출하여 가속도를 구한 다. 진자(정전용량)의 변화를 전류로 검출하여 가속도를 구한다. 다이어프램(스프링)등에 저항선 변형 게이지를 붙여 가해진 힘과 저항의 변화에서 가속도를 구한다. Si, Ge 단결정의 피에조 저항 효과를 이용하여 가해 진 힘과 저항의 변화에서 가속도를 구한다

186 b) 센서 정보 및 연결방법 -. Sensitivity: 600 [mv/g] (2[g]) -. At 0[g] Output: 1.65 [V] 표 II.2.21 Accelerometer Sensor DAQ 연결 Cable Table Sensor SensDAQ 커넥터 블록 연결 케이블 SensDAQ Connector Pin Color PC Description Accelerometer BNC SCC-68 - RS232 Serial c) 예제 프로그램 본 예제에 사용되는 가속도 센서의 경우 반도체 타입의 아날로그 전압을 출력해주는 센서입니 다. SensDAQ에서는 본 가속도 센서의 아날로그 신호를 내부의 MCU를 통하여 AD 변환을 수행 하고 RS 232C 방식의 통신 데이터로 변환하여 출력하고 있습니다. 따라서 가속도 신호를 계측하 기 위해서는 RS 232c 데이터를 수신할 수 있는 VISA 함수를 이용하여 프로그래밍을 수행해야 합니다. 다음 그림 II.2.66은 VISA 함수를 이용해 가속도 센서 신호를 수신할 수 있는 프로그램 입니다. 그림 II.2.66 Accelerometer 계측 프로그램의 Block Diagram

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