마우스에 사용하는 적외선 센서에 대한 설명
마우스에서 광량을 측정하도록 센서를 다는데 가장 중요한 것은 센서의 각도입니다. 마우스가 틀어져 있을때 거리가 정확하게 나오지 않게 되죠. 그러나 여기서 우리의 최종목적은 거리를 재는 것이 아니라 정확히 가운데로 달려가도록 하는 것이라는 점을 염두에 두고 다음의 그림으로 설명을 해보기로 하지요.
방법1. 센서을 벽과 직각으로 배치
벽 <-- 몸체 --> 벽
여기서 현재의 광량을 P라고 합시다. 방향이틀어지면 다음과 같이 되지요.
\
벽 \ 벽
몸체
\
\
이때 광량이 C라면 C_right = C_left이고 C < P가 되지요. 그러면 어디로 보정을 해야 할지 모르는 상황이 되버려서 광량데이타는 쓸모가 없게 됩니다.
방법2. 센서를 앞쪽으로 각을 주어 배치
벽 벽
\ /
\ 몸체/
이런 경우 방향이 틀어지면 다음과 같이 되지요.
\
벽 \ 벽
몸체 ---
이때 광량이 D라면 D_left < D_right이고 D_left < P 이며 D_right > P가 되지요. 이 데이타는 의미가 있으며 매우 유효한 것인데 바로 미래의 값을 예측하는 값이 얻어지는 것이지 요(좀 유식한 말로 하면 미분계수가 반영된값, 적대국 언어로하면 Deferential Gain이 추가된 결과라고도 표현가능겠지요) 이 사항은 그림을 보기만 하면 금방 인정할 수 있는 사항입니다. 결과적으로 그냥 현재의 광량에 대한 보정(과거의 것은 상관하지 않고)만으로도 충분히 응답속도를 개선할 수 있으며 overshoot도 줄일수 있지요. 다시 말하면 몸체가 오른쪽으로 붙어도 위의 결과가 나오지만 오른쪽으로 틀어져 있어도 같은 결과가 나오기 때문에 그냥 그 값으로 보정을 해버리면 된다는 거죠.
또 한가지.광량대 거리테이블을 만들지 않더라도 그에 준하는 환경적응 방식이 필요할 겁니다. 반고정 저항을 이용하는 등도 한가지 방법이지요. 그리고 센서의 값을 블럭단위로 할당해도 되겠지만 AD의 분해능을 낭비하는 것이 되니 그리 권장할 방법은 아니라는 생각이 드네요. 하이패스 필터 (offset cutter) 그려주신 C는 증폭기의 입력단에서 많이 사용되는 방식으로 고등학교 물리시간에 배운 정전기유도를 생각하시면 되겠네요.
한면이 +이면 다른쪽엔 -가 유도되는거 있잖아요. C는 기호대로 양쪽 연결이 끊어져있어서 교류성분만 통과하게 되지요. 직류성분(옵셋이라고 표현하겠읍니다)은 붕떠서 증폭기의 바이어스에서 단일 전원( - 전압이 없는 전원)으로 구성 하기위한 방법으로 많이 쓰이는 것같아요. offset이 붕 떠있으니 뒤의 저항은 그냥 풀다운이라고 생각하시면 되구요. 물론 저항값과 C값은 긴밀한 관계가 있겠지만요. 지금의 이설명은 정성적인 것이고 정량적으로 계산한다면 약간다른 개념으로 접근할 수 있겠지만 큰 무리는 없으리라고 생각 이되구요.아, 문제는 사라져버린 교류성분이지요. 이것은 필터때문이 아닙니다. 필터의 앞쪽을 찍어보시지요. 아마도 앞쪽의 포토TR은 콜렉터에 5V가 걸려있을 것같은데요.
TR이나 OP Amp는 증폭률 상관없이 결 과는 인가전압을 넘지못하게 되지요. (물론 C와D로 튀길 수 있지만 특별한 경우는 제외하자구요) 때문에 옵셋이 있다면 펄스의 높이+옵셋 <= 5V 이니 옵셋을 잘라내면 그결과 펄스의 높이는 상당히 짧아질 수도 있읍니다. 어떤 경우인가하면 어두울때 펄스의 높이가 5V가까이 올라갔을경우 offset이 더해지면(백열등같은 것을 켜서) 펄스의 높이는 짤라져 버리지요 해결방법은 다양하겠지요.노리꼬92의 방법은요. offset이 전혀 없을때의 최대 펄스높이를 1V정도로 맞춥니다. 이러면 offset으로 4V까지도 들어와도 무관합니다.
