KR100337932B1 - 마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치 - Google Patents

마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치에 관한 것이다. 인가된 전원을 키 입력부로부터 정의된 돌입 위상각과 순단 시간으로 출력 전원을 제어하는 전력제어부(10); 제어 소프트웨어가 내장되어 전원 순단 장치의 각 소자를 제어하는 마이크로 콘트롤러부(20); 돌입 위상각을 정해주는 위상 조작부와 순단 시간을 정해주는 타임 조작부로 구성되고, 7개의 키(S,A,T,R,L,U,D)로 구성되어 돌입 위상 설정치를 ±30°씩 변화시킬 수 있으며 0°에서 330°까지 30°간격으로 설정이 가능하며 돌입 전원 시작 스위치와 돌입, 전원 순단 시험 중단 키, 및 순단 시간 설정치를 ±0.01초씩 변화시켜 0.01초에서 9.99초까지 0.01초 간격으로 설정 가능하며 그 시간 동안 전원을 순단할 수 있도록 입력을 조작하는 키 입력부(31); 현재 출력으로 전원이 공급되는 것을 보여주도록 0°~360°까지 30°씩 돌입 위상을 표시하는 13개의 LED 표시부(32); 및 순단 시간을 표시하는 7세그먼트 디스플레이 3디지트로서 전원 순단 시험 상태를 표시하는 세그먼트 디스플레이부(33)로 구성된다. 따라서, 마이크로프로세서를 포함한 PCB 회로의 정전 트러블 테스트, 가전제품의 전원조건 테스트, QC/QA 시험, 전원노이즈 시험을 할 수 있다.

Description

마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치{Low cost power interrupt tester by using micro-controller}
본 발명은 마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치에 관한 것으로써, 특히 마이크로 콘트롤러를 포함하는 회로 및 장치의 전원 성능 테스트와 디비그할 수 있는 마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 최근의 반도체 기술의 발전에 따라 대부분의 가전기기 및 소형 전자제품들을 마이크로 콘트롤러를 내장하고 있다. 마이크로 콘트롤러가 내장된 기기들은 상당한 부분을 내부 소프트웨어에 의해 동작 구성이 이루어지므로 생산 단계 혹은 사후 관리에서 고장 및 이상 유무에 대한 처리와 발견이 매우 어려운 실정이다.
특히, 상용 전원의 트러블에 의한 내장 마이크로 콘트롤러의 스택 에러(stack err)를 기본으로 하는 폭주 등을 재현성 있게 실험할 장치를 구현하기가 용이하지 않다.
대부분 영세한 중소기업에서 설계 하청 제작되고 있는 이러한 마이크로 콘트롤러 탑재 PCB를 전원 트러블 상태를 임의로 발생시켜 보다 재현성있는 시험이 가능한 저렴한 테스트 장치의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
기존의 전원 순단 장치는 고가의 수은 스윗치 혹은 전력 스위칭 소자로서 타이머에 의한 시간 셋팅에 따른 온/오프 동작을 수행한다.
그러나, 영세한 중소기업 등에서 마이크로 프로세서가 장착되는 PCB 회로와 소프트웨어 개발시 전원 트러블에 의한 테스트 검증이 반드시 필요한데 전원 트러블을 테스트 시뮬레이션할 수 있는 장비는 아직 국내 생산품이 없으며 고가의 일본 제품이 주로 보급되고 있는 실정이며 1000만원 이상 호가하여 비용 측면에서 업체의 부담이 큰 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 마이크로 프로세서가 장착되는 회로와 소프트웨어 개발시 전원 트러블을 테스트 검증하는 시뮬레이션을 하기 위하여 8비트 마이크로 컨트롤러를 이용하여 정현파 360°cycle 중 임의의 파형에서 온/오프(on/off)를 할 수 있고 임의의 시간만큼 정전 인터럽트를 제공할 수 있는 마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명에 의한 전원 순단 시험 장치의 하드웨어 구성도.
도 2는 전원 sine파에 대한 파형 정형 회로의 외부 인터럽트 발생 파형.
