목 차
Ⅰ. 빛과 적외선을 알아보자 ··· 1
Ⅱ. 적외선(Ir) 통신 및 리모컨 원리 이해하기 ··· 27
Ⅲ. IR 리모컨 만들기 / IR LED FLower 만들기 ··· 51
Ⅰ. 빛과 적외선을 알아보자.
▲ 리모컨 선풍기 ▲ TV와 TV 리모컨
▲ 카세트 플레이어 ▲ 리모컨 전등 스위치
가전제품이나 생활용품 중에는 사람의 편리를 추구하기 위해 적외선을 이용한 다양한 형 태의 리모컨을 사용하고 있다. 대부분 사람들은 집에 들어서자마자 무의식적으로 리모컨으로 멀리 떨어져 있는 TV를 켜고 시청을 하곤 한다. 이렇게 삶의 일부가 되어버린 것처럼 일반화 된 것이 TV 리모컨이다. 이 시간에는 리모컨의 주 통신 수단으로 사용되고 있는 빛은 무엇이 고, 빛의 종류와 특성에 대해 공부하게 된다.
주변에 리모컨을 사용하는 물건(제품)들을 적어보세요.
빛을 분석해 보자.
리모컨에서 이루어지는 통신은 빛을 이용한 데이터 통신 중에 하나이다. 빛 중에서도 적외선을 사용하고 있다. 여러분이 적용할 적외선 통신을 이해하기 위해서는 빛과 적외선을 이해가 우선적으 로 필요하다. 지금부터 빛에 대해 알아보도록 하자.
우리 눈에 보이지 않는 빛이 존재
빛은 생명체의 필수요소 중의 하나이다. 빛은 자연 상태에서도 생명체에게 많은 이득을 줄 뿐만 아니라 눈에 보이지 않는 빛의 형태로서 인류에게 많은 편리함과 이점을 주고 있다. 이런 빛은 무 엇이며, 어떠한 성질이 있는지를 알아보자.
1. 빛의 정의
빛은 눈을 자극하여 시각을 일으키며 동시에 시지각의 내용으로 전자기적 진동인 전자기파의 일 종으로 좁은 의미로 가시광선, 넓은 의미로 전자파 전체를 말한다.
[그림 1-1] 빛의 전달(파동) [그림 1-2] 빛의 스펙트럼
빛의 스펙트럼에 나오는 빛의 종류를 적어보자.
✔
2. 빛의 성질
(1) 빛의 직진(rectilinear propagation)
빛은 한 물질 내에서는 곧게 나아가는 성질이 있는데, 이 성질로 인해 그림자가 생긴다.
[그림 1-3] 빛의 직진성과 그림자 [그림 1-4] 빛의 반사
(2) 빛의 반사(refraction)
빛이 한 물질의 경계면에 입사할 때, 그 단색광의 진동수가 변하지 않고 빛이 되돌아오는 현상을
[그림 1-7] 빛의 회절 [그림 1-5] 빛의 굴절
[그림 1-6] 빛의 간섭
빛의 직진과 반사의 예를 적어보세요.
✔
(3) 굴절(refraction)
빛이 진행하다가 투명한 매질로 들어갈 때 그 경로가 두꺼운 쪽으로 꺾이는 것을 볼 수 있다.
이처럼 빛이 어떤 한 매질로 입사할 때, 그 진 행 방향이 달라지는 현상을 굴절이라 한다. 이 한 물질의 경계면에 입사할 때, 그 단색광의 진 동수가 변하지 않고 빛이 되돌아오는 현상을 반 사라 한다.
(4) 간섭(interference)
두 개의 빛의 파장이 한 점에서 동시에 만났을 때 합성파 의 효과는 그 점에서의 진동이 각각 파의 진동 합으로 나타 나는 현상을 간섭이라 한다. 홀로그램과 비눗방울이 대표적인 예가 된다.
빛의 굴절과 간섭의 예를 적어보세요.
✔ ✔
(5) 회절(diffraction)
빛이 장애물 뒤쪽의 그림자 부분까지 돌아 들어가서 전 파되는 현상을 회절이라 한다. 파장이 긴 빛이 더 많이 회절 한다.
(6) 편광(polarized light)
자연광은 모든 방향으로 진동하고 있는 빛이 파장이다. 이때, 어느 특정한 방향으로만 진동 하는 광의 파장을 편광이라 한다. 자연광은 360도 방향으로 모두 진동하는 편광된 빛들의 다 발이 자연광이 된다.
[그림 1-8] 자연광-편광 된 빛이 360도 방향으로 진동(좌), 편광자를 통과한 빛(우)
[그림 1-9] 빛의 편광
빛의 회절과 편광의 예를 적어보세요.
✔
✔
(7) 투과(transmission)
방사된 빛에너지가 흡수나 산란 없이 한 물질을 통과하는 현상이다.
[그림 1-10] 빛의 투과
(8) 흡수(absorption)
물리적으로 기체가 액체나 고체 내부에 빨려 들어가는 현상으 로 가시광선의 손실을 의미하며, 빛 흡수의 결과로 물체가 색을 띠게 된다. 빛이 수면을 통과해 물속으로 내려갈수록 그 강도를 잃고 파장이 긴 색깔인 빨간색부터 주황, 노랑, 초록, 파란색 순 으로 물이 흡수되는 것이 예가 될 수 있다.
[그림 1-12] 물의 흡수
빛의 투과와 흡수의 예를 적어보세요.
✔ ✔
(9) 빛의 분산-분광(spectrum) 빛이 프리즘을 통과하게 되면 일곱 가지 색상으로 나뉘는데, 이는 각각의 단색광이 속도가 다르고 프리즘에 닿을 때 각각 다른 방향으로 굴절되기 때문이 다. 이런 현상을 분산이라 한다.
[그림 1-11] 빛의 분산
박’티처의 이야기 『빛의 분산 효과』- 더 알아보기
비 온 후 무지개가 생기는 이유는?
비누거품에 무지개가 생기는 이유는?
(10) 빛의 산란
빛이 나아가는 도중에 대기 중에서 분자나 원자, 미립자 등과 충돌하게 되면 진행 방향을 바꾸어 사방으로 흩어지게 되는데, 이런 현상을 산란이라 한다.
[그림 1-12] 빛의 산란
▲ 무대 조명(동시가법)
깊은 물은 푸른가? 왜 바다 식물의 색은 깊이에 따라 다른가?
✔
빛의 분산과 산란의 예를 적어보자.
✔
Note!
■ 빛의 성질을 적어보자.
■ 빛을 이용한 제품을 더 찾아 적어보자.
빛의 합성
두 가지 이상의 단색광이 합쳐져서 다른 색으로 보이는 현상. 빛의 분산과 반대되는 과정
빛의 삼원색 : ( ) , 색의 삼원색 : ( )
(1) 가법 혼합(가법 혼합, 색광 혼합): ( )
- 적절한 합성을 하면 검은색을 제외한 모든 색을 얻을 수 있다.
R+G = Y( ), R+B = M( ), G+B = C( ), R+G+B = W( ) ① 동시 가법 혼합 :
( )
② 병치 가법 혼합 :
( )
→ 점묘법, 모자이크, 직물의 색 (점묘파 화가 쇠라, 시냐크 참조)
③ 계시 가법혼색 : ( )
- 순차적 혼색, 회전 혼합, 서로 다른 자극을 계시적으로 주는 혼색 - 회전 혼합에서 1초에 40∼50회 고속 회전 혼합 → 맥스웰의 회전판
▲ 쇠라, <그랑자드 산의 일요일 오후>, 1886 ▲ 시냐크, <생트로페 항구>, 1901(좌), <우물가의 여인들>, 1892(우)
(2) 감산 혼합(감법 혼합, 색료 혼합) : ( )
- 색을 혼합하면 할수록 순색의 강도가 약해져 원래의 색보다 명도가 낮아지는 혼합
[그림 1-13] 가시광선
Y+M = R( ), T+V = G( ), M+C = B( ), M+C+Y = BL( )
- ( )
[ ]
[ ]
박’티처의 이야기『물체의 색』- 더 알아보기
▩ 물체의 색
어떠한 물체든 각자 고유의 색을 가지고 있으며, 이 고유색들은 물체가 빛의 반사, 투과, 흡수에 의 해서 보이는 것으로 물체색이라고 합니다. 물체색의 종류에는 표면색, 투과색, 경영색, 금속색, 공간 색 등이 있습니다. 공간색이란 3차원 공간의 덩어리감, 부피감을 느끼게 하는 색을 말합니다. 즉, 어 떤 물체가 색을 띠기 위해서는 가시광선 영역의 빛을 흡수하여야 한다. 빨간색과 파란색을 흡수하면 녹색만 반사되므로 녹색으로 보인다. 식물의 잎이 녹색으로 보이는 것은 엽록소가 빨강 색과 파란색 을 흡수하기 때문이다.
