KR100725162B1 - Low power sensor interface circuit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서 네트워크 등과 같이 정밀센서를 사용하는 시스템에서 저전력으로 센서를 동작시킬 수 있는 저전력 센서 인터페이스회로를 개시한다. The present invention discloses a low power sensor interface circuit capable of operating a sensor at low power in a system using a precision sensor such as a sensor network.

본 발명의 센서 인터페이스회로는 배터리와, FET, 기준전압 생성부, 센서, 및 마이크로프로세서로 구성된다. FET는 마이크로프로세서의 제어신호에 따라 배터리의 출력 전원을 스위칭하고, 기준전압생성부는 FET의 출력전압을 분압하여 기준전압을 생성한다. 센서는 기준전압생성부를 통해 전원을 공급받아 동작하고, 마이크로프로세서는 소정의 감지주기가 되면 FET를 온시켜 센서를 동작시키고, 기준전압생성부의 기준전압을 입력받아 내부의 아날로그 디지털 변환기의 기준전압으로 사용하며, 센서의 감지전압을 입력받아 아날로그 디지털 변환기에서 디지털로 변환한 후 센서값 감지가 완료되면 FET를 오프시키기 위한 제어신호를 출력한다.The sensor interface circuit of the present invention is composed of a battery, a FET, a reference voltage generator, a sensor, and a microprocessor. The FET switches the output power of the battery according to the control signal of the microprocessor, and the reference voltage generator divides the output voltage of the FET to generate a reference voltage. The sensor operates by receiving power through the reference voltage generator, and the microprocessor operates the sensor by turning on the FET at a predetermined detection period, and receives the reference voltage of the reference voltage generator as the reference voltage of the internal analog-to-digital converter. The sensor receives the sensing voltage of the sensor and converts it to digital in the analog-to-digital converter, and then outputs a control signal to turn off the FET when the sensor value is detected.

따라서, 본 발명의 센서 인터페이스회로는 측정시에만 무선센서를 동작시켜 소비전력을 더욱 줄일 수 있고, 배터리 전압이 변하더라도 센서값이 일정하게 유지되도록 하여 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 배터리를 장시간 사용할 수 있다.Therefore, the sensor interface circuit of the present invention can further reduce the power consumption by operating the wireless sensor only at the time of measurement, and improve the accuracy by maintaining the sensor value constant even if the battery voltage changes, and thus the battery for a long time Can be used.

센서, 배터리, 감지값, 정밀도, 배터리 전원, 전압변동, 장시간 사용 Sensor, Battery, Sensing Value, Accuracy, Battery Power, Voltage Fluctuation, Long Time Use

Description

저전력 센서 인터페이스회로{ LOW POWER SENSOR INTERFACE CIRCUIT }LOW POWER SENSOR INTERFACE CIRCUIT}

도 1은 종래의 센서 인터페이스 회로를 도시한 회로도,1 is a circuit diagram showing a conventional sensor interface circuit,

도 2는 본 발명의 저전력 센서 인터페이스회로를 도시한 회로도,2 is a circuit diagram showing a low power sensor interface circuit of the present invention;

도 3은 도 2에 도시된 마이크로프로세서의 동작 흐름도.3 is an operational flowchart of the microprocessor shown in FIG.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10,100: 마이크로프로세서 110: FET10,100: microprocessor 110: FET

20: 배터리 30: 무선센서20: battery 30: wireless sensor

본 발명은 센서 인터페이스 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서 네트워크 등과 같이 정밀센서를 사용하는 시스템에서 저전력으로 센서를 동작시킬 수 있는 저전력 센서 인터페이스회로에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor interface circuit, and more particularly, to a low power sensor interface circuit capable of operating the sensor at low power in a system using a precision sensor such as a sensor network.

최근들어 관심이 증가하고 있는 지그비(ZigBee)는 공장 작업장 시스템, 농장 살수 장치, 또는 가정용 자동 온도 조절기와 같은 산업용 및 홈 오토메이션 애플리케이션으로 고안된 표준이다. 이러한 애플리케이션은 범위를 넓혀 장난감, 게임기, 가전 제품 디바이스 및 PC 주변기기 제조업체들에게도 큰 호응을 얻을 것으로 기대하고 있다.ZigBee, which is of increasing interest in recent years, is a standard designed for industrial and home automation applications such as factory workshop systems, farm watering systems, or home thermostats. The application is expected to expand its reach and be well received by toy, game consoles, consumer electronics device and PC peripheral manufacturers.

