KR0178330B1 - 퍼지형 가로등 자동점멸장치 및 방법 - Google Patents

퍼지형 가로등 자동점멸장치 및 방법 Download PDF

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KR0178330B1
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Abstract

본 발명은 1년중 1주 단위의 적위 계산부와 일출, 일몰시간 계산부에 의한 타이머 방식 및 조도량 센서방식을 함께 적용한 혼합형 가로등 점멸 제어시스템에 퍼지이론 방식을 적용함으로써 안락한 환경조성, 에너지 절감 및 램프의 수명 연장을 고려하여 가로등 점멸시간을 최적으로 제어할 수 있게한 퍼지형 가로등 자동점멸장치 및 그 방법에 관한 것으로, 일찍부터 가로등 및 보안등으로 인한 전기에너지 소비의 절약을 위하여 많은 연구를 수행하고 있으며, 최근에는 원격제어 및 자기고장진단등 첨단기능을 가지고 있는 각종 가로등 자동점멸기를 타이머 방식 및 광센서 방식등으로 실용화하고 있으나, 각 제품마다 서로 다른 특성을 내포하고 있으며, 가로등의 점멸시간을 최적으로 제어하는데 제한을 받는 문제점이 있었다. 이러한 점을 감안하여, 일출, 일몰시간 데이타를 메모리에 저장할 필요없이 각지역의 일출, 일몰시간으로부터 적위를 구해, 그 적위 및 위도값을 메모리에 저장해둠으로써 그 적위 및 위도값으로부터 일출, 일몰시간을 직접계산하고, 측정각도를 각기 달리한 4조의 조도량 센서에 의해 조도량을 감지하며, 상기 계산된 일출, 일몰시간 및 상기 조도량 감지신호에 퍼지이론을 적용하여 가로등의 점멸을 최적으로 제어하게 하고, 정전압 전원장치를 가로등에 적용하여 램프의 수명연장 및 에너지 절감효과를 동시에 이루도록 한다.

Description

퍼지형 가로등 자동점멸장치 및 방법
제1도는 본 발명 퍼지형 가로등 자동점멸장치의 블록도.
제2도는 제1도 중앙제어부의 상세 블록도.
제3도는 적도 좌표계의 설명도.
제4도는 1년중 적위의 변화특성도.
제5도는 1년중 일출시간 변화특성도.
제6도는 1년중 일몰시간 변화특성도.
제7도는 제1도 조도량 센서부의 상세회로도.
제8도는 전원전압에 대한 램프특성도.
제9도는 제1도 전원장치부에 적용된 션트타입 철공진 변압기의 구조도.
제10도는 제9도의 등가회로도.
제11도는 제10도의 전압, 전류 위상 관계도.
제12도는 일출, 일몰시간의 퍼지추론함수 설명도.
제13도는 조도량 센서에 대한 퍼지추론함수 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 중앙제어부 11 : 키보드
2 : 표시장치부 12 : 버퍼
3 : 실시간부 13,15 : 디코더
4 : 메모리부 14 : 중앙처리장치
5 : 조도량 센서부 16 : 이피롬(EPROM)
6 : 전원장치부 17 : 램(RAM)
7 : 가로등 51-54 : 조도량 검지 비교부
55 : 앤드부 56 : 포토커플러부
본 발명은 원칩(One chip) 마이크로 프로세서를 이용하여 가로등을 자동으로 점멸하는 가로등 자동 점멸 시스템에 관한 것으로, 특히 1년중 1주단위의 적위 계산부와 일출, 일몰시간 계산부에 의한 타이머 방식 및 조도량 센서방식을 함께 적용한 혼합형 가로등 자동 점멸 제어시스템에 퍼지이론(Fuzzy theory) 방식을 적용함으로써 안락한 환경조성, 에너지 절감 및 램프의 수명 연장을 고려하여 가로등 점멸시간을 최적으로 제어할 수 있게한 퍼지형 가로등 자동 점멸장치 및 그 방법에 관한 것이다.
현대산업의 발전과 더불어 도시의 팽창은 많은 가로등 및 보안등을 필요하게 되었으며, 이에 수반되는 전기 에너지도 급속히 증가하게 되었다. 따라서 선진 외국에서는 일찍부터 가로등 및 보안등으로 인한 전기 에너지 소비의 절약을 위하여 많은 연구를 수행하고 있으며, 최근에는 원격 제어 및 고장자기진단등 첨단 기능을 가지고 있는 각종 가로등 자동 점멸기를 실용화하고 있다. 국내에서도 일부 관련업계에서 가로등 및 보안등 자동 점멸기를 생산하고 있으나, 설계 및 제작기술의 미흡으로 외국제품을 모방하거나 기본 제어 유니트를 수입하여 제작, 판매하고 있는 실정이다.
