KR100462519B1

KR100462519B1 - 로봇부착 센서와 컴퓨터간의 2선식 인터페이스 방법 및장치

Info

Publication number: KR100462519B1
Application number: KR10-2001-0002095A
Authority: KR
Inventors: 김중태
Original assignee: 주식회사 보스텍
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2004-12-17
Also published as: KR20020061187A

Abstract

본 발명은 로봇부착 센서와 컴퓨터간의 2선식 인터페이스 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 2가닥의 선을 사용하여 아날로그 센서의 입력 및 전원을 공급하며 한 단자에 여러 개의 센서를 연결하고 각각의 센서에 ID를 부여하여 멀티로 센서의 값을 읽어올 수 있는 인터페이스 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 로봇부착 센서와 컴퓨터 CPU간에 효과적으로 통신할 있도록 하는 인터페이스 방법에 있어서, 상기 센서와 CPU의 단자간에 2선을 연결하여 하나의 선으로는 전원 신호를 송수신하고 다른 하나의 선으로는 센서값 신호를 송수신하되, 상기 신호에 ASK 신호를 함께 내보내는 구성이다.

본 발명에 의하면 CPU와 센서를 2선으로 연결하여 배선이 간편하고 연결이 쉬우며 CPU에서 1개의 단자에 다수의 센서를 연결할 수 있으므로 소형화할 수 있으며 입력 단자의 센서 제한을 받지 않는다.

Description

로봇부착 센서와 컴퓨터간의 2선식 인터페이스 방법 및 장치 {2 wire type interface method and device among sensors and computer}

본 발명은 로봇부착 센서와 컴퓨터간의 2선식 인터페이스 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 응용과학 교육도구로 로봇에 동력과 센서를 결합하여 기계원리 및 센서값을 읽어올 수 있는 인터페이스로써, 2가닥의 선을 사용하여 아날로그 센서의 입력 및 전원을 공급하며 한 단자에 여러 개의 센서를 연결하고 각각의 센서에 ID를 부여하여 멀티로 센서의 값을 읽어 올 수 있는 인터페이스 방법 및 장치에 관한 것이다.

로봇을 이용한 컴퓨터기반 과학교육 도구기자재는 컴퓨터를 배우는 초보자에서 숙련자에게 이르기까지 전 학습자를 대상으로 로봇과 그의 응용을 직접 구성, 조립하여 과학의 원리와 응용을 쉽게 습득할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해서는 로봇에 센서를 부착하고 센서와 컴퓨터 CPU간에 효과적으로 통신할 있도록 적절한 물리적 연결의 인터페이스가 필요하다.

종래에는 3가닥의 선을 사용한 3개의 신호로써 + 전원, - 전원, 센서값을 사용하여 신호의 구분을 확실하게 분리하였다.

그러나 사용자가 반드시 신호의 기능에 맞는 단자에 연결하여야 하는 불편함이 있었다.

도 1은 로봇부착 센서와 컴퓨터간의 종래 2선식 입력 방식의 구조도이다.

그래서 도 1에서처럼 다수의 센서(16a,16b,16c)와 CPU(10)의 다수 단자(14a,14b,14c)간에 2가닥의 선(이하 2선(12)이라 함)을 이용한 2개의 신호로써 전원 및 센서값을 공급하는 방법을 사용하여 사용에 효율성을 주었다.

그러나 종래의 2선식 방법은 사용에 효율적이지만 센서를 다수개 사용할 경우 센서의 개수에 대응하는 단자의 개수가 필요하여 소형화가 어렵고 배선이 복잡하며 연결이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 2선에 센서의 전원 및 센서값을 읽어 오는 방법은 종래와 같지만 신호에 ASK 신호를 보내어서 한단자에서 다수의 센서값을 읽어올 수 있게 함으로써 CPU의 1개 단자에 다수의 센서를 연결할 수 있으므로 소형화가 가능하고 배선이 간편하며 연결이 쉬운 로봇부착 센서와 컴퓨터간의 2선식 인터페이스 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 로봇부착 센서와 컴퓨터 CPU간에 효과적으로 통신할 있도록 하는 인터페이스 방법에 있어서,

상기 센서와 CPU의 단자간에 2선을 연결하여 하나의 선으로는 전원 신호를 송수신하고 다른 하나의 선으로는 센서값 신호를 송수신하되, 상기 신호에 ASK 신호를 함께 내보냄을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 로봇부착 센서와 컴퓨터간의 2선식 멀티 입력 방식의 구조도이다.

도 3은 본 발명에 따른 장치 제어부의 회로도이다.

도 4는 본 발명에 따른 센서 제어부의 회로도이다.

도 5는 ASK 신호가 HIGH인 경우와 LOW인 경우의 파형도이다.