물론 그 이상이면 앞의 언급대로 펄스높이가 잘리지요. 그러나 그럴 가능성은 없다고 보여 지네요. 1A이상의 전류로 켜는데 최대가 1V의 레벨이라면 4V를 만들려면 엄청난 광량이 필요할테니 적어도 대기권내에서 하는 경기라면 문제는 없을 겁니다. 그다음에 이것을 OP AMP로 증폭시킵니다.앞쪽의 광량센서는 제작자의 성격에 따라 다르겠지만 5구역만 구분하면 충분하다고 느꼈읍니다. 그래서 1,2,3,4,5의 값중 하나를 갖도록 table을 만들었습니다. 그리고 좌우의 error를 정확히 처리한다면 앞쪽 센싱 광량에 문제를 줄만큼은 아닌것 같습니다.
주행중 센서 값 달라짐...
일반적인 원인은 전지의 전류용량 부족 때문이었습니다. 사용한 전지가 Ni-Cd가 아닌 알카라인 전지였기 때문입니다. 전류용량이 부족하므로 모터를 안돌릴때는 센서로 충분한 전류가 가지만 주행중에는 그렇지를 못하게 됩니다. 또한 전원전압의 변동을 막기위해 보통 7808이나 7812등을 사용해서 전원전압이 변동해도 센서는 일정전압을 유지하게 합니다.5V전압을 그대로 사용하면 센서를 충분히 못켜줄 염려가 있습니다. 혹시 충분히 바로 공급못해 줄수도있고........이 해결책으로 7808을 사용합니다. 그리고 발광부에 대용량 콘덴서 한개를 박는 것도... 전지의 전류용량은 한번에 최대로 흘릴수 있는 용량을 말합니다. 즉, 순간 최대 정격전류라면 맞을 것 같습니다. 광량을 10개 사용하는데 사용 CPU인 80C196KC는 A/D변환기가 8채널이지요. 따라서 외부에 아날로그 먹스를 추가로 장착합니다.
센서의 배치는 다음과 같습니다.
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전후방에 두개씩의 센서는 대각선 주행을 고려 하여 배치한 것입니다. '길벗'이 이러한 배치를 사용하여 대각선 주행시 자세보정을 한다고합니다. 다음으로 중간의 두개의 센서는 거리보정목적으로 배치한 것인데(날개마우스의 중간 날개처럼...) 사용하기에 따라 유용할수도 있고 쓸모 없을것도 같습니다. '씽씽3'인지 '씽씽4'의 경우도 거리보정문제로 중간에 달았죠? 측면센서의 경우 반사각을 얼마로 하느냐에 대한 문제가 언급될수 있는데 저는 항상 약 5도(?)정도 다시말해서 벽과 수직으로 고정시킵니다.
약45 도로 배치하는마우스('씽씽')의경우 측면센서로 측면벽의 유무를 체크할때 한가지 가정을 더해서, 전방벽이 있고 양쪽 또는 한쪽벽이 없는 경우, 거리보정이 정확히 안되면 전방벽을 측면벽으로 오판할수 있다는 것입니다. 물론 45도로 배치하는데에는 나름대로의 이유가 있습니다만,김병수님 왈, 마우스가 비스듬히 있을때 그에 합당한 광량이 얻어질수 있다.그러나 제 소견으로는 광량이라는것이 우리의 생각처럼 그렇게 교과서적으로 얻어지지는 않는다고 생각합니다. 반사각이 레이저처럼 직선적이 아니라 어느정도는 퍼진다고 생각하거든요. 씽씽의 경우 45도의 측면 말고 이에 덧붙여 벽에 수직으로 배치된 보조 센서가 있는걸로 압니다.
