KR100866520B1 - 등명기의 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 등명기의 광도감시 및 자동제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항상 일정한 기준광도 이상으로 발광하도록 구성된 등명기를 구동시키기 위한 전원부의 전원공급상태가 등명기의 광도를 변경시키지 않도록 등명기의 발광 광도에 따라 등명기의 각 구동부를 펄스폭변조 방식으로 제어하여 항상 기준광도 이상의 광도를 발휘할 수 있도록 하여 항상 신뢰성 있도록 등명기의 역활을 수행할 수 있도록 하기 위한 등명기의 광도감시 및 자동제어시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 태양광 발전설비 등의 축전지로 구성된 전원부로부터 동작전원을 공급받아 항상 일정한 기준광도 이상으로 발광하기 위해 복수개의 고휘도 엘이디로 구성된 등명부를 포함하는 등명기에 있어서, 상기 전원부(90)로부터 전원을 공급받아 상기 등명부(30)를 기준광도 이상으로 빛을 발광시키기 위한 구동부(40)와, 상기 등명부(30)의 구동전류를 검출하는 전류검출부(20)와, 상기 전류검출부(20)를 통한 전류를 검출하여 상기 등명부(30)를 구성하는 엘이디의 합선 또는 단선상태를 검출하는 중앙처리부(10)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
등명기, 전류검출부, 엘이디, 광도, 증폭, 중앙처리부, 태양광

Description

등명기의 제어시스템{CONTROL SYSTEM OF BEACON}
도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 등명기 제어시스템의 개략적인 블럭구성도,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 등명기 제어시스템에서 동작감시를 위한 개략적인 블럭구성도,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 등명기 제어시스템에서 검출광도에 따른 출력전압의 그래프.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10: 중앙처리부 20: 전류검출부
22: 구동전류감지부 25: A/D 변환기
30: 등명부 31: 제1 LED 모듈
32: 제2 LED 모듈 33: 제N LED 모듈
40: 구동부 41: 제1 구동부
42: 제2 구동부 43: 제N 구동부
45: 신호다중화기 50: 기억장치
60: 통신부 70: 광도검출부
80: 증폭부 90: 전원부
본 발명은 등명기의 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항상 일정한 기준광도 이상으로 발광하도록 구성된 등명기를 구동시키기 위한 전원부의 전원공급상태가 등명기의 광도를 변경시키지 않도록 등명기의 발광 광도에 따라 등명기의 각 구동부를 펄스폭변조 방식으로 제어하여 항상 기준광도 이상의 광도를 발휘할 수 있도록 하여 항상 신뢰성 있도록 등명기의 역활을 수행할 수 있도록 하기 위한 등명기의 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로 등대는 항로 표지의 하나로 바닷가나 섬 같은 곳에 탑 모양으로 높이 세워서 밤에 다니는 배에 목표, 뱃길, 위험한 곳 따위를 알려 주려고 불을 비추는 시설이며, 여기에 등명기가 설치되어 야간에 강렬한 빛을 발하여 선박 또는 항공기에 육지의 소재, 원근, 위험한 곳 등을 명시하여 준다. 항해용 등대는 섬 ·곶 ·암초 ·여울, 항만의 출입구 등에 설치되며, 주간에도 쉽게 발견할 수 있도록 탑 모양으로 건조되고, 항공장애 등은 항공로에 가까운 산꼭대기, 철탑 공항 부근에 설치되는데 광도가 크며, 항해용으로도 이용된다.
상기 등명기는 내부에 광원을 구비하며, 이러한 광원으로부터 나오는 빛이 렌즈를 통과한 후 평행광에 가깝게 출사되도록 변환하는 프레넬 렌즈부로 구성된다. 현재, 국내에 설치되는 각종 등명기중 중간영역의 직경이 250 mm 인 등명기가 연안 표지의 약 74% 를 차지하고, 나머지가 300 mm 일 정도로 널리 사용되고 있다.
상기와 같은 백열전구를 이용한 전구식 등명기는 전구 교환기라는 기계적 구조물을 이용하여 다수의 백열전구가 설치된 소켓 부재를 회전 구동시켜 작동중인 백열전구가 고장나는 경우 전구 교환기에 장착되어 있는 모터를 구동시켜 예비 전구로 자동 절체하도록 구성되어 있다.
