랙 마운트 센서 퓨전 컨트롤러 조립

이 페이지는 랙 마운트 센서 융합 테스트 장비의 컨트롤러 라우팅 보드를 조립하는 방법을 설명합니다. 센서 융합 테스트는 호환성 테스트 모음(CTS) 중 카메라 이미지 테스트 모음(카메라 ITS)의 일부분입니다. 실험실 환경과 같이 단일 호스트로 여러 개의 센서 퓨전 장비를 제어하는 경우 랙 마운트 센서 퓨전 컨트롤러가 사용됩니다.

랙 마운트 센서 퓨전 컨트롤러 개요

센서 퓨전 테스트 장비

센서 퓨전 테스트 장비는 재현 가능한 테스트를 위해 휴대전화의 고정된 모션을 제공합니다. 다양한 위치에서 휴대전화를 이용해 이미지를 캡처할 수 있도록 대상 앞에서 휴대전화가 회전합니다.

테스트 장비는 카메라 중앙 주변에서 90도 축으로 2초 동안 휴대전화를 회전시킵니다. 그림 1은 센서 퓨전 테스트 장비에서 이동하는 휴대전화를 보여줍니다.

테스트 장비에서 휴대전화 이동

그림 1. 테스트 장비에서 휴대전화 이동

서보 모터 제어

테스트 장비의 아날로그 서보 모터는 펄스폭 변조(PWM)를 사용하여 제어되는 위치 서보입니다. 일반적인 위치 제어 예는 그림 2에 표시되어 있습니다. 제어 신호의 주기는 20ms입니다. 펄스폭을 최소로 변경하면 모터가 중립 위치로 이동하고, 펄스폭을 최대로 변경하면 모터가 시계 반대 방향으로 90도 이동합니다.

서보 제어 설명

그림 2. 일반적인 서보 제어 설명

센서 퓨전 컨트롤러 구현

호스트를 통해 서보 모터 모션을 제어하려면 센서 퓨전 테스트 장비에 USB 연결이 필요합니다. 테스트 장비 컨트롤러는 4개의 릴레이 출력이 포함된 USB 연결형 CanaKit UK1104 릴레이 보드를 사용합니다. 릴레이 보드의 출력은 SparkFun WIG-13118 서보 트리거에 연결됩니다. CanaKit 보드는 그림 3에, SparkFun 보드는 그림 4에 표시되어 있습니다. CanaKit 보드는 외부 12V 공급 장치로 구동됩니다. SparkFun 서보 트리거는 서보 모터가 5V 공급 장치를 사용하기 때문에 5V 구동 보드입니다. SparkFun 서보 트리거는 부드러운 모션을 제공합니다.

CanaKit UK1104 USB 릴레이 컨트롤러 평면도

그림 3. CanaKit UK1104 USB 릴레이 컨트롤러(평면도)

SparkFun WIG-13118 서보 컨트롤러(평면도)

그림 4. SparkFun WIG-13118 서보 컨트롤러(평면도)

센서 퓨전 컨트롤러 구현은 납땜된 배선을 사용하여 조립되어 두 보드를 연결합니다. 회로도는 그림 5에 표시되어 있습니다. 4개의 와이어는 수동으로 납땜되고 채널 1에는 단일 서보 제어 출력이 제공됩니다. SparkFun 서보 컨트롤러에 필요한 5V VCC는 CanaKit 내부 12V~5V 레귤레이터와 종속됩니다. 배선이 간단하면 생산 수율이 높습니다.

센서 퓨전 컨트롤러

그림 5. 센서 퓨전 컨트롤러 버전 1(단일 센서 퓨전 상자 컨트롤러 표시)

랙 마운트 센서 퓨전 컨트롤러

랙 마운트 구현을 통해 단일 호스트로 여러 개의 테스트 장비를 제어하여 실험실 비용을 절감할 수 있습니다. 기존 CanaKit 릴레이 보드를 통해 최대 4개의 서보 트리거를 제어할 수 있습니다. 랙 마운트 구현은 외부 레귤레이터 및 바이패스 콘덴서를 추가하여 추가된 서보 트리거로부터 추가 전류 부하를 처리합니다. 회로도는 그림 6에 표시되어 있습니다. 그림 5의 단일 채널 센서 퓨전 컨트롤러와 달리 랙 마운트 컨트롤러에는 서보 트리거 사이의 VCC/GND 연결 외에도 10개 이상의 와이어가 필요합니다. 직접 배선할 수도 있지만 조립 과정에서 오류가 발생하기 쉽습니다. 대신 랙 마운트 구현은 맞춤 라우팅 보드를 사용합니다.