이러한 지그비(ZigBee)의 제품들은 대부분 배터리 전원으로 동작하는 정밀센서를 사용하고 있는데, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 내장된 배터리(20) 전원을 이용하여 일정간격으로 마이크로프로세서(CPU:10)를 슬립모드로 동작시키거나 주기적으로 센서(30)의 변화값을 읽어 전원을 절약하는 방법을 사용하고 있다.Most of ZigBee's products use a precision sensor that operates on battery power. In the related art, a microprocessor (CPU: 10) is used at a predetermined interval using a built-in battery 20 as shown in FIG. 1. Operation in the sleep mode or periodically reading the change value of the sensor 30 to save power.

도 1을 참조하면, 배터리(20)가 마이크로프로세서(10)에 전원을 공급함과 아울러 저항(R)을 통해 무선센서(30)에 전원을 공급하고 있고, 마이크로프로세서(10)는 슬립모드로 동작하다가 감지주기가 되면 웨이크 업되어 아날로그-디지털 변환(ADCIN) 단자를 통해 무선센서(30)의 전압을 검출하였다.Referring to FIG. 1, the battery 20 supplies power to the microprocessor 10 and also supplies power to the wireless sensor 30 through a resistor R, and the microprocessor 10 operates in a sleep mode. During the detection period, the device wakes up to detect the voltage of the wireless sensor 30 through the analog-to-digital conversion (ADC IN ) terminal.

그런데 이러한 종래의 센서 인터페이스회로는 장시간 사용시 내부 배터리(20)의 전압이 변함에 따라 센서값이 변하는 현상이 발생되어 배터리를 자주 교체해야 하는 문제점이 있다.However, such a conventional sensor interface circuit has a problem in that the sensor value changes as the voltage of the internal battery 20 changes during long time use, and thus the battery must be frequently replaced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 소비전력 을 더욱 줄일 수 있고 배터리 전압이 변하더라도 센서값이 일정하게 유지되도록 하여 정밀도를 향상시킬 수 있는 저전력 센서 인터페이스 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, to provide a low-power sensor interface circuit that can further reduce power consumption and improve the accuracy by maintaining a constant sensor value even if the battery voltage changes. There is this.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 센서 인터페이스회로는 배터리와, 스위칭수단, 기준전압 생성수단, 센서, 및 제어수단으로 구성된다.The sensor interface circuit of the present invention for achieving the above object is composed of a battery, a switching means, a reference voltage generating means, a sensor, and a control means.

스위칭수단은 상기 제어수단의 제어신호에 따라 상기 배터리의 출력 전원을 스위칭하고, 상기 기준전압생성수단은 상기 스위칭수단의 출력전압을 분압하여 기준전압을 생성한다. 센서는 상기 기준전압생성수단을 통해 전원을 공급받아 동작하고, 상기 제어수단은 소정의 감지주기가 되면 상기 스위칭수단을 온시켜 상기 센서를 동작시키고, 상기 기준전압생성수단의 기준전압을 입력받아 내부의 아날로그 디지털 변환기의 기준전압으로 사용하며, 상기 센서의 감지전압을 입력받아 상기 아날로그 디지털 변환기에서 디지털로 변환한 후 센서값 감지가 완료되면 상기 스위칭수단을 오프시키기 위한 제어신호를 출력한다.The switching means switches the output power of the battery according to the control signal of the control means, and the reference voltage generating means divides the output voltage of the switching means to generate a reference voltage. The sensor is operated by receiving power through the reference voltage generating means, and the control means turns on the switching means to operate the sensor when a predetermined sensing period comes and receives the reference voltage of the reference voltage generating means. It is used as a reference voltage of the analog-to-digital converter, and receives the sensing voltage of the sensor and converts it to digital in the analog-to-digital converter and outputs a control signal for turning off the switching means when the sensor value detection is completed.

그리고 바람직하게 상기 스위칭수단은 전계효과트랜지스터(FET)이고, 상기 기준전압생성수단은 배터리 전압을 분압하기 위해 서로 직렬 연결된 고정저항(R2)과 가변저항(VR1)이고, 이 가변저항은 센서와 저항들의 오차를 보정할 수 있도록 된 것이다.Preferably, the switching means is a field effect transistor (FET), and the reference voltage generating means is a fixed resistor (R2) and a variable resistor (VR1) connected in series to divide the battery voltage, the variable resistor is a sensor and a resistor. It is to be able to correct their error.

