KR102139807B1 - 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 이를 포함하는 화재탐지 시스템 - Google Patents

전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 이를 포함하는 화재탐지 시스템 Download PDF

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    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Abstract

전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치는, 복수의 스위치 각각의 전기적인 연결상태에 대응하는 주소 코드값을 생성하는 주소 설정부와, 상기 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압을 생성하는 마이크로프로세서와, 화재 감지센서가 액티브 되었을 때, 상기 기준전압의 제어에 따라 상기 기준전압의 전압레벨에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류를 전원라인으로 구동하는 전압제어 전류원 회로부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 이를 포함하는 화재탐지 시스템{An address type fire detection device using a voltage controlled current source controlled and a fire detection system including the same}
본 발명은 화재감지장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 이를 포함하는 화재탐지 시스템에 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 화재탐시 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 화재탐시 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
Figure 112018041765815-pat00001
라 하고, 주소설정부의 등가 저항값을 R이라 하면, 화재감지기가 동작하였을 때 전류 검출 저항
Figure 112018041765815-pat00002
에 흐르는 전류는
Figure 112018041765815-pat00003
이다. 주소설정용 스위치 5개의 조작으로 R값을 변화시켜
Figure 112018041765815-pat00004
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.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 마이크로프로세서로 제어되는 전압제어 전류원을 이용함으로써, 통신선이 추가로 구비될 필요없이 전원라인만을 이용하여 동작할 수 있는 주소형 화재감지장치 및 이를 포함하는 화재탐지 시스템을 제공한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 스위치 각각의 전기적인 연결상태에 대응하는 주소 코드값을 생성하는 주소 설정부와, 상기 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압을 생성하는 마이크로프로세서와, 화재 감지센서가 액티브 되었을 때, 상기 기준전압의 제어에 따라 상기 기준전압의 전압레벨에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류를 전원라인으로 구동하는 전압제어 전류원 회로부를 포함하는 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 주소형 화재감지장치는, 스위칭 제어신호의 제어에 따라 상기 전압제어 전류원 회로부에 구동전원을 선택적으로 공급하는 스위칭 회로를 더 포함하고, 상기 스위칭 제어신호는 상기 마이크로프로세서에서 생성되되 상기 화재 감지센서의 액티브 여부에 따라 선택적으로 활성화되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 상기 전압제어 전류원 회로부는, 상기 기준전압의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 NPN 트랜지스터를 포함하며, 상기 화재감지 정전류를 상기 전원라인으로 구동하는 흡입형 전류(Current sink) 회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 상기 전압제어 전류원 회로부는, 상기 기준전압의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 PNP 트랜지스터를 포함하며, 상기 화재감지 정전류를 상기 전원라인으로 구동하는 토출형 전류(Current source) 회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배치된 장소에 따라 서로 다른 주소 코드값이 설정되며 전원라인에 서로 병렬로 연결됨에 있어서, 자신에게 할당된 화재 감지센서가 액티브 되었을 때 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류를 상기 전원라인으로 각각 구동하는 복수의 주소형 화재감지장치와, 상기 전원라인에 흐르는 전류값을 토대로 상기 복수의 주소형 화재감지장치 중 적어도 하나 이상의 주소형 화재감지장치의 작동여부를 판단한 후, 화재가 발생한 장소를 표시하는 화재 수신부를 포함하는 화재탐지 시스템이 제공된다.
또한, 본 발명에 포함되는 상기 복수의 주소형 화재감지장치는 각각, 복수의 스위치 각각의 전기적인 연결상태에 대응하는 주소 코드값을 생성하는 주소 설정부와, 상기 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압을 생성하는 마이크로프로세서와, 화재 감지센서가 액티브 되었을 때, 상기 기준전압의 제어에 따라 상기 기준전압의 전압레벨에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류를 전원라인으로 구동하는 전압제어 전류원 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 상기 주소형 화재감지장치는, 스위칭 제어신호의 제어에 따라 상기 전압제어 전류원 회로부에 구동전원을 선택적으로 공급하는 스위칭 회로를 더 포함하고, 상기 스위칭 제어신호는 상기 마이크로프로세서에서 생성되되 상기 화재 감지센서의 액티브 여부에 따라 선택적으로 활성화되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 상기 전압제어 전류원 회로부는, 상기 기준전압의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 NPN 트랜지스터를 포함하며, 상기 화재감지 정전류를 상기 전원라인으로 구동하는 흡입형 전류(Current sink) 회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 상기 전압제어 전류원 회로부는, 상기 기준전압의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 PNP 트랜지스터를 포함하며, 상기 화재감지 정전류를 상기 전원라인으로 구동하는 토출형 전류(Current source) 회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 화재탐지 시스템은, 마이크로프로세서로 제어되는 전압제어 전류원을 이용함으로써, 통신선이 추가로 구비될 필요없이 전원라인만을 이용하여 동작할 수 있다.
