KR101031042B1 - Ａｃ 전원라인을 이용한 데이터 통신장치 - Google Patents

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Abstract

기존의 상용 AC 전원라인에 특정한 신호를 부가함으로써 별도의 추가적인 제어선이 없어도 통신을 할 수 있도록 구성한 데이터 통신장치에 관해 개시한다. 본 발명의 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치는, 전원라인 L과 N을 이용하여 송신단에서 데이터를 송신하고 송신단과 폐회로를 이루는 수신단에서 데이터를 수신하는, AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치로서, 상기 송신단이: 상기 전원라인 L과 N 사이의 AC 전압을 입력받아 제로 크로스(zero cross) 기준신호를 발생시키는 제로 크로스 기준 발생회로와; 상기 제로 크로스 기준 발생회로에서 발생된 제로 크로스 기준신호를 기준으로 하여 상기 전원라인 L에 실을 신호 패턴을 저장하고 있으며, 상기 저장된 신호패턴에 따른 발진 제어신호를 발생시키는 마이크로 컨트롤러와; 상기 마이크로 컨트롤러에서 나오는 발진 제어신호를 받아 제어되어, "0" 또는 "1"에 해당하는 발진신호의 길이를 출력하는 발진회로부와; 상기 발진회로부에서 나오는 발진신호의 길이를 입력받아 이에 따른 전류 가감량을 상기 전원라인 L에 실어 줌으로써 송신 데이터 신호를 결정하는 구동회로부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
AC 전원라인, 데이터 통신장치, PLC, 제로 크로스 기준신호, 폐루프

