• 센서학회지
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• 제32권4호
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• pp.246-251
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• 2023

Internet of Things (IoT) systems process signals from various sensors using signal processing algorithms suitable for the signal characteristics. To analyze complex signals, these systems usually use signal processing algorithms in the frequency domain, such as fast Fourier transform (FFT), filtering, and short-time Fourier transform (STFT). In this study, we propose a multi-mode sensor signal processor (SSP) accelerator with an FFT-based hardware design. The FFT processor in the proposed SSP is designed with a radix-2 single-path delay feedback (R2SDF) pipeline architecture for high-speed operation. Moreover, based on this FFT processor, the proposed SSP can perform filtering and STFT operation. The proposed SSP is implemented on a field-programmable gate array (FPGA). By sharing the FFT processor for each algorithm, the required hardware resources are significantly reduced. The proposed SSP is implemented and verified on Xilinxh's Zynq Ultrascale+ MPSoC ZCU104 with 53,591 look-up tables (LUTs), 71,451 flip-flops (FFs), and 44 digital signal processors (DSPs). The FFT, filtering, and STFT algorithm implementations on the proposed SSP achieve 185x average acceleration.

• Smart Structures and Systems
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• 제32권6호
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• pp.359-369
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• 2023

Servo-motor driven uniaxial shake tables have been widely used for education and research purposes in earthquake engineering. These shake tables are mostly displacement-controlled by a digital proportional-integral-derivative (PID) controller; however, accurate reproduction of acceleration time histories is not guaranteed. In this study, a control strategy is proposed and verified for uniaxial shake tables driven by a servo-motor. This strategy incorporates a deep-learning algorithm named Long Short-Term Memory (LSTM) network into a displacement PID feedback controller. The LSTM controller is trained by using a large number of experimental data of a self-made servo-motor driven uniaxial shake table. After the training is completed, the LSTM controller is implemented for directly generating the command voltage for the servo motor to drive the shake table. Meanwhile, a displacement PID controller is tuned and implemented close to the LSTM controller to prevent the shake table from permanent drift. The control strategy is named the LSTM-PID control scheme. Experimental results demonstrate that the proposed LSTM-PID improves the acceleration tracking performance of the uniaxial shake table for both bare condition and loaded condition with a slender specimen.

• 드라이브 ㆍ 컨트롤
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• 제21권1호
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• pp.31-37
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• 2024

In this study, to prevent accidents in underground facilities during excavation, we developed a Lv.3 automated control system that can be configured as an electronic control system without changing the existing hydraulic system in a general excavator and utilized digital map information of underground facilities. We aimed to develop a strategy to prevent accidents caused by operator error. To implement this, a real-time excavator bucket end position recognition and control system was developed through angle measurement of the boom, arm, and bucket using an electronic joystick, RTK-GPS, and angle sensors. In addition, excavators are large, machine-based equipment, and it is difficult to control overshoot due to inertia with feedback control using position recognition information of the bucket tip. Therefore, feed-forward control is used to calculate the moving speed of the bucket tip in real-time to determine the target position. We developed a technology that can converge and verified the performance of the developed system through actual vehicle installation and field tests.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권1호
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• pp.189-194
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• 2024

This paper presents a radiation-hardened-by-design preamplifier that utilizes a self-compensation technique with a charge-sensitive amplifier (CSA) and replica for total ionizing dose (TID) effects. The CSA consists of an operational amplifier (OPAMP) with a 6-bit binary weighted current source (BWCS) and feedback network. The replica circuit is utilized to compensate for the TID effects of the CSA. Two comparators can detect the operating point of the replica OPAMP and generate appropriate signals to control the switches of the BWCS. The proposed preamplifier was fabricated using a general-purpose complementary metal-oxide-silicon field effect transistor 0.18 ㎛ process and verified through a test up to 230 kGy (SiO₂) at a rate of 10.46 kGy (SiO₂)/h. The code of the BWCS control circuit varied with the total radiation dose. During the verification test, the initial value of the digital code was 39, and a final value of 30 was observed. Furthermore, the preamplifier output exhibited a maximum variation error of 2.39%, while the maximum rise-time error was 1.96%. A minimum signal-to-noise ratio of 49.64 dB was measured.

• 디지털융복합연구
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• 제11권8호
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• pp.227-234
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• 2013

본 연구는 '치유의 숲'이라고 하는 공간 내에서 통합 의학적 헬스 케어, 산림치유 프로그램의 진행과 보완대체요법을 적용한 치유활동을 실현하고 발전시키는 데 있다. 이에 핵심적 역할을 담당할 가칭 '산림치유 지도사' 전문 인력을 양성하기 위해서 다양한 항목의 치유프로그램을 개발하여 보급해야 한다. 이를 위해 치유활동을 담당할 산림치유 지도사가 양성되어야 할 것이다. 이에 산림학 분야의 관련 깊은 교수 및 전문가들과 보건의료 및 보완대체요법 관련 전문가 20명을 대상으로 델파이 검사방법을 통해 교육과정에 대한 의견을 수렴하였다. 전문적인 산림학 및 의학 기초지식과 치유능력을 갖춘 산림치유 지도사를 양성하기 위한 교육대상, 이수범위, 자격취득과정, 교육목표와 교육과정 및 운영안을 만들었으며, 이를 바탕으로 교육방법과 평가방법을 만들었다.