또한, 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압(VREF)을 이용하여 화재감지 정전류를 구동함으로써, 각 주소형 화재 감지장치에서 구동하는 화재감지 정전류가 주소 코드값과 비례하도록 용이하게 설정할 수 있다.
화재가 발생하지 않은 정상상태에서는 전압제어 전류원 회로부(130)의 전원공급을 차단하는 스위칭 회로(151)를 전압제어 전류원 회로부(130)의 앞단에 배치함으로써 Ii-normal 의 값을 줄였다.
또한, 트랜지스터 Tr이 완벽하게 턴온(TURN ON)/턴오프(TURN OFF)되지 않음으로써 생기는 트랜지스터 콜렉터 전압 Vf 의 영향을 제거하기 위하여, 트랜지스터 Tr의 기능을 스위칭 회로(151)가 수행하도록 하였으며, 부수적으로 연산증폭기 1개를 줄임으로써 Ii-normal의 값을 감소시키는 장점도 있도록 하였다.
도 1은 종래의 저항이용 주소형 화재탐지 시스템의 구성도
도 2는 종래의 화재감지부의 구성도
도 3은 종래의 마이컴을 이용한 주소형 화재탐지 시스템
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재탐지 시스템(2)의 구성도
도 5는 화재탐지 시스템(2)에 포함된 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치(300-1)의 구성도
도 6은 디지털 아날로그 변환부의 다른 실시예에 따른 구성도
도 7은 디지털 아날로그 변환부의 또 다른 실시예에 따른 구성도
도 8은 전압제어 전류원 회로부의 다른 실시예에 따른 구성도
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화재탐지 시스템(3)의 구성도
도 10은 화재 탐지 시스템(3)에 포함된 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치(100-1)의 구성도
도 11은 화재 탐지 시스템(3)에 포함된 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치(100-1)의 다른 구성도
도 12는 전압제어 전류원 회로부의 다른 실시예에 따른 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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재탐지 시스템(2)의 구성도이다.
본 실시예에 따른 화재탐지 시스템(2)은 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 4를 참조하면, 화재탐지 시스템(2)은 복수의 주소형 화재감지장치(300)와, 화재 수신부(400)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 화재탐지 시스템(2)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
복수의 주소형 화재감지장치(300)는 각각 서로 다른 장소에 배치되며 배치된 장소의 화재여부를 감지하도록 구성되는 장치이다.
또한, 복수의 주소형 화재감지장치(300)는 배치된 장소에 따라 각각 서로 다른 주소 코드값이 설정되므로, 주소 코드값의 설정을 통해 각 주소형 화재감지장치의 위치를 식별할 수 있다.
복수의 주소형 화재감지장치(300)는 배치된 장소에 따라 서로 다른 주소 코드값이 설정되며 전원라인에 서로 병렬로 연결되도록 구성된다. 복수의 주소형 화재감지장치(300)는 자신에게 할당된 화재 감지센서가 액티브 되었을 때 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류를 각각 구동한다.
예를 들어, 복수의 주소형 화재감지장치(300) 중 제1 주소형 화재감지장치(300-1)를 대표적으로 살펴보면,
제1 주소형 화재감지장치(300-1)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되었을 때, 제1 주소형 화재감지장치(300-1)는 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제1 화재감지 정전류(I1)를 구동한다.
또한, 제2 주소형 화재감지장치(300-2)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되었을 때, 제2 주소형 화재감지장치(300-2)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.
화재 수신부(400)는 전원라인에 흐르는 전류값을 토대로 복수의 주소형 화재감지장치(300) 중 적어도 하나 이상의 주소형 화재감지장치의 작동여부 - 화재감지여부 - 를 판단한 후, 화재가 발생한 장소를 표시할 수 있도록 구성된다.
