KR101684707B1

KR101684707B1 - 내부 전원을 구비한 센서 모듈

Info

Publication number: KR101684707B1
Application number: KR1020100108531A
Authority: KR
Inventors: 박상민
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2016-12-08
Also published as: KR20120046960A

Abstract

본 발명은 내부 전원을 구비한 센서 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 내부 전원을 구비한 센서 모듈은 센서부, 센서 선택부, 증폭부, A/D 변환부, 제어부 및 내부 전원 공급부를 포함하여 구성된다.
센서부는 온도, 습도 및 압력과 같은 각종 물리량 중 적어도 어느 하나를 센싱하도록 각각의 센서를 구비한다.
센서부의 출력 신호는 제어부의 제어 신호에 따라 센서 선택부의 물리량을 입력받는다.
센서 선택부의 출력 신호는 A/D 변환부에 입력되기 위하여 증폭부에서 증폭된다.
증폭부의 출력 신호는 내부 전원 공급부를 동작시키고 내부 전원 공급부로 공급된 외부 전원이 내부 동작 전원으로 변환되어 A/D 변환부에 공급함으로 A/D 변환부가 동작을 한다.
이와 같이 본 발명은 별도의 추가적인 외부 전원 공급 없이 A/D 변환부의 동작 전원을 생성 및 공급할 수 있어 중,소규모의 PLC 시스템에서 센서 제어 장치의 사용시, 비용을 감소할 수 있는 장점을 가진다.

Description

내부 전원을 구비한 센서 모듈{Sensor module having internal power source}

본 발명은 내부 전원을 구비한 센서 모듈에 관한 것으로서, 특히 센싱된 신호를 내부 전원 공급부의 동작 개시 신호로 이용하여 그에 따른 출력 전압을 A/D 변환부의 동작 전압으로 이용함으로써 전원 공급과 더불어 아날로그 센싱 신호를 처리할 수 있는 내부 전원을 구비한 센서 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 트랜스미터는 측정하고자 하는 물리적인 량(온도, 습도 등)을 센서와 A/D 변환(Analog to Digital conversion)기능을 갖는 센서 입력부를 통하여 아날로그 값으로 입력받고, 입력된 아날로그 값을 디지털 값으로 변환한 후 D/A 변환(Digital to Analog conversion)기능을 갖는 마이크로 프로세서 출력 회로부를 통하여 2선 방식의 4∼20mA의 전류 값으로 출력하여 외부의 제어 장치 등에 전송하는 장비이다.

즉, 트랜스미터는 내장된 마이크로 프로세서를 중심으로 하며, 센서의 신호를 아날로그로 입력하여 디지털 값으로 변환하는 기능, 수치적으로 변환된 값을 실제적으로 2선 방식의 4∼20mA의 아날로그 값으로 출력하는 정전류의 출력기능 등을 수행하는 것이다.

이와 같은 예는 도 1에 도시된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 2선식 트랜스미터(100)는 센서부(110), 센서 선택부(120), 증폭부(130), A/D 변환부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.

센서부(110)는 온도, 습도, 압력의 물리량을 센싱하여 전기적인 신호로 변환하여 센서 선택부(120)에 출력한다.

센서 선택부(120)는 센서부(110)로부터 출력된 아날로그 신호를 제어부(150)의 제어 신호에 따라서 선택을 한다.

증폭부(130)는 센서 선택부(120)로부터 출력된 아날로그 신호를 입력받아 증폭한다.

A/D 변환부(140)는 증폭부(130)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.

여기서, ±24V의 외부 전원은 증폭부(130)를 포함한 필요 구성 블록에 전원을 공급하고, ±15의 외부 전원은 A/D 변환부(140)에 전원을 공급한다.

이와 같이 종래의 온도, 습도, 압력 등을 센싱하는 대부분의 트랜스미터는 ±24V의 외부 전원을 공급받고, 또한 A/D 변환을 위하여 별도의 추가적인 ±15V의 전원 공급이 필요함으로 그에 따른 비용이 증가한다는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 센서 모듈에 내부 전원 공급부를 구비하여 별도의 전원 공급없이 A/D 변환부의 동작 전압을 제공할 수 있는 내부 전원을 구비한 센서 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 내부 전원을 구비한 센서 모듈은 각종 물리량을 센싱하여 전기적 신호로 변환하는 센서부;

상기 센서부로부터 출력되는 전기적 신호를 수신하고 제어부의 제어에 의해 상기 물리량을 선택하는 센서 선택부;

상기 센서 선택부로부터 출력되는 상기 전기적 신호를 소정의 범위로 증폭하는 증폭부;

상기 증폭부로부터 출력된 상기 전기적 신호를 디지털 값으로 변환하여 출력하는 A/D 변환부;