어쨌거나 제작자가 이것도 해보고 저것도 해본후에 맘에 드는걸로 선택 하는것이 낫겠죠? 씽씽이 경기전에 미로를 뒤뚱거리는 것은 광량대 거리 table을 만들기위한 작업이며 센서의 동작을 확인하려는 것은 아닙니다. 광량대 거리 table이라는 것은 반사되어돌아온 광량(AD값)을 거리로 환산하는 표를 말합니다. 이 작업이 필요한 이유는 미로벽의 광택이 대회마다 제각기이기 때문 입니다. 일종의 미로 적응과정 이라고 할 수 있지요. 작년 아모로 대회에서도 이작업은 수행되었읍니다. 주행중에 기준치 변화는 현재는 사용하지 않습니다. 내용은 간단합니다. 발광부를 켜서 돌아오는 반사광의 AD값에서 발광부를 켜지 않은 채로 받은 AD값은 빼는 것입니다. 발광부를 켜지 않은채로 받는 AD값은
turn마다 갱신되었읍니다만 현재 사용하지 않는 이유는 필요가 없기 때문입니다. 그러나 출발전 미로적응과정은 반드시 필요하다고 봅니다. 노리꼬나 생존회로도 이런 과정이 있습니다. 저는 앞벽감지를 위해서 다음과 같이 합니다. 센서는 수광부로 ST1kLA,발광부는 EL??(마이크로 로보트에서
판매하는 랜즈달리고 빔각이 좁은 것)입니다. 발광부는 5V로 구동하는데 두개의 적외선센서를 직렬로 TR의 C에 물려 구동합니다. 한개로는 부족한것 같습니다. 하나앞의 앞벽은 감지하되 그 다음 앞벽은 감지하지 않아야 하므로 이를 해결하기 위해 저는 빔각이 좁은 적외선 센서로 각을 주어 쏘고 받는 방법을 채택했습니다. 감도를 이용해서 구분하는 법 보다 훨씬 신뢰성 있습니다. 쏘는 것은 555 timer를 이용해서 20us정도의 one-shot을 만들고 8253의 타이머로 4khz의 펄스를 만들어 펄스구동합니다.
물론 1A근처로 흐르도록 합니다. 단 베이스 저항을 가변저항으로 하여 강도를 조절할 수 있도록 하였습니다. 수신부는 수광부와 직렬로 연결하는 저항을 1K로 하였습니다. 이렇게 하면 수광부에 별도의 수축튜브등 빛 차단장치가 없어도 백열등아래에서 수광부가 포화되지 않습니다. 수광부에 수축튜브가 있으니 불편한 것 같아서요. 이렇게 한 출력을 tone decoder인 LM567로 줍니다. 톤 디코더는 특정 주파수 성분을 검출하는 기능을 가지고 있습니다. 567은 4khz에 반응하도록 세팅하여 줍니다. (세팅법은 567의 스펙을 보면 자세히 설명되어 있습니다.) 그냥 각을 안주고 지면에 평행하게 싸서 평행하게 받으면 멀리의 벽까지 인식하므로 다음과 같이 각을 줍니다.
/수광부
H ///
H ////
벽 H<
H \\\\
H \\\
H \ 발광부
좁은 빔각을 이용하여 두블럭 앞의 벽에서는 발광부의 적외선이 반사되지 않게 각도를 설정합니다. 수신부는 ST-1KLA 를 사용합니다. 여기서 전압변환용으로 470옴 저항하나가 연결되있고 RC로 된 HPF 가 달려 있습니다.. 그리고 ADC 입력단에 바로. 제가 이리저리 실험해 본 바로 외란에 별영향을 안받는거 같아서 전 만족하는 편입니다. 먼저 470 옴 저항은, 형광등을 수광부 바로 위에 놓고 오실로스코프로 전압을 측정하여 형광등 불빛에 별 영향을 안받을때까지 저항 값을 낮췄습니다. 약100mV 이하 되도록... 이정도면 형광등을 조금만 멀리 때어 놓거나 수광부와의 각도를 틀어주면 신호가 급격히 미약해 지더군요..
