KR100603861B1 - 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템 - Google Patents

다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템 Download PDF

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KR100603861B1 KR1020050004895A KR20050004895A KR100603861B1 KR 100603861 B1 KR100603861 B1 KR 100603861B1 KR 1020050004895 A KR1020050004895 A KR 1020050004895A KR 20050004895 A KR20050004895 A KR 20050004895A KR 100603861 B1 KR100603861 B1 KR 100603861B1
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Abstract

본 발명은 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템으로서, 보다 상세하게는 소형화 및 휴대가 가능하고 좁은 공간에서의 효율적인 실험이 가능하도록 다기능 디지털 계측장비를 내장하고 있으며, 또한 다양한 종류의 응용실험모듈을 이용하여 전기전자실험실습의 범위를 확장할 수 있으며, 다기능 계측장비를 구비하는 전기·전자·통신 분야의 올인원(All-in-One) 교육시스템으로서 전기·전자·통신 분야의 실험실습을 위한 통합 전기전자실험실습 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템은 외부에서 인가되는 AC 전원을 공급받아 필요한 DC 전원을 공급하는 전원공급장치(10), 일정한 주파수 범위의 정현파, 구형파, 삼각파 등의 교류신호를 발생시키는 신호발생장치(20), 각종 전기/전자 소자 및 IC칩을 사용하여 실험하고자 하는 회로를 구성할 수 있는 브레드 보드와 각종 스위치 및 디스플레이 장치를 포함하는 기본실험모듈(30), 상기 실험하고자 하는 회로의 각종 전기적 량과 파형을 측정하고 표시하는 다기능 디지털 계측장치(50), 및 상기 다기능 디지털 계측장치(50)에서 측정되는 데이터의 저장과 분석을 위해 외부 PC와 연결되는 USB 인터페이스부(60)를 포함하는 시스템으로서, 상기 시스템은 노트북 구조와 같이 몸체부(200)와 상기 몸체부를 개폐할수 있는 덮개부(100)로 구성되며, 상기 몸체부(200)에는 실험하고자 하는 회로를 구성할 수 있는 브레드 보드를 설치하고, 덮개부(100)의 안쪽면에는 회로의 각종 전기적 량과 파형을 나타내는 상기 다기능 디지털 계측장치(50)의 표시부 및 디스플레이 화면창이 설치된다.
올인원(All-in-One) 교육시스템, 계측장치 내장형 실습시스템, 디지털오실로스코프, 응용실험모듈

Description

다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템{A SYSTEM FOR THE ELECTRIC EXPERIMENT}
도1은 본 발명의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도2는 도1의 블록도중 전원공급장치와 신호발생장치의 구성도이다.
도3은 도1의 블록도중 기본실험모듈의 구성도이다.
도4는 도1의 블록도중 다기능 디지털 계측장치의 구성도이다.
도5는 본 발명 시스템의 응용실습모듈의 종류들을 나타낸다.
도6은 본 발명에 의한 올인원(All-in One)교육시스템의 전체 사시도이다.
도 7은 본 발명의 전기전자실험실습 시스템의 덮개부의 부분 확대도.
도 8은 본 발명의 전기전자 실험실습 시스템의 몸체부의 부분 확대도.
- 도면의 주요부분에 대한 설명 -
100: 본 시스템의 덮개부
10: 전원공급장치 11: 전원스위치
12: DC가변 전원공급장치 13: DC 고정 전원공급장치
20: 신호발생장치 30: 기본실험모듈
31: 브레드보드 32: LED 디스플레이
33: FND 디스플레이 34: 2단 토글 스위치
35: 클럭펄스 발생기 36: 정밀가변저항
37: 푸쉬스위치 38: 응용실험모듈 마운트
40: 응용실험모듈 41: 마이크로프로세서 실험모듈
42: 에이직(ASIC)설계 실험모듈 43: 통신회로 실험모듈
44: 추가응용 실험모듈 50: 다기능 계측장치
51: 계측장치 제어부
52: 디지털 멀티미터 52-1 : 표시부
52-2 : 선택 스위치 52-3 : 외부측정 단자
53: 디지털 오실로스코프 53-1 : LCD 디스플레이 화면창
53-2 : 메뉴판
54: 주파수 카운트 54-1 : 표시부
54-2 : RUN 상태를 나타내는 LED 54-3 : HOLD 상태를 나타내는 LED
53-4 : RUN/HOLD의 선택 버튼
55: 계측장치 커넥터 60: USB 인터페이스부
200: 시스템의 몸체부 210: 부품 케이스
220: 전원케이블 박스 222: 전원케이블
230: USB 케이블박스 232: USB 케이블
본 발명은 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템으로서, 보다 상세하게는 소형화 및 휴대가 가능하고 좁은 공간에서의 효율적인 실험이 가능하도록 다기능 디지털 계측장비를 내장하고 있으며, 또한 다양한 종류의 응용실험모듈을 이용하여 전기전자실험실습의 범위를 확장할 수 있으며, 다기능 계측장비를 구비하는 전기·전자·통신 분야의 올인원(All-in-One) 교육시스템으로서 전기·전자·통신 분야의 실험실습을 위한 통합 전기전자실험실습 시스템에 관한 것이다.