Description

ＡＣ 전원라인을 이용한 데이터 통신장치 {Apparatus for data communication using AC power line}
본 발명은 전원라인을 이용한 통신장치에 관한 것으로, 특히, 기존의 상용 AC 전원라인에 특정한 신호를 부가함으로써 별도의 추가적인 제어선이 없어도 통신을 할 수 있도록 구성한 데이터 통신장치에 관한 것이다.
전력선 통신(Power Line Communication: PLC)이란 가정이나 사무실에 전력 공급용으로 배선되어 있는 전력선을 통하여 데이터 신호를 송수신하는 통신 방식을 지칭한다. 즉 AC 라인에 데이터 신호를 고주파 신호로 변조하여 전송하고, 이 신호를 50㎐ 또는 60㎐ 차단 주파수를 갖고 있는 고주파 필터를 이용하여 분리해 수신함으로써, 상기 전력선 통신이 구현될 수 있다.
이러한 전력선 통신은, 기존의 배선을 이용하여 네트워크를 구축할 수 있기 때문에, 추가 배선 공사에 따르는 비용의 부담이 없다는 장점이 있다. 또한, 네트워크가 구축 된 후에도 추가 기기를 플러그 인(Plug In)하기만 하면 네트워크에 추가 시킬 수 있는 확장성이 보장되므로, 각종 유무선 네트워크 솔루션에 널리 적용 되고 있다.
그런데, 이러한 전력선 통신에서는 전원라인에 신호를 부가하는 방식에 의존하여 장치 구성의 간편성 여부가 결정되기 때문에, 가급적 간단하게 장치를 구성할 수 있도록 해주는 신호 부가방식을 채택한 전력선 통신장치가 요구된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 간단하게 장치를 구성할 수 있도록 해주는 신호 부가방식을 채택한, AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치를 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치는, 전원라인 L과 N을 이용하여 송신단에서 데이터를 송신하고 송신단과 폐회로를 이루는 수신단에서 데이터를 수신하는, AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치로서,
상기 송신단이:
상기 전원라인 L과 N 사이의 AC 전압을 입력받아 제로 크로스(zero cross) 기준신호를 발생시키는 제로 크로스 기준 발생회로와;
상기 제로 크로스 기준 발생회로에서 발생된 제로 크로스 기준신호를 기준으로 하여 상기 전원라인 L의 일정한 위치에 실을 신호 패턴을 저장하고 있으며, 상기 저장된 신호패턴에 따른 발진 제어신호를 발생시키는 마이크로 컨트롤러와;
상기 마이크로 컨트롤러에서 나오는 발진 제어신호를 받아 제어되어, "0" 또 는 "1"에 해당하는 발진신호의 길이를 출력하는 발진회로부와;
상기 발진회로부에서 나오는 발진신호의 길이를 입력받아 이에 따른 전류 가감량을 상기 전원라인 L의 일정한 위치에 실어 줌으로써 송신 데이터 신호를 결정하는 구동회로부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 송신 데이터 신호의 주파수가 10㎑~100㎑ 범위에 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 간단하게 장치를 구성할 수 있도록 해주는 신호 부가방식을 채택하였기 때문에, 장치의 구성이 간단하여 장치의 제조원가를 절감할 수 있다. 또한, 기존의 전력선 통신은 많은 데이터의 송수신이 필요한 곳에 적합하지만, 본 발명은 저속의 저용량 데이터를 송수신하는 시스템에 적합하다. 그리고, 기존의 전력선 통신과 달리, 송신부와 수신부의 폐루프가 형성되는 시스템에서만 신호가 전달되며, 신호의 크기 또한 전원라인의 잡음크기보다 다소 크기 때문에 다른 기기 에 대한 영향이 없게 되는 장점을 갖는다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치의 송수신 개념도이다. 도 1을 참조하면, 기존의 AC 상용전원라인은 AC 상용전원(110)과, N(Neutral) 라인(120)과, L(Live) 라인(130)으로 이루어진다. 송신단(140)에 의해, 전원 라인의 L 라인(130)에 특정 신호가 실리면, 폐루프(160-1)의 경우 전원라인을 타고 신호가 수신부(156-1), 수신제어부(152-1) 및 부하(154-1)로 이루어진 수신단(150-1)에 전달된다. 송신단(140)과 수신단들(150-1, …, 150-N)의 각각은 폐루프들(160-1, …, 160-N)을 형성하며, 송신단과 각 폐루프들에 포함된 수신단 사이에서 신호의 송수신이 일어나게 된다. 부하의 숫자는 송신단(140)의 송신 신호 크기에 따라 결정된다. 즉, 송신 신호는 L 라인(130)을 절단하여 삽입한 형태가 되며, 수신단의 수신부 또한 L 라인(130)을 절단하여 삽입한 형태로 신호를 검출하게 된다. 본 개념도에서는 특정 신호가 전원 라인의 L 라인(130)에 실리는 것을 예로 들었으나, 경우에 따라서는 특정 신호가 전원 라인의 N 라인(120)에 실리도록 할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치의 송신단의 개략적 구성도이다. 도 2를 참조하면, 송신단(140)은, 제로 크로스(zero cross) 기준 발생회로(210)와 마이크로 컨트롤러(220)와, 발진회로부(230)와, 구동회로(240)를 포함한다. 제로 크로스 기준 발생회로(210)에서는 전원라인 L(130)과 N(120) 양단에 걸리는 전압을 입력받아 제로 크로스(zero cross) 기준신호를 발생시킨다. 제로 크로스(zero cross) 기준신호라는 것은, 전원라인 L(130)과 N(120)의 전압이 서로 교차하는 위치를 나타내는 신호를 말하며, 후술한 도 4의 <b>에서와 같이 펄스신호로 나타낼 수 있다. 마이크로 컨트롤러(220)에는, 제로 크로스 기준 발생회로(210)에서 발생된 제로 크로스 기준신호를 기준으로 하여 전원라인 L(130)에 실을 신호 패턴을 저장하고 있으며, 저장된 신호패턴에 따른 발진 제어신호를 발생시킨다. 마이크로 컨트롤러(220)에서 나오는 발진 제어신호는 발진회로부(230)를 제어하여, "0" 또는 "1"에 해당하는 발진신호의 길이를 출력하게 된다. 구동회로부(240)는 발진회로부(230)에서 나오는 발진신호의 길이를 입력받아 이에 따른 전류 가감량을 전원라인 L(130)에 실어 줌으로써 송신 데이터 신호를 결정하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치의 송신단의 실제 회로예의 도면이다. 도 3을 참조하면, AC 상용 전원으로부터 포토 커플러를 포함한 제로 크로스 기준 발생회로(210)에 의해 제로 크로스 신호가 만들어져 마이크로 컨트롤러(220)에 전달되면 마이크로 컨트롤러(220)는 제로 크로스 신호를 기준으로 하여 상용 전원라인에 실을 신호를 발생하여 D out 단자를 통해 트랜지스터 Q13을 제어한다. 트랜지스터 Q13에 의해 발진회로부(230)를 포함하는 U20의 발진기 가 제어되어 파워 소자인 M2를 스위칭하여 전력 전달 소자인 트랜스포머 T1을 구동하게 되고, 이 T1에 의해 AC 상용 전원 라인에 싣고자 하는 신호가 실리게 되는 것이다. 트랜스포머 T1은 액티브 소자(트라이악, SCR, MOSFET, BJT)로 등가 대치하여 신호를 실을 수 있다. 이러한 파워 소자 M2와 트랜스포머 T1이 구동회로부(240)를 이루게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치에서 송신되는 송신 데이터 신호를 생성하는 예들을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서는 AC 상용 전원 라인에 "110110"의 6비트의 데이터 신호를 인가하는 예를 나타낸 것으로서, <c>, <d>, <e>와 같은 방법으로 데이터를 실어서 전송할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 도 4에서 <a>는 AC 상용전원의 전압 파형을 나타낸 것이고, <b>는 제로 크로싱(zero crossing)을 검출한 신호로서 제로 크로스 기준점을 나타내는 펄스파형이다.
