KR101647492B1 - Led 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치 - Google Patents

Led 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 기존의 LED 전광판이 온·습도 변화에 의한 열화,정전기에 의한 열화,기계적 스트레스에 의해 LED의 불량 현상이 발생하는 빈도가 높고, 효과적인 미디어 표출이 힘든 문제점과, 기존의 LED 전광판이 고장이 나면 복수개의 LED 모듈이 장착된 어느 부위가 고장이 났는지 위치파악이 어려워, LED 전광판 모두 전체를 통째로 점검해야 하므로, 수리까지 많은 시간이 소요되고, 지방에 설치된 전광판은 유지보수기간이 길어지는 문제점을 개선하고자, LED센싱키트노드(100), LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)로 구성됨으로서, 기존의 LED 전광판 구성요소인 개별 셀형 LED 모듈와 1:1로 핀접속결합되어 설치할 수 있어 호환성이 우수하고, 부품수명시간센싱을 통해 전자부품의 수명이 기준시간(전자부품 유효기간의 90%)을 초과하면 교체 알람 메시지를 관리자의 스마트디바이스 및 원격관리서버로 통보해줌으로서, LED 전광판의 전자부품이 고장이 나기전에 사전에 미리교체하여 전광판의 고장을 방지할 수 있고, 이로 인해, 어느 위치에 전자부품이 고장이 났는지를 위치파악이 쉬워 부품교체시간을 기존에 비해 80% 향상시킬 수 있으며, LED 전광판의 구성요소인 전원공급장치, 컨트롤러와 연결되어, 긴급상황 발생시에 비상전원구동 및 과부하방지용 LED 조도조절, 자체고장진단기능을 수행할 수 있고, 무엇보다 WiFi무선통신망을 통해 원격관리제어시스템을 구축시킬 수가 있는 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치{THE APPARATUS OF DETECTING A ELECTRONIC COMPONENT IN LED ELECTRONIC DISPLAY}
본 발명에서는 기존의 LED 전광판 구성요소인 개별 셀형 LED 모듈, 전원공급장치(SMPS(Switching Mode Power Supply)) 및 컨트롤보드와 1:1로 핀접속결합되어 설치되거나 혹은 블록별로 해당장치에 SBC(Single board computer)로 설치되어, 불량부품검출테스트, 온도측정, 전자부품 수명 카운팅의 사전검출을 통해 알람 메시지를 관리자의 스마트디바이스 및 원격관리서버로 통보해줌으로서, LED 전광판의 전자부품이 고장이 나기 전에 사전에 미리 교체하여 전광판의 고장을 방지할 수 있는 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치에 관한 것이다.
최근 멀티미디어 산업의 급속한 발달과 함께 전자 제어 시스템의 획기적인 발전으로 인하여 다양한 디스플레이 장치를 손쉽게 접할 수 있게 되었다.
이러한 디스플레이 장치들 중 대형 전광판 디스플레이 제품의 경우 영상 미디어 콘텐츠의 다변화 속에서 불특정 다수에게 보다 많은 정보 제공 및 효과적인 홍보를 목적으로 활용되고 있다.
대형 디스플레이를 목적으로 사용되는 전광판은 LED를 이용한 전광판이다.
초기에는 제한된 색상과 문자 표출 목적으로만 사용할 수 있는 한계점을 가졌다.
그러나 1990년대 고 휘도 적색, 녹색, 청색 LED의 상용화로 인해 풀 컬러 색상의 표출이 가능해 짐에 따라 역동적인 광고 효과, 거리의 TV 기능, 실시간 정보를 표출할 수 있는 장점을 가지게 되었다.
따라서 최근의 LED 전광판은 광고 목적으로 사용될 뿐만 아니라 넓은 산업 분야에서 활용되고 있다.
LED 전광판의 장점과 시장성은 LED 전광판 시장의 업계 난립을 초래 하였으며, 가격 경쟁으로 인해 미흡한 품질을 가지는 제품의 설치가 빈번이 이루어지고 있다.
하지만, 기존의 LED 전광판은 온·습도 변화에 의한 열화, 정전기에 의한 열화, 기계적 스트레스에 의해 LED의 불량 현상이 발생하는 빈도가 높으며 이로 인해 효과적인 미디어 표출이 힘든 문제점이 있었다.
특히, LED 전광판에 사용되는 전자부품의 수명은 부품의 예상하는 법칙(아레니우스의 법칙:온도가 10℃내려가면 수명은 2 배로 연장됨)에 따라서 온도에 따른 예상 수명이 변경되어 온도가 높은 경우 실제 수명보다 짧게 사용될 수 있다.