전기·전자·통신 분야의 실험실습을 위해서는 기본적으로 입력 신호원, 실험하고자 하는 회로를 구성하기 위한 브레드보드(Bread Board)와 같은 실습기판 그리고 출력 신호를 측정하고 분석하기 위한 계측장치가 필요하다. 그러므로 종래의 전기·전자·통신 분야의 실험 실습을 위해서는 DC 전원 공급 장치(DC Power Supply), 신호 발생 장치(Signal Generator), 디지털 멀티미터, 오실로스코프와 같은 장비들이 개별적으로 모두 갖추어져 있어야 했다. 그래서 종래의 실험에서는 각각의 장비를 개별적으로 구매하여 설치해야 함으로 과다한 구입비용 및 설치를 위한 넓은 공간이 요구되었고, 장비의 관리 및 보관상의 불편함이 많았다.
본 발명의 목적은 전기·전자·통신 분야의 실험실습을 위한 다양한 계측장비를 개별적으로 갖추지 않고도 하나의 장치만으로도 필요한 실험을 실시할 수 있는 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하나의 일체형 장비로 구축함으로 소형화 및 휴대가 가능하고, 저렴한 비용, 편리한 실습환경, 다양한 종류의 실험실습의 확장이 가능 한 전기·전자·통신 분야의 올인원(All-in One) 시스템인 전기전자실험실습 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템은 외부에서 인가되는 AC 전원을 공급받아 필요한 DC 전원을 공급하는 전원공급장치, 일정한 주파수 범위의 정현파, 구형파, 삼각파 등의 교류신호를 발생시키는 신호발생장치, 각종 전기/전자 소자 및 IC칩을 사용하여 실험하고자 하는 회로를 구성할 수 있는 브레드 보드를 포함하는 기본실험모듈, 상기 실험하고자 하는 회로의 각종 전기적 량과 파형을 측정하고 표시하는 다기능 디지털 계측장치, 및 상기 다기능 디지털 계측장치에서 측정되는 데이터의 저장과 분석을 위해 외부 PC와 연결되는 USB 인터페이스부를 포함하는 시스템으로서, 상기 시스템은 노트북 구조와 같이 몸체부와 상기 몸체부를 개폐할수 있는 덮개부로 구성되며, 상기 몸체부에는 실험하고자 하는 회로를 구성할 수 있는 브레드 보드를 설치하고, 덮개부의 안쪽면에는 회로의 각종 전기적 량과 파형을 나타내는 상기 다기능 디지털 계측장치의 표시부 및 디스플레이 화면창이 설치된다.
상기 기본실험모듈과 전기적으로 연결하여 다양한 종류의 실험 실습을 구현하는 응용실험모듈를 추가로 포함하는 데, 상기 응용실험모듈의 하부에 형성된 핀을 상기 기본실험모듈의 브레드보드의 핀홀에 삽입함으로써 상기 응용실험모듈과 상기 기본실험모듈이 전기적으로 연결되며, 상기 응용실험모듈은 8051, 에이브이알(AVR), PIC 등의 프로세서 칩(Chip)을 이용한 마이크로프로세서 실험모듈, 자이링 스(Xilinx), 알테라(Altera) 등의 칩(Chip)을 활용한 에이직(ASIC)설계 실험모듈, RFID를 적용한 통신회로 실험모듈 또는 사용자의 요구에 의해 구현된 추가응용 실험모듈(44)이 사용된다.
상기 전원공급장치는 전원스위치, 상기 전원스위치의 온/오프에 의해 외부로부터 110/220V의 교류전원을 공급받아 일정한 범위의 정 전압을 출력하는 DC 가변 전원 공급 장치, 및 상기 전원스위치의 온/오프에 의해 외부로부터 110/220V의 교류전원을 공급받아 정해진 일정 크기의 정 전압을 출력하는 DC 고정 전원 공급 장치를 포함한다.
