1. 서 론
에어컴퓨레셔(air compressor)는 산업체의 공장, 학교 실험실, 병원 등에서 사용되고 있고, 1개의 산업체에서 다수의 공장을 가지고 있는 경우에는 다수의 에어컴퓨레셔가 설치된다. 즉, 1개의 공장 동에 1개의 에어컴퓨레셔를 설치하고, 개별적으로 수동으로 ON/OFF 제어한다. 그리고 에어컴퓨레셔 는 소음이 크므로 공장동의 뒤쪽 구석진 곳에 설 치하는 것이 일반적이다. 현재 에어컴퓨레셔의 사 용상 문제점은 첫째, 각 공장동의 에어컴퓨레셔를 개별적으로 동작시키므로 하나의 에어컴퓨레셔가 고장이 발생될 경우, 그것과 연결된 공장동에는 에어가 공급되지 않아 생산 차질이 발생될 수 있 다. 그러므로 각각의 공장동의 에어 파이프를 연 결하여 제어해야 한다. 둘째, 에어컴퓨레셔가 공장 의 뒤쪽에 설치되어 있어 관리자가 직접 가서 ON/OFF하므로 24시간 동작시키는 경우가 많아 에너지 소비가 많다. 현재까지 에어컴퓨레서에 대 한 연구는 공기압축 통의 구조해석, 에어의 흐름 등을 연구하였다.[1-8] 현재까지 제작된 에어컴퓨레 셔 제어장치는 에어컴퓨레셔 근처에 ON/OFF 스 위치를 부착하는 정도이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 관리자가 사무실에서 원격으로 다수의 에어컴퓨레셔를 ON/OFF하기 위한 에어컴 퓨레셔의 원격제어장치가 필요하다.
따라서 본 논문에서는 다수의 에어컴퓨레셔를 원격으로 제어할 수 있는 주 원격제어장치와 에어 컴퓨레셔 원격제어장치를 설계 및 제작하였다. 이 를 위해 마이크로프로세서 ATmega128을 이용하 여 원격제어장치들의 전자회로도를 설계하였고, PCB를 제작하여 제어장치들을 제작하였다. 그리 고 주 원격제어장치와 에어컴퓨레셔 원격제어장치 들간의 통신제어에 관한 특성실험을 실시하였다.
2. 원격제어장치 설계
2.1 주 원격제어장치 전자회로 설계
Fig. 1은 에어컴퓨레셔의 원리를 나타내고 있고, 이것은 주 원격제어장치, 에어컴퓨레셔 원격제어 장치, 에어컴퓨레셔 등으로 구성된다. 주 원격제어 장치는 여러 대의 에어컴퓨레셔 제어장치와 무선 으로 데이터를 송수신할 수 있고, 각 에어컴퓨레 셔 원격제어장치는 주 원격제어장치와 무선으로 데이터를 송수신할 수 있을 뿐만 아니라 주 원격 제어장치로부터 명령을 받아 각 에어컴퓨레셔를 ON/OFF한다. 각 에어컴퓨레셔는 연결된 에어컴퓨 레셔 원격제어장치의 명령에 따라 에어를 공급 혹 은 차단한다.
Fig. 2는 주 원격제어장치의 개념도를 나타내고 있고, 이것은 마이크로프로세서(ATmega128), 전원 부, RS232 통신부, Zigbee 통신부, 솔레노이드밸브 및 에어컴퓨레셔 입력부 등으로 구성된다. 전원부 는 6V의 전압을 5V, 3.3V로 조정하여 각 전자부 품으로 보내고, RS232 통신부는 컴퓨터 등과 인터 페이스하는데 사용되며, Zigbee 통신부는 각 에어 컴퓨레셔 원격제어장치와 무선통신하는데 사용된 다. 솔레노이드밸브 및 에어컴퓨레셔 입력부는 컴 퓨터나 터치패널 등으로 마이크로프로세서에 ON/OFF 명령을 입력받고, 마이크로프로세서는 각 부와 연결되어 데이터를 송수신하여 제어한다. 즉, 솔레노이드밸브 및 에어컴퓨레셔 입력부의 ON/OFF 명령을 입력받아 Zigbee 통신부를 통해 무선으로 에어컴퓨레셔 원격제어장치로 송신한다.
