KR100867388B1 - 조명등 자동 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 램프 및 상기 램프의 조도를 조절하는 디밍 안정기를 포함하는 조명등과, 주변의 조도를 측정하는 조도센서와, 조도를 설정하기 위한 입력부와, 상기 조도센서에서 측정된 조도 또는/및 상기 입력부를 통해 설정 및 변경된 조도에 따라 상기 디밍 안정기를 제어하는 CPU와, 상기 CPU에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 디밍 안정기로 전송하는 DAC(Digital to Analog Converter)와, CPU에 연결되어 조도를 포함하는 각종 데이터를 외부로 출력하는 출력부와, 상기 CPU와 연결되어 일정 영역 내에 사람의 존재 여부를 감지하는 모션센서를 더 포함하여 구성되어, 사람의 접근 및 존재를 감지하여 그 여부에 따라 조명등이 자동으로 점등 및 소등되고 주변의 조도에 따라 조명등의 조도가 자동으로 조절되는 조명등 자동 제어 시스템
조명등, 자동 제어, 디밍 안정기, 조도센서, 모션센서

Description

조명등 자동 제어 시스템{Lighting Automatic Control System}
도 1은 본 발명에 의한 조명등 자동 제어 시스템의 구성을 도시하는 개략도.
도 2는 도 1의 조명등 자동 제어 시스템에 마련된 디밍 안정기를 도시하는 개략도.
도 3은 도 1의 조명등 자동 제어 시스템에 마련된 조도센서를 도시하는 개략도.
도 4는 도 1의 조명등 자동 제어 시스템에 마련된 모션센서를 도시하는 개략도.
도 5는 도 1의 조명등 자동 제어 시스템에 마련된 CPU와 DAC의 회로도.
도 6은 본 발명에 의한 조명등 자동 제어 시스템의 다른 실시예를 도시하는 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 조명등 110 : 램프
120 : 디밍 안정기 200 : 감지부
210 : 조도센서 220 : 모션센서
300 : 입/출력부 310 : 입력부(키패드 모듈)
320 : 출력부(LCD 모듈) 400 : 제어부
410 : CPU 420 : DAC
본 발명은 조명등 자동 제어 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 사람의 접근 및 존재를 감지하여 그 여부에 따라 조명등이 자동으로 점등 및 소등되고 주변의 조도에 따라 조명등의 조도가 자동으로 조절되어, 전력의 낭비를 방지하며 전 조명영역에서 균일한 조도를 유지할 수 있는 조명등 자동 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 아파트, 주택, 빌딩 등의 복도, 통로, 현관, 계단, 화장실 등에 설치되는 조명등은 사람의 접근을 감지하여 자동으로 점등되도록 감지센서와 타이머를 포함하여 구성된다.
상기 감지센서는 상술한 바와 같이 사람의 접근이 감지되면 전등을 자동으로 점등시키기 위한 것으로 광센서, 열감지 센서, 적외선 감지 센서, 근접센서 등이 있으며, 상기 타이머는 감지센서에 의해 점등된 조명등을 일정 시간 이후 소등하기 위한 것으로 점등시간의 조절이 가능하다.
이러한 종래의 조명등은 감지센서와 타이머 외에도 조도센서를 포함하는 바, 주변의 조도에 따라 조명등을 자동으로 점등 및 소등하는 기능을 추가로 포함하고 있다. 즉, 상기 조도센서는 주변 조도가 그 설정값보다 어두우면 조명등으로 전원을 인가하여 상기 감지센서와 타이머에 의한 점등 및 소등이 가능하도록 하고, 설 정값보다 밝으면 조명등으로 인가되는 전원을 차단하여 점등 및 소등이 불가능하도록 한다. 따라서 불필요하게 낭비되는 전력의 손실을 방지할 수 있다.
하지만, 종래의 조명등은 상술한 바와 같이 타이머에 설정된 시간 동안만 점등되므로, 그 후에도 해당 위치에 계속 머물게 되는 경우 손을 흔들거나 몸을 움직여서 센서가 재차 감지토록 하여 조명등을 점등해야하는 불편함이 있었다.