또한, 기존의 LED 전광판이 고장이 나면 복수개의 LED 모듈이 장착된 어느 부위가 고장이 났는지 위치파악이 어려워, LED 전광판 모두 전체를 통째로 점검해야 하므로, 수리까지 많은 시간이 소요되고, 지방에 설치된 전광판은 유지보수기간이 길어지는 문제점이 있었다.
이로 인해, LED전광판을 사용하는 사용자에게 필요한 교통정보 및 광고정보를 제공받지 못하여, 추가 교통사고로 인한 경제적 손실, 전광판 표출의 불안전성으로 인한 심리 및 시각적 불편함이 발생하였다.
공개특허공보 제10-2014-0124924호
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 기존의 LED 전광판 구성요소인 개별 셀형 LED 모듈와 1:1로 핀접속결합되어 설치되거나 혹은 블록별로 해당장치에 SBC(Single board computer)로 설치되며, 부품수명시간센싱을 통해 전자부품의 수명이 기준시간(전자부품 유효기간의 90%)을 초과하면 교체 알람 메시지를 관리자의 스마트디바이스 및 원격관리서버로 통보해줄 수 있으며, LED 전광판의 구성요소인 전원공급장치, 컨트롤러와 연결되어, 긴급상황 발생 시에 비상전원구동 및 과부하방지용 LED 조도조절, 자체고장진단기능을 수행할 수 있는 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치는
LED 전광판 상에 가로와 세로 매트릭스구조를 갖는 개별 셀형 LED 모듈에 1:1로 연결되어, LED 전광판용 스마트 IoT모듈의 제어신호에 따라 영상데이터 출력, 온도측정, 부품수명시간센싱, 불량부품검출을 수행시키는 LED센싱키트노드(100)과,
LED센싱키트노드와 양방향데이터통신망으로 연결되어, LED센싱키트노드쪽으로 영상데이터의 입출력제어신호, 불량부품 검출제어신호를 출력시킨 후, 이에 따른 응답신호로서, 개별 셀형 LED모듈의 부품수명시간센싱데이터와, 불량부품검출데이터를 수신받아, 원격지의 원격관리서버로 전송시키는 LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)로 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는
첫째, 기존의 LED 전광판 구성요소인 개별 셀형 LED 모듈와 1:1로 핀접속결합되어 설치되거나 혹은 블록별로 해당장치에 SBC(Single board computer)로 설치되며 개별 셀형 LED 모듈과 호환성이 우수하다.
둘째, 부품수명시간센싱을 통해 전자부품의 수명이 기준시간(전자부품 유효기간의 90%)을 초과하면 교체 알람 메시지를 관리자의 스마트디바이스 및 원격관리서버로 통보해 줄 수 있어, LED 전광판의 전자부품이 고장이 나기전에 사전에 미리교체하여 전광판의 고장을 방지할 수 있다.
셋째, LED 전광판 중 어느 위치에 전자부품이 고장이 났는지를 위치파악이 쉬워 부품교체시간을 기존에 비해 80% 향상시킬 수 있다.
넷째, LED 전광판의 구성요소인 전원공급장치, 컨트롤러와 연결되어, 긴급상황 발생시에 비상전원구동 및 과부하방지용 LED 조도조절, 자체고장진단기능을 수행할 수 있다.
다섯째, WiFi무선통신망을 통해 원격관리제어시스템을 구축시킬 수가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 LED센싱키트노드의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부에서 구동되는 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈의 오픈 회로(Open-Circuit)탐지모드를 통한 불량부품 검출 원리를 도시한 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부에서 구동되는 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈의 쇼트 회로(Short-Circuit) 탐지모드를 통한 불량부품 검출 원리를 도시한 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부를 통해 불량부품검출테스트에 진입하기 위해, 불량부품검출테스트제어부에서 생성한 타이밍을 시뮬레이션한 일실시예도,
도 8은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부(130)의 오픈 회로(Open-Circuit)탐지모드(131) 또는 쇼트 회로(Short-Circuit) 탐지모드(132) 구동시, 에러 상태코드를 출력하는 타이밍의 시뮬레이션 결과를 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부의 제어하에 불량부품 검출모드에서 표준 모드로 변경하기 위해 생성한 타이밍의 시뮬레이션 결과를 도시한 일실시예도,
도 10은 본 발명에 따른 LED 전광판용 스마트 IoT모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 11은 본 발명에 따른 LED전광판용 스마트제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 12는 본 발명에 따른 LED 수명 연산제어알고리즘엔진부를 통해 LED의 온도 변화가 55℃에서 105℃까지 높을수록 수명(광량 70% 시점)이 단축되는 관계를 도시한 그래프,
도 13은 본 발명에 따른 LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)에서 원격지의 원격관리서버쪽으로 현재 LED전광판의 부품수명시간센싱데이터와, 불량부품검출데이터를 송신시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 14는 본 발명에 따른 LED센싱키트노드(100)를 LED 전광판 상에 가로와 세로 매트릭스구조를 갖는 개별 셀형 LED 모듈에 1:1로 연결시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 15는 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부의 제어하에 연결컨넥터부를 통해 연결된 개별 셀형 LED모쪽으로 불량부품검출테스트 신호를 보내어 불량부품검출 테스트를 수행시키는 것을 도시한 일실시예도.