예를 들면, 복수의 주소형 화재감지장치(300)의 화재 감지센서가 모두 액티브 상태가 아닌 경우, 모든 장소에 화재가 발생하지 않는 상태로 정의된다. 이때, 모든 복수의 주소형 화재감지장치(300)는 화재감지 정전류를 구동하지 않으므로, 전원라인에는 종단저항(Rterminal)에 의한 기본전류(Iterminal)가 흐른다. 즉, N개의 화재감지장치에 기본으로 흐르는 전류를
Figure 112018041765815-pat00005
이라고 하면, 모든 장소에서 화재가 발생하지 않은 상태에서의 전원라인에는 기본전류 Inormal =
Figure 112018041765815-pat00006
의 전류가 흐른다.
이때, 제1 주소형 화재감지장치(300-1)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되어, 제1 주소형 화재감지장치(300-1)가 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제1 화재감지 정전류(I1)를 구동할 경우,
제1 주소형 화재감지장치(300-1)가 전원라인과 병렬로 연결되어 있으므로, 전원라인에 흐르는 총전류값(I)은, 기본전류(Inormal)와 제1 화재감지 정전류(I1)의 합으로 정의된다.
따라서 화재 수신부(400)는 전원라인에 흐르는 총전류값(I)을 감지하여 제1 주소형 화재감지장치(300-1)가 액티브 - 화재감지상태 - 되었음을 판단하고, 제1 주소형 화재감지장치(300-1)가 위치한 영역에 화재가 발생하였음을 디스플레이 모듈을 통해 표시한다.
또한, 제1 주소형 화재감지장치(300-1)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되어, 제1 주소형 화재감지장치(300-1)가 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제1 화재감지 정전류(I1)를 구동하고,
제2 주소형 화재감지장치(300-2)의 화재 감지센서가 액티브 - 화재감지상태 - 되어, 제2 주소형 화재감지장치(300-2)가 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 제2 화재감지 정전류(I2)를 구동할 경우,
제1 주소형 화재감지장치(300-1) 및 제2 주소형 화재감지장치(300-2)가 전원라인과 병렬로 연결되어 있으므로, 전원라인에 흐르는 총전류값(I)은, 기본전류(Inormal), 제1 화재감지 정전류(I1) 및 제2 화재감지 정전류(I2)의 합으로 정의된다.
따라서 화재 수신부(400)는 전원라인에 흐르는 총전류값(I)을 감지하여 제1 및 제2 주소형 화재감지장치(300-1, 300-2)가 모두 액티브 - 화재감지상태 - 되었음을 판단하고, 제1 및 제2 주소형 화재감지장치(300-1, 300-2)가 위치한 영역에 화재가 발생하였음을 디스플레이 모듈을 통해 표시한다.
도 4에 도시된 화재탐지 시스템(2)의 구성 및 동작을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
화재 수신부(400)는 전류 검출부, ADC(Analog to digital converter)가 있는 마이컴(MCU), 그리고 디스플레이 모듈로 구성된다.
또한, 복수의 주소형 화재감지장치(300)와 종단저항(Rterminal)으로 구성되며, 각각의 '주소형 화재감지장치'는 주소 설정부, D/A 변환부, 화재감지 센서, 그리고 전압제어 전류원 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, 전압제어 전류원 회로부는 화재감지 센서가 동작하면 D/A 변화부의 출력전압에 의해 제어되는 전류를 +24V 전원선에 흐르게 하는 역할을 한다.
화재 수신부(400)에 있는 전류 검출부'는 +24V 전원선에 흐르는 전류
Figure 112018041765815-pat00007
를 저항
Figure 112018041765815-pat00008
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
Figure 112018041765815-pat00009
의 전류가 흐르고, 화재가 발생하여 화재감지기부에 있는
Figure 112018041765815-pat00010
번주소의'주소형 화재감지장치'가 동작하면 +24V 전원선에
Figure 112018041765815-pat00011
의 전류가 흐른다.
Figure 112018041765815-pat00012
의 크기는'주소형 화재감지장치'의 주소 설정부에서 설정한 주소값
Figure 112018041765815-pat00013
에 따라 크기가 결정된다.