또한, 상기 조도센서의 조도 설정 시 설정값이 낮으면 주변이 어둑어둑한 이른 새벽이나 늦은 저녁때에도 점등되지 아니하므로 사용이 불편하고, 설정값이 높으면 주변이 환한 늦은 새벽이나 초저녁부터 점등되므로 전력의 낭비가 예상된다.
뿐만 아니라, 종래의 조명등은 주변의 조도에는 관계없이 항상 일정한 조도의 빛을 발산하므로 조도가 높으면 전력이 낭비되고, 이를 방지하기 위하여 조도를 낮추면 이용이 불편한 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 사람의 접근 및 존재를 감지하여 그 여부에 따라 조명등이 자동으로 점등 및 소등되고 주변의 조도에 따라 조명등의 조도가 자동으로 조절되는 조명등 자동 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 조명등의 조도를 자동으로 조절하여 전력의 낭비를 막고 전 조명영역에서 균일한 조도를 유지할 수 있는 조명등 자동 제어 시스템을 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 조명등 자동 제어 시스템은, 램프 및 상기 램프의 조도를 조절하는 디밍 안정기를 포함하는 조명등과, 주변의 조도를 측정하는 조도센서와, 조도를 설정하기 위한 입력부와, 상기 조도센서에서 측정된 조도 또는/및 상기 입력부를 통해 설정 및 변경된 조도에 따라 상기 디밍 안정기를 제어하는 CPU와, 상기 CPU에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 디밍 안정기로 전송하는 DAC(Digital to Analog Converter)와, CPU에 연결되어 조도를 포함하는 각종 데이터를 외부로 출력하는 출력부를 포함한다. 또한, 상기 CPU와 연결되어 일정 영역 내에 사람의 존재 여부를 감지하는 모션센서를 더 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 조명등 자동 제어 시스템의 구성을 도시하는 개략도이고, 도 2 내지 도 4는 도 1의 조명등 자동 제어 시스템에 마련된 디밍 안정기, 조도센서 및 모션센서를 도시하는 개략도이다. 또한, 도 5는 도 1의 조명등 자동 제어 시스템에 마련된 CPU와 DAC의 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 조명등 자동 제어 시스템은 크게 조명등(100), 조도 및 사람의 유무를 감지하는 감지부(200)와, 각종 데이터를 입력 및 출력하는 입/출력부(300)와, 상기 조명등(100)을 제어하는 제어부(400)로 구성된다.
상기 조명등(100)은, 외부 전원과 연결되어 전원 인가 시 빛을 발생시키는 램프(110)와, 상기 램프(110)로 공급되는 출력전압을 제어하여 조도를 조절하는 디 밍 안정기(120)로 구성된다.
도 2를 참조하여 상기 디밍 안정기(120)를 살펴보면, 내부에 마련된 부품 및 각종 회로를 보호하기 위하여 입력 라인의 고주파 노이즈를 제거하는 EMI필터회로(122)와, 상기 EMI필터회로(122)에서 노이즈가 제거된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류기회로(124)와, 상기 정류기회로(124)에서 변환된 직류전압의 전력효율을 개선하기 위한 PFC(Power Factor Correction)회로(126)와, 상기 PFC회로(126)에서 인가된 직류전원을 안정화시켜 출력하는 정전압회로(128)와, 상기 램프(110)로 공급되는 출력전력을 제어하는 디밍회로(132)와, 디밍 온/오프 시 전류의 급격한 흐름을 막기 위한 소프트스타트회로(134)를 포함한다.
여기서 상기 디밍회로(132)는 상기 제어부(도 1의 400), 특히 후술할 CPU(도 1의 410)로부터 인가되는 직류전압에 따라 구동주파수를 변조하여 상기 램프(110)로 인가되는 출력전력을 조절함으로써 램프(110)의 조도를 조절하게 된다. 이때, 상기 CPU(410)에서 디밍회로(132)로 인가되는 직류전압은 0.1 ~ 5V(또는 0.1 ~ 10V)이고, 구동주파수의 변조범위는 10 ~ 100㎑이다. 예를 들어, 0.1V의 직류전압이 인가되면 상기 디밍회로(132)는 구동주파수를 60 ~ 100㎑로 변조하여 상기 램프(110)가 1%의 밝기를 내도록 제어한다. 반면, 5V(또는 10V)의 직류전압이 인가되면 구동주파수를 10 ~ 50㎑로 변조하여 램프(110)가 100%의 밝기를 내도록 제어한다.