센서 퓨전 라우팅 PCB

조립 시간을 줄이고, 생산을 늘리고, 재작업을 간소화하기 위해 맞춤 인쇄 회로 기판(PCB)은 두 보드 사이에 상호 연결되어 마운팅 기판을 제공합니다. 최종 시스템은 상호 연결에 라우팅 PCB를 사용하여 스탠드오프와 결합할 수 있으며 비파괴 분해가 가능합니다.

오픈소스 온라인 PCB 설계 도구로 설계된 2-레이어 라우팅 보드는 https://easyeda.com/portmannc/sensor_fusion에서 제공됩니다.

보드 크기는 약 4.0인치 x 2.2인치로, CanaKit 보드와 비슷한 크기입니다. 기계적 안정성을 위해 1.6mm 두께의 보드를 권장합니다.

랙 마운트 센서 퓨전 컨트롤러

그림 6. 랙 마운트 센서 퓨전 컨트롤러

라우팅 보드는 CanaKit 릴레이 컨트롤러와 SparkFun 서보 컨트롤러 사이에 삽입되도록 설계되었습니다. 그림 7은 라우팅 보드의 하단을 보여줍니다. 실크 스크린 인쇄는 흰색이고 내부 경로는 연한 녹색입니다. 흰색 윤곽선이 표시된 각 모서리 근처에 구멍이 있어 CanaKit 보드 구멍을 장착할 수 있습니다. 공급 조절기 및 캡의 윤곽을 확인합니다. 조절기 콘덴서 C1 및 C2는 LM1084 데이터시트에서 설명하는 것과 같이 10uF 탄탈룸 콘덴서입니다. 12V 공급 장치는 온보드 조절기를 통해 +5V, VCC로 하향 조절됩니다. (조절기가 최대 390mA를 소모하고 조절기 아래 보드 상단 및 하단에 구리가 있기 때문에 히트 싱크가 필요하지 않습니다.)

4개의 릴레이 출력, NO[1:4] 및 COM[1:4] 연결은 보드 하단에 표시됩니다. 추가로 CanaKit 보드에서 서보 컨트롤러 보드로의 기본 GND 연결은 보드 상단 중앙에 라벨 지정됩니다. 모든 라벨 지정된 구멍을 암 헤더로 채워 아래에 있는 CanaKit UK1104 보드로 연결해야 합니다.

센서 퓨전 라우팅 보드 버전 1.1 하단

그림 7. 센서 퓨전 라우팅 보드 버전 1.1, 트레이스 및 전원 회로 표시(저면도)

센서 퓨전 라우팅 보드의 상단은 그림 8에 표시되어 있습니다. WIG-13118 서보 트리거 보드 및 구멍의 윤곽선이 있습니다. 서보 트리거 보드마다 4개의 구멍이 있지만 서보 트리거당 2개의 스탠드오프(하얀색 원)만 필요합니다. VCC 및 GND는 각 서보 트리거에 개별적으로 라우팅되므로 필요한 경우 4개 미만의 서보 트리거를 채울 수 있습니다. 왼쪽 측면에는 랙 마운트 센서 퓨전 컨트롤러에 필요하지 않은 커넥터 2개의 윤곽선이 있습니다.