먼저, 본 발명에서 설명되는 LED 전광판은 LED 전광판 상에 가로와 세로 매트릭스구조로 이루어져 영상데이터를 출력시키는 개별 셀형 LED모듈과, 개별 셀형 LED 모듈의 구동을 제어시키는 개별셀형 LED 드라이버모듈과, 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈에 전원을 공급시키는 전원공급장치(SMPS), 각 기기의 전반적인 구동을 제어하는 컨트롤보드로 구성된다.
또한, 본 발명에서 설명되는 전자부품, 불량부품은 개별 셀형 LED모듈,개별셀형 LED 드라이버모듈, 전원공급장치(SMPS), 컨트롤보드의 구성요소인 IC칩, LED, 저항, 콘덴서, 캐패시터을 모두 포함한다.
본 발명에서는 전자부품, 불량부품 중 LED, 전해캐패시터, 레귤레이터 IC 중심으로 부품수명시간센싱, 불량부품검출, 그리고, 고장이 예상되는 시점을 연산시킨다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 LED센싱키트노드(100), LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 LED센싱키트노드(100)에 관해 설명한다.
상기 LED센싱키트노드(100)는 LED 전광판 상에 가로와 세로 매트릭스구조를 갖는 개별 셀형 LED 모듈에 1:1로 연결되어, LED 전광판용 스마트 IoT모듈의 제어신호에 따라 영상데이터 출력, 부품수명시간센싱, 불량부품검출을 수행시키는 역할을 한다.
이는 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 모듈본체(110), 연결컨넥터부(120), 불량부품검출테스트제어부(130), 카운팅센서부(140), 영상데이터출력부(150), 메모리부(160), 온도 측정부(170)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 제1 모듈본체(110)에 관해 설명한다.
상기 제1 모듈본체(110)는 사각 박스형상으로 이루어져 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 사각 박스형상으로 이루어져, 내부공간 일측에 불량부품검출테스트제어부(130), 카운팅센서부(140), 영상데이터출력부(150), 메모리부(160), 온도 측정부(170)가 형성되고, 외부 측면 일측에 연결컨넥터부(120)가 형성된다.
둘째, 본 발명에 따른 연결컨넥터부(120)에 관해 설명한다.
상기 연결컨넥터부(120)는 개별 셀형 LED모듈의 입출력단자 및 개별셀형 LED드라이버의 입출력단자와 탈부착식으로 연결되어 양방향 데이터라인을 구축시키는 역할을 한다.
이는 2핀 터미널 블록컨넥터, 25핀 컨넥터, USB 포트 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
셋째, 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부(130)에 관해 설명한다.
상기 불량부품검출테스트제어부(130)는 LED 전광판용 스마트 IoT모듈로부터 전달된 불량부품 검출제어신호의 제어신호에 따라 구동되어, 연결컨넥터부를 통해 연결된 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈쪽으로 불량부품검출테스트 신호를 보내어 불량부품검출 테스트를 수행시키는 역할을 한다.
여기서, 불량부품검출테스트 신호는 오픈회로에서의 전자부품 불량유무탐지신호, 쇼트회로에서의 손상된 전자부품 탐지신호로 이루어진다.
본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부(130)는 도 4에 도시한 바와 같이, 오픈 회로(Open-Circuit)탐지모드(131), 쇼트 회로(Short-Circuit) 탐지모드(132)로 구성된다.
상기 오픈 회로(Open-Circuit)탐지모드(131)는 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈이 활성화되었을 때 각각의 출력 포트의 유효 전류값과 R-ext에 의해 설정된 목표 전류값과의 비교에 의해서 개별 셀형 LED 모듈의 불량유무를 탐지시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부에서 구동되는 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈의 오픈 회로(Open-Circuit)탐지모드의 검출 원리는 도 5와 같은 그래프로 표현된다.
즉, 문턱 전압 Vknee는 Iout와 Vds가 함께 변화하는 영역에 존재한다.