상술한 바와 같이 구성된 디밍 안정기(120)는 EMI필터회로(122), PFC회로(126), 정전압회로(128) 및 소프트스타트회로(134)가 구비되어 외부에서 인가되 는 전압의 변동에 관계없이 항상 일정한 전력을 출력할 수 있고, 램프 수명 말기(Brownout)에 전압 및 전류가 급격히 상승될 경우 회로 구동을 중단시켜 디밍 안정기(120) 내의 부품 및 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 디밍 시 역율(Power Factor)이 틀어지는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 디밍 온/오프 시 전류가 급격히 흐르는 것을 방지함으로써 램프(110)의 수명을 연장시킬 수 있다.
상기 감지부(200)는, 상기 조명등(100)이 설치된 주변의 조도를 측정하는 조도센서(210)와, 조명등(100)을 기준으로 일정 영역 내에 사람의 존재 여부를 감지하는 모션센서(220)로 구성된다.
이 중에서 상기 조도센서(210)는 도 3에 도시된 바와 같이, 조도에 따라 다양한 신호를 출력하는 포토다이오드(212)와, 상기 포토다이오드(212)에서 출력된 신호를 증폭하는 선형증폭기(214)와, 상기 선형증폭기(214)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter, 216)와, 상기 ADC(216)에서 출력된 디지털 신호를 상기 CPU(도 1의 410)로 전송하는 통신 인터페이스(218)로 구성된다.
이때, 상기 조도센서(210)는 아날로그 방식의 조도센서가 아닌 디지털 방식의 조도센서로 오차범위가 적고 응답속도가 빠르며 광원의 종류에 따른 편차도 감소되어 정확한 조도를 측정할 수 있다. 또한, 조도의 분해능도 16Bit로 높아 1룩스(Lux)까지 측정할 수 있을 정도로 정밀도가 우수하다. 뿐만 아니라, 상기 조도센서(210)의 통신 인터페이스는 I2C로 상기 CPU(410)와 고속통신이 가능하고, 두 개 의 라인(클럭라인 및 데이터라인)만으로도 통신이 가능하며, 다수의 디바이스와 통신이 가능한 장점이 있다.
그리고 상기 모션센서(220)는 도 4에 도시된 바와 같이, 외부에서 인가된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류기(222)와, 마이크로웨이브 센서를 이용하여 검출된 신호를 증폭하는 신호증폭부(224)와, 상기 신호증폭부(224)를 통해 입력된 전압이 설정된 값 이상인지 여부를 비교하여 사람이나 동물 등의 유무를 판단하는 비교회로부(226)와, 상기 비교회로부(226)의 출력에 따라 램프(도 1의 110)의 점등 또는 소등을 위한 신호를 CPU(도 1의 410)로 출력하는 출력회로부(228)로 구성된다. 이때, 상술한 모션센서(220)는 본 출원인에 의해 선출원된 “조명장치(출원번호 : 10-2006-0065836)”의 작동 센서모듈과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 입/출력부(300)는 각종 데이터를 입력 및 출력하기 위한 수단으로, 조도를 설정하거나 설정된 조도를 변경하기 위한 입력부(310)와, 현재 조도, 설정 및 변경된 조도, 시간 등을 외부로 디스플레이하기 위한 출력부(320)로 구성된다. 이때, 상기 입력부(310)는 4×4 매트릭스 키패드 모듈이고 상기 출력부(320)는 LCD모듈로 둘 다 일반적인 입력 및 출력수단 중 하나이다. 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제어부(400)는, 상기 감지부(200) 및 입/출력부(300)와 연결되어 상기 디밍 안정기를 제어하는 CPU(410)와, 상기 CPU(410)에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 디밍 안정기로 전송하는 DAC(Digital to Analog Converter, 420)로 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 CPU(410)는 상기 감지부(200)의 조도센서(210) 및 모션센서(220), 그리고 상기 입/출력부(300)의 키패드 모듈(310)과 LCD 모듈(320)에 각각 연결된다. 즉, 상기 CPU(410)는 상기 조도센서(210)에서 측정된 조도 또는/및 상기 입력부(310)를 통해 설정 및 변경된 조도에 따라 상기 디밍 안정기(120)를 제어하여 램프(110)의 조도를 조절한다. 또한, 상기 모션센서(220)를 통해 일정 범위 내에 사람의 유무에 따라 디밍 안정기(120)를 제어하여 램프(110)를 점등 또는 소등한다. 뿐만 아니라, 상기 조도센서(210)에서 측정된 조도(현재 조도)와 사용자에 의해 설정 및 변경된 조도(기준 조도)를 수치화하여 그 데이터를 상기 출력부(320)로 전송한다.