센서 퓨전 라우팅 보드 버전 1.1 상단

그림 8. 센서 퓨전 라우팅 보드 버전 1.1, 트레이스 표시(평면도)

랙 마운트 센서 퓨전 컨트롤러 조립

자재 명세서(BOM)

수량 설명 PN/링크
1 1.6mm 두께 센서 퓨전 라우팅 보드 https://easyeda.com/portmannc/sensor_fusion
4 SparkFun WIG-13118 서보 트리거 https://www.sparkfun.com/products/13118
1 CanaKit UK1104 릴레이 컨트롤러 https://www.canakit.com/4-port-usb-relay-controller.html
1 Texas Instruments LM1084 5V, 5A LDO 조절기 http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm1084.pdf
2 16V, 10%, 10μF 탄탈룸 콘덴서 TAP106K016CRS
5 1x3x, 100mil(2.54mm) 피치, 스루홀 암 헤더 952-1784-ND
8 1x2x, 100mil(2.54mm) 피치, 스루홀 암 헤더 952-1776-ND
10 1x3x, 100mil(2.54mm) 피치, 스루홀 수 헤더, 4개의 중앙 핀을 제거하여 200mil(5.08mm) 피치로 만들 수 있음 952-3308-ND
9 1x2x, 100mil(2.54mm) 피치, 스루홀 수 헤더 952-3308-ND
12 11mm 암-암 스탠드오프(너비 5mm, M3-0.5 나사산) R30-1001102
4 16mm 수-암 스탠드오프(너비 5mm, M3-0.5 나사산) R30-3001602
20 M3-0.5 6mm 나사 36-9191-3-ND

기타 필요한 도구

  • 납땜 인두, 땜납, 납흡입기
  • 소형 Phillips 헤드 스크루드라이버
  • 니들 노즈 플라이어
  • X-ACTO 나이프
  • 정밀 드릴 비트: 1/32인치 (0.8mm) 또는 #67 게이지

기타 자료

다음 zip 파일을 다운로드할 수 있습니다.

라우팅 보드 채우기

라우팅 보드 상단에 2핀 암 헤더를 설치하여 WIG-13118 보드를 위에 연결합니다. 각 VCC/GND 쌍과 IN[1:4]/GND 쌍에 2핀 암 헤더가 필요합니다. 보드의 하단에는 3핀 암 헤더가 각각 NO[1:4]/GND 쌍과 POWER 및 GND 구멍에 각각 있어야 합니다. 추가로 조절기와 콘덴서를 채워야 합니다. 그림 9에는 채워진 보드의 개념화된 측면도가 표시되어 있습니다.

채워진 라우터 보드의 측면도

그림 9. 암 헤더, 조절기 및 콘덴서가 채워진 라우터 보드(개념화된 측면도)

채워진 라우팅 보드 이미지는 그림 10(상단) 및 그림 11(하단)에 표시되어 있습니다.

채워진 라우팅 보드 상단

그림 10. 채워진 라우팅 보드 버전 1.1(평면도)

채워진 라우팅 보드 하단

그림 11. 채워진 라우팅 보드 버전 1.1(저면도)

CanaKit 및 SparkFun 서보 보드 조립 준비

라우팅 보드에 CanaKit를 연결하려면 CanaKit 보드 재작업이 필요합니다. 재작업에는 다음이 포함됩니다.

  • NO[1:4]COM[1:4]에서 상단에 있는 파란색 터미널의 땜납을 제거하고 하단에 수 헤더를 추가합니다. 헤더가 200mil 간격을 사용하므로 중앙 커넥터를 당긴 상태에서 3개의 100mil 헤더를 사용할 수 있습니다.
  • VCC_12에서 상단에 있는 3핀 수 헤더의 땜납을 제거하고 하단에 새 헤더를 장착합니다. 점퍼를 폐기합니다.
  • GND에서 상단에 있는 8핀 직각 수 헤더의 땜납을 제거하고 GND의 하단에서 3개의 직선 수 헤더로 교체합니다.
  • 4개의 11mm 암-암 스탠드오프를 수 단부로 연결하여 4개의 16mm 수-암 스탠드오프를 부착합니다. 모든 부품이 채워진 가운데 16mm 스탠드오프가 CanaKit 보드 상단에 위치해야 합니다.

커넥터의 땜납을 제거하고 수 헤더 핀을 부착해야 하는 위치는 그림 12에 표시되어 있습니다.

