KR20080038718A - 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 어느 장소에서나 회로 실험실습 교육이 가능하도록 PC 또는 노트북의 USB 포트에 연결하여 사용하며 함수 발생기, 오실로스코프, 전원 공급기 등의 기능들을 통합하였으며 소형이면서 휴대가 간편하여 어느 장소에서나 사용할 수 있는 저 가격인 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치의 설계에 관한 것이다.

본 발명에서 제시하는 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치는 하드웨어적으로 함수 발생기, 오실로스코프, 전원 공급기 등의 기능을 하나의 보드 위에 통합하여 소형이면서 휴대가 간편하고 가격이 저렴하며, 소프트웨어적으로 사용자 인터페이스 프로그램을 구현하여 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치를 제어한다. 이러한 사용자 인터페이스 프로그램에 의해 PC 또는 노트북의 USB 포트를 통해 연결된 모니터를 통해 입출력이 일어나며 모니터에서 보여주는 해당 메뉴들을 마우스로 클릭함으로써 교육용 실험 계측 장치의 오실로스코프와 함수 발생기의 여러 기능들을 수행한다. 또한 기존의 여러 개의 버튼과 스위치들을 가진 계측기를 조작하는 것보다 모니터에서 해당 메뉴를 마우스로 클릭함으로써 사용자가 쉽게 조작할 수 있도록 설계에 반영하였다.

함수발생기, 오실로스코프, 전원공급기, USB 포트, 원격 교육, 다기능, 실험 계측 장치, 사용자 인터페이스, 마이크로콘트롤러

Description

원격 교육용 다기능 실험 계측 장치 {A multi-function laboratory instrument device for distance learning}

본 발명은 어느 장소에서나 컴퓨터의 USB 포트에 연결하여 쉽게 사용할 수 있도록 하드웨어적으로 하나의 보드 위에 함수 발생기, 오실로스코프, 전원 공급기 등의 세 가지 기능을 구현하여 가격 면에서 저렴하고, 소형이므로 휴대가 간편한 다기능 실험 계측 장치의 설계에 관한 것이다.

기존에는 학교에서 전자회로 관련 실험실습을 하기 위해서는 기본적으로 함수 발생기, 오실로스코프, 전원 공급기 등의 각각의 독립적인 실험 장비들이 필요하다. 따라서 각각의 장비들을 구비하기 위해서는 상대적으로 많은 비용이 필요하고, 또한 이들의 장비들이 구비된 장소에서만 실험이 이루어졌기 때문에 전자회로 관련 실험 교과목들의 실습 교육은 학교의 실험실습실 이외의 장소에서의 원격 교육은 거의 이루어지지 못하였다.

본 발명은 어느 장소에서나 컴퓨터의 USB 포트에 연결하여 쉽게 사용할 수 있도록 휴대하기 간편하게 소형이면서 가격이 저렴하여야 하고, 함수 발생기, 오실 로스코프, 전원 공급기 등의 세 가지 기본 실험 장비 기능을 하나의 보드 위에 구현한 하드웨어 설계 방법과 다기능 실험 계측 장치를 제어하기 위한 사용자 인터페이스 프로그램 구현 방법을 제시한다.

본 발명은 하드웨어적으로 함수 발생기, 오실로스코프, 전원 공급기 등의 세 가지 기능을 하나의 보드 위에 통합시킨 설계와 소프트웨어적으로 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치의 입출력을 제어하기 위한 사용자 인터페이스 프로그램으로 구성되어있다.

원격 교육용 다기능 실험 계측 장치의 함수 발생기 부분은 사인(sine), 코사인(cosine), 사각(square), 삼각(triangle) 등의 함수 파형 신호들을 발생하도록 설계되었다. 여러 가지주파수의 파형 신호를 발생할 수 있으며, 파형 신호 크기도 여러 가지를 선택할 수 있다. 기본적으로 여러 종류의 함수 파형을 발생시키기 위한 설계로 사용 간편성, 가격, 사용되는 부품 수, 대역 폭 등을 고려하였다. 함수 파형 종류, 크기, 주파수의 선택은 컴퓨터 모니터에 구현된 버튼을 마우스로 클릭함으로써 원하는 함수 파형이 USB 포트를 통해 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치에 전달되고, 함수 파형이 다기능 실험 계측 장치의 함수 발생기 출력 단자로 출력된다.