실지로 대회장에서도 수광부에 정면으로 비쳐오는 형광등 불빛은 없다...라는 생각이구요...그리고, 수광부도 응답 파장대가 가시광선보다는 적외선에 더 치중해 있는걸 선택하는게 유리하지 싶네요.. 여기서 적외선 LED 에 대한 반응도를 조사해 봅니다. 감도를 굉장히 낮췄으므로, 적외선 불빛에 대한 반응도 줄어들 것입니다. 이것이 너무 작아서 센싱거리가 너무 짧으면 안되겠죠..이럴때 경험상으론, 저항값을 높이려고 하는것 보다는, 현재 사용하는것 보다는 더 밝은 적외선 LED 를 찾아보는게 더 현명할 것이라 생각됩니다... 제 경험으론, 훨씬 밝은 걸찾았으니까요.. 발광부 델은 EL-1L2입니다. 위의방법은 아예 외란이 영향을 못미치도록 하는 방법에 더 가까울 것입니다.좀 더 전자해석적인 면이 가미됐으면 하는 생각도 들지만, 마우스의 제약을 생각해 볼때 구미가 당길만 하기도..
음.. 그리고 이렇게 되면 HPF 가별 소용이 없어지더군요.. 어차피 내가 쏘는 불빛 아니면 별로 입력되지도 않으니.. 그리고 형광등 불빛이 60Hz 대도 아닙니다. 마우스가 정지해 있다면 몰라도 달리고 있는중엔 60Hz 근처도 아니죠.. 아참.. 한가지만 더 얘기하자면.. 저의 경우 센서를 5개 사용하는데, 개당 샘플링 주파수가 약2.8Khz 입니다. 감도가 낮으면 낮을수록 샘플링 주파수를 높일 수가있습니다.. 왜냐면 수광부 응답속도가 빨라지거든요..샘플링 주파수가 높은게 좋을지 어떨지는 모르겠지만..어쨋든 좀 더 넓은 범위에서 선택이 가능하다는데서 전 만족을.. 전 80196KC 의 단자를 사용하고 있습니다, 하지만 제 실험에 의하면80196KC HSO 단자에서 흘려 줄수있는 전류가 작다고 생각되어서 단자에 버퍼(74373)를 달아서 그것을 Tr 의 베이스 단자에 직접 연결하였고,
5V
|
(저항) : 약 10~15 옴
|
(컬렉터)
\
| - (베이스) : 373의 출력 단자에 직접 연결
/
(에미터)
|
(적외선 발광다이오드)
|
(접지)
뭐이런 식이죠... 아마 전류는 100mA ~ 200mA 정도 되지 않을 까요... 계산해보시면 금방 이해 되실겁니다. 광량센서라고 특별할 것은 없습니다. IR_LED에 1~2A정도의 펄스 구동을 하고 수광부에서의 빛의 양을 전압으로 빼내어서 ADC로 변환해서 거리를 측정하면 됩니다. 광량센서가 그리 좋은 센서 구실은 못하는 것같아요. 특히 마우스에 사용하는 회로는 복잡하게 구현하면 안되니까, 특성이 더욱 나빠집니다. 또,광량이라는 것이 거리의 제곱에 반비례하니까,이게 또 골치 아프지요. 포토 다이오드를 사용해도 평범한 회로로는 정확한 리니어리티를 얻기가 힘듭니다. 이부분을 소프트가 처리해줘야 할 겁니다. 사실 윗벽반사가 센서 갯수가 많다는 점만을 제외하면 더욱 좋다고 생각됩니다.
