KR101171910B1 - 환경인자에 따른 색변환 가로등 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환경인자에 따른 색변환 가로등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직립 설치되는 지주와, 상기 지주의 상단 또는 상단에 형성되는 아암에 고정되는 LED 램프를 포함하는 가로등과, 상기 LED 램프의 점등, 소등을 제어하고, 실외의 환경인자를 센서를 통해 측정한 후, 측정한 측정된 값을 이용하여 불쾌지수를 계산한 후 계산된 값에 따라 컬러테라피 색상과 상기 가로등의 색상을 제어하는 가로등제어부와, 상기 가로등제어부의 제어신호에 따라 색띠 형 감성색상을 표시하는 LED색상표시판과, 상기 가로등, 가로등제어부 및 LED색상표시판에 전력을 공급하는 전원부로 이루어진 환경인자에 따른 색변환 가로등에 관한 것이다.

Description

환경인자에 따른 색변환 가로등{A COLOR CONVERTER LAMP IN ACCORDANCE WITH THE ENVIRONMENTAL FACTORS}

본 발명은 도로의 가로등, 도심 내부에 설치된 보안등, 공원 등의 디자인을 위해 사용하는 무드 등과 같이 다양한 등(lamp)에 적용가능한 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기본적인 점등 및 소등을 포함하여, 불쾌지수에 따른 컬러테라피 색상변화와 컬러테라피 색상변화에 따른 LED 조명의 색상 변화에 의한 감성조명을 기능을 갖으며, 침수와 결로에 의한 감전의 위협을 감지하여 가로등 조명의 전원을 차단하는 색변환 가로등에 관한 것이다.

기존의 가로등은 대부분 광원으로서 메탈할라이드와 할로겐 등(lamp)을 채택하고 있으며, 상기 메탈할라이드 등(lamp)의 경우, 내부에 첨가된 메탈의 파장 색에 의한 가로등의 발광 색이 결정된다. 이와 같은 경우 대부분 황색을 띠게 된다.

상기 메탈할라이드 계열의 경우 발광색이 단조롭다는 점 외에 점멸시 고압에 의한 전극 마모로 수명이 단축된다는 문제가 있었다.

그러나 최근의 기술을 통해 고휘도 LED를 사용하여 가로등의 에너지 절감과 다양한 색상 구현이 가능하며, 또한 고휘도 3색 침의 운용시 다양한 칼라 변화의 연출이 가능하고, 고압에 의해서 운용되지 않기에 기존의 메탈 등(lamp)의 단점인 고압 방전에 의한 전극 소모와는 전혀 무관하다.

이와 같은 장점에도, 기존의 대부분의 LED 조명은 획일적으로 야간의 조도를 밝혀주는 역할만을 수행하고 있다.

가로등과 관련하여, 기본적인 점등 및 소등외의 기능을 부여한 기술들이 개시된 바 있으며, 구체적으로는 대한민국 공개특허 특1999-0064511 (공개일자 1999년08월05일)의 '플렉스 프로토콜 신호를 이용한 가로등, 보안등의 점소등 방법 및 그 장치', 대한민국 공개특허 10-2006-0109292(공개일자 2006년10월19일)의 '릴레이 중계방식을 이용한 가로등 양방향 원격 제어시스템', 대한민국 공개특허 10-2007-0075199(공개일자 2007년07월18일)의 '전력절감 및 양방향 제어가 가능한 가로등 제어 시스템', 대한민국 공개특허 10-2009-0129614(공개일자 2009년12월17일)의 '일괄 제어 및 단독 감시 기능을 갖는 가로등 제어 시스템'이 있다.

상기 가로등과 관련하여 개시된 기술들은, 가로등의 원격 제어 또는 실시간 제어 등의 기술들에 대해 개시되어 있기는 하나, 본 발명에서 요구되는 온도에 따른 조명과 색상의 변화, 불쾌지수에 따른 색상의 변화, 침수와 결로에 의한 감전의 위협을 감지하고 이를 색상에 의해 경고할 수 있는 색변환 LED 가로등기구의 기술을 도출해 내기는 매우 어렵기 때문에, 본 발명자는 본 발명에서 요구되는 사항을 충족시킬 수 있는 환경인자에 따른 색변환 LED 가로등기구을 개발함으로써, 본 발명의 완성에 이르게 되었다.

대한민국 공개특허 특1999-0064511 (공개일자 1999년08월05일) 대한민국 공개특허 10-2006-0109292(공개일자 2006년10월19일) 대한민국 공개특허 10-2007-0075199(공개일자 2007년07월18일) 대한민국 공개특허 10-2009-0129614(공개일자 2009년12월17일)

상기의 문제를 해결하고자, 본 발명은 가로등의 기본적인 조명기능을 갖도록 LED 램프의 점등, 소등이 가능하고, 불쾌지수를 측정하여 측정된 값에 따른 컬러테라피의 색상변화를 주어 불쾌지수를 시각적으로 확인할 수 있고, 또한 상기 컬러테라피 색상에 따른 LED 램프의 조명 색상을 변화시킴에 따라 불쾌지수를 낮출 수 있는 감성조명으로서의 기능을 갖으며, 더욱이 침수와 결로에 의한 감전의 위협을 감지하여 가로등의 전원을 차단함으로써 보행자의 안전을 확보할 수 있는 환경인자에 따른 색변환 가로등을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는