* 흰색 : 모든 파장을 물체가 반사, 검정색 : 모든 파장을 물체가 흡수 4. 빛의 종류 (적외선, IR 이해하기)
⑴ 가시광선(visible light)
가시광선의 파장 범위는 약 380~780㎚로 가시광 이외의 다른 영역에 비해 매우 좁다. 이 좁은 영 역에 다양한 색광이 포함되어 있어 우리 눈에 들어와 색 감각을 일으 킨다.
(2) 자외선(ultraviolet light)
자외선은 가시광선 380㎚보다 짧은 파장으로 X-선, 감마선, 우주선과 함께 가시광선 영역 이외의 영역으로 구분된다. 자외선은 눈에 보이지 않는데 형광 물질이 닿으면 선명한 색의 형광을 낸다. 이 외의 특징으로 살균 작용과 비타민D 생성의 화학 작용을 하여 화학선으로 불린다.
[그림 1-15] 적외선의 구분 (3) 적외선 (infrared ray)
적외선은 가시광선 780㎚보다 긴 파장으 로 레이저, 전파 등과 함께 가시광선 밖의 영역으로 구분된다. 적외선은 열적 작용이 강해 열선으로 불리며 가열, 건조, 생체에 대한 온열 효과로 이용된다.
파장의 길이에 따라 분류하면 파장 0.75∼
3㎛의 적외선을 근적외선, 3∼25㎛의 것을 적외선, 25㎛ 이상의 것을 원적외선이라 한다.
근적외선은 열작용 외에 사진 작용, 광전 작용, 형광 작용을 하므로 검출기에는 사진 건판, 광전지, 광전관, 열전대, 인광체 등이 쓰이며, 그 외에도 소독이나 살균, 관절과 근육 치료에 쓰인다. 원적외선 은 파장이 25㎛ 이상인 적외선이다. 가시광선보다 파장이 길어서 눈에 보이지 않고 열작용이 크며 침투력이 강하다. 또, 유기화합물 분자에 대한 공진 및 공명 작용이 강하다. 이러한 특성을 살려서 적 외선은 [그림 1-16]처럼 다양한 산업, 의료 분야, 각종 전자제품 등에 응용되고 있다.
[그림 1-16] 적외선의 활용 제품의 예
박’티처의 이야기 『적외선의 활용』- 더 알아보기
☆ 적외선의 활용한 제품들
리모컨, 적외선 통신, 현관 자동 점멸등, 시내버스 승객 승·하차 문, 적외선 분광기, 비접촉식 적외선 온도계, 적외선 카메라, 적외선 분광광도계(Infrared Spectrophotometer), 적외선 망원 경, 적외선 필름, 적외선을 이용한 무선마우스, 적외선 건조로, 적외선 체열 진단, 적외선 Infrared 무선 헤드폰, 적외선 센서, 적외선 히터, 적외선 유도 미사일, 적외선 스캐너
■ 적외선의 활용
① 어두운 곳에서도 사진을 찍을 수 있는 적외선 카메라로 주로 야간에 보안 목적으로 사용되고 있다.
[그림 1-17] 적외선 필터가 장착된 카메라(좌), 적외선 CCTV(우)
☆ 적외선의 특징 및 원리
② 적외선은 고미술품 연구, 회화 및 문서 위∙변조 감별에 활용되고 있다.
[그림 1-18] 국보 제240호로 지정된 ‘윤두서의 자화상’ 일반 사진(좌), 적외선 사진(우)
☆ 적외선의 특징 및 원리
③ 검은 잉크로 덧칠된 곳도 적외선으로 사진을 찍으면 문서 속 본래의 모습을 찍을 수 있다.
[그림 1-19] 일반 사진(상), 적외선 사진(하)
☆ 적외선의 특징 및 원리
④ 적외선을 이용한 장치로 생체 인식 시스템을 이용한 보안 장치들이 있다. 또, 적외선을 이용하면 한여름에도 설경을 찍을 수도 있다.
[그림 1-20] 손등 혈관 인식 시스템 [그림 1-21] 한여름의 설경
☆ 적외선의 특징 및 원리
⑤ 적외선을 이용하여 질병을 치료할 수 있다.
[그림 1-22] 적외선 조사기(치료기)
☆ 적외선의 특징 및 원리
박’티처의 이야기 『적외선을 찍을 수 있는 이유는?』- 더 알아보기
☆ 카메라로 적외선을 찍을 수 있는 이유는?
CCD(이미지 센서)가 가시광선과 자외선, 적외선 일부분을 찍을 수 있기 때문이다. 카메라로 찍을 수 있는 적외선은 근 적외선이다. 이 적외선 색깔이 약간 붉은색처럼 보이는 이유 는 적색 바로 바깥에 있으며, IR램프에서 순수한 적외선만이 만들지 않고 약간의 적색을 포함하여 만들기 때문이다. 그러 므로 아주 밝지는 않아도 정면으로 보면 약간의 붉은색이 살 짝 들어오는 것처럼 보이게 된다. 기계적 측면에서 보면 이 카메라의 CCD 앞에 설치된 필터들은 적외선은 합성되어서 보라색으로 보이게 하는 '푸른색'과 '빨간색'필터를 모두 통과
하고, ‘녹색’필터를 통과하지 못하는 것으로 봐야 할 것이다. ▲ 디지털 카메라에 찍힌 리모컨 적외선
박’티처의 이야기 『어두운 곳에서 선명한 사진 찍기』- 더 알아보기
☆ 어두운 곳에서 깨끗한 화질의 사진을 찍으려면? - 적외선 카메라, Ir 필터
디지털 카메라에서 필름 역할을 하는 것은 CCD(이미지 센서)가 있다. 이것은 가시광선뿐만 아니라 더 넓은 부분인 자외선과 적외선 일부분까지 받아들이기 때문에 가시광선 까지만 볼 수 있는 사람의 눈에 맞추어 이미지를 포착해야 한다. 그런데 눈에 보이지 않는 이 적외선이 일반 카메라로 사진을 촬영할 때 화질을 떨어뜨리는 악영향을 미치게 되므로 대부분 디카의 수광 소자인 이미지센서 입자 위에 적외선을 차단시키는 필터(Ir cut filter)를 부착하고 있다.
▲ Ir cut-off filter
▲ 디지털 카메라 Ir 차단의 원리 ▲ 적외선 CCTV 그러므로 지하주차장이나 어두운 곳에서 선명한 사진을
찍으려면 광량을 자동으로 감지하여 낮에는 Ir cut filter로, 밤에는 Ir cut filter를 제거하여 찍으면 된다. 즉, 주간은 가 시광선 + 자외선 + 적외선, 야간에는 자외선 + 적외선 + 미미한 가시광선으로 빛이 구성되어 주간에는 카메라가 가 시광선 영역에서 촬영하게 되므로 색상을 구분할 수 있지 만 야간에는 가시광선이 매우 미미하기 때문에 색상을 구
분하기가 어려워진다. 이때 Ir cut filter를 제거해 적외선과 ▲ 적외선 카메라로 찍은 사진 자외선 그리고 미미한 가시광선을 받아들이게 된다. 야간에 감시할 때 영상이 흑백으로
바뀌게 되는 이유는 빛 가운데 가시광선이 없어 회로와 CCD자체에서 노이즈가 많이 생 기게 되는데 이런 현상을 없애기 위해 컬러 신호를 제거하기 때문이다.
( ) 빛에 대한 뜻과 성질을 적어보자.
▸빛이란 ?
▸빛의 성질 중 대표적인 성질을 네 가지만 적어보자.
▪ ▪ ▪ ▪
다음 자연 현상에 나타난 빛의 성질을 적어보자.
( ) ( )
빛의 합성에 대한 내용이다. ( ) 들어갈 알맞은 말을 적어보자.
빛의 삼원색은 ( ), ( ),
( )이다. 이 모든 색을 혼합하면 점점 ( )지는 현상이 나타난다.
완전 정복“빛”
: 빛에 대해 정리해 보자.빛을 이해하자.
