이글캐드를 활용한 제품개발 (SOS 조난 신호기 만들기-2)

이글캐드를 활용한 제품개발 (SOS 조난 신호기 만들기-2)

2023.06.25 - [회로설계] - 이글캐드를 활용한 제품개발 (SOS 조난 신호기 만들기-1)

지난포스팅 이어서 이글캐드를 활용한 제품개발(SOS 조난  신호기 만들기-2)을 진행하도록 하겠습니다.

지난 포스팅이 궁금하신분은 아래 링크를 확인해 주세요

이글캐드를 활용한 제품게발(SOS조난 신호기 만들기-1)

 

6) 회로도 작성

지난 포스팅때 작성한 시스템도를 기억해 보면 다음과 같이 처리하면 됩니다.

1. 입력부
   • 전원이 들어오면 동작
   • 아두이노에 전원이 들어오면 동작하는 조건입니다.
2. 프로세싱 (코딩)
   • 아우이노 우노로 코딩
   • SOS의 모스 부호에 맞게 LED 점등시간을 조정
   • 따따따는 LED를 200msec on, 100msec off
   • 따-따-따-는 LED를 500msec on, 100msec off
3. 출력
   • SOS 신호로 LED를 점멸

이 기준으로 회로도를 작성해 보겠습니다.

 

1) 입력부는 전원이 들어왔는지에 대한 판단을 아두이노 우노 보드에서 처리하기 때문에 신경써야 할 부분이 없습니다.

2) 프로세싱(코딩)부는 SOS의 모스 부호에 맞게 코딩을 하면 됩니다. 다음 시간에 다루도록 하겠습니다.

3) 출력부는 LED가 점등할 수 있도록 회로를 구성해 줘야합니다. 그럼 개략적인 회로도는 다음과 같습니다.

SOS 조난  신호기 회로도

 

7) 회로 부품 결정

위의 회로도는 아직 계산이 되지 않은 회로도 입니다. SOS 조난 신호기를 제작하기 위해 필요한 회로 부품들을 나열하고 이제부터 최적의 회로 부품을 찾는 과정을 거쳐야 합니다.

최적의 회로 부품이란 필요한 용량에서 20~30%정도의 마진을 가진 회로 부품을 찾는겁니다.

제 관점에서 BEST 회로 설계란 1) 요구되는 기능사양을 만족해야 하고 2) 평가 사양을 만족해야 하며 3) 회로 부품이 가지고 있는 능력치의 30% 정도의 마진설계가 되어야 합니다. 컴퓨터를 예로 들면 메모리가 16GB인 컴퓨터를 만들어 달라고 했는데 좋은게 좋은거다고 64GB로 설계  했다면 필요없이 메모리 용량만 늘어난 설계를 한 거죠. 이 컴퓨터는 고작해야 메모리를 30%마진까지 감안하더라도 10~12GB밖에 사용하지 않을건데 과사양으로 설계가 된 거죠. 모든 설계는 돈과 직결됩니다. 그래서 좋은게 좋은것이 아닌 요구사양에 근접한 사양으로 경제적으로 설계하는게 최고의 설계인 거죠.

 

서두가 길었네요. 위에 표시한 부품들을 어떻게 선정하는지 알려드리도록 하겠습니다.

 

1. 커넥터 선정
   • SMD타입/DIP타입 결정
   • 핀수 결정
   • 사용전류 결정
2. LED 점멸회로계산
   1. LED
      • 색상 결정
      • 휘도(밝기) 결정
      • 사이즈 결정
      • LED에 인가되는 전압을 확인하고 LED의 Vf 확인하기
   2. 저항
      • 여기에서 저항의 역할은 LED의 밝기 조절 역할을 합니다. 저항이 높으면 LED의 밝기는 어두어지고 낮을 수록 밝아지겠죠. 먼저 LED가 선정되었다면 LED 사양서를 확인해서 최대허용 전류치를 확인합니다. 통상 칩LED의 경우 10~30mA정도 사용하고 고휘도 LED의 경우 200~500mA를 사용하기도 합니다. 
      • 사용 전류가 결정되었다면 저항의 전력값을 계산하여야 합니다. P=V*I=I*I*R=V*V*/R 로 계산하시면 됩니다. 전력값이 계산이 되었다면 저항 사이즈를 결정하시면 됩니다. 저항 사이즈가 클수록 허용 전력값도 커지게 됩니다.
   3. 트랜지스터
      • 여기에서 트랜지스터의 역할은 스위칭 역할입니다.
      • PNP와 NPN 두 종류가 있습니다.
      • 아날로그 TR과 디지털 TR이 있는데, 아날로그 TR은 순수하게 트랜지스터만 있고 디지털 TR은 베이스 저항과 베이스-이미터 저항이 TR안에 built-in되어있습니다. 증폭도를 크게 하기 위해 아날로그 TR을 사용하여 베이스 저항을 조절하는 경우가 있고 단순히 스위칭을 위해서는 디지털TR을 사용합니다.
      • 베이스 저항을 달지 않을 경우 베이스-이미터간 과도전류가 흘러 파손됩니다.
      • 베이스-이미터 저항을 달지 않을 경우 확실한 바이어스 전압이 걸리지 않아 TR이 동작이 되지 않는 경우가 있습니다.
      • 용량은 이미터-컬렉터에 흐르는 전류값으로 결정하면 됩니다.
      • 단, 주의해야 할 것은 사양서에 Ic(컬렉터 전류)값만 보시고 결정하시면 안되고 hfe값을 보시고 결정하셔야 합니다. hfe=Ic/Ib이고 Ib(베이스전류)는 Rb(베이스 저항)에 의해 결정됩니다. 
      • 이 회로에서는 TR을 2개 사용하였습니다. 실제로는 NPN-TR 1개만 사용해도 됩니다.

여기까지 각 부품을 선정하는 방법에 대해서 알아보았습니다.

전자 전공자가 아니신 분들은 어려운 부분이 있을 것 같습니다. 상세한 계산까지 보여 드려야 하나 생각도 해보았습니다만, 혹시 관심 있으신 분들이 있다면 그때 다시 상세한 계산까지 해 보도록 하겠습니다. 

 

그럼 다음시간에는 PCB설계와 코딩을 진행하도록 하겠습니다.

이상입니다.

2023.06.27 - [회로설계] - 이글캐드를 활용한 제품개발 (SOS 조난 신호기 만들기-3)