직립 설치되는 지주(101)와, 상기 지주의 상단 또는 상단에 형성되는 아암(102)에 고정되는 LED 램프(103)를 포함하는 LED 가로등기구(10)과,

상기 LED 램프(103)의 점등, 소등을 제어하고, 실외의 환경인자를 센서를 통해 측정한 후, 측정한 측정값을 제어알고리즘을 통해 연산한 후, 온도에 따른 LED 가로등기구 조명과 동일한 컬러의 변화표시, 불쾌지수에 따른 컬러테라피 색상의 변화표시, 침수와 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 LED색상표시판에 색상별로 표출되도록 제어하는 가로등제어모듈(20)과,

상기 가로등제어모듈(20)의 제어신호에 따라 온도에 따른 LED 가로등기구 조명과 동일한 컬러의 변화표시, 불쾌지수에 따른 컬러테라피 색상의 변화표시, 침수와 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 색상별로 표출시키는 LED색상표시판(30)과,

상기 LED 가로등기구(10), 가로등제어모듈(20) 및 LED색상표시판(30)에 전력을 공급하는 전원부(40)가 포함되어 구성됨으로써 달성된다.

본 발명에 따른 환경인자에 따른 색변환 가로등은 외부의 환경인자에 따라 다양하게 색상변화를 줄 수 있어 조명기능 외에 디자인 측면에 있어 강한 장점이 있으며, 또한 긴급을 요하는 상황이거나 또는 필요한 경우에 가로등의 점멸, 색상변화를 통제할 수 있다는 장점을 갖는다.

보다 구체적으로는,

도로의 조명의 경우에는 LED 램프에 의한 기본적인 조명기능과 불쾌지수에 따른 LED색상표시판(30)의 색상변화를 주어 불쾌지수를 시각적으로 확인할 수 있고, 또한, 지주 내부에 결로감지센서를 설치함으로써 누전감지 및 누전차단의 기능을 갖는다.

그리고 골목 가로등 또는 무드 등의 경우에는 LED 램프에 의한 기본적인 조명기능과, 불쾌지수에 따른 LED색상표시판(30)의 컬러테라피 색상변화를 주어 불쾌지수를 시각적으로 표시하고, 상기 컬러테라피 색상으로 확인되는 불쾌지수 수치를 낮출 수 있는 색상으로 가로등 색상의 변화를 줌으로써 불쾌한 감정을 낮출 수 있는 감성조명으로서의 기능을 갖으며, 또한, 지주 내부에 결로감지센서를 설치함으로써 누전감지 및 누전차단의 기능을 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 환경인자에 따른 색변환 가로등의 전체 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 "T"자형 가로등 타입으로 이루어진 색변환 가로등의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 "I"자형 가로등 타입으로 이루어진 색변환 가로등의 구성요소를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 가로등제어모듈(20)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 결로감지센서의 구성요소를 도시한 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 마이크로컨트롤러(203)의 광색가변 제어회로과정을 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 자기감지센서의 동작과정을 도시한 일실시예도.

먼저, 본 발명에서 설명되는 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue)의 색상이 인체에 미치는 영향에 관해 설명한다.

[빨강(Red)]

빨강은 피와 생명과 힘, 생명력, 흥분, 기쁨 그리고 사랑과 관련된 따뜻하고 자극적인 색으로, 이는 우울증의 치료에 효과가 있고, 몸을 따뜻하게 해주어 고통을 줄여준다. 또한 피와 순환에 관한 병을 고치는 힘 있는 치료제로서 이용된다.

[초록(green)]

초록색은 자연, 성장 그리고 영구적이고 신뢰할 수 있고 정직한 것의 색이다. 또한 마음을 진정 시키고 평화롭고 정적이며 치료하는 색이다. 연두는 새로운 인생, 활력, 성장, 부흥, 기쁨을 나타낸다. 지친 신경과 심장을 도와주며 감정의 균형을 잡아주고 조용하게 해준다. 또 고요하고 조용한 분위기를 만들어내기 때문에 임산부에게 좋은 색이다. 스트레스, 긴장, 불안함, 불면증에 효과가 있다. 피곤한 신경을 회복시키고 신경에 영양을 준다.

[파랑(blue)]

파랑색은 후퇴색으로 무한한 거리와 깊이감이 느껴진다. 이는 또한 진실, 성실, 조화, 침착, 희망의 색이다. 또한, 정신적인 긴장을 풀어주는 색이며 진리와 고요의 색이기도 하다. 신경계에 안정 효과를 주며 긴장 이완의 효과도 매우 크다. 또한 불면증과 과잉 행동 아동에게 이상적이다. 파랑은 신경의 흥분을 가라앉히는데 도움을 준다. 파랑 색으로 칠해진 벽은 처음에는 진정 효과를 주지만 시간이 지나면 기분을 가라앉히는 효과도 가져온다. 파랑은 맥박수를 줄여주며 신경에 영양분으로 작용한다. 파란색은 쓴맛을 느끼게 하기 때문에 다이어트 중에 파란색 그릇을 사용하면 효과가 있다.