: 빛에 대해 정리해 보자. 빛: 빛의 성질에 대한 마인드맵을 그려보자.
완전 정복“ 눈에 보이지 않는 빛 (적외선) ”
적외선을 정리해 보자.
▸ 적외선에 대한 정의를 적고, ( ) 알맞은 용어를 채워보자.
적외선이란?
▲ 빛의 스펙트럼
( )
( )
다음은 일반 사진기(좌), 적외선 사진기(우)로 찍은 사진이다. 같은 곳을 찍었지만 다른 결과를 나타내 주는 원인은 무엇인가?
▲ 일반사진 ▲적외선 사진
- 원인은?
적외선의 특징을 적어보자.
Search "적외선“
: 적외선을 활용한 제품 찾기 적외선을 활용한 제품을 찾아보고 어떤 특성이 숨어 있는지 적어보자.
예시) ▸ 명칭: 적외선 TV 리모컨
[적용된 적외선의 특성]
✌ 파장이 길기 때문에 미립자에 의한 산란 효과가 작 다. 즉, 직진성이 뛰어나고 지향성이 우수하다. 또한 빔(광 선)의 폭을 줄이면 원하는 곳에 정확하게 전달할 수 있다.
그러므로 전자파나 정전기에 의한 노이즈(간섭)의 영향을 받지 않는 특성을 보여 적외선에 데이터를 실어 전송한다.
< 출처: http://nstckorea.tistory.com/310 >
▸ 명칭:
[여기에 사진을 부착하시오]
[특성]
< 출처: >
앗차 노트!
적외선 활용 제품
: 적외선 센서 (Infrared Sensor)를 알아보자. 적외선을 이용한 적외선 센서를 알아보자.
박’티처의 이야기 『적외선 센서』- 더 알아보기
※ 적외선 센서란
적외선을 이용한 센서. 적외선 센서는 인간의 눈에 보이는 빛(가시광선) 이외의 광선도 감지할 수 있다. 이를테면 적외선 등을 검출하는 것은 아주 간단하므로, 어둠 속에서도 물 체를 인식할 수 있다. 인공위성에 실은 적외선 센서를 써서 대지나 해안의 매장물로부터 나 오는 적외선을 포착하거나 미사일 탄두에 적외선 센서를 달아 목표물을 추적하도록 한다.
적외선 센서: 적외선을 쏘는 발광부(Ir LED)와 적외선을 받아들이는 수광부(photo diode)로 이 루어진 센서로 명암을 분하여 거리측정을 할 수 있는 장치이다.
▲ 적외선 센서 작동 원리
1. 주변에서 적외선 센서가 사용된 곳을 이야기해 보자.
( ) ( ) ( ) ( )
적외선(infrared ray) 체험하기:
적외선을 눈으로 볼 수 있을까?▲ 적외선 관찰 실험 방법
적외선은 가전제품의 리모컨, 방범용 동작 감지기, 장애물 감지기, 승강기 등의 위치 감지기, 아파트 현관 자동 점멸등, 적외선 카메라, 적외선 히터, 적외선 망원경, 적외선 스캐너, 적외선 분 광기 등 일상생활에서 많이 사용되고 있지만, 우리 눈에 보이지 않기 때문에 쉽게 이해하기 어렵 고, 당연한 듯이 사용만 해왔다. 이런 적외선을 실제로 볼 수는 없을까?
박’티처의 이야기 『적외선(IR)』-더 알아보기
적외선이란?
적외선(IR: Infra Red)은 빛(가시광선)보다 파장이 긴 전자기파(파장 범위: 0.75㎛에서 1㎜ 정 도)이다. 빛의 스펙트럼에서 적색 부분의 바깥쪽에 해당하므로 이러한 이름이 붙여졌다. 적외 선은 열을 가지고 있기 때문에 일명 열선이라고 불리기도 하며, 그 열작용이 적외선의 특징이 기도 하다. 물질이 근적외선을 흡수하면 물질 내의 열운동이 들뜨게 되어 온도가 상승하게 되 는데, 우리 눈에는 잘 보이지 않지만, 공기 중에 산란이 잘 일어나지 않는 특징이 있다.
실험 1 - 적외선을 눈으로 보자.
1. 준비물: 디지털카메라, 캠코더, 휴대전화기 카메라, 리모컨, 적외선 송수신 실험 set 2. 실험 방법
① 리모컨의 앞부분을 눈으로 살펴본다.
② 디지털카메라를 켜고 액정을 보면서 다른 사람에 게 리모컨을 렌즈에 향하여 작동시키도록 한다.
③ 카메라 액정으로 리모컨의 창에서 나오는 것을 관찰한다. 디지털카메라로 적외선을 직접 관찰하 고, 관찰 결과를 기록하고 사진을 찍어보자.
3. 관찰 결과 (사진을 아래에 붙여보자.)
적외선의 색깔은? ( )
사진을 아래에 빈칸에 붙여보자.
리모컨 작동 전 리모컨 작동 후
적외선(infrared ray) 통신 체험하기
: 적외선 통신을 이용하여 LED와 버저를 제어해 보자.▲ 작동 사진
실험 2 - 적외선 통신을 이용하여 LED와 버저를 제어해 보자.
1. 준비물 : 적외선 발광 다이오드, 수광 다이오드, 브레드 보드, 건전지(3V 이상), 전선, TV 리모컨, 버저 2. 실험 방법
① [실험 2-1] 사진처럼 LED와 수광 다이오드를 브레드 보드에 끼운다.
- LED의 긴 다리는 (+)전원에 연결하고 짧은 다리는 (-)전원에 연결한다.
- 수광 다이오드의 긴 다리는 (-)전원에 연결하고 짧은 다리는 (+)전원에 연결한다.
㉠ 건전지의 빨강색 전선 (+전원)은 수광 다이오드의 짧은 다리와 연결 ㉡ 수광 다이오드 긴 다리는 발광다이오드의 긴 다리와 연결
㉢ 발광 다이오드 짧은 다리는 건전지 검정색 전선(- 전원)과 연결
[실험 2-1]
[실험 2-1]
② TV 리모컨을 이용하여 수광 다이오드를 향해 버튼을 누른다.
③ LED에 불이 켜지는지 확인한다.
④ [실험 2-2] * LED와 버저는 병렬연결
- 버저의 긴 다리 쪽에 LED의 긴 다리 쪽에 나란하게 버저의 짧은 쪽은 LED의 짧은 다리 쪽에 나란하게 연결한다.
㉠ 건전지의 빨강색 전선 (+ 전원)은 수광 다이오드 짧은 다리에 연결 ㉡ 수광 다이오드 긴 다리는 발광다이오드 긴 다리와 연결 ㉢ 발광 다이오드 긴 다리는 버저의 긴 다리 ㉣ 버저 짧은 다리 : 발광 다이오드 짧은 다리
㉤ 발광 다이오드 짧은 다리 : 건전지 검정색 전선 ( - 전원) ⑤ TV 리모컨을 누르면서 LED와 버저의 변화를 살펴보자.
⑥ 관찰된 내용은 보고서에 작성한다.
◄ LED 극성구분하기
보통 긴다리가 anode로 (+)극에 연결하고 짧은 다리가 cathode로 (-)극에 연결한다.
다리가 잘라 사용하는 경우 내부의 (│)부분 이 (+)이고 (┎) 부분이 (-)에 연결한다.
적외선(infrared ray) 통신 체험하기
: 적외선 통신을 이용하여 LED와 버저를 제어해 보자. 실험 2 - 적외선 통신을 이용하여 LED와 버저를 제어해 보자.
■ 실험 기록하기
1. 적외선 통신 실험 회로를 그려보자.
[실험 2-1] [실험 2-2]
2. TV 리모컨을 눌렀을 때 어떠한 현상이 발생하는가?
[실험 2-1] [실험 2-2]
3. 리모컨을 수광 다이오드 반대쪽으로 하여 버튼을 눌러보자. 어떤 현상이 발생하는가?
[실험 2-1] [실험 2-2]
4. 리모컨 앞부분을 손으로 가린 후 버튼을 눌러 보자. 어떤 현상이 발생하는가?
