KR100380521B1 - 음성인식 기능을 구비한 디지털/아날로그 전력선 통신 장치 - Google Patents

음성인식 기능을 구비한 디지털/아날로그 전력선 통신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력을 사용하는 장비의 제어 및 동작 상태를 감시할 수 있도록 하는 장치에 관한 것으로 특히 정보의 감지, 전력선을 통한 아날로그 및 디지털 신호의 양방향 통신/제어 및 다채널 기능을 가지고 있다. 즉, 본 발명에서 개시된 시스템은 전력을 사용하는 전력장비/기기의 제어 및 동작상태를 감시하는 통신장치에 관한 것으로 기 설치된 상용 전력선을 이용하여 단방향 또는 양방향, 다채널 및 음성인식 기능의 프로토콜을 가지고 아날로그 방식의 음성신호와 디지털 방식의 데이터를 동시에 전송하는 장치이다.
이를 위하여 본 발명은, 전력 장비의 인입단에 인터페이스부를 장착하여 전류, 전압 등을 포함하는 다양한 형태의 전기적 신호를 감지하여 필요한 정보를 산출하고, 양방향 전송에 적합한 신호로 변환하고 자체 인입 전력선을 전송로로 이용하여 중앙 제어/감시 장치로 전송하며, 중앙 제어/감시 장치로부터의 명령을 전력장비로 전송하여 제어할 수 있는 다채널 양방향 전송 시스템을 구성하는 것에 특징이 있다.

Description

음성인식 기능을 구비한 디지털/아날로그 전력선 통신 장치{Digital/Analog Powerline Communication Device With Speech Recognition}
본 발명은 전력을 사용하는 전력장비/기기의 제어 및 동작 상태를 감시하는 통신장치에 관한 것으로 기설치된 상용 전력선을 이용하여 양방향, 다채널 및 음성인식 기능의 프로토콜을 가지고 아날로그 방식의 음성신호와 디지털 방식의 데이터를 동시에 전송하는 장치이다.
기존의 전력 장비의 감시 시스템은 (특허 제1998-072347 (공개일자:1998.11.5), 특허 제1998-073533 (공개일자:1998.11.5.), 특허 제1998-014503 (공개일자:1998.5.25.)) 별도의 유선(감시선)을 필요로 하거나 혹은 무선 송수신기를 이용하여 디지털형태의 전기적 정보만을 중앙제어 장치로 송수신하도록 되어 있고, 또한 설비 대상의 위치가 변경 또는 추가될 때마다 이에 따른 설치 및 유지 보수, 작업의 난이성, 신뢰도 저하 등 많은 문제점이 있었다. 또한 종래의 전력선 통신 방식은 (특허 제92-2689 (공고일자:1992.3.31.), 특허 제92-11065 (공고일자:1992. 12.26), 특허 제96-2844 (공고일자:1996.2.26.)) 진폭 시프트 키잉 (ASK), 주파수 시프트 키잉 (FSK), 위상 시프트 키잉 (PSK)들 중 단일의 변조 방식을 이용하여 특정한 프로토콜로 번지지정 및 제어코드를 입력해야 하므로 확장 혹은 변경이 불가능하였다.
상기의 문제점을 개선하기 위해 안출된 본 발명은 전력장비/기기의 제어 및 감시를 하기 위하여 자체 인입 전력선을 전송로로 이용하는 전력선 통신 장치에 있어서, 마이크로폰 혹은 인터폰으로 입력된 음성데이터를 아날로그신호로 변환하거나, 이와 동시에 또는 시간별로 전류, 전압 등 다양한 형태의 전기적 데이터를 디지털 신호로 변환하여 중앙 제어 장치로 전송하거나, 음성인식 기능을 구비한 중앙 제어/감시 장치에서 각각의 전력장비, 마이크로폰 및 스피커를 음성 등으로 원격 제어할 수 있을 뿐만 아니라 아날로그 음성 통신까지 겸할 수 있도록 한 다채널 양방향 전송 장치이다.
제1도는 시스템 구성도
제2도는 전력선통신부의 구성도
제3도는 FSK 트랜시버의 개략도
제4도는 AM 트랜시버의 개략도
제5도는 음성인식 흐름도
제6도는 제1실시예의 흐름도
제7도는 제2실시예의 흐름도
제8도는 제3실시예의 흐름도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 상용 전력선 2 : 전력선 통신부 3 : 전력 장비/기기
4 : 중앙 제어/감시 장치 6 : 마이크로폰 7: 스피커
21 : 트랜시버 22 : 마이크로프로세서 23 : 라인드라이버
상기의 목적을 달성하기 위해 제1도에 도시한 바와 같이 각각의 전력장비/기기(3)의 전력선(1) 인입단에 디지털 데이터를 전력선으로 전송하기 위한 전력선통신부(2)를 병렬로 연결하고, 또한 음성신호를 입출력하기 위한 마이크로폰(6), 스피커(7)를 전력선통신부와 연결하여 음성으로써 구동될 수 있는 중앙 제어/감시 장치(4)와 전력선(1)을 이용한 토큰 링 방식의 양방향 송수신 통신망을 구축한다.
