KR100867215B1

KR100867215B1 - 전원 출력전압 오차에 따른 센서 출력전압의 오차의 보정방법

Info

Publication number: KR100867215B1
Application number: KR1020070031015A
Authority: KR
Inventors: 강성옥
Original assignee: 화남전자 주식회사
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-11-06
Also published as: KR20080088259A

Abstract

본 발명은 전원 출력전압 오차에 따른 센서 출력전압의 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기설정된 기준 전압과 전원 출력전압과의 전압차를 이용하여 보정데이터를 산출하고, 산출된 보정데이터를 이용하여 센서 출력전압을 보정하는 것을 특징으로 하는 전원 출력전압 오차에 따른 센서 출력전압의 오차의 보정 방법에 관한 것이다.

센서, 전압, 보정, 칼리브레이션

Description

전원 출력전압 오차에 따른 센서 출력전압의 오차의 보정 방법{METHOD FOR CALIBRATION OF SENSOR OUTPUT VOLTAGE ERROR IN ACCORDANCE WITH OUTPUT VOLTAGE TOLERANCE OF POWER}

도 1 은 센서 출력 전압을 측정하는 시스템의 일례의 블럭다이어그램,

도 2 는 본 발명 보정 방법의 보정 데이터를 획득하기 위하여 구성되는 시스템의 블럭다이어그램,

도 3 은 본 발명 보정 방법의 보정 데이터를 획득하는 방법을 나타내는 플로우챠트,

도 4 는 본 발명 보정 방법의 보정 데이터에 의한 센서 출력 전압의 보정 방법을 나타내는 플로우챠트이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10; 중앙제어부 20; 비휘발성 메모리부

30; 휘발성 메모리부 40; 전원부

50; 센서부 60; 전압측정부

70; 통신부 100; 피감지물

200; 구동부

도 1 은 중앙처리유닛(CPU)을 이용하여 센싱 대상인 피감지물을 제어하는 시스템의 일례의 블럭다이어그램으로서, 먼저, 센서부(50)가 피감지물(100)을 센싱하여 센서 출력전압(Vsensor)을 생성한다. 그리고, RAM 등의 저장소자로 이루어진 휘발성메모리부(30) 및 EEPROM 등의 저장소자로 이루어진 비휘발성메모리부(20)와 연동된 중앙제어부(10)가 센서부(50)로부터 상기 센서 출력전압(Vsensor)을 입력받고, 이를 디지털 신호로 변환(A/D Convert)하여 피감지물(100)의 제어에 필요한 센서 데이터(SENSOR DATA)를 생성한다. 중앙제어부(10)는 이 센서데이터(SENSOR DATA)를 참조하여 피감지물(100)을 구동시키는 구동부(200)에 제어 신호를 전달하여 피감지물(100)의 작동을 제어하게 된다.

그런데, 상기 센서부(50)에 전원을 공급하는 전원부(40)는 통상적으로 전원부의 출력전압(Vpower)에 고유의 허용오차(Output Voltage Tolerance)가 존재하며, 이러한 전원부(40)의 허용오차에 기인하여 센서부(50)의 센서 출력전압(Vsensor)의 오차가 발생하게 된다.

예를 들어, 출력 전압이 +5V 이고 허용오차가 ±2% 인 전원부(40)의 전원 출력전압(Vpower)은 허용오차를 반영한 +4.9 ~ +5.1 V 의 출력전압이 생성되어 상기 센서부(50)로 전원이 인가되므로, 전원 출력전압(Vpower)은 센서부(50)로 인가되는 시점에 따라 직전 인가 전압 대비 최대 0.2 V 까지 차이가 발생할 수 있으며, 이러한 차이에 따라서 센서출력전압(Vsensor)가 오차가 발생할 수 있다.

이러한 전원부(40)의 허용오차는 소전력 회로에서는 크게 문제되지 않지만, 센서 출력전압(Vsensor)에 근거하여 생성되는 센서 데이터(SENSOR DATA)의 값의 오차가 발생하게 되고 이 센서 데이터(SENSOR DATA)의 값에 따라서 중앙제어부(10)가 피감지물(100)을 제어하게 되므로, 피감지물(100)의 구동회로가 대전력 회로일 경우 피감지물(100)의 출력이 불안정하게 될 우려가 있고, 피감지물(100)이 센서 데이터(SENSOR DATA)의 값에 민감하게 반응하는 정밀 장치일 경우에는 제어의 정밀도가 저하되는 문제점이 있었다.