원격 교육용 다기능 실험 계측 장치의 오실로스코프 부분은 두 개의 채널을 가지며, 채널을 통해 받은 파형의 주파수를 측정하기 위해 입력 파형이 A/D 변환기의 내부 메모리에 디지털 데이터들로 저장된다. 저장된 데이터가 파형 분석을 위해 USB 포트를 통해 컴퓨터에 전달되며, 컴퓨터 모니터에 구현된 오실로스코프 부분에서 일반 오실로스코프처럼 전달 받은 입력 파형을 볼 수 있다. 이러한 파형은 컴퓨터에 저장되고 프린터로 출력도 가능하다.

원격 교육용 다기능 실험 계측 장치의 전원 공급기 부분은 출력 단자들을 통하여 외부로 500mA의 +/-5V DC 전압을 제공하며, 또한 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치의 다른 내부 회로들을 동작시키기 위해 필요한 여러 개의 DC 전압들을 제공한다.

원격 교육용 다기능 실험 계측 장치와 컴퓨터의 인터페이스 통신은 USB 인터페이스를 위해 산업체에서 일반적으로 사용되는 USB 마이크로컨트롤러를 사용하여 구현했다. USB 마이크로컨트롤러는 컴퓨터로부터 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치에 실험을 위해 필요한 함수 발생기 기능, 즉 파형 종류, 주파수, 크기 등을 지정하는 사용자 명령들을 전달하고, 컴퓨터의 모니터에 오실로스코프 기능을 구현한 출력 파형을 보여주기 위해 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치로부터 컴퓨터에 신호 데이터를 전달하는 작업들을 수행한다.

원격 교육용 다기능 실험 계측 장치의 사용자 인터페이스 소프트웨어 설계는 USB 포트로 연결된 컴퓨터 모니터에 구현된 함수 발생기 부분에서 마우스를 이용하여 학생들이 함수 파형 종류, 크기, 주파수 등을 지정할 수 있게 하고, 오실로스코프 부분에서는 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치를 통해 입력 받은 신호들의 출력 파형을 보여준다. 컴퓨터 모니터에 출력되는 파형은 우리가 실험실에서 쓰는 오실로스코프처럼 시간 축과 전압 축을 따라 크기를 조정할 수 있고, 또한 파형의 특 정 부분을 자세히 보기위해 확대할 수 있다. 이러한 인터페이스 설계는 현재 사용되는 여러 개의 버튼과 스위치들을 가진 계측기보다 사용자가 쉽게 조작할 수 있도록 구현되어 있다. 또한 다기능 실험 계측 장치를 통해서 얻어진 실험 데이터는 파형을 분석할 수 있도록 컴퓨터에 저장할 수 있으며, 실험 데이터가 컴퓨터에 저장되기 때문에 시뮬레이션을 통한 분석 및 비교가 가능하도록 하였다.

일반적으로 전자회로 관련 실험실습을 하기 위해서는 함수 발생기, 오실로스코프, 전원 공급기 등의 세 가지 기본 장비들이 필수적이며 각 장비들의 크기나 가격 등을 고려하면 누구나 어느 장소에서나 쉽게 전자회로 관련 실험실습을 하는 것이 불가능하였다. 그러나 이 발명에서 제시하는 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치는 함수 발생기, 오실로스코프, 전원 공급기 등의 세 가지 기능들을 하나의 보드에 통합하여 휴대할 수 있도록 소형이면서 가격이 저렴한 것이 특징이다. 따라서 누구나 쉽게 학교 이외의 장소에서도 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치를 컴퓨터의 USB 포트에 연결하여 실험실습을 할 수 있으므로 전자회로 관련 실험실습 교과목들의 원격 교육이 가능하게 되었다.

Claims (2)

1. 함수 발생기, 오실로스코프, 전원 공급기 등의 세 가지 기본 실험 장비 기능을 하나의 보드 위에 구현한 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치의 하드웨어 설계 방법
2. USB 포트를 통해 컴퓨터에 연결된 원격 교육용 다기능 실험 계측 장치의 입출력을 제어하기 위한 사용자 인터페이스 프로그램