KR100787097B1

KR100787097B1 - 음파 집어기

Info

Publication number: KR100787097B1
Application number: KR1020060051720A
Authority: KR
Inventors: 최규만
Original assignee: 관동대학교산학협력단
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-21
Also published as: KR20070117726A

Abstract

음파 집어기가 개시된다. 전원부는 소정의 직류전원을 공급한다. 발진부는 직류전원을 공급받아 소정 주파수의 발진신호를 생성한다. 제어부는 발진신호를 기초로 소정의 주파수를 갖는 복수개의 기본신호가 소정의 주기에 의해 반복되는 출력신호를 생성하여 출력하며, 반전 발진 증폭기, 내부 클록 동작회로, 직류전원이 입력되는 전원단자, 반전 발진 증폭기 및 내부 클록 동작 회로의 입력신호가 입력되는 입력단자, 반전 발진 증폭기의 출력신호가 출력되는 출력단자, 및 기본신호의 지속시간 및 상기 출력신호의 주기를 지정하는 제어프로그램이 인스톨되는 내부메모리를 구비한다. 증폭부는 제어부의 출력신호를 증폭하며, 신호출력부는 증폭된 출력신호에 대응하는 음향신호를 출력한다. 본 발명에 따르면, 부피가 작은 3V의 코인 전지 한 개 또는 두 개를 사용하면서 보다 높은 출력전류를 얻을 수 있으며, 회로의 구성을 간단하게 할 수 있어 생산비용 및 생산시간을 단축시킬 수 있다.

음파, 집어기, 발진신호, 직류전원

Description

음파 집어기{Acoustical fish attractor}

도 1은 종래의 음파 집어기의 회로도,

도 2는 종래의 음파 집어기에서 출력되는 파형을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 음파 집어기의 구성을 도시한 회로도,

도 4는 본 발명에 따른 음파 집어기의 제어부에 인스톨되는 제어프로그램의 pulse_out() 함수에 의해 생성되는 신호의 파형을 도시한 도면,

도 5는 공명부로 채용할 수 있는 PVC관의 길이를 35cm부터 줄여가며 소리의 변화를 측정한 결과를 도시한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 음파 집어기의 신호출력부에 풀업저항이 구비되지 않고, 전원부에 3V의 코인 전지를 장착하였을 경우에 출력신호의 파형이 도시한 도면,

도 7은 본 발명에 따른 음파 집어기의 신호출력부에 풀업저항이 구비되고, 전원부에 3V의 코인 전지를 장착하였을 경우에 출력신호의 파형을 도시한 도면, 그리고,

도 8은 본 발명에 따른 음파 집어기의 신호출력부에 풀업저항이 구비되고, 전원부에 6V의 코인 전지를 장착하였을 경우에 출력신호의 파형을 도시한 도면이다.

본 발명은 음파 집어기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유영포식음을 발생하여 물고기를 유인하는 장치인 음파 집어기에 관한 것이다.

낚시인이 물가에서 떡밥낚시를 행하는 경우 낚싯대에 채비를 묶어 바늘에 떡밥을 뭉쳐 달은 후 지속적으로 물속에 채비를 투척함으로써 수중지면의 한곳에 떡밥이 쌓이도록 하여 떡밥주변으로 물고기가 모여들어 바늘에 뭉쳐있는 미끼를 흡입함으로써 잡아내는 방법을 주로 사용한다. 이때 떡밥은 물고기가 직접 흡입하게 되는 미끼의 역할과 함께 물고기를 채비 주변으로 유인하는 집어제의 역할도 수행한다. 이러한 집어효과는 바늘에 뭉쳐있는 떡밥에 의해 일정정도 달성되나, 집어효과를 높이기 위해 낚시인들은 떡밥 등의 집어제를 직접 채비의 주변에 살포하는 방법을 사용하기도 한다. 그러나 이와 같은 집어제를 사용한 집어방법은 수질오염의 직접적인 원인으로 작용한다는 점에서 문제가 있다.