또한 상기 센서 인터페이스 회로는 상기 센서의 감지전압에 포함된 잡음을 제거하기 위한 잡음 제거 필터를 더 구비할 수 있다.The sensor interface circuit may further include a noise removing filter for removing noise included in the sensing voltage of the sensor.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 저전력 센서 인터페이스회로를 도시한 회로도이고, 도 3은 도 2에 도시된 마이크로프로세서의 동작 흐름도이다.FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a low power sensor interface circuit of the present invention, and FIG. 3 is an operation flowchart of the microprocessor shown in FIG.

본 발명에 따른 저전력 센서 인터페이스회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로프로세서(110)와, 배터리(20), 전계효과트랜지스터(FET:110), 무선센서(30), 저항들(R1~R4), 가변저항(VR1), 커패시터(C1) 등으로 구성된다.As shown in FIG. 2, the low power sensor interface circuit according to the present invention includes a microprocessor 110, a battery 20, a field effect transistor (FET) 110, a wireless sensor 30, and resistors R1 to R4. ), Variable resistor VR1, capacitor C1, and the like.

도 2를 참조하면, 배터리(20)는 마이크로프로세서(100)의 전원단자와 FET(110)의 드레인측에 연결되어 전원(Vcc)을 공급하고 있고, 마이크로프로세서(100)는 P1단자가 저항(R1)을 통해 FET(110)의 게이트측과 연결되어 FET(110)의 온/오프를 제어한다. Referring to FIG. 2, the battery 20 is connected to the power terminal of the microprocessor 100 and the drain side of the FET 110 to supply power Vcc, and the microprocessor 100 has a P1 terminal having a resistance ( It is connected to the gate side of the FET 110 through R1) to control the on / off of the FET 110.

FET(110)는 마이크로프로세서(100)의 P1출력에 따라 온/오프되는 스위칭소자로서, P1단자가 하이(H)가 되면 온되어 배터리(20)의 전원(Vcc)을 무선센서(30)측으로 제공하고, P1단자가 로우(L)가 되면 오프되어 배터리(20)의 전원(Vcc) 공급을 차단한다. FET(110)가 온되면 저항(R2)과 가변저항(VR1)을 통해 배터리 전원(Vcc)의 분압된 전압이 마이크로프로세서(110)의 내부에서 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 기준이 되는 기준전압(Vref)으로 공급된다. 즉, FET(110)를 통해 제공되는 배터리 전원의 전압은 저항(R2)과 가변저항(VR1)에 의해 분할되어 마이크로프로세서 (100)의 기준전압단자(Vref_in)측에 기준전압(Vref)으로서 입력됨과 아울러 이 기준전압(Vref)이 저항(R3)을 통해 무선센서(30)로 제공된다.The FET 110 is a switching device that is turned on / off according to the P1 output of the microprocessor 100. When the P1 terminal becomes high (H), the FET 110 is turned on to transfer the power supply Vcc of the battery 20 to the wireless sensor 30. If the P1 terminal is low (L) is provided to turn off to cut off the power supply (Vcc) of the battery 20. When the FET 110 is turned on, the divided voltage of the battery power supply Vcc through the resistor R2 and the variable resistor VR1 is a reference voltage (reference) of the analog-to-digital converter ADC inside the microprocessor 110. Vref). That is, the voltage of the battery power provided through the FET 110 is divided by the resistor R2 and the variable resistor VR1 and input to the reference voltage terminal Vref_in of the microprocessor 100 as the reference voltage Vref. In addition, the reference voltage Vref is provided to the wireless sensor 30 through the resistor R3.

그리고 기준전압(Vref)이 저항(R3)과 무선센서(30)의 내부 저항으로 분압되어 무선센서(30)에 걸리는 전압이 마이크로프로세서(100)의 ADC_in 단자를 통해 마이크로프로세서(100) 내에 있는 아날로그-디지털 변환기(ADC)로 입력된다. 즉, 무선센서(30)의 감지전압(센서값)은 저항(R4)을 통해 마이크로프로세서(100)의 아날로그-디지털 변환(ADC_in) 단자로 입력되어 디지털로 변환된다. 이때 무선센서(30)의 감지전압에 있는 잡음은 저항(R4)과 커패시터(C1)에 의해 제거된다.The reference voltage Vref is divided by the resistor R3 and the internal resistance of the wireless sensor 30 so that the voltage applied to the wireless sensor 30 is analog in the microprocessor 100 through the ADC_in terminal of the microprocessor 100. Input to digital converter (ADC). That is, the sensing voltage (sensor value) of the wireless sensor 30 is input to the analog-to-digital conversion (ADC_in) terminal of the microprocessor 100 through the resistor R4 and converted to digital. At this time, noise in the sensing voltage of the wireless sensor 30 is removed by the resistor R4 and the capacitor C1.