상기 센서 선택부 및 A/D 변환부를 제어하는 제어부; 및

상기 증폭부의 출력 신호를 감지하여 상기 A/D 변환부에 동작 전원을 공급하는 내부 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 내부 전원 공급부는 상기 증폭부의 출력 신호를 감지하여 하이 신호를 출력하는 비교기, 상기 하이 신호를 입력받고 온 되는 트랜지스터, 상기 트랜지스터의 온에 따라 온 되는 포토 커플러 및 상기 포토 커플러의 온 동작에 따라 전원을 인가받고 그에 따른 동작 전원을 출력하는 트랜스포머를 포함할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 별도의 추가적인 외부 전원 공급 없이 A/D 변환부의 동작 전원을 생성 및 공급할 수 있어 중,소규모의 PLC 시스템에서 센서 모듈의 사용시, 비용을 감소할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 본 발명은 센싱된 온도, 습도 및 압력 등의 물리량에 대응한 전기적 신호를 A/D 변환부의 동작 개시 신호인 공급 전압으로 이용함으로서 내부 신호 처리를 효율적으로 하고 소비 전력을 절약할 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 종래에 따른 2선식 트랜스미터의 시스템 블록 다이어그램이다.
도 2은 본 발명에 따른 내부 전원을 구비한 센서 모듈의 시스템 블록 다이어그램이다.
도 3은 도 2에 도시된 내부 전원 공급부의 회로도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 내부 전원을 구비한 센서 모듈의 시스템 블록 다이어그램, 도 3은 도 2에 도시된 내부 전원 공급부의 회로도 이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 내부 전원을 구비한 센서 모듈(200)은 센서부(210), 센서 선택부(220), 증폭부(230), A/D 변환부(240), 제어부(250) 및 내부 전원 공급부(260)를 포함하여 구성된다.

센서부(110)는 온도, 습도 및 압력과 같은 각종 물리량 중 적어도 어느 하나를 센싱하도록 각각의 센서를 구비한다.

센서부(110)는 센싱된 온도, 습도 및 압력을 전류 또는 전압 값의 전기적 신호로 센서 선택부(220)에 전송한다.

센서 선택부(220)는 릴레이 접점과 같은 3개의 스위치(S1,S2,S3)로 구성되고, 제어부(250)는 제어 신호를 출력하여 3개의 스위치(S1,S2,S3)의 각각을 온 또는 오프시킨다.

여기서, 센싱된 파라미터가 3개이면 3개의 스위치가 사용되고, 센싱된 파라미터가 4개이면 4개의 스위치, 5개이면 5개의 스위치가 사용된다.

센서 선택부(220)는 센서부(210)의 센싱된 신호에 대응하여 다수 개의 스위치로 구성된다.

센서 선택부(220)는 선세부(210)로부터 출력되는 전기적 신호를 수신하고, 해당 스위치를 온 함으로서 상기 전기적 신호를 선택한다.

제어부(250)는 그 내부에 미리 정해진 프로그램 또는 센서부(210)의 출력 신호의 크기에 따라서 3개의 스위치(S1,S2,S3)의 각각을 온 또는 오프시킨다.

증폭부(230)는 상기 온된 센서 선택부(220)로부터 출력된 전기적인 아날로그 신호를 A/D 변환부(240)에 맞게 소정의 범위로 증폭한다.

상기 소정의 범위는 A/D 변환부(240)에 입력되는 전압 입력 범위이다.

A/D 변환부(240)는 증폭부(230)를 통하여 출력된 전기적인 신호를 그에 비례하는 디지털 값으로 변환하여 제어부(250)에 출력한다.

제어부(250)는 D/A 변환 기능을 가지며, A/D 변환부(240)로부터 출력된 상기 디지털 값을 아날로그 값으로 변환하여 통신부(270)에 출력한다.

통신부(270)는 외부에 위치한 원격 제어 장치이며 제어부(250)와 데이터 통신을 위한 통신 인터페이스 모듈을 구비한다.

또한, 제어부(250)는 센서 선택부(220), A/D 변환부(240)를 포함한 센서 모듈(200) 전체의 동작을 제어한다.

외부 기기로부터 출력되는 외부 전원(±24V)은 센서 모듈(200)의 필요한 회로 블록에 동작 전원을 공급한다.

내부 전원 공급부(260)는 외부 기기로부터 출력된 외부 전원(±24V)을 동작 전원(±E₀)로 변환하여 A/D 변환부(240)에 공급한다.

동작 전원(±E₀)은 외부 전원(±24V)을 다운한 전압으로 ±3V~±18V 범위이며 바람직하게는 ±5V~±15V 범위이다.