이러한 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue)의 색상이 인체에 미치는 특성을 이용하여, 본 발명에서는 온도에 따른 LED 가로등기구 조명과 동일한 컬러의 변화표시, 불쾌지수에 따른 컬러테라피 색상의 변화표시, 침수와 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 LED색상표시판에 색상별로 표출되도록 구성하는 것을 특성으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 LED색상표시판(30)의 컬러테라피 색상변화는 외부 환경요인 즉, 외부의 건구온도, 습구온도를 측정하고, 이와 같이 측정된 값을 이용하여 불쾌지수를 계산한 후, 이들을 색상으로 표현하는 컬러테라피에 적용하는 것을 특성으로 한다.

또한, 우리나라의 날씨는 점차 아열대 기후로 변하면서 가로등의 침수가 빈발하게 발생하고 있으며, 이에 따른 감전사고도 빈번하게 일어나고 있다. 이에 전원 CASE 표면에 피막 저항을 입혀 이를 센싱하고 침수나 결로에 의하여 저항이 낮아지면 가로등제어부(20)에 의한 전원 차단을 수행하거나 LED 램프를 점멸시킴으로써, 감전의 위험을 사람들에게 알릴 수 있도록 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 환경인자에 따른 색변환 가로등(1)의 구성요소를 도시한 블럭도에 관한 것으로, 이는 LED 가로등기구(10), 가로등제어모듈(20), LED색상표시판(30), 전원부(40)로 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 환경인자에 따른 색변환 가로등(1)은 도 2에서 도시한 바와 같이, "T"자형 가로등 타입으로 구성되거나, 도 3에서 도시한 바와 같이, "I"자형 가로등 타입으로 구성된다.

먼저, 본 발명에 따른 LED 가로등기구(10)에 관해 설명한다.

상기 LED 가로등기구(10)은 가로를 따라서 설치돼서 가로교통의 안전과 보안의 역할을 한다.

이는 직립 설치되는 지주(101)와, 상기 지주의 상단 또는 상단에 형성되는 아암(102)에 고정되는 LED 램프(103)로 구성된다.

상기 LED 램프(103)는 LED 불빛을 발광시키는 것으로, LED소자와, 상기 LED소자가 설치되어 있는 케이스와, 상기 케이스의 배면에 설치되는 알루미늄 재질의 방열판을 포함하여 이루어진다. 이는 램프커버, 반사판, RGB LED모듈로 구성된다.

상기 RGB LED모듈은 메인컨트롤러의 광색가변 제어신호에 따라 빨강(Red), 파랑(Blue), 녹색(Green), 황색(Yellow) LED 중 어느 하나 이상이 선택되어 색변환되는 것으로, 이는 내부의 중앙라인을 따라 빨강(Red) LED, 진한빨강(Ultra-Red) LED, 파랑(Blue) LED, 녹색(Green) LED, 황색(Yellow) LED 중 어느 하나가 선택된 단일 파장을 갖는 단일 색상 LED 모듈이 형성되고, 단일 색상 LED 모듈 일측에 빨강(Red) LED, 진한빨강(Ultra-Red) LED, 파랑(Blue) LED, 녹색(Green) LED, 황색(Yellow) LED 중 어느 하나 이상이 선택되어 복수 파장을 갖는 풀 색상 LED(Full Color Led) 모듈이 형성된다.

여기서, RGB LED는 기존의 백열전구와 같은 필라멘트 직접 가열방식이나 형광등과 같은 방전을 통한 2차유도 형태의 발광도 아닌 반도체에 전기에너지를 주입하여 그 전기에너지로부터 직접 빛으로 전환하는 메커니즘을 사용하며, 광-전기 변환형의 반도체 소자로서, 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기 신호를 원하는 영역의 파장대역(적외선: 10^-3nm ~ 390nm, 가시광선: 390nm ~ 780nm, 자외선: 780nm 이상)을 갖는 빛으로 변환시켜 신호를 보내고 받는데 사용된다.

RGB LED의 발광 원리를 살펴보면 순수 부도체는 전기가 흐르기 어려운 특성이 있으나 부도체와 달리 빛이나 열, 또는 불순물 등의 외부 자극을 가할 경우 전기가 흐르게 되며 이 전기의 흐름을 인위적으로 조절할 수 있다. 물질을 구성하는 중심에 원자핵이 있고 원자핵 주변을 전자가 돌고 있는데 안쪽 궤도는 낮은 에너지를 가지며, 바깥쪽 전자는 높은 에너지가 있다. 낮은 궤도에서 돌고 있던 전자가 외부로부터 전자기 또는 열에너지를 받으면 여기 되어 높은 궤도로 천이하게 된다.

높은 궤도로 천이된 전자가 원래의 궤도로 되돌아가면서 궤도차만큼의 에너지를 외부로 방출하는데 이때 방출되는 에너지의 형태는 열 또는 빛과 같은 전자파의 형태를 가지게 된다.