Fig. 3은 주 원격제어장치의 마이크로프로세서 (ATmega128)의 전자회로도를 나타내고 있고, 이것 은 5V전원으로 구동되고, 18MHz 속도로 데이터 를 처리한다. 시리얼 통신포트 UART1은 터치패널 과 연결되고, UART0는 Zigbee와 연결되며, I/O 포 트의 핀은 LCD와 연결된다. Fig. 4는 주 원격제어 장치의 전원부 회로도를 나타내고 있고, 이것은 6V의 전원을 받아 5V와 3.3V로 조정하여 5V는 마이크로프로세서와 대부분의 IC에 공급하고, 3.3V는 Zigbee에 공급한다. Fig. 5는 주 원격제어 장치의 RS232 통신부 회로도를 나타내고 있고, 이 것은 5V의 전원을 받아 ATmega128과 RS232 통신 을 위한 전압조절 역할을 수행한다.
Fig. 6은 주 원격제어장치의 Zgibee 전압조절 회 로도를 나타내고 있고, Atmega128과 Zigbee의 통 신을 위한 전압렙벨 조절하는 역할을 수행한다. Fig. 7은 주 원격제어장치의 Zigbee 통신 회로도를 나타내고 있고, 3.3V 전원으로 동작하며, ATmega 의 UART0와 연결되어 있다. Zigbee는 2.4GHz 주 파수를 사용하고 있고, 통신거리는 안테나 사용할 경우 1km 이상이다.
2.2 에어컴퓨레셔 원격제어장치 전자회로 설계
Fig. 8은 에어컴퓨레셔 원격제어장치의 개념도 를 나타내고 있고, 이것은 전원부, 통신부, LCD부, 외부장치(압력센서, 솔레노이드 밸브 ON/OFF스위 치, 에어컴퓨레셔 ON/OFF 스위치)부, 마이크로프 로세서(ATmega128) 등으로 구성되었다. 전원부는 6V를 입력받아 5V와 3.3V로 조정하 각 IC, 마이 크로프로세서와 Zi g b e e로 보낸다. 통신부는 UART0와 UART1으로 구성되고, 각각은 Zigbee, 압력센서와 연결된다. LCD부는 압력센서값, 솔에 노이드와 에어컴퓨레셔의 ON/OFF 상황을 표시한 다. 외부장치부는 압력센서, 솔레노이드 밸브 ON/OFF 스위치, 에어컴퓨레셔 ON/OFF 스위치로 구성되고, 이것들은 마이크로프로세서의 명령에 따라 제어된다. 마이크로프로세서(ATmega128)는 압력센서의 값을 Zigbee를 통해 무선으로 주 원격 제어장치에 송신하고, 주 원격제어기의 명령을 Zigbee를 통해 무선으로 수신하여 솔에노이드와 에어컴퓨레셔의 ON/OFF를 수행한다.
에어컴퓨레셔 원격제어장치는 마이크로프로세서 (ATmega128)의 전자회로도, 전원부 회로도, RS232 통신부 회로도, Zigbee 전압조절 회로도, Zigbee 통신 회로도 등은 각각 주 원격제어장치의 Fig. 2~7과 같으므로 그것들로 대신한다.
Fig. 9는 에어컴퓨레셔 원격제어장치의 동작 릴 레이 회로도를 나타내고 있고, 이것은 마이크로프 로세서의 명령에 따라 솔레노이드 밸브와 에어컴 퓨레셔의 스위치를 전자적으로 ON/OFF하는데 사 용된다.
2.3 원격제어장치의 제작
Fig. 10의 (a)는 제작된 주 원격제어장치의 PCB 를 나타내고 있고, 크기는 100mm×120mm× 2mm 이다.
