KR102082320B1

KR102082320B1 - 전류를 이용한 주소형 화재 감지장치

Info

Publication number: KR102082320B1
Application number: KR1020180095575A
Authority: KR
Inventors: 채석; 이말숙
Original assignee: 금오공과대학교 산학협력단; 주식회사 탑이엔씨
Priority date: 2018-08-16
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2020-02-27

Abstract

전류를 이용한 주소형 화재 감지장치는, 복수의 스위치 각각의 전기적인 연결상태에 대응하는 주소 코드값을 생성하는 주소 설정부와, 화재 감지센서가 액티브 되었을 때, 주소 코드값의 십진수값을 소정의 배수 증폭한 디지털 주소 코드값을 생성하는 마이크로프로세서와, 디지털 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 아날로그 출력전압을 생성하는 디지털 아날로그 변환부와, 아날로그 출력전압에 비례하는 전류가 전류 출력 회로부에 흐르도록 하는 전압 전류 변환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전류를 이용한 주소형 화재 감지장치{An address type fire detection device using the current}

본 발명은 화재감지장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전류를 이용한 주소형 화재감지장치에 관한 것이다.

화재 감지기로는 열감지기와 온도감지기가 있으며, 지금까지 개발된 주소형 자동 화재 탐지 시스템으로는 '저항이용 주소형 화재감지기'를 사용하는 방식과 'microcomputer 이용 주소형 화재감지기'를 사용하는 방식이 있다.

(1) 기존 저항이용 주소형 화재감지기 및 화재탐지 시스템 개요

도 1은 종래의 저항이용 주소형 화재탐지 시스템의 구성도이고, 도 2는 종래의 화재감지부의 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기존 '저항이용 주소형 화재탐지 시스템'은, 수신부와 여러 개의 화재감지부로 구성된다. 수신부는 전류 검출 저항, ADC(Analog to digital converter)가 있는 마이컴, 그리고 디스플레이 모듈로 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 화재감지부는 주소 설정부와 화재감지기로 구성되며, 주소 설정부는 5개의 주소 설정용 스위치와, 각 스위치와 연결되는 R1부터 R5까지 5개의 저항들로 구성된다.

종래의 저항이용 주소형 화재탐지 시스템의 동작원리는 다음과 같다.

화재감지기가 동작하면, 주소 설정용 스위치의 위치에 대응하는 전류가 +24V 전원선에 흐른다. 수신부의 '전류검출 저항'에 걸리는 전압을 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 통하여 중앙처리장치(CPU)에서 읽어 들이면 주소 설정용 스위치의 주소값을 알 수 있으므로, 동작하고 있는 화재감지부의 주소를 알 수 있다.

종래의 저항이용 주소형 화재탐지 시스템의 장단점은 다음과 같다. 장점은 통신선을 사용하지 않고 +24V 전원선 만을 사용하므로 공사비가 적게 드는 것이다. 단점은 주소설정용 스위치의 조작으로 감지기에 흐르는 전류를 비례적으로 조정하기 어렵다. 전류 검출 저항의 값을

라 하고, 주소설정부의 등가 저항값을 R이라 하면, 화재감지기가 동작하였을 때 전류 검출 저항

에 흐르는 전류는

이다. 주소설정용 스위치 5개의 조작으로 R값을 변화시켜

를 정수 배로 하기가 어렵다. 따라서 이 방식은 시공시 어려움이 있다.

(2) 기존 Microcomputer 이용 주소형 화재감지기 및 화재탐지 시스템 개요

도 3은 종래의 마이컴을 이용한 주소형 화재탐지 시스템의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 종래의 '마이컴을 이용한 주소형 화재탐지 시스템'의 구성은, 수신부와 여러 개의 화재감지부로 구성된다. 수신부는 입력모듈, 마이컴, 그리고 디스플레이 모듈로 구성된다. 화재감지부는 화재감지기, 마이컴, 그리고 주소설정부로 구성되어 있다.

종래의 '마이컴을 이용한 주소형 화재탐지 시스템'의 동작원리는 다음과 같다. 화재감지기가 동작하면, 화재감지부의 마이컴이 통신선을 통하여 동작한 화재감지기의 주소를 수신기의 마이컴으로 보내므로 동작한 화재감지기의 주소를 알 수 있다.

종래의 '마이컴을 이용한 주소형 화재탐지 시스템'의 장단점은 다음과 같다. 장점은 주소형 자동화재 탐지시스템을 실현할 수 있는 것이다. 단점은 +24V 전원선 외에 통신선을 사용하므로 공사비가 많이 소요되는 점과 이미 설치된 화재 탐지시스템의 대체시 화재감지기와 수신기의 교체뿐만이 아니라 통신선을 설치하여야 하므로 공사비가 많이 들게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 한국 등록특허 등록번호 10-1811402, "주소형 화재감지장치"가 제안되었다. - 특허문헌 1이라고 지칭함 -

도 4는 특허문헌 1의 화재탐지 시스템(1)의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 특허문헌 1의 화재탐지 시스템(1)은 복수의 주소형 화재감지장치(100)와, 화재 수신부(200)를 포함하여 구성된다.