• 한국과학교육학회지
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• 제37권1호
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• pp.181-192
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• 2017

본 연구에서는 디지털스토리텔링을 적용한 SSI 교육프로그램(이하 DST-SSI 수업)을 개발하고, 학생들이 수업의 각 단계에서 인식하는 교육적 효과를 탐색해보았다. 디지털 기술을 활용하여 이야기를 제작하고 전달하는 디지털스토리텔링은 자신의 의견을 표현하는 동시에 학습의 결과를 공유하고 실천할 수 있는 기회를 제공하므로, 다양한 입장에 대한 이해와 타인과의 의견 조율이 요구되는 SSI 교육에 접목되었을 때 보다 상승효과를 가져올 수 있을 것으로 예상하였다. DST-SSI 수업은 교육과정과 밀접하게 연계되는 네 가지 주제를 선정한 후 각각의 SSI 주제에 적합한 DST 활동을 삽입하는 방식으로 구성되었으며, 본 연구에는 수업에 참여한 중학교 3학년 학생 중 24명이 참여하였다. 4명씩 그룹을 지어 포커스 그룹 면담을 진행하였으며, 면담내용은 모두 전사하여 분석에 이용하였다. 연구 결과, 학생들은 각각의 SSI 주제와 관련된 내용을 검색하고 자료를 수집하는 탐색 및 토의 과정에서 그동안 미처 인식하지 못했던 사회 윤리적 측면을 인식하게 되었으며, 주제를 둘러싼 입장이 매우 다양할 수 있음을 확인하고 수용하게 되었다. DST를 사전 제작하는 과정에서는 모둠의 의견을 효과적으로 반영하는 이야기를 전개하고자 다양한 관점을 조율했으며, 실생활에서 살펴볼 수 있는 자연스러운 상황을 주제로 하는 등 시청자의 공감을 이끌어낼 수 있는 감성적인 콘텐츠를 활용하는 방법을 고민하기도 하였다. 또한 학생들은 실제 DST를 제작하면서 자신이 전달하고자 하는 메시지를 보다 효과적으로 전달하기 위해 사운드트랙이나 시각효과, 화면 구성 등의 요소를 고려한 다양한 방법을 모색하였다. 마지막으로, 웹을 통한 디지털 스토리의 공유와 피드백 단계에서는 제작과정에서는 미처 깨닫지 못했던 내용을 확인하는 동시에, 해당 문제와 관련하여 실생활에서 실천할 수 있는 것을 찾아 행동으로 옮겨보는 노력을 한 것으로 드러났다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제16권7호
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• pp.671-680
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• 2005

CQPSK(Compatible QPSK) 디지털 변조 기술을 이용하는 초협대역 단말기용 송신기에 가장 핵심적인 부품들 중의 하나인 카테지안 궤환 루프(CFL: Cartesian Feedback Loop) 선형화 칩을 $0.35{\mu}m$ CMOS 기술을 이용하여 설계 및 제작하였다. 직접 변환 방식 및 CFL칩을 이용하여 요구되는 부품 수를 줄임에 의하여 송신기의 저비용 및 소형화가 가능하고, 이를 통하여 송신 전력 효율 및 선형성을 향상시켰다. 또한 CMOS기술을 통하여 저전력 구동이 가능하도록 하였다. 송신 성능 시험 결과 PEP 37 dBm(5 W)의 출력 전력에서 CFL 칩을 구동하여 -25 dBc의 상호 변조 왜곡(@ 3 kHz주파수 오프셋) 개선을 통하여 FCC 47 CFR 90.210 E에 정의된 방사 마스크 규격을 만족함을 확인하였다. 또한 상기 언급된 송신 특성 개선에 가장 영 향을 미치는 성분들인 DC-offset 성분, 궤환 루프에서 발생하는 왜곡 성분을 보상하기 위한 루프 이득 및 위상 값들을 조정할 수 있도록 컴퓨터와의 외부 인터페이스를 구현하여 소프트웨어적으로 이러한 값들을 제어할 수 있도록 프로그램화 하였다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제44권10호
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• pp.185-190
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• 2007