그 중에서도 LED는 빛으로 방출되는 에너지를 이용하는 것이며 이때의 빛의 색깔은 궤도 에너지 준위차(energy band gap)에 의해 결정된다.

즉 준위차가 큰 경우 단파장의 빛, 즉 자외선이나 파란색 계통의 빛이 나오고 작을 경우 장파장을 가진 적색 계열의 빛이나 적외선이 나오게 된다.

본 발명에 따른 LED 가로등기구은 이와 같은 LED 램프를 이용하여 가로등의 기본적인 조명기능을 갖음과 동시에 LED색상표시판(30)의 컬러테라피 색상에 따라 불쾌지수를 낮출 수 있는 색상으로 조명 색상을 변화시킴으로써 불쾌지수를 감소시킬 수 있는 감성 조명으로서의 기능을 더해지도록 감성조명제어부가 포함되어 구성된다.

상기 감성조명제어부는 가로등제어모듈(20)의 센싱부로부터 감지된 주위의 온도, 습도에 따라 LED 램프를 불쾌지수를 낮출 수 있는 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue)로 표출시키도록 제어하는 역할을 한다.

이는 원칩마이컴인 PIC16C711로 구성된다.

즉, 입력단자에 가로등제어모듈(20)의 센싱부가 연결되고, 출력단자 일측에 웜 & PWM 1 신호를 통해 빨강(Red) LED를 구동시키고, 또 다른 출력단자 타측에 PWM 2 신호를 통해 초록(Green)를 구동시키며, 또 다른 출력단자 일측에 PWM 3 신호를 통해 파랑(Blue)을 구동시킨다.

다음으로, 본 발명에 따른 가로등제어모듈(20)에 관해 설명한다.

상기 가로등제어모듈(20)은 LED 램프(103)의 점등, 소등을 제어하고, 실외의 환경인자를 센서를 통해 측정한 후, 측정한 측정값을 제어알고리즘을 통해 연산한 후, 온도에 따른 LED 가로등기구 조명과 동일한 컬러의 변화표시, 불쾌지수에 따른 컬러테라피 색상의 변화표시, 침수와 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 LED색상표시판에 색상별로 표출되도록 제어하는 역할을 한다.

이는 멀티센서부(201), A/D 컨버터(202), 마이크로컨트롤러(203), LED 드라이버(204), 자속감지센서(205)로 구성된다.

첫째, 본 발명에 따른 멀티센서부(201)에 관해 설명한다.

상기 멀티센서부(201)는 LED 가로등기구(10) 주변의 온도, 습도, 결로를 측정하는 역할을 한다.

이는 LED 가로등기구 일측에 설치되어 주위의 온도를 측정하는 온도센서(201a), 습도센서(201b)와, 지주(101) 내부에 설치하는 결로감지센서(201c)를 포함하여 이루어진다.

상기 온도센서(201a), 습도센서(201b)는 부의 온도계수를 갖는 부특성 서미스터(NTC)이며, Sensor에 의하여 측정된 아날로그값은 A/D converter를 통하여 디지털값으로 변환되며, 마이크로컨트롤러의 P1포트의 입력으로 들어가게 되어 온도 값을 측정하게 된다. 온도 값은 일정한 주기마다 반복되어 측정되고, 측정된 온도 값에 의하여 프로그램에서 온도에 대한 광출력을 보상하는 PWM 신호를 출력하도록 한다.

고휘도 LED의 동작과 신뢰성은 온도에 의하여 많은 영향을 받기 때문에 구동회로를 설계할 때 온도 특성을 고려하여 회로를 설계하여야 한다. 온도변화는 고휘도 LED의 전압과 전류를 변화시켜 광속의 변화를 가져올 뿐만 아니라, 고휘도 LED의 고유파장을 변화시켜 색의 변화를 가져온다.

이때 센싱 수식, 변경된 값 = (NEW + OLD)/2이고,

필터링 값은, Flitering =

이다.

그리고, 상기 외부 환경요인을 측정하기 위한 센서로써,

온도 센서(201a)는 일반적으로 접촉식과 비접촉식으로 나누어진다. 온도 센서의 종류로는 접촉식 방식인 열팽창식 센서, 금속 측온저항체, 서미스터, IC 온도 센서, 수정 온도센서가 있고, 비접촉식 방식인 초전형 온도 센서, 양자형 온도 센서가 있다. 본 발명에서는 열전기 원리를 이용한 IC 온도 센서를 이용하며, 상기 IC 온도 센서의 온도범위는 -200 ~ 800℃이다.

상기 습도센서(201b)는 세라믹습도센서, 고분자습도센서, 열전도습도센서 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.

세라믹스습도센서는 물리적, 화학적 및 열적으로 안정한 재질이기 때문에 습도센서 재료로 적합한 특성을 가진다.

고분자습도센서는 오염에 대한 내구성이 비교적 강하고 사용온도는 60'C 이하이다. 이는 저항형과 용량형이 있으며, 전자는 제 4급 암모늄염 폴리머나 폴리스텔렌 술폰산염이 이용되며 후자는 셀룰로오스를 베이스로 하고 있다.