그러나 이러한 전구식 등명기는 전원의 비효율적인 사용으로 인해 전원부의 잦은 점검과 보수를 요하고 있으며, 배터리의 내구연한의 단축으로 관리자 측에서는 잦은 점검을 요하는 단점이 있다.
이에 따라 최근에는 백열전구보다 휘도가 높은 엘이디(LED; light-emitting diode)를 응용한 등명기가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 엘이디 등명기는 광을 방사하는 엘이디 모듈이 등명기 몸체의 상부에 다수로 적층되어 있으며, 각각의 엘이디 모듈은 제어모듈이 전원공급부와 전기적으로 연결되어 배터리로부터 공급되는 전원에 의해 작동되도록 설계되어 있다.
한편, 상기 엘이디 등명기를 구동하기 위한 전원공급부는, 태양전지를 이용하기도 한다. 이러한, 태양전지를 이용한 태양광발전은 광기전력 효과에 의해 발생한 전류 흐름이 태양전지에 연결된 외부 부하에 전류가 흐르게 함으로써 외부 부하를 작동시키게 하는 것이다.
그러나 태양전지는 태양전지 모듈 속에서 그 효율이 약간 떨어져 태양 광을 받으면 태양 광의 에너지 중 약 20%만이 전기로 변환된다. 따라서 대부분의 태양광 발전설비는 이러한 태양전지 모듈을 여러 개 합쳐서 이용하고 있다. 또한, 비나 눈 또는 구름 등에 의해 햇빛이 비치지 않는 날과 밤에는 전기가 발생하지 않고 일 사량의 강도에 따라 불균일한 직류가 발생하는 단점이 있다. 따라서 일반적인 태양광 발전설비는 사용가능한 충분한 전기를 공급하기 위하여 태양전지 모듈을 직렬 및 병렬로 복수개 연결한 태양전지 어레이와, 전력을 저장하기 위한 축전지, 전압의 세기를 일정하게 조정하기 위한 전압조절기 또는 직류-직류 컨버터 등으로 구성되어 있다.
그러나, 이러한 태양광 발전설비를 이용하여 충전된 축전지는 그 충전상태 및 주변의 온도에 따라 출력전압이 일정하지 않기 때문에, 만충전 상태에서 등명기 광도는 기준광도 이상이 되지만, 충전량이 충분하지 않을 경우에는 등명기의 광도가 기준 이하로 떨어져서 등명기의 기능을 발휘하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 등명기의 광도를 검출하여, 검출된 등명기의 광도에 따라 등명기의 각 구동부를 펄스폭변조 방식으로 제어하여 전원부의 충전상태에 영향을 최소화하여 항상 기준광도 이상의 광도를 발휘할 수 있는 등명기의 제어시스템을 제공하는 것이다. 다시 말해, 등명기의 광도를 기준광도와 비교하여, 등명기의 광도가 기준광도 이상일 경우에는 구동파형의 폭을 좁게 하고, 등명기의 광도가 기준광도 이하일 경우에는 구동파형의 폭을 넓게 하여 충분한 광도를 발휘할 수 있도록 하는 등명기의 제어시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 다수개의 모듈로 형성된 엘이디 어레이를 각각 일정 시간 간격으로 스캔하여 특정 엘이디 모듈의 합선 또는 단선 등의 고장을 용이하고 빠르 게 검색하여 유지보수가 편리한 등명기의 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은, 태양광 발전설비 등의 축전지로 구성된 전원부로부터 동작전원을 공급받아 항상 일정한 기준광도 이상으로 발광하기 위해 복수개의 고휘도 엘이디로 구성된 등명부를 포함하는 등명기에 있어서, 상기 전원부(90)로부터 전원을 공급받아 상기 등명부(30)를 기준광도 이상으로 빛을 발광시키기 위한 구동부(40)와, 상기 등명부(30)의 구동전류를 검출하는 전류검출부(20)와, 상기 전류검출부(20)를 통한 전류를 검출하여 상기 등명부(30)를 구성하는 엘이디의 합선 또는 단선상태를 검출하는 중앙처리부(10)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 등명부(30)는, 다수개의 LED모듈로 구성되며, 각각의 LED모듈은 복수개의 LED가 하나의 모듈을 형성하며, 상기 구동부(40)는, 상기 형성된 제1 LED모듈(31) 내지 제N LED모듈(33)의 각 모듈을 구동하기 위한 제1 구동부(41) 내지 제N 구동부(43)가 구성되고, 상기 제1 구동부(41) 내지 제N 구동부(43)의 전원공급은 상기 중앙처리부(10)의 제어신호를 받아 상기 전원부(90)의 동작전원을 스캔(scan)방식으로 상기 제1 구동부(41)에서 제N 구동부(43)까지 공급하는 신호다중화기(45)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 등명부(30)의 광도를 검출하여 상기 중앙처리부(10)에 제공하는 광도검출부(70)를 더 포함하고, 상기 중앙처리부(10)는, 상기 광도검출부(70)의 출력신호를 수신받아 일정한 시간동안 평균한 값이 기준광도를 유지하도록 펄스폭변환(PWM) 방식으로 상기 구동부(40)에 제어신호를 출력하여 상기 등명기(30)가 항상 기준광도 이상으로 발광하도록 기능을 수행하는 것을 특징으로 한 다.
