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표제지
제출문
과제 요약서(초록)
목차
제1장 서론 9
제1절 연구 배경 및 필요성 9
제2절 연구 개발 목표 및 내용 10
제2장 국내외 연구 및 기술개발 현황 13
제1절 연구 동향 13
1. 국외 13
2. 국내 15
제2절 센싱 기술 조사 및 분석 16
1. 결빙감지 관련 기술 16
2. 안개감지 관련 기술 17
3. 화재감지 관련 기술 17
제3절 환경정보 알고리즘 개발 18
제3장 다중 센싱 무선 계측시스템 개발 21
제1절 개요 21
제2절 센서 설계 22
1. MEMS-Based 가속도 센서 22
2. 온습도 센서 31
3. 포토 센서 33
4. 센서보드 설계/PCB 제작 33
5. 마이크로컨트롤러 35
6. 무선통신 모듈 42
제3절 다중 센싱 무선 센서 제작 45
1. 전원 장치 46
2. 시스템 구성 47
제4절 응용 프로그램 개발 48
1. 주(Main) 프로그램 48
2. 가속도 데이터를 활용한 안정성평가 프로그램 51
3. 환경정보 분석 프로그램 52
제4장 성능검증 실험 55
제1절 현장실험을 통한 상대내하력평가 시스템 검증 55
1. 실험방법 55
2. 실험결과 56
3. 상대내하력(RLC) 평가 결과 57
제5장 결론 59
[표 1] Filter Capacitor Selection, CX and CY(ADXL210) 26
[표 2] Resistor Values to Set T2(ADXL210) 26
[표 3] Trade-Offs Between Bandwidth, rms Noise(ADXL210) 27
[표 4] 마이크로컨트롤러의 카운터 속도와 T2의 주기 그리고 분해능과의 관계 27
[표 5] PWM 출력 센서 시스템 모듈들의 설계 성능 목표 28
[표 6] Trade-Offs Between Bandwidth & rms Noise(ADXL203) 30
[표 7] Analog 출력 센서 시스템 모듈의 설계 성능 목표 31
[표 8] SHT11 성능 사양 32
[표 9] 주파수에 따른 전자파의 분류 44
[표 10] MSP 제품 특징 45
[표 11] 무선 센서 장치의 예상 전력 소모량 47
[그림 1] WiMMs 개발 과정 13
[그림 2] MICA mote 개발 과정 15
[그림 3] 노면결빙 감지장치 16
[그림 4] 노면온도 감지장치 16
[그림 5] 안개경보장치 17
[그림 6] 화재 감지 센서 18
[그림 7] 결빙감지 알고리즘 19
[그림 8] 안개감지 알고리즘 19
[그림 9] 화재감지 알고리즘 19
[그림 10] 다중 센싱 무선 센서 장치 구성도 21
[그림 11] MEMS 기술에 의한 미세 기계 구조 22
[그림 12] 반도체형 가속도 센서의 구조 23
[그림 13] ADXL202 BEAM 구조(a) & (b)조립 23
[그림 14] Duty cycle Signal 24
[그림 15] PWM 출력 센서 회로도 25
[그림 16] Design of Sensor System Module 28
[그림 17] Circuit Architecture of ADXL203 29
[그림 18] 온/습도 센서(SHT11) 구성 블록도 31
[그림 19] SHT11 전형적인 응용 회로도 32
[그림 20] 포토 센서 구성도 33
[그림 21] TSL250RD 센서 33
[그림 22] 센서보드 설계도 34
[그림 23] 센서보드와 메인 보드 34
[그림 24] 제어 및 처리 모듈의 설계도 35
[그림 25] Atmega128 구조 36
[그림 26] Atmega128 메모리 구조 37
[그림 27] 시리얼 전송 데이터 구조 39
[그림 28] DTE & DCE의 RS-232C 연결 방법 39