제가쓴ADC는 MAX158 입니다. ANALOG INPUT이 8채널입니다.256램크기고요. MAX154를 쓰신다면 244버퍼 폭의 24PIN이고 4채널입니다. (요 타입이 따로 있습니다.) 변환 속도는 2.5uS이구요.저는 모드1 으로 사용하는데 333KHz로 사용하고 있습니다. 보통 적외선을 쓰면 현광등이나 태양광에 아주 민감한 반응을 보이게 됩니다. 그래서 보통 하이 패스 필터을 이용하여서 이러한 빛들을 차단하는게 보통입니다. 또한 여기서 보통 차단 추파수를 설정하게 되는데 거의 1K ~ 2K 로 설정을 합니다. 제가 지금 쓰고 있는 회로와 제 나름대로의 이론으로 보면 이 필터는, 거의 쓸모가 없다고 봅니다. 일반적으로 주파수-이득 그래프를 보면 주파수 부분이 LOG(로그) 크기로 되어있기 때문에 이것을 흔히 쓰는 숫자로 표현 하면 그 범위는 훨씬 넓다는 것을 알 수가 있습니다.1K~2K 로 차단주파수를 설정하게되면 60 Hz 정도에서 이득이 완전히 0 이 되지 않고 0.3~0.5 .. .. 가 되어서 필터 입력쪽에 60 Hz 를 가하면 필터의 출력쪽에 이 신호의 파형이 조금 남아있게 됩니다. 그래서 이것을 AD를 하거나 어떤 것의 입력으로 쓰면 아주 민감한 반응을 보이게 마련입니다
. 만약 차단주파수를 8K정도(거의 이 대역)로 설정하면 어떻게 될까요??? 제 실험과 이론적으로도 주파수 100Hz 이하에서는 이득이 거의 0 가 되어서 출력쪽에 거의 영향을 미치지 못하게 됩니다. 실제 달리고 있는 제 마우스에 빛을 비추어 보아도 거의 아무런 반응이 없을 정도니까요. 그리고 또하나 센서를 작동시키고 AD 를 작동시킨뒤에 마우스를 형광등에 딱대어서 AD 값을 읽어보아도 평소때와 값의 차이가 10 이하정도 밖에 안되거든요.(참고로 저는10 비트 AD를 사용하고 있습니다. AD 변화 범위는 0~ 1023 입니다.) 어떤 사람은 "이렇게 차단주파수를 높게 설정하면 정작 내가 쓰는 1K 대역에서도 신호가 차단 되지 않느냐?" 고 반문을 하시는 분도 있습니다. 조금전에도 말했지만 차단주파수를 8K로 설정하면 태양광과 조명에의 이득은 거의 0 에 가깝다는 이점도 있지만, 반대로 사용자가 원하는 주파수대(8K이하에 한함)에서도 이득이 감소한다는 단점도 있습니다. 이것을 보안하려면 적외선 발광부에서 적외선 센서에 더많은 전류를 흘려주면 아무런 문제가 되지 않습니다.
실제 제경우도 위와 같이 회로를 꾸며서 사용하고 있고, 전방센서는 30cm 까지도 감지가 가능 합니다. 또 어떤이는 센서를 구동하기 위해서 8V 를 인가하시는데 제 생각엔 그러실 필요가 없다고 봅니다. (참고로 제 센서회로에서는, 발광부에서 Tr 을 사용하였고 가장 중요한 수광부에서는 수광회로와 필터이외에는 어떠한 중폭회로도 사용하지 않았습니다.) 아주대학교에서는 대부분의 마우스가 적외선센서를 사용합니다. 전방벽 감지용으로 쓰는 적외선센서의 감도는 약 한블럭 앞정도(약18cm)로 합니다. 외광의 영향을 고려한다면 최대 감지거리는 그이상이 되어야 겠지요.. 실제로 전방을 센싱하는 거리는 마우스가 주행하다가 서는 블럭의 3/4정도 앞쪽 입니다. 그리고 그 이외에는 전방센서를 사용하는 일이 없는 걸로 알고 있습니다. 그리고 1차주행에서 센싱한 다음에는 어디로 갈것인가를 계산합니다.
대부분의 계산은 마우스가 1cm정도 주행할 때에 끝납니다. 따라서 어디로 갈것인가가 결정되면 스무스턴도 가능하죠.. 물론 루프테스트같은 계산은 다 포함이 되어야 겠죠.. 적외선 센서의 구동은 크게 3가지로 나눌 수 있습니다...일반적인 dc구동이 있는 데 센서에 흘릴 수 있는 정격의 전류를 흐르게 하는 겁니다. 그러나 이 경우 세기가 약해서 외란광의 영향을 많이 받죠...그래서 빛의 세기를 세게하려고 전압, 다시말해 전류의 양을 늘려주는데 센서의 허용치보다 크면 센서가 나가겠죠... 그러니까 아주 일순간의 시간만 센서에 큰 전압을 걸어주는 겁니다. 이게 센서의 스위칭 구동입니다. 이외에 적외선 리모콘 같은 주파수를 실어 보내는 방법이 있습니다. 이건 보통 전용 칩을 이용하죠...
