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1. 서론
메카트로닉스는 제조업, 비제조업, 서비스업, 전산업 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있는 핵심 기술이다. 메카트로닉스는 하드웨어와 소프트웨어를 기본 요소로 하며, 전자/기계 장치와 제어 프로그램이 융합되어 있다. 구동기는 하나의 장치를 제어하거나 조절하는 하드웨어 장치 또는 프로그램이며, 센서는 물리량을 검출하여 전기적 신호로 변환시켜주는 소자를 의미한다. 또한 검출기, 계측기, 변환기 등의 다양한 메카트로닉스 구성 요소들이 상호 유기적으로 작동하며, 이를 통해 자동화와 지능화가 실현되고 있다. 따라서 메카트로닉스 기술의 발전은 현대 산업 및 기술 발전에 핵심적인 역할을 담당하고 있다.
2. 메카트로닉스 기술의 개요
2.1. 메카트로닉스의 정의와 구성 요소
메카트로닉스는 기계공학, 전자공학, 제어공학 등이 융합된 기술이다. 기계적 요소와 전자적 요소를 결합하여 하드웨어와 소프트웨어가 유기적으로 작동하는 시스템을 의미한다. 메카트로닉스 시스템은 크게 구동기, 센서, 제어기의 3가지 핵심 요소로 구성된다.
구동기는 전기/전자 신호를 기계적인 동작으로 변환하는 장치로, 모터, 액츄에이터 등이 해당된다. 센서는 물리량을 감지하여 전기 신호로 변환하는 역할을 하며, 온도, 압력, 위치, 속도 등 다양한 물리량을 측정할 수 있다. 제어기는 센서로부터 받은 정보를 바탕으로 구동기를 제어하여 시스템 전체를 조정하는 핵심 부품이다. 마이크로프로세서, 컨트롤러, 컴퓨터 등이 제어기에 해당한다.
이와 같이 메카트로닉스는 기계와 전자/전기 기술의 융합을 통해 보다 정밀하고 효율적인 시스템을 구현하는 것이 핵심이다. 제품의 성능 향상, 제조 공정 자동화, 에너지 절감 등 다양한 분야에서 메카트로닉스 기술이 활용되고 있다.
2.2. 하드웨어와 소프트웨어의 융합
하드웨어와 소프트웨어의 융합이다. 메카트로닉스 기술은 하드웨어와 소프트웨어를 기본요소로 한다. 하드웨어는 전자/기계장치의 몸체이며, 소프트웨어는 프로그램이다. 하드웨어와 소프트웨어가 서로 유기적으로 결합되어 복잡한 시스템을 구현할 수 있다. 구동기(driver)는 하나의 다른 장치를 제어하거나 조절하는 하드웨어 장치 또는 프로그램(소프트웨어)이다. 센서(sensor)는 측정 대상물로부터 물리량을 검출하고 이를 전기적인 신호로 변환시켜주는 소자이다. 검출기(detector)는 물리현상을 정량적인 값으로 변환해 그림/숫자로 표시할 수 있는 장비이고, 계측기(measuring instrument)는 양의 크기나 물리적 상태를 양적(수치)으로 포착하여 지시 또는 기록하는 기구이다. 변환기(Transducer)는 한 형태의 에너지로 표현된 신호를 다른 형태의 에너지로 표현된 신호로 바꾸어 준다. 센서, 액추에이터, 양방향 변환기로 나뉜다.
3. 메카트로닉스 응용사례
3.1. 하이패스 시스템
하이패스 시스템은 단말기(OBU)에 하이패스카드(선/후불)를 삽입 후 무선통신을(적외선/주파수/하이패스차로) 이용하여 하이패스 차로를 30km/h이하의 무정차 주행으로 통행료를 지불하는 최첨단 전자요금 수납시스템이다. 최근에는 두 개 이상의 하이패스 차로를 연결하여 빠르고 안전하게 통과할 수 있는 다차로 하이패스를 확대해 나가고 있다.
하이패스 시스템의 구성요소로는 구동기, 제어기, 센서가 있다. 단말기(OBU)는 구동기에 해당하며, 통합 차로 제어기와 안테나(RF/IR)는 제어기에 해당한다. 차량 감지 장치인 레이저 스캐너는 센서에 해당한다. 단말기(OBU)는 하이패스카드를 삽입하고 무선통신으로 요금을 지불하는 역할을 한다. 통합 차로 제어기는 단말기(OBU)와 통신하여 데이터를 관리하...
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