[실험 2-1] [실험 2-2]
적외선(infrared ray) 통신 체험하기
: 적외선 통신을 이용하여 LED를 제어해 보자.박’티처의 이야기 『적외선 LED, 포토트랜지스터: IR 수광부』
☀ 적외선 LED(IR LED)
IR(Infrared) LED라고도 하며 730nm~940nm 파장대의 빛을 발광합니다. 빛의 파장 대에 따라 주로 저조도 조명용, 감지용 센서, IR 통신 등의 용도로 사용됩니다.
[직경 5(mm), 파장 940(nm), 화각(deg) +-20, 정격전압 1.36(V), DC 정격전류(I) 100mA]
: 1.5V 전지에도 사용할 수 있고 +-20도의 화각을 가진 적외선을 방출하는 LED이다.
- 다리가 긴 쪽이 (+), 짧은 쪽이 (-)에 연결을 해야 작동을 한다.
- 작동 여부를 확인하기 위해서는 카메라를 이용하여 확인할 수 있다.
▲ ST-1KLB Data sheet 실험 3 - 적외선 통신을 이용하여 LED를 제어해 보자. (포토트랜지스터 이용) 1. 준비물: 적외선 발광 다이오드, 포토트랜지스터, 브레드 보드, 건전지, 전선
▲ IR LED (좌), 포토트랜지스터:
ST-1KLB(수광부)(우)
☀ ST-1KLB(수광부)
일반 Transistor처럼 Emitter, Base, Collector 3단자로 구성되어 있습니다.
창을 통해 들어오는 빛이 Base에 인 가되어 Transistor가 동작하므로 부품에 있는 Base 단자는 연결하지 않고 사용 합니다. 파장 850~900nm 부근에서 최 대 감도를 가지는 것을 알 수 있습니다.
그리고 방사 패턴을 보면 방사 각이 작다. 다시 말해서 IR LED와 같이 사용할 때, 이 방사각 안에 적외선이 들어와야 감 지가 된다는 것입니다. IR LED의 지향각도 크지 않으므로 IR LED와 Photo-transistor가 서로 마주 보게 위치해야 합니다.
◀ 포토트랜지스터를 이미터 출력으로 구성했을 때 동작 회로
적외선(infrared ray) 통신 체험하기
: 적외선 통신을 이용하여 LED를 제어해 보자. 실험 3 - 적외선 통신을 이용하여 LED를 제어해 보자. (송신부와 수신부 이용)
2. 실험 방법
① [실험 3-1] 사진처럼 LED와 포토-트랜지스터를 브레드 보드에 끼운다.
[실험 3-1]
- [실험 3-1]의 좌측의 투명 LED가 EL-7L과 같은 IR LED이고 우측이 ST-1KLB Photo-transistor 입니다.
② 적외선 LED의 긴 다리 쪽에 저항(100Ω)을 이용하여 사진처럼 (+)극에 연결한다. 짧은 다리는 (-)극에 와이어(전선)을 이용하여 연결한다.
③ 포토-트랜지스터의 이미터(Emitter)에 LED의 긴 다리를 연결하고 짧은 다리는 저항(100Ω)을 이용하여 (-)극에 직렬로 연결한다.
④ 포토-트랜지스터의 컬렉터(Collector)에는 와이어를 이용하여 사진처럼 (+)극에 연결한다.
(단, Base는 연결하지 않는다.)
⑤ 송신부와 수신부를 서로 마주 보게 한 후 전원을 가하면 LED에 불이 켜지게 된다.
⑥ 주어진 문제를 풀고 보고서를 작성한다.
3. 실험 문제
① 송신부의 IR LED의 색깔은?
② 송신부와 수신부 사이에 마주 보게 되면 어떤 현상이 나타나는가?
③ 송신부와 수신부 사이에 손을 넣었을 때 어떤 현상이 나타나는가?
④ 송신부와 수신부 사이에 종이 한 장을 한 겹으로 넣었을 때 어떤 현상이 나타나는가?
⑤ 송신부와 수신부 사이에 종이 한 장을 두세 겹으로 넣었을 때 어떤 현상이 나타나는가?
⑥ 송신부와 수신부 사이에 교통카드나 전화카드를 넣었을 때 어떤 현상이 나타나는가?
⑦ 수신부 정면을 기준으로 할 때 어느 정도(각도)까지 수신할 수 있는가?
적외선(infrared ray) 통신 체험하기
: 적외선 통신을 이용하여 LED를 제어해 보자. 실험 3 - 적외선 통신을 이용하여 LED를 제어해 보자. (송신부와 수신부 이용)
1. 적외선 실험 회로를 그려보자.
☑ 기본 전기전자기호
트랜지스터 적외선 LED 저항 LED GND
■ 전기전자기호를 참고하여 회로를 그려보도록 하자.
[ 적외선 송·수신회로도 그리기 ]
적외선(Infrared ray) 통신 체험하기 -
적외선 통신을 이용하여 LED를 제어해 보자. 실험 3- 실험 활동 내용 기록하기
‣ 적외선 발신부(IR LED)의 색깔은 어떠한가?
적외선 ( ) 색깔이 나타나는 이유는?
‣ 적외선 발신부와 수신부 사이에 물체를 끼워보자.
① 수신부 정면을 기준으로 할 때 어느 정도(각도)까지 수신할 수 있는가?
② 종이 대신에 손으로 막아보자. 이때 LED의 변화가 발생하는가?
③ 물체 사이에 종이를 한 겹으로 끼워보자. 이때 LED의 변화가 발생하는가?
④ 종이의 두께를 좀 더 두껍게 만들어 보자. 이때 LED의 변화가 발생하는가?
⑤ 교통카드나 신용카드 등 플라스틱 카드를 사이에 끼워보자. 이때 LED의 변화가 발생하는가?
적외선(Infrared ray) 통신 체험하기 -
적외선 통신을 이용하여 LED를 제어해 보자. 실험 3 - 송신부와 수신부를 만들어 적외선 통신을 알아보자.
‣ 적외선 발신부와 수신부를 마주 보는 방향을 달리하여 각각의 LED 상태를 살펴보자.
① 발신부와 수신부를 정면으로 똑바로 할 때 LED의 밝기는?
② 발신부와 수신부가 정면에서 어긋나게 놓여 있을 때 LED의 밝기는?
③ 어떻게 해야 LED의 불빛이 가장 밝은가?
확인문제 (1,2차시 정리하기)
1. 적외선에 관한 설명으로 옳지 않은 것은? ( )
① 열선으로 따뜻한 느낌이 난다.
② 우리 눈에 잘 보이지 않는 빛이다.
③ 액체, 기체 상태의 물질에 강하게 흡수가 된다.
④ 공기를 잘 투과하여 투시의 효과를 볼 수 있다.
⑤ 자외선처럼 오랫동안 받으면 인체에 해로운 영향을 끼칠 수 있다.
2. 적외선을 디지털 카메라로 찍으면 어떤 색깔을 볼 수 있는가? ( )
3. 빛의 삼원색은 ( ), ( ), ( )이고 색의 삼원색은 ( ), ( ), ( ) 이다. 이중 빛의 삼원색을 모두 섞으면 ( ) 현상, ( )이 나타난다.
4. 다음 사진에서 이용된 적외선의 성질은? ( )
앗차 노트!
▲ 적외선 리모컨 및 LED화분
Ⅱ. 적외선(Ir) 통신 및 리모컨 원리 이해하기
▲ 적외선 통신의 대표 사례: TV 리모컨
▲ 리모컨의 기본 송·수신 원리
생활을 편리하게 해주는 발명품 중 친숙하게 생활 속에 자리 잡고 있는 것 이 바로 리모컨이다. 이 리모컨은 어떻게 발달하였으며, 어떠한 방식으로 이 루어져 있을까?
리모컨은 어떤 언어를 사용하여 멀리 떨어져 있어도 수신 장치와 통신을 하여 데이터를 주고받을 수 있을까? 또한, 리모컨의 기본 원리를 이용하여 새로운 무엇인가를 만들어 볼 수 있지 않을까?
이번 활동에서는 리모컨에 사용되는 통신의 종류와 언어를 알아보고 그것을 이용한 발명품을 구상해 보자.
들어가기: 눈에 보이지 않는 신호 (무선 통신)
‣ 만화를 보고 무선 통신의 필요성을 살펴보도록 하자.
무선 통신의 필요성을 적어보자.
적외선 통신 ( IrDA: Infrared Data Association )이란?