그러니까 8v 이상의 전압은 센서의 발광부에 걸어줍니다.그리고 수광된 신호는 디지탈 처리를 해야 되니까, 당연히 5v로 동작하게 해야겠죠... LM324도 5V로 동작시킵니다...제가 알고 있고, 또한 많이들 쓰는 적외선 센서는... 발광부는 EL-1KL3 , EL-1KL2 (5) ,CL-1L5입니다..그중 CL-1L5 가 가격도 젤 싸고, 거리도 많이 나갑니다.. 한 가지 아셔야 할것은 거리가 긴 센서일수록 빔 각도는 작습니다... 약 5~8도 정도로요... 그리고, 거기에 궁합이 맞는 수광부는 ST-1KLA라는 것이 있습니다.. 발광부 거리는 보통 30~40 센티까지 가능합니다... 또, 아셔야 할것은 거리를 멀게 할수록 외란에 민감해집니다... 센서가게 아저씨는 CL-1L5가 회로구성에 따라 68미터까지 간다더군요.. 물론 이런 회로를 꾸미시려면 센서 구동부의 크기가 마우스만해 지지 않을까요..? 적외선 센서는 엄밀히 디지털 소자입니다... 즉 신호에 따라 ON/OFF를 반복하게 됩니다.. 송신부에서 일정 주파수를 이용해 송신 적외 다이오드를 구동하는 것은 수신부에서 그 주파수에 대해 필터링하여, 원하는 값만을 얻기 위해서입니다.
수신측에서 보면 많은 신호가 동시에 수신되게 되죠.. 수신 다이오드가 수신 가능한 일정파장대 내에 있는 신호가 모두 수신되게 되죠..이렇게 해서는 자신이 원하는 값을 얻을수 없기 때문에, 송신측에서는 일정 주파수로 송신 다이오드를 구도학 하고, 수신측에서는 송신 주파수에 대한 필터링을 하여서 원하는 신호만을 검출하고 나머지 신호(잡음성분)을 억제하게 되죠. 이것은 적외선 수신 다이오드는 수신 적외광의 강도에 따라 흘려주는 전류의 값이 변화하는데, 이러한 전류의 변화를 전압으로 변환한후 A/D 변환을 행하면 수신 적외광의 강도를 숫자로 확인할수 있고, 이런 값을이용하면 송수신점 사이의 거리를 알수가 있죠.. OPTO제품중에는 적당한 것이ST(EL)-3L,7L,1KL3,1L1정도가 있는데 모두 국내에서 구할 수 있습니다.
각자 특성이 조금씩 다른데 광전자의 대부분 재고있는 센서를 실험 한 결과 마우스에 사용 가능하다고 제나름대로 결론낸 센서들 입니다. 물론 다른 센서들은 마우스에 용할 수 없다는 이야기는 아닙니다. 스피디3가 -23F를 사용했었으니까요. 센서를 결정하기 전에 우선 마우스의 날개구조와 센서의 위치등이 고려되어야 하겠군요 중심에서 먼 곳에 위치한다면 -3L,7L등과 같은 소형 경량을 사용해야만 원심력을 조금이라도 줄일 수 있을 것입니다. 그러나 상황이 별나지않다면 1KL3이 가장 좋을 것이라고 생각되는데요 차광이 필요없고 수광부의 감도가 대체로 고르며 Reliability가 높습니다.
OMRON제품도 쓸만한 것이 있는데 SB5와 SF5입니다. 그러나 PCB용은 국내에는 것으로 알고 있읍니다. 91년에 용산의 옴론대리점을 통해 SF5 PCB용을 100여개 수입해본 적이 있었는데 개당 2000원정도(SB5,SF5는 발광,수광일체형임)였지만 그곳은 지금 문을 닫아버렸읍니다. 그밖에도 2L-A라는 발광수광일체형의 소형 센서도 단점은 있지만 사용할만하다고 생각됩니다.국내에도 있구요 .자세한 SPEC은 DATA BOOK을 갖고 계신 분이 많을 것같아 생략합니다. 주의 하실점은 시중에 발광,수광일체형의 아주 작은 크기의 센서들이 돌아다니는데 사용이 곤란한 것이 대부분이더군요 이유는 렌즈가 달려있지 않은 타입이기 때문이죠. 번호는 확인 안해보았지만 엑스때 싱가폴팀은 2L-A를 마이티는 ST(EL)-3L을 사용한 것같았읍니다. 일단 보통 우리가 마우스에서 많이 보던 적외선 센서는 ST/EL-23F와 ST/EL-7L이 있습니다...