이것은 4층으로 구성되어 있고, 양면은 전자부 품의 회로가 배선되어 있고, 2층과 3층은 각각 전 원과 접지 회로가 배선되어 있다. Fig. 10의 (b)는 제작된 주 원격제어장치를 나타내고 있고, 위 사 진은 안테나가 없을 때의 모습이며, 아래 사진은 안테나를 포함한 모습을 나타내고 있다.
Fig. 11의 (a)는 제작된 에어컴퓨레셔 원격제어 장치의 PCB를 나타내고 있고, 크기는 180mm× 140mm×2mm이다. 이것은 4층으로 구성되어 있고, 양면은 전자부품의 회로가 배선되어 있고, 2층과 3층은 각각 전원과 접지 회로가 배선되어 있다. Fig. 11의 (b)는 제작된 에어컴퓨레셔 원격제어장 치를 나타내고 있다.
3. 실험결과 및 고찰
Fig. 12는 원격제어장치의 실험장치를 나타내고 있다. (a)는 주 원격제어장치의 실험장치를 나타내 고 있고, 이것은 주 원격제어장치와 컴퓨터로 구 성되며, 컴퓨터 스크린에는 지도에 주 원격제어장 치의 위치를 나타내고 있다. (b)는 에어컴퓨레셔 원격제어장치의 실험장치를 나타내고 있고, 이것 은 3대의 에어컴퓨레셔 원격제어장치와 스마트폰 으로 구성되며, 스마트폰에는 지도에 에어컴퓨레 셔 원격제어장치의 위치를 나타내고 있다. (c)는 원격제어장치 간의 무선통신거리 측정 모습을 나 타내고 있다. 실험은 주 원격제어장치의 실험장치 를 고정하고 에어컴퓨레셔 원격제어장치의 실험장 치를 이동시켜 무선통신거리를 측정하는 실험을 실시하였다. 무선통신거리 측정실험결과 1.1km 이 내에서는 원활하게 통신됨을 확인하였다. 그리고 (d)는 1대의 주 원격제어장치와 3대의 에어컴퓨레 셔 원격제어장치간의 무선통신거리 1.1km에서 통 신문자를 송수신한 결과를 나타내고 있다. Main R.C.D(S)는 주 원격장치의 송신을 의미하고, Air C.R.C.D 1(R)은 에어컴퓨레셔 원격제어장치 1의 수신을 의미한다. 표1은 두 원격제어장치 간의 무 선통신 결과를 나타내고 있고, 이것은 Fig. 12의 (d)의 실험결과를 표로 나타낸 것이다. 주 원격제 어장치에서 1abc를 송신하면 에어컴퓨레셔 1 원격 제어장치가 1abcd를 수신하고, abcd를 송신하고 그것을 주 원격제어장치 수신한 것을 나타내고 있 다. 주 원격제어장치가 에어컴퓨레셔 1, 2, 3의 원 격제어장치와 정확하게 통신됨을 확인하였다.
4. 결 론
본 논문에서는 다수의 에어컴퓨레셔를 원격으 로 제어할 수 있는 주 원격제어장치와 에어컴퓨레 셔 원격제어장치를 설계 및 제작하였다. 1대의 주 원격제어장치가 1대의 에어컴퓨레셔 원격제어장 치와 무선통신 특성실험을 실시한 결과, 1.1km 이 내에서 정확하게 통신됨과 1대의 주 원격제어장치 가 3대의 에어컴퓨레셔 원격제어장치와 각각 구분 되어 정확하게 통신되는 것을 확인하였다. 그러므 로 본 논문에서 설계 및 제작한 주 원격제어장치 와 에어컴퓨레셔 원격제어장치은 다수의 에어컴퓨 레셔의 ON/OFF 제어에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
추후 연구에서는 본 논문에서 제작한 에어컴퓨 레셔 원격제어장치를 에어컴퓨레셔에 부착하고, 주 원격제어장치로 무선통신으로 에어컴퓨레셔와 솔레노이드 밸브의 ON/OFF 특성실험을 실시하고 상품화하는 것이다.