상기 기본실험모듈은 각종 전기/전자 소자, IC칩 및 점프 와이어(Jumper Wire)를 사용하여, 전기전자 회로를 구성할 수 있는 다수개의 핀홀을 구비한 브레드보드, 점프 와이어를 이용하여 브레드 보드에 구현된 회로의 소자와 입력단을 전기적으로 연결하여 브레드 보드에 구현된 회로의 소자의 입력레벨이 Low 상태인지 High 상태인지를 표시하는 다수개의 LED 디스플레이, 점프 와이어를 이용하여 브레드 보드에 구현된 회로의 소자와 입력단을 전기적으로 연결하여, 브레드 보드에 구현된 회로의 소자의 DC 전압레벨을 측정하여 이를 표시하는 다수개의 FND 디스플레이, 공통(Common)단자, 단자1 및 단자2로 구성되며 점프 와이어를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 두 부분과 전기적으로 연결하여 사용자의 작동에 의해 연결된 두 부분의 온오프를 양자택일로 선택할 수 있는 토글스위치(34, Toggle Switch), 점프 와이어를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 특정 부분과 전기적으로 연결하여 상기 부분에 High에서 Low 혹은 Low에서 High로의 클럭을 발생 시키는 클럭 펄스발생기, 점프 와이어를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 특정 부분과 전기적으로 연결하여 상기 부분에 정밀하게 저항을 가변 할 수 있는 정밀가변저항, 점프 와이어를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 특정 부분과 전기적으로 연결하여 상기 부분에 회로의 개폐나 접속 상태를 변경하기 위한 다수개의 푸쉬 스위치, 및 각종 응용실험모듈을 고정장착할 수 있는 응용실험모듈마운트를 포함한다.
본 발명의 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템은 각종 실험 회로의 부하의 저항, 전압, 전류를 측정하여 표시하는 디지털 멀티미터, 각종 실험 회로의 전기전자 소자의 전기적 양 및 파형을 측정하여 표시하는 디지털 오실로스코프, 및 각종 실험 회로의 특정 부위에서의 측정신호의 주파수 특성을 측정하여 표시하는 주파수 카운트의 계측장치들이 하나의 시스템에 하나로 통합되는 올인원(All-in-One) 전기전자실험실습 시스템이다.
본 발명의 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템은 전원 공급 장치, 신호발생장치, 기본실험 모듈, 다기능 계측장치 및 USB 인터페이스부로 구성된다. 기본 실험 모듈의 브레드보드에 각종 전기전자 소자를 이용하여 각종 실험 회로를 구성한 후, 구성된 각종 실험 회로의 각 부분의 전기적인 량 및 파형 등을 측정할 수 있다. 또한, 다양한 종류의 응용실험모듈을 이용하여, 응용실험모듈의 하부에 형성된 핀을 브레드보드의 핀홀에 삽입한 후, 응용실험모듈과 전기적으로 연결된 통신포트를 이용하여 PC의 각종 프로그램을 응용실험 모듈에 다운로드 시켜, 다양한 실험의 전기적 량 및 파형 등을 측정할 수 있다.
한편, 본 발명의 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템은 노트북과 같이 기본적으로 덮개를 개폐할 수 있는 구조를 가지며, 상기 덮개의 안쪽면에는 다기능 계측장치의 표시부 및 디스플레이 부분을 설치하고, 본체부에는 각종 회로를 구성할 수 있는 기본실험모듈의 브레드보드를 설치한다. 따라서, 본체부의 브레드보드에 구성한 각종 회로의 각종 전기적인 량 및 파형은 덮개 안쪽면의 다기능 계측장치의 디스플레이부분을 통해서 확인할 수 있는 구조를 가짐으로, 소형화 및 휴대가 가능하고, 좁은 공간에서의 효율적인 실험이 가능한 계측장치 내장형 전기전자실험실습기반의 시스템이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
먼저, 도1은 본 발명의 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템의 전체구성을 나타내는 블록도이다.
전기·전자·통신 분야의 다양한 실험실습을 위한 본 발명의 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템의 각 구성요소는 외부에서 인가되는 AC 전원을 공급받아 필요한 DC 전원을 공급하는 전원공급장치(10), 일정한 주파수 범위의 정현파, 구형파, 삼각파 등의 교류신호를 발생시키는 신호발생장치(20), 각종 전기/전자 소자 및 IC칩을 사용하여 실험하고자 하는 회로를 구성할 수 있는 기본실험모듈(30), 상기 실험하고자 하는 회로의 각종 전기적 량과 파형을 측정하고 표시하는 다기능 디지털 계측장치(50), 및 상기 다기능 디지털 계측장치(50)에서 측정되는 데이터의 저장과 분석을 위해 외부 PC와 연결되는 USB 인터페이스부(60) 를 포함한다. 또한, 상기 기본실험모듈(30)과 전기적으로 연결하여 다양한 종류의 실험 실습을 구현하는 응용실험모듈(40)을 포함한다.
