KR900003065Y1 - 센서의 신호특성 보상회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

센서의 신호특성 보상회로

제1도는 본 고안의 회로도.

제2a도는 측정온도와 실측정 전압과의 특성 곡선도.

b도는 실측정 전압에 대한 A/D변환 상태도.

c도는 실측정 전압에 대한 보상전압의 특성 곡선도.

제3도는 롬의 데이터 맵 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 센서 20 : A/D 변환부

30 : 롬(ROM) 40 : 래치

본 고안은 센서의 신호 특성 보상 회로에 관한 것으로, 특히 온도, 산도, 압력등을 소정의 센서로 측정시 센서 자체의 특성에 기인한 아날로그 출력신호의 비직선성을 보상하여 직선성 데이터 출력을 얻을 수 있게 한 센서의 신호 특성 보상회로에 관한 것이다.

온도, 산도, 압력등의 정도를 측정하기 위하여 사용되고 있는 범용의 신호 수집장치에 있어서, 각각의 센서로부터 입력된 측정신호는 센서 자체의 비직선성 특성 때문에 다소간의 측정오차가 있게 된다. 따라서 임의의 측정 시점에서 가장 정확한 측정 데이터를 얻기 위해서는 상기 측정오차를 각각의 센서가 가진 비직선성 특성표에 의거하여 보상해 주지 않으면 안 된다. 이를 위한 종래의 장치는 주로 소프트 웨어적인 처리로써 개별센서의 비직선성을 보상해 주도록 한 것으로, 소정 센서에 대한 비직선성 특성을 감안하여 미리 변환표 또는 변환 공식을 프로그램으로 보유하고, 센서로부터의 매 측정 데이터 입력시마다 상기 프로그램의 수행으로부터 구해진 보상데이터를 출력하는 방식을 주로 사용하였다. 그러나 이러한 소프트웨어적 처리 방식은 고속의 신호 수집 및 처리를 요구하는 시스템에서는 데이터 처리속도가 비교적 늦어 사용상 문제가 있었으며, 또한 상기 변환표를 각 센서의 종류마다 별도로 프로그램에서 보유해야만 하므로 프로그램 전체의 크기가 커지게 되어 CPU(중앙처리장치)의 운영상 큰 부담이 초래되는 결점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 센서의 특성에 따른 비직선성 보상을 위한 변환 데이터를 ROM(Read Only Memory)에 저장하고, 하드웨어적인 처리로써 센서의 비직선 특성이 보상된 측정 데이터를 제공하는 신호특성 보상회로를 제공함에 있다.

본 고안의 또다른 목적은 고속으로 데이터가 처리되고 CPU의 부담을 덜어줄 수 있는 센서의 신호특성보상회로를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 비직선 특성을 갖는 소정 센서의 실측정 전압 출력으로부터 상기 비직선 특성이 보상된 보상 전압 데이터를 출력하는 신호 특성보상회로에 있어서, 상기 센서에 아날로그 입력단이 접속된 A/D(Analog/Digital)변화부와 소정 어드레스 지정데이타를 클록신호 인가시에 외부로부터 입력 받아 래치하는 래치와 상기 A/D 변환부에서 출력되는 디지털 데이터에 의해서는 하위 비트의 어드레스가 결정되고, 상기 래치에서 출력되는 어드레스 지정 데이터에 의해서는 상위 비트의 어드레스가 결정되도록 함과 동시에 어드레스에 대응한 소정의 보상전압 데이터를 소정 제어신호 인가시에 읽어내어 출력하도록 된 ROM으로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 고안의 회로도로서, 소정의 센서(10)로부터 아날로그 입력단(IN1,IN2)이 접속된 A/D변환부(20)와 상기 A/D변환부의 디지털 출력단(AD7-AD0)에 어드레스(A7-A0) 입력단이 접속되고 소정제어신호(IOSEL1)인가에 대응하여 동작하는 ROM(30)과, 도시되지 아니한 CPU로부터 제공된 데이터(D3-D0)를 소정 클록신호(IOSEL2)인가시 래치하여 상기 ROM의 타 어드레스(A8-A11)입력단에 출력하는 래치(40)로 구성된다.

한편 제2도는 상기 제1도의 구성 회로 중 센서(10)가 온도 측정 센서일 경우의 측정온도와 그에 대응하는 전압 신호 출력 관계 및 아나로그 신호인 실측정 전압신호를 디지털 데이터로 A/D변환하는 관계를 도시한 특성 극선도로서, (a)는 측정온도와 실측정 전압과의 특성 곡선도이다.

(b)는 아나로그 신호인 실측정 전압 신호를 8비트의 디지털 데이터로 변환하는 관계를 나타내는 상태도이다.

(c)는 실측정 전압과 보상 전압과의 관계를 나타내는 특성 곡선도이다.