또한, 내부 전원 공급부(260)는 증폭부(230)로부터 출력되는 아날로그 전압 신호를 감지하여 A/D 변환부(240)의 동작을 시작한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 내부 전원 공급부(260)는 크게 비교기(261), 트랜지스터Q1(262), 포토 커플러(263) 및 트랜스포머(264)를 포함한다.

이하에서는 내부 전원 공급부(260)의 동작을 설명한다.

먼저, 센서부(210)의 출력 신호 및 제어부(250)의 제어 신호에 따른 센서 선택부(220)의 스위치 온에 의한 증폭부(230)로부터의 출력 신호가 개시 신호(S)가 된다.

상기 개시 신호(S)가 비교기(261)의 (+)입력 단자에 인가(감지)되면, 비교기(261)는 (-)입력 단자의 그라운드(0V)와 비교하여 그 출력 단자에 하이(High;5V) 신호를 출력한다.

하이(High;5V) 신호는 트랜지스터Q1(262)를 온 시키고 포토 다이오드(D1)를 온 시킨다.

상기 포토 다이오드(D1)는 포토 트랜지스터(Q2)의 베이스를 구동하고, 포토 트랜지스터(Q2)는 온 된다.

즉, 포터 커플러(263)가 온 동작 된다.

외부 전원(±24V)은 포토 커플러(263)를 통하여 트랜스포머(264)에 입력된다.

트랜스포머(264)는 외부 전원(±24V)을 입력(인가)받고, 동작 전원(±E₀)을 출력한다.

트랜스포머(264)는 일반적으로 시중에서 판매되는 제품이며, 보통 각각의 트랜스포머의 동작 전원(출력 전압)은 ±3V~±18V 범위이다.

상기 동작 전원(±E₀)은 A/D 변환부(240)의 전원 입력 단자에 공급되어 A/D 변환부(240)를 동작시키는 트리거 전압이 된다.

따라서, 센서 모듈(260)은 센서부(210)의 온도, 습도 또는 압력 중 적어도 하나를 센싱함과 동시에 내부 전원 공급부(260)의 동작 전원 출력에 의하여 A/D 변환부(240)의 A/D 변환이 수행된다.

즉, 본 발명은 센싱된 아날로그 전압 신호의 개시 신호(S)에 따라 내부 전원 공급부(260)를 동작하고 그에 따른 A/D 변환부(240)에 동작 전원(±E₀)을 공급함으로써 센싱된 아날로그 신호를 처리한다.

또한, 제어부(250)가 센서부(210)의 출력 신호에 따라 센서 선택부(220)를 제어하여 3개의 스위치(S1,S2,S3)의 각각을 모두 오프하면, 증폭부(230)는 센서 선택부(220)로부터 0V의 출력 전압을 감지한다.

따라서, 비교기(261)의 (+)입력 단자는 증폭부(230)로부터 출력된 0V의 출력 전압을 감지하고, (-)입력 단자의 0V의 기준 전압을 (+)입력 단자의 0V의 출력 전압과 비교한다.

그러면 비교기(261)의 출력 단자는 로우(Low;0V) 전압이 되어, 트랜지스터(262) 오프, 포토커플러(263)오프 되어, 외부 전원(±24V)은 트랜스포머(264)로부터 차단되어, 트랜스포머(264)의 입력 단자에 공급되지 않는다.

따라서, 트랜스포머(264)의 출력 단자의 동작 전원(±E₀)은 OV로 되어, A/D 변환부(240)의 전원 공급이 차단되어 A/D 변환을 수행하지 않는다.

이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

200 : 센서 모듈
210 : 센서부
240 : A/D 변환부

Claims

각종 물리량을 센싱하여 전기적 신호로 변환하는 센서부;
상기 센서부로부터 출력되는 전기적 신호를 수신하고 제어부의 제어에 의해 상기 물리량을 선택하는 센서 선택부;
상기 센서 선택부로부터 출력되는 상기 전기적 신호를 소정의 범위로 증폭하는 증폭부;
상기 증폭부로부터 출력된 상기 전기적 신호를 디지털 값으로 변환하여 출력하는 A/D 변환부;
상기 센서 선택부 및 A/D 변환부를 제어하는 제어부; 및
상기 증폭부의 출력 신호를 감지하여 상기 A/D 변환부에 동작 전원을 공급하는 내부 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 전원을 구비한 센서 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 내부 전원 공급부는 상기 증폭부의 출력 신호를 감지하여 하이 신호를 출력하는 비교기, 상기 하이 신호를 입력받고 온 되는 트랜지스터, 상기 트랜지스터의 온에 따라 온 되는 포토 커플러 및 상기 포토 커플러의 온 동작에 따라 전원을 인가받고 그에 따른 동작 전원을 출력하는 트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 전원을 구비한 센서 모듈.