도 3은 위상을 나타내는 13개의 LED가 30°간격으로 0°~360°까지의 돌입 위상각을 구분한 파형.
도 4는 마이크로 콘트롤러에 설치된 주 프로그램 동작을 설명한 흐름도.
도 5는 타이머1의 서비스 루틴의 예시를 설명한 흐름도.
도 6은 전원 순단 시험 장치를 이용하여 돌입 전원 시험을 오실로스 코우프에서 측정한 위상각 90°의 돌입 전원의 파형.
도 7은 전원 순단 시험 장치를 이용하여 전원 순단 시험을 오실로스 코우프에서 측정한 50ms 전원순단시험 파형.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
10 : 전력제어부 11 : 전원제어부
12 : 포토 아이솔레이터(Photo isolator)
13 : 전원공급부(Power Supply)
20 : 마이크로 콘트롤러부 21 : 마이크로 프로세서
22 : 드라이빙 버퍼 23 : 디코더
31 : 키 입력부 32 : LED 표시부
33 : 세그먼트 디스플레이부
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 마이크로 콘트롤러를 이용한 전원 순단 시험 시스템에 있어서: 전력제어 소자로 구성되고 입력된 전원을 입력 키(Key)로부터 정의된 돌입 위상각과 순단 시간으로 출력 전원을 제어하기 위한 전력제어부(10); 제어 소프트웨어가 내장되어 전원 순단 장치의 각 소자의 모든 동작을 제어하기 위한 마이크로 콘트롤러부(20); 돌입 위상각을 정해주는 위상 조작부와 순단 시간을 정해주는 타임 조작부로 구성되고, 7개의 키(S,A,T,R,L,U,D)로 구성되어 돌입 위상 설정치를 ±30°씩 변화시킬 수 있으며 0°에서 330°까지 30°간격으로 설정이 가능하며 돌입 전원 시작 스위치와 돌입, 전원 순단 시험 중단 키, 및 순단 시간 설정치를 ±0.01초씩 변화시켜 0.01초에서 9.99초까지 0.01초 간격으로 설정 가능하며 그 시간 동안 전원을 순단할 수 있도록 입력을 조작하기 위한 키 입력부(31); 현재 출력으로 전원이 공급되는 것을 보여주도록 0°~360°까지 30°씩 돌입 위상을 표시하는 13개의 LED 표시부(32); 및 순단 시간을 표시하는 7세그먼트 디스플레이 3디지트로서 전원 순단 시험 상태를 표시하기 위한 세그먼트 디스플레이부(33)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치를 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(1) 전원 순단 장치의 하드웨어 구성과 동작
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 전원 순단 시험 장치의 하드웨어 시스템은 전력제어부(10), 마이크로 콘트롤러부(20), 키 입력부(31), LED 표시부(32), 및 세그먼트 디스플레이부(33)로 구성된다.
상기 전원 순단 장치의 하드웨어의 구성은 전원제어부(11), 포토 아이솔레이터(Photo isolator)(12) 및 전원공급부(Power Supply)(13) 등의 전력제어 소자로 이루어진 전력제어부(10)와, 제어 소프트웨어가 내장되어 전원 순단 장치의 모든동작을 제어하는 마이크로 콘트롤러부(20)로 크게 나누어진다.
상기 마이크로 콘트롤러부(20)는 마이크로 프로세서(21)와 드라이빙 버퍼(Driving Buffer)(22) 및 디코더(23)로 구성된다.
상기 마이크로 프로세서(21)는 포트들을 이용하여 상기 키보드 입력부(31)와 상기 LED 표시부(32) 및 상기 세그먼트 디스플레이부(33), 디코더 전력제어부(10) 등 전체적인 제어를 소프트웨어로서 동작시킨다.
상기 드라이빙 버퍼(22)는 상기 마이크로 프로세서(21)의 제어 데이터를 임시 저장하여 순단 시간을 상기 세그먼트 디스플레이부(33)로 표시하는 기능을 수행한다.
상기 디코더(23)는 상기 LED 표시부(32) 및 상기 키 입력부(31)와 연결되어 7개의 키 스캔(scan)과 다이나믹 디스플레이(dynamic display)를 담당한다.