그러므로, 종래에는 이러한 센서 출력전압(Vsensor)의 오차를 가변저항(variable resistor)을 가진 조절 손잡이를 조절하여 중앙제어부(10)의 입력용 범용 포트에 보정용 조절 신호를 입력함으로써 센서 출력전압(Vsensor)의 오차를 보정하였다.

그러나, 이러한 종래의 보정 방법은 조작자가 일일히 수동으로 조작하기 때문에 가변 저항값이 변화할 때 발생할 수 있는 채터링(chattering)을 보상할 수 있는 별도의 보상 회로가 필요하고, 가변 저항의 기구적 특성에 따라서 저항값이 일정하게 변화하지 않아 정밀도가 불량한 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서,종래 수동적으로 이루어지던 센서 출력전압의 보정을 중앙제어부와 연동된 메모리에 보정값을 저장함으로써 메모리에 저장된 보정값을 참조하여 센서 출력전압이 자동적으로 보정되도록 하는 전원 출력전압 오차에 따른 센서 출력전압의 오차의 보정 방법을 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 중앙제어부에서 기설정된 기준 전압과 전원 출력전압과의 전압차를 이용하여 보정데이터를 산출하고, 산출된 보정데이터를 이용하여 센서 출력전압을 보정하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2 는 본 발명 보정 방법의 보정 데이터를 획득하기 위하여 구성되는 시스템의 블럭다이어그램이다.

중앙제어부(10)는 ROM, EEPROM 등의 비휘발성메모리부(20) 및 RAM, Flash RAM 등의 휘발성메모리부(30)와 연동되고, 통신부(70)를 통하여 외부의 컴퓨터(미도시)등과 데이터 통신을 수행한다.

상기 비휘발성메모리부(20)에 상기 중앙제어부(10)를 구동시키는 구동 프로그램이 저장된다. 상기 구동 프로그램은 통신부(70)와 연결된 컴퓨터(미도시)로부 터 RS232C 방식의 직렬 통신(Serial Transmission) 방식 등의 공지의 통신 방법을 이용하여 다운로드될 수 있다.

전압측정부(60)는 후술할 센서 출력전압(Vsensor)의 보정시 이용되는 전원부(40)의 전원 출력전압(Vpower)값을 측정하는 부분으로서 통상의 전압계(voltmeter)가 이용된다. 중앙제어부(10)는 상기 전압측정부(60)가 측정한 전원 출력전압(Vpower)의 전압값을 피드백받아 센서 출력전압(Vsensor)의 보정에 이용한다.

다음으로, 도 2 에 도시된 시스템을 이용하여 본 발명 보정 데이터의 획득 방법을 도 3 의 플로우챠트를 참조하여 설명하고, 이어서 본 발명 보정 데이터에 의하여 센서 출력전압을 보정하는 방법을 도 4 의 플로우챠트를 참조하여 설명한다.

도 3 및 도 4 를 참조하여 설명되는 본 발명의 보정데이터의 획득 방법과 보정데이터에 의한 센서출력전압의 보정 방법은, 피감지물(100)의 출력 신호를 센싱하여 센서 출력전압(Vsensor)을 생성하는 센서부(50);와, 상기 센서부(50)에 전원을 인가하는 전원부(40);와, 비휘발성메모리부(20)와 휘발성메모리부(30)와 연동되고, 통신부(70)를 통하여 외부와 데이터 통신을 수행하고, 상기 센서부(50)가 생성한 센서 출력전압(Vsensor)을 입력받는 중앙제어부(10);와, 상기 전원부(40)의 출력전압(Vpower)을 전압을 측정하는 전압측정부(60);로 이루어진 바람직한 실시예의 회로에서 이루어짐을 전제로 하여 설명된다.

먼저, 중앙제어부(10)가 외부의 컴퓨터(미도시)로부터 기설정된 기준전압의 값(Vref)을 통신부(70)를 통하여 입력받고 이를 연동된 비휘발성메모리부(20)에 저장한다(단계 S 101).