복수의 주소형 화재감지장치(100)는 각각 서로 다른 장소에 배치되며 배치된 장소의 화재여부를 감지하도록 구성되는 장치이다.

또한, 복수의 주소형 화재감지장치(100)는 배치된 장소에 따라 각각 서로 다른 주소 코드값이 설정되므로, 주소 코드값의 설정을 통해 각 주소형 화재감지장치의 위치를 식별할 수 있다.

복수의 주소형 화재감지장치(100)는 배치된 장소에 따라 서로 다른 주소 코드값이 설정되며 전원라인에 서로 병렬로 연결되도록 구성된다. 복수의 주소형 화재감지장치(100)는 자신에게 할당된 화재 감지센서가 액티브 되었을 때 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류를 각각 구동한다.

예를 들어, 복수의 주소형 화재감지장치(100) 중 제1 주소형 화재감지장치(100-1)를 대표적으로 살펴보면,

제1 주소형 화재감지장치(100-1)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되었을 때, 제1 주소형 화재감지장치(100-1)는 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제1 화재감지 정전류(I1)를 구동한다.

또한, 제2 주소형 화재감지장치(100-2)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되었을 때, 제2 주소형 화재감지장치(100-2)는 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제2 화재감지 정전류(I2)를 구동한다.

이때, 제1 화재감지 정전류(I1)의 전류값과, 제2 화재감지 정전류(I2)의 전류값은 자신의 주소 설정부에 설정되어 있는 주소 코드값에 의해 결정된다.

특히, 화재감지 정전류는 정전류원 회로부에 의해 구동되므로, 제1 화재감지 정전류(I1)의 전류값과, 제2 화재감지 정전류(I2)의 전류값이 정수배가 되도록 용이하게 설계할 수 있다.

화재 수신부(200)는 전원라인에 흐르는 전류값을 토대로 복수의 주소형 화재감지장치(100) 중 적어도 하나 이상의 주소형 화재감지장치의 작동여부 - 화재감지여부 - 를 판단한 후, 화재가 발생한 장소를 표시할 수 있도록 구성된다.

예를 들면, 복수의 주소형 화재감지장치(100)의 화재 감지센서가 모두 액티브 상태가 아닌 경우, 모든 장소에 화재가 발생하지 않는 상태로 정의된다. 이때, 모든 복수의 주소형 화재감지장치(100)는 화재감지 정전류를 구동하지 않으므로, 전원라인에는 종단저항(R_normal) 및 화재 감지기들의 대기전류에 의한 기본전류(I_normal)가 흐른다.

이때, 제1 주소형 화재감지장치(100-1)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되어, 제1 주소형 화재감지장치(100-1)가 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제1 화재감지 정전류(I1)를 구동할 경우,

제1 주소형 화재감지장치(100-1)가 전원라인과 병렬로 연결되어 있으므로, 전원라인에 흐르는 총전류값(I)은, 기본전류(I_normal)와 제1 화재감지 정전류(I1)의 합으로 정의된다.

따라서 화재 수신부(200)는 전원라인에 흐르는 총전류값(I)을 감지하여 제1 주소형 화재감지장치(100)가 액티브 - 화재감지상태 - 되었음을 판단하고, 제1 주소형 화재감지장치(100-1)가 위치한 영역에 화재가 발생하였음을 디스플레이 모듈을 통해 표시한다.

또한, 제1 주소형 화재감지장치(100-1)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되어, 제1 주소형 화재감지장치(100-1)가 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제1 화재감지 정전류(I1)를 구동하고,

제2 주소형 화재감지장치(100-2)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되어, 제2 주소형 화재감지장치(100-2)가 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제2 화재감지 정전류(I2)를 구동할 경우,

제1 주소형 화재감지장치(100-1) 및 제2 주소형 화재감지장치(100-2)가 전원라인과 병렬로 연결되어 있으므로, 전원라인에 흐르는 총전류값(I)은, 기본전류(I_normal), 제1 화재감지 정전류(I1) 및 제2 화재감지 정전류(I2)의 합으로 정의된다.

따라서 화재 수신부(200)는 전원라인에 흐르는 총전류값(I)을 감지하여 제1 및 제2 주소형 화재감지장치(100-1, 100-2)가 모두 액티브 - 화재감지상태 - 되었음을 판단하고, 제1 및 제2 주소형 화재감지장치(100-1, 100-2)가 위치한 영역에 화재가 발생하였음을 디스플레이 모듈을 통해 표시한다.

복수의 주소형 화재감지장치(100)가 구동하는 화재감지 정전류(I1 ~ IN)은, 각각 정수배의 차이를 가지도록 설계되므로, 화재 수신부(200)는 전원라인의 흐르는 총전류값(I)을 감지하여, 복수의 주소형 화재감지장치(100) 중 적어도 하나 이상의 주소형 화재감지장치의 작동여부를 판단할 수 있다.

도 4에 도시된 특허문헌 1의 화재탐지 시스템(1)의 구성 및 동작을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

화재 수신부(200)는 전류 검출부, ADC(Analog to digital converter)가 있는 마이컴(MCU), 그리고 디스플레이 모듈로 구성된다.