이때 상기 중앙처리부(10)에 기준광도의 정보 및 등명부(30)의 작동순서를 미리 저장하여 제공하는 기억장치(50)와, 상기 중앙처리부(10)로부터 상기 등명부(30)의 동작 상태를 제공받아 외부로 송출하기 위한 통신부(60)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 등명기의 제어시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 등명기 제어시스템의 개략적인 블럭구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 등명기 제어시스템에서 동작감시를 위한 개략적인 블럭구성도이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 등명기 제어시스템에서 검출광도에 따른 출력전압의 그래프이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 등명기의 제어시스템은 상기 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 빛을 발광하기 위해 복수개의 고휘도 엘이디로 구성된 등명부(30)와, 상기 등명부(30)를 기준광도 이상으로 빛을 발광시키기 위한 구동부(40)와, 상기 구동부(40)가 구동되도록 동작전원을 공급하는 전원부(90)와, 상기 등명부(30)의 구동전류를 검출하는 전류검출부(20)와, 상기 전류검출부(20)를 통해 상기 등명부(30)의 합선 또는 단선상태를 검출하고 상기 구동부(40)를 통해 상기 등명부(30)가 기준광도 이상으로 구동되도록 제어신호를 출력하는 중앙처리부(10)와, 상기 중앙처리부(10)에 기준광도의 정보 및 등명부(30)의 작동순서를 미리 저 장하여 제공하는 기억장치(50)와, 상기 중앙처리부(10)로부터 상기 등명부(30)의 동작 상태를 제공받아 외부로 송출하기 위한 통신부(60)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 등명부(30)의 광도를 검출하여 상기 중앙처리부(10)에 제공하는 광도검출부(70)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 등명부(30)가 기준광도 이상으로 발광되는지의 여부를 검출하여 상기 중앙처리부(10)에 제공하게 된다.
상기 등명부(30)는, 상기 도 2에 도시된 바와 같이 복수개의 고휘도 엘이디(LED; light-emitting diode)가 다수개의 모듈로 구성되며, 각각의 모듈은 복수개의 엘이디가 하나의 모듈로 형성된다. 또한 상기 모듈은 녹색LED모듈 또는 적색LED모듈 또는 황색LED모듈로 구성될 수 있다. 한편, 상기 등명부(30)를 구성하는 제1 LED모듈(31) 내지 제N LED모듈(33)에는 각각 각 모듈을 구동하기 위한 제1 구동부(41) 내지 제N 구동부(43)가 구성되어 각각의 LED 모듈(31 ~ 33)을 점등 또는 점멸하도록 동작전원을 공급하게 된다.
상기 전원부(90)는 바람직하게는 태양광 발전설비 등으로부터 전기에너지를 충전하여 공급하는 축전지로 구성된다. 이때 상기 태양광 발전설비는 사용가능한 충분한 전기를 공급하기 위하여 태양전지 모듈을 직렬 및 병렬로 복수개 연결한 태양전지 어레이와, 전력을 저장하기 위한 축전지, 전압의 세기를 일정하게 조정하기 위한 전압조절기 또는 직류-직류 컨버터 등으로 구성되어 있다.