본 발명의 실시예는 제2도에서 보인 바와 같이 마이크로프로세서(22), 트랜시버(21), 라인드라이버(23)로 구성된 전력선통신부(2)를 각각의 전력 장비/기기(3)와 마이크로폰(6)과 스피커(7)로 구성된 음성신호 입출력장치의 전력선(1) 인입단에 병렬로 연결하고 원격 제어 및 감시를 위하여 중앙 제어/감시 장치(4)를 증심으로 전력선을 통해 연결되는 전력선통신부(2)로 구성된 토큰 링 방식의 양방향 송수신 통신망을 구축한다.트랜시버(21)은 전력장비/기기(3)로부터 입력된 전송용 디지털 데이터 및 아날로그 음성신호를 변조하여 라이드라이버(23)를 통해 전력선으로 송신하며 동시에 전력선으로부터의 디지털 및 아날로그 음성신호를 복조하고 마이크로프로세서(22)로 전달되어 전력 장비/기기(3)를 제어하거나 스피커로 아날로그 음성을 출력한다. 이 때 변복조 방식은 전술한 디지털 데이터와 아날로그 음성신호에 대해 선택적으로 적용하는 데, 예를 들면 디지털 데이터가 FSK방식으로 변조될 경우 변조된 신호의 진폭을 아날로그 음성신호로써 AM변조를 하거나, 또는 디지털 데이터가 ASK방식으로 변조될 경우 변조된 신호의 반송파를 아날로그 음성신호로써 FM변조함으로써 달성될 수 있다. 마이크로프로세서(22)는 트랜시버(21)를 제어하여 전력장비/기기(3)로부터 입력된 디지털 데이터가 라인드라이버(23)를 통해 전력선으로 전송되도록 하고, 트랜시버(21)를 통해 수신된 디지털 데이터에 의해 전력 장비/기기 (3)와 마이크로폰(6)과 스피커(7)로 구성된 음성신호 입출력장치를 제어하며, 또한 상기의 마이크로프로세서(22)는 트랜시버(21)를 통해 수신된 음성신호를 디지털 정보로 변환 후 음성인식 방법에 의해 인식하여 그 결과에 의해 전력 장비/기기 (3)와 마이크로폰(6)과 스피커(7)로 구성된 음성신호 입출력장치를 제어한다. 이하 본 발명의 도면 제2도의 세부를 도면 제3도 내지 제5도를 통해 설명한다.
전력장비/기기(3)로부터 입력된 전송용 디지털 데이터는 제3도에 보인 주파수 시프트 키잉(FSK) 방식의 트랜시버(21)에서 클럭펄스에 의해 샘플링되어 일정 주파수로 변조한 후 멀티프렉서와 밴드패스 필터 및 송신 전력선(1)의 임피던스의 변동에 따른 출력을 보상하기 위해 레벨보정회로를 통과시킨다. 이 전송용 신호는 이차 고조파 왜곡을 줄이기 위한 로우패스 필터와 전력선 전송용 파워엠프와 상용주파수 (50/60 Hz)를 필터링하는 매칭트랜스포머로 구성된 라인드라이버(23)에 의해서 전력선(1)으로 출력되어 중앙 제어/감시 장치(4)로 전송된다. 매칭트랜스포머는 송수신 신호를 전력선(1)에 송달 또는 추출하고, 전력선(1)의 상용교류전압을 차단하는 기능을 갖는다. 또한 중앙 제어/감시 장치(4)로부터의 데이터는 전력선(1)으로 전송되어 라인드라이버(23)로 추출된 주파수 시프트 키잉(FSK) 신호는 프리앰프로 증폭하고 밴드패스 필터로 노이즈를 제거한다. 트랜시버(21)에서는 입력된 신호를 복조하고 복조된 신호는 클럭펄스에 의해 디지털 데이터로 변환되어 마이크로프로세서(22)로 전달되어 전력 장비/기기(3)를 제어한다. 상기의 시스템은 마이크로프로세서(22)로 제어되는 프로토콜을 이용하여 양방향 송수신이 가능하므로 특정의 또는 전체 전력 장비의 동작 상태를 중앙 제어/감시 장치에서 감지, 명령 또는 제어를 할 수 있다.
