KR102018054B1 - 광대역 양방향 통신용 스마트 조명시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED구동모듈에 ID을 할당하고 할당된 ID를 갖는 각 LED구동모듈을 통해 LED조명의 조도, 색상, 통신 속도를 제어하며, 수신부에서 송신부로 데이터를 요청하는 리턴 데이터에 따라 필요한 데이터를 수신할 수 있게 하여, 조명 외에 통신기기로서의 기능을 제공할 수 있는 광대역 양방향 통신용 스마트 조명시스템에 관한 것이다.

Description

광대역 양방향 통신용 스마트 조명시스템{Lighting system for broadband communication}

본 발명은 조명 제어 시스템에 관한 것으로 상세하게는 LED조명의 구동 모듈에 ID을 할당하고 할당된 ID를 갖는 각 LED조명의 조도, 색상, 통신 속도를 제어하며, 리턴 데이터에 따라 필요한 데이터를 수신할 수 있게 하여, 조명 외에 통신기기로서의 기능을 제공할 수 있는 광대역 양방향 통신용 스마트 조명시스템에 관한 것이다.

전기 전자 기술의 발달에 따라 다양한 조명기술과 통신기술이 개발되고 있다.

다양한 통신 기술 중 가시광 통신 기술(Visible Light Communication)이 있다.

이러한 가시광 통신 기술은 광 송, 수신기를 이용하여 무선으로 통신하는 기술로서, LED 조명 인프라를 그대로 사용하면서 조명으로써의 기능과 동시에 통신을 할 수 있는 기술이다.

가시광 통신은 광원으로 사용되는 LED의 수명이 반영구적이며, 통신 매체로 빛을 사용하기 때문에 전자파가 나오지 않아 인체에 무해하고, 전자파가 심각한 오작동 문제를 일으킬 우려가 있는 병원, 비행기 등에서 사용이 가능하며, RF기반의 무선 통신이 한정된 주파수 자원에 따른 희소성 때문에 사용 시 허가를 받아야 하는 반면, 가시광 통신은 주파수 허가를 받을 필요가 없고, 이미 다른 용도로 사용하고 있는 ISM(Industrial Scientific and Medical radio bands) 대역과의 간섭도 없는 장점이 있다.

이러한 가시광 통신 기술은 전자기파에 비해 간섭에 취약하고 직진성이 너무 강한 단점이 있으나, 인프라 구축이나 응용범위 확대가 쉽고 전파를 이용하지 않는등의 장점이 있어 이에 대한 연구가 활발하다.

기시광 통신과 관련된 기술에는 다양한 것이 있으며, 그 예로 특허문헌 1 내지 3이 있다.

특허문헌 1은 용기(container)의 상태에 따라 용기로부터 발산되는 광 신호를 수신하는 수신부; 및 광 신호로부터 제어 신호를 생성하고, 제어 신호를 이용하여 하나 이상의 조명 장치의 동작을 제어하는 조명 제어부를 포함하는 가시광 통신을 이용한 조명 제어 장치이고,

특허문헌 2는 조명수단의 상태정보와 조명수단 주변의 환경정보를 수집하여, 이를 조명 제어수단에 전송하여 조명 제어수단에 의해 조명수단이 제어되도록 하는 조명 정보 수집수단을 포함하며, 조명 정보 수집수단은, 조명수단으로부터 발산되는 가시광 신호에 포함된 조명수단의 상태정보를 수신하는 가시광 수신처리부; 조명수단 주변의 환경정보를 검출하는 다수의 환경정보 센서를 구비하여, 환경정보 센서로부터 검출된 환경정보를 분석하는 조명정보 분석부; 및 상태정보와 분석된 환경정보를 수집하여 조명 제어수단에 전송하는 조명정보 제어부;를 포함하는 것이며,

특허문헌 3은 고유의 조명 식별자를 가지며, 조명 식별자를 가시광의 형태로 출력하는 적어도 하나 이상의 조명 램프 및, 조명 램프의 가시광을 입력받아 조명 램프의 조명 식별자, 색 온도, 조도를 리드하고, 사용자로부터 입력된 조명 제어신호에 따라 무선 통신을 통해 조명 램프의 색 온도와 조도 및 점멸을 제어하는 리더기(Reader)를 포함하는 것이다.