상기 전원부(90)의 전원은 상기 중앙처리부(10)의 제어신호에 따라 상기 구동부(40)에 공급되어 상기 등명부(30)를 점등 또는 점멸시키게 된다. 다시 말해, 상기 도 2에 도시된 바와 같이 신호다중화기(45)를 통해 스캔(scan)방식으로 각각의 제1 구동부(41)에서 제N 구동부(43)까지 동작전원을 공급하게 된다. 즉, 신호다중화기(45)는 중앙처리부(10)로부터 제어신호가 입력되면 이 제어신호를 스캔방식으로 제1 구동부(41)에서 제N 구동부(43)까지 일정시간 간격으로 순차적으로 공급하는 것입니다. 이때, 공급되는 전원의 시간 간격은 충분히 사람의 시각으로 점멸을 인식하지 못할 정도의 시간 간격으로 공급되어야 할 것이다.
상기 전류검출부(20)는, 상기 제1 구동부(41) 내지 제N 구동부(43)의 구동전류를 감지하는 구동전류감지부(22)와, 감지된 구동전류를 디지털신호로 변환하여 상기 중앙처리부(10)에 전송하기 위한 A/D변환기(25)를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 전류검출부(20)는 전류검출에 의한 등명부(30)의 각 엘이디상태 감시를 위한 것으로, 제1 LED모듈(31) 내지 제N LED모듈(33)의 전류값을 측정하여 상기 중앙처리부(10)로 송신하고, 송신받은 중앙처리부(10)는 광도별 전류특성에 따라 허용전류값의 범위를 상기 기억장치(50)로부터 제공받아 각 엘이디모듈 내에 있는 엘이디의 합선 또는 단선상태를 검출한다. 이때 특정의 LED모듈의 이상은 동작전원이 스캔방식으로 공급되기 때문에 공급되는 특정 LED모듈의 구동전류를 감지하고, 감지된 전류의 크기에 따라 해당 특정 LED모듈의 이상유무를 상기 중앙처리부(10)에서 판단하게 된다.
한편, 상기 광도검출부(70)는, 일반적인 조도센서로 구성될 수 있으며, 상기 등명부(30)의 광도를 검출한다. 일반적으로 상기 전원부(90)가 축전지로 구성된 경우에 충전된 축전지는 그 충전상태 및 주변온도에 따라 출력전압이 일정하지 않아서 만충전된 상태에서의 등명기 광도는 기준광도 이상이 되지만, 축전지의 충전량이 충분하지 않을 때는 광량이 저하되어 기준광도 이하로 등명기(30)가 동작하게 된다. 따라서, 상기 광도검출부(70)에서 광도를 검출하여 중앙처리부(10)로 출력하게 된다. 이때 상기 광도검출부(70)의 출력신호는 증폭부(80)에서 적당한 시정수를 갖도록 파형을 평탄하게 만들어 증폭한 후 디지털변환기를 통해 변환하여 증앙처리부(10)로 출력하는 것이 바람직하다. 따라서, 중앙처리부(10)는 상기 광도검출부(70)의 출력신호를 수신받아 일정한 시간동안 평균한 값이 기준광도를 유지하도록 펄스폭변환 방식으로 상기 구동부(40)에 제어신호를 출력하여 상기 등명기(30)가 항상 기준광도 이상으로 발광하도록 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 등명기의 제어시스템은, 먼저 광도감시의 기능으로, 상기 등명부(30)의 광도를 광도검출부(70)에서 검출하게 된다. 검출된 광도신호는 증폭부(80)를 통해 증폭되고, 상기 중앙처리부(10)에 제공된다. 상기 광도검출부(70)의 광도신호는 상기 전원부(90)의 충전상태에 따라 변화하게 되는데, 만충전 상태이더라도 축전지는 주변온도에 따라 출력전압이 일정하지 않게 된다. 따라서, 만충전에 근접된 상태에서도 등명기 광도는 기준광도 이하로 되는 경우가 있다. 이러한 경우 상기 광도검출부(70)에서 광도를 검출하여 적당한 시정수를 갖도록 파형을 평탄하게 만들어 증폭한 후 디지털변환기를 통해 변환하여 증앙처리부(10)를 통해 상기 구동부(40)로 출력한다. 따라서, 중앙처리부(10)는 상기 광도검출부(70)의 출력신호를 수신받아 일정한 시간동안 평균한 값이 기준광도를 유지하도록 펄스폭변환(PWM) 방식으로 상기 구동부(40)에 제어신호를 출력하여 상기 등명기(30)가 항상 기준광도 이상으로 발광하도록 한다. 다시 말해, 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 등명기의 광도가 기준광도 이상일 경우에는 구동파형의 폭 을 좁게 하고, 등명기의 광도가 기준광도 이하일 경우에는 구동파형의 폭을 넓게 변환하여 상기 구동부(40)에 제어신호를 출력하여 상기 등명부(30)가 항상 충분한 광도를 발휘할 수 있도록 하게 된다.