이러한 집어제의 문제로 인해 소리 또는 빛을 이용하여 물고기를 유인하는 장치가 제안된 바 있으며, 이 중에서 물고기들이 가장 좋아하는 몸의 균형을 잡을 때와 가장 좋아하는 먹이를 먹을 때 내는 소리(즉, 유영포식음)를 이용하여 물고기가 먹이가 있는 것으로 착각을 일으켜 물고기를 모으는 장치는 수질오염의 문제를 낳지 않으면서 효과적으로 물고기를 유인할 수 있는 장치이다. 도 1 및 도 2는 각각 종래의 음파 집어기의 회로도 및 종래의 음파 집어기에서 출력되는 파형을 도시 한 도면이다. 도 1에 도시된 종래의 음파 집어기는 아날로그 회로로 구현되며, 건전지의 크기에 대한 국제기준 상으로 6F22인 9V의 건전지를 사용하며, 도 2에 도시된 바와 같이 주파수가 437Hz이고 출력전류가 12.35mA인 음파를 출력한다. 이러한 종래의 음파 집어기는 집어에 효과적인 중심 주파수 400~500Hz의 음파를 발생시키기 위해 다수의 저항, 다이오드 및 캐패시터를 사용하며, 이에 따라 회로가 복잡해지고 생산단가가 상승하는 문제점이 있다. 또한 9V의 6F22 건전지를 사용하므로 무겁고 크기가 크다는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 회로의 구현이 간단하고 소형의 건전지를 전원으로 사용할 수 있는 디지털 방식의 음파 집어기를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 음파 집어기는, 소정의 직류전원을 공급하는 전원부; 상기 직류전원을 공급받아 소정 주파수의 발진신호를 생성하는 발진부; 상기 발진신호를 기초로 소정의 주파수를 갖는 복수개의 기본신호로 이루어진 출력신호를 소정의 주기에 의해 반복적으로 생성하여 출력하는 제어부; 상기 제어부의 출력신호를 증폭하는 증폭부; 및 상기 증폭된 출력신호에 대응하는 음향신호를 출력하는 신호출력부;를 가지며, 상기 제어부는, 반전 발진 증폭기; 내부 클록 동작회로; 상기 직류전원이 입력되는 전원단자; 상기 반전 발진 증폭기 및 상기 내부 클록 동작 회로의 입력신호가 입력되는 입력단자; 상기 반전 발진 증폭기의 출력신호가 출력되는 출력단자; 및 상기 기본신호의 지속시간 및 상 기 출력신호의 주기를 지정하는 제어프로그램이 인스톨되는 내부메모리;를 구비한다.

이에 의해 부피가 작은 3V의 코인 전지 한개 또는 두개를 사용하고도 보다 높은 출력전류를 얻을 수 있으며, 회로의 구성을 간단하게 할 수 있어 생산비용 및 생산시간을 단축시킬 수 있다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 음파 집어기의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 음파 집어기의 구성을 도시한 회로도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 음파 집어기(300)는, 전원부(310), 발진부(320), 증폭부(330), 신호출력부(340), 리셋스위치(350), 제어부(360) 및 공명부(370)를 구비한다.

전원부(310)는 3V 또는 6V의 코인 전지가 장착되어 음파 집어기(300)의 동작전원을 공급하며, 일단은 리셋스위치(350)를 통해 발진부(320)에 연결되고 타단은 제어부(360)의 접지단자에 연결된다.

발진부(320)는 입력저항(322), 제1커패시터(324), 제2커패시터(326) 및 수정 발진기(328)로 구성된다. 입력저항(322)의 일단은 리셋스위치(350)에 연결되고, 타단은 공통접점 A에 접속된다. 제1커패시터(324) 및 제2커패시터(326)의 일단은 공통접점 A에 접속되며, 타단은 각각 12MHz의 주파수를 갖는 신호를 출력하는 수정 발진기(328)의 양단에 접속된다. 수정 발진기(328)의 양단은 각각 입력저항(322)의 일단은 제어부(360)의 XTAL1 단자 및 XTAL2 단자에 접속된다. 이때 수정 발진 기(328) 대신 세라믹 공진기를 채용할 수 있다. 제어부(360)의 XTAL1 단자는 반전 발진 증폭기 및 내부 클록 동작 회로에 대한 입력신호가 입력되는 단자이며, XTAL2 단자는 반전 발진 증폭기의 출력신호가 출력되는 단자이다.

증폭부(330)는 신호출력부(340)의 출력신호를 증폭시키며, 도 3에 도시된 실시예의 경우 330Ω의 저항이 사용되었다. 이와 같이 증폭부(330)에 사용된 저항은 출력신호의 전류를 보강해 주고 출력신호가 안정된 하이 레벨의 신호가 되도록 하는 풀업(Pull Up) 저항으로 기능한다. 증폭부(330)의 일단은 신호출력부(340)에 연결되고, 타단은 전원부(310)의 양극에 연결된다.

신호출력부(340)는 집어를 위한 음파를 출력하는 구성요소로서 일반적인 스피커가 사용될 수 있다. 리셋스위치(350)는 제어부(360)의 리셋단자에 접속되며, 리셋스위치(350)가 온되어 제어부(360)의 리셋단자의 상태가 하이(Hi)로 전환되면 제어부(360)가 초기화된다.

제어부(360)는 발진부(320)를 통해 발진된 발진주파수를 변경하여 소정의 휴지간격을 갖는 집어에 적합한 주파수의 신호파형을 생성한다. 이러한 제어부(360)는 8051 칩에 의해 구현될 수 있으며, 8051 칩에는 내부변수, 타이머, 인터럽트 등의 변수를 설정하고, 출력신호의 파형을 생성하며, 각 출력신호 사이의 간격을 설정하는 제어프로그램이 인스톨된다. 아래에는 8051 칩의 메모리에 인스톨되는 제어프로그램의 일예이다.