도 4의 <c>에서는, 기준점을 기준으로 하여 일정한 위치에 신호를 실으면 "1"이고, 신호를 실지 않으면 "0"으로 하는 방법을 나타낸다. 도 4의 <c> 내지 <e>에서 빗금으로 표시된 부분은 신호가 실리는 부분을 나타내며, 빗금친 부분의 수평길이는 실리는 신호의 길이를 나타낸다.
도 4의 <d>에서는 기준점을 기준으로 하여 일정한 위치에 신호를 실을 때 신호를 싣는 기간이 짧으면 "1"이고, 신호를 싣는 기간이 길면 "0"으로 하는 방법을 나타낸다.
도 4의 <e>에서는 기준점을 기준으로 하여 일정한 위치에 신호를 싣는데 있 어서 서로 다른 2개의 위치를 정하고 위치1에 신호를 실으면 "1"이고, 위치2에 신호를 실으면 "0"으로 하는 방법을 나타낸다.
이와 같이 생성한 신호는 추후에 설명될 수신단에서 복조할 경우, "110110"의 6비트의 데이터 신호를 재생할 수 있다.
이상에서 신호를 생성하는 몇 가지 예에 대해서 설명하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법으로 신호를 생성할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 도 4의 <c> 내지 <e>에 설명된 방법에서 "1"과 "0"을 지정하는 것과 반대로 하여 "1"과 "0"을 지정하여도 상관없다.
도 4는 AC 전원 라인에 흐르는 AC 전류(310)에 송신 데이터 신호(320)를 실은 모양을 확대한 것이다. AC 전류(310)에 실린 송신 데이터 신호(320)의 주파수는 전원 라인의 AC 전류(310)의 상용주파수인 50~60㎐보다는 매우 높은 수십 ㎑ 대역에서 결정한다. 그러나 이 주파수를 너무 높이게 되면 타기기에 전자파 간섭을 줄 우려가 있으므로 10㎑ ~ 100㎑ 정도가 적당하다.
이제 송신단에서 전송된 데이터 신호를 복구하는 수신단에 대해 살펴보자. 수신단은 도 1에 도시된 바와 같이 송신단(140)과 더불어 폐회로를 이루는 수신단들(150-1, …, 150-N)의 각각에 해당되는데, 참조번호 150-1로 표시된 하나의 수신단을 참조하면, 이 수신단은, 전원 라인 L에 실려온 신호를 감지하는 수신부(156-1)와 감지된 수신신호를 복원하여 부하를 제어할 수 있는 수신제어부(152-1) 그리고 부하(154-1)로 구성된다. 이러한 수신단은 여러 개가 병렬연결 될 수 있는데, 송신 신호의 크기에 따라 부하의 수가 결정된다.
도 6은 본 발명에 따른 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치의 수신단의 실제 회로예의 도면이다. 도 6에서, AC 전원 라인의 신호 중에서 전원 주파수 성분인 50~60㎐ 성분을 제외한 데이터에 해당하는 수십 ㎑의 데이터 신호 성분만이, 수신부(156-1)에 포함된 L1A2의 트랜스포머를 거쳐 교류성분의 신호(도 5의 구형파 성분)만이 검출된다. 이렇게 검출된 신호는 저항 R과 커패시터 C에 의하여 적분이 되며 송신단에서 보낸 "1"과 "0"에 해당하는 폭을 만들어 낸다. 이 신호는 컴퍼레이터(comparator)에 의하여 깨끗한 구형파로 복원이 되며 송신단에서 송신한 비트 신호를 수신제어부(152-1)에 포함된 마이크로 컨트롤러로 보낸다. 마이크로 컨트롤러는 수신된 비트 신호를 분석함으로써 송신단에서 보낸 신호의 의미를 분석하게 된다. 분석된 송신단의 데이터 신호의 예를 도 7에 나타내었다. 이렇게 분석된 신호에 따라, 마이크로 컨트롤러는 부하(154-1)의 상태를 제어함으로서, 최종적인 수신제어과정이 완료된다. 이러한 송수신과정을 거침으로써 추가적인 제어선 혹은 신호선이 없이, 전원선만으로 제어가 가능하게 된다.
도 7을 참조하면, <c>는 기준점을 기준으로 해서 신호가 있으면 "1"이고, 없으면 "0"이 된다. <d>는 기준점을 기준으로 해서 신호가 존재하는 시간이 짧으면 "1"이고, 길면 "0"이 된다. <e>는 기준점을 기준으로 해서 신호가 위치1에 존재하면 "1"이 되고, 위치2에 존재하면 "0"이 된다. 이 때, 송신단에서와 마찬가지로 "1"과 "0"을 반대로 하여도 무방하다.
또한, <c>와 <d>의 경우에는 <b>의 기준점이 없어도 신호를 복원하는 데 문제가 되지 않는다. 즉, <c>의 경우 첫 비트 신호 "1" 수신 후 일정 시간 후에 신호 가 수신된다면 비트 신호 "1"이 존재하는 경우가 되고, 일정 시간 후에 신호가 수신되지 않는다면 비트 신호 "0"이 수신되는 것이다. <d>의 경우 일정한 시간 간격을 두고 신호가 수신되므로 수신신호의 펄스 길이만을 체크하면 "0"과 "1"의 송신신호를 복원할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치의 송수신 개념도;
도 2는 본 발명에 따른 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치의 송신단의 개략적 구성도;
도 3은 본 발명에 따른 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치의 송신단의 실제 회로예의 도면;
도 4는 본 발명에 따른 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치에서 송신되는 송신 데이터 신호를 생성하는 예들을 설명하기 위한 도면;
도 5는 AC 전원 라인에 흐르는 AC 전류에 송신 데이터 신호를 실은 모양을 확대한 것;
도 6은 본 발명에 따른 AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치의 수신단의 실제 회로예의 도면; 및
도 7은 수신단에서 분석된 송신단의 데이터 신호의 예를 나타낸 도면이다.
* 도면 중의 주요 부분에 대한 참조부호의 설명 *
110: AC 상용전원 120: N(Neutral) 라인
130: L(Live) 라인 140: 송신단
150-1, …, 150-N: 수신단들 152-1, …, 152-N: 수신제어부들
154-1, …, 154-N: 부하들 156-1, …, 156-N: 수신부들
210: 제로 크로스(zero cross) 기준 발생회로
220: 마이크로 컨트롤러 230: 발진회로부
240: 구동회로