도 6은 본 발명에 따른 로봇부착 센서와 컴퓨터간의 프로토콜 구조도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 장치 제어부 2 : 센서 제어부

10 : CPU 12 : 2선

14,14a,14b,14c : 단자 16a,16b,…,16n : 센서

21 : 전류제한 제어부 22 : 증폭 및 검파부

23 : 증폭부 24 : 전원제어부

25 : ASK 입력부 26 : ASK 출력부

27 : 중앙제어부 28 : 센서 인터페이스부

29 : 센서 전원/신호 입력부 30 : 검파부

31 : ID 입력부 32 : AND 게이트

BD : 브릿지 다이오드 C1,C2 : 캐퍼시터

D1 : 다이오드 Q1 : 트랜지스터

이하 본 발명을 첨부된 도면 도 2 내지 도 6을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 장치 제어부의 회로도이다.

도 4는 본 발명에 따른 센서 제어부의 회로도이다.

도 5는 ASK 신호가 HIGH인 경우와 LOW인 경우의 파형도이다.

먼저 본 발명의 기본적인 구성을 살펴보면, 도 2에서 로봇부착 센서(16a,16b,…,16n)와 컴퓨터 CPU(10)간에 효과적으로 통신할 있도록 하는 인터페이스 방법에 있어서,

상기 센서(16a,16b,…,16n)와 CPU의 단자(14a,14b,14c)간에 2선(12)을 연결하여 하나의 선으로는 전원 신호를 송수신하고 다른 하나의 선으로는 센서값 신호를 송수신하되, 상기 신호에 ASK 신호를 함께 내보냄을 특징으로 한다.

도 3에서 장치 제어부(1)는 상기 단자(14)에 입력되는 전원을 제어하는 전원제어부(24)와, 상기 전원제어부(24)를 구성하는 AND 게이트(32)와 함께 센서측의 전원이 합선될 경우 장비를 보호하는 전류제한 제어부(21)와, 상기 단자(14)에 연결되어 ASK 입력을 증폭 및 검파하여 단자(14)에 출력하는 증폭 및 검파부(22)와,상기 단자(14)에서 출력된 신호를 증폭하여 ASK 출력하는 증폭부(23)로 구성된다.

상기 전원제어부(24)는 센서측 및 전류제한 제어부(21)에 입력 연결되는 AND 게이트(32)와, 상기 AND 게이트(32) 출력에 베이스가 연결되고 밧데리전압(VBAT)에 컬렉터가 연결되며 에미터가 단자(14)에 연결되는 트랜지스터(Q1)와, 상기 트랜지스터(Q1)의 에미터와 단자(14) 사이에 연결되는 다이오드(D1)로 구성된다.

도 3의 회로도에서 전원제어부(24)의 A에 의하여 센서측의 전원을 ON/OFF 하면서 센서측의 전원이 합선될 경우, 전류제한 제어부(21)가 내장되어 전원이 AND 게이트(32)에 의해 차단됨으로써 장치가 보호된다.

ASK 신호를 보내어 센서의 신호값을 읽어 오거나 ID를 설정하도록 한다.

도 5에서 ASK 신호가 HIGH 상태(1)인 경우 1kHz를 3개 사용하며 LOW 상태(0)인 경우는 무신호를 사용하여 통신을 한다.

도 4에서 센서 제어부(2)는 단자(14)에 연결되고 브릿지 다이오드(BD)로 구성되는 센서 전원/신호 입력부(29)와, 상기 단자(14)를 통해 ID 및 명령(COMMAND)이 포함된 입력 신호를 1차 증폭하는 ASK 입력부(25)와, 상기 1차 증폭된 신호를 정형화하는 검파부(30)와, 정형화된 신호로 자신의 ID를 읽어와 ID 입력부(31)에서 들어온 ID와 자신의 ID를 비교하여 같으면 명령을 처리하여 센서 인터페이스부(28)의 신호를 받아서 ASK를 발생하여 센서(16a,16b,…,16n)의 아날로그 값을 디지털화하는 중앙제어부(27)와, 상기 중앙제어부(27)에서 디지털화된 ASK 디지털 신호를 상기 센서 전원/신호 입력부(29)를 통해 단자(14)로 내보내는 ASK 출력부(26)로 구성된다.

CPU(10)에서 센서(16a,16b,…,16n)로 정보를 보낼 경우 특정한 프로토콜을 사용하여 보내어지고 그 프로토콜 형식은 도 6와 같다.

CPU(10)와 센서(16a,16b,…,16n)가 통신을 할 경우에 통신의 신뢰성 및 안정성을 위하여 ID, COMMAND, DATA를 정신호와 반전 신호로 함께 보내여 최종적으로 ID, COMMAND, DATA를 모두 더한 신호에 대해 체크섬(CHECKSUM)을 보낸다.

이와 같은 신호가 증폭부(23)을 통해 증폭되어 보내어진다.

ASK의 신호 주파수는 CPU(10)의 내부 T/WER에 의하여 생성 발생하여 보내어진다.