상기 기준전압값(Vref)은 전원부(40)의 정격 출력전압의 값으로 설정된 것이다. 이어서, 전압측정부(60)가 전원부(40)의 출력전압(Vpower)을 측정하고, 중앙제어부(10)는 전압측정부(60)가 측정한 전원부(40)의 출력전압(Vpower)을 입력받는다(단계 S 102).

이어서, 상기 중앙제어부(10)는 입력받은 전원부(40)의 출력전압(Vpower)에서 기설정된 상기 기준전압값(Vref)을 차감한 값인 전압차(Vd)를 산출한다(단계 S 103).

상기 단계 S 101 내지 단계 S 103 을 예를 들어 설명하면, 본 발명 실시예의 전원부(40)의 정격 출력전압을 5.0V, 전원부(40)의 출력전압(Vpower)의 허용오차(Output Voltage Tolerance)는 ±2% 인것(Vpower = 4.9V~5.1V)인 것으로 전제할 때, 중앙제어부(10)가 입력받은 전원부 출력전압(Vpower)이 4.9 V 라고 가정하면, 정격 출력전압인 기준전압(Vref)이 5.0 V 이므로 전압차(Vd)는 4.9(Vpower)-5.0(Vref) = -0.1(Vd)이 된다.

상기와 같이 전압차(Vd)값이 산출되면 중앙제어부(10)는 산출된 전압차(Vd)를 변수로 이용하는 변환식을 이용하여 보정데이터(CAL DATA)를 산출한다(단계 S 104). 본 발명 실시예에서의 상기 보정데이터(CAL DATA)를 산출하는 변환식은 다음과 같다.

* 보정데이터(CAL DATA) = (Vd*배수)+옵셋값

상기 변환식에서 배수의 값은 중앙제어부(10)가 보정데이터(CAL DATA)를 산출하기 위하여 사용하는 단위자리로 보정데이터를 변환하는 값이며, 옵셋값(OFFSET)은 전압차(Vd)의 값이 0 일경우(즉, Vpower = 5.0 V 인 경우이다) 보정데이터의 값도 0 이 되게 되는데, 이러한 0 이 되는 값을 조정하는 값이다.

본 발명 실시예에서는 상기 배수를 204.6, 상기 옵셋값을 128 로 설정하였는데, 위에서 예를 든 바와 같이 전압차(Vd)가 -0.1 인 경우 CAL DATA = {(-0.1)*204.6}+128 = 107.54 의 보정데이터(CAL DATA)가 산출된다.

나아가, 위와 같은 방법으로 보정데이터를 산출한 예를 들면, 전원부 출력전압(Vpower)가 5.1V 일때 기준전압(Vref)과의 전압차(Vd)가 0.1이 되므로 보정데이터(CAL DATA)값은 CAL DATA = {(0.1)*204.6}+128 = 148.46 이 산출되고, 전원부 출력전압(Vpower)이 5.0V 일때 기준전압(Vref)과의 전압차(Vd)가 0이 되므로 보정데이터(CAL DATA)값은 CAL DATA = {(0)*204.6}+128 = 128 이 산출된다.

그리고, 중앙제어부(10)는 상기와 같은 보정데이터(CAL DATA)를 소정 시간 간격으로 일정 횟수만큼 반복 산출하여 보정데이터(CAL DATA)값들의 평균값(CAL -AVE)을 구하고(단계 S 105), 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)을 상기 비휘발성메모리부(20)에 저장한다(단계 S 106).

상기와 같은 방법을 이용하여 중앙제어부(10)는 전원부 출력전압(Vpower)으 로부터 본 발명의 센서 출력전압(Vsensor)를 보정하기 위한 보정데이터(CAL DATA) 및 이들의 평균값(CAL-AVE)을 구하는 본 발명의 보정데이터의 획득 수순을 종료한다.

다음으로, 상기와 같이 획득된 본 발명 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)을 이용하여 센서 출력전압(Vsensor)를 보정하는 방법을 도 1 의 블럭다이어그램 및 도 4 의 플로우챠트를 참조하여 설명한다.

