물체나 소리가 감지되면 LED로 그 사실을 알려주는 시스템

소개글

3. 목표 설정
- 물체나 소리가 감지되면 LED로 그 사실을 알려주는 시스템을 설계하려고 한다. 구체적으로 물체가 센서로부터 직선으로 8cm떨어진 위치에 존재하면 노란색 LED가 켜지고 7cm에 위치하면 노란색 LED가 꺼지고 초록색 LED가 켜진다. 물체가 7cm에 위치하고 동시에 소리가 감지되면 초록색 LED가 꺼지고 빨간색 LED가 켜진다. 이와 같은 동작을 하는 회로를 설계하고 제작한다.

- 요구조건
① power supply는 9V 건전지 하나만 사용. 각 소자의 VCC 값은 +5V로 설정. 전원 on/off 스위치
② 광센서 발광부는 펄스 구동 방식으로 구현, 광센서 수광부는 형광등 빛과 같은 저주파 성분을 차단할 수 있도록 filter사용해서 구현.
③ 모든 저항은 5% 계열에서 선택하고 전력 정격을 고려하는 과정을 설명하여야 한다.

목차

1. Project 명
2. Project 구성명단
3. 목표 설정
4. 분석 및 합성
4-1 전체 구성도
4-2 설계 과정
4-2-1 광센서 발광부 설계
4-2-2 펄스 발생부 설계
4-2-3 광센서 수광부 설계
4-2-4 광센서 필터부 설계
4-2-5 광센서 증폭부 설계
4-2-6 LED 구동부 설계
4-2-7 마이크 구동부 설계
4-2-8 마이크 비교기 설계
4-2-9 부져 구동부 설계
4-2-10 5V 전원부
5. 제작 및 시험
5-1 설계된 회로도
5-2 사용된 부품 리스트
5-3 제작된 회로 사진
5-4 회로 실험 결과
5-4-1 5V전원부
5-4-2 펄스발생부
5-4-3 발광부 측정
5-4-4 8cm 증폭 전 후 비교
5-4-5 7cm 증폭 전 후 비교
5-4-6 MIC 전압 출력
5-4-7 MIC 전압 출력후 커패시터 통과 전압과 비교전압
5-4-8 마이크 소리 입력시 전압과 비교기 출력 비교
5-4-9 8cm 노란색 LED ON
5-4-10 7cm 초록색 LED ON
5-4-11 7cm에서 소리 입력 빨간색 LED ON
6. 평가
7. 참고문헌

본문내용

R1값 결정
- 소리가 없을 때 V1의 값이 전원(VCC)의 1/2과 최대한 가까운 값이 되도록 R1값을 설정
- VCC, R1, V1을 포함하는 KVL 방정식 이용. R1값을 2K로 설정한 후에 V1전압을 측정하면 R1에 흐르는 전류 IR1를 구할 수 있다. IR1은 R1 값을 변경해도 일정하다고 가정하면 V1 = VCC/2 가 되도록 하는 R1 값을 계산할 수 있다. 설계된 R1의 값으로부터 표준 저항을 선택하는 과정을 설명하고 mic의 최대 전류 정격(0.8mA로 가정)을 넘지 않도록 한다는 점도 확인하라.




- V2파형 설명
소리가 있을 때 V2파형은 2.5V DC옵셋 돼서 소리에 따라 AC파형이 뜨게된다. 커패시터를 지나면 DC옵셋 된 값은 없어지고 AC파형만 나오게 된다.
- 인식하려는 소리의 최소 크기 설명
소리의 최소크기는 2mV로 설정하였다. 최소크기를 결정하는 이유는 증폭단을 몇배 증폭할지를 결정하기 위함이다. 몇배 증폭해서 증폭한 최소크기가 얼마가 나오냐에 따라 비교단의 비교전압을 결정 할 수 있기 떄문이다.

4-2-8 마이크 비교기 설계

- 우리조는 소리의 최소크기를 2mV로 설정하였다. 이 말은 즉 조그마한 소리가 나도 비교단에서 출력을 시키겠다는 뜻이다. 조그마한 소리라도 입력이 되면 비교기를 통해 sat되는 구간이 길어져 빨간색 LED가 조금더 오래 빛을 내기 때문이다.

4-2-9 부져 구동부 설계

- 8cm 일 때 노란색 LED가 켜져야 한다. 7cm의 신호가 들어오면 노란색 LED가 꺼지고 초록색 LED가 켜져야 되기 때문에 7cm의 신호는 NOT게이트를 달았고 그 신호를 AND게이트로 통과시켰다. 8cm의 신호가 있고 7cm의 신호가 없을 때 노란색 LED가 켜지도록 구성하였다.
- 7cm일 때 노란색 LED가 꺼지고 초록색 LED가 켜져야 한다. 이는 7cm의 신호가 있으면 NOT게이트 때문에 8cm의 AND게이트가 작동하지 않아 노란색 LED는 꺼지게 된다.

참고 자료

부품, datasheet 관련 (http://www.eleparts.co.kr/)
회로이론(engineering circuit analysis) 7판
저자: william H. Haty, Jr, jack e. kemmerly, steven M. durbin