또한 점멸기 제어방식에도 타이머 방식 및 광센서 방식등 여러 가지 제품이 실용화하고 있으며, 전기 에너지 절감을 위한 각종 절전장치도 생산되고 있으나 각 제품마다 서로 다른 특성을 내포하고 있는 실정이다.
상기 타이머 방식에 의한 자동 점멸기는 일출, 일몰시간 데이타가 기억된 전용 메모리 칩을 이용하여 일출시간 및 일몰시간을 계산하고, 상기 계산된 일출시간의 30분전에 가로등 및 보안등을 자동소등시키고, 상기 계산된 일몰시간의 30분후에 가로등 및 보안등을 자동점등시키는 역할을 수행한다. 그러나 이 방법에 의한 가로등 및 보안등 자동 점멸기는 장마철과 같이 낮시간에 진한 먹구름에 의해 날씨가 어두워져도 가로등 및 보안등을 점등시킬 수 없으며, 또한 주변건물의 조명이나 상가의 네온사인등에 의해 주위가 밝아 전기 에너지 절약차원에서 그 가로등 및 보안등을 소등시키고자 한 경우에도 그 타이머 방식의 점멸기에는 주변의 밝기를 감지하는 기능이 없으므로 가로등 및 보안등을 소등시킬 수 없으며, 또한 일출, 일몰시간 데이타가 기억된 전용 메모리 칩을 사용하여야 하므로 메모리 용량이 커야하고 제조원가가 증대되는 문제점이 있었다.
또한, 광센서 방식에 의한 자동 점멸기는 광센서에 의해 주변의 밝기를 감지하여, 그 밝기 정도에 따라 가로등 및 보안등을 자동으로 점등 또는 소등시키는 역할을 수행한다. 그러나 이 방법에 의한 가로등 및 보안등 자동 점멸기는 번개등과 같이 주변의 밝기가 급격히 변하는 경우나 자동차의 전조등 불빛이 광센서에 입사되는 경우에 주변의 밝기를 정확히 감지하지 못하여, 가로등 및 보안등의 제어에 오동작이 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 타이머 방식에 의한 문제점을 보완하기 위하여, 조도량 센서에 의한 자동 점멸방식을 일출, 일몰시간 계산방식과 혼합한 혼합형 자동 점멸기가 최근에 사용되고 있으나, 일출, 일몰시간 데이타가 기억된 전용 메모리 칩을 사용하여야 하고, 자동차의 전조등 불빛에 의한 오동작에 적절히 대응할 수 없고, 가로등 및 보안등의 점등, 소등을 최적의 상태로 제어할 수 없으며, 전기 에너지 절약차원에서 한계가 뒤따르는 결점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 타이머 방식 및 광센서 방식을 함께 적용한 혼합형 가로등 제어방식에 퍼지이론 방식을 적용하여 가로등을 최적의 상태로 제어할 수 있는 퍼지형 가로등 자동 점멸장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 일출, 일몰시간 데이타를 메모리에 저장할 필요없이 위도 및 적위값으로부터 일출, 일몰시간을 직접 계산하게 하여 그의 구조를 보다 간략화함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 조도량 센서를 측정각도가 각기 다른 4조로 구성하여 자동차 전조등의 불빛에 의한 오동작을 방지하고, 정전압 전원장치를 적용하여 램프의 수명연장 및 에너지 절감효과를 동시에 이룰수 있게 함에 있다.