전술한 본 발명의 보정데이터의 획득수순에 의하여 획득된 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)을 이용하여 센서 출력전압(Vsensor)을 보정하는 방법은 도 1 에 도시된 바와 같은 센싱 대상인 피감지물을 제어하는 회로에서 구현되며, 도시된 각 구성요소들의 설명은 전술한 바 있으므로 이의 상세한 설명은 생략한다. 다만, 비휘발성메모리부(20)에는 상술한 보정데이터의 획득 수순에서 획득된 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)이 저장되어 있는 상태라 가정하여 설명한다.

먼저, 중앙제어부(10)가 상기 비휘발성메모리부(20)에 저장된 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)을 독출한다(단계 S 201). 한편, 센서부(50)는 피감지물(100)을 센싱하여 센서 출력전압(Vsensor)을 생성한다.

그러면, 중앙제어부(10)가 센서부(50)가 생성한 센서출력전압(Vsensor)를 센서부(50)로부터 입력받고(단계 S 202), 이를 내장 또는 외장된 A/D 컨버터를 이용하여 디지털 신호로 변환하여 센서데이터(SENSOR DATA)를 생성한다(단계 S 203).

이어서, 중앙제어부(10)가 생성된 상기 센서데이터(SENSOR DATA)와 보정데이 터의 평균값(CAL-AVE)를 변수로 이용하는 변환식을 이용하여 상기 센서데이터(SENSOR DATA)의 값을 보정한다(단계 S 204).

여기서, 상기 센서데이터(SENSOR DATA)와 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)을 변수로 이용하는 변환식은 피감지물(100)을 제어하기 위한 제어신호를 생성하기 위하여 보정된 센서데이터(SENSOR DATA)를 생성하는 변환식으로서, 중앙제어부(10)에 의하여 수행되는 피감지물(100)의 제어 프로그램이 이용하는 변수에 따라서 다양하게 변형실시하면 된다. 본 발명 실시예에서의 상기 센서 출력데이터(SENSOR DATA)의 값을 보정하는 변환식은 다음과 같다.

* 보정된 센서데이터의 값(CALIB SENSOR DATA)

= {(P-1)*(SENSOR DATA)}/[P+{(CAL-AVE)-(OFFSET)}]

here, P= 2^{(센서출력전압의 A/D 분해능)}

SENSOR DATA: 센서데이터

CAL-AVE: 보정데이터의 평균값

OFFSET: 옵셋값

상기 변환식에서 상기 P 값은 센서출력전압(Vsensor)의 A/D 변환시의 분해능의 값을 2의 제곱수로 취한 값이며, 옵셋값(OFFSET)은 전원부 출력전압(Vpower)이 기준전압(Vref)과 동일할 경우 생성되는 보정데이터의 값을 옵셋값으로 설정한 것 으로서, 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)이 기준전압(Vref)보다 적으면 음의 값이, 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)이 기준전압(Vref)보다 크면 양의 값이 산출되어 상기 P 값에 더해지도록 한 것이다.

예를 들어, 센서출력전압(Vsensor)의 디지털-아날로그 변환시의 분해능이 10(즉, 10 비트의 디지털데이터로 변환)으로 설정되었을 경우, P 의 값은 2의 10 제곱수에서 1 을 차감한 1023 이 되고. 전술한 예와 같이 기준전압(Vref)을 5.0V 으로 설정하였을때 생성되는 보정데이터(CAL DATA)의 값은 128 이므로, 이 값들을 상기 변환식에 대입하는 것으로 가정하였을 때, 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)이 아래와 같은 경우 보정된 센서데이터(CALIB SENSOR DATA)의 값은 다음과 같이 산출된다.

CAL-AVE 이 115.0 일 경우,

보정된 센서데이터(CALIB SENSOR DATA) = 1.0128*(SENSOR DATA)

(즉, 센서데이터값에 1.0128 을 곱한 값으로 센서데이터를 보정하라는 의미이다. 이하 예들도 동일한 의미를 가진다)

CAL-AVE 이 128.0 일 경우,

보정된 센서데이터(CALIB SENSOR DATA) = 1*(SENSOR DATA)

CAL-AVE 이 141.0 일 경우,

보정된 센서데이터(CALIB SENSOR DATA) = 0.987*(SENSOR DATA)

따라서, 중앙제어부(10)는 상기 보정된 센서데이터(CALIB SENSOR DATA)에 근거하여 센싱 대상인 피감지물(100)을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 피감지물(100)을 제어하게 된다.