마이크로폰으로 입력된 아날로그 음성신호는 제4도에 보인 진폭변조(AM) 방식의 트랜시버에서 전송용 신호로 변조되어 상기의 라인드라이버 및 매칭트랜스포머에 의해 전력선(1)으로 출력되어 중앙 제어/감시 장치(4)로 전송된다. 또한 전력선(1)으로부터 매칭트랜스포머로 추출된 AM 신호는 단측파대 반송파억제 (SSB-SC)방식으로 밴드패스 필터로 노이즈를 제거한 후 프리앰프로 증폭하여 입력된 신호를 복조하고 복조된 신호는 아날로그 신호로 변환되어 음성인식 기능을 가진 마이크로프로세서(22)로 전달되어 제어명령을 수행한다. 이때 전송 시 에러를 방지하기 위하여 상기의 FSK 신호는 전력선(1)의 교류전압 위상이 영(Zero)에 가까울 때 ( 0±δ, δ≤π/4) 전송하며, 상기 AM 신호는 상기 FSK 신호를 전송하지 않는 교류전압의 위상 구간에서 전송한다.
음성인식 방법으로는 화자종속 또는 화자독립 엔진을 사용한다. 화자독립 음성인식의 실시예로 제5도에 보인 HMM(Hidden Markov Model)방식은 다음과 같다. 입력된 음성신호를 Feature Vector로 바꾸어 Time-Varying Spectrum 형태의 파라미터 셋을 만들고, 미리 저장해 놓은 HMM 모델과 파라미터를 단위언어로 비교한다. HMM 모델이 단어단위가 아닌 음소단위로 구성되어 있을 경우에는 여러 개의 음소단위의 HMM을 조합하여 단어단위의 HMM을 구성한 후 입력된 파라미터와 비교한다. 여기서 음소단위의 HMM을 구성할 때는 음소사전을 사용하여 인식된 단어를 출력하고, 문장형태의 인식일 경우에는 미리 정해 놓은 문법 및 문맥에 의해 인식된 문장을 출력한다.
본 발명의 제1 실시예는 음성인식 기능을 구비한 음성신호의 전력선 통신 장치로서 제6도의 흐름도에 보인 바와 같이, 단계(601)에서는 모든 마이크로폰은 ON, 스피커는 OFF 시킨 상태에서 동작개시 명령을 대기한다. 임의번지의 마이크로폰으로부터 입력된 음성신호는 단계(602)의 음성인식 기능의 마이크로프로세서를 거쳐 동작개시 명령의 진위를 판별하여(단계603) 일치하면 단계(604)로 계속 진행되고 일치하지 않으면 단계(601)로 되돌아가 동작개시 명령 대기상태로 유지된다. 단계(604)에서는 동작명령의 모드를 판별하여 아날로그 모드이면 다음 단계로 진행하고 디지털 모드이면 단계(601)로 되돌아간다. 단계(605)에서는 마이크로폰 및 스피커의 해당번지를 음성신호로 입력시키고, 모든 마이크로폰 차단시킨다. 단계(606)에서는 단계(605)에서 입력된 번지(예 #1, #4, #8 등)의 마이크로폰 및 스피커를 ON시켜 음성신호의 통신망을 구성한다. 단계(607)에서 입력된 음성신호에서 종료명령이 판별되면 단계(601)로 되돌아가고, 종료명령이 아니면 단계(606)를 계속 수행한다.
본 발명의 제2 실시예는 음성인식 기능을 구비한 디지털신호의 전력선 통신 장치로서 제7도의 흐름도에 보인 바와 같이, 단계(701)에서는 모든 마이크로폰은 ON, 스피커는 OFF 시킨 상태에서 동작개시 명령을 대기한다. 임의번지의 마이크로폰으로부터 입력된 음성신호는 단계(702)의 음성인식 기능의 마이크로프로세서를 거쳐 동작개시 명령의 진위를 판별하여(단계703) 일치하면 단계(704)로 계속 진행되고 일치하지 않으면 단계(701)로 되돌아가 동작개시 명령 대기상태로 유지된다. 단계(704)에서는 동작명령의 모드를 판별하여 디지털 모드이면 다음 단계로 진행하고 아날로그 모드이면 단계(701)로 되돌아간다. 단계(705)에서는 음성신호로 제어하고자 하는 해당번지 및 제어명령을 입력한다. 단계(706)에서는 상기의 디지털 통신방법으로 중앙제어장치로부터 지정된 번지로 제어명령을 출력한다.