열전도 습도센서는 열전도라고 하는 물리적 현상을 이용한 것으로, 이는 2개의 서미스터를 사용하는데 1개는 건조공기를 밀봉하고 1개는 분위기에 노출시킨다. 2개의 서미스터와 저항 2개로 브리지회로를 구성한다. 습도의 증가와 감소에 대하여 90%까지 12~13초에 응답하고 히스테레시스가 전혀 없으며, 0~100%RH의 전영역에 정확히 반응하는 특성을 가진다.

상기 결로감지센서(201c)는 도 5에 도시된 바와 같이, 그라운드와 접지되는 디지털접지부와, 탄소로 저항을 형성한 피막저항부와, 피막저항부의 상단에 형성되어 결로에 따른 저항을 측정하는 저항측정부로 구성되어 있어, 결로(結露)에 따른 습도의 증가에 따라 저항값의 변화량을 마이크로컨트롤러로 전달시키는 역할을 한다.

둘째, 본 발명에 따른 A/D 컨버터(202)에 관해 설명한다.

상기 A/D 컨버터(202)는 멀티센서부로부터 측정된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키는 역할을 한다.

셋째, 본 발명에 따른 마이크로컨트롤러(203)에 관해 설명한다.

상기 마이크로컨트롤러(203)는 A/D 컨버터로부터 변환된 디지털 데이터를 입력받아 초기값에 설정된 시간이 경과한 후 측정된 측정값에 따라 RGB 색상값을 보정하고, 보정된 RGB 색상값을 RGB LED 구동 PWM신호로 변환시켜 LED색상표시판(30)으로 구동신호를 보내도록 제어하고, 멀티센서부(202)로부터 전달된 결로감지신호를 통해 ED색상표시판(30)으로 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 표출시키도록 제어하며, 자속감지센서부로부터 전달된 누전전류에 의한 자속변화를 통해 LED색상표시판(30)으로 침수에 의한 감전 위험과 경고표시를 표출시키도록 제어하는 역할을 한다.

본 발명에 따른 LED 가로등기구은 RGB 모듈 작동시 출력되는 전력을 전력센싱저항을 통해 검출하여, 마이크로컨트롤러로 RGB 모듈에 따른 부하전력을 전송시키도록 구성된다.

즉, 본 발명에서는 LED 가로등기구의 RGB 모듈과 마이크로컨트롤러 사이에 전력센싱저항 R2를 구성하여, RGB 모듈 작동에 따른 부하전력의 세기에 따라 선형적으로 흐르는 반응전류를 전력 센싱저항 R2를 통해서 전압으로 변환시켜 마이크로컨트롤러의 입력단자 일측에 전송시킨다

이때, 마이크로컨트롤러에서는 RGB 모듈 작동에 따른 부하전력의 세기와, DC-DC 컨버터로 출력된 DC 전압의 세기를 연산하여, 부족한 전압량을 DC-DC 컨버터로 PWM 출력제어신호로 출력시킨다.

이는 입력단자 일측에 온도센서가 연결되고, 또 다른 입력단자 타측에 습도센서가 연결되며, 또 다른 입력단자 타측에 결로감지센서가 연결되고, 또 다른 입력단자 타측에 자속감지센서가 연결되며, 출력단자 일측에 DC-DC 컨버터가 연결되어 PWM 출력제어신호를 출력시키며, 입력단자 일측에 전력 센싱저항 R2을 통해 RGB LED 모듈이 연결되어 출력단자와 연결되어, RGB LED 모듈 작동에 따른 부하전력의 세기가 입력되며, 출력단자 타측에 RGB 색상 보정부가 연결되어 RGB 색상값을 온도값에 따라 선별하여 출력시키도록 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로컨트롤러(203)는 A/D 컨버터로부터 변환된 디지털 데이터를 입력받아 초기값에 설정된 시간이 경과한 후 측정된 측정값에 따라 RGB 색상값을 보정하고, 보정된 RGB 색상값을 RGB LED 구동 PWM신호로 변환시켜 LED색상표시판(30)으로 구동신호를 보내도록 제어하는 RGB 색상변환모드와, 멀티센서부(202)로부터 전달된 결로감지신호를 통해 LED색상표시판(30)으로 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 표출시키도록 제어하는 결로감지표출모드와, 자속감지센서부로부터 전달된 누전전류에 의한 자속변화를 통해 LED색상표시판(30)으로 침수에 의한 감전 위험과 경고표시를 표출시키도록 제어하는 누전전류감지표출모드가 포함되어 구성된다.

본 발명에 따른 RGB 색상변환모드는 온도를 기본으로 하며 아래의 표 1의 테이블을 적용한다.

상기 RGB 색상변환모드는 먼저, 초기건구온도값(A)과 초기습구온도값(B)을 측정하는 단계와,

하기 수학식 1에 의한 D값(불쾌지수)을 계산하는 단계를 거친다.

