TMS320F2812 DSP를 이용하는 풍향 ·풍속 계측시스템 설계

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 풍향·풍속 계측모듈 및 DSP(Digital Signal Processor) 센서인터페이스 회로 보드를 포함하는 기상계측 시스템을 제안한다. 이 DSP 시스템은 풍향·풍속모듈, 대기압센서, 대기 온도 센서의 정보를 받아들이고, 빠르게 처리하여 PC 모니터링 시스템에 전달한다. 특히 풍향·풍속 모듈과 DSP 하드웨어는 직접 설계하여 적용한다.
풍향·풍속 모듈은 바람에 관한 벡터적 정보를 얻기 위해 4개의 박막형 RTD(Resistive Temperature Detectors) 저항센서를 히팅 코일에 의해 일정하게 가열된 원기둥 모양의 지지표면에 벡터적으로 배치하는 구조를 채택한다. 이 구조를 채택한 계측 모듈은 진동, 습기, 부식 등에 강인하면서 정확한 계측을 가능케 한다. 센서 신호처리 회로는 TI 사의 고속 DSP인 TMS320F2812 를 사용한다.
적용된 풍향·풍속 모듈을 통해 얻어진 데이터와 DSP 인터페이스 회로보드의 빠른 데이터 처리를 통해 저렴한 기상계측시스템을 구성할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, a meteorological system including a wind direction & speed module and the DSP(Digital Signal Processor) sensor interface circuit board are proposed. This DSP system accepts and process the informations from a wind direction & speed module, the atmospheric pressure sensor, the ambient air temperature sensor and transfers it to the PC monitering system. Especially, a wind direction & speed module and a DSP hardware are directly designed and applied.
A wind direction & speed module have a construction that it have four film type RTD(Resistive Temperature Detectors) resistive sensor adhered around the circular metal body heated constantly by heating coil for obtaining vector informations about wind. By this structure, the module is enabled precise measurement having a robustness about vibration, humidity, corrosion. A sensor signal processing circuit is using TMS320F2812 TI(Texas Instrument) Corporation high speed DSP.
An economical meteorological system could be constructed through the data from wind direction & speed module and by the fast processing of DSP interface circuit board.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 = 1
• 제 2 장 기상계측시스템에 대하여 = 4
• 2.1 기상현상(Meteorological phenomena) = 4
• 2.1.1 기상요소(Meteorological element) = 4
• 2.1.2 기상관측(Meteorological observation) = 5
• 2.1.3 기온(Air temperature) = 5
• 2.1.4 기압(Atmospheric pressure) = 6
• 2.1.5 바람(Wind) = 8
• 2.2 현대의 이동식 기상 계측시스템 = 13
• 2.2.1 Weather Station = 13
• 2.2.1.1 기능적 특성 = 14
• 2.2.1.1.1 풍향 풍속 헤드 어셈블리 = 14
• 2.2.1.1.2 DC/DC 전원 공급기 = 15
• 2.2.1.1.3 전자 어셈블리 = 15
• 2.2.1.2 기술적 특성 = 15
• 2.2.2 Lambrecht Static Wind Sensor Quatro = 16
• 2.2.2.1 일반적 특성 = 18
• 2.2.2.2 동작 이론 = 19
• 제 3 장 온도센서를 이용하는 풍향·풍속 센서시스템 = 21
• 3.1 제안된 풍향·풍속 센서모듈의 구조 및 계측 원리 = 21
• 3.2 제안된 풍향·풍속 센서모듈의 응용 = 28
• 제 4 장 온도 측정 저항 센서 = 33
• 4.1 저항 센서의 종류 = 33
• 4.1.1 스트레인 게이지(Strain Gage) = 33
• 4.1.1.1 스트레인 게인지의 원리 : 압저항(Piezo-resistive) 효과 = 33
• 4.1.1.2 스트레인 게이지 사용 시 계측 제한 사항 = 39
• 4.1.2 RTD(Resistive Temperature Detectors) = 43
• 4.1.2.1 온도센서의 분류 = 43
• 4.1.2.2 RTD 센서의 원리 = 46
• 4.1.2.3 RTD 센서 사용 시 계측 제한 사항 = 49
• 4.1.2.4 RTD 센서의 종류 및 특성 = 53
• 4.1.2.5 RTD 센서의 응용 = 55
• 제 5 장 저항센서를 위한 신호처리 기법 = 57
• 5.1 저항의 측정 = 57
• 5.2 전압분배기(분압기, Voltage Dividers) = 67
• 5.3 신호처리 전용 DSP의 구조 = 72
• 5.3.1 TMS320F2812 DSP의 특징 = 72
• 5.3.2 DSP 신호처리 보드의 설계 및 특징 = 74
• 5.3.3 DSP(TMS320F2812)의 부동소수점 처리 = 77
• 5.3.4 DSP(TMS320F2812)의 메모리 맵 = 79
• 5.3.5 리셋과 부트 = 80
• 5.3.6 DSP(TMS320F2812)의 A/D 변환 = 81
• 5.4 신호처리를 위한 DSP 인터페이스 = 82
• 5.4.1 RTD(Resistive Temperature Detectors) = 84
• 5.4.2 RTD 센서 인터페이스 회로 = 84
• 5.4.3 A/D 변환부 = 88
• 5.4.4 필름형 가열코일과 Heater Controller = 89
• 제 6 장 RTD를 응용하는 풍향 풍속 센서 = 91
• 6.1 시스템 구성 = 91
• 6.2 풍향·풍속 측정 = 93
• 제 7 장 기상계측시스템 성능평가 = 97
• 제 8 장 결론 = 105
• 참고문헌 = 107
• Abstract = 111