이와 같이 무선센서(30)에 인가되는 전압이 마이크로프로세서(100)의 내부에 구현된 ADC의 기준전압(Vref)으로서 제공됨으로써 마이크로프로세서(100)는 장시간 사용에 의해 배터리(20)의 전압이 변하더라도 정밀한 센서값을 검출할 수 있다. 이때 가변저항(VR1)의 조정을 통해 센서나 저항들에 의한 미세한 오차를 보정할 수 있다.As such, the voltage applied to the wireless sensor 30 is provided as a reference voltage Vref of the ADC implemented in the microprocessor 100, so that the voltage of the battery 20 is changed by using the microprocessor 100 for a long time. Even precise sensor values can be detected. At this time, by adjusting the variable resistor (VR1) it is possible to correct the minute error caused by the sensor or resistors.

또한 마이크로프로세서(100)는 전력소모를 최소화하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이, 슬립(sleep)모드로 동작하다가 무선센서(30)의 감지값을 검출할 주기가 되면 P1단자를 통해 FET(110)에 하이(H) 전압을 인가하여 무선센서(30)를 동작시킨 후, 센서값을 감지하고 다시 P1단자를 통해 FET(110)에 로우(L) 전압을 인가하여 무선센서(30)를 오프시킨다(S1~S8).In addition, the microprocessor 100 operates in a sleep mode as shown in FIG. 3 in order to minimize power consumption, and when the detection period of the wireless sensor 30 is detected, the microprocessor 100 passes through the FET 110. After operating the wireless sensor 30 by applying a high voltage to the (H), the sensor value is detected and the low (L) voltage is applied to the FET 110 again through the P1 terminal to turn off the wireless sensor 30. (S1 to S8).

이와 같은 본 발명의 실시예에서 배터리의 전압 변동(3.2V -> 2.4V)에 따른 본 발명의 감지값 변화를 계산해 보면 다음과 같다.In the embodiment of the present invention, the change in the detected value of the present invention according to the voltage variation (3.2V-> 2.4V) of the battery is as follows.

1. Battery = 3.2V 일 때1.When Battery = 3.2V

- FET 통과 후 공급전압 = 3.0 V    Supply voltage after passing FET = 3.0 V

- R2 = 500 ohm, VR=10k ohm, R3=6k ohm, 센서 내부저항 = 2k ohm일 경우   -R2 = 500 ohm, VR = 10k ohm, R3 = 6k ohm, sensor internal resistance = 2k ohm

- Verf = 3.0 / 10.5k x 10k = 2.857V   Verf = 3.0 / 10.5k x 10k = 2.857V

- ADC-in = 2.857V / 8k x 2k = 0.714V   ADC-in = 2.857V / 8k x 2k = 0.714V

* ADC에 입력되는 전압과 Vref와의 비율:    * The ratio of the voltage input to the ADC and Vref:

ADC-in / Verf = 0.714 / 2.857 x 100 = 24.99% ADC-in / Verf = 0.714 / 2.857 x 100 = 24.99%

2. Battery = 2.4V 일 때2.When Battery = 2.4V

- FET 통과 후 공급전압 = 2.2V   Supply voltage after passing FET = 2.2V

- R2 = 500 ohm, VR=10k ohm, R3=6k ohm, 센서 내부저항 = 2k ohm일 경우   -R2 = 500 ohm, VR = 10k ohm, R3 = 6k ohm, sensor internal resistance = 2k ohm

- Verf = 2.2 / 10.5k x 10k = 2.095V   -Verf = 2.2 / 10.5k x 10k = 2.095 V

- ADC-in = 2.095V / 8k x 2k = 0.523V   ADC-in = 2.095V / 8k x 2k = 0.523V

* ADC에 입력되는 전압과 Vref와의 비율:   * The ratio of the voltage input to the ADC and Vref:

ADC-in / Verf = 0.523 / 2.095 x 100 = 24.96%ADC-in / Verf = 0.523 / 2.095 x 100 = 24.96%

따라서 무선센서(30)로 공급되는 배터리(20)의 전압(Vcc)이 3.2V에서 2.4V로 다운(down)될 때 센서(30)의 측정오차는 (24.99 - 24.96) / 24.99 x 100 = 0.12% 가 된다.Therefore, when the voltage Vcc of the battery 20 supplied to the wireless sensor 30 is down from 3.2V to 2.4V, the measurement error of the sensor 30 is (24.99-24.96) / 24.99 x 100 = 0.12 It becomes%.