또한, 복수의 주소형 화재감지장치(100)와 종단저항(R_normal)으로 구성되며, 각각의 '주소형 화재감지장치'는 주소 설정부, D/A 변환부, 화재감지 센서, 그리고 정전류원 회로부로 구성된다.

'주소형 화재감지장치'의 주소 설정부는 주소를 이진수 형태로 설정하는 역할을 하고, D/A 변환부는 이진수 형태로 설정된 주소를 아날로그 전압으로 변환하여 출력하는 역할을 하고, 정전류원 회로부는 화재감지 센서가 동작하면 D/A 변화부의 출력전압에 의해 제어되는 전류를 +24V 전원선에 흐르게 하는 역할을 한다.

화재 수신부(200)에 있는 전류 검출부'는 +24V 전원선에 흐르는 전류

를 저항

를 통하여 검출하고 증폭기로 증폭한다. '마이컴(MCU)'은 증폭기의 출력전압을 ADC(Analog to Digital Coverter)를 통하여 받아들여 정상상태 여부와 동작한 주소형 화재감지장치의 주소(즉, 화재발생 위치)를 알아내고 결과를 '디스플레이 모듈'로 보낸다. 디스플레이 모듈은 마이컴으로부터 받은 정보, 즉 정상상태 여부와 화재발생 위치를 표시해 주는 장치이다.

화재가 발생하지 않아 화재감지기 모두가 동작하지 않는 정상상태에서는 +24V 전원선에

의 전류가 흐르고, 화재가 발생하여 화재감지기부에 있는

번주소의'주소형 화재감지장치'가 동작하면 +24V 전원선에

의 전류가 흐른다.

의 크기는'주소형 화재감지장치'의 주소 설정부에서 설정한 주소값

에 따라 크기가 결정된다.

예를 들어, 1번 주소의 '주소형 화재감지장치'가 동작하면 1번 주소값에 대응하는 1㎃의 전류가 더 흐르고, 2번 주소의 '주소형 화재감지장치'가 동작하면 2번 주소에 대응하는 2㎃의 전류가 더 흐른다.

화재 수신부(200)의 전류 검출부는 +24V 전원선에 흐르는 전류

를 저항

에 걸리는 전압

로 검출하고 증폭기로 K배 증폭한다. 마이컴(MCU)은 ADC를 통하여 증폭된

의 전압을 디지털 신호로 변환하고, CPU는 변환된 결과를 입력받아 프로그램 처리하여 정상상태 여부와 동작한 주소형 화재감지장치의 주소(즉, 화재발생 위치)를 알아낸다. 디스플레이 모듈은 정상상태 여부와 화재발생 위치를 나타내 준다.

화재가 발생하지 않은 정상상태일 때, +24V 전원선에

의 전류가 흐르므로 CPU에서 받아들인 전압값은

이다. i번 주소에서 화재가 발생하여 i번 주소의 '주소형 화재감지장치'가 동작하면, +24V 전원선에

의 전류가 흐르므로 CPU에서 받아들인 전압값은

이다.

따라서 CPU에서 받아들인 전압값이

에서

으로

만큼 증가하면 i번 주소의 '주소형 화재감지장치'가 동작한 것으로 판단할 수 있다.

특허문헌 1의 '디지털 아날로그 변환부로 제어되는 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 이를 포함하는 화재탐지 시스템'의 장점은 다음과 같다.

화재발생 주소 탐지 방법은 i번 주소의 주소형 화재감지장치가 동작 시 +24V 전원선에 정상상태보다

의 전류가 더 흐르게 함으로써 동작한 주소형 화재감지장치의 주소 i를 알아내는 방법이므로 기존의 통신선과 +24V 전원선 모두를 사용하는 방법보다 설치비가 적게 든다.

도 5는 특허문헌 1의 화재탐지 시스템(1)에 포함된 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치(100-1)의 구성도이다.

주소 설정부(110)는 복수의 스위치 각각의 전기적인 연결상태에 대응하는 주소 코드값을 생성한다. 본 실시예에서는 8개의 스위치가 구비되므로, 각 스위치의 턴온(TURN ON) 및 턴오프(TURN OFF)의 조합에 의해 (디지털) 주소 코드값을 설정할 수 있다.

디지털 아날로그 변환부(120)는 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압(VREF)을 생성한다.

본 실시예에서 디지털 아날로그 변환부(120)는 디지털 아날로그 변환기(121)와, 증폭기(122)로 구성된다.

디지털 아날로그 변환기(121)는 주소 코드값을 입력받으며 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 출력전압(VO)을 생성한다. 즉, 디지털 아날로그 변환기(121)에서 출력되는 출력전압(VO)의 전압레벨은, 디지털 코드값인 주소 코드값에 의해 결정되며, 증폭기(122)는 출력전압(VO)을 미리 설정된 이득만큼 증폭하여 기준전압(VREF)으로써 출력한다.