이와 같은 본 발명의 목적은 일출, 일몰시간 데이타를 메모리에 저장할 필요없이 각 지역의 일출, 일몰시간으로부터 적위를 구해, 그 적위 및 위도값을 메모리에 저장해 둠으로써 그 적위 및 위도값으로부터 일출, 일몰시간을 직접 계산하고, 측정각도를 각기 달리한 4조의 조도량 센서에 의해 조도량을 감지하며, 상기 계산된 일출, 일몰시간 및 상기 조도량 감지신호에 퍼지이론을 적용하여 가로등의 점멸을 제어하게 함으로써 달성되는 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명 퍼지형 가로등 자동 점멸장치의 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 실시간 시계(Real time clock)를 이용하여 각종 시간정보를 출력하는 실시간부(3)와, 측정각도가 각기 다른 다수의 조도량 센서에 의해 주변환경의 밝기를 감지한 후 기준전압과 비교하여 조도량 검출신호를 출력하는 조도량 센서부(5)와, 위도 및 적위값으로부터 일출, 일몰시간을 계산하고, 상기 실시간부(3)의 시간정보 및 상기 조도량 센서부(5)의 조도량 검출신호를 입력받아 퍼지이론의 적용에 의해 가로등 자동 점멸제어신호를 출력하는 마이크로 프로세서를 사용한 중앙제어부(1)와, 상기 중앙제어부(1)에서 처리된 각종 데이타를 저장함과 아울러 그 저장된 각종 데이타를 읽어가게 하는 메모리(4)와, 상기 중앙제어부(1)의 제어를 받아 일출, 일몰시간, 현재시간 및 지역번호 등을 표시하는 표시장치부(2)와, 상기 중앙제어부(1)의 가로등 점멸 제어신호에 따라 점멸하는 가로등(7)과, 상기 각부에 정전압을 공급함과 아울러 상기 가로등(7)의 구동을 위한 전원전압을 정격의 -5%로 공급하는 전원장치부(6)로 구성한다.
제2도는 제1도 중앙제어부(1)의 상세 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 날자, 위치 등의 각종 데이타를 입력하는 키보드(11)와, 상기 키보드(11)의 출력데이타를 버퍼링하는 버퍼(12)와, 상기 버퍼(12)의 출력데이타를 디코딩하는 디코더(13)와, 실시간부(3)의 시간정보 및 조도량 센서부(5)의 조도량 검출신호를 입력받음과 아울러 상기 디코더(13)의 출력데이타를 입력받아 시스템 전체동작을 총괄제어하는 중앙처리장치(14)와, 상기 중앙처리장치(14)에서 수행할 일출, 일몰시간 계산 프로그램과 퍼지 프로그램을 저장하고 있는 32,000바이트 용량의 이피롬(16)과, 상기 중앙처리장치(14)에서 처리된 정보데이타를 저장하는 32,000바이트 용량의 램(17)과, 상기 중앙처리장치(14)의 출력데이타를 디코딩하여 상기 이피롬(16) 및 램(17)의 어드레스를 지정하는 디코더(15)로 구성한 것으로, 도면의 설명중 미설명부호 I1, I2는 인버터이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
천체를 관측자의 위치나 시간에 관계없이 좌표에 나타내는 방법으로는 제3도와 같이 적도좌표계가 사용되며, 이 좌표에서는 적도면을 기준면으로 설정하고 관측자로부터 춘분점까지의 선을 기준선으로 사용한다. 즉, 제3도에서 북극성에서부터 관측하고자하는 별(p)을 지나 적도면까지 수직으로 잘랐을 때 δ를 적위라하고, α를 적경이라 정의하며, 이와 같이 별(p)의 위치를 좌표(α,δ)로 나타내면 관측자의 위치나 시간에 관계없이 그 좌표는 변하지 않는다. 이는 지구의 지축이 항상 일정하게 북극성을 향하고 있으므로 공간상에서 적도의 위치가 변하지 않기 때문이다. 상기 적경(α)과 적위(δ)는 하기의 식(1), (2)와 같이 정의된다.
상기에서 언급한 춘분점이란 일반적으로 춘분날 태양이 남중할 때의 위치이며, 관측자의 위도(ø)와 적위(δ)와의 관계는 하기의 식(3)과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, tmax는 별이 떠서 남중할 때까지의 시간을 나타내며, 또한 2tmax는 별이 떠서 질때까지의 시간 즉, 지평선위에 나타나 있는 동안의 시간을 의미한다. 따라서 관측자의 위도(ø)와 적도좌표계에서 적위(δ)를 알면 상기 식(3)으로부터 tmax를 구할 수 있고, tmax와 일출시간(trise) 및 일몰시간(tset)과는 하기의 식(4) 및 식(5)와 같은 관계가 있으므로 tmax를 알면 일출시간(trise) 및 일몰시간(tset)을 구할 수 있다.