본 발명에 따른 오픈 회로(Open-Circuit)탐지모드(131)는 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈이 활성화되었을 때 각각의 출력 포트의 유효 전류값과 R-ext에 의해 설정된 목표 전류값과의 비교에 의해서 개별 셀형 LED 모듈의 불량유무를 탐지한다.
이때, 상태코드와 유효출력 포인트의 관계는 다음의 표 1과 같이 표현된다.
출력상태 출력조건 에러코드 결과
OFF Iout , effect=0 "0" Don't care
ON
 Iout , effect≤Iout , targer & Vout , effect < VDS , Th "0" Open Circuit
Iout , effect=Iout , targer & Vout , effect ≥VDS , Th "1" Normal
상기 쇼트 회로(Short-Circuit) 탐지모드(132)는 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈이 활성화된 상태에서 유효전류값과 타켓전류값의 비교에 의해 손상된 전자부품을 탐지하는 역할을 한다.
즉, 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈이 손상되었을 때 쇼트 회로(Short-Circuit) 탐지모드를 이용하여 손상된 LED를 탐지한다.
개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈이 손상되었다면 출력특성 곡선은 도 6에 도시한 바와 같이, "쇼트에러발생지점(Loading Line with short error occurring)"에 위치하고 있다.
이때, 에러상태코드와 유효출력 포인트의 관계는 다음의 표 2와 같이 표현된다.
출력상태 출력조건 에러코드 결과
OFF Iout , effect=0 "0" Don't care
ON
 Iout , effect≤Iout , targer & Vout , effect < VDS , Th "0" Normal
Iout , effect=Iout , targer & Vout , effect ≥ VDS , Th "1" Short Circuit
또한, 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부(130)는 오픈 회로(Open-Circuit)탐지모드(131) 또는 쇼트 회로(Short-Circuit) 탐지모드(132) 구동시, 영상데이터출력부의 구동을 잠시 보류하고, 불량부품 검출 동작 시작, 에러코드 전송, 정지 명령을 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈쪽으로 전송시키는 형태로 이루어진다.
본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부(130)는 16비트 시프트 레지스터와 시리얼 입력데이터를 병렬 출력 형태로 변경하는 출력 래치부(133)가 포함되어 있으며 출력 채널은 16개 또는 32개를 제공하도록 구성된다.
여기서, 출력 래치부가 구성되어, 병렬 출력 형태로 변경시켜 줄 수가 있어, 수십 또는 수백개의 불량부품검출시, 데이터 과부하가 없이, 실시간으로 불량부품검출을 진행할 수가 있다.
상기 출력채널의 각 채널은 다양한 전압 변화 사이의 개별 셀형 LED 모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈을 드라이빙하기 위해 정전류를 제공하도록 구성된다.
이는 제어 신호에 따라 불량부품검출테스트 신호 동작을 수행한다.
도 7은 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부를 통해 불량부품검출테스트에 진입하기 위해, 불량부품검출테스트제어부에서 생성한 타이밍을 시뮬레이션한 결과이다.
LED 전광판의 표출 영역에 해당하는 개별셀형 LED 드라이버모듈은 개별셀형 LED 모듈내에 직렬로 연결되어 있다.
개별셀형 LED 드라이버모듈에서 출력되는 불량부품검출 결과는 SDO 단자를 통해 LED 전광판용 스마트 IoT모듈의 LED전광판용 스마트제어부에 전송된다.
도 8은 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부(130)의 오픈 회로(Open-Circuit)탐지모드(131) 또는 쇼트 회로(Short-Circuit) 탐지모드(132) 구동시, 에러 상태코드를 출력하는 타이밍의 시뮬레이션 결과이다.
DCLK의 하강에지에서 OE의 상태 값을 "High"로 변경하고 LED 불량 화소의 검출이 완료된 후 CLK 상승 에지에서부터 오류 상태코드를 개별셀형 LED 드라이버모듈의 SDI을 통해 불량부품검출테스트제어부로 전송된다.
불량부품탐지 동작이 완료된 후에는 불량부품탐지모드에서 표준모드로 변경하여 LED 전광판에 영상이 정상적으로 표출될 수 있도록 구성된다.
상기 불량부품검출테스트제어부에서는 개별셀형 LED 드라이버모듈에 인가하는 DCLK 클럭과 동일한 클럭을 입력으로 사용하는 카운트를 구성하여 에러코드 전송완료 시점을 인지한다.
에러코드 전송완료시점은 불량부품검출테스트제어부 내부에 레지스트로 구성된다.
도 9는 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부의 제어하에 불량부품 검출모드에서 표준 모드로 변경하기 위해 생성한 타이밍의 시뮬레이션 결과이다.