TV 리모컨에서 흔히 볼 수 있는 광무선 통신
무선 통신은 우리가 보이지 않는 공간을 전파가 이동하면서 데이터를 전달해 주는 방식이다. 무 선 통신은 적용과 활용의 범위가 넓고 생활의 편리함을 준 위대한 발명품에 하나이고, 멀리 있는 사람과 대화를 하거나 데이터를 주고받을 수 있도록 도와주는 등 공간과 시간을 극복할 수 있도록 도와준 발명이라 할 수 있다. 그 중 우리가 배우게 될 적외선 통신은 빛을 이용한 무선통신으로 주 변에서 흔하게 보이는 통신 방법의 하나로 가장 대중화 및 보편화가 된 통신이라 하겠다.
[그림 2-1] 현대의 무선 통신 종류
박’티처의 이야기 『NFC: Near field communication』- 더 알아보기 NFC란 10cm 이내의 가까운 거리에서 다양한 무선 데이터를 주
고받는 통신 기술로 최근 스마트폰에서 근거리에서 터치하여 결 제, 정보 전송 등이 가능한 차세대 IT 기술이다. 무선태그(RFID) 기 술 중 하나로 13.56MHz 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선 통신 모듈로 10cm의 가까운 거리에서 단말기 간의 데이터를 전송하는 기술을 뜻하는데, 동굴(리더)이 필요하지 않고 블루투스 등과 기존의 근거리 기술과 비슷하지만, 블루투스처럼 기기 간의 설정을 하지 않아도 된다.
휴대전화 결제 시스템, 교통카드 시스템, 개인 정보 관리 시스 템, 헬스 케어 시스템이 있다. NFC의 가장 큰 장점은 보안에 강하 다고 할 수 있고 단점은 통신 거리가 짧은 점이 단점이기도 하다.
적외선 통신 (IrDA: Infrared Data Association)은 가시광선과 밀리파 사이에 있는 적외선을 이용 하여 근거리에 무선으로 데이터를 전송하는 통신기술이다. 적외선 송수신 모듈은 안테나가 없고, 하 드웨어가 콤팩트하며, 대용량 정보 전송이 가능하고 저렴하여 양방향 TV, 노트북, 디지털카메라, PDA, 휴대전화 등의 각종 디지털 기기에 채택하는 등 대중화되어 있는 통신이다.
[그림 2-2] 적외선 통신의 대표적인 사례 (TV리모컨)
[그림 2-3] 휴대전화간 적외선 통신
▲ 애플 TV와 모션 인식 TV 리모컨
▲ Q 리모트 실행 화면(좌), 적외선 방식 멀티비전(멀티터치기술)(우) 적외선 통신의 장점과 단점
적외선 통신의 특징(장·단점)을 적어보자.
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
왜 적외선 통신을 사용하는가?
적외선 통신은 인간의 생활을 바꾸어 놓을 만큼 커다란 영향력을 끼친 통신 중의 하나이다. 요즘에는 블루투스, RF, NFC 등 다양한 다른 형태의 무선통신 기술을 이용하여 다 양한 분야에서 각종 데이터를 수집하고 정보 기기들을 제어 하거나 주변장치 등에 적용되어 잠시 적외선 통신 활용이 주춤하였지만, 적외선이 다시 적용되고 있다.
애플은 TV 리모컨의 적외선 광학 모듈과 모션 인식방식 대한 특허(2009년)와 아이폰에 적용되는 적외선 송신 기술 관련 특허(2011년)를 취득하였다. 왜 애플에서는 적외선 통 신을 다시 찾고 있는 것일까? 애플은 적외선 모듈과 모션
인식 센서를 통해 화상 키보드 및 회면 상에 그림을 그리는 등 컴퓨터의 마우스와 같이 사용할 수 있도록 개발을 하였으며 이것은 현재 우리나라의 스마트 TV에서 등장하고 있는 매직 리모컨과 비슷 한 작동을 하며, TV 리모컨 대신에 아이폰, 아이패드, 아이팟 등에 IOS 기기 등으로도 제어할 수 있 게 하였다. 또한, 적외선 송신 기술 관련 특허는 아이폰 등을 이용하여 콘서트, 박물관 등에서 불법 으로 동영상을 녹화하거나 사진을 찍지 못하게 하는 등 엔터테인먼트 산업과 정 보 및 문화를 보호할 수 있는 기능으로 차후 상용화한 후 많은 부분에서 활용 가치가 높다.
LG전자에서도 스마트폰에 적외선 리모 컨 기능을 다시 탑재하기 시작하였다. 일 명 ‘Q 리모트’라 하며 주변 가전제품을
호를 통해 셋톱 박스, 오디오 등 집 안의 가전제품을 컨트롤 할 수 있는 올인원 리모컨으로 홈 네트 워크를 실현할 수 있는 기능이라 하겠다.
최근 적외선 방식으로 60~120인치 멀티터치패널을 전자칠판이나 디지털 정보디스플레이어를 개 발하여 사용화하고 있다. 전자 칠판을 적외선 방식으로 바뀌게 되면 전자펜을 인식을 하지 못하는 데드존이 사리지고 모든 스크린 전체를 사용할 수 있게 되어 더욱더 직관적이고 역동적인 수업이 이루어져 멀티미디어를 활용한 IT수업이 될 것을 예상된다.
그럼 왜 다시 적외선 통신을 사용하는가? 적외선의 특징 중 탁월한 보완성과 여러 분야에서 손쉽 게 적용 가능하며, 저렴한 가격과 활용과 호환성이 높다는 점이 지속해서 호감을 주고 있기 때문이 다. 방 안이나 확 트인 한정된 공간에서 다른 RF 및 블루투스 등 장애물의 간섭을 받지 않는 고가 의 통신을 사용하기보다는 적외선 통신을 사용하는 것이 새로운 제품에 적용하기 쉽고 저렴한 가격 등의 장점이 있기 때문이다.
또한 적외선 통신은 유비쿼터스 핵심 기술로 지속적으로 적용이 가능한 통신 방법의 하나이고, [그림 2-4]처럼 적외선 센서와 적외선 카메라를 통하여 외부의 데이터를 수신하여 처리하여 위험 감 지, 질병 감지 등 다양한 분야에 적용할 수 있기 때문에 널리 사용된다.
[그림 2-4] 적외선 센서와 적외선 카메라를 이용한 데이터 처리의 예
◀ 공항에 설치된 적외선 카메라로 고온 환자 감별(좌)
◀ 야간 주행 시 위험물을 알려주는 BMW의 나이트 비전 (우)
적외선 통신의 미래 전망?
앨빈 토플러는 제1의 물결을 농업 혁명, 제2의 물결을 산업 혁명, 제3의 물결을 정보 혁명이라 했 다. 현재 우리는 제3의 물결이라는 정보 혁명 속에 급속한 발전을 이루었으며, 유비쿼터스 시대를 맞이할 준비를 하고 있다.
유비쿼터스란 ‘언제 어디서나 네트워크에 연결되어 내가 원하는 정보를 얻고 사용할 수 있는 환 경’을 말한다. IT나 통신 분야의 모든 최신 기술들은 유비쿼터스에 필요하며 여기서 적외선 통신은 유비쿼터스의 인터페이스 기술(사용하기 쉬운 형태 바꾸는 기술)로 핵심기술에 해당이 된다.
[그림 2-5]처럼 입력장치인 키보드를 설치하지 않아도 적외선 형태의 빔을 쏘아 입력 자판을 만 들어 데이터를 입력할 수 있기 때문에 장소의 제약과 단말 장치를 설치 및 휴대의 필요성이 없기 때문에 손쉽게 데이터 접근이 가능해진다.
그 다음의 물결은 제4의 물결로써 생물 기술(바이오 기술: BT)과 정보 기술(IT), 나노 기술(NT), 인지 과학(CS) 등 4대 분야(NBIC) 가 상호 의존적으로 결합하는 융합 사회가 올 것이라 예상하는 등 사회 전반에 걸쳐 융합(convergence)될 것이라 한다.
다가올 융합의 시대에서도 적외선 통신은
◈ 특허관련 사이트 - 찾아가 보자 특허청 : www.kipo.go.kr
산업재산권 취득절차, 국제출원, 특허심판, 국제특허 분류 및 전자민원창구 안내
가격 및 다양한 제품에 적용될 수 있는 장점으로 계속 꾸준히 사용하게 될 것이다. 또한 적외선 센 서 및 적외선 카메라를 통해 사람들이 인식하지 못하지만 모든 사물을 네트워크로 연결해서 인지·
감시·제어하는 정보 통신망을 이루어 사람들의 상태를 확인하고 스스로 최적의 상태를 만들어 주거 나 최적의 방안을 찾아주는 등 사람들의 편리와 안전을 지켜주는 지능형, 스마트적인 통신망을 갖 추게 될 것이다.
