센서센서 데이터데이터 실습실습

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상황인지상황인지 컴퓨팅과컴퓨팅과 인공지능인공지능

순서순서

• 센서의 원리 소개– 가속도 센서

– 각속도 센서

• 센서 소개 및 실습– VTI SC3000

– ArmBand

– LabPro– LabPro

사용자사용자 동작동작 감지감지 센서센서

• 대표적 센서: – 직선 가속도 센서 (Accelerometer)

– 각속도 센서 (Gyroscope sensor)

• 감지 대상– 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 감지

– 물체의 운동상태를 순간적/연속적으로 감지

• 주요 활용 분야– 기기의 진동 계측이나 구조물의 진동계측 등에 사용

– 항공기 관성 항공장치에서 사용

– 각종 수송수단, 공장자동화 및 로봇 등의 제어시스템에 필수적

– 최근에는 사람의 동작 및 행동 인식을 위한 장비에서 활용

가속도센서의가속도센서의 원리원리

[출처: 자동화 기술 연구 정보 센터(icat.or.kr), “가속도센서의 원리와 응용”]

음차음차((말굽말굽))형형 자이로자이로 센서센서

• BEI Technology사의 Angular Rate Sensor– 센싱 소자의 상하 양단에 가공된

음차모양의 극소형 Quartz Tine 한 쌍으로 자이로 기능 수행

– 센싱 입력축에 대한 회전모션이회전속도에 비례하는 DC전압의 각속도값으로출력되는 과정(코리올리 효과)을 이용

출처: http://www.technodata.com/maker_systron/systron_m.htm

관성식관성식 각속도각속도 센서센서

• 정지계를 기준으로 한 관성가속도 측정 방식

• 질량에 작용하는 가속도에 의한 반력, 즉 관성력이용

1. 진자형– 가속도에 의한 진자의 변위 측정 방식

2. 진동형2. 진동형– 질량체를 지지하는 양쪽 현의 장력/주파수 차이 계산

자이로식자이로식 각속도각속도 센서센서

• 질량이 다른 물체의 회전에 의한 힘의 차이를 계산하는 방식

• 코리올리의 힘에 대한 공식을 이용하여 관성계에 작용 각속도 감지– F = mr(ω+Ω)²= mrω²+2mrΩ+mγΩ²

1. 진동형: 말굽형 막대의 진동 주파수 차이 계산

2. 유체형: 냉각 가스 흐름의 차이에 의한 저항 차이 계산

센서센서 장비장비: : ArmBandArmBand

• 센서 장비: ArmBand 2기– 잘 알려진 Wearable Sensor 제품: SenseWear사 제품

– 팔에 부착하여 다양한 정보 수집 가능

• 측정 가능 정보– Accelerometer(2축), heat flux, galvanic skin response,

skin temperature, near body temperature

• 약 5일간의 데이터 축적/저장 가능

출처: http://www.armband.it/

ArmBandArmBand Log DataLog DataArmBand

• 참고참고참고참고: Professional License Key: Professional License Key: Professional License Key: Professional License Key 필요필요필요필요

ArmBandArmBand -- Generated ReportGenerated ReportArmBand

센서센서 장비장비: VTI SCA3000 : VTI SCA3000

• VTI Technology의 SCA3000 시리즈

• 측정 가능 정보– 3축 직선 가속도 정보

– 가속도 범위: 3방향, 2g

– 수집 주기: 25~60Hz

• 특징• 특징– 시리얼 통신에 의한 동작 제어

• 소프트웨어, C 코드 예, 데이터 예 제공

– USB 전송방식 사용

– 크기: 약 8x6cm

데이터데이터 수집수집 및및 동작동작 인터페이스인터페이스

센서센서 장비장비: : LabProLabPro

• Vernier LabPro Interface

• Sensor

– 온도센서(Stainless Steel Temperature Probe)

– 빛센서(Light Sensor)

– 마이크로폰(Microphone)

– 상대습도 센서(Relative Humidity Sensor)– 상대습도 센서(Relative Humidity Sensor)