수학식 1은 온도센서(202a), 습도센서(202b)를 사용하여 측정된 값을 이용하여 계산하게 된다.

D = 40.6 + 0.72 ×(건구온도 + 습구온도)

상기 D값에 따른 색변환은 다음의 표 1과 같다.

D값에 따른 색변환

D값	LED색상표시판(30)	가로등(10) 색상
70미만	연두색과 푸른색	온도에 따른 가로등의 기본색상
70이상 75미만	황색	녹색
75이상	적황색	녹청색
80이상	붉은색	청색

상기 표 1에 기재하고 있는 바와 같이, 온도센서(202a), 습도센서(202b)를 이용하여 측정된 값에 따라 D값이 결정되면, 상기 LED색상표시판(30)은 D값에 따라 색상을 변화시킴으로써, 현재의 불쾌지수를 색상으로 표현하게 된다.

그리고, 이때 가로등(10)은 상기 D값을 반영하여 불쾌지수를 감소시킬 수 있는 색상으로 변경되어 행인들의 불쾌지수를 감소시킬 수 있는 감성조명으로서의 기능을 갖게 된다.

상기 LED 가로등기구의 광색가변 제어회로는 도 6에 도시된 바와 같이, 펄스구동회로 방식을 기본으로 구성하며, 마이크로컨트롤러를 사용하여 광색을 가변하기 위한 PWM제어신호를 발생하도록 한다.

상기 제어회로는 마이크로컨트롤러 1개와 D Flip-Flop 1개, 스위칭에 필요한 NPN 트랜지스터 8개로 구성된다. PWM 신호의 전달지연을 제거하기 위하여 D Flip-Flop의 출력측에 Buffer IC를 연결한다.

상기 마이크로컨트롤러는 8K byte의 ROM과 256×8bit RAM이 내장되어 있어서 외부 ROM이나 RAM이 필요하지 않고, 기능과 Space면에서도 많은 장점을 가지며, 또한 통신포트를 이용하여 컴퓨터와 직접 Interface를 할 수도 있다.

Buffer IC부는 Buffer IC의 8bit 입력은 D Flip-Flop의 출력과 연결되어 있다. Buffer IC의 각 핀은 스위칭 트랜지스터의 베이스핀에 각각 연결된다. Buffer IC 역시 P3 포트 중 2개의 포트가 Buffer IC를 동작시키기 위하여 연결된다.

넷째, 본 발명에 따른 LED 드라이버(204)에 관해 설명한다.

상기 LED 드라이버(204)는 RGB LED 모듈을 PWM 신호로 구동시키는 역할을 한다.

다섯째, 본 발명에 따른 자속감지센서(205)에 관해 설명한다.

상기 자속감지센서(205)는 중첩맥류에 의해 발생된 마그네틱 필드로 누전 포인트를 체크하고, 이때 흐르는 누전전류에 의한 자속변화를 감지해서 마이크로컨트롤러로 전달시키는 역할을 한다.

이는 도 7에서 도시한 바와 같이, 폐 루프(closed loop) 형상의 자성층; 서로 대향하여 상기 폐 루프와 접하며, 전류가 입/출력되는 한 쌍의 전류단자; 및 서로 대향하여 상기 폐 루프와 접하며, 출력전압을 검출하는 한 쌍의 전압단자를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 자기감지센서에서 상기 한 쌍의 전압단자에서 출력되는 출력전압은 상기 자성층의 비등방성자기저항(AMR; anisotropic magneto-resistance) 및 평면홀저항(PHR; planar hall resistance)에 의한 특징이 있다.

상기 자성층은 강자성 박막을 포함하며, 바람직하게, 상기 자성층은 교환결합력이 결부된 강자성(ferromagnetic) 박막을 포함한다.

상세하게, 상기 한 쌍의 전압단자에서 출력되는 출력전압은 상기 폐 루프(closed loop) 형상의 자성층을 통과하는 전류의 방향으로 유도되는 전압에 기인하는 이방성자기저항(AMR; anisotropic magneto-resistance) 특성 및 전류의 방향에 수직으로 유도되는 평면홀저항(PHR; planar hall resistance)에 의한 것인 특징이 있으며, 교환 결합력을 이용하여 자구들을 한쪽 방향으로 정렬하면 원형 폐 루프를 돌아 흐르는 모든 지점에서 전류의 방향이 변화하며, 따라서 전류의 방향과 자화 방향의 사이각이 달라진다. 이들 폐 루프의 모든 지점에서의 자기저항 효과를 합산한 경우의 자기저항 효과가 출력전압으로 유도된다.

이때 전류의 방향과 교환 결합력의 방향이 평행인 출력전압단자 부근에서는 평면 홀저항 특성이 우세하며, 전류의 방향과 교환 결합력의 방향이 수직인 입력전류단자로부터 45도 부근에서는 이방성 자기저항 특성이 우세하게 된다.

따라서 원형의 폐 루프 형상의 자기감지센서는 이방성 자기저항(AMR; anisotropic magneto-resistance) 특성 및 평면 홀저항(PHR;planar hall resistance) 특성 모두를 갖는 신규한 자기감지센서이다.