이때, 보정된 센서데이터(CALIB SENSOR DATA)는 전원부의 출력전압(Vpower)의 허용오차를 감안하여 보정된 값이므로 피감지물(100)의 제어가 전원부(40)의 출력전압(Vpower)의 출력 오차에 영향을 받지 않게 되어 피감지물(100)의 출력이 안정하게 유지되고 아울러 제어의 정밀도가 향상되게 된다.

상기와 같은 방법을 이용하여 중앙제어부(10)는 보정데이터(CAL DATA) 및 이들의 평균값(CAL-AVE)을 이용하여 센서출력전압(Vsensor)를 보정하는 본 발명의 보정데이터에 의한 보정수순을 종료한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명 전원 출력전압 오차에 따른 센서 출력전압의 오차의 보정 방법은 피감지물의 제어가 전원부의 출력전압의 출력 오차에 영향을 받지 않게 되므로, 피감지물의 출력이 안정하게 유지되고, 아울러 정확한 제어가 가능한 효과가 있다.

또한, 종래 수동적으로 이루어지던 센서 출력전압의 보정을 메모리에 저장된 보정값을 참조하게 함으로써 센서 출력전압의 보정을 자동적으로 수행하도록 하여 시스템의 안정화 및 응답 속도 향상을 제고시킨 효과가 있다.

Claims

피감지물(100)의 출력 신호를 센싱하여 센서 출력전압(Vsensor)을 생성하는 센서부(50);와, 상기 센서부(50)에 전원을 인가하는 전원부(40);와, 비휘발성메모리부(20)와 휘발성메모리부(30)와 연동되고, 통신부(70)를 통하여 외부와 데이터 통신을 수행하고, 상기 센서부(50)가 생성한 센서 출력전압(Vsensor)을 입력받는 중앙제어부(10);와, 상기 전원부(40)의 출력전압(Vpower)을 측정하는 전압측정부(60);로 이루어진 회로에서 상기 전원부(40)가 출력하는 출력전압(Vpower)의 오차에 따른 센서 출력전압(Vsensor)의 오차를 보정하는 방법에 있어서,

상기 중앙제어부(10)가 기설정된 기준 전압(Vref)을 통신부(70)를 통하여 입력받고 이를 연동된 비휘발성메모리부(20)에 저장하는 단계(단계 S 101);

중앙제어부(10)가 상기 전압측정부(60)로부터 상기 전원부(40)의 출력전압(Vpower)을 입력받는 단계(단계 S 102);

중앙제어부(10)가 입력받은 상기 전원부(40)의 출력전압(Vpower)과 상기 기준전압(Vref)과의 전압차(Vd)을 산출하고(단계 S 103), 산출된 전압차(Vd)를 변수로 이용하는 변환식을 이용하여 보정데이터(CAL DATA)를 산출하는 단계(단계 S 104);

중앙제어부(10)가 상기 보정데이터(CAL DATA)를 소정 시간 간격으로 일정 횟수만큼 반복 산출하여 보정데이터(CAL DATA)값들의 평균값(CAL -AVE)을 구하는 단계(단계 S 105);

중앙제어부(10)가 상기 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)을 상기 비휘발성메모리부(20)에 저장하는 단계(단계 S 106); 를 포함하는 보정데이터의 획득수순, 및

중앙제어부(10)가 상기 비휘발성메모리부(20)에 저장된 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)을 독출하는 단계(단계 S 201);

중앙제어부(10)가 센서부(50)로부터 센서 출력전압(Vsensor)를 입력받고(단계 S 202), 상기 센서 출력전압(Vsensor)을 디지털 신호로 변환하여 센서데이터(SENSOR DATA)를 생성하는 단계(단계 S 203);

중앙제어부(10)가 생성된 상기 센서데이터(SENSOR DATA)와 보정데이터의 평균값(CAL-AVE)를 변수로 이용하는 변환식을 이용하여 상기 센서데이터(SENSOR DATA)의 값을 보정하는 단계(단계 S 204); 를 포함하는 보정데이터에 의한 보정수순,

을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 출력전압 오차에 따른 센서 출력전압의 오차의 보정 방법.