Apple, 'Introducing the Leap' (차세대 모니터 기술 적외선) 영상을 보고 미래에 사용될 적 외선 통신을 예측하여 보자.
이야기 제시하기 (IT 관련 특허 분쟁)
세계의 특허전쟁 : 삼성 VS 애플 - IT 관련 특허 소송에 대하여 알아보자.
아직도 끝나지 않는 삼성과 애플의 특허 전쟁 (2011. 4. 15 ~ )
미국에서 애플이 삼성을 대상으로 디자인에 관련하여 특허 소송을 시작으로 현재 9개국(미국, 한국, 독일, 일본, 네덜란드, 영국, 이탈 리아, 프랑스, 호주)에서 큰 규모의 특허소송으로 특허권, 디자인권 소송이 뒤엉켜 이루어지고 있다. 서로간의 판매금지 및 손해배상 청구 등의 큰 액수의 소송이 진행 중이다.
삼성은 통신기술 특허에 대해 애플은 다자인에 대한 것에 대한 소송을 시작하여 확대되어 가 고 있으며 아직도 끝나지 않고 있다. 현재(2012. 10.17) 1차 소송으로 결정된 사항은 삼성이 디 자인 특허를 완전히 침해했다고 판명 주요 갤럭시 시리즈 미국 내 판금 및 약 1조의 배상금이 나온 상태이고 삼성은 항소 중이며, 국내에서는 애플이 삼성의 통신특허를 침해했다고 판단되어 판금 및 페기처분 명령을 내린 상태이다. 이로 인해 애플은 삼성 스마트폰 제품과 관련 판매금 지를 신청한 상태이지만 아직도 미국 내에서도 제품을 팔리고 있다.
특허 조사해보기
특허에 관련된 사이트에 방문하여 특허의 종류 및 현재 진행되고 있는 IT 특허소송과 특허분쟁이 무엇인지 조사하여 보자.
특허로 : www.patent.go.kr
특허청 전자출원 포털사이트, 특허넷, 특허출원, 특허관리, 증명 서발급, 수수료납부 등 안내
특허정보검색서비스(KIPRIS) : www.kipris.or.kr
국내외 특허, 상표, 디자인 정보 검색 및 선행기술 조사 분석, 상표조사, 번역 등 특허 서비스 안내
특허심판원 : www.kipo.go.kr/ipt/
특허심판 종류, 절차, 재심, 민원 안내, 심판, 소송통계 자료 등 수록
한국산업디자인진흥원 : www.kidp.or.kr
디자인 서비스 기관, 컨설팅, 창업지원, 기술개발 등 사업 및 전시회, 교육 등 안내
윕스 : search.wips.co.kr/
전세계 특허정보검색, 특허분석, 통계, 관리, 특허동향 및 기술 동향 등 제공
대한변리사회 : www.kpaa.or.kr
변리사단체, 특허, 상표, 의장 등 지적재산권 출원, 무료 변리 업무, 변리사 제도 안내
IT관련 성공 인물 알아보기
스티브잡스 (Steven Paul Jobs, 1955.2.24 ~ 2011.10.5)
미국의 기업가이며 애플 사(社)의 창업자이다. 실리콘벨리에서 성공한 인물 중에 한 사람으로 매킨토시, 아이팟, 아이폰, 아이패드 등 탄생시키 며 500억 이상의 이익을 창출하였다. 창조와 혁신의 아이콘이 된 인물로 21세기 세계인의 라이프스타일을 바꾼 가장 영향력 있는 인물이라고 해 도 과언이 아닐 것이다.
손정의 (숀마사요시, 孫正義 | そんまさよし, 1957. 8. 11 ~ )
2005년 말 스티브잡스에게 전화를 하여 아이팟에 전화기능 을 넣어달라고 요구하였다. 이때 이미 아이폰을 만들고 있었고 일본에 라이센스를 미리 갖고 있으라했으며 차후 일본에 독점 판매를 하게 되었다. 기업가이자 IT 미래를 바라볼 줄 아는 IT 전문가이고 자랑스러운 제일교포로 현재 소프트뱅크의 회장으 로 엄청난 이익을 창출하고 있다. 현재 애플 혹은 스티브잡스 와 경쟁을 할 수 있는 인물로 손꼽히고 있다.
래리 페이지 (Larry Page (1973. 3. 26. ~ )
스탠퍼드대학교 대학원 컴퓨터공학 석사로서 구글 창립자이다. 최고의 포 털사이트 구글을 만든 설립자로 엄청난 금액의 수익을 창출하고 있는 기업 가이기도 하다. 또한, 그는 창조적이고 상식을 깨고 더 나은 제품계발을 하 기위해 항상 노력하는 공학자이다.
IT 관련 학과를 조사해 보자.
(1) 정보통신학과 전공 내용 :
설치된 대학
졸업 후 진로
출처 :
(2) 컴퓨터공학과 전공 내용 :
설치된 대학
졸업 후 진로
출처 :
(3) 선생님이 제시한 학과 이외에 관련된 과를 하나를 찾아 간략하게 소개해 보자.
( ) 학과 전공 내용 :
설치된 대학
졸업 후 진로
출처 :
진법 이해하기 (리모컨 코드 : 16진법)
리모컨 코드에서 16진법을 사용하는 이유는?
[표 2-1]를 보면 리모컨 코드는 16진법을 사용하고 있음을 알고 있다. 리모컨 및 컴퓨터 내부에서 는 0, 1로 구성된 기계어인 2진법과 A, B, C, D, E, F 등의 16진법을 사용하고 있다. 2진법을 그대로 사용하기는 공학과 전자를 전공한 사람들 이외에는 이해하기가 어렵고, 2진법 자체를 그냥 사용하 다보면 큰 숫자를 표현할 때는 너무 길어지기 때문에 프로그램 소스가 너무 길어지고 프로그램 자 체의 용량이 커지기 때문에 Micom에 리모컨 코드를 넣는 경우에는 무리가 발생한다. 또한 사용되 는 칩이 대용량을 가진 칩을 사용해야 하고 가격의 상승을 초래할 수 있다. 그러기 때문에 간단하 게 표현할 수 있는 16진법을 사용하여 리모컨 코드로 표현하는 것이 좋다.
리모컨을 이해하기 위해서는 2진법과 16진법 2가지 변환과정을 이해가 필요하다. 사실 변환은 컴 퓨터에서 변환프로그램이나 전자계산기에서 자동으로 손쉽게 계산이 가능하지만 리모컨 코드와 리 모컨의 원리를 이해하기 위해 진법변환에 대해서 알아보도록 하자.
구 분 삼성(TV) 포맷-TC9012 LG(TV) 포맷-TC9012
기능(키) 커스텀
코드 데이터 데이터
(1의 보수) 커스텀
코드 데이터 데이터
(1의 보수)
TV 전원 0707 02 FD 04FB 08 F7
음량(+) 0707 07 F8 04FB 02 FD
음량(-) 0707 0B F4 04FB 03 FC
채널(+) 0707 12 ED 04FB 00 FF
채널(-) 0707 10 EF 04FB 01 FE
[표 2-1] 리모컨 회사별 코드 테이블
박’티처의 이야기 『기계어』- 더 알아보기
『기계어』
컴퓨터가 직접 읽을 수 있는 2진 숫자(binary digit, 0과 1)로 이루어진 언어를 말하며, 이는 프로그래밍 언어의 기본이 된다. 프로그래머가 만들어낸 프로그램은 어셈블러(assembler)와 컴파일러(compiler)를 통하여 기계어로 번역되어야 컴퓨터가 이해할 수 있다.
진법과 진법 변환이란?
진법이란 수를 표기하는 기수법의 하나로 자릿값 체계로 10진법, 2진법, 5진법, 16진법 등이 있다.
일반적으로 사람이 사용하는 진법은 10진법이다.
컴퓨터에서는 내부적으로 2진법을 사용하기 때문에 기계가 이해할 수 있는 언어인 기계어는 2진법 으로 구성한다. 사람이 사용하고 있는 10진법을 2진법이나 16진법으로 변환하는 과정이 필요하다. 이런 변환 과정을 진법 변환이라 한다.