무선 단말기용 전력증폭기의 모델링을 위한 최소 샘플링 주파수에 대해 실험 및 시뮬레이션을 통해 연구하였다. 비선형 소자의 모델링은 소자의 비선형성 해석 및 디지털 전치왜곡기 등의 응용분야에서 활용되나, 소자 모델링용 샘플링 주파수에 대한 그동안의 연구 결과에 의하면 최소한 입력신호의 Nyquist 조건이 만족될 경우 주어진 비선형 소자의 모델링이 가능하다고 보고되어 왔다. 하지만 광대역 신호용 소자 모델링의 경우 A/D 변환기 주파수 성능이 충분하지 못하거나 구현이 매우 난해하며, 높은 샘플링 주파수로 인한 전력소모가 무선단말에 적용하기에는 무시하지 못할 수준이다. 따라서 본 연구에서는 단말기용 메모리리스 전력증폭기의 선형화 기술에 사용되기 위한 샘플링 주파수에 있어, 입력 신호의 Nyquist 조건 이하로 샘플링하여 전력증폭기의 모델링에 성공적으로 적용할 수 있는 방법에 대해 제안한다. 이 경우 전체 시스템의 광대역 주파수 응답이 보장되어야하며 이를 위해 광대역 샘플러 및 시간 영역에서의 비선형 모델링이 제안되었다. 시뮬레이션 결과 샘플링 주파수 조건에 상관없이 동일한 AMAM, AMPM 비선형성을 해석할 수 있었으며, 880MHz, 23dBm 무선단말용 전력증폭기에 적용하여 측정한 결과 또한 샘플링 조건의 변화에 대해 모델링 결과는 0.8dB 이내의 변화를 보임을 알 수 있었다. 샘플링 시스템은 크기시호 복원을 위한 포락선 검출기, 복소신호 추출을 위한 위상천이기 및 광대역 샘플러 등으로 구성되었으며, QPSK 신호를 인가하여 전력증폭기의 비선형성 검출에 활용하였다. 이 시스템은 단말용 전치왜곡기에 활용하여 단말 출력 성능 개선에 활용 될 수 있다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권9호
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• pp.31-39
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• 2011

본 논문에서는 Carbon Nanotube(CNT) 센서 어레이를 위한 저 전력, 소 면적의 신호 검출 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 신호 검출회로, 디지털 제어기, UART I/O로 구성된다. 신호 검출회로는 VGA를 공유하는 64개의 transimpedance amplifier(TIA)와 11비트 해상도의 successive approximation register-ADC(SAR-ADC)를 사용하였다. TIA는 센서의 전압 바이어스 및 전류를 증폭하기 위한 active input current mirror(AICM)와 증폭된 전류를 전압으로 변환하는 저항 피드백 방식의 VGA(Variable Gain Amplifier)로 구성되어있다. 이러한 구조는 큰 면적과 많은 전력을 필요로 하는 VGA를 공유하기 때문에 다수의 센서 어레이에 대해 검출 속도의 저하 없이 저 전력, 소 면적으로 신호 검출이 가능하게 한다. SAR-ADC는 저 전력을 위하여 입력 전압 level에 따라 하위 bit의 동작을 생략하는 수정된 알고리즘을 사용하였다. ADC 및 센서의 선택은 UART Protocol 기반의 디지털 제어기에 의해 선택되며, ADC의 data는 UART I/O를 통해 컴퓨터와 같은 단말기를 통해 모니터링 할 수 있다. 신호 검출회로는 0.13${\mu}m$ CMOS 공정으로 설계되었으며 면적은 0.173 $mm^2$이며 640 sample/s의 속도에서 77.06${\mu}W$의 전력을 소모한다. 측정 결과 10nA - 10${\mu}A$의 전류 범위에서 5.3%의 선형성 오차를 가진다. 또한 UART I/O, 디지털 제어기는 0.18${\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 제작하였으며 총면적은 0.251 $mm^2$ 이다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제25권1호
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• pp.125-135
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• 1993

안전하고 효율적인 원자력 발전소의 운전은 디지탈 기술을 이용한 발전소 자동화로 이루어질 수 있다는 인식과 함께 이같은 발전소 자동화는 차세대 원자력 발전소의 중요한 목표중의 하나가 되고 있다. 전체적인 발전소 수준의 자동화를 위해서는 일차적으로 각 주요 시스템에 대한 디지털화가 요구되며 본 논문에서는 증기발생기의 수위조절 시스템에 대해 연구하였다. 이를 위해 증기발생기의 열수력학적 모델을 이용하여 증기발생기에 작용하는 여러가지 입력과 수위와의 관계를 전달함수로 표시하였으며 이를 이용하여 기존의 발전소에서 사용되고 있는 3 요소 제어시스템을 검토하였다. 본 논문에서의 제어구성은 증기발생기 그 자체를 시스템내에 플랜트로서 포함시킨 것이기 때문에 전체적인 시스템 차수가 증가하며 디지탈 과정중 수치적 불안정이 야기된다. 이러한 문제와 아울러 저출력에서는 궤환신호로 작용하는 급수유량의 신뢰도가 작음을 고려하여 2 요소 제어시스템 및 그에 따른 디지탈 제어기에 대해 연구하였다. 이 시스템의 디지탈 비례적분제어기는 그 이득 및 적분시간상수가 초기출력에 따라 변하며 전체적인 시스템의 응답특성이 안정성 및 기타 제어 특성을 동시에 만족시키도록 하고 있다. 이러한 제어기를 사용한 2 요소 제어시스템은 초기출력에만 의존하므로 정의하기가 간단하며 또 이러한 시스템의 수위응답은 그에 대응하는 아날로그 시스템의 결과와 비슷함을 보이고 있다.