참고적으로, 디지털 아날로그 변환부(120)는 증폭기(122)가 구비되지 않고, 디지털 아날로그 변환기(121)에서 출력되는 출력전압(VO)을 기준전압(VREF)으로써 그대로 사용하도록 구성될 수도 있을 것이다.

한편, 정전류원 회로부(130)는 화재 감지센서(140)가 액티브 되었을 때, 기준전압(VREF)의 제어에 따라 기준전압(VREF)의 전압레벨에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류(I1)를 전원라인과 병렬로 연결된 라인으로 구동한다.

정전류원 회로부(130)는 기준전압(VREF)의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 NMOS 트랜지스터를 포함하며, 화재감지 정전류(I1)를 전원라인과 병렬로 연결된 라인으로 구동하는 흡입형 전류(Current sink) 회로로 구성될 수 있다.

즉, 정전류원 회로부(130)는 비교부(131)와, 전류 구동부(132)와, 스위칭 소자(SCR)를 포함하여 구성된다.

이때, 비교부(131)는 화재감지 정전류(I1) 및 저항(R)에 의한 피드백 전압과, 기준전압(VREF)을 비교하여 그 비교결과에 의해 출력되는 전압을 전류 구동부(132)를 구성하는 NMOS 트랜지스터의 게이트단으로 전달한다.

전류 구동부(132)는 스위칭 소자(SCR)가 턴온(TURN ON) 되었을 때, 기준전압(VREF)의 전압레벨에 대응하는 화재감지 정전류(I1)를 구동하는데, 본 실시예에서 스위칭 소자(SCR)는 SCR(Silicon Controlled Rectifier) 로 구성된다.

SCR(Silicon Controlled Rectifier)는 화재 감지센서(140)에서 전달되는 화재감지신호의 제어에 따라 선택적으로 턴온(TURN ON) 된다. 따라서 SCR(Silicon Controlled Rectifier)이 턴온(TURN ON) 될 때 - 화재가 감지되었을 때 -, 전류 구동부(132)가 라인으로 화재감지 정전류(I1)를 구동한다.

즉, 주소형 화재감지장치(100-1)의 동작원리는 다음과 같다. 도 5에서 주소 설정부(110)에서 설정한 주소는 화재감지 센서의 주소로도 취급할 수 있고 '주소형 화재감지장치(100-1)'의 주소로도 취급할 수 있다.

도 5에서, 디지털 아날로그 변환기(121)는 8bit이고, 증폭기(122)의 이득이 K인 경우를 생각해 보자. 주소 설정부(110)에 있는 주소설정 스위치를 이진수로는 N₂, 십진수로는 i로 설정하면 디지털 아날로그 변환기(121)의 입력 값은 i(즉, N₂)이고 디지털 아날로그 변환기(121)의 출력전압 V_o는

[V]이며, 증폭기(122)의 출력전압 V_ref는

이므로 i번 주소의 화재감지 센서(140)가 동작하면 SCR이 턴온(turn on)되고 정전류원 회로부(130)의 출력단 트랜지스터에 흐르는 전류

은

이다. 여기서,

은 SCR의 애노드와 캐소드 사이에 걸리는 전압이다. 즉,

번 주소의 화재감지기가 동작하면 +24V 전원선에 화재가 발생하지 않은 정상상태보다

의 전류가 더 흐르며,

은

에 일대 일로 대응하므로

을 알면 감지기의 주소

를 알 수 있다.

특허문헌 1의 주소형 화재감지장치는

번 주소의 화재감지기가 동작 시 +24V 전원선에 정상상태보다

의 전류가 더 흐르게 함으로써 동작한 화재감지기의 주소

를 알아내는 방법이므로 기존의 통신선을 이용하는 방법이나 +24V 전원선을 이용한 통신 방법보다 설치비가 적게 드는 장점이 있다.

하지만,

의 값이

의 식으로 표현되는데, 모든 소자는 오차가 있으므로

과

의 값이 조금씩 달라

의 값을 정밀하게 원하는 값으로 하기 어려우며, 이로 인하여 화재탐지 시스템이 오동작할 수 있는 단점이 있다.

KR

10-1811402

B

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 내부소자의 제조특성의 영향을 적게 받으면서도 화재감지센서의 주소에 비례하는 전류를 구동할 수 있는 전류를 이용한 주소형 화재 감지장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 스위치 각각의 전기적인 연결상태에 대응하는 주소 코드값을 생성하는 주소 설정부와, 화재 감지센서가 액티브 되었을 때, 주소 코드값의 십진수값을 소정의 배수 증폭한 디지털 주소 코드값을 생성하는 마이크로프로세서와, 디지털 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 아날로그 출력전압을 생성하는 디지털 아날로그 변환부와, 아날로그 출력전압에 비례하는 전류가 전류 출력 회로부에 흐르도록 하는 전압 전류 변환부를 포함하는 전류를 이용한 주소형 화재 감지장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 포함되는 마이크로프로세서는, 주소 코드값을 입력받는 입력병렬포트와, 화재 감지센서가 액티브 되었음을 지시하는 신호를 출력하는 아날로그 디지털 컨버터와, 아날로그 디지털 컨버터의 출력신호의 상태에 따라 입력병렬포트에서 출력되는 주소 코드값의 십진수값을 소정의 배수 증폭한 디지털 주소 코드값을 선택적으로 생성하여 출력하는 중앙처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전류를 이용한 주소형 화재 감지장치는, 내부소자의 제조특성의 영향을 적게 받으면서도 화재감지센서의 주소에 비례하는 화재감지 정전류를 전원라인으로 구동할 수 있다.