그러나, 상기 식(3)에서 ø는 관측자의 위도이므로 그 값을 알 수 있으나, 적위(δ)는 구하기 곤란하다. 따라서, 본 발명에서는 알고 있는 1년동안의 일출, 일몰시간 데이타로부터 상기 식(4) 또는 상기 식(5)를 사용하여 tmax를 구하고, 그 구한 tmax및 위도(ø)를 상기 식(3)에 대입하여 적위(δ)를 구하였다.
이와 같은 방식에 의해 년중의 일주단위 적위(δ)를 구해 메모리에 저장시키면, 일출, 일몰시간 데이타를 메모리에 저장할 필요없이 위도만 주어지면, 상기 식(3), 식(4) 및 식(5)로부터 일출, 일몰시간을 계산할 수 있게 된다.
제4도는 서기 2,000년도 서울의 일출시간 데이타를 이용하여 적위(δ)값을 계산한 년중 적위(δ)의 일주단위 그래프이다.
제5도는 1994년, 2000년, 2015년의 서울의 일출시간 변화곡선도이고, 제6도는 1994년, 2000년, 2015년의 서울의 일몰시간 변화곡선도로서, 이 제5도 및 제6도로부터 알 수 있는 바와 같이 년중 일출, 일몰시간은 계속 변화하지만 매년 같은 날자의 일출, 일몰시간은 유사하며 반복되고 있음을 알 수 있다.
결론적으로, 어떤 지역의 위도(ø)를 알고 그 지역의 적위(δ)를 알고 있다면, 년중 일출, 일몰시간은 연도에 불문하고 상기 식(3), 식(4) 및 식(5)로부터 구할 수 있다.
상기와 같이 구한 년중 일주단위의 적위(δ)는 키보드(11)를 통해 입력함에 따라 버퍼(12) 및 디코더(13)를 통해 중앙처리장치(14)에 입력되어 램(17)에 저장되고, 또한 위도(ø)도 키보드(11)를 통해 입력됨에 따라 버퍼(12) 및 디코더(13)를 통해 중앙처리장치(14)에 입력되어 램(17)에 저장된다.
따라서, 그 중앙처리장치(14)에서는 적위(δ) 및 위도(ø)값으로 부터 상기 식(3), 식(4) 및 식(5)에 따른 이피롬(16)의 일출, 일몰시간 계산 프로그램을 수행하여, 년중 각 날자에 따른 일출, 일몰시간을 계산할 수 있게 된다.
제7도는 제1도 조도량 센서부(5)의 상세회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 주위의 빛을 각기 다른 각도로 입사받아 전압으로 검출한 후 소정 조도량에 따른 기준전압과 비교하여 그에 따른 비교결과 신호를 각기 출력하는 4조의 조도량 검지 비교부(51, 52, 53, 54)와, 상기 4조의 조도량 검지 비교부(51, 52, 53, 54)의 출력신호를 앤드조합하는 앤드부(55)와, 상기 앤드부(55)의 출력신호를 중앙제어부(1)의 중앙처리장치(14)에 전달하는 전원분리용의 포토커플러부(56)로 구성한다. 상기에서 조도량 검지 비교부(51)는 전원단자(Vcc)를 저항(R1) 및 가변저항(R2)을 통한 후 주위의 빛을 소정각도로 입사받는 포토트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 접속하여, 그 접속점을 저항(R3)을 통해 콘덴서(C1)에 접속함과 아울러 저항(R7)을 다시 통해 콘덴서(C2) 및 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자에 접속하고, 전원단자(Vcc)를 저항(R6) 및 가변저항(R5)을 통해 저항(R4)에 접속하여, 상기 가변저항(R5)의 가변단자를 저항(R8)을 통해 상기 연산증폭기(OP1)의 비반전입력단자에 접속함과 아울러 그 비반전입력단자 및 반전입력단자 사이에 다이오드(D1), (D2)를 서로 반대방향으로 병렬 접속하며, 상기 연산증폭기(OP1)의 출력단자를 저항(R11)을 통해 가변저항(R10)에 접속하여, 그 가변저항(R10)의 가변단자를 저항(R9)을 통해 상기 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자에 접속하며, 상기 연산증폭기(OP1)의 출력신호가 저항(R12)을 통해 비교 결과 신호로 출력되게 구성하고, 조도량 검지 비교부(52, 53, 54)도 주위의 빛을 입사받는 각도만 서로 다를뿐 상기 조도량 검지 비교부(51)와 동일하게 구성한다. 또한 앤드부(55)는 조도량 검지 비교부(51, 52, 53, 54)의 출력측에 다이오드(D3, D6, D9, D12)를 각기 역방향으로 접속하여 구성한 것으로, 이 조도량 센서부(5)의 동작에 대해 설명한다.