본 발명에 따른 자기감지센서에서, 상기 폐 루프는 원형 폐 루프인 것이 바람직하며, 상기 폐 루프의 중심반경(R:radius)과 상기 폐 루프의 폭(w :width)의 비(r/w ratio)에 의해, 상기 출력전압에 기여하는 비등방성자기저항에 의한 전압과 평면홀저항에 의한 전압의 비가 조절되는 특징이 있다.

즉, 상기 폐 루프의 중심 반경(r:radius)과 상기 폐 루프의 폭(w:width)의 비(r/w ratio, 이하, r/w)를 조절하여 폐 루프의 저항치를 조절할 수 있으며, r/w가 큰 경우에는 이방성자기저항특성이 우세하게 되고, r/w가 작은 경우에는 평면홀효과가 우세하게 되어 상기 출력전압에 기여하는 이방성 자기저항에 의한 전압과 평면 홀저항에 의한 전압의 비가 조절된다.

상기 루프의 중심반경과 상기 루프의 폭의 비인 r/w는 0.2 이상인 특징이 있으며, 실질적으로 0.8 내지 8900 이다.

다음으로, 본 발명에 따른 LED색상표시판(30)에 관해 설명한다.

상기 LED색상표시판(30)은 가로등제어모듈(20)의 제어신호에 따라 온도에 따른 LED 가로등기구 조명과 동일한 컬러의 변화표시, 불쾌지수에 따른 컬러테라피 색상의 변화표시, 침수와 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 색상별로 표출시키는 역할을 한다.

상기 LED색상표시판(30)은 확산판(301)과, 상기 확산판(301)의 후단에 위치하는 3색 LED모듈(302)과, 상기 3색(RGB) LED모듈(302)에서 발생하는 열을 배출하는 방열판(303)을 포함하여 이루어지는 것으로서,

상기 확산판(LightGuidePlate;301)은 단량체인 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA) 99.8 ~ 99.9wt%와, 2,2’-azobisisobutyronitrile(AIBN)의 개시제 0.003 ~ 0.1wt%와, 2.0 ~ 6.0㎛의 TiO₂ 입자인 광확산제(light scatterer, LS) 0.001 ~ 0.1wt%를 용기에 넣은 후, 10 ~ 20분 동안 초음파 처리하여 광확산제를 용액 내에서 분산시키고, 상기 광확산제를 분산시킨 용액을 95 ~ 105℃에서 5 ~ 20분 동안 반응시킨 후 상온까지 냉각시킨 다음, 상기 냉각시킨 용액의 총 함량에 대해 저온개시제를 0.02 ~ 0.05wt%로 첨가한 후, 5 ~ 15분 동안 교반한 다음 50 ~ 70℃에서 20 ~ 40분 동안 반응시키고, 용액 내의 광확산제의 균일한 분산과 기포제거를 위해 2 ~ 10분 동안 초음파처리를 한 다음, 초음파를 제거한 용액을 성형틀에 주입한 후 60 ~ 70℃의 열을 가하여 추가 중합하며, 중합이 끝난 PMMA 확산판을 85 ~ 95℃에서 20 ~ 25시간 동안 건조하여 제조된 것이다.

상기 확산판(301)은 단량체인 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA)를 중합과정을 거쳐 PMMA가 생성됨으로써, 기계적 강도가 높아 깨지거나 변형되지 않으며, 가벼우면서도 화학적 내성이 강한 확산판을 제공할 수 있으며, 특히 광확산제를 첨가함으로써 광산란 증가에 따른 광산란 중심의 광세기가 증가하는 효과를 가질 수 있다.

상기 광확산제는 단량체인 메틸메타크릴레이트, 개시제와의 전체 혼합비율 중 0.001 ~ 0.1wt%의 범위 내에서 사용량을 한정하는 것으로서, 그 사용량이 0.001wt% 미만인 경우에는 광확산 효과가 미미하고, 0.1wt%를 초과하게 되는 경우에는 확산판의 물성에 영향을 미칠 수 있다.

또한, 상기 광확산제의 입자의 크기는 2.0 ~ 6.0㎛로 한정하여 광산란의 증가와 이로 인한 광산란 중심의 광세기 증가의 효과를 가질 수 있다.

이와 같이 제조된 본 발명에 따른 확산판은 광원에서 유입된 입사광을 확산판 전체에 균일하게 하여 도달하여 고른 휘도분포를 얻을 수 있도록 하는 역할을 하고, 동시에 선광원과 점광원을 면광원으로 바꾸어주는 역할을 하게 된다.

다음으로, 본 발명에 따른 전원부(40)에 관해 설명한다.

상기 전원부(40)는 LED 가로등기구(10), 가로등제어모듈(20) 및 LED색상표시판(30)에 전력을 공급시키는 역할을 한다.

이하, 본 발명에 따른 환경인자에 따른 색변환 가로등의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.

먼저, 전원부(40)에서 LED 가로등기구(10), 가로등제어모듈(20) 및 LED색상표시판(30)에 전력을 공급한다.