[그림 29] A/D Converter의 error 종류 42
[그림 30] 블루투스 MSP(Multi Access Point) 45
[그림 31] 본 연구에서 개발한 다중 센싱 무선 센서 46
[그림 32] 태양 전지판을 이용한 전원공급장치 47
[그림 33] 4-CH 다중 센싱 무선 계측 시스템 48
[그림 34] 주 프로그램의 구성 49
[그림 35] 주 프로그램의 신호 그래프 창 49
[그림 36] 주 프로그램의 해석 창 50
[그림 37] 주 프로그램의 통신제어 창 50
[그림 38] 주 프로그램의 관측 창 50
[그림 39] 상대내하력(RLC) 평가 추정 개념도 51
[그림 40] 상대내하력 평가 프로그램 52
[그림 41] 환경정보 획득 및 추정 프로그램 53
[그림 42] 상대내하력(RLC) 평가 실험 대상교량 55
[그림 43] 센서 위치 56
[그림 44] 가속도계 시간이력 56
[그림 45] 교차 PSD 결과 57
[그림 46] 대상교량 상대내하력(RLC) 평가결과 57
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1. 기술개발목표
- 첨단 센서 기술과 데이터 분석 기술을 이용하여 사용이 간편하고 경제적인 건설 구조물 안전관리 전용 계측/분석 시스템 개발
2. 기술개발의 목적 및 중요성
- 매년 약 2조원 이상의 예산이 도로상 시설물 유지관리에 소요되고 있으나 안전사고는 끊임없이 발생하고 있음.
- 합리적이고 체계적인 모니터링 시스템을 도입하여 사회기반 시설물을 안전하게 유지관리함으로써 국민의 생명보호는 물론 국가예산 절감, 기술 선도를 통한 국가 경쟁력 확보를 이룰 수 있음.
- 현재 적용되고 있는 유선 센서 장치들은 센서의 설치 및 유지가 어려움. 무선 센서 장치들의 경우에는 센서의 성능과 독립적이고 영구적인 전원 공급, 효과적인 통신거리와 통신 속도, 데이터 처리를 위한 임베디드 프로그램 등의 문제들이 해결되어야 함.
- 전 세계적으로 통신 기술과 센서, 전자 기술은 급속한 속도로 발전하고 있으므로 무선 계측을 통한 시설물 모니터링 분야에서 기술 선점이 절실히 요구되는 시점임.
3. 기술개발의 내용 및 범위
- 건설 구조물 주변 환경 정보 획득과 구조적 성능 정보 획득이 가능한 저전력(Low power), 저가(Low Cost), 지능적(On-borad CPU), 무선(Wireless)인 다중 센싱 계측 장치 하드웨어 개발
- 계측 데이터를 실시간 분석하여, 이용자 안전 정보를 제공하기 위한 임베디드 알고리즘 개발
4. 기술개발 결과
- 연구동향 분석 및 자료수집
ㆍ결빙감지 관련 기술, 안개감지 관련 기술, 화재감지 관련 기술
- 환경정보 알고리즘 개발
- 무선 다중 센서 시스템H/W 개발
- 무선 통신 프로토콜 작성
- 응용 프로그램 개발
- 시스템 시제품 제작
- 실용화
5. 기대효과
- 안전관리의 기반이 되는 신호처리 기술을 첨단IT기술과 접목하여 유비쿼터스 컴퓨팅 기술에 적용함으로써 시설물 안전성 모니터링 기술을 선진국 수준으로 향상.
- 매년 도로상 시설물 유지관리(약 2조원/연)와 자연재해 피해복구(평균 5천 억원/연)에 사용되는 비용 절감.
- 국가주요기반 시설물의 안전관리 네트워크를 구축하기 위한 차세대용 스마트 센서의 신호처리 기술을 체계화함으로써 재해를 사전에 예방하여 피해복구비의 사회적 재투자 유도
- 건설 구조물의 안전사고를 사전에 예방하여 국민의 생명보호
- 국내의 원격 무선 제어 계측 기술과 건설 구조물 안전관리 분야를 세계적 기술수준으로 업그레이드. 원천 기술의 확보로 인한 시장 선점을 통한 경쟁력 확보.
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