CLK 1, 3번에서 OE의 값이 "High"이고 CLK 4번에서 LE의 값이 "LOW" 이면 영상을 표출하는 표준모드로 진입한다.
넷째, 본 발명에 따른 카운팅센서부(140)에 관해 설명한다.
상기 카운팅센서부(140)는 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈의 각 전자부품 수명을 자체타이머를 통해 카운팅시킨 후, 카운팅데이터를 기준설정주기별로 LED전광판용 스마트제어부로 전송시키는 역할을 한다.
이는 RTC(Real-Time Clock)클럭부가 포함되어 구성된다.
또한, 컨트롤러 표출데이터라인과 병렬로 연결되어 있어서 해당 개별셀형 LED 모듈의 LED의 사용시간을 저장한다.
다섯째, 본 발명에 따른 영상데이터출력부(150)에 관해 설명한다.
상기 영상데이터출력부(150)는 연결컨넥터부를 통해 연결된 개별셀형 LED 드라이버모듈쪽으로 LED전광판용 스마트제어부로부터 전달받은 영상데이터를 출력시키는 역할을 한다.
여기서, 개별셀형 LED 드라이버모듈에 전달되는 영상데이터는 시리얼로 변환하여 IMAGE_DATA로 전달시키고, 영상데이터 신호를 SCLK 클럭과 동기하여 출력시키도록 구성된다.
즉, 개별셀형 LED 드라이버모듈로 출력되는 SCLK와 동기화되어 영상 데이터를 SDI로 출력하고, SCLK 클럭이 16개 출력된 후 제어신호인 LE, OE를 출력시킨다.
여섯째, 본 발명에 따른 메모리부(160)에 관해 설명한다.
상기 메모리부(160)는 카운팅센서부에서 센싱된 전자부품 수명의 카운팅데이터와, 불량부품검출테스트제어부의 불량부품검출데이터를 저장시키는 역할을 한다.
일곱째, 본 발명에 따른 온도 측정부(170)에 관해 설명한다.
상기 온도 측정부(170)는 LED 및 특정 전자부품의 온도를 측정하는 역할을 한다.
이는 개별셀형 LED 모듈 중 LED의 온도를 측정하여 LED의 수명을 예상하는 법칙(아레니우스의 법칙:온도가 10℃내려가면 수명은 2 배로 연장됨)에 따른 카운팅센서부(140)에서 예상수명을 연산할 수 있게 온도 정보를 제공한다.
상기 온도 측정부는 통신 케이블과 1:1로 핀접속결합되어 설치되거나 혹은 블록별로 해당장치에 SBC(Single board computer)에 설치되어 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 LED센싱키트노드(100)는 LED 전광판의 구성요소인 개별 셀형 LED 모듈 이외에도, 전원공급장치 일측, 또는 컨트롤보드 일측에 연결되어, LED 전광판용 스마트 IoT모듈의 제어신호에 따라 온도측정, 부품수명시간센싱, 전해캐패시터 및 레귤레이터 IC의 불량유무를 검출시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)에 관해 설명한다.
상기 LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)은 LED센싱키트노드와 양방향데이터통신망으로 연결되어, LED센싱키트노드쪽으로 영상데이터의 입출력제어신호, 불량부품 검출제어신호를 출력시킨 후, 이에 따른 응답신호로서, LED센싱키트노드에서 측정한 부품수명시간센싱데이터와, 불량부품검출데이터를 수신받아, 전자부품의 고장이 예상되는 시점을 연산시키고, 연산결과를 원격지의 원격관리서버로 전송시키는 역할을 한다.
이는 N개의 LED센싱키트노드와 연결시, N개의 LED 센싱키트노드마다 1:1로 고유의 식별ID를 설정시킨다.
상기 LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)은 도 10에 도시한 바와 같이, 제2 모듈본체(210), DVI 인터페이스부(220), WiFi통신모듈(230), LED전광판용 스마트제어부(240)로 구성된다.
상기 제2 모듈본체(210)는 사각 박스형상으로 이루어져 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 사각 박스형상으로 이루어지고, 내부공간 일측에 DVI 인터페이스부(220), WiFi통신모듈(230), LED전광판용 스마트제어부(240)가 포함되어 형성된다.
상기 DVI 인터페이스부(220)는 제2 모듈본체의 외부 일측면에 위치되어, LED 전광판에 표출되는 영상데이터를 입력받아, LED센싱키트노드로 영상데이터의 입출력제어신호를 출력시키는 역할을 한다.
이는 픽셀의 휘도를 이진 데이터로 전송하는 디지털 규약을 사용하여 영상 데이터를 전송하는 표준 인터페이스로서, 디지털 전송 프로토콜인 TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)로 구성된다.