• Logger Pro 3.1 Application

• LabPro Visual C++ SDK

Vernier LabPro InterfaceVernier LabPro Interface• 데이터 수집 시스템의 핵심 장치

• 유연한 현장 적용성 및 휴대 용이

• 데이터 수집

– 1초동안 50,000개 까지의 데이터 샘플 수집

– 12,000개의 데이타를 랩프로 내부 메모리에 저강 가능

• 랩프로와 함께 사용하는 장치

– 컴퓨터• 시리얼이나 USB 케이블을 이용하여 연결,사용

• 실시간으로 데이터를 수집하고 분석

• 그래프 표시

LabPro

• 그래프 표시

– TI 그래픽 계산기• 계산기 용 프로그램은 랩프로의 메모리 안에 저장, 쉽게 사용 가능

• 랩프로의 [transfer] 버튼 클릭

� 계산기용 데이터 수집 프로그램인 DataMate가 랩프로의 메모리에서 계산기로 전동

– Palm, Sony PDA

– Stand-Alone Data Logger• 독립적으로 데이터 수집 가능

• 6개의 데이터 수집 채널

– 4개의 아날로그 채널: 온도,용존산소,기체 압력, pH, 힘 등과 같은 40여 종이 넘는 센서 연결

– 2개의 디지터 채널:초음파 운동센서, 포토게이트, 회전 초음파 운동 센서 등의 센서 연결

Stainless Steel Temperature ProbeStainless Steel Temperature Probe

• 유기액체 , 소금 용액 , 산 , 염기 등 액체 온도 측정가능

• 측정 범위

– -40 ~ 135 ° C (-40 ~ 275 ° F)

– 센서 손상을 막기 위한 최대 온도 : 150 ° C

• 정확도

– ±0.2 ° C at 0 ° C

– ±0.5 ° C at 100 ° C

LabPro

– ±0.5 ° C at 100 ° C

• 센서 반응 시간

– 11초 이내에 95%

– 18초 이내에 98%

– 30초 이내에 100%

• 프로브 길이 : 15.5 cm

• Stainless steel 몸체: 길이(10.5 cm), 직경(4.0 mm)

• 프로브 손잡이 : 길이(5.0 cm), 직경(1.25 cm)

Light SensorLight Sensor

• 스위치의 선택에 따라서 세 개의 다른 조명 범위에서 사용

• 제곱의 반비례 법칙 실험에 사용되거나 태양 에너지 연구에 이용

• 측정 범위– Low: 0 ~ 600 lux

– Medium: 0 ~ 6000 lux.

– High: 0 ~ 150,000 lux.

측정측정측정측정 범위범위범위범위 설정설정설정설정((((스위치스위치스위치스위치))))

LabPro

– High: 0 ~ 150,000 lux.

빛빛빛빛 감지센서감지센서감지센서감지센서

MicrophoneMicrophone

• 소리 학습에 이용

• 음파의 패턴 측정

• 음파 기구, 악기 혹은 Tuning Fork로부터의 다양한 기록의 진동수와진폭 측정

LabPro

• 측정 범위– 20 Hz ~ 16,000 Hz

• 최적 데이터수집을 위한 음원 : LabPro(5,000Hz),

Relative Humidity SensorRelative Humidity Sensor

• 95%(± 5%)범위 내에서 상대습도 측정을 할 수 있도록 IC 집적회로내장

• 날씨에 관계된 실험이나 어떤 날이 정전기 문제가 되는지 등을 실험

• 측정 범위 : 0% ~ 95%

• 센서 반응 시간 : (측정 값이 90% 변한 시간 ):

LabPro

– 공기의 이동이 없는 상태 : 60 분 .

– 공기가 왕성하게 이동하는 상태 : 40 초 .

• 전체 정확도 오차 범위– 포화 상태의 소금 calibration: ±2%

– 표준 calibration: ±10% RH

• 센서 작동을 위한 적정 온도 : 0 ~ 85°C

Logger Pro 3.1 (Data & Graph)Logger Pro 3.1 (Data & Graph)LabPro