본 발명의 제3 실시예는 음성인식 기능을 구비한 음성신호 및 디지털 신호의 전력선 통신 장치로서 제8도의 흐름도에 보인 바와 같이, 단계(801)에서는 모든 마이크로폰은 ON, 스피커는 OFF 시킨 상태에서 동작개시 명령을 대기한다. 임의번지의 마이크로폰으로부터 입력된 음성신호는 단계(802)의 음성인식 기능의 마이크로프로세서를 거쳐 동작개시 명령의 진위를 판별하여(단계803) 일치하면 단계(804)로 계속 진행되고 일치하지 않으면 단계(801)로 되돌아가 동작개시 명령 대기상태로유지된다. 단계(804)에서는 동작명령의 모드를 판별하여 아날로그 모드이면 다음 단계로 진행하고 디지털 모드이면 단계(808)로 진행된다. 단계(805)에서는 마이크로폰 및 스피커의 해당번지를 음성신호로 입력시키고, 모든 마이크로폰 차단시킨다. 단계(806)에서는 단계(805)에서 입력된 번지(예 #1, #4, #8 등)의 마이크로폰 및 스피커를 ON시켜 음성신호의 통신망을 구성한다. 단계(807)에서 입력된 음성신호에서 종료명령이 판별되면 단계(801)로 되돌아가고, 종료명령이 아니면 단계 (806)를 계속 수행한다. 단계(808)에서는 음성신호로 제어하고자 하는 해당번지 및 제어명령을 입력된다. 단계(809)에서는 상기의 디지털 통신방법으로 중앙제어장치로부터 지정된 번지로 제어명령을 출력한다.
본 발명은 종래의 유선 감시선 혹은 무선 송수신기가 없이 자체 인입 전력선을 전송로로 사용하여 디지털 신호 및 아날로그 음성신호를 동시에 혹은 시간별로 음성인식 기능을 구비하여 다채널 양방향 통신 방식으로 자동제어/감시 및 음성신호를 전송하는 통신장치로서 설치, 유지 보수의 간편성, 경제성 및 신뢰성을 향상할 수 있다.

Claims (5)

  1. 마이크로프로세서 (22), 라인드라이버(23)로 구성된 전력선통신부(2), 각각의 전력 장비/기기(3), 중앙 제어/감시 장치(4)를 중심으로 전력선을 통해 연결되는 전력선통신부(2)로 구성된 전력 장비/기기(3)를 감시 및/또는 제어하는 전력선 통신장치에 있어서, 마이크로폰(6)과 스피커(7)로 구성된 음성신호 입출력 장치 및 전력장비/기기(3)로부터 입력된 전송용 디지털 데이터 및 아날로그 음성신호를 변조하여 라인드라이버(23)를 통해 전력선으로 송신하며 동시에 전력선으로부터의 디지털 데이터 및 아날로그 음성신호를 복조하고 마이크로프로세서(22)로 전달되어 전력 장비/기기(3)를 제어하거나 스피커로 아날로그 음성을 출력하도록 하는 트랜시버(21)를 구비하여 양방향 송수신 통신망 기능으로써, 디지털 데이터 및 아날로그 음성 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 음성인식 기능을 구비한 디지털/아날로그 전력선 통신장치
  2. 제 1 항에 있어서 전력 장비/기기(3)에서 입력된 전기적 정보는 마이크로프로세서(22)를 이용하여 디지털 데이터로 변환하고, 마이크로폰(6)으로부터 입력된 아날로그 음성신호는 화자독립 또는 화자종속 방식의 음성인식기능을 구비한 마이크로프로세서(22)에서 단어 또는 문장단위로 인식될 수 있도록 하는 변복조 기능을 갖는 트랜시버(21)를 구비한 것을 특징으로 하는 음성인식 기능을 구비한 디지털/아날로그 전력선 통신장치
  3. 제 1 항에 있어서 디지털 데이터가 FSK방식으로 변조될 경우 변조된 신호의 진폭을 아날로그 음성신호로써 AM변조를 하거나, 또는 디지털 데이터가 ASK방식으로 변조될 경우 변조된 신호의 반송파를 아날로그 음성신호로써 FM변조하여 전송하는 것을 특징으로 하는 음성인식 기능을 구비한 디지털/아날로그 전력선 통신장치
  4. 제 1 항에 있어서 변조된 디지털 신호를 마이크로프로세서(22)로 제어하여 전력선(1)의 상용 교류전압 위상 영(zero) 부근에서 (0±δ, δ<π/4) 전력선(1)으로 전송하고, 아날로그 신호는 상기 디지털 신호를 전송하지 않는 교류전압의 위상 구간에서 전송하는 것을 특징으로 하는 음성인식 기능을 구비한 디지털/아날로그 전력선 통신장치.
  5. 제 1 항에 있어서 전력 장비/기기(3)에 장착된 마이크로프로세서(22)들과 중앙 제어/감시 장치(4)에 장착된 마이크로프로세서(22)간의 양방향 송수신 및 토큰 링 방식의 프로토콜을 구비하는 것을 특징으로 하는 음성인식 기능을 구비한 디지털/아날로그 전력선 통신장치.
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