그리고, 영상데이터를 디지털 RGB(8Bit) 병렬 신호로 변환함과 동시에 동기를 획득할 수 있는 제어신호(ODCK, DE, VSYNC, HSYNC)를 함께 출력한다.
이처럼, 본 발명에 따른 DVI 인터페이스부가 구성됨으로서, LED전광판의 컨트롤보드가 고장이 나거나 에러가 났을 경우에, 백업으로 영상데이터를 LED센싱키트노드로 출력시켜 LED 전광판에 정상적으로 영상데이터를 표출시킬 수가 있다.
상기 WiFi통신모듈(230)은 제2 모듈본체와 원격지의 원격관리서버사이를 WiFi무선통신망을 통해 양방향으로 데이터통신을 송수신시키는 역할을 한다.
상기 LED전광판용 스마트제어부(240)는 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, LED센싱키트노드쪽으로 영상데이터의 입출력제어신호, 불량부품 검출제어신호를 출력시킨 후, LED센싱키트노드로부터 전달된 부품수명시간센싱데이터, 불량부품검출데이터, 온도측정데이터를 수신받아, 전자부품의 고장이 예상되는 시점을 연산시키는 역할을 한다.
이는 도 11에 도시한 바와 같이, LED 수명 연산제어알고리즘엔진부(241)와, 전원공급장치 수명 연산제어알고리즘엔진부(242)가 포함되어 구성된다.
상기 LED 수명 연산제어알고리즘엔진부(241)는 LED의 온도측정값에다가 아레니우스 모델을 기준으로 LED의 수명을 연산시키는 역할을 한다.
즉, LED 전광판에 사용되는 전자부품의 수명은 온.습도에 따라서 변한다.
일반적인 전자 부품의 수명은 아레니우스 모델의 기반인 아레니우스의 법칙(온도가 10℃내려가면 수명은 2 배로 연장됨)에 따라 부품의 수명이 결정된다.
LED의 수명을 연산시킬 때 통신 케이블과 1:1로 핀접속결합되어 설치되거나 혹은 블록별로 해당장치에 SBC(Single board computer)로 설치된 온도 측정부(170)의 측정값에 의하여 수명을 연산시킨다.
여기서, LED의 온도는 PCB 기판에 연결된 Junction 온도를 기준으로 측정한다.
즉, 온도센서의 측정값에 의해 LED의 수명을 연산시키기 위해, 온도에 의한 가속수명시험에서 널리 사용되는 아레니우스 모델로 다음의 수학식 1을 이용한다.
Figure 112016010198437-pat00001
여기서, A는 상수이고, Ea는 활성화에너지이며, k는 볼츠만 상수이고, T는 LED의 온도이다.
상기 수학식 1에 가속계수 개념을 적용하여 수학식 2와 같은 가속계수식을 통해, 본 발명에 따른 LED의 수명을 연산시킨다.
Figure 112016010198437-pat00002
여기서, 본 발명에 따른 LED(Light Emitting Diode)의 경우, 다이오드(Diode)로 분류돼서 EPRI NP-6408 문서에 근거한 활성화 에너지(eV)는 약 Ea=1.13(eV)이다.
따라서, LED의 권고 정격사용온도(Ta)와 LED의 실제 사용환경 온도(Tb)에 따른 수명가속계수를 연산시킬 수 있다.
이러한 과정을 거쳐 연산된 LED 수명은 다음과 같은 기준으로 결정한다.
LED 밝기가 설치 초기의 광량의 70%이하일 때, 그리고 단위 모듈에 있는 LED 중에 광량이 70%이하인 LED가 50% 이상일 때 LED 모듈이 수명이 다됐다고 판단하고, 이때의 LED를 고장이라고 정의한다.
즉, 온도 변화가 55℃에서 105℃까지 높을수록 수명(광량 70% 시점)이 단축되는 관계를 도 12에서 확인할 수 있다.
이때 LED 양단간 전압강하는 광량의 감소와 비례하여 20~30% 높거나 낮아져 결국엔 열린 혹은 닫힌회로 상태가 된다.
본 발명에서는 광도가 70%이하가 되고 단위 모듈의 LED 50%가 광도 70%이하 일 경우 LED 양단간 전압을 측정하여 LED 고장 전에 고장을 예측하고 사전에 교체 서비스를 수행한다.
상기 전원공급장치 수명 연산제어알고리즘엔진부(242)는 전해캐패시터와 레귤레이터 IC의 예상 수명에 근접했을 경우, 초기에 계측했던 전원 노이즈 및 전압레벨을 비교 시에 +10% ~ -10%이상 차이가 발생할 경우 전원공급장치의 고장이 예상되는 시점을 연산시키는 역할을 한다.