CPU(10)에서 센서(16a,16b,…,16n)의 ID 및 명령을 보내면 센서에서 다시 정보를 보낼 경우 캐퍼시터(C1)에 의해 교류성분만 통과하여 증폭 및 검파부(22)에 의하여 증폭 및 검파된 신호를 얻어서 CPU(10)에서 입력된 정보를 처리한다.

CPU(10)에서 ASK화된 센서값 및 전원을 보내면 센서(16a,16b,…,16n)에서는 이 신호를 분리하고 처리한다.

센서 전원/신호 입력부(29)에는 사용자가 전원의 +, -를 바꿔서 연결하여도 센서 및 CPU(10)에 영향이 없도록 브릿지 다이오드(BD)를 사용하여 보호하며 ASK 신호가 극성에 상관없이 동작한다.

ID 및 명령(command)이 포함된 신호가 캐퍼시터(C2)를 통하여 ASK 입력부(25)에서 1차 증폭되어 검파부(30)를 통하여 정형화된다.

정형화된 신호로 중앙제어부(27)에서 자신의 ID을 읽어서 ID 입력부(31)에서 들어온 ID와 비교하여 같으면 명령(command)을 처리하여 센서 인퍼페이스부(28)의신호를 받아서 중앙제어부(27)에서 ASK를 내부 타이머를 사용하여 발생한다.

계속하여 중앙제어부(27)에서는 센서(16a,16b,…,16n)의 아날로그값을 디지털화하여 ASK 디지털 신호를 ASK 출력부(26)와 센서 전원/신호 입력부(29)를 통하여 CPU(10)의 단자(14)에 보내준다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 인터페이스 장치는 모든 신호를 ASK화하여 디지털로 송,수신 함으로써 CPU(10) 1대에 다수의 센서(16a,16b,…,16n)를 연결하여 각종 센서의 정보를 멀티로 읽어올 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 CPU와 센서를 2선으로 연결하여 배선이 간편하고 연결이 쉽다.

또한, CPU에서 1개의 단자에 다수의 센서를 연결할 수 있으므로 소형화할 수 있으며 입력 단자의 센서 제한을 받지 않는다.

또한, 정보(센서의 아날로그값)를 디지털화하여 읽어올 수 있어 정보의 신뢰성 및 속도를 향상시킬 수 있으며 데이터 통신시 전용 프로토콜을 사용하여 처리함으로써 정보의 손실을 줄여서 통신할 수 있다.

Claims

로봇부착 센서와 컴퓨터 CPU간에 효과적으로 통신할 있도록 하는 2선식 인터페이스 방법에 있어서,

상기 센서와 CPU의 단자간에 2선을 연결하여 하나의 선으로는 전원 신호를 송수신하고 다른 하나의 선으로는 센서값 신호를 송수신하되, 상기 송수신되는 모든 데이터를 정신호와 반전 신호로 함께 보내어 최종적으로 ID, COMMAND, DATA를 모두 더한 신호에 대해 체크섬을 보냄과 아울러, 상기 신호에 디지털화된 ASK 신호를 함께 내보냄을 특징으로 하는 로봇부착 센서와 컴퓨터간의 2선식 인터페이스 방법.
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로봇부착 센서와 컴퓨터 CPU간의 2선식 인터페이스 장치에 있어서:

상기 CPU의 단자에 입력되는 전원을 제어하는 전원제어부와, 상기 전원제어부를 구성하는 AND 게이트와 함께 센서측의 전원이 합선될 경우 CPU를 보호하는 전류제한 제어부와, 상기 단자에 연결되어 ASK 입력을 증폭 및 검파하여 단자에 출력하는 증폭 및 검파부와, 상기 단자에서 출력된 신호를 증폭하여 ASK 출력하는 증폭부로 구성되는 장치 제어부와,

상기 단자에 연결되고 브릿지 다이오드로 구성되는 센서 전원/신호 입력부와, 단자를 통해 ID 및 명령(COMMAND)이 포함된 입력 신호를 1차 증폭하는 ASK 입력부와, 상기 1차 증폭된 신호를 정형화하는 검파부와, 정형화된 신호로 자신의 ID를 읽어와 ID 입력부에서 들어온 ID와 자신의 ID를 비교하여 같으면 명령을 처리하여 센서 인터페이스부의 신호를 받아서 ASK를 발생하여 센서의 아날로그값을 디지털화하는 중앙제어부와, 상기 중앙제어부에서 디지털화된 ASK 디지털 신호를 상기 센서 전원/신호 입력부를 통해 단자로 내보내는 ASK 출력부로 구성되는 센서 제어부로 이루어짐을 특징으로 하는 로봇부착 센서와 컴퓨터간의 2선식 인터페이스 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 전원제어부는,

센서측 및 전류제한 제어부에 입력 연결되는 AND 게이트와, 상기 AND 게이트 출력에 베이스가 연결되고 밧데리전압에 컬렉터가 연결되며 에미터가 단자에 연결되는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 에미터와 단자 사이에 연결되는 다이오드로 구성됨을 특징으로 로봇부착 센서와 컴퓨터간의 2선식 인터페이스 장치.