포토 트랜지스터(Q1)에 빛이 입사되면, 그 빛의 조도량에 비례하여 포토 트랜지스터(Q1)가 도통되므로, 그 조도량에 반비례하는 전압이 그 포토 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 나타나며, 이와 같이 나타난 전압은 저항(R3, R7) 및 콘덴서(C1, C2)를 통해 잡음이 제거된 후 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자에 조도량 검출전압인 비교전압으로 인가된다. 또한, 이때 전원단자(Vcc)의 전원전압이 저항(R6), 가변저항(R5) 및 저항(R4)에서 분압되어, 그 분압된 전압이 저항(R8)을 통해 그 연산증폭기(OP1)의 비반전입력단자에 기준전압으로 인가된다. 여기서 그 기준전압은 가변저항(R5)의 가변에 의해 조정되고, 또한 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자에 비교전압으로 인가되는 조도량 검출전압도 가변저항(R2)의 가변에 의해 조정할 수 있게 된다.
따라서, 연산증폭기(OP1)의 비반전입력단자에 인가되는 기준전압을 소정의 조도량에 대응하게 설정시켜 놓게 되면, 그 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자에 인가되는 조도량 검출전압을 그 기준전압과의 비교에 의해 소정의 조도량에 도달되었는가를 검출할 수 있게 된다. 즉 주위가 어두워 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자에 인가되는 조도량 검출전압이 높아져 그의 비반전입력단자에 인가되는 기준전압보다 높은 경우에는 그 연산증폭기(OP1)에서 저전위 신호가 출력되고, 주위가 밝아 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자에 인가되는 조도량 검출전압이 낮아져 그의 비반전입력단자에 인가되는 기준전압보다 낮은 경우에는 그 연산증폭기(OP1)에서 고전위 신호가 출력된다. 이 연산증폭기(OP1)의 출력신호는 저항(R11), 가변저항(R10) 및 저항(R9)을 통해 그의 반전입력단자에 피드백되므로, 히스테리시스(Hysteresis)특성이 부여되어 그 출력이 점멸되는 것을 방지하게 된다.
한편, 조도량 검지 비교부(52, 53, 54)도 상기에서 설명한 조도량 검지 비교부(51)와 동일하게 동작되며, 이에 따라 그 조도량 검지 비교부(51-54)에서 소정의 조도량 이상임을 나타내는 고전위 신호가 모두 출력될 때 앤드부(55)에서 고전위 신호가 출력되고, 이에 따라 포토커플러부(56)의 포토커플러(PC1)가 동작되어 중앙처리장치(14)의 인터럽트 단자(INT1)에 저전위 신호가 인가된다. 그러나 조도량 검지 비교부(51-54)중 최소한 어느 하나에서 소정의 조도량 미만임을 나타내는 저전위 신호가 출력될 때 앤드부(55)에서 저전위 신호가 출력되고, 이에 따라 포토커플러부(56)의 포토커플러(PC1)가 동작되지 않아 중앙처리장치(14)의 인터럽트 단자(INT1)에 고전위 신호가 인가된다. 따라서, 그 중앙처리장치(14)는 그의 인터럽트 단자(INT1)에 입력되는 신호로부터 주위의 조도량이 소정값 이상인지 미만인지를 판별할 수 있게 된다.
한편, 조명기구의 조명효율, 수명등은 램프에 가해지는 전원전압의 크기에 따라 영향을 받는데 특히, 가로등이 주로 방전등인 점을 감안하면 가로등 제어장치에 인가되는 전원전압의 범위는 더욱 제한된다.
제8도는 램프에 인가되는 전원전압에 대한 램프 특성도로서, 이 제8도(a)의 형광램프 특성을 보면 전원전압이 높아지면 램프의 소요전력, 광속등이 증가하고, 전원전압이 낮아지면 감소하고 있음을 알 수 있다. 비슷한 특성 추이를 보이고 있는 제8도(b)의 백열전구 특성과 비교해볼 때 램프의 소요전력, 광속등의 특성 변화량이 상대적으로 적게 나타나고 있음을 알 수 있다. 큰 차이점은 형광램프의 사용수명이 높은 전압과 마찬가지로 낮은 전압이 인가될 때에도 크게 감소한다는 점이다. 따라서 램프에 인가되는 전원전압 크기를 정격의 ±5% 이내로 제한 공급해야만 적정한 형광램프 수명을 유지할 수 있다.