상기 키 입력부(31)는 원하는 7개의 키(S,A,T,R,L,U,D) 설정에 의해 돌입 위상각과 순단 시간을 정한다.
상기 전력 제어부(10)는 입력된 전원을 상기 키 입력부(31)에서 정의된 돌입 위상각과 순단 시간으로 출력 전원을 제어한다.
상기 전원제어부(11)는 AC 220V의 전원의 입출력을 제어한다.
상기 포토 아이솔레이터(photo Isolator)(12)는 피시험 전원과 자체 사용 전원의 전위차에 의한 사고를 방지하기 위해서 빛으로 신호를 전달한다.
상기 전원 공급부(power supply)(13)는 AC전원 220V를 6V로 감압하여 파형 정형회로를 거쳐 상기 마이크로 프로세서(21)의 외부 인터럽트(int)단자로 입력되어 제로 볼트 타이밍(zero volt timing)을 발생시킨다.
도 2는 전원 sine파에 대한 파형 정형회로의 외부 인터럽트 발생 파형이다. 구형파가 0V가 되는 순간부터 외부 인터럽트가 걸린다.
상기 키 입력부(31)는 돌입 위상각을 정해주는 위상 조작부와 순단시간을 정해주는 타임 조작부로 구성되며, 7개의 키 스위치(S,A,T,R,L,U,D)로 구성되어 돌입 위상 설정치를 ±30°씩 변화시킬 수 있으며 0°에서 330°까지 30°간격으로 설정이 가능하다. 또한, 돌입 전원 시작 스위치와 돌입, 순단 전원 시험을 중단하는 키, 그리고 순단 시간 설정치를 ±0.01초씩 변화시켜 0.01초에서 9.99초까지 0.01초 간격으로 설정 가능하며 그 시간 동안 전원을 순단할 수 있도록 하였다.
순단시험 결과는 돌입 위상을 표시하는 상기 LED 표시부(32)와 순단 시간을 표시하는 상기 세그먼트 디스플레이부(33)로 이루어지며 현재 출력으로 전원이 공급되는 것을 보여준다.
상기 LED 표시부(Indicator)(32)는 돌입 위상을 나타내는 13개의 LED로 순단시간을 표시한다.
상기 세그먼트 디스플레이부(33)는 순단 시간을 표시하고 7세그먼트 디스플레이 3디지트로서 시험 상태를 세트 한 것을 확인 할 수 있다.
도 3은 상기 LED 표시부(32)에서 위상을 나타내는 13개의 LED가 위상각 30°간격으로 0°∼ 360°까지의 돌입 위상각을 보여준다.
(2) 소프트웨어 구성과 동작
상기 마이크로 프로세서(21)에 내장된 전원 순단 제어 프로그램은 명령어 대기 상태를 스캔하며 무한 루프를 돌고 있는 주프로그램과, 상기 키 입력부(31)의 키 조작에 따라 인터럽트 서비스 루틴으로 수행되는 부 프로그램으로 크게 나뉜다.
(2.1) 주프로그램
도 4는 마이크로 콘트롤러에 설치된 주 프로그램 동작을 설명한 흐름도이다. 주프로그램은 전원 순단 시험 장치에 전원이 온(ON)되면 프로그램 내부의 레지스터들을 초기화하고 타이머 인터럽트 1번을 사용하여 정기적으로 키조작을 감시하고 있다가 키조작시 명령에 해당되는 루틴으로 분기하여 처리한 후 다시 대기상태로 돌아와 키조작을 감시한다. 주프로그램의 주요 기능과 동작은 다음과 같다.
① 초기화 루틴 (INIT)
타이머와 시리얼 인터럽트 또는 초기 상수, 변수 정의 등을 한다(단계 S1).
② 데이타 변환
변수들간의 계산 및 변환에 사용되는 함수들로 구성되며 돌입 위상값을 가지는 변수와 순단 시간값을 가지는 변수의 값을 키 스캔(Key Scan)으로 받아들인 후 하드웨어에 맞게 데이터를 변환하여 각각 버퍼에 저장한다(단계 S2).