즉, 전원공급장치에 사용되는 전해캐패시터와 레귤레이터 IC의 수명은 온.습도에 따라서 변한다.
일반적인 전자 부품의 수명은 아레니우스 모델의 기반인 아레니우스의 법칙(온도가 10℃내려가면 수명은 2 배로 연장됨)에 따라 부품의 수명이 결정된다.
전원공급장치의 전해캐패시터와 레귤레이터 IC의 수명을 연산시킬 때 통신 케이블과 1:1로 핀접속결합되어 설치되거나 혹은 블록별로 해당장치에 SBC(Single board computer)로 설치된 온도 측정부(170)의 측정값에 의하여 수명을 연산시킨다.
여기서, 전해캐패시터의 온도와 레귤레이터 IC의 온도는 PCB 기판에 연결된 Junction 온도를 기준으로 측정한다.
즉, 온도센서의 측정값에 의해 전해캐패시터와 레귤레이터 IC의 수명을 연산시키기 위해, 가속계수식의 수학식 2를 이용한다.
이때, 본 발명에 따른 전해캐패시터와 레귤레이터 IC의 경우, 활성화에너지를 전자부품업계에서 통용되는 Ea=1.0(eV)으로 기본값(k=8.617·10-5(eV/K), Tmax=150°C )을 사용하여 권고 정격사용온도(Ta)와 실제 사용환경 온도(Tb) 따른 수명가속계수를 연산시킬 수 있다.
일예로, 본 발명에 따른 전원공급장치의 레귤레이터 IC의 경우, 주위 공기 55℃에서 Ta가 80℃일때, AF(가속계수)는 221.485이다.
이를 바탕으로, Ta=Tb조건에서 신뢰수준 60%로 하루 8시간 동작시, 레귤레이터 IC의 수명시간을 1,000시간을 보장한다고 할 때, 상온에서 동작시 수명은 221,485 시간, 즉 25년의 레귤레이터 IC 수명이 연산된다.
그리고, 전해캐패시터와 레귤레이터 IC의 예상 수명에 근접했을 경우 초기 계측했던 전원 노이즈 및 전압레벨을 비교 시에 +10% ~ -10%이상 차이가 발생할 경우 전원공급장치의 고장이 예상되는 것으로 잡으며, 전원공급장치의 고장 전에 미리 예측하여 교체할 수 있는 서비스를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)은 사전검출주기 타이머설정부(250)가 더 포함되어 구성된다.
상기 사전검출주기 타이머설정부(250)는 사전검출주기를 프로그램설정된 값에 따라 카운트시켜 LED센싱키트노드쪽으로 영상데이터의 입출력제어신호, 불량부품 검출제어신호를 주기적으로 출력시키는 역할을 한다.
이는 저항 R1, 컨덴서 C1, 제1 타이머 IC로 구성되어, 프로그램설정에 의해 카운트시간을 30분, 1시간, 3시간, 6시간, 12시간, 24시간, 48시간 중 어느 하나를 선택해서 설정시킨다.
이하, 본 발명에 따른 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 도 14에 도시한 바와 같이, LED센싱키트노드(100)를 LED 전광판 상에 가로와 세로 매트릭스구조를 갖는 개별 셀형 LED 모듈에 1:1로 연결시킨다.
다음으로, LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)을 LED센싱키트노드와 양방향데이터통신망으로 연결시킨다.
다음으로, LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)을 통해 LED센싱키트노드쪽으로 영상데이터의 입출력제어신호, 불량부품 검출제어신호를 출력시킨다.
다음으로, LED센싱키트노드(100)를 통해 LED 전광판용 스마트 IoT모듈의 제어신호에 따라 영상데이터 출력, 부품수명시간센싱, 불량부품검출을 수행시킨다.
도 15는 본 발명에 따른 불량부품검출테스트제어부의 제어하에 연결컨넥터부를 통해 연결된 개별 셀형 LED모쪽으로 불량부품검출테스트 신호를 보내어 불량부품검출 테스트를 수행시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.
다음으로, LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)에서 개별 셀형 LED모듈의 부품수명시간센싱데이터와, 불량부품검출데이터를 수신받아, 전자부품의 고장이 예상되는 시점을 연산시킨다.
이는 LED 수명 연산제어알고리즘엔진부를 통해 개별 셀형 LED 모듈의 전자부품인 LED의 온도측정값에다가 아레니우스 모델을 기준으로 LED의 수명을 연산시킨다.