전원전압을 정격의 +5%로 공급하는 경우와 -5%로 공급하는 경우를 비교해보면, 광속은 약 10% 줄어들고 램프의 소요전력은 약 20%까지 감소함을 알 수 있다. 따라서, 조명기구 절전을 위한 정전압 전원장치는 상용전원의 크기 변화에 무관하게 램프 정력전압의 -5% 전압을 항상 공급할 수 있도록 설계하는 것이 적당하다.
철공진(Ferroresonance)현상을 이용한 정전압 변압기를 가로등 및 보안등의 전원장치에 널리 사용하는데, 정전압 변압기의 큰 특징은 간단하고 신뢰도가 높으며, 부하 및 입력전압 변동에 대한 정전압 특성이 좋다. 한편, 변압기 철심의 자기포화 때문에 효율에 대한 충분한 고려를 필요로 한다.
본 발명에서는 그중에서도 가장 널리 쓰이고 있는 션트 타입(shunt-type) 철공진 변압기를 가로등 및 보안등의 전원장치에 사용하였으며, 그 기본 동작 원리에 대하여 설명한다.
제9도는 기본적인 션트 타입 철공진 변압기의 구조도로서, 이에 도시된 바와 같이 1차와 2차의 쇄교자속의 일부가 마그네트 션트(Magnetic shunt)를 통하여 누설되기 때문에 1차, 2차의 누설인덕턴스가 션트가 없는 일반변압기에 비하여 매우 크게 되며, 2차 권선에는 공진용 캐패시터(C)를 설치한다.
제10도는 제9도 변압기의 등가 회로도로서, Ls는 변압기 자화 인덕턴스 또는 상호 인덕턴스를 나타내며 비선형 특성을 가지고 있고, 자기포화영역에서 사용하는 경우는 가포화 인덕터(L)와 유사한 특성을 가지고 있으며, C는 캐패시터이다.
제11도는 제10도 등가회로의 전압, 전류 위상관계도로서, 이에 도시한 바와 같이 가포화 인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)는 전압(V2)에 비하여 90°위상이 늦고, 캐패시터(C)에 흐르는 전류(IC)는 90°위상이 빠르게 된다. 그리고 가포화 인덕터(L)는 비선형이므로 전압(V2)과 전류(IL) 사이의 관계는 비선형인 자기포화곡선을 보여주고 있는 반면, 캐패시터(C)는 선형소자이므로 전압(V2)과 전류(Ic)사이의 관계는 형관계를 가지고 있다.
따라서, 상기 전류(IC)와 전류(IL)의 합이 인덕터(L)에 흐르는 전류(I1)를 나타내므로, 그 전류(I1) 곡선의 전압(V2)축의 절편전압(V0)이 철공진 출력 안정화 전압이 된다. 만일 캐패시터(C)를 증가시키면 전압(V0)은 더 커지게 되며, 철공진 특성의 정전압 관계를 보여주는 관계식은 다음식(6)과 같다.
입력전압(V1)이 증가한 경우,이 되어서 출력전압(V2)은 다음식(7)과 같이 줄어든다.
입력전압(V1)이 감소한 경우,이 되어서 출력전압(V2)은 다음식(8)과 같이 된다.
따라서, 입력전압(V1)이 변동할지라도 출력전압은 V0를 유지하게 된다.
이상은 기본적인 철공진 정전압 변압기의 동작원리에 관한 것이며, 일반적으로 출력전압 파형의 꼭지부분이 평평한 꼴이 되므로, 이 파형을 보상하여 정현파에 가깝게 하기 위하여 2차측에 마그네트 션트를 1조 더 설치하는 방식도 있다. 또한 자기회로의 포화에 따른 효율문제를 개선하기 위하여 자속밀도를 낮게 잡고, 가포화 인덕턴스를 외부에서 가변 인덕터 조정회로를 장착시켜 출력전압의 부하조절(Load Regulation) 및 라인 조절(Line Regulation) 성능을 개선시키는 방식도 많이 사용되고 있는 것으로, 정전압 전원장치는 다음과 같이 설계한다.
입력전압 V1, 출력전압 V2, 용량 P[W], 전류제한은 정격의 K배로 한다.