예를 들어, 1번 주소의 '주소형 화재감지장치'가 동작하면 1번 주소값에 대응하는 α㎃(α는 정수)의 전류가 흐르고, 2번 주소의 '주소형 화재감지장치'가 동작하면 2번 주소에 대응하는 β㎃(β는 정수)의 전류가 흐른다.
화재 수신부(400)의 전류 검출부는 +24V 전원선에 흐르는 전류
Figure 112018041765815-pat00014
를 저항
Figure 112018041765815-pat00015
에 걸리는 전압
Figure 112018041765815-pat00016
로 검출하고 증폭기로 K배 증폭한다. 마이컴(MCU)은 ADC를 통하여 증폭된
Figure 112018041765815-pat00017
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
Figure 112018041765815-pat00018
의 전류가 흐르므로 CPU에서 받아들인 전압값은
Figure 112018041765815-pat00019
이다. i번 주소에서 화재가 발생하여 i번 주소의 '주소형 화재감지장치'가 동작하면, +24V 전원선에
Figure 112018041765815-pat00020
의 전류가 흐르므로 CPU에서 받아들인 전압값은
Figure 112018041765815-pat00021
이다.
따라서 CPU에서 받아들인 전압값이
Figure 112018041765815-pat00022
에서
Figure 112018041765815-pat00023
으로
Figure 112018041765815-pat00024
만큼 증가하면 i번 주소의 '주소형 화재감지장치'가 동작한 것으로 판단할 수 있다.
제안된 '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
Figure 112018041765815-pat00025
의 전류가 더 흐르게 함으로써 동작한 주소형 화재감지장치의 주소 i를 알아내는 방법이므로 기존의 통신선과 +24V 전원선 모두를 사용하는 방법보다 설치비가 적게 든다.
도 5는 화재탐지 시스템(2)에 포함된 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치(300-1)의 구성도이다.
본 실시예에 따른 주소형 화재감지장치(300-1)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 5를 참조하면, 주소형 화재감지장치(300-1)는, 주소 설정부(310)와, 디지털 아날로그 변환부(320)와, 전압제어 전류원 회로부(330)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 주소형 화재감지장치(300-1)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
주소 설정부(310)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(320)는 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압(VREF)을 생성한다.
본 실시예에서 디지털 아날로그 변환부(320)는 디지털 아날로그 변환기(321)와, 가산기(322)로 구성된다.
디지털 아날로그 변환기(321)는 주소 코드값을 입력받으며 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 출력전압(VO)을 생성한다. 즉, 디지털 아날로그 변환기(321)에서 출력되는 출력전압(VO)의 전압레벨은, 디지털 코드값인 주소 코드값에 의해 결정된다.
가산기(322)는 주소 코드값에 의해서 결정되는 출력전압(V0)과, 피드백되는 스위칭 소자 전압(VSCR)을 2입력으로 하며, 기준전압(VREF)을 출력신호로써 출력한다.
한편, 전압제어 전류원 회로부(330)는 화재 감지센서(340)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.
전압제어 전류원 회로부(330)는 기준전압(VREF)의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 NPN 트랜지스터를 포함하며, 화재감지 정전류(I1)를 전원라인과 병렬로 연결된 라인으로 구동하는 흡입형 전류(Current sink) 회로로 구성될 수 있다.
즉, 전압제어 전류원 회로부(330)는 비교부(331)와, 전류 구동부(332)와, 스위칭 소자(SCR)를 포함하여 구성된다.
이때, 비교부(331)는 화재감지 정전류(I1) 및 저항(R)에 의한 피드백 전압과, 기준전압(VREF)을 비교하여 그 비교결과에 의해 출력되는 전압을 전류 구동부(332)를 구성하는 NPN 트랜지스터의 게이트단으로 전달한다.
전류 구동부(332)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(340)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(332)가 라인으로 화재감지 정전류(I1)를 구동한다.
즉, 주소형 화재감지장치(300-1)의 동작원리는 다음과 같다. 주소 설정부(310)에서 설정한 주소는 화재감지 센서의 주소로도 취급할 수 있고 '주소형 화재감지장치(300-1)'의 주소로도 취급할 수 있다.