즉, 본 발명의 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템은 기본실험모듈(30)을 이용하여 실험하고자 하는 회로를 구현하고, 구현된 회로의 각종 전기적 량과 파형을 다기능 디지털 계측장치(50)를 통해 측정하여 표시하고, 측정된 데이터의 저장과 분석을 위해 USB 인터페이스부(60)를 이용하여 측정된 데이터 값을 외부 PC에 전송 및 저장할 수 있는 구조를 가진다.
이하에서는 각 구성요소에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
도2는 본 발명의 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템의 전원공급장치와 신호발생장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 전원공급장치(10)는 전원스위치(11)의 온/오프에 의해 외부로부터 110/220V의 교류전원을 공급받아 일정한 범위의 정 전압을 출력하는 DC 가변 전원 공급 장치(12), 정해진 일정 크기의 정 전압을 출력하는 DC 고정 전원 공급 장치(13)로 구성되어 있으며, 상기 전원공급장치(10)는 기본실험모듈(30)을 포함한 시스템 전체에서 필요한 직류 정 전압을 공급한다.
신호발생장치(20)는 DC 고정 전원 공급 장치(13)로부터 5V의 정 전압 신호를 받아 디지털 주파수 합성 칩을 이용하여 일정한 주파수 범위의 정현파, 구형파, 삼각파 등의 다양한 교류 파형을 만들어 내는 부분이다. 상기 신호발생장치(20)는 본 시스템을 이용한 모든 실험에서 필요한 형태와 크기의 신호원을 공급한다.
도 3, 도 6, 도 8을 참조하여, 기본실험모듈(30)을 설명하기로 한다.
도 3은 기본실험모듈의 구성도이고, 도6은 본 발명 시스템의 전체 사시도이며, 도 8은 본 발명 시스템의 몸체부의 부분 확대도이다.
도3은 실험에 필요한 각종 전기/전자 소자 및 IC칩을 사용하여 회로를 구성하는 부분인 기본실험모듈(30)의 구성요소를 보여주고 있다.
각종 전기/전자 소자, IC칩 및 점프 와이어(Jumper Wire)를 사용하여, 브레드보드(31) 상에 전기전자 회로를 능동적으로 구성할 수 있다. 브레드보드(31)는 트래이닝 보드, 기본보드 등으로도 불리운다.
브레드보드(31) 상에는 기본적인 전기/전자 소자(저항, 콘덴서, 인덕터, 다이오드, 트랜지스트, 등) 뿐만 아니라, 응용실험모듈과 같은 모듈형태의 소자를 소자의 하부에 형성되는 핀을 브레드보드의 핀홀에 삽입함으로써, 전기적으로 연결하여 실험을 행할 수 있다.
다수개의 LED 디스플레이(32)는 점프 와이어를 이용하여 브레드 보드에 구현된 회로의 소자와 입력단을 전기적으로 연결하여 브레드 보드에 구현된 회로의 소자의 입력레벨이 Low 상태인지 High 상태인지를 표시하는 부분이다. 개개의 LED 디스플레이의 입력 단에는 전압레벨 디텍터(Voltage Level Detector)가 있어, jump wire를 사용해서 브레드 보드위에 구성된 회로의 각 소자를 연결하면 각 소자에 인가된 DC 입력전압레벨을 감지하여, 적색과 녹색의 2가지 색으로써 각 소자의 입력레벨이 낮은 값(Low) 상태인지 높은 값 상태(High) 상태인지를 표시하게 된다.
다수개의 FND 디스플레이(33)는 점프 와이어를 이용하여 브레드 보드에 구현된 회로의 소자와 입력단을 전기적으로 연결하여, 브레드 보드에 구현된 회로의 소 자의 DC 전압레벨을 측정하여 이를 표시하는 부분이다. 본 발명의 실시예는 16진수까지 표시하는 세븐 세그먼트(Seven Segment) 형태의 3-채널 FND 디스플레이(33)를 사용하였다. FND(Flexible Numeric Display)디스플레이의 입력 단에는 전압레벨 디텍터(Voltage Level Detector)가 있어, 각 소자의 DC 전압레벨을 측정하여, 그 값을 FND 내부에 있는 논리회로를 통해 16진수로 변환하여 표시하게 된다. 각 채널마다 16진수까지 표시하게 되며, 총 3 개의 FND 디스플레이로 구성되어 있다.
토글스위치(34, Toggle Switch)는 공통(Common)단자, 단자1 및 단자2로 구성되어 있으며, jump wire를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 두 부분과 전기적으로 연결하여 사용자의 작동에 의해 연결된 두 부분의 온오프를 양자택일로 선택할 수 있는 스위치이다. 공통단자는 공통으로 사용되고, 회로와 연결되는 2부분 중 한 부분은 단자 1에 연결하고, 다른 부분은 단자 2를 연결한 후, 사용자의 작동에 의해 양자택일로 선택함으로써 단자 1 또는 단자 2가 온/오프된다. 즉, 토글 스위치의 작동으로 단자 1이 온된경우에는 단자 2가 오프되고, 단자 1이 오프된 경우에는 단자 2가 온된다.