또한, 주소설정부, 마이크로 프로세서, 화재 신호 처리부, 그리고 화재감지센서의 공급전원(구동전원)을 +3.3 V 전압 레귤레이터에서 공급하여 화재감지센서가 활성화되지 않았을 때의 흐르는 전류가 매우 적다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 저항이용 주소형 화재탐지 시스템의 구성도
도 2는 종래의 화재감지부의 구성도
도 3은 종래의 마이컴을 이용한 주소형 화재탐지 시스템의 구성도
도 4는 특허문헌 1의 화재탐지 시스템(1)의 구성도
도 5는 특허문헌 1의 화재탐지 시스템(1)에 포함된 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치(100-1)의 구성도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화재탐지 시스템(2)의 구성도
도 7은 도 6의 화재탐지 시스템(2)에 포함된 전류를 이용한 주소형 화재 감지장치(100A-1)의 구성도

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화재탐지 시스템(2)의 구성도이고, 도 7은 도 6의 화재탐지 시스템(2)에 포함된 전류를 이용한 주소형 화재 감지장치(100A-1)의 구성도이다.

본 실시예에 따른 화재탐지 시스템(2)은 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 화재탐지 시스템(2)은 복수의 주소형 화재감지장치(100A)와, 화재 수신부(200)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 화재탐지 시스템(2)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.

복수의 주소형 화재감지장치(100A)는 각각 서로 다른 장소에 배치되며 배치된 장소의 화재여부를 감지하도록 구성되는 장치이다.

또한, 복수의 주소형 화재감지장치(100A)는 배치된 장소에 따라 각각 서로 다른 주소 코드값이 설정되므로, 주소 코드값의 설정을 통해 각 주소형 화재감지장치의 위치를 식별할 수 있다.

복수의 주소형 화재감지장치(100A)는 배치된 장소에 따라 서로 다른 주소 코드값이 설정되며 전원라인에 서로 병렬로 연결되도록 구성된다. 복수의 주소형 화재감지장치(100A)는 자신에게 할당된 화재 감지센서가 액티브 되었을 때 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류를 각각 구동한다.

예를 들어, 복수의 주소형 화재감지장치(100A) 중 제1 주소형 화재감지장치(100A-1)를 대표적으로 살펴보면,

제1 주소형 화재감지장치(100A-1)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되었을 때, 제1 주소형 화재감지장치(100A-1)는 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제1 화재감지 정전류(I1)를 구동한다.

또한, 제2 주소형 화재감지장치(100A-2)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되었을 때, 제2 주소형 화재감지장치(100A-2)는 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제2 화재감지 정전류(I2)를 구동한다.

제안된“시스템(2)의 전류를 이용한 주소형 화재 감지장치(100A-1)"에서, 화재가 발생하지 않은 정상상태에서는

번 주소의 화재 감지장치에 적은량인

의 전류가 흐르다가, 화재가 발생하면

의 전류가 흐르게 설계하였다.

화재 수신부에

개의 화재 감지장치가 연결된 경우, 화재 감지장치 모두가 동작하지 않은 정상상태에서는 + 24[V] 전원선에

의 전류가 흐르고,

번 주소의 화재감지기가 동작하면 + 24[V] 전원선에

의 전류가 흐른다.

따라서 +24[V] 전원선에 흐르는 전류를 검출하는 기능이 있는 화재 수신부에서 전원선에 흐르는 전류가

에서

으로

만큼 증가하면

번 주소의 화재 감지장치가 동작한 것으로 판단할 수 있다.

이러한 기능의 화재 감지장치는, 기존의 특허문헌 1(등록번호 : 10-1811402)에서는 도 4 및 도 5와 같이 구현하였다. 이 방법에서

의 값이

의 식으로 표현되는데, 모든 소자는 오차가 있으므로

과

의 값이 조금씩 달라

의 값을 정밀하게 원하는 값으로 하기 어려우며, 이로 인하여 화재탐지 시스템이 오동작하는 단점이 있다.

하지만, 제안된 ‘전류를 이용한 주소형 화재감지기(2)’는 특허문헌 1(등록번호 : 10-1811402)의 장점을 유지하면서도 단점을 개선하여

의 값이 회로 소자의 오차에 영향받지 않도록,

화재 감지장치 즉, 전류를 이용한 주소형 화재감지장치(100A-1)를 주소 설정부(10)와, 마이크로프로세서(20)와, 화재신호 처리부(30)와, 화재감지센서(40)와, 디지털 아날로그 변환부(50, ADC : Analog to Digital Convertor)와, 전압 전류 변환부(60)와, 전류 출력 회로부(70)를 포함하여 구성하였다.