Claims (6)

  1. 전원라인 L과 N을 이용하여 송신단에서 데이터를 송신하고 송신단과 폐회로를 이루는 수신단에서 데이터를 수신하는, AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치에 있어서,
    상기 송신단이:
    상기 전원라인 L과 N 사이의 AC 전압을 입력받아 제로 크로스(zero cross) 기준신호를 발생시키는 제로 크로스 기준 발생회로와;
    상기 제로 크로스 기준 발생회로에서 발생된 제로 크로스 기준신호를 기준으로 하여 상기 전원라인 L의 일정한 위치에 실을 신호 패턴을 저장하고 있으며, 상기 저장된 신호패턴에 따른 발진 제어신호를 발생시키는 마이크로 컨트롤러와;
    상기 마이크로 컨트롤러에서 나오는 발진 제어신호를 받아 제어되어, "0" 또는 "1"에 해당하는 발진신호의 길이를 출력하는 발진회로부와;
    상기 발진회로부에서 나오는 발진신호의 길이를 입력받아 이에 따른 전류 가감량을 상기 전원라인 L의 일정한 위치에 실어 줌으로써 송신 데이터 신호를 결정하는 구동회로부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는, AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 송신 데이터 신호의 주파수가 10㎑~100㎑ 범위에 있는 것을 특징으로 하는, AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전원라인 L에 실을 신호 패턴이:
    상기 기준신호를 기준으로 하여 일정한 위치에 신호를 실으면 "1"이고, 신호를 실지 않으면 "0"으로 판단하도록 만들어진 신호패턴인 것을 특징으로 하는, AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전원라인 L에 실을 신호 패턴이:
    상기 기준신호를 기준으로 하여 일정한 위치에 신호를 실을 때 신호를 싣는 기간이 짧으면 "1"이고, 신호를 싣는 기간이 길면 "0"으로 판단하도록 만들어진 신호패턴인 것을 특징으로 하는, AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전원라인 L에 실을 신호 패턴이:
    상기 기준신호를 기준으로 하여 일정한 위치에 신호를 싣는데 있어서 서로 다른 2개의 위치를 정하고 위치1에 신호를 실으면 "1"이고, 위치2에 신호를 실으면 "0"으로 판단하도록 만들어진 신호패턴인 것을 특징으로 하는, AC 전원라인을 이용한 데이터 통신장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003134577A (ja) 2001-10-19 2003-05-09 Seiwa Electric Mfg Co Ltd 通信制御システム用制御装置、通信制御システム用受信機、通信制御システム及び通信制御方法

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JP2003134577A (ja) 2001-10-19 2003-05-09 Seiwa Electric Mfg Co Ltd 通信制御システム用制御装置、通信制御システム用受信機、通信制御システム及び通信制御方法

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