클럭 펄스발생기(35)는 jump wire를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 특정 부분과 전기적으로 연결하여 상기 부분에 High에서 Low 혹은 Low에서 High로의 클럭을 발생시키는 장치이다. 펄스 발생기는 2가지로 나누는데, Low->High 발생기와, High->Low 발생기이다. Low->High 발생기는 DC 전원공급장치의 0V의 입력을 유지하다가 사용자가 Switch를 누르는 순간 0V에서 4.8V의 One Clock이 내부 Xilinx VHDL 프로그램에 의해 만들어져 회로에 인가된다. 반대로 High->Low 발생기 는 DC 전원공급장치의 4.8V의 입력을 유지하다가 사용자가 Switch를 누르는 순간 4.8V에서 0V의 One Clock이 내부 Xilinx VHDL 프로그램에 의해 만들어져 회로에 인가된다.
정밀가변 저항(36)은 jump wire를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 특정 부분과 전기적으로 연결하여 상기 부분에 0[Ω]에서 100[㏀]까지 정밀하게 저항을 가변 할 수 있는 정밀가변저항이다. Potentiometer Knob(손잡이)를 돌려 0Ω~100㏀까지 정밀하게 저항을 가변 할 수 있으며, 필요한 저항값을 기본실험모듈에 제공할 수 있다.
다수개의 푸쉬 스위치(37)는 jump wire를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 특정 부분과 전기적으로 연결하여 상기 부분에 회로의 개폐나 접속 상태를 변경하기 위해 사용할 수 있다. 푸쉬 스위치(37)는 회로의 개폐나 접속 상태를 변경하기 위한 온/오프 스위치로서, 채터링 방지회로를 삽입하여 On/Off시 오류를 발생할 수 있는 채터링(Chattering)을 방지하며, 온(ON) 상태 일 때 LED가 점등되어 회로의 동작상태를 점검할 수 있다.
응용실험모듈마운트(38)는 다양한 종류의 실험실습을 위해 제공되는 응용실험모듈을 고정장착하는 부분이다. 즉, 다양한 종류로 구성된 각각의 응용실험모듈(40)을 응용실험모듈마운트(38)에 고정장착시키고, 각 응용실험모듈의 핀을 브레드보드의 핀홀에 삽입함으로써, 별도의 부가적인 장치가 없어도 상기한 기본실험모듈(30) 기반을 활용하여 실험 할 수 있게 된다.
이와 같이, 기본실험모듈(30)은 각종 전기/전자 소자와 IC 칩을 사용하여 실험하고자 하는 회로를 꾸미는 부분인 브레드 보드(31)를 중심으로 효율적인 실험을 위한 주변장치들 즉, LED 디스플레이(32), FND 디스플레이(33), 클럭 펄스발생기(35), 토글스위치(34), 정밀가변저항(36), 푸쉬 스위치(37)를 포함해서 실험회로 동작시킨다.
도 4, 도 6, 도 7을 참조하여, 다기능 디지털 계측장치(40)를 설명하기로 한다.
도 4는 다기능 디지털 계측장치의 구성도이고, 도6은 본 발명 시스템의 전체 사시도이며, 도 7은 본 발명 시스템의 덮개부의 부분 확대도이다.
본 발명에 의한 다기능 디지털 계측장치(50)는 각종 실험 회로의 부하의 저항, 전압, 전류를 측정하여 표시하는 디지털 멀티미터(52), 각종 실험 회로의 전기전자 소자의 전기적 양 및 파형을 측정하여 표시하는 디지털 오실로스코프(53), 각종 실험 회로의 특정 부위에서의 측정신호의 주파수 특성을 측정하여 표시하는 주파수 카운트(54), 상기 계측장치들을 제어하는 계측장치 제어부(51), 및 브레드보드 상에 구현된 회로와 상기 제어부를 전기적으로 연결하는 계측장치 커넥터(55)로 구성된다. 즉, 브레드보드 상에 구현된 회로 각 부분의 전기적 양과 파형 등은 계측장치 커넥터(55)를 거쳐 디지털 멀티미터, 디지털 오실로스코프, 주파수 카운트를 통해서 측정 및 확인할수 있다.
상기 계측장치 제어부(51)는 USB 인터페이스부(60)와 연결되어 상기 측정된 값을 외부의 PC를 통해서 저장이나 분석할수 있다.