#include <regx051.H> /* 내부변수 설정*/

unsigned char upper1=0x00, low1=0x00;

unsigned char upper2=0x00, low2=0x00;

int timer_count1=0;

void pulse_out(void);

void timer1(void) interrupt 3{ /* 타이머 및 인터럽트 설정 */

TR1=0;

timer_count1++;

TH1=upper1;

TL1=low1;

TR1=1;

}

void main(void){

TMOD=0x10;

upper1= (65536-1000) >> 8;

low1=(65536-1000) & 0xff;

EA=1;

while(1) pulse_out(); /* 인터럽트 대기 */

}

void pulse_out(void){

int i,k;

ET1=1; /* 인터럽트 설정 */

TR1=1;

for(k=0;k<=1;k++){ /* 첫번째 및 두번째 파형 생성 */

for(i=0;i<=110;i++){

P1_0=0;

while(timer_count1 != 1);

timer_count1=0;

P1_0=1; /* 파형 시작 */

while(timer_count1 != 1);

timer_count1=0;

}

P1_0=0; /* 파형 끝 */

while(timer_count1 != 200);

timer_count1=0;

}

for(i=0;i<=60;i++){ /* 세번째 파형 생성 */

P1_0=0;

while(timer_count1 != 1);

timer_count1=0;

P1_0=1;

while(timer_count1 != 1);

timer_count1=0;

}

P1_0=0;

while(timer_count1 != 4200); /* 첫번째 출력신호의 마지막 파형과 두번째 출력신호의 처음 파형 사이의 시간 설정 */

timer_count1=0;

TR1=0;

ET1=0; /* 타이머 종료 */

}

도 4에는 상술한 제어프로그램의 pulse_out() 함수에 의해 생성되는 신호의 파형이 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 제1기본신호, 제2기본신호 및 제3기본신호의 중심주파수는 모두 동일하다. 이때, 제1기본신호 및 제2기본신호의 지속시간은 동일하고, 제3기본신호의 지속시간은 제1기본신호 및 제2기본신호의 지속시간보다 짧게 설정된다. 한편, 연속되는 출력신호 중에서 먼저 출력되는 출력신호의 마지막 파형인 제3기본신호와 다음으로 출력되는 출력신호의 처음 파형인 제1기본신호 사이의 간격인 휴지간격은 pulse_out() 함수의 while 문의 timer_count1의 값에 따라 임의로 조절될 수 있다.

공명부(370)는 신호출력부(340)로부터 출력되는 음파의 공명점을 이용하여 음파를 증폭시킨다. 신호출력부(340)로부터 출력되는 음파의 공명점은 다음의 식에 의해 얻어진다.

여기서, λ는 소리의 파장, L은 공명기의 길이, 그리고, n은 공명에 의한 증폭비를 의미한다.

공명부(370)의 내부가 공기로 채워져 있는 경우에 음속은 340m/sec이므로, 중심 주파수가 500Hz일 때 음파의 파장은 0.67m이다. 따라서, 수학식 1에 따르면 공명부(370)에 채용되는 공명기의 길이가 약 35㎝일 때 음파는 100배 공명된다. 도 5에는 이러한 원리를 이용하여 공명기로 채용가능한 PVC관의 길이를 35cm부터 줄여가며 소리의 변화를 측정한 결과가 도시되어 있다. 이때 공명부(370)를 적용하지 않은 경우의 음파의 세기는 47dB이다. 공명점의 측정결과 버저부분에서는 길이를 줄임에 따라 소리가 증가하였으며, 공명기의 길이가 10~15cm, 그리고, 2cm에서 가장 큰소리로 증폭되었다. 이러한 측정결과에 따르면 음파 집어기(300)를 소형화하기 위한 공명기의 최적길이는 1cm로 설정하는 것이 바람직하다.

도 6에는 신호출력부(340)에 풀업저항이 구비되지 않은 경우에 상기의 제어프로그램이 인스톨되어 제어부(360)로 기능하는 8051 칩에 수정 발진기(328)로부터 발생된 12MHz의 주파수를 갖는 신호가 입력될 때 신호출력부(340)를 통해 출력되는 신호의 파형이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 전원부(310)에 3V의 코인 전지를 장착하였을 때 신호출력부(340)를 통해 출력되는 신호의 주파수는 492Hz이고, 출력전류는 0.01㎂이다. 이러한 출력신호의 출력전류는 종래의 아날로그 음파 집어기에 비해 지나치게 낮다는 문제가 있다. 이는 8051 칩은 내부에 풀업저항이 존재하지 않고, 8051 칩을 입/출력 포트로 사용할 경우에는 오픈 드레인형 출력단자로 동작하기 때문이다. 따라서 신호출력부(340)에 풀업저항을 추가할 필요가 있다.