도 5에서, 디지털 아날로그 변환기(321)에서 출력되는 출력전압(VO)의 전압레벨의 범위는 0V ~ 5V이고 레졸루션(Resolution)은 8비트로 설정된다.
주소 설정부(310)에 있는 주소설정 스위치를 이진수로는 N2, 십진수로는 i로 설정하면 디지털 아날로그 변환기(321)의 입력 값은 i(즉, N2)이고 디지털 아날로그 변환기(321)의 출력전압 Vo는
Figure 112018041765815-pat00026
[V]이다.
가산기(322)의 출력전압 Vref =
Figure 112018041765815-pat00027
이며, R1 = R2, R3 = R4 이면, Vref = VO + VSCR 이다.
i번 주소의 화재감지 센서(340)가 동작하면 SCR이 턴온(turn on)되고 전압제어 전류원 회로부(330)의 출력단 트랜지스터에 흐르는 전류
Figure 112018041765815-pat00028
이다.
즉, i번 주소의 주소형 화재감지장치(300-i)가 동작하면 +24V 전원선에 Ii의 전류가 더 흐르며, Ii는 i에 일대 일로 대응하므로 Ii를 알면 i를 알 수 있다. 또한, 전압제어 전류원 회로부(330)의 출력단 트랜지스터에 흐르는 전류 Ii 는 화재감지 센서의 설정 주소값(주소 설정부의 주소값) i에 비례한다.
도 5의 '주소형 화재감지장치(300-1)'에서는 전압제어 전류원 회로부(330)를 npn형의 트랜지스터를 사용하여 흡입형 전류원(current sink)으로 구성하였으나, 도 8과 같이 pnp형의 트랜지스터를 사용하여 토출형 전류원(current source)으로도 구현할 수 있다.
도 6은 디지털 아날로그 변환부(320A)의 다른 실시예에 따른 구성도이다.
도 6을 참조하면, 디지털 아날로그 변환부(320A)는 마이크로 컨트롤러(121A)와, 가산기(322A)를 포함하여 구성된다.
디지털 아날로그 변환부(320A)는 주소 코드값을 병렬로 입력받으며, 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압(VREF)을 생성한다.
본 실시예에서 마이크로 컨트롤러(321A)는 주소 코드값을 병렬포트를 통해 입력받으며, 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 출력전압(VO)을 생성한다. 즉, 마이크로 컨트롤러(321A)에서 출력되는 출력전압(VO)의 전압레벨은, 디지털 코드값인 주소 코드값에 의해 결정되며,
가산기(322A)는 주소 코드값에 의해서 결정되는 출력전압(V0)과, 피드백되는 스위칭 소자 전압(VSCR)을 2입력으로 하며, 기준전압(VREF)을 출력신호로써 출력한다. (Vref = VO + VSCR)
도 7은 디지털 아날로그 변환부(320B)의 또 다른 실시예에 따른 구성도이다.
도 7을 참조하면, 디지털 아날로그 변환부(320B)는 마이크로 컨트롤러(321B)와 로우패스필터(322B)와, 가산기(323B)를 포함하여 구성된다.
디지털 아날로그 변환부(320B)는 주소 코드값을 병렬로 입력받으며, 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압(VREF)을 생성하는데, 마이크로 컨트롤러(321B)는 주소 코드값을 병렬포트를 통해 입력받으며 주소 코드값에 대응하는 펄스폭을 갖는 PWM 출력전압(Pulse Width Modulation, PWM)을 생성한다. 즉, PWM 출력전압(PWM)의 펄스폭은 주소 코드값에 따라 결정되며, 기준전압(VREF)의 전압레벨 또한 PWM 출력전압(PWM)의 펄스폭에 의해 결정되므로, 결과적으로 기준전압(VREF)의 전압레벨은 주소 코드값에 대응하여 결정된다고 볼 수 있다.
로우패스필터(322B)는 PWM 출력전압(PWM)을 입력받으며 리플신호를 제거하여 출력전압(VO)으로써 출력한다.
즉, 마이크로 컨트롤러(321B)에서 출력되는 PWM 출력전압(PWM)의 펄스폭은, 디지털 코드값인 주소 코드값에 의해 결정되며, 로우패스필터(322B)는 PWM 출력전압(PWM)의 리플을 제거한 후 출력전압(VO)으로써 출력한다.