그러나 이러한 종래의 가시광 통신 기술은 각 조명별 제어나 상태정보의 전송이 용이하기 않고, 실제 조명 시스템에 적용하는 데 한계가 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1307346호 대한민국 공개특허 제10-2013-0116406호 대한민국 공개특허 제10-2013-0116417호

본 발명은 상기한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 각 LED모듈 별로 제어 및 상태정보를 모니터링 함으로써 실제 조명시스템에 적용 가능하고, LED모듈 별로 전송순서를 다르게 하여 다양한 대역의 데이터 전송율(Data Rate)을 제공할 수 있는 광대역 양방향 통신용 조명 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 광대역 양방향 통신용 조명 시스템은 하나 이상의 LED로 이루어진 다수의 LED와, 고유의 ID를 구비하고, 상기 LED의 구동을 제어하는 다수의 LED구동모듈을 포함하는 LED조명; 상기 LED구동모듈들에 LED제어신호 및 데이터를 전송하는 송신기; 상기 송신기로부터 송신되어 LED구동모듈을 통해 전달되는 데이터를 수신하고, 수신된 정보를 디스플레이하는 디스플레이창을 구비한 다수의 수신기; 및 상기 LED구동모듈과 수신기에 각각 설치되어 각 LED구동모듈의 채널 정보와 데이터를 송수신하는 적외선통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 송신기에서 전송되는 데이터는 두 개 이상의 형태로 이루어지고, 상기 수신기는 송신기에서 전송된 다양한 형태의 데이터 중 어느 하나를 선택하여 수신할 수 있도록 선택 정보를 적외선통신모듈을 통해 LED구동모듈에 전송하게 한다.

상기 LED조명은 매트릭스 형태로 배열되고, 각 열의 LED구동모듈은 시리얼피드백(serial feedback)형태로 배열되며, 상기 송신기는 다수의 분배기를 구비하고 있다.

상기 LED구동모듈은, 송신기의 초기화 명령에 따라 이전의 LED구동모듈의 LED ID 열 번호에 1을 더하여 자신의 LED ID의 번호로 정의한 후 다음 LED조명으로 자신의 LED ID을 전달하는 LED ID제어블록; 수신부에서 요청한 채널정보 및 데이터를 수신하여 수신한 데이터를 수신기에 전송하거나 조명을 제어하는 통신모듈관리블록; LED의 색상이나 조도를 제어하는 LED조명제어블록; 전송 데이터를 버퍼에 저장한 후 전송하는 TX제어블록; 및 LED조명의 상태를 관리하는 조명상태관리블록을 포함하고, 상기 송신기는 각 LED조명의 행을 담당하는 분배기와 각 행의 상태정보를 관리는 조명상태관리블록; 상기 적외선통신모듈을 통해 송수신되는 데이터를 관리하는 통신데이터 관리 블록을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광대역 양방향 통신용 조명 시스템은 LED조명의 구동 모듈에 ID을 할당하고, 할당된 ID를 갖는 각 LED조명의 조도, 색상, 통신 속도를 제어하며, 리턴 데이터에 따라 필요한 데이터를 수신할 수 있게 하여, 조명 외에 통신기기로서의 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이러한 본 발명은 실제 조명 시스템에 적용 가능하고 다양한 데이터 전송율의 가시광 통신을 지원 가능할 수 있도록 시리얼 피드백 형태의 매트릭스 구조의 광대역 양방향 스마트 조명 시스템을 설계함으로서 무선통신 융합 조명의 여러 분야에서 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광대역 양방향 통신용 조명 시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 광대역 양방향 통신용 조명 시스템을 구성하는 송신기의 블록도
도 3은 본 발명에 따른 광대역 양방향 통신용 조명 시스템을 구성하는 LED구동모듈의 블록도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 조명 제어는 물론, 데이터 통신을 가능하게 하며, 수신기에서 원하는 정보를 선택적으로 수신할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 광대역 양방향 통신용 스마트 조명시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, LED의 구동을 제어하는 LED구동모듈(12)을 포함하는 LED조명(10)와, 상기 LED조명에 구동신호 및 데이터를 전송하는 송신기(2)와, 송신기로부터 송신된 데이터를 수신하는 수신기(30), 및 신호 및 데이터를 무선으로 송수신하기 위한 적외선통신모듈(40)을 포함한다.

상기 LED조명(10)는 통상의 LED조명으로, 다수의 LED로 이루어진 LED모듈(11)를 구비하고 있으며, 상기 LED모듈의 구동을 제어하기 위한 LED구동모듈(12)을 포함한다.