CanaKit UK1104 보드의 저면도

그림 12. CanaKit UK1104 보드, 땜납 제거 위치(녹색) 및 수 헤더 부착 위치(노란색)(저면도)

VCC_12 및 GND 위치의 땜납을 제거한 이후 땜납이 적절히 흐르고 연결될 수 있도록 헤더 핀 개구부를 준비합니다. 권장되는 드릴 비트 크기를 사용하여 구멍 개구부를 청소하여 구멍 내에 있는 과도한 땜납을 제거합니다. 구멍 내부에 있는 도금이 손상될 수 있으니 권장 크기보다 큰 크기는 사용하지 마세요. NO[1:4], COM[1:4] 핀의 경우 구멍이 0.6mm 헤더 포스트가 아닌 스크루 다운 커넥터의 1mm 포스트용이므로 드릴링할 필요가 없습니다. 그림 12에 노란색으로 표시된 모든 개구부의 경우 CanaKit 보드에는 하단에 땜납 마스크 개구부만 있습니다. 보드를 뒤집어 중첩시킨 다음 땜납이 적절히 부착되도록 구멍 주위 상단에서 땜납 마스크를 제거해야 합니다. X-ACTO 나이프를 사용하여 구멍 주변의 땜납 마스크를 제거하고 구리를 드러냅니다.

그림 13은 땜납 마스크가 제거된 보드 상단의 전원 점퍼 구멍을 확대한 모습입니다. 최종 재작업 보드는 그림 14에 표시되어 있습니다.

전원 점퍼가 제거된 상태를 보여주는 평면도 확대

그림 13. 땜납 마스크를 긁어낸 전원 점퍼 제거(평면도)

스탠드오프로 재작업한 보드

그림 14. 스탠드오프로 재작업한 보드

CanaKit 보드와 라우팅 보드를 쉽게 결합하도록 수 헤더 핀을 라우팅 보드의 암 헤더에 삽입하고 CanaKit 보드에 전부 장착하고 나서 CanaKit 보드의 헤더를 납땜합니다. 이를 통해 조립이 복잡해질 수 있는 수 헤더 틸트가 감소합니다.

시공 중에 제대로 정렬하려면 CanaKit 보드의 수 헤더를 최종 구성에서 조립된 보드에 납땜합니다. 그림 15는 WIG-13118 보드에 수 헤더 핀을 납땜하는 위치를 보여줍니다. 다음 보드 작업을 실시해야 합니다.

  • IN/GND 및 VCC/GND: 라우팅 보드에 연결할 수 있도록 하단에 수 2핀 헤더를 납땜합니다.
  • SIG/VCC/GND: 모터에 연결할 수 있도록 상단에 수 3핀 헤더를 납땜합니다.

SparkFun WIG-13118

그림 15. (a) 헤더를 납땜할 위치가 포함된 SparkFun WIG-13118(평면도), (b) 제자리에 납땜 처리된 수 헤더(개념화된 단면도)

최종 조립

최종 조립 시에는 기계적 지지를 위해 보드와 스페이서를 결합합니다. 라우팅 보드 하단에 나사를 고정하여 WIG-13118 보드가 위를 향해 장착되도록 라우팅 보드에는 8개의 11mm 암-암 스탠드오프가 있어야 합니다. 라우팅 보드가 CanaKit 보드 상단에 장착되어 라우팅 보드 하단에 더 이상 접근할 수 없으므로 11mm 스탠드오프가 먼저 고정됩니다.

그림 16과 같이 라우팅 보드를 CanaKit 보드에 부착하려면 라우팅 보드를 CanaKit 보드에 끼우고 모서리에 4개의 M3 나사를 고정합니다.

CanaKit 릴레이 보드에 장착된 라우팅 보드

그림 16. CanaKit 릴레이 보드에 장착된 라우팅 보드

SparkFun 서보 트리거를 제자리에 끼우고 나사를 조입니다. 그림 17은 완전히 조립된 시스템을 보여줍니다. 그림 18은 조립된 시스템의 측면도를 보여줍니다. 그림 19는 컨트롤러 인클로저의 기계 도면을 보여주며, 그림 20은 인클로저 내부의 조립된 시스템을 보여줍니다.

조립된 시스템의 평면/정면도

그림 17. 조립된 시스템(평면/정면도)

중첩된 보드의 측면도

그림 18. 조립된 시스템(측면도)

컨트롤러 인클로저의 기계 도면

그림 19. 컨트롤러 인클로저의 기계 도면

인클로저에 조립된 컨트롤러

그림 20. 인클로저에 조립된 시스템