둘의 사용에서 요즘은 ST/EL-7L을 많이 사용하죠. 그 이유는 일단 23F가 빔 앵글이 30도인데 비해, 7L은 15도로 작으니까,빛의 양이 많이 필요한 광량의 경우가 아니면 ST-7L로도 충분하다고 생각합니다. 데이터의 처리는 두가지 방법으로 처리할 수 있겠죠. 우선SPEEDY의 초음파 센서처럼, 주기적인 처리에 하는 방법이 있죠. 저의 경우에는 벽이 있는 경우는 래치가 걸리고 그 때 인터럽트가 걸려서 벽이 있음을 표시하는 방법을 썼습니다. 초음파와 달리 벽의 센싱처리 이후에도 주행하면서 벽이 있음을 계속 저장하니까...정지후에 턴하고 다시 돌 때는 전의 벽에대한 정보를 삭제하지 않으면 다음에 벽이 있다고 우깁니다...저는 EL7L 과 ST7L을 사용합니다. 먼저 발광부 EL7L은 펄스 구동시 최대 1A 까지 흘릴수 있다고 합니다. 하지만 정확한 주파수는 잘 모르 겠습니다. 아마도 무지 하게 짧게 켜고 무지하게 길게 꺼 놓을때 가능하다고 생각합니다. 각도는 +-10도 입니다. 요새 각광 받고 있는 CL1L 보다는 두배지만 어차피 튜브를 씌워야 하기 때문에 큰차이는 없습니다. 물론 작은 차이를 느낄 수는 있지만 세기가 약간 더셉니다. 수광부 ST8L은 MAXIMUM COLLECT CURRENT 가 20mA 로 다소 적습니다. 그래서 저 같은 경우에 저항을 4.7K 까지 달았습니다.
ST1KL같은 경우에 50mA니까 감도가 두배 이상 좋다고 볼수 있죠. 감도가 낮다는 걸 너무 어렵게 말했군요. 그리고 SWITCHING 할때 RISING TIME이 2.5usec FALLING TIME이 3.8usec 이므로 대략 7usec 정도는 발광 신호를 켜놔야 합니다. 물론 웬만한 cpu에서는 신경쓸 필료 없지만.... 회로는 발광부엔 일반 티알 대신 2803(달링턴 티알 패키지)를 사용했습니다. 2803은 500mA라는 한계치를 가지고 있습니다. 그래서 높은 전류를 흘리진 못했지만 저항을 낮은걸 달면 30-40cm 은 충분히 볼수 있습니다. 전 발광부에 1옴 수광부에 4.7k옴을 달았습니다. 아마 1A 를 흘린다면 몇미터는 볼수 있겠죠. 제가 써본바로는 발광은 EL1L과 CL1L이 가장세고 수광은 ST1KL이 더 감도가 좋지만 가격이 1000원대 이므로 ST8L에 저항을 큰걸 다는게 낳을 듯싶군요. 적외선 센서는 엄밀히 디지털 소자입니다...
즉 신호에 따라 ON/OFF를 반복하게 됩니다.. 송신부에서 일정 주파수를 이용해 송신 적외 다이오드를 구동하는 것은 수신부에서 그 주파수에 대해 필터링하여, 원하는 값만을 얻기 위해서입니다. 수신측에서 보면 많은 신호가 동시에 수신되게 되죠.. 수신 다이오드가 수신 가능한 일정 파장대 내에 있는 신호가 모두 수신되게 되죠..이렇게 해서는 자신이 원하는 값을 을수 없기 때문에, 송신측에서는 일정 주파수로 송신 다이오드를 구도학 하고, 수신측에서는 송신 주파수에 대한 필터링을 하여서 원하는 신호만을 검출하고 나머지 신호(잡음성분)을 억제하게 되죠. 이것은 적외선 수신 다이오드는 수신 적외광의 강도에 따라 흘려주는 전류의 값이 변화하는데, 이러한 전류의 변화를 전압으로 변환한후 A/D 변환을 행하면 수신 적외광의 강도를 숫자로 확인할수 있고, 이런 값을 이용하면 송수신점 사이의 거리를 알수가 있죠..