상기 LED구동모듈(12)은 상기한 바와 같이 LED모듈에 구비된 각 LED에 공급되는 전원을 제어함은 물론, 상기 송신기로부터 전송되는 데이터의 처리하는 기능을 하는 것으로, 도 3에 도시한 바와 같이, LED의 색상이나 조도를 제어하는 LED조명제어블록(21l)과, LED조명의 상태를 관리하는 조명상태관리블록(12s)을 포함한다.

상기 LED조명제어블록(12l)은 각 LED에 공급되는 전원을 단속함에 의해 LED이 조도, 색상 등을 제어하는 기능을 한다.

상기 조명상태관리블록(12s)은 상기 송신기로부터 전송되는 상태정보 확인 신호에 따라 해당 LED조명(10)의 상태 정보를 저장하여 관리한다.

또한 상기 LED구동모듈(12)에는 송신기의 초기화 명령에 따라 이전의 LED구동모듈의 LED ID 열 번호에 1을 더하여 자신의 LED ID의 번호로 정의한 후 다음 LED조명으로 자신의 LED ID을 전달하는 LED ID제어블록(12i)과, 수신부에서 요청한 채널정보 및 데이터를 수신하여 필요한 데이터를 수신기에 전송하거나 조명을 제어하는 통신모듈관리블록(12m); 및 전송 데이터를 버퍼에 저장한 후 전송하는 TX제어블록(12t)을 포함하고 있다.

상기 송신기(20)는 전술한 바와 같이, 각 LED구동모듈(12)들에 LED제어신호 및 데이터를 전송하며, 상기 수신기(30)는 상기 송신기로부터 송신되어 LED구동모듈을 통해 전달되는 데이터를 수신하고, 수신된 정보를 디스플레이하는 디스플레이창을 구비하고 있다.

상기 수신기는 상기 송신기(20)로부터 전송되는 데이터 중 수신기(30)에서 선택한 정보만을 수신하고 디스플레이 할 수 있으며, 이렇게 데이터를 수신하기 위한 통신 수단으로 상기 적외선통신모듈(40)을 구비하고 있다.

상기 적외선통신모듈(40)은 상기 LED구동모듈과 수신기에 각각 설치되어 각 LED구동모듈의 채널 정보와 데이터를 송수신한다.

상기 적외선통신모듈(40)은 다양한 근거리 무선통신 기술을 사용할 수 있으나, 수명이 길고, 전자파가 나오지 않아 인체에 무해하고, 오작동 염려가 없으며, 간섭이 없는 적외선 통신모듈인 IRDA를 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 스마트 조명시스템은 상기 송신기(20)에서 전송되는 데이터는 두 개 이상의 형태로 이루어지고, 상기 수신기(30)는 송신기에서 전송된 다양한 형태의 데이터 중 어느 하나를 선택하여 수신할 수 있도록 선택 정보를 적외선통신모듈(40)을 통해 LED구동모듈(12)에 전송한다.

또한, 상기 LED조명(10)는 매트릭스 형태로 배열되고, 각 열의 LED구동모듈(12)은 시리얼피드백(serial feedback)형태로 배열되며, 상기 송신기(20)는 다수의 분배기(211~21n)를 구비할 수 있다.

또한 상기 송신기(20)는 각 LED조명의 행을 담당하는 분배기와 각 행의 상태정보를 관리는 조명상태관리블록(22)과, 상기 적외선통신모듈(40)을 통해 송수신되는 데이터를 관리하는 통신데이터 관리 블록(23)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 조명상태관리블록(22)은 각 LED조명(10) 열의 상태정보와 통신데이터 관리 블록(23)의 리턴 링크(return link) 데이터를 취합한다.

상기 통신데이터 관리 블록(23)은 수신기와 LED구동모듈에 설치된 적외선통신모듈(40)들 사이의 데이터 송수신 정보를 관리한다.

이하 상기와 같이 구성된 스마트 조명시스템의 구성 및 작동 예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이 상기 송신기(20)는 다수의 분배기 (211~21n)를 구비하고 있으며, 분배기 0번(r0c0)은 LED조명의 0번 행에 대한 제어 및 데이터 전송을 담당하며, 열에 해당되는 LED구동모듈(12)들은 SMA케이블을 이용 시리얼 피드백(Serial Feedback) 구조로 연결되어 있다.

상기 송신기(20)가 초기화 명령을 전송하면, 0번 행의 1열에 해당되는 LED조명(10)의 LED ID을 초기화하고, 초기화 명령을 수신한 0번 행에 첫 번째 열에 해당되는 LED조명은 자신의 LED ID을 0번 행, 1번 열(r0c1)로 등록한 후 초기화 명령을 다음 LED조명으로 전달한다.