한편, 상기 전류검출부(20)는 등명부(30)의 각 엘이디상태 감시를 위한 것으로, 제1 LED모듈(31) 내지 제N LED모듈(33)의 전류값을 측정하여 상기 중앙처리부(10)로 송신하고, 송신받은 중앙처리부(10)는 광도별 전류특성에 따라 허용전류값의 범위를 상기 기억장치(50)로부터 제공받아 각 엘이디모듈 내에 있는 엘이디의 합선 또는 단선상태를 검출한다.
따라서, 원거리에서도 상기 전류검출부(20)를 통해 용이하게 등명기의 동작상태를 감시할 수 있게 되며, 등명기의 신뢰성을 크게 향상시키며, 해상 등에서의 안전사고를 효과적으로 예방할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 등명기의 광도를 기준광도와 비교하여, 등명기의 광도가 기준광도 이상일 경우에는 구동파형의 폭을 좁게 하고, 등명기의 광도가 기준광도 이하일 경우에는 구동파형의 폭을 넓게 하여 충분한 광도를 발휘할 수 있도록 하여 항상 기준광도 이상으로 등명기가 동작하도록 하여 제품의 신뢰성을 크게 향상시키게 된다.
또한, 등명기를 구성하는 각 엘이디의 합선 또는 단선 등의 고장유무를 쉽게 검출하고, 이를 통신부를 통해 원거리의 감시시스템에서 용이하게 감지하도록 하여 등명기의 유지보수를 편리하게 하여 해상 등의 안전사고 예방에 크게 이바지할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 태양광 발전설비 등의 축전지로 구성된 전원부로부터 동작전원을 공급받아 항상 일정한 기준광도 이상으로 발광하기 위해 복수개의 고휘도 엘이디로 구성된 등명부를 포함하는 등명기에 있어서,
    상기 전원부(90)로부터 전원을 공급받아 상기 등명부(30)를 기준광도 이상으로 빛을 발광시키기 위한 구동부(40)와, 상기 등명부(30)의 구동전류를 검출하는 전류검출부(20)와, 상기 전류검출부(20)를 통한 전류를 검출하여 상기 등명부(30)를 구성하는 엘이디의 합선 또는 단선상태를 검출하는 중앙처리부(10)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 등명기의 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 등명부(30)는, 복수개의 LED가 하나의 모듈로 구성되어 있는 복수개의 LED모듈들로 구성되어 있으며,
    상기 구동부(40)는, 상기 형성된 제1 LED모듈(31) 내지 제N LED모듈(33)의 각 모듈을 구동하기 위한 제1 구동부(41) 내지 제N 구동부(43) 및 제1 구동부(41) 내지 제N 구동부(43)에 전원을 공급하는 신호다중화기(45)를 포함하고, 상기 다중화기(45)는 상기 중앙처리부(10)의 제어신호를 받아 상기 전원부(90)의 동작전원을 스캔(scan)방식으로 상기 제1 구동부(41)에서 제N 구동부(43)까지 일정시간 간격으로 공급하는 것을 특징으로 하는 등명기의 제어시스템.
  3. 제1항 있어서,
    상기 등명부(30)의 광도를 검출하여 상기 중앙처리부(10)에 제공하는 광도검출부(70)를 더 포함하고,
    상기 중앙처리부(10)는, 상기 광도검출부(70)의 출력신호를 수신받아 일정한 시간동안 평균한 값이 기준광도를 유지하도록 펄스폭변환(PWM) 방식으로 상기 구동부(40)에 제어신호를 출력하여 상기 등명기(30)가 항상 기준광도 이상으로 발광하도록 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 등명기의 제어시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중앙처리부(10)에 기준광도의 정보 및 등명부(30)의 작동순서를 미리 저장하여 제공하는 기억장치(50)와, 상기 중앙처리부(10)로부터 상기 등명부(30)의 동작 상태를 제공받아 외부로 송출하기 위한 통신부(60)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 등명기의 제어시스템.
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