도 7을 참조하면, 주소 설정부(10)는 딥 스위치(Dip Switch)와 저항들로 구성되고, 딥 스위치로 화재 감지장치의 주소를

로 설정하는 기능을 하며 설정된 주소

는 마이크로프로세서(20)으로 보내진다. 즉, 주소 설정부(10)는 복수의 스위치 각각의 전기적인 연결상태에 대응하는 주소 코드값을 생성한다.

화재신호 처리부(30)는 화재감지센서(40)의 출력신호를 전압신호로 변환하거나 증폭하여 마이크로프로세서(20)에 내장된 ADC(Analog to Digital Convertor)의 입력신호로 보내는 기능을 한다.

마이크로프로세서(20)는 내장된 ADC(Analog to Digital Convertor)를 통하여 받아들인 화재신호 처리부(30)의 출력신호와 화재 발생 판단 설정값을 비교하여 화재 발생 여부를 판단하고, 화재 발생으로 판단되면 내장된 입력병력포트를 통하여 주소

를 받아들인 후 주소

에 대응하는 디지털 전압값(디지털 주소 코드값)을 디지털 아날로그 변환부(50)의 입력으로 내보내는 기능을 한다. 즉, 마이크로프로세서(20)는 화재 감지센서(40)가 액티브 되었을 때, 주소 코드값의 십진수값을 소정의 배수 증폭한 십진수값을 갖는 디지털 주소 코드값을 생성한다.

마이크로프로세서(20)는 주소 코드값을 입력받는 입력병렬포트와, 화재 감지센서가 액티브 되었음을 지시하는 신호를 출력하는 아날로그 디지털 컨버터와, 아날로그 디지털 컨버터의 출력신호의 상태에 따라 입력병렬포트에서 출력되는 주소 코드값의 십진수값을 소정의 배수 증폭한 디지털 주소 코드값을 선택적으로 생성하여 출력하는 중앙처리장치로 구성된다.

디지털 아날로그 변환부(Digital-to-Analog Converting circuit, 50)는 화재 발생 시 동작한 화재 감지센서의 주소

에 대응하는 디지털 전압값(디지털 주소 코드값)을 아날로그 전압값(아날로그 출력전압)으로 변환하는 기능을 한다. 즉, 디지털 아날로그 변환부(50)는 디지털 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 아날로그 출력전압을 생성한다.

전압 전류 변환부(Voltage-to-Current Converting circuit, 60)는 디지털 아날로그 변환부(50)의 출력 전압(아날로그 출력전압)에 1대 1일로 대응하는 전류가 전류 출력 회로부(70)에 흐르게 하는 기능을 한다.

전류를 이용한 주소형 화재감지장치(100A-1)의 구성을 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.

주소 설정부(10)는 딥 스위치(Dip Switch)와 저항들로 구성되고, 딥 스위치로 화재 감지장치의 주소를

로 설정하는 기능을 하며 설정된 주소

는 마이크로프로세서(20)의 입력병렬포트를 통하여 중앙처리장치(CPU)로 보내진다.

예를 들어 딥 스위치를

로 설정하면 화재 감지장치의 주소

는 십진수로는 1이다.

마이크로프로세서(20)는 내장된 ADC(Analog to Digital Convertor)를 통하여 받아들인 화재신호 처리부(30)의 출력신호와 화재 발생 판단 설정값을 비교하여 화재 발생 여부를 판단하고, 화재 발생으로 판단될 때만 내장된 입력병력포트를 통하여 주소

를 받아들인 후

배로 증폭한

의 값을 디지털 아날로그 변환부인 DAC(Digital to Analog Convertor, 50)의 입력으로 내보내는 기능을 한다. 예를 들어,

으로 할 경우 화재 감지장치의 주소가

이면 DAC의 입력값

는

이다.

디지털 아날로그 변환부(50)는 DAC(Digital-to-Analog Convertor)로 구성되며, 화재 발생 시 동작한 화재 감지장치의 주소

에 대응하는 디지털 전압값(디지털 주소 코드값)

를 마이크로 프로세서(20)로부터 입력받아 아날로그 전압값(아날로그 출력전압)으로 변환하는 기능을 한다.

예를 들어, 공급전압이 3V이고 8 비트(bit)의 DAC이면 DAC의 출력 전압값은

[V]이다.

전압 전류 변환부(Voltage-to-Current Converting circuit, 60)는 디지털 아날로그 변환부(50)인 DAC의 출력 전압에 비례하는 전류가 전압 전류 변환부(60)와 전류 출력 회로부(70)에 흐르게 하는 기능을 한다.

즉, 주소

의 화재 감지장치가 동작하면 +24 V 전원선에

의 전류가 더 흐르도록 한다. 예를 들어, 8 비트(bit)의 DAC에 3V의 전압을 공급하고, 또한 전압 전류 변환부(60)의 입력전압의 범위가 0[V]에서 3[V]일 때, 출력 전류의 범위가 0[mA]에서 32[mA]인 경우를 생각해 보자.