그리고 제3도는 제1도 중 ROM(30)에 저장되는 변환 데이터에 대한 데이터 맵(Data Map)구성도로서, (3a)는 n개의 센서를 사용하였을 경우에 각 센서의 비직선 특성을 고려한 다수의 변환데이타를 구성한 것을 나타낸 것이며 (3b)는 상기 (3a)의 n개의 센서에 대한 변환데이터 중 ＂센서1＂의 변환데이터를 8비트의 어드레스로 지정하여 기억시킨 상태의 구성을 나타낸다.

이하 본 고안에 따른 제1도의 동작예를 제2도의 특성 곡선도 및 제3도의 데이터 맵 구성도를 참조하여 상세히 설명한다.

제1도 중 센서(10)를 온도 측정 센서로 하였을 경우 상기 센서(10)의 측정 온도 범위가 제2도 (a)와 같이 O[℃]에서 Tmax[℃]이고 측정 온도에 대응되어 상기 센서(10)에서 출력되는 실측정 전압 범위가 O[V]에서 Vmax[V]라고 하면, 측정온도가 제2도 (a)와 같이 측정 온도 범위의 1/2인 A[℃]일때 실측정 전압은 상기 A[℃]에 직선(12)과 같이 직선적으로 대응되어 실측정 전압 범위의 1/2인 C[V]가 되야 한다. 그러나 상기 센서(10)는 고유의 비직선성 특성을 가지므로 측정온도가 A[℃]일 때 상기 센서(10)에서 출력되는 실측정 전압은 C[V]보다 만큼 측정오차를 갖는 전압 B[V]가 출력된다. 이때는 상기 센서(10) 자체의 비직선성 특성에 기인하는 측정 오차이다.

그러므로 상기 실측정 전압B[V]는 A/D 변환부(20)의 아나로그 입력단(IN1,IN2)을 통해 입력되어 디지털 데이터로 변환된다.

이때 상기 A/D 변환부(20)는 아나로그 신호의 크기를 8비트 즉, O[V]에서 Vmax[V]까지 256단계의 레벨로 양자화(Quantization)하여 디지털 데이터로 변환하므로 1/2Vmax[V]인 상기 실측정 전압B[V]는 제2도(b)와 같이 128/256 x Vmax [V]레벨에 해당되는 8비트(AD7-AD0)의 데이터(A_D127)로 변환되어 출력된다.

또한 상기 ROM(30)에 제3도의 (3a)와 같이 구성된 n개의 센서에 대한 변환 데이터 중 ＂센서1＂이 온도 센서에 대한 변환 데이터라면, 도시되지 않은 외부의 CPU로부터 ＂센서1＂을 지정하는 소정의 데이터(D3-D0)가 클럭신호(IOSEL2) 인가시에 래치(40)로 입력되어 상기 ROM(30)의 상위 4비트(A11-A8)의 어드레스를 결정함으로서 ＂센서1＂이 지정된다. 그리고 상기 A/D 변환부(20)에서 출력되어 상기 ROM(30)에서 입력되는 8비트(AD7-AD0)의 데이터(AD127)에 의해 제3도의 (3b)와 같이 구성된 ＂센서1＂의 128번째 어드레스(Hexa-decimal 값이다)인 080어드레스가 지정된다. 이때 상기 센서(10)에서 측정 온도 A[℃]에 비직선적으로 대응되어 출력되는 실측정 전압 B[V]와의 상기 측정온도 A[℃]에 직선적으로 대응되는 전압 C[V]와의 차( )를 보상한 전압 데이터를 ROM라이터(Writer)를 이용하여 상기 ROM(30)의 ＂센서1＂의 080 어드레스에 미리 입력시켜 놓는다.

따라서 외부의 CPU로부터 제어신호(IOSEL1)가 ＂로우＂상태로 상기 ROM(30)의 출력 인에이블단자(OE)에 입력되면 상기 A/D변환부(20) 및 래치(40)의 출력데이타에 의해 결정된 12비트(A11-A0)의 어드레스에 대응하는 상기 ROM(30)의 080어드레스에 저장된 측정온도 A[℃]에 직선적으로 대응되는 전압 C[V]에 대한 8비트(D7-D0)의 데이터가 상기 ROM(30)으로부터 읽혀져 출력된다.

상기한 바와 같이 측정온도에 따라 센서(10)에서 출력되는 소정의 실측정 전압 레벨에 대응하여 A/D변환부(20)에서 출력되는 8비트(AD7-AD0)의 디지털 데이터에 의해 제3도 (3a)(3b)와 같이 구성되어 있는 ROM(30)의 ＂센서1＂의 어드레스가 지정된다.