도 7 및 도 8에는 각각 신호출력부(340)에 풀업저항이 구비되고, 전원부(310)에 3V 및 6V의 코인 전지를 장착하였을 경우에 본 발명에 따른 음파 집어기(300)의 출력신호의 파형이 도시되어 있다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 3V 및 6V의 입력전압에 대한 출력신호의 주파수는 각각 493Hz 및 490.4Hz이고, 출력전류는 각각 8.8mA 및 17.5mA이다. 이러한 결과를 종래의 아날로그 음파 집어기와 비교하면, 입력전압이 3V인 경우에는 종래의 아날로그 음파 집어기의 입력전압에 비해 33% 정도의 낮은 입력전압에 대해 71%의 출력전류를 얻을 수 있으며, 입력전압이 6V인 경우에는 종래의 아날로그 음파 집어기의 입력전압에 비해 66% 정도의 낮은 입력전압에 대해 140%의 출력전류를 얻을 수 있다. 따라서 신호출력부(340)에 풀업저항을 구비하면, 6V의 코인 전지를 사용하여 음파 집어기를 소형화하면서도 높은 출력전류를 얻을 수 있으며, 3V의 코인 전지를 사용하는 경우에도 음파 집어기의 목적을 달성할 수 있는 정도의 출력전류를 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명에 따른 음파 집어기에 의하면, 전원으로 9V의 망간 건전지를 사용하는 종래의 아날로그 음파 집어기와 달리 부피가 작은 3V의 코인 전지 한개 또는 두개를 사용하고도 보다 높은 출력전류를 얻을 수 있다. 또한 8051 칩을 제어장치로 사용함으로써 종래의 아날로그 음파 집어기에 비해 크기를 1/10 정도로 소형화하면서 회로의 구성을 간단하게 할 수 있어 생산비용 및 생산시간을 단축시킬 수 있다.

Claims

소정의 직류전원을 공급하는 전원부;

상기 직류전원을 공급받아 소정 주파수의 발진신호를 생성하는 발진부;

상기 발진신호를 기초로 소정의 주파수를 갖는 복수개의 기본신호로 이루어진 출력신호를 소정의 주기에 의해 반복적으로 생성하여 출력하는 제어부;

상기 제어부의 출력신호를 증폭하는 증폭부;

상기 증폭된 출력신호에 대응하는 음향신호를 출력하는 신호출력부; 및

상기 신호출력부로부터 출력되는 음향신호를 공명시켜 상기 음향신호의 세기를 증폭하는 공명부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 집어기.
제 1항에 있어서,

상기 기본신호는 지속시간이 동일한 복수개의 제1기본신호 및 상기 제1기본신호의 지속시간보다 짧은 지속시간을 갖는 제2기본신호로 구성되는 것을 특징으로 하는 음파 집어기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 발진부는,

일단은 상기 리셋스위치에 연결되는 입력저항;

일단은 상기 제어부의 입력단자에 접속되고, 타단은 상기 제어부의 출력단자에 접속되는 발진기;

일단은 상기 입력저항의 타단에 연결되고 타단은 상기 발진기의 일단에 연결되는 제1커패시터; 및

일단은 상기 입력저항의 타단에 연결되고 타단은 상기 발진기의 타단에 연결되는 제2커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 집어기.
제 1항 또는 제2항에 있어서,

상기 기본신호의 주파수는 400 내지 500 Hz의 범위인 것을 특징으로 하는 음파 집어기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 증폭부는 일단은 상기 전원부에 연결되고 타단은 상기 신호출력부에 연 결되는 풀업저항인 것을 특징으로 하는 음파 집어기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

일단은 상기 전원부의 양단자에 연결되고 타단은 상기 제어부의 초기화 단자에 연결되어 스위치가 온되면 상기 초기화 단자에 상기 전원부로부터 출력되는 직류전원을 공급하여 상기 제어부를 초기화시키는 리셋스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 집어기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 제어부는,

반전 발진 증폭기;

내부 클록 동작회로;

상기 직류전원이 입력되는 전원단자;

상기 반전 발진 증폭기 및 상기 내부 클록 동작 회로의 입력신호가 입력되는 입력단자;

상기 반전 발진 증폭기의 출력신호가 출력되는 출력단자; 및

상기 기본신호의 지속시간 및 상기 출력신호의 주기를 지정하는 제어프로그램이 인스톨되는 내부메모리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 집어기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 공명부의 길이는 다음의 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 음파 집어기:

L=(nλ)/2,

여기서, L은 공명부의 길이, n은 음향신호의 증폭비, 그리고, λ는 음향신호의 파장이다.