이때, 가산기(323B)는 주소 코드값에 의해서 결정되는 출력전압(V0)과, 피드백되는 스위칭 소자 전압(VSCR)을 2입력으로 하며, 기준전압(VREF)을 출력신호로써 출력한다. (Vref = VO + VSCR)
도 8은 전압제어 전류원 회로부(330A)의 다른 실시예에 따른 구성도이다.
도 8을 참조하면, 전압제어 전류원 회로부(330A)는 화재 감지센서(340)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.
전압제어 전류원 회로부(330A)는 기준전압(VREF)의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 PNP 트랜지스터를 포함하며, 화재감지 정전류(I1)를 전원라인과 병렬로 연결된 라인으로 구동하는 토출형 전류(Current source) 회로로 구성될 수 있다.
즉, 전압제어 전류원 회로부(330A)는 비교부(331A)와, 전류 구동부(332A)와, 스위칭 소자(SCR)를 포함하여 구성된다.
이때, 비교부(331A)는 화재감지 정전류(I1) 및 저항(R)에 의한 피드백 전압과, 기준전압(VREF)을 비교하여 그 비교결과에 의해 출력되는 전압을 전류 구동부(332A)를 구성하는 PNP 트랜지스터의 게이트단으로 전달한다.
전류 구동부(332A)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(340)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(332A)가 라인으로 화재감지 정전류(I1)를 구동한다.
본 발명의 실시예에 따른 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 화재탐지 시스템은,
디지털 아날로그 변환부로 제어되는 전압제어 전류원을 이용함으로써, 통신선이 추가로 구비될 필요없이 전원라인만을 이용하여 동작할 수 있다.
또한, 주소 코드값에 의해서 결정되는 출력전압(V0)과, 피드백되는 스위칭 소자 전압(VSCR)을 2입력으로 하는 가산기에서 출력하는 기준전압(VREF)을 이용하여 화재감지 정전류를 구동함으로써, 각 주소형 화재 감지장치에서 구동하는 화재감지 정전류가 주소 코드값과 비례하도록 용이하게 설정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화재탐지 시스템(3)의 구성도이고, 도 10은 화재 탐지 시스템(3)에 포함된 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치(100-1)의 구성도이다.
본 실시예에 따른 화재탐지 시스템(3)은 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 9 및 10을 동시에 참조하면, 화재탐지 시스템(3)은 복수의 주소형 화재감지장치(100)와, 화재 수신부(200)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 화재탐지 시스템(3)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
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 전원라인에 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 전원라인으로 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 전원라인으로 구동한다.
이때, 제1 화재감지 정전류(I1)의 전류값과, 제2 화재감지 정전류(I2)의 전류값은 자신의 주소 설정부에 설정되어 있는 주소 코드값에 의해 결정된다.
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(Rterminal)에 의한 기본전류(Iterminal)가 흐른다. 즉, N개의 화재감지장치에 기본으로 흐르는 전류를
Figure 112018041765815-pat00029
이라고 하면, 모든 장소에서 화재가 발생하지 않은 상태에서의 전원라인에는 기본전류 Inormal =
Figure 112018041765815-pat00030
의 전류가 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(Inormal)와 제1 화재감지 정전류(I1)의 합으로 정의된다.
따라서 화재 수신부(200)는 전원라인에 흐르는 총전류값(I)을 감지하여 제1 주소형 화재감지장치(100-1)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(Inormal), 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.
화재탐지 시스템(3)의 구성 및 동작을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
화재 수신부(200)는 전류 검출부(Rsense, 증폭기), CPU 및 ADC(Analog to digital converter)가 있는 마이컴(MCU), 그리고 디스플레이 모듈로 구성된다. 화재 수신부(200)의'전류 검출부'는 +24V 전원선에 흐르는 전류(I)를 저항(Rsense)를 통하여 검출하고 증폭기로 증폭한다.
'마이컴'은 증폭기의 출력전압을 ADC(Analog to Digital Converter)를 통하여 받아들여 정상상태 여부와 동작한 화재감지기(주소형 화재감지장치)의 주소(즉, 화재발생 위치)를 알아내고 결과를 '디스플레이 모듈'로 보낸다. 디스플레이 모듈은 마이컴으로부터 받은 정보, 즉 정상상태 여부와 화재발생 위치를 표시해 주는 장치이다.