이후의 LED조명들은 열의 번호를 1씩 증가하며 자신의 LED ID을 갖는다.

LED조명의 열에 해당되는 LED ID는 계속해서 확장이l 가능하고, LED조명의 교체가 이루어졌을 때 다시 초기화함으로써 LED ID을 다시 정의할 수 있다.

상기 송신기(20)의 분배기(211~21n)는 열에 해당되는 조명을 개별적으로 제어할 수 있지만, 행에 해당되는 LED조명 전체를 제어할 때 사용되는 LED ID는 all '1'이므로 행 및 열에 해당되는 LED ID는 분배기(21)에 해당되는 열 0번과 전체에 해당되는 LED ID을 제외한 N-2까지의 ID가 할당된다.

각 행을 제어하는 분배기(211~21n)도 행을 확장함으로써 확장 가능하다.

상기 LED구동모듈(12)은 초기화 명령에 따라 자신의 LED ID을 초기화하여 등록하며, 각 분배기에서 전송되는 명령을 분석하여 자신의 LED ID에 적용되는 명령일 경우는 명령에 다른 동작을 수행하고, 자신의 LED ID와 일치하지 않는 ID을 갖는 명령일 경우는 다음 LED조명으로 전달한다.

LED구동모듈(12)은 분배기의 상태정보 읽기(Read) 명령에 따라 자신의 상태정보를 피드백 구조를 통해 조명상태관리블록(22)에 전달하며, LED조명은 LED구동모듈(12)의 제어를 통해 RGB을 통한 색의 표현 및 조명, 통신장치로의 기능을 한다.

이 때 조명상태관리블록(22)에서 상태 정보 일기 명령에 적외선통신모듈에 대한 수신 정보가 있으면 통신모듈 관리 블록(12n)에서 가시광통신모듈의 채널 정보 및 데이터를 읽어 리턴 링크(return link) 요청을 처리한다.

상기 수신기(30)는 가시광 수신 기능과 네트워크 허브의 역할을 하며, 필요시 적외선통신모듈(40)를 통해 데이터를 요청하기도 한다.

도 2는 송신기의 블록도이다.

상기 송신기(20)는 전술하고 도 2에 도시한 바와 같이, 각 행을 담당하는 다수의 분배기(211~21n)와 각 행의 상태정보를 관리는 조명상태관리블록(22)과, 통신데이터 관리 블록(23)을 포함한다.

상기 분배기(20)는 제어 명령 및 데이터의 전송 프레임 헤더(Frame Header) 정보 외에 프리앰블(Preamble) 및 해당 LED ID을 포함한 프레이밍(Framing) 기능을 한다.

제어 명령은 해당 LED ID와 조명의 RGB 색 변경, 전송 속도, 디밍(Dimming) 등의 제어 정보를 포함하며, 데이터의 전송은 전송하고자 하는 데이터에 해당 LED ID을 포함한 프레이밍을 통한 프레임(Frame) 구성 후 행에 연결된 조명에 전달하게 된다.

상기 분배기(211~21n)의 상태정보 확인 명령에 따라 피드백된 상태정보는 각 행에 해당되는 조명상태관리블록(22)에서 각 열의 상태정보와 통신데이터 관리 블록(12m)의 리턴 링크 데이터를 취합하고, 송신기(20)는 각 행의 상태정보와 리턴 링크 데이터를 취합하여, 최종적으로 메트릭스(Matrix) 구조를 갖는 조명 시스템의 상태정보를 관리하고 LED조명의 구동을 제어한다.

도 3은 LED조명을 제어하기 위한 LED구동모듈의 기능 블록도이다.

전술한 바와 같이 상기 LED구동모듈(12)은 송신기의 초기화 명령에 따라 이전의 LED구동모듈의 LED ID 열 번호에 1을 더하여 자신의 LED ID의 번호로 정의한 후 다음 LED조명으로 자신의 LED ID을 전달하는 LED ID제어블록(12i); 수신부에서 요청한 채널정보 및 데이터를 수신하여 필요한 데이터를 수신기에 전송하거나 조명을 제어하는 통신모듈관리블록(12m); LED의 색상이나 조도를 제어하는 LED조명제어블록(21l); 전송 데이터를 버퍼에 저장한 후 전송하는 TX제어블록(12t); 및 LED조명의 상태를 관리하는 조명상태관리블록(12s)을 포함한다.