상기한 디지털 오실로스코프(53) LCD 화면의 모든 메뉴들은 터치스크린 (Touch Screen) 방식으로 선택된다. 즉 사용자의 손가락의 터치에 의해 그 위치가 입력되는 압력식 저항막 방식(Registive Overlay)을 적용하고 있다.
상기한 계측장치 커넥터 부분은 각 계측장치의 규격이 서로 다른 별도의 측정 프로브(probe)가 없어도 쉽게 구하거나 제작할 수 있는 0.6 mm 점프 와이어(Jumper Wire)를 사용하여 측정할 수 있는 특징을 갖고 있다. 본 발명에 의한 시스템의 모든 측정 및 연결 단자들은 0.6 mm 점프 와이어(Jumper Wire)를 사용할 수 있도록 통일된 규격으로 제작되어 있다.
상기의 계측장치들, 즉, 디지털 멀티미터, 디지털 오실로스코프, 주파수 카운트는 하나의 보드 위에 통합되어 있으며, 상기 계측장치들의 표시부 및 디스플레이 화면은 본 발명 시스템의 덮개부 안쪽 면에 배치되어 있어, 소형화 및 휴대가 간단하고, 좁은 공간에서도 효율적인 실험이 가능하다는 특징이 있다.
본 발명의 시스템은 기본실험모듈만을 이용하여, 브레드보드에 전기전자 소자를 이용하여 구현된 회로에 대해서 기본적인 실험을 실시할수 있으나, 이에 한정되지 않고, 기본실험모듈의 환경을 바탕으로 좀 더 복잡한 실험영역으로 확장이 가능하다. 즉, 다양한 종류의 응용실습모듈(40)을 기본실험모듈의 브레드보드에 전기적으로 연결시킴으로써, 좀 더 복잡한 실험영역으로의 확장이 가능하다.
도 5는 본 발명에 의해 실험 가능한 다양한 종류의 응용실험모듈(40)을 나타낸다. 다양한 종류의 응용실험 모듈이 사용가능하며, 각 응용실험모듈의 하부에 형성된 핀을 기본실험모듈의 브레드보드의 핀홀(전기전자의 소자 등을 삽입할 수 있는 구멍)에 삽입함으로써, 다양한 종류의 실험을 행할 수 있다. 응용실험 모듈 의 종류로는 8051, 에이브이알(AVR), PIC 등의 프로세서 칩(Chip)을 이용한 마이크로프로세서 실험모듈(41), 자이링스(Xilinx), 알테라(Altera) 등의 칩(Chip)을 활용한 에이직(ASIC)설계 실험모듈(42), RFID를 적용한 통신회로 실험모듈(43) 이외에도, 사용자의 요구에 의해 다양한 종류의 추가응용 실험모듈(44)로의 확장이 가능하다. 각 응용실험모듈은 각 응용실험모듈 내의 칩에 프로그램을 달리하여 다양한 실험을 실시할 수 있다.
상기 각 응용실험모듈(40)은 기본실험모듈(30)의 응용실험모듈마운트(38)에 고정시키고, 하부에 형성된 다수개의 핀을 기본실험모듈(30)의 핀홀에 삽입함으로써 전기적으로 연결되어 별도의 부가적인 장치가 없어도, 기본실험모듈(30)을 기반으로 하여 다기능 디지털 계측장치(50)를 활용하여 실험하고 그 결과를 측정 및 분석 할 수 있게 된다.
상기 각각의 응용실험모듈(40)은 독립적인 단위로 모듈화 되어 있으며, 이는 사용자가 언제든지 필요에 따라 교환하여 사용할 수 있다. 이는 응용실험모듈의 종류를 추가함으로써 실험실습의 범위를 확장할 수 있게 된다.
각 응용실험모듈(40)은 통신포트와 연결되는 데, 이 통신포트는 PC에서 프로그램을 다운받아 응용실험모듈의 칩에 그 프로그램을 저장하기 위한 것이다. 상기 통신 포트를 직접 PC에 연결하거나 또는 USB 인터페이스에 연결하여 PC에서 프로그램을 다운받을 수 있다.
도6은 본 발명의 전체형상을 나타내는 사시도이다.
사시도의 전체구조는 덮개부(100)와 몸체부(200)로 구성되어 있다. 덮개부 (100)에는 디지털 멀티미터(31), 디지털 오실로스코프(32), 주파수 카운터(33)로 구성된 계측장치의 화면 표시부분으로서 노트북 컴퓨터의 모니터처럼 배치하여 사용자가 몸체부(200)에서 실시한 실험결과를 관측하는데 편리하도록 구현되어 있다. 몸체부(200)에는 기본실험모듈(30)을 중심으로 실험실습에 사용되는 각종 재료들을 보관할 수 있는 부품케이스(210)와 전원케이블을 보관하는 전원케이블박스(220), USB 케이블을 보관하는 USB 케이블 박스(230)가 배치되어 실험 및 보관의 편의를 제공하는 시스템 구조를 가지고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 소형화 및 휴대가 가능하고, 저렴한 가격으로 구현 가능하며, 좁은 공간에서의 효율적인 실험이 가능하도록 다기능 디지털 계측장비를 내장하고 있으며, 또한 다양한 종류의 응용실험모듈이 포함되어 있어 실험실습의 범위를 확장할 수 있는 전기·전자·통신 분야의 올인원(All-in-One) 교육시스템에 관한 것으로서 전기·전자·통신 분야의 실험실습을 위한 최적의 시스템으로서 경제성, 편리성 및 효율성이 뛰어나다.