상기 키 입력부(31)로부터 키 입력을 체크하여(단계 S3) 키 입력이 없으면 대기하고(단계 S4) 키 입력이 있으면 7 개의 키(S,A,T,R,L,U,D) 스캔을 체크하여(단계 S5) 순단 시간 계산과 돌입 위상을 계산한다.
③ 순단 시간의 계산
키 스캔 값이 A 명령어가 스캔되었을 경우 시간 초기값을 설정하여 순단시간을 계산하기 시작하고(단계 S7) U 명령어가 스캔되었을 경우 0.01초에 해당하는 시간 값을 증가시키고, D 명령어가 스캔되었을 경우 0.01초에 해당하는 시간 값을 감소하여 순단 시간을 증가 또는 감소시키는 함수로서 0.01초에 해당하는 시간 값을 증감 연산한다(단계 S11, S12).
④ 돌입 위상 계산
키 스캔 값이 T인 경우 위상 초기값을 설정하여 돌입 위상(Wave)을 계산하기 시작하고(단계 S8) L인 경우 좌로 30°이동하고 R인 경우 우로 30°이동함으로써 돌입 위상을 좌우로 30°이동시키는 함수이다(단계 S9, S10).
⑤ 돌입 개시
타이머 인터럽트1을 디스에이블(disable)시키고 외부 인터럽트1을 인에이블(enable)시킨다. 이 루틴에서는 타이머 인터럽트 값만 셋팅하고 실제 처리는 외부 인터럽트1 서비스 루틴에서 처리한다. 즉, 외부 인터럽트가 걸린 후 셋팅된 위상만큼의 시간이 지난 후 상기 마이크로 프로세서(21) 출력 포트가 세트되어 피시험기에 전원이 공급된다.
⑥ 돌입 순단 정지
키 스캔 값이 S 명령어를 스캔하였을 경우 모든 인터럽트 상태를 최초로 원상복구 시키고 상기 마이크로 프로세서(21) 포트를 클리어 함으로써 피시험기에 전원을 차단한다(단계 S6).
(2.2) 부프로그램
부프로그램은 각 인터럽트 서비스 루틴으로 이루어져 있다. 키스캔과 그에 따른 디스플레이를 주목적으로 하는 타이머 인터럽트1과 0°의 위상각을 계산할 수있도록 하는 외부 인터럽트0, 그리고 돌입 위상각에 맞춰 전원이 투입되도록 시간을 계산하며 순단시간 만큼 전원이 정전되도록 시간을 계산하는 타이머 인터럽트0으로 구성되어 있다.
도 5는 타이머1의 서비스 루틴의 예로서 상기 마이크로 프로세서(21)에서 사용중인 데이터의 안전확보를 위하여 CPU 내부 레지스터들을 푸쉬(PUSH)후(단계 S13) 상기 디코더(23)에 데이터를 출력하여 순차적으로 7개의 키(S,A,T,R,L,U,D)를 스캔하며 상기 키 입력부(31)로부터 키 입력을 체크하여(단계 S14) 키 입력이 없으면 0°~360°의 위상을 디스플레이(단계 S15), 세그먼트 시간 디스플레이(단계 S16), 출력 전원 온/오프 표시(단계 S17) 후 푸쉬된 레지스터들을 POP시킨다(단계 S21).
상기 키 입력부(31)로부터 키 입력이 있으면 0°~360°의 키 스캔(위상)을 표시하고(단계 S18), 타임 키 스캔(Key Scan)(시간)을 표시하고(단계 S19) 스타트/스톱 동작에 의해(단계 S20) 돌입 위상과 순단 시간을 표시하고 POP시킨다(단계 S21).
또한, 돌입 위상을 표현하는 13개의 LED로 된 상기 LED 표시부(32)와 순단 시간을 표시하는 상기 세그먼트 디스플레이(33)를 통해 현재 출력으로 전원이 공급되는지를 디스플레이 하는 동작을 수행한다.
도 6은 전원 순단 시험 장치를 이용하여 돌입 전원 시험을 오실로스 코우프에서 측정한 위상각 90°의 돌입 전원의 파형을 나타낸다.