진법 숫자 설명 예
2진법(Binary) 0, 1 ON, OFF, 참과 거짓, 홀수와 짝수 1111(2)
10진법(Decimal) 0∼9 사람이 익숙한 숫자 체계 15(10)
16진법(Hexadecimal) 0∼9, A∼F 2진법을 1/4로 줄여서 표현 F(16)
[표 2-2] 기본진법 비교
[표 2-2] 기본 진법인 2진법, 10진법, 16진법을 표현한 표이다. 2진법은 0, 1로 표현을 하고 ON 과 OFF를 나타내기 좋은 체계이다. 10진법은 사람들이 자주 사용하여 익숙한 체계이고 16진법은 2 진법을 1/4로 줄여 나타내고 있고 리모컨 코드에서 사용되고 있다. 2진법의 긴 수를 압축시켜 보여 주기 때문에 간단히 표현된다.
10진법(Decimal) 2진법(Binary) 16진법(Hexadecimal)
15 1111(2) F(16)
박’티처의 이야기 『태극기에 숨어 있는 진법』- 더 알아보기
『태극기에 숨어 있는 진법』
태극 모양은 옛날에는 조금 달랐다고 한다. 태극기의 원래 모양에는 팔괘라고 부른 원리가 들어 있다. 동양의 음양사상에서는 태양과 달, 남자와 여자, 홀수와 짝수 등 세상의 모든 것을 음과 양으로 분류해서 나누어진 2진법에 기초한 사상이다. 이 음양사상 에 영향을 받아 수학적 구조가 태어났다. 태극기에 그려진 팔괘는 건(乾), 태(兌), 이(離), 진(震), 손(巽), 감(坎), 간(艮), 곤(坤)의 8가지야. 팔괘를 숫 자로 표현하기 위해' '(양)을 1, ' '(음)을 0으로 고쳐 쓰면, (111), (011), (101), (001), (110), (010), (100), (000)과 같다.
진법 변환하기
① 10진수→2진수/8진수/16진수로 변환을 해보자.
- 정수 부분: 변환할 진수로 더 이상 나뉘지 않을 때까지 나누고, 나머지를 역순으로 표시한다.
- 소수 부분: 소수 부분이 0 또는 반복되는 수가 나올 때까지 변환할 진수로 곱하기를 반복하면서 결과의 정수 부분만 차례대로 표시한다.
② 2진수/8진수/16진수→10진수로 변환을 해보자.
- 정수분과 소수 부분의 각 자릿값에 자리의 지수 승을 곱한 결과 값을 모두 더한다.
1. 10진수 ↔ 2진수 변환하기
1) 9(10) → 1001(2) 2) 30(10) → 11110(2)
3) 1001(2) → 9(10) 4) 11110(2) → 30(10)
2. 10진수 ↔ 16진수 변환하기
1) 123(10) -> 7B(16) 2) 500(10) -> 1F4(16)
3) 7B(16) -> 123(10) 4) 1F4(16) → 500(10)
3. 2진수 ↔ 16진수
4자리의 2진수는 4bit라고 바꿔 말할 수 있고 8bit(1byte)는 8자리의 2진수이며 이는 2자의 16진수이 다. 1byte는 2자리의 16진수로 간단히 표현(00∼FF)할 수 있다. 이런 이유로 컴퓨터 공학에서는 16진수로 숫자를 표현한다. 1byte로 저장할 수 있는 숫자를 10진수로 표현하면 0~255이며 세 자릿수가 필요하다.
[표2-3] 각 수의 관계-진수
3(0011) = 2(0010) + 1(0001) 5(0101) = 4(0100) + 1(0001) 6(0110) = 4(0100) + 2(0010) 7(0111) = 8(1000) - 1(0001) 9(1001) = 8(1000) + 1(0001) B(1011) = A(1010) + 1(0001) D(1101) = C(1100) + 1(0001) E(1110) = F(1111) - 1(0001)
[예시] 계산방법
[표2-3]을 모두 외우면 좋겠지만, 빨간색 숫자만 기억하면 나머지 계산은 쉬워진다. 변환 요령은 16진수는 한 자리씩 끊고 2진수는 네 자리씩 끊는다. 그리고 [표2-3]을 보고 변환하면 된다.
1) 7F(16) -> 01111111(2)
2) 3D6A921E(16) -> 00111101 01101010 10010010 00011110(2)
3) 10101100(2) -> AC(16)
Thinking summary.
체험 활동 진법 변환을 해보자.
진법 변환하기 (2진수, 10진수, 16진수)
[ 각 진수 간의 관계 ]
1. 10진수 ↔ 2진수 변환하기
1) 17(10) → 2진수로 2) 100(10) → 2진수로
3) 20(10) → 2진수로 4) 1110(2) → 10진수로
5) 11001(2) → 10진수로 6) 101010(2) → 10진수로
2. 16진수 ↔ 10진수 변환하기
1) 1F5(16) → 10진수로 2) ABC(10) → 10진수로
3) 369(10) → 16진수로 4) 435(2) → 16진수로
3. 2진수 ↔ 16진수 변환하기
1) 11111(2) → 16진수로 2) 10011101101(2) → 16진수로
3) 10F1(16) → 2진수로 4) 10A(16) → 2진수로
리모트 컨트롤 ( Remote control )
리모트 컨트롤(Remote control)이란?
리모컨(Remote control)이란 원거리 조정장치 또는 원격 조정기로 기계의 원격 운영에 쓰이는 전 자 장치를 말한다. 텔레비전, 라디오, 오디오 장비를 조정하는 데 주로 쓰이며 휴대용 오디오 기기를 조작하는 유선 장치도 리모컨이라고 불린다.
[그림 2-6] 다양한 리모컨의 종류
리모컨 방식
리모컨은 Ir 방식, RF방식을 주로 사용하고 있다. Ir 방식은 Ir은 Infra RED로 적외선의 일부 파장 대역(피크파장 900~950nm)을 캐리어(Carrier)로 사용하고 이에 Data를 얹어 보내는 방식으로 1차 리모컨에서 변조(Encoding)하고 이를 수신부(Receiver)가 받아 다시 복조(Decoding)하여 신호를 받게 된다. 장기간에 걸친 사용에 의해 부품의 수도 대거 줄어들어 마이컴(Micom) 1개로 모든 일을 할 수 있을 정도가 되었고 간단한 프로토콜(Protocol, 통신 언어)은 변조기(Encoder) IC에서도 지원할 수 있게 되었다.
리모컨은 사용하기 편리하기 때문에 모든 무선 조종(Wireless control)에서 1차적으로 검토하는 방법이 되었고 제작방법도 비교적 쉬운 편이며, 값싸고 재현성이 높다는 점이 장점이나 방해물 또 는 장애물이 있을 때 적외선도 빛이므로 전혀 통과치 못하는 것이 단점이라 볼 수 있다.
▲ 적외선 통신의 일반적 구성
RF 방식은 Radio Frequency를 이용한 리모컨으로 실내외, 주야를 불문하고 사용할 수 있는 것이 큰 특징이다. 주파수는 UHF대, VHF대가 있으며 전파형식도 FM 방식과 AM 방식 등 여러 가지가 있다. 전파를 이용하게 됨으로써 실내에선 방해물, 즉 벽 등의 장애물에 상관없이 신호를 주고받을 수 있고, 실외에서는 장거리(대략 1Km까지도) 사용이 가능하게 되었다.
이에 대한 규제는 국가적으로 이루어지는데 이는 여러 사용례에 따라 주파수 대역을 달리해주는 것과 변조폭, 출력 등으로 규제하고 있으며 국가별로도 그 내용이 달리 되고 있다.
RF 리모컨을 사용자가 직접 수리하거나 변환하는 것은 어렵기도 하거니와 불법이나, 주로 자동차 관 련 시동이나 도어 잠금용으로 사용되나 요즘에 와선 원격검침이나 공장 원거리 제어 등으로 그 영역이 넓혀지고 있다. 단점이라면 제작이 어렵고 단가가 좀 비싸다는 것과 승인 절차가 까다롭다는 것이다.
박’티처의 이야기 『IR과 FR의 장단점 비교』- 더 알아보기
▲ IR 방식과 RF방식
※ IR과 RF의 장단점 비교 [IR를 리모컨에 사용하는 이유]
① IR방식은 적외선을 이용하여 빛의 직진성의 영향을 받게 되어 중간에 장애물이 있으면 신호전달하지 못하지만 RF(라디오파)방식은 전자기파를 사용하기 때문(전파의 굴절/반사)에 전달이 가능하다.