이와 같이 본 발명의 인터페이스회로에 따르면, 배터리의 공급전압이 3.2V에서 2.4V로 약 25% 다운(down)되어도 센서값의 측정오차는 0.12% 정도 발생하므로 전원의 변동에도 불구하고 정밀하게 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 그리고 배터리 특징상 저 전류가 방전될 때, 3.2V에서 2.4V로 변화시 까지의 총 출력 전류량은 3.2V에서 2.8V 로 변화시 까지의 총 출력 전류량의 약 2~3배 이상이 되어 정밀한 측정이 가능하면서도 배터리를 장시간 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Thus, according to the interface circuit of the present invention, even if the battery supply voltage of about 25% down from 3.2V to 2.4V, the measurement error of the sensor value occurs about 0.12%, so that it is possible to measure accurately even though the power supply fluctuates. The effect can be obtained. And when the low current is discharged due to the characteristics of the battery, the total output current from 3.2V to 2.4V is about 2-3 times more than the total output current from 3.2V to 2.8V. It is possible to use the battery for a long time.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 센서 인터페이스회로는 측정시에만 무선센서를 동작시켜 소비전력을 더욱 줄일 수 있고, 배터리 전압이 변하더라도 센서값이 일정하게 유지되도록 하여 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 배터리를 장시간 사용할 수 있는 효과가 있다.As described above, the sensor interface circuit of the present invention can further reduce power consumption by operating the wireless sensor only at the time of measurement, and improve the precision by maintaining the sensor value constant even if the battery voltage changes. Therefore, the battery can be used for a long time.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.

Claims (5)

배터리;battery; 제어신호에 따라 상기 배터리의 출력 전원을 스위칭하기 위한 스위칭수단;Switching means for switching the output power of the battery according to a control signal; 상기 스위칭수단을 통해 상기 배터리와 직렬로 연결되는 고정저항(R2)과 가변저항(VR1)으로 이루어져 상기 스위칭수단의 출력전압을 분압하여 기준전압을 생성하는 기준전압생성수단;Reference voltage generating means for generating a reference voltage by dividing an output voltage of the switching means by a fixed resistor (R2) and a variable resistor (VR1) connected in series with the battery through the switching means; 상기 기준전압생성수단을 통해 전원을 공급받아 동작하는 무선센서; 및A wireless sensor operated by receiving power through the reference voltage generating means; And 소정의 감지주기가 되면 상기 스위칭수단을 온시켜 상기 무선센서를 동작시키고, 상기 기준전압생성수단의 기준전압을 입력받아 내부의 아날로그 디지털 변환기의 기준전압(Vref)으로 사용하며, 상기 센서의 감지전압을 입력받아 상기 아날로그 디지털 변환기에서 디지털로 변환한 후 센서값 감지가 완료되면 상기 스위칭수단을 오프시키기 위한 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서를 구비하여When the predetermined detection period is reached, the switching means is turned on to operate the wireless sensor, and the reference voltage of the reference voltage generating means is input and used as a reference voltage (Vref) of an internal analog-to-digital converter. And a microprocessor for converting the digital signal from the analog-to-digital converter and outputting a control signal for turning off the switching means when the sensor value is sensed. 상기 무선센서에 인가되는 전압이 상기 마이크로프로세서의 내부에 구현된 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 기준전압(Vref)으로서 제공됨으로써 장시간 사용에 의해 상기 배터리의 전압이 변하더라도 정밀한 센서값을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는 저전력 센서 인터페이스 회로.The voltage applied to the wireless sensor is provided as a reference voltage Vref of an analog-to-digital converter (ADC) implemented inside the microprocessor, so that accurate sensor values can be detected even if the voltage of the battery changes due to prolonged use. Low power sensor interface circuit, characterized in that. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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