도 7은 전원 순단 시험 장치를 이용하여 전원 순단 시험을 오실로스 코우프에서 측정한 50ms 전원순단 시험 파형을 나타낸다.
따라서, 마이크로프로세서를 포함한 PCB의 정전 트러블 테스트, 가전제품의 전원조건 테스트, 품질 관리/품질 보증(QC/QA) 시험, 전원노이즈 시험, 전원부 개발시험을 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치는 돌입 가변 위상 투입시험, 임의 사이클(cycle) 순단 및 가변위상 투입 기능 등 실제 업계에서 편리하게 이용할 수 있는 전원노이즈에 의한 오동작 반복 시험을 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의한 전원 순단 시험 장치는 마이크로프로세서를 포함한 PCB의 정전 트러블 테스트, 가전제품의 전원조건 테스트장치, 품질 관리/품질 보증(QC/QA) 시험 장비, 전원노이즈 시험장치, 전원부 개발시험 장치 등의 시험 테스트 장비로써 활용이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 마이크로 콘트롤러를 이용한 전원 순단 시험 시스템에 있어서:
    전력제어 소자로 구성되고 입력된 전원을 입력 키(Key)로부터 정의된 돌입 위상각과 순단 시간으로 출력 전원을 제어하기 위한 전력제어부(10);
    제어 소프트웨어가 내장되어 전원 순단 장치의 각 소자의 모든 동작을 제어하기 위한 마이크로 콘트롤러부(20);
    돌입 위상각을 정해주는 위상 조작부와 순단 시간을 정해주는 타임 조작부로 구성되고, 7개의 키(S,A,T,R,L,U,D)로 구성되어 돌입 위상 설정치를 ±30°씩 변화시킬 수 있으며 0°에서 330°까지 30°간격으로 설정이 가능하며 돌입 전원 시작 스위치와 돌입, 전원 순단 시험 중단 키, 및 순단 시간 설정치를 ±0.01초씩 변화시켜 0.01초에서 9.99초까지 0.01초 간격으로 설정 가능하며 그 시간 동안 전원을 순단할 수 있도록 입력을 조작하기 위한 키 입력부(31);
    현재 출력으로 전원이 공급되는 것을 보여주도록 0°~360°까지 30°씩 돌입 위상을 표시하는 13개의 LED 표시부(Indicator)(32); 및
    순단 시간을 표시하는 7세그먼트 디스플레이 3디지트로서 전원 순단 시험 상태를 표시하기 위한 세그먼트 디스플레이부(33)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력제어부(10)는
    전원의 입출력을 제어하기 위한 전원제어부(11);
    피시험 전원과 자체 사용 전원의 전위차에 의한 사고를 방지하기 위해서 빛으로 신호를 전달하는 포토 아이솔레이터(Photo isolator)(12); 및
    AC전원 220V를 6V로 감압하여 파형 정형회로를 거쳐 상기 마이크로 프로세서(21)의 외부 인터럽트(int)단자로 입력되어 제로 볼트 타이밍(zero volt timing)을 발생시켜 전원을 공급하는 전원공급부(13)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 콘트롤러부(20)는
    전원 순단 제어 프로그램을 내장되어 포트들을 이용하여 상기 전력제어부(10), 상기 키 입력부(31)와 상기 LED 표시부(32) 및 상기 세그먼트 디스플레이부(33) 등 전체적인 제어를 소프트웨어로서 동작시키기 위한 마이크로 프로세서(21);
    상기 마이크로 프로세서(21)의 제어 데이터를 임시 저장하여 상기 세그먼트 디스플레이부(33)로 순단 시간을 표시하기 위한 드라이빙 버퍼(22); 및
    일측은 상기 마이크로 프로세서(21)와 연결되고 타측은 돌입 위상을 표시하는 상기 LED 표시부(32)와 상기 키 입력부(31)와 연결되어 돌입 위상과 순단 시간을 제어하는 다수개의 키 스캔(scan)과 다이나믹 디스플레이(dynamic display)를담당하는 디코더(23)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 콘트롤러를 이용한 저가형 전원순단 시험 장치.
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