센서의 리플 모터를 enable 했을때 센서의 리플은 a/d 의 기준전위가 불안한 경우가 대부분입니다. (아닌경우도 있다고합니다. a/d의 결함이라고 하는데...잘 모르겠고) 현재 회로에서 모터를 enable 한 상태에서 그라운드 전위를 오실로스코프로 찍어보십시오...분명 불안하게 떨고있을겁니다. 방법은 a/d의 기준 그라운드를 안정하게 하는것인데요 모터쪽 회로에서 가장 멀리떨어진곳의 깨끗한 그라운드를 찾아서 연결해주는 것이지요 바이페스 컨덴서도 한방법이 될수도 있겠지요 전방센서로 인해 고생하시는 분이 맣으실거 같은데 제가 쓰던 회로를 자료실에 올렸습니다. 원리는 지녕님의 그것과 같으며, 수광->필터->증폭->비교->래치 의 순입니다. 1Khz로 펄스 발광시키며 동작은 확실하며 외광에도 거의 영향을 안받습니다. 작년대회 준비하면서 저도 전방센서 (리모콘 센서)로 거의 정신을 못차리고 있을때 지녕님및 김욱님등이 올린 게시물들을 참고삼아 제작한 것입니다. 그리고 제작시 주의할점은 수광및 발광부 양쪽 모두에 검은색 튜브를 씌워야 합니다. 만약 수광부에만 커버하고 발광부에는 커버를 안하면 다른 센서들에 오동작을 발생시킬수 있으므로 이점 주의하시기 바랍니다 센서부에서 가장 중요한 것은 센서부를 다는 목적을 충족시켜야 한다는 것입니다. 센서부의 목적은 벽을 읽고 보정을 하는데 있습니다. 보정에도 거리보정과 자세보정으로 구분지어야 하겠죠. 이 목적을 충족시키기 위해서는 안정된 값과 충분한 감지거리가 요구됩니다.또한 주위상황에 무관하게 일정한 값을 유지해야만 합니다.이를 위해서 필터를 설계하고 캡을 씌우는 등의 조치를 치하기도 합니다. 위의 목적을 충족시키는 회로들은 여러가지로 구성될수가 있습니다. 다만 마우스에 장착된다는 사실을 염두에
두면 복잡해서는 안되고 또한 많은 전력소모를 해서는 안된다는 것입니다.위의 회로의 설계가 끝나면 배치도 또한 중요한 문제가 되는데 이때 염두에 두어야 할 것은 광량의 경우 한개의 센서로 정확한 데이타를 읽을 수 없고, 이를 위해 보조센서역활을 하는 다른 센서가 필요해지죠. 보통 5조의 센서배치를 하게 되면 폴이나 에지지점에서의 자세오판과 보정에 많은 도움을 줍니다. 3조의 센서로 프로그램을 해보면 마우스의 보정제한 구간이 굉장히 커지고 또한 주행도 보면 불안한 요소가 많습니다. 사실 센서부의 경우 충분한 감지거리와 적당한 배치만 하게되면 하드웨어 처리는 끝난것이라고 할 수
있죠. 광량센서의 경우 더 주안점을 두어야 하는 것은 소프트웨어라고 저는 생각합니다. 이 소프트웨어의 처리가 안되면 아무리 좋은 회로와 배치를 가지고 있다고 해도 가지벽이나 에지지점에서 문제를 발생한다는 것을 광량을 한 사람이면 알 수 있을 것입니다. 우선은 센서회로에 대한 테스트가 필요하리라 생각되는 군요. 발광은 강하게 수광은 무디게해서 외광에 영향을 줄이고, 또한 이를 증폭해서 감지거리를 늘려가는 데 주안점을 두십시요. 저희가 쓰는 회로는 1m까지 감지가 가능한데, 사실 이정도 까지는 필요없고 20Cm정도만 정확히 측정할 수 있다면 마우스에서 아무런 불편함이 없이 사용 가능 합니다. 수광부와 발광부의 선택은 나름대로의 장점이 있겠지만 테스트결과 성능차이가 별로 없기 때문에 마로에 파는 센서정도면 충분한 성능을 발휘하리라 생각합니다. 적외선 센서 OPTO제품중에는 적당한 것이 ST(EL)-3L,7L,1KL3,1L1정도가 있는데 모두 국내에서 구할 수 있읍니다. 각자 ?
이글은 마이크로 로봇사에서 capture한 것입니다.