복수의 주소형 화재감지장치(100)는 각각'전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치'로 정의되는데, 주소형 화재감지장치(100-1)의 상세 구성은 도 10에 도시되어 있다. 즉 각각의 주소형 화재감지장치는 주소 설정부(110), 화재신호 변환부(142), 화재 감지센서(141), 마이크로프로세서(120), 전압제어 전류원 회로부(130), 전압 레귤레이터(152) 및 스위칭 회로(151)로 구성된다.
주소 설정부(110)는 딥 스위치(Dip Switch)와, 저항들로 구성되고, 딥 스위치로 주소형 화재감지장치의 주소(i)를 설정하며 설정된 주소(i)는 마이크로프로세서(120)의 입력병렬포토(121)를 통하여 CPU(123)로 보내진다. 즉, 주소 설정부(110)는 복수의 스위치 각각의 전기적인 연결상태에 대응하는 주소 코드값을 생성한다.
화재신호 변환부(142)는 화재 감지센서(141)의 출력신호를 전압신호로 변환하여 마이크로프로세서(120)에 내장된 ADC(Analog to Digital Convertor, 125)의 입력신호로 보내는 기능을 한다. 마이크로프로세서(120)는 화재신호 변환부(142)로부터 받아들인 화재 관련 신호와 화재 판단 설정값을 비교하여 화재라고 판단되면 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 를 5[V]로, 화재가 아니라고 판단되면 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 를 0[V]로 내보냄으로써 스위칭 회로(151)를 스위치 온(on)/오프(off)시키는 기능을 한다.
또한 마이크로프로세서(120)는 화재라고 판단되면 입력병렬포토(121)를 통하여 받아들인 주소형 화재감지장치의 주소(i)에 대응하는 기준전압(VREF)를 마이크로프로세서(120)에 내장된 DAC(Digital to Analog Convertor, 124)를 통하여 내보내는 기능을 한다. 즉, 마이크로프로세서(120)는 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압(VREF)을 생성한다.
전압제어 전류원 회로부(130)는 화재로 판단되면 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 가 5[V]이므로 스위칭 회로(151)의 스위치가 동작하여 DAC(124)의 출력전압(VREF) 에 대응하는 전류(Ii-R) 가 저항(R)에 흐르게 하는 기능을 한다. 즉, 전압제어 전류원 회로부(130)는 화재 감지센서(141)가 액티브 되었을 때, 기준전압(VREF)의 제어에 따라 기준전압(VREF)의 전압레벨에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류를 구동한다.
스위칭 회로(151)는 마이크로프로세서(120)의 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 이 5[V]이면 전압제어 전류원 회로부(130)에 +24[V]를 공급하고, 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 이 0[V]이면 전압제어 전류원 회로부(130)에 +24[V] 공급을 차단하는 기능을 한다.
한편, 도 9에서 화재 수신부(200)에 N개의 주소형 화재감지장치(100-1, 100-2, ..., 100-N)가 연결된 경우를 설명한다.
주소형 화재감지장치(100-1)에서, 스위칭 회로는 화재가 발생하지 않은 정상상태에서는 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 이 [0V]이어서 전압제어 전류원 회로부(130)에 +24[V]의 전압 공급을 차단하고, 화재가 발생한 것으로 판단되면 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 이 [5V]이어서 전압제어 전류원 회로부(130)에 +24[V]의 전압을 공급한다.
주소형 화재감지장치(100-1)에서, 화재 발생 여부에 관계없이 주소형 화재감지장치(100-1)의 주소 설정부(110), 화재신호 변환부(142), 그리고 마이크로프로세서(120) 등에는 항상 +5[V]의 전원이 공급되어야 하므로 화재가 발생하지 않은 정상상태에서 i번 주소의 주소형 화재감지장치에 흐르는 전류(Ii)를 Ii-normal 이라고 하고, 정상상태에서 화재 수신부(200)의 전류 검출부에 있는 저항(Rsense)에 흐르는 전류(I)를 Inormal이라고 하면, I= Inormal =
Figure 112018041765815-pat00031
이다. 여기서 N은 화재 수신부(200)에 연결된 주소형 화재감지장치 수의 총 합이다.