상기 DAC(420)는 상기 CPU(410)로부터 각종 데이터(조도센서에서 측정된 조도 또는/및 입력부를 통해 설정 및 변경된 조도 등)를 병렬전송방식에 의해 8Bit의 디지털 신호로 수신한 후, 0 ~ 5V(또는 10V)의 아날로그 신호로 변환하여 상기 디밍 안정기(120)로 전송한다. 또한, 상기 DAC(420)에는 커넥터(도 5의 422)가 마련되어 최대 8개의 조명등을 제어할 수 있다. 여기서 본 실시예는 DAC(420)를 사용하여 신호를 전송하는 구조로 이루어져 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, PWM(Pulse Width Modulation) 등을 이용하여서 신호 전송이 가능함은 물론이다.
도 5를 참조하여 상기 CPU(410)와 DAC(420)의 연결구조 및 신호변환과정을 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 CPU(410)는 33 ~ 40번 핀에서 디지털 신호(8Bit)를 전송하고 상기 DAC(420)는 5(A1) ~ 12(A8)번 핀에서 신호를 수신하여 아날로그 신호로 변환한 후, 디밍 안정기(120)로 전송한다.
이때, 상기 DAC(420)는 상기 CPU(410)에서 전송되는 8Bit(16진수)의 디지털 신호를 다음과 같은 수식에 대입하여 아날로그 신호로 변환한다.
[수식 1]
Figure 112007024918252-pat00001
예를 들어, 상기 CPU(410)에서 8Bit 디지털 신호 중 70단계 신호(0 X 46 = 0100 0110)를 상기 수식에 입력하면,
Figure 112007024918252-pat00002
1.367V의 아날로그 신호가 나오게 된다. 즉, 최소 단계인 0단계(0 X 0 = 0000 0000)에서 0V로 변환되고, 최대 단계인 256단계(0 X FF = 1111 1111)에서 5V로 변환된다. 즉, 상기 DAC(420)에서 변환되는 아날로그 신호는 총 256단계로 변환 가능한 바, 램프(110)의 조도를 256단계로 조절할 수 있다.
여기서 본 실시예의 상기 DAC(420)는 상술한 바와 같이 병렬전송방식으로 데이터를 전송하고 전압분해가 8Bit이지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. I2C, SPI, Serial 등과 같은 데이터 통신방식을 사용하고 전압분해도 8Bit 이상을 사용할 경우 더 많은 단계로 조도를 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 조명등 자동 제어 시스템의 다른 실시예를 도시하는 개략도로, 도 6을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 의한 조명등 자동 제어 시스템의 다른 실시예는 조명등(100), 조 도 및 사람의 유무를 감지하는 감지부(200)와, 각종 데이터를 입력 및 출력하는 입/출력부(300)와, 상기 조명등(100)을 제어하는 제어부(400)로 구성된다. 여기서 조도센서(210)와 모션센서(220)를 포함하는 상기 감지부(200)와, 입력부(310)와 출력부(320)를 포함하는 상기 입/출력부(300)는 상기 일실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 조명등(100)은, 외부 전원과 연결되어 전원 인가 시 빛을 발생시키는 램프(110)와, 상기 램프(110)로 공급되는 출력전압을 제어하여 조도를 조절하는 디밍 안정기(120)와, 각종 신호를 무선으로 송수신하기 위한 통신모듈(130)로 구성된다. 또한, 상기 제어부(400)는, 상기 감지부(200) 및 입/출력부(300)와 연결되어 상기 디밍 안정기를 제어하는 CPU(410)와, 상기 CPU(410)에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 디밍 안정기로 전송하는 DAC(Digital to Analog Converter, 420)와, 각종 신호를 무선으로 송수신하기 위한 통신모듈(430)로 구성된다. 이때, 상기 한 쌍의 통신모듈(130, 430)은 상기 조명등(100)과 제어부(400)에서 발생되는 신호를 무선으로 통신하도록 하기 위한 것으로, 이와 같이 무선통신을 사용할 경우 조명등(100)과 제어부(400) 사이의 거리 제한이 없으므로 설치가 용이하게 된다.