ω=2πf, Ro=출력 등가저항, Vc=캐패시터 전선 전압일 때 출력캐패시터는
이며, 1차, 2차 전류 IP, IS는
이며, 1차, 2차 권선수 Np, Ns 및 캐패시턴 권선수 Nc는
(여기서 Ac : 철심단면적(㎠)
Bp, Bs: 1차, 2차 철심 자속밀도(tesla)
이다. 마그네틱 션트는 중앙 철심단면적의 약 40% 단면적을 션트 단면적으로 하고, 전류제한 L은
이며 션트 공간(Shunt Gap)은
로 한다.
제12도는 중앙처리장치(14)에서 수행하는 일출, 일몰시간의 퍼지추론함수 설명도로서, 이에 도시한 바와 같이 일출, 일몰시간에 대한 퍼지 집합은 ONR, OND, OFER, OFFD 의 4가지로 이루어진다. 즉, 점등시간에 가깝다, 점등시간에 좀 멀다, 소등시간에 가깝다, 소등시간에 좀 멀다의 4가지로 이루어진다.
제13도는 중앙처리장치(14)에서 수행하는 조도량 센서에 대한 퍼지추론함수 설명도로서, 이에 도시한 바와 같이 조도량 센서에 대한 퍼지 집합은 LI, DA, NOR 의 3가지로 이루어진다. 즉, 밝다, 어둡다, 보통이다의 3가지로 이루어진다.
여기서 상기 퍼지 집합에 대한 제어규칙은 다음과 같이 수행한다.
만약 '점등시간에 가깝다.'이고 '밝다'이면 소등
만약 '점등시간에 가깝다.'이고 '보통이다'이면 소등
만약 '점등시간에 가깝다.'이고 '어둡다'이면 점등
만약 '점등시간에 좀 멀다.'이고 '밝다'이면 소등
만약 '점등시간에 좀 멀다.'이고 '보통이다'이면 소등
만약 '점등시간에 좀 멀다.'이고 '어둡다'이면 점등
만약 '소등시간에 가깝다.'이고 '밝다'이면 소등
만약 '소등시간에 가깝다.'이고 '보통이다'이면 소등
만약 '소등시간에 가깝다.'이고 '어둡다'이면 점등
만약 '소등시간에 좀 멀다.'이고 '밝다'이면 소등
만약 '소등시간에 좀 멀다.'이고 '보통이다'이면 소등
만약 '소등시간에 좀 멀다.'이고 '어둡다'이면 점등
으로하며, 다음과 같이 비퍼지화 무게중심법식(18)을 사용하여 실제 점멸시간을 결정한다.
여기서 u0는 비퍼지화이며, ui는 소속함수가 최대값을 갖는 지원값(support value)이고 n은 지원값의 수이다.
결국, 중앙처리장치(14)는 이피롬(16)의 일출, 일몰시간 계산 프로그램을 수행하여, 적위 및 위도값으로부터 년중 각 날자에 따른 일출, 일몰시간을 계산하고, 조도량 센서부(5)로부터 조도량 검출신호를 입력받음과 아울러 실시간부(3)의 시간정보를 입력받아, 상기에서 설명한 바와 같은 일출, 일몰시간 및 조도량 센서에 대한 퍼지 집합을 추론하여, 가로등(7)의 소등, 점등시간을 결정한 후 그 가로등(7)의 소등, 점등을 최적의 상태로 제어할 수 있게 된다.
또한, 그 중앙처리장치(14)는 RS 232C 직렬 통신포트를 통해 외부의 시스템 일예로 호스트 컴퓨터등과 통신할 수 있게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 타이머 방식 및 광센서 방식을 함께 적용한 혼합형 가로등 제어방식에 퍼지이론 방식을 적용하여 가로등의 점등, 소등을 최적의 상태로 제어할 수 있으며, 위도 및 적위값으로부터 일출, 일몰시간을 직접 계산하게 되므로 일출, 일몰시간 데이타를 메모리에 저장할 필요가 없게 되어 그의 구조가 보다 간략화되며, 측정각도가 각기 다른 4조의 조도량 센서에 의해 조도량을 감지하므로 자동차 전조등 불빛에 의한 오동작을 방지하며, 정전압 전원장치를 적용하여 램프의 수명을 연장하고 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 실기간 시계를 이용하여 각종 시간정보를 출력하는 실시간부와, 측정각도가 각기 다른 다수의 조도량 센서에 의해 조도량을 감지한 후 기준전압과 비교하여 조도량 검출신호를 출력하는 조도량 센서부와, 위도 및 적위값으로부터 일출, 일몰시간을 계산하고, 상기 실시간부의 시간정보 및 상기 조도량 센서부의 조도량 검출신호를 입력받아 퍼지이론의 적용에 의해 가로등의 점멸제어신호를 출력하는 중앙제어부와, 상기 중앙제어부에서 처리된 각종 데이타를 저장하는 메모리부와, 상기 각부에 정전압을 공급함과 아울러 상기 가로등에 정격의 구동 전원전압을 공급하는 전원장치부로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 퍼지형 가로등 자동 점멸장치.