이 경우 DAC의 출력 전압값은

[V]이고, +24 V 전원선에 흐르는 전류

의 값은

이다.

으로 설정하면

의 값은

이므로,

이면

[mA],

이면

[mA]이다. 즉, 주소

의 화재 감지장치가 동작하면 +24 V 전원선에

[mA]의 전류가 더 흐른다.

- 화재가 발생하지 않은 정상상태에서의 동작 설명

제안된“전류를 이용한 주소형 화재 감지장치(100A-1)“에서, 화재 발생 여부에 관계없이 언제나 주소 설정부(10), 마이크로프로세서(20), 화재감지센서(40), 그리고 화재신호 처리부(30)에 +3.3V의 전압 레귤레이터(80)를 통해 구동전원이 공급되므로

번 주소의 화재 감지장치에 매우 적은 량인

의 전류가 흐른다.

화재 수신부에

개의 화재 감지장치가 연결된 경우 화재 감지장치 모두가 동작하지 않은 정상상태에서 +24[V] 전원선에

의 전류가 흐른다.

즉,

을 작게 하기 위하여 +3.3 V 전압 레귤레이터(80)에서는 주소 설정부(10), 마이크로프로세서(20), 화재신호 처리부(30), 그리고 화재감지센서(40)에만 전원을 공급하였다. 한편 디지털 아날로그 변환부(50), 전압 전류 변환부(60), 그리고 전류 출력 회로부(70)에는 +24 V 전원을 공급하여

전류와 관계되도록 하였다.

- 화재가 발생하여

번 주소의 화재감지센서가 동작한 경우의 동작 설명

화재가 발생하여

번 주소의 화재 감지장치(화재감지센서)가 동작하면 +24[V] 전원선에

의 전류가 흐른다. 따라서 +24[V] 전원선에 흐르는 전류를 검출하는 기능이 있는 화재 수신부에서 전원선에 흐르는 전류가

에서

으로

만큼 증가하면

번 주소의 화재 감지장치가 동작한 것으로 판단할 수 있으며, 세부 동작 설명은 다음과 같다.

도 7에서 주소 설정부(10)에서 설정한 주소는 화재감지센서의 주소로 취급할 수 있고 또한 ‘전류를 이용한 주소형 화재감지장치’의 주소로도 취급할 수 있다.

딥 스위치로 설정한 화재감지기의 주소

는 마이크로프로세서의 입력병렬포트를 통하여 CPU로 보내진다. 예를 들어, 딥 스위치를

로 설정하면 화재감지센서(40)의 주소

는 십진수로는 1이다.

화재신호 처리부(30)는 화재감지센서(40)의 출력신호를 전압신호로 변환하거나 증폭하여 마이크로프로세서(20)에 내장된 ADC(Analog to Digital Convertor)의 입력신호로 보낸다

마이크로프로세서(20)의 중앙처리장치(CPU)는 프로그램에 의해 ADC(Analog to Digital Convertor)를 통하여 받아들인 화재신호 처리부(30)의 출력값과 화재 판단 설정값을 비교하여 화재 발생 여부를 판단하고, 화재 발생으로 판단될 때만 입력병력포트를 통하여 주소

를 받아들인 후 소프트웨어(프로그램)적으로

배로 증폭하고,

증폭한

의 값을 디지털 아날로그 변환부(50)인 DAC(Digital to Analog Convertor)의 입력으로 내보낸다. 예를 들어,

으로 할 경우 화재감지센서(40)의 주소가

이면 DAC의 입력값

는

이다.

디지털 아날로그 변환부(50)는 DAC(Digital-to-Analog Convertor)로 구성되며, 화재 발생 시 동작한 화재감지센서의 주소

에 대응하는 디지털 전압값(디지털 주소 코드값)

를 마이크로 프로세서(20)로부터 입력받아 아날로그 전압값(아날로그 출력전압)으로 변환한다.

비트(bit)의 DAC이고 공급전압이 3V이면 DAC의 출력 전압값은

[V]이고 DAC의 출력전류

는

이다. 여기서

는 DAC의 파라미터와 관련된 상수이다.

예를 들어, 8 비트(bit)의 DAC이고 공급전압이 3V이면 DAC의 출력 전압값은

[V]이고 DAC의 출력전류

는

이다. 여기서

는 DAC의 파라미터와 관련된 상수이다.

전압 전류 변환부(Voltage-to-Current Converting circuit, 60)는 디지털 아날로그 변환부(50)인 DAC의 출력 전압에 비례하는 전류가 전압 전류 변환부(60)와 전류 출력 회로부(70)에 흐르게 한다.

즉, 주소

의 화재감지센서가 동작하면 +24 V 전원선에

의 전류가 더 흐르도록 한다. 도 7에서,

이고, 연산증폭기의 +단자 전압과 -단자 전압이 같으므로

이다. 한편

비트(bit)의 DAC이고 공급전압이 3V이면 DAC의 출력전류

는

이므로,

이다.