상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 의한 조명등 자동 제어 시스템은 사용자의 필요에 따라 자동모드 또는 수동모드로 조명등을 제어할 수 있다.
키패드(310) 모듈을 이용하여 기준조도를 입력하고 조명등 제어 시스템을 자동모드로 전환하면, CPU(410)는 조도센서(210)를 통해 실시간으로 현재조도를 수신 하고, 그에 따라 디밍 안정기(120)를 제어하여 램프(110)의 조도를 조절한다. 즉, 현재조도가 높을 경우 램프의 조도를 낮추고, 현재조도가 낮을 경우 램프의 조도를 증가하여 기준조도까지 조절한다. 이와 같은 자동모드는 현재조도에 따라 램프의 조도가 자동으로 조절되어 항상 일정한 실내조도를 유지된다.
반면, 키패드 모듈(310)을 이용하여 설정조도를 입력하고 조명등 제어 시스템을 수동모드로 전환하면, CPU(410)는 조도센서(210)를 통해 실시간으로 입력되는 현재조도에 관계없이 설정조도에 따라 디밍 안정기(120)를 제어하여 램프(110)의 조도를 조절한다. 즉, 수동모드는 현재조도가 높거나 낮음에 관계없이 램프(110)의 조도가 항상 일정하므로 시간에 따라 실내조도가 변하게 된다.
한편, 본 발명에 의한 조명등 자동 제어 시스템은 상술한 자동모드와 수동모드의 변환을 제어할 수 있다. 즉, 일정시간마다 자동모드와 수동모드가 교번되게 제어할 수 있으며, 특히 타이머 등을 이용할 경우 각 모드의 진행시간을 변경할 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명등 자동 제어 시스템의 구성 및 조명등 제어 과정을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의한 조명등 자동 제어 시스템은, 사람의 접근 및 존 재를 감지하여 그 여부에 따라 조명등이 자동으로 점등 및 소등되고 주변의 조도에 따라 조명등의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 따라서 전력이 낭비되는 것을 방지하고, 전 조명영역에서 균일한 조도를 유지할 수 있으며, 다양한 단계로 조도를 조절할 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 램프 및 상기 램프의 조도를 조절하는 디밍 안정기를 포함하는 조명등;
    조도에 따라 다양한 신호를 출력하는 포토다이오드, 상기 포토다이오드에서 출력된 신호를 증폭하는 선형증폭기, 상기 선형증폭기에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter), 상기 ADC에서 출력된 디지털 신호를 상기 CPU로 전송하는 I2C 통신 인터페이스를 가진 조도센서;
    조도를 설정하기 위한 입력부;
    상기 조도센서에서 측정된 조도 또는/및 상기 입력부를 통해 설정 및 변경된 조도에 따라 상기 디밍 안정기를 제어하는 CPU;
    상기 CPU에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 디밍 안정기로 전송하는 DAC(Digital to Analog Converter); 및
    CPU에 연결되어 조도를 포함하는 각종 데이터를 외부로 디스플레이하는 출력부;를 포함하고,
    상기 디밍 안정기는, 고주파 노이즈를 제거하는 EMI필터회로와, 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류기회로와, 직류전압의 전력효율을 개선하기 위한 PFC(Power Factor Correction)회로와, 직류전원을 안정화시켜 출력하는 정전압회로와, 상기 램프로 공급되는 출력전압을 제어하는 디밍회로와, 전류의 급격한 흐름을 막기 위한 소프트스타트회로를 포함하는 조명등 자동 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 CPU와 연결되어 일정 영역 내에 사람의 존재 여부를 감지하는 모션센서를 더 포함하는 조명등 자동 제어 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 디밍 안정기와 DAC 사이의 무선통신을 위한 통신모듈을 더 포함하는 조명등 자동 제어 시스템.
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