  2. 제1항에 있어서, 중앙제어부의 제어를 받아 일출, 일몰시간, 현재시간 및 지역번호 등을 표시하는 표시장치부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 퍼지형 가로등 자동 점멸장치.
  3. 제1항에 있어서, 조도량 센서부는 주위의 빛을 각기 다른 각도로 입사 받아 전압으로 검출한 후 소정 조도량에 따른 기준전압과 비교하여 그에 따른 비교 결과 신호를 각기 출력하는 4조의 조도량 검지 비교부와, 상기 4조의 조도량 검지 비교부의 출력신호를 앤드 조합하는 앤드부와, 상기 앤드부의 출력신호를 중앙제어부에 전달하는 전원 분리용의 포토커플러부로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 퍼지형 가로등 자동 점멸장치.
  4. 제3항에 있어서, 4조의 조도량 검지 비교부는 조도량 검출전압을 기준전압과 연산증폭기에 의해 비교하여 히스테리시스 특성을 부여하게 구성된 것을 특징으로 하는 퍼지형 가로등 자동 점멸장치.
  5. 제3항에 있어서, 앤드부는 포토커플러부의 입력측을 다이오드를 각기 통해 4조의 조도량 검지 비교부의 출력측에 각기 접속하여 구성된 것을 특징으로 하는 퍼지형 가로등 자동 점멸장치.
  6. 제1항에 있어서, 중앙제어부는 실시간부의 시간정보 및 조도량 센서부의 조도량 검출신호를 입력받음과 아울러 키보드의 출력데이타를 버퍼 및 디코더를 통해 입력받아 시스템 전체동작을 제어하는 중앙처리장치와, 상기 중앙처리장치에서 처리할 일출, 일몰시간 계산 프로그램과 퍼지 프로그램을 저장하고 있는 이피롬과, 상기 중앙처리장치에서 처리된 정보데이타를 저장하는 램등으로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 퍼지형 가로등 자동 점멸장치.
  7. 제1항에 있어서, 전원장치부는 션트 타입 철공진 변압기를 사용하여 가로등에 램프 정격전압의 -5% 전압을 공급하게 구성된 것을 특징으로 하는 퍼지형 가로등 자동 점멸장치.
  8. 제7항에 있어서, 션트 타입 철공진 변압기는 그의 마그네틱 션트의 단면적을 중앙철심단면적 40% 범위로 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 퍼지형 가로등 자동 점멸장치.
  9. 소정지역에 대한 년중 일출시간 또는 일몰시간으로 부터 년중 적위를 미리 구하여 저장함과 아울러 위도를 저장하여 놓고, 실시간부의 시간정보를 입력받아 현재시간을 판단함과 아울러 년중 날자 변화를 판단하는 단계와, 상기 년중 날자변화에 따라 상기 적위 및 위도로 부터 일출시간 및 일몰시간을 계산하는 단계와, 조도량 센서로부터 조도량 검출신호를 입력받아 조도상태를 판단하는 단계와, 상기 일출시간 및 일몰시간에 대한 퍼지 집합과 상기 조도량 센서에 대한 퍼지 집합을 추론하여 가로등의 점등, 소등시간을 결정한 후 그에 따라 가로등의 점멸을 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 퍼지형 가로등 자동 점멸방법.
  10. 제9항에 있어서, 일출시간 및 일몰시간에 대한 퍼지 집합은 점등시간에 가깝다, 점등시간에 좀 멀다, 소등시간에 가깝다, 소등시간에 좀 멀다의 4가지로 이루어지고, 조도량 센서에 대한 퍼지 집합은 밝다, 어둡다, 보통이다의 3가지로 이루어짐을 특징으로 하는 퍼지형 가로등 자동 점멸방법.
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