[읽기자료] 3-2. 자이로센서와 LED ①
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자이로센서 이해하기
① 자이로센서란 무엇인가?
자이로센서는 한 축 또는 여러 축의 회전 움직임의 각 변화량을 측정한다. 자이로센서는 움직이는 물체 의 기본 축에 대한 회전과 방향을 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다. 또한 자이로센서는 가속도센서와 지 자기센서와 다르게 중력이나 자기장과 같은 외부의 힘에 영향을 받지 않고 독자적으로 동작한다. 자이로 센서는 소비자 가전제품에서 동작을 감지하는 메인 센서로 사용되고 있다.
② 자이로센서 MPU-9150
MPU-9150은 저전력, 저비용, 고성능을 겸비한 9축 모션트래킹 디바이스로, 스마트폰, 태블릿, 웨어러 블 센서 등의 소비가전에 적합하도록 디자인된 제품 이다. 자유 공간에서 동작을 추적하고 이 동작을 입 력 명령으로 제공함으로써 소비자에게 전자 장치와 상호 작용할 수 있는 보다 직관적인 방법을 제공하는 동작 인터페이스는 스마트폰, 태블릿, 게임 콘솔 및 스마트 TV를 포함한 모든 소비자 가전 장치에서 핵 심 기능으로 빠르게 자리 잡고 있다.
③ 자이로센서의 원리
자이로센서는 각속도를 측정한다. 한 축을 기준으로 단위시간에 물체가 X, Y, Z 세 개의 축으로 이동하고 회전한 각도의 값을 수치로 알려주는 센서이다.
+Z +Z
+Y
+X +X +Y
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LED 이해하기
① LED란 무엇인가?
LED(발광다이오드)란 갈룸비소 등의 화합물에 의해 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체소자이다. LED는 컴퓨터 본체에서 하드디스크가 돌아갈 때 깜빡이는 작은 불빛, 도심의 빌딩 위에 설치는 대형 전광판, 그 리고 TV리모컨 버튼을 누를 때마다 TV본체에 신호를 보내는 눈에 보이지 않는 광선을 만들 때 필요하다.
LED는 전극을 붙인 전도물질에 전류가 통과하면 전 자와 정공이라고 불리는 (+)전하 입자가 전극 중앙에 결합하여 빛의 광자를 발산하는 구조로 되어 있다.
② LED의 특징
③ LED의 장·단점
[읽기자료]3-2. 자이로센서와 LED ②
제품명/특징 LED/정광원 백열등/정광원 형광등/정광원
광원 효율 100lm/w 20lm/w 100lm/w
수명 80,000hr 1,000hr 20,000hr
소비 전력 5.4W 60W 20W
Dimming 가능, 에너지 효율 증가 가능, 에너지 효율 매우 감소 가능, 에너지 효율 매우 감소
안정성 보통 보통 수은포함
장점 단점
• 반영구적 수명으로 한번 설치하면 교체나 유지보수가 거의 필요 없다.
• 발광효율이 높고 저전류에서 고출력을 얻을 수 있다.
• 유리와 필라멘트가 불필요하므로 극한 환경에서도 활용이 가능하다.
• 백열전구나 형광등보다 가격이 비싸다.
• 간단한 백열전구나 형광등과 달리 제어회로를 만들어야한다.
• 여러 개를 병렬 또는 직병렬로 사용해야 한다.
• 저전압동작이라 가정용전원(220V)으로 직접구동이 힘들다.
[활동지] 3-3. 학습내용 복습
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전자회로 학습하기
① 전류와 전압
• ( 전기 )는 자유 전자가 이동하면서 발생하는 에너지이다.
• ( 전자 )는 물질을 이루는 원자 내에서 원자핵 주변을 일정한 궤도로 도는 매우 작은 입자로, 바깥쪽 궤도에 있는 전자는 비교적 결합력이 약하다. 이 전자가 외부로부터 열이나 빛, 마찰 등의 에너지를 받으면 돌고 있던 궤도에서 이탈하여 자유롭게 되는데, 이러한 전자를
• ( 자유전자 )라고 한다. 자유 전자는 전기·전자 기기 안의 전기 회로 속을 이동하면서 각종 전기·전자 부품을 작동시켜 일하게 한다.
• 전자는 ( - )극에서 ( + )극으로 이동하고, 전류는 ( + )극에서 ( - )극으로 흐른다.
이는 전자의 존재가 밝혀지기 전에 전류의 흐름 방향을 반대로 정의했기 때문이다.
② 옴의 법칙, 전력과 전력량
• 옴의 법칙은 전기 회로에 흐르는 전류의 양은 전압의 크기에( 비례 )하고, 저항의 크기에 ( 반비례 )하는 것을 알 수 있다.
③ 전력과 전력량
• 전력은 전기가 (단위 시간 동안 하는 일의 양 )으로, 주로 전기·전자 기기의 소비 전력을 나타낼 때 사용한다.
④ 단위
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자이로센서 학습하기
자이로센서는 ( 각속도 )를 측정한다.