그러므로, 종래처럼 전기·전자·통신 분야의 실험실습을 위한 다양한 종류의 계측장비와 실험 장치를 개별적으로 갖추지 않고도 하나의 시스템만으로 필요한 실험을 할 수 있도록 하는 통합실습 기반을 구축할 수 있게 되었으며, 이로 말미암아 저렴한 비용으로 편리한 실습환경 구축 및 다양한 실험실습의 확장이 가능한 올인원 (All-in One) 교육시스템을 구현할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 전기전자실험실습 시스템에 있어서,
    외부에서 인가되는 AC 전원을 공급받아 필요한 DC 전원을 공급하는 전원공급장치(10),
    일정한 주파수 범위의 정현파, 구형파, 삼각파 등의 교류신호를 발생시키는 신호발생장치(20),
    각종 전기/전자 소자 및 IC칩을 사용하여 실험하고자 하는 회로를 구성할 수 있는 브레드 보드를 포함하는 기본실험모듈(30),
    상기 실험하고자 하는 회로의 각종 전기적 량과 파형을 측정하고 표시하는 다기능 디지털 계측장치(50), 및
    상기 다기능 디지털 계측장치(50)에서 측정되는 데이터의 저장과 분석을 위해 외부 PC와 연결되는 USB 인터페이스부(60)를 포함하는 시스템으로서,
    상기 시스템은 노트북 구조와 같이 몸체부(100)와 상기 몸체부를 개폐할수 있는 덮개부(200)로 구성되며, 상기 몸체부(200)에는 실험하고자 하는 회로를 구성할 수 있는 브레드 보드를 설치하고, 덮개부(100)의 안쪽면에는 회로의 각종 전기적 량과 파형을 나타내는 상기 다기능 디지털 계측장치(50)의 표시부 및 디스플레이 화면창이 설치되는 것을 특징으로 하는 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기본실험모듈(30)과 전기적으로 연결하여 다양한 종류의 실험 실습을 구현하는 응용실험모듈를 추가로 포함하는 데, 상기 응용실험모듈의 하부에 형성된 핀을 상기 기본실험모듈의 브레드보드의 핀홀에 삽입함으로써 상기 응용실험모듈과 상기 기본실험모듈이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 응용실험모듈은 8051, 에이브이알(AVR), PIC 등의 프로세서 칩(Chip)을 이용한 마이크로프로세서 실험모듈(41), 자이링스(Xilinx), 알테라(Altera) 등의 칩(Chip)을 활용한 에이직(ASIC)설계 실험모듈(42), RFID를 적용한 통신회로 실험모듈(43) 또는 사용자의 요구에 의해 구현된 추가응용 실험모듈(44) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템.
  4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전원공급장치(10)는 전원스위치(11), 상기 전원스위치(11)의 온/오프에 의해 외부로부터 110/220V의 교류전원을 공급받아 일정한 범위의 정 전압을 출력하는 DC 가변 전원 공급 장치(12), 및 상기 전원스위치(11)의 온/오프에 의해 외부로부터 110/220V의 교류전원을 공급받아 정해진 일정 크기의 정 전압을 출력하는 DC 고정 전원 공급 장치(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템.