그리고, 전원공급장치 수명 연산제어알고리즘엔진부를 통해 전해캐패시터와 레귤레이터 IC의 예상 수명에 근접했을 경우, 초기 계측했던 전원 노이즈 및 전압레벨을 비교 시에 +10% ~ -10%이상 차이가 발생할 경우 전원공급장치의 고장이 예상되는 시점을 연산시킨다.
끝으로, 도 13에 도시한 바와 같이, LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)에서 원격지의 원격관리서버쪽으로 현재 LED전광판의 부품수명시간센싱데이터와, 불량부품검출데이터를 송신시킨다.
이때, 원격지의 원격관리서버에서는 LED 전광판용 스마트 IoT모듈로부터 현재 LED전광판의 부품수명시간센싱데이터와, 불량부품검출데이터를 수신받아, 실시간 모니터링하면서, 현장의 LED 전광판을 원격관리한다.
즉, 현장의 LED 전광판에 불량부품이 검출되거나 또는 수명이 다할 예정인 전자부품이 사전에 검출되면, 현장의 LED 전광판이 고장나기 전에 사전에 담당자를 보내어, 교체 또는 수리하도록 한다.
1 : LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치
100 : LED센싱키트노드 110 : 제1 모듈본체
120 : 연결컨넥터부 130 : 불량부품검출테스트제어부
140 : 카운팅센서부 150 : 영상데이터출력부
160 : 메모리부 170 : 온도 측정부
200 : LED 전광판용 스마트 IoT모듈

Claims (7)

  1. LED 전광판 상에 가로와 세로 매트릭스구조를 갖는 개별 셀형 LED 모듈에 1:1로 연결되어, LED 전광판용 스마트 IoT모듈의 제어신호에 따라 영상데이터 출력, 온도측정, 부품수명시간센싱, 불량부품검출을 수행시키는 LED센싱키트노드(100)과,
    LED센싱키트노드와 양방향데이터통신망으로 연결되어, LED센싱키트노드쪽으로 영상데이터의 입출력제어신호, 불량부품 검출제어신호를 출력시킨 후, 이에 따른 응답신호로서, LED센싱키트노드에서 측정한 부품수명시간센싱데이터와, 불량부품검출데이터를 수신받아, 전자부품의 고장이 예상되는 시점을 연산시키고, 연산결과를 원격지의 원격관리서버로 전송시키는 LED 전광판용 스마트 IoT모듈(200)로 구성되는 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치에 있어서,
    상기 LED센싱키트노드(100)는
    사각 박스형상으로 이루어져 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 제1 모듈본체(110)와,
    개별 셀형 LED모듈의 입출력단자 및 개별셀형 LED드라이버의 입출력단자와 탈부착식으로 연결되어 양방향 데이터라인을 구축시키는 연결컨넥터부(120)와,
    LED 전광판용 스마트 IoT모듈로부터 전달된 불량부품 검출제어신호의 제어신호에 따라 구동되어, 연결컨넥터부를 통해 연결된 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈쪽으로 불량부품검출테스트 신호를 보내어 불량부품검출 테스트를 수행시키는 불량부품검출테스트제어부(130)와,
    개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈의 각 전자부품 수명을 자체타이머를 통해 카운팅시킨 후, 카운팅데이터를 기준설정주기별로 LED전광판용 스마트제어부로 전송시키는 카운팅센서부(140)와,
    연결컨넥터부를 통해 연결된 개별셀형 LED 드라이버모듈쪽으로 LED전광판용 스마트제어부로부터 전달받은 영상데이터를 출력시키는 영상데이터출력부(150)와,
    카운팅센서부에서 센싱된 전자부품 수명의 카운팅데이터를 저장시키는 메모리부(160)와,
    LED 및 특정 전자부품의 온도를 측정하는 온도 측정부(170)로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 불량부품검출테스트제어부(130)는
    개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈이 활성화되었을 때 각각의 출력 포트의 유효 전류값과 R-ext에 의해 설정된 목표 전류값과의 비교에 의해서 개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈의 불량유무를 탐지시키는 오픈 회로(Open-Circuit)탐지모드(131)와,
    개별 셀형 LED모듈 및 개별셀형 LED 드라이버모듈이 활성화된 상태에서 유효전류값과 타켓전류값의 비교에 의해 손상된 전자부품을 탐지하는 쇼트 회로(Short-Circuit) 탐지모드(132)로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 불량부품검출테스트제어부(130)는
    16비트 시프트 레지스터와 시리얼 입력데이터를 병렬 출력 형태로 변경하는 출력 래치부(133)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 전광판용 전자부품 교체시기 스마트 검출장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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