- IR방식 : TV 리모컨, 오디오 리모컨 등 - FR방식: 무전기, 차량용 리모컨 등
② RF방식은 주파수를 변경하여 사용하기에 혼선이 되지 않지만, IR방식은 같은 주파수를 사용하게 되어 동일 회사의 제품과 동일 제품 사용 시 혼선이 발생된다.
③ RF가 더 좋지만 IR을 사용하게 되는 이유는 IR방식은 설계가 쉽고 제조단가가 저렴 하지만 RF방식은 가격이 비싸다.
리모트 컨트롤(Remote control)의 송·수신 신호와 구조를 이해하자.
IR 송신측은 통상 리모컨을 의미한다. 학습기능이 있어 송수신 기능을 모두하고 다른 리모컨으로 부터 데이터를 수신받아 데이터를 복사하여 사용할 수 있는 리모컨이 유니버설 리모컨이 있지만, 일반적인 리모컨은 단순 송신 기능만을 하고 있는 것을 뜻한다.
송신부의 기본 구조는 [그림 2-8]처럼 NPN TR의 Collector단에 IR LED가 연결되어, Base에 High 가 인가되면, 트랜지스터는 On이 되어 IR LED에 전류가 흐르게 된다. 물론 MCU(Micro Control Unit)가 제어를 하게 된다. 이때 IR LED에서 특정파장의 광선을 발산하여 수신부에서 신호를 인식하 게 되는 것이다.
[그림 2-8]의 저출력(좌)그림처럼 트랜지스터를 없애도 작동은 된다. 그렇게 되면 단지 저출력이 되어 송신 도달 거리가 짧아지게 된다. 보통 Ir 리모컨 송신용으로 사용되는 IR LED는 최대 출력 파 장이 950nm인 EL-7L(형명: SI-3311) [그림 2-9]를 주로 사용한다.
[그림 2-8] 송신부 기본: 저출력(좌), 고출력(우)
[그림 2-9] Ir LED EL-7L: 발광부
수신부의 기본 구조는 IR 수신측은 통상 가전제품의 전면에 모듈형태로 내장되어 있다. 수신모듈 과 저항, 콘덴서 몇 개로 간단하고 단순한 구조로 이루어져 있다. 제작비용은 불과 1,000원 정도면 구성할 수 있다.
일반적으로 사용하는 모듈은 [그림 2-10]의 603LM IR Receive Module을 사용하며 모듈 내부에는 포토다이오드/BPF(Band Pass Filter)/Pre Amplifier(전치 증폭기)가 내장되어 있다. [그림 2-11]에서
C1/C3는 전원 리플과 고주파 노이즈 제거용 콘덴서이고, C4는 출력단 노이즈 제거용, 10k옴 저항은 풀다운 저항이다. 특히 Vcc와 직렬로 연결된 R1 저항은 필히 연결하여 전류를 제한해야만 모듈이 고장 나지 않는다. 이 저항값이 크면 Vout 출력 레벨이 줄어들기 때문에 적절하게 사용하는 것이 좋다. 저항과 콘덴서를 없이 사용해도 되지만 신뢰도가 떨어질 수는 있다.
[그림 2-10] 603LM IR Receiver Module
[그림 2-11] 수신부 기본 구조
0101010 1
1010101 0
[그림 2-12] 리모컨의 기본 송·수신 원리
전체적인 리모컨의 기본 송·수신 원리는 [그림 2-12]처럼 이루어진다. 적외선 리모컨의 버튼을 누 를 때의 신호(데이터)를 적외선에 실어 적외선 수신부로 보내는 방식이다.
적외선 수신부에는 포토다이오드(photo-diode)가 들어온 적외선을 전기신호로 바꾸어준다. 이 신 호는 증폭과 검파 등의 회로를 거쳐 여러 가지 동작을 수행하게 된다. 따라서 TV 리모컨으로 TV 채 널 8번을 누르면 이미 입력된 고유 주파수를 지닌 적외선이 발광 다이오드에서 발사되고, TV에서는 채널 8을 작동시키게 되어있는 수광 다이오드가 신호를 받아들여 화면을 채널 8로 바꾸는 것이다.
또한, TV 리모컨의 음량 버튼을 누르면 적외선이 빠른 속도로 깜빡이는데, 이때 처음에는 음량 버튼 을 눌렀다는 신호가 가고, 그다음으로 적외선이 깜빡인 횟수를 통해 버튼을 몇 번 눌렀는지 TV의 해당 수광 다이오드가 인식하여 소리를 키우거나 줄이게 된다.
이런 이유로 TV, 오디오, VTR 등 수 개의 리모컨이 있지만 다른 기기에서 동작하지 않는 이유가 해당 기기마다 동작 코드 즉 리모컨 제어 코드가 다르기 때문이다.
이제부터 리모컨 제어 코드는 어떠한 형태인지 알 아보자. 리모컨 제어 신호는 리모컨을 사용하는 가전 제품이 많아지면서 생산 회사마다 독자적인 표준을 만들어 사용하면서 종류가 다양해졌으며, 우리나라와 태평양 연안 국가에서는 리모컨 코드 포맷을 NEC, TOSHIBA 또는 그 변형된 포맷을 주로 사용한다. 유 럽은 필립스(RC-5)나 RC-6 포맷을 사용한다.
최근 사용되는 전자기기들은 NEC 코드를 주로 사 용하고 있으며, NEC와 TOSHIBA 포맷은 구조가 거의
비슷하다 볼 수 있다.
주로 적외선 리모컨 제어는 950nm 부근의 적외선 영역의 파형을 이용하여 낮은 속도록 여러 바 이트의 정보를 전송한다. 적외선 통신이므로 다른 광원으로부터 노이즈(간섭)를 줄이고 전송거리를 연장하기 위해 [그림 2-13]처럼 30∼40kHz로 변조하여 반송되며(주로 38kHz) 수신기에서 이 신호를 복조하여 출력 핀에 비트 열(Stream)로 출력한다.
[그림 2-14] 실제 리모컨 송신 파형(좌), 리모컨 수신 파형(우),
오실로스코프(oscilloscope)
박’티처의 이야기 『변조와 복조』- 더 알아보기
※ 변조(modulation)
주파수가 높은 일정 진폭의 반송파(고주파)를 주파수가 낮은 신호파에 따라, 그 진폭ㆍ주 파수 또는 위상 등을 변화시키는 것
※ 복조(demodulation)
데이터 통신에서 수신된 신호를 원래의 신호로 복구하는 조작
오실로스코프를 이용하여 실제 리모컨을 측정하면 직접 코드 프로토콜의 종류와 코드값을 분석할 수 있기 때문에 다양한 리모컨 코드의 분석이 가능해지고 다른 기기에 간섭하지 않는 코드를 만들 어 사용할 수 있다.
[그림 2-14]의 파형이 비슷하지만, 차이점은 수신부 출력에서는 경사진 그래프가 없다. 그것은 반 송파 제거하면서 특정 주파수 성분만 필터링한 후 포락선(Envelope)만을 추출했기 때문이다. 두 번 째는 신호가 서로 반전되어 나온다. 입력신호가 없으면 Vout는 항상 Vcc 전압을 출력하게 모듈이 구성되어 있기 때문이다.
박’티처의 이야기 『오실로스코프』- 더 알아보기
※ 오실로스코프[ oscilloscope ] 시간에 따른 입력 전압의 변화를 화면에 출력하는 장치. 전기 진동이나 펄스처럼 시간적 변화가 빠른 신호를 관측한다. 보통 브라운관에 녹색 점으로 영상 을 나타내지만, 요즘에는 액정 화면을 사용하는 전자 식도 있음
※ 엔빌로프[ envelope ] : 포락선
파형의 끝을 서로 연결하여 파형을 둘러싸듯이 그려진 선.
특유의 음색, 악기 음색, 파형의 형태임 NEC / TOSHIBA 리모컨 포맷을 이해하자.
지금부터는 우리가 사용해야 할 NEC / TOSHIBA 리모컨 포맷을 알아보도록 하자.
[그림 2-15]처럼 Leader Code의 길이가 9ms(9msec)로 되어 있는 것을 알 수 있다. Leader Code 의 길이를 차이를 두어 9ms인 경우는 NEC format(LG TV용), 4.5ms인 경우는 TOSHIBA format(삼성 TV용)으로 사용하는 것이 차이점 중 하나이다.