상기 LED ID 제어블록(12c)은 초기화 명령에 따라 이전의 LED구동모듈의 LED ID 열 번호에 1을 더하여 자신의 LED ID의 번호로 정의하고, 다음 LED조명으로 자신의 LED ID을 전달함으로써 계속적으로 LED ID을 부여할 수 있다.

또한 수신된 제어 명령 및 송신 데이터가 자신의 LED ID와 일치하며, 통신모듈 관리 블록(12m)에 수신된 데이터와 일치할 경우, 제어 정보는 조명 상태 관리 블록(21)과 LED 조명 제어 블록(22)으로 보내고, 전송 데이터의 경우는 TX 제어 블록(24)으로 보내어 처리하며, 자신의 LED ID와 일치하지 않을 경우 다음 조명으로 전달한다.

상기 조명상태관리블록(12s)은 조명 상태 정보를 관리하며, LED조명제어블록(21l)은 LED조명의 색 제어 기능을 수행한다.

상기 통신모듈관리블록(12m)은 수신부에서 요청한 채널정보 및 데이터를 수신하여, 필요한 데이터를 수신기에 전송하거나 조명을 제어한다.

상기 TX제어블록(12t)은 전송 데이터를 버퍼에 저장한 후 전송함으로써 다양한 전송속도에 따른 데이터 전송율을 만족시킬 수 있다.

10: LED조명
11: LED
12: LED구동모듈 12c; LED ID제어블록
12m: 통신모듈관리블록 12t: TC제어블록
12s: 조명상태관리블록
20: 송신기
211~21n: 분배기 22: 조명상태관리블록
23: 통신데이터 관리 블록
30: 수신기
40: 적외선통신모듈

Claims (5)

1. 하나 이상의 LED로 이루어진 다수의 LED(11)와, 고유의 ID를 구비하고, 시리얼피드백(serial feedback)형태로 배열되어 상기 LED의 구동을 제어하는 다수의 LED구동모듈(12)을 포함하고, 매트릭스 형태로 배열된 LED조명(10); 상기 LED구동모듈들에 LED제어신호 및 데이터를 전송하는 송신기(20); 상기 송신기로부터 송신되어 LED구동모듈을 통해 전달되는 데이터를 수신하고, 수신된 정보를 디스플레이하는 디스플레이창을 구비하고, 다수의 분배기(211~21n)를 구비하며, 각 LED조명의 행을 담당하는 분배기와 각 행의 상태정보를 관리는 조명상태관리블록(22)과; 하기 적외선통신모듈(40)을 통해 송수신되는 데이터를 관리하는 통신데이터 관리 블록(23)을 포함하는 다수의 수신기(30); 및 상기 LED구동모듈과 수신기에 각각 설치되어 각 LED구동모듈의 채널 정보와 데이터를 송수신하는 적외선통신모듈(40)을 포함하고,
   상기 송신기(20)에서 전송되는 데이터는 두 개 이상의 형태로 이루어지고, 상기 수신기(30)는 송신기에서 전송된 다양한 형태의 데이터 중 어느 하나를 선택하여 수신할 수 있도록 선택 정보를 상기 적외선통신모듈(40)을 통해 LED구동모듈(12)에 전송하며,
   상기 LED구동모듈(12)은, 송신기의 초기화 명령에 따라 이전의 LED구동모듈의 LED ID 열 번호에 1을 더하여 자신의 LED ID의 번호로 정의하여 다음 LED조명으로 자신의 LED ID을 전달하는 LED ID제어블록(12i); 수신부에서 요청한 채널정보 및 데이터를 수신하여 수신한 데이터를 수신기에 전송하거나 조명을 제어하는 통신모듈관리블록(12m); LED를 제어하는 LED조명제어블록(21l); 전송 데이터를 전송하는 TX제어블록(12t); 및 LED조명의 상태를 관리하는 조명상태관리블록(12s)을 포함하되, 상기 TX제어블록(12t)은 서로 다른 전송속도로 데이터 전송하여 다양한 대역의 데이터 전송율(Data Rate)제공할 수 있고, 상기 LED조명제어블록(21l)은 LED의 색상이나 조도를 제어하는 광대역 양방향 통신용 스마트 조명시스템에 있어서,
   상기 TX제어블록(12t)은 전송 데이터를 버퍼에 저장한 후 전송하는 것을 특징으로 하는 광대역 양방향 통신용 스마트 조명시스템.
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