  5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기본실험모듈은 각종 전기/전자 소자, IC칩 및 점프 와이어(Jumper Wire)를 사용하여, 전기전자 회로를 구성할 수 있는 다수개의 핀홀을 구비한 브레드보드(31),
    점프 와이어를 이용하여 브레드 보드에 구현된 회로의 소자와 입력단을 전기적으로 연결하여 브레드 보드에 구현된 회로의 소자의 입력레벨이 Low 상태인지 High 상태인지를 표시하는 다수개의 LED 디스플레이(32),
    점프 와이어를 이용하여 브레드 보드에 구현된 회로의 소자와 입력단을 전기적으로 연결하여, 브레드 보드에 구현된 회로의 소자의 DC 전압레벨을 측정하여 이를 표시하는 다수개의 FND 디스플레이(33),
    공통(Common)단자, 단자1 및 단자2로 구성되며, 점프 와이어를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 두 부분과 전기적으로 연결하여 사용자의 작동에 의해 연결된 두 부분의 온오프를 양자택일로 선택할 수 있는 토글스위치(34, Toggle Switch),
    점프 와이어를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 특정 부분과 전기적으로 연결하여 상기 부분에 High에서 Low 혹은 Low에서 High로의 클럭을 발생시키는 클럭 펄스발생기(35),
    점프 와이어를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 특정 부분과 전기적으로 연결하여 상기 부분에 정밀하게 저항을 가변 할 수 있는 정밀가변저항(36),
    점프 와이어를 사용해서 브레드 보드 위에 구성된 회로의 특정 부분과 전기적으로 연결하여 상기 부분에 회로의 개폐나 접속 상태를 변경하기 위한 다수개의 푸쉬 스위치(37),
    및 각종 응용실험모듈을 고정장착할 수 있는 응용실험모듈마운트(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템.
  6. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다기능 디지털 계측장치(50)는 각종 실험 회로의 부하의 저항, 전압, 전류를 측정하여 표시하는 디지털 멀티미터(52), 각종 실험 회로의 전기전자 소자의 전기적 양 및 파형을 측정하여 표시하는 디지털 오실로스코프(53), 각종 실험 회로의 특정 부위에서의 측정신호의 주파수 특성을 측정하여 표시하는 주파수 카운트(54), 상기 계측장치들을 제어하는 계측장치 제어부(51), 및 브레드보드 상에 구현된 회로와 상기 제어부를 전기적으로 연결하는 계측장치 커넥터(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템.
  7. 전기전자실험실습 시스템에 있어서,
    외부에서 인가되는 AC 전원을 공급받아 필요한 DC 전원을 공급하는 전원공급장치(10), 일정한 주파수 범위의 정현파, 구형파, 삼각파 등의 교류신호를 발생시 키는 신호발생장치(20), 각종 전기/전자 소자 및 IC칩을 사용하여 실험하고자 하는 회로를 구성할 수 있는 브레드 보드를 포함하는 기본실험모듈(30), 상기 실험하고자 하는 회로의 각종 전기적 량과 파형을 측정하고 표시하는 다기능 디지털 계측장치(50), 및 상기 다기능 디지털 계측장치(50)에서 측정되는 데이터의 저장과 분석을 위해 외부 PC와 연결되는 USB 인터페이스부(60)를 포함하는 데,
    상기 다기능 디지털 계측장치(50)는 각종 실험 회로의 부하의 저항, 전압, 전류를 측정하여 표시하는 디지털 멀티미터(52), 각종 실험 회로의 전기전자 소자의 전기적 양 및 파형을 측정하여 표시하는 디지털 오실로스코프(53), 각종 실험 회로의 특정 부위에서의 측정신호의 주파수 특성을 측정하여 표시하는 주파수 카운트(54), 상기 계측장치들을 제어하는 계측장치 제어부(51), 및 브레드보드 상에 구현된 회로와 상기 제어부를 전기적으로 연결하는 계측장치 커넥터(55)를 포함하며,
    별도의 서로 다른 규격의 측정 케이블을 사용하지 않고, 계측장치의 측정단자를 계측장치 커넥터(55)로 일체화시켜, 동일 규격의 점프 와이어(jump wire)를 사용하여 측정할 수 있는 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템.
  8. 전기전자실험실습 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 노트북 구조와 같이 몸체부(100)와 상기 몸체부를 개폐할수 있는 덮개부(200)로 구성되며, 상기 몸체부(200)에는 실험하고자 하는 회로를 구성할 수 있는 브레드 보드를 설치하고, 덮개부(100)의 안쪽면에는 회로의 각종 전기적 량과 파형을 나타내는 상기 다기능 디지털 계측장치(50)의 표시부 및 디스플레 이 화면창이 설치되며,
    상기 몸체부(200)에는 실험실습에 사용되는 각종 재료들을 보관할 수 있는 부품케이스(210)와, 전원케이블을 보관하는 전원케이블박스(220)와, USB 케이블을 보관하는 USB 케이블 박스(230)를 설치함으로써 사용자가 몸체부(200)를 이용하여 실험실습을 구현하고, 실험실습의 결과를 덮개부(100)의 안쪽면의 표시부 및 디스플레이 화면창을 통해 관측하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 브레드 보드와 전기적으로 연결하여 다양한 종류의 실험 실습을 구현하는 응용실험모듈를 추가로 포함하는 데, 상기 응용실험모듈의 하부에 형성된 핀을 상기 브레드보드의 핀홀에 삽입함으로써 상기 응용실험모듈과 상기 브레드보드가 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다기능 계측장치를 포함하는 전기전자실험실습 시스템.
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