그러므로 각각의 실측정 전압에 대응되어 지정되는 상기 ROM(30)의 ＂센서1＂의 각각의 어드레스에 상기 센서(10)에서 출력되는 실측정 전압과 비직선성 특성을 고려하여 산출한 보상전압 데이터를 미리 상기 ROM(30)에 입력시켜 저장시킴으로서, CPU가 상기 보상 전압 데이터를 읽어 처리하여 측정 오차가 없는 측정 데이터를 구할 수 있게 된다. 이때 상기 센서(10)의 실측정 전압과 비직선성 특성을 고려하여 산출하는 보상 전압 데이터는 상기 센서(10)의 특성에 따라 센서 제작사로부터 제공되어지는 변환표 또는 변환 공식에 의해 산출될 수 있다. 또한 상기 센서(10)의 실측정 전압데이타(V1)과 상기 ROM(30)에 입력시키는 보상 전압데이타(V2)의 관계는 제2도의 (c)에 도시된 바와 같다.

한편, 제3도의 (3a)에 도시된 ROM 데이터 맵은 여러 가지 종류의 센서를 사용하였을 경우에 각 센서의 비직선 특성을 고려한 다수의 변환데이터를 구성한 것을 나타내고 있다. 즉, 각 센서(센서 1,2…n)별로 그 특성을 감안하여 미리 계산된 보상 전압 데이터가 각각 어드레스(Hexa-decimal 값이다) 000, 100, 200에서부터 차곡차곡 기억되어 테이블화 된다. 다수의 센서들로 신호 수집장치를 구성했을 경우, 제3도의 (3a)에 도시된 바와 같은 n개의 센서에 대한 보상 전압 데이터 테이블 중 어느 것을 적용하는가에 대한 결정은 CPU로부터 상기 래치(40)에 공급된 상위 4개비트(A11-A8)의 어드레스에 의해 정해진다. 따라서 소정의 센서로부터 온도, 산도, 압력등이 측정되어 아날로그로 된 전압신호로 A/D 변환부(20)에 입력되면 그에 대응한 디지털 실측정 전압 신호가 출력되고, 이것은 상기 ROM(30)의 하위 8개비트 어드레스(A7-A0)로 동작된다. 또한, 외부의 CPU로부터는 상기 ROM내의 변환데이타 테이블을 선택하기 위한 상위 4개 비트의 어드레스(A11-A8)가 제공되므로, 상기 실측정 전압 신호에 대응되는 소정의 보상 전압 데이터가 CPU의 제어신호(IOSEL1) 인가시 ROM(30)으로부터 읽혀져 출력됨으로써 CPU는 상기 보상 전압데이타를 처리하여 측정오차가 없는 측정데이타를 구하게 한다.

상술한 바와 같은 본 고안은 센서에 의한 온도, 산도, 압력 등의 측정시 센서의 비직선 특성으로 인한 측정 오차를 보상함에 있어서 하드웨어적인 데이터 변환처리를 실행함으로써 데이터를 고속으로(실시간으로) 처리할 수가 있게 되며, CPU에 대한 소프트웨어 처리의 부담도 크게 줄일 수 있는 잇점이 있다. 또한 ROM에 프로그램된 각 변환데이타 테이블의 구성 여하에 따라서 다양한 종류의 센서들에도 용이하게 적용시킬 수 있는 편리함이 있다.

Claims (2)

1. 비직선 특성을 갖는 소정 센서의 전압 출력으로부터 상기 비직선 특성이 보상된 보상 전압 데이터를 출력하는 신호 특성 보상회로에 있어서, 상기 센서에 아날로그 입력단이 접속된 A/D 변환부(20)와, 소정 어드레스 지정데이타(D3-D0)를 클록신호(IOSEL2)인가시에 외부로부터 입력받아 래치하는 래치(40)와, 상기 A/D변환부(20)에서 출력되는 디지털 데이터에 의해서는 하위 비트의 어드레스가 결정되고, 상기 래치(40)에서 출력되는 어드레스 지정 데이터에 의해서는 상위 비트의 어드레스가 결정되도록 함과 동시에 상기 어드레스에 대응한 소정의 보상전압 데이터를 소정 제어신호(IOSEL1)인가시에 읽어내어 출력하도록 된 ROM(30)으로 구성됨을 특징으로 하는 센서의 신호 특성 보상회로.
2. 제1항에서 있어서, 상기 ROM(30)에 저장된 보상 전압 데이터는 상기 센서의 비직선 특성에 기인한 측정오차를 보상하기 위하여 미리 계산되어진 디지털 전압 데이터이고, 상기 하위 비트 어드레스가 A7-A0의 8개 비트로, 또 상기 상위 비트 어드레스가 A11-A8의 4개 비트로 되어 상기 보상 전압 데이터의 독출을 위한 어드레스가 결정되게 이루어진 것을 특징으로 하는 센서의 신호특성 보상회로.