( 한 )개의 축을 기준으로 단위시간에 물체가 X, Y, Z 세 개의 축으로 이동하고 회전한 각도의 값을 수치로 알려주는 센서이다.
전력 표기 P 단위 [W]
전압 표기 V 단위 [V]
전류 표기 I 단위 [A]
저항 표기 R 단위 [Ω]
[활동지] 3-3. 학습내용 복습
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LED 학습하기
① 다음 그림을 보고 물음에 답하시오.
② LED의 장점과 단점을 2가지 이상 적어보시오.
LED/정광원 백열등/정광원 백열등/정광원
• 다음중 수명이 가장 긴 것은? : LED/정광원
• 소비 전력이 가장 낮은 것은? : LED/정광원
• 수은이 포함 되어 있어 폐기 시 주의를 기울여야 하는 것은 ?: 형광등/선광원
장점
• 반영구적 수명으로 한번 설치하면 교체나 유지보수가 거의 필요 없다.
• 발광효율이 높고 저전류에서 고출력을 얻을 수 있다.
• 유리와 필라멘트가 불필요하므로 극한 환경에서도 활용이 가능하다.
• 백열등이나 형광등과 달리 장시간 사용하여도 열에너지나 적게 발생하다.
단점
• 백열전구나 형광등보다 가격이 비싸다.
• 간단한 백열전구나 형광등과 달리 제어회로를 만들어야한다.
• 여러 개를 병렬 또는 직병렬로 사용해야 한다.
• 저전압동작이라 가정용전원(220V)으로 직접구동이 힘들다.
[읽기자료] 4-1. 스마트 헬스케어제품 조립 순서
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스마트 헬스케어제품 조립하기
① 개요
본 Embedded System은 3축 센서의 x, y, z 움직임을 나타내는 신호를 받아 MCU(Micro Processor Unit 여기 서는 CPU 단어와 혼용)라고 하는 작은 컴퓨터에서 신호를 처리하여 움직임의 개수를 세고 그 결과를 LED에 출 력해 주는 장치입니다. 이 장치는 움직임이 정해진 임계값 이상일 경우 Count를 더하여 운동자로부터 운동을 더 할 수 있도록 도와주는 역할을 합니다.
② 준비물
본 Embedded System은 3축 센서의 x, y, z 움직임을 나타내는 신호를 받아 MCU(Micro Processor Unit 여기 서는 CPU 단어와 혼용)라고 하는 작은 컴퓨터에서 신호를 처리하여 움직임의 개수를 세고 그 결과를 LED에 출 력해 주는 장치입니다. 이 장치는 움직임이 정해진 임계값 이상일 경우 Count를 더하여 운동자로부터 운동을 더 할 수 있도록 도와주는 역할을 합니다.
제품명
FWB-ACCELERO-T37(스마트 운동보조기구)MCU
32Bit RISC ARM Cortex-M0Sensor
반도체로 만들어진 LIS2DH12 센서의 영문 이름은 “MEMS digital output motion sensor”로 x, y, z 3방향의 움직임을 SPI(serial peripheral interface) 시리얼 통신으로 출 력해준다. MCU와 연계를 잘하기 위해서는 이들 신호를 알아보기 쉽도록 우선 수치화해야 하고 실시간으로 입력되는 센서의 값을 평균 내어 표준값으로 변환 변위의 범위를 판단하 도록 해야 오동작이 적다.
LED
시중에서 구하기 쉬운 일반적인 빛을 내는 LED 이며 청색, 녹색, 빨간색 등으로 25개로 구 성되어 있어 마음에 드는 색으로 자신만의 운동 보조기구를 구현 할 수 있다. 하지만 LED 를 다량으로 연결할 경우 전지가 빨리 소모 되므로 과한 욕심은 전지 소비가 많아진다.전지
CR-2450의 Lithium Battery는 3V이며 지름 24mm, 두께 5mm 크기를 가진 코인형 전지 입니다. 비교적 시중에서 구하기 어렵지만 고용량으로 상당 기간 운동보조 장치로 사용 할 수 있도록 해줍니다.파워스위치
전지 공급을 주거나 전원 OFF를 결정하는 것으로 오른쪽으로 밀면 ON 된다. 스위치를 제 거 하거나 전지를 빼도 내부에 저장된 플래시의 운동량 카운트는 지워지지 않는다.기타도구
니퍼스마트 운동보조기구 앞면
③ 사용설명
스마트 운동보조기구 STEAM 교재는 움직임의 카운트를 마이크로프로세서서 \세어 그 결과를 LED로 표시해 줌 으로써 교보재를 사용하는 학생 스스로 목표를 두고 LED가 최종적으로 켜져서 정해진 모양을 구성 할 수 있도록 하여 성취감을 주도록 설계되어 있다.
전지는 코인 전지 CR2450 3V의 전압이 필요 필요하다. 계산상으로는 3일 이상 ON 되어도 동작 할 수 있으나 이는 LED 의 개수에 따라 다르다. LED의 불이 흐리거나 정상 동작이 안 된다고 판단되면 전지를 새것으로 교환 하는 것이 좋다.
PCB 배치도