여기서,

이다. 반도체 제조공정에서

,

, 그리고

는 정밀하게 만들 수 있으므로

를 32mA, 64mA 등으로 만들 수 있다. 예를 들어,

[mA]라고 하자. 8 비트(bit)의 DAC에 3V의 전압을 공급하고, 또한 전압 전류 변환부의 입력전압의 범위가 0[V]에서 3[V]일 때, 출력 전류의 범위는 0[mA]에서

[mA]이다. 이 경우 DAC의 출력 전압값은

[V]이고, +24 V 전원선에 흐르는 전류

의 값은

이다.

주소의 증폭도인

을

으로 설정하면

의 값은

이므로,

이면

[mA],

이면

[mA]이다. 즉, 주소

의 화재감지센서가 동작하면 +24 V 전원선에

[mA]의 전류가 더 흐른다.

한편

[mA],

으로 설정하면

이므로,

이면

[mA],

이면

[mA]이다. 즉, 주소

의 화재감지센서가 동작하면 +24 V 전원선에

[mA]의 전류가 더 흐른다.

요약하면, 주소형 화재 탐지 시스템은 화재 수신부의 전류검출 저항

에 흐르는 전류값

를 검출하여 화재 발생 여부와 화재발생 주소를 알아내는 시스템이다.

화재가 발생하지 않은 정상상태에서 수신기의 전류검출 저항

에 흐르는 전류값

는

이며,

번 주소의 화재 감지기에서 화재가 발생하면 수신기의 전류검출 저항

에 흐르는 전류값

는

으로 화재가 발생하지 않은 정상상태에 비하여

만큼 전류가 더 흐르므로 화재 발생 여부와 발생 주소

를 알 수 있다.

따라서,

의 값이

의 값보다 상대적으로 작을수록 전류를 이용한 주소형 화재탐지 시스템의 정확성이 높아지고 또한

의 값이 회로 소자의 오차에 영향받지 않아야 오동작을 방지할 수 있다.

제안된 ‘전류를 이용한 주소형 화재 감지장치(100A-1)’는 기존 방법의 장점을 유지하면서 단점을 개선하여

의 값이 회로 소자의 오차에 영향받지 않도록 화재 감지장치를 도 6 및 도 7과 같이 화재감지 센서, 화재 신호 처리부, 주소설정부, 아날로그 디지털 변환기(ADC : Analog to Digital Convertor)가 있는 마이크로 프로세서, 디지털 아날로그 변환부, 전압 전류 변환부, 그리고 전류출력 회로부로 구성하였다.

전류를 이용한 주소형 화재 감지장치(100A-1)의 특징은 크게 2가지를 들 수 있다.

첫째로,

전류가 소자의 오차에 영향 받지 않도록 도면 5와 같이 디지털 아날로그 변환부, 전압 전류 변환부, 그리고 전류 출력 회로부를 종속 연결함으로써 주소

의 화재 감지기가 동작하면 전류 출력회로부에

의 전류가 흐르도록 하였다.

여기서

은 주소의 증폭도이고,

은 DAC의 비트 수이고,

이다. DAC의 파라미터 값인

와 전압 전류 변환부에 있는 저항

과

는 반도체 공정에서 정밀한 값으로 할 수 있으므로

를 32mA, 64mA 등의 일정한 값으로 할 수 있다.

따라서

은 전류 출력 회로부에 있는 저항

나 트랜지스터

과는 무관하므로 영향받지 않으며 또한 화재감지센서의 주소

에 비례하는

의 전류 구현이 가능하다는 장점이 있다.

둘째로,

를 작게하기 위하여 주소설정부, 마이크로 프로세서, 화재 신호 처리부, 그리고 화재감지센서의 공급 전원만을 +3.3 V 전압 레귤레이터에서 공급하였다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

2 : 화재탐지 시스템
100A-1 : 주소형 화재 감지장치
10 : 주소 설정부
20 : 마이크로프로세서
30 : 화재신호 처리부
40 : 화재감지센서
50 : 디지털 아날로그 변환부
60 : 전압 전류 변환부
70 : 전류 출력 회로부

Claims

복수의 스위치 각각의 전기적인 연결상태에 대응하는 주소 코드값을 생성하는 주소 설정부;
화재 감지센서가 액티브 되었을 때, 상기 주소 코드값의 십진수값을 소정의 배수 증폭한 디지털 주소 코드값을 생성하는 마이크로프로세서; 및
상기 디지털 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 아날로그 출력전압을 생성하는 디지털 아날로그 변환부; 및
상기 아날로그 출력전압에 비례하는 전류가 전류 출력 회로부에 흐르도록 하는 전압 전류 변환부;를 포함하고,
상기 마이크로프로세서는, 상기 주소 코드값을 입력받는 입력병렬포트;
상기 화재 감지센서가 액티브 되었음을 지시하는 신호를 출력하는 아날로그 디지털 컨버터; 및 상기 아날로그 디지털 컨버터의 출력신호의 상태에 따라 상기 입력병렬포트에서 출력되는 상기 주소 코드값의 십진수값을 소정의 배수 증폭한 상기 디지털 주소 코드값을 선택적으로 생성하여 출력하는 중앙처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 전류를 이용한 주소형 화재 감지장치.
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