이어서, 가로등제어모듈(20)의 제어하에, LED 램프(103)의 점등, 소등을 제어하고, 실외의 환경인자를 센서를 통해 측정한 후, 측정한 측정값을 제어알고리즘을 통해 연산한 후, 온도에 따른 LED 가로등기구 조명과 동일한 컬러의 변화표시, 불쾌지수에 따른 컬러테라피 색상의 변화표시, 침수와 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 LED색상표시판에 색상별로 표출되도록 제어한다.

끝으로, LED색상표시판(30)을 통해 가로등제어모듈(20)의 제어신호에 따라 온도에 따른 LED 가로등기구 조명과 동일한 컬러의 변화표시, 불쾌지수에 따른 컬러테라피 색상의 변화표시, 침수와 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 색상별로 표출시킨다.

본 발명에 따른 환경인자 측정값에 따라 색 변환되는 가로등은 평상시에는 외부 환경요인인 온도, 습도 등을 센서로 측정한 후 측정된 값에 따라 색상 보정과정을 거침으로써 다양한 색상 연출이 가능하여, 미적, 디자인 측면에 있어 강한 장점을 갖으며, 또한 긴급을 요하는 상황이거나 필요한 경우에 통신에 의한 가로등의 점멸, 색상변환의 통제가 가능하여 그 기능성이 매우 뛰어나 산업상 이용가능성이 크다.

10 : LED 가로등기구 20 : 가로등제어모듈
30 : LED색상표시판 40 : 전원부
201 : 멀티센서부 202 : A/D 컨버터
203 : 마이크로컨트롤러 204 : LED 드라이버
205 : 자속감지센서

Claims (5)

1. 직립 설치되는 지주(101)와, 상기 지주의 상단 또는 상단에 형성되는 아암(102)에 고정되는 LED 램프(103)를 포함하는 LED 가로등기구(10)과,
   상기 LED 램프(103)의 점등, 소등을 제어하고, 실외의 환경인자를 센서를 통해 측정한 후, 측정한 측정값을 제어알고리즘을 통해 연산한 후, 온도에 따른 LED 가로등기구 조명과 동일한 컬러의 변화표시, 불쾌지수에 따른 컬러테라피 색상의 변화표시, 침수와 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 LED색상표시판에 색상별로 표출되도록 제어하는 가로등제어모듈(20)과,
   상기 가로등제어모듈(20)의 제어신호에 따라 온도에 따른 LED 가로등기구 조명과 동일한 컬러의 변화표시, 불쾌지수에 따른 컬러테라피 색상의 변화표시, 침수와 결로에 의한 감전 위험과 경고표시를 색상별로 표출시키는 LED색상표시판(30)과,
   상기 LED 가로등기구(10), 가로등제어모듈(20) 및 LED색상표시판(30)에 전력을 공급하는 전원부(40)로 이루어진 것에 있어서,
   상기 LED색상표시판(30)은 확산판(301)과, 상기 확산판(301)의 후단에 위치하는 3색 LED모듈(302)과, 상기 3색(RGB) LED모듈(302)에서 발생하는 열을 배출하는 방열판(303)을 포함하여 이루어지고,
   상기 확산판(LightGuidePlate;301)은 단량체인 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA) 99.8 ~ 99.9wt%와, 2,2’-azobisisobutyronitrile(AIBN)의 개시제 0.003 ~ 0.1wt%와, 2.0 ~ 6.0㎛의 TiO₂ 입자인 광확산제(light scatterer, LS) 0.001 ~ 0.1wt%를 용기에 넣은 후, 10 ~ 20분 동안 초음파 처리하여 광확산제를 용액 내에서 분산시키고, 상기 광확산제를 분산시킨 용액을 95 ~ 105℃에서 5 ~ 20분 동안 반응시킨 후 상온까지 냉각시킨 다음, 상기 냉각시킨 용액의 총 함량에 대해 저온개시제를 0.02 ~ 0.05wt%로 첨가한 후, 5 ~ 15분 동안 교반한 다음 50 ~ 70℃에서 20 ~ 40분 동안 반응시키고, 용액 내의 광확산제의 균일한 분산과 기포제거를 위해 2 ~ 10분 동안 초음파처리를 한 다음, 초음파를 용액을 성형틀에 주입한 후 60 ~ 70℃의 열을 가하여 추가 중합하며, 중합이 끝난 PMMA 확산판을 85 ~ 95℃에서 20 ~ 25간 동안 건조하여 제조되어,
   상기 컬러테라피 색상을 표시하는 것으로서,
   상기 컬러테라피 색상은 건구온도값(A), 습구온도값(B)을 측정하는 단계와,
   하기 수학식 1에 의한 D값을 계산하는 단계와,
   (수학식1)
   D = 40.6 + 0.72 ×(건구온도 + 습구온도)
   상기 D의 값이 70 미만인 경우에는 연두색과 푸른색, 70 이상 75 미만인 경우에는 황색, 75 이상인 경우에는 적황색, 80 이상인 경우에는 붉은색으로 결정되어 불쾌지수를 색상으로 표시하는 것임을 특징으로 하는 환경인자에 따른 색변환 가로등.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images