화재가 발생하여 i번 주소의 주소형 화재감지장치가 동작할 때 주소형 화재감지장치에 흐르는 전류(Ii)가 정상상태에 비하여 Ii-동작 만큼 더 흐르도록 하면 Ii는 Ii = Ii-normal + Ii-동작이다. 이 때 화재 수신부(200)의 전류 검출부에 있는 저항(Rsense) 에 흐르는 전류(I)도 정상상태에 비하여 Ii-동작 만큼 더 흐르므로 I는 I = Inormal + Ii-동작 이다. 즉, 화재가 발생하지 않은 정상상태에서는 화재 수신부(200)의 전류 검출부 저항(Rsense)에 I = Inormal 의 전류가 흐르고, 화재가 발생하여 i번 주소의 주소형 화재감지장치가 동작하면 화재 수신부(200)의 전류 검출부의 저항(Rsense)에 I = Inormal + Ii-동작 의 전류가 흐른다. Ii-동작 의 크기는 주소형 화재감지장치의 주소 설정부에서 설정한 주소값(i)에 따라 크기가 결정된다.
예를 들어, 1번 주소의 주소형 화재감지장치(100-1)가 동작하면 1번 주소값에 대응하는 I1-동작 의 값은 [1㎃]이고, 2번 주소의 주소형 화재감지장치(100-2)가 동작하면 2번 주소에 대응하는 I2-동작 의 값은 [2㎃]이다.
한편, 화재 수신부(200)의 전류 검출부는 +24[V] 전원선에 흐르는 전류(I)를 저항(Rsense)에 걸리는 전압(Rsense×I)로 검출하고 증폭기로 K1배 증폭한다. 마이컴에 내장된 ADC는 증폭된 K1×Rsense×I의 전압을 디지털 신호로 변환하고, CPU는 변환된 결과를 입력받아 프로그램 처리하여 정상상태 여부와 동작한 주소형 화재감지장치의 주소(즉, 화재발생 위치)를 알아낸다.
화재가 발생하지 않은 정상상태일 때, 화재 수신부(200)의 전류 검출부의 저항(Rsense)에 I = Inormal의 전류가 흐르므로 화재 수신부(200)의 CPU에서 받아들인 전압값은 K1×Rsense×Inormal 이다. 화재가 발생하여 i번 주소의 주소형 화재감지장치가 동작하면, 화재 수신부(200)의 전류 검출부의 저항(Rsense)에 I = Inormal + Ii-동작 의 전류가 흐르므로 화재 수신부(200)의 CPU에서 받아들인 전압값은 K1×Rsense×(Inormal + Ii-동작)이다. 따라서 화재 수신부(200)의 CPU에서 받아들인 전압값이 K1×Rsense×Inormal에서 K1×Rsense×(Inormal + Ii-동작)으로 K1×Rsense×Ii-동작 만큼 증가하므로 i번 주소의 주소형 화재감지장치가 동작한 것으로 판단할 수 있다. 화재 수신부(200)의 디스플레이 모듈은 정상상태 여부와 화재발생 위치를 표시해 준다.
다시 도 10을 참조하면, 주소형 화재감지장치(100-1)는, 주소 설정부(110)와, 마이크로프로세서(120)와, 화재 감지센서(141)와, 화재신호 변환부(142)와, 전압제어 전류원 회로부(130)와, 전압 레귤레이터(152)와, 스위칭 회로(151)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 주소형 화재감지장치(100-1)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
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.
즉, 주소 설정부(110)는 주소 설정용 딥 스위치(Dip Switch)와 저항들로 구성되며, 딥 스위치로 주소형 화재감지장치의 주소를 i번으로 설정하면 설정된 주소(i)는 마이크로프로세서(120)의 입력병렬포토(121)를 통하여 CPU(123)로 보내진다.
화재신호 변환부(142)는 화재 감지센서(141)의 출력신호를 전압신호로 변환하는 회로로, 변환된 전압신호는 마이크로프로세서(120)에 내장된 ADC(Analog to Digital Convertor, 125)의 입력신호로 보내진다. 참고적으로 화재 감지센서(141)는 열 감지센서나 연기 감지센서 등의 화재감지 센서로 구성될 수 있을 것이다.
마이크로프로세서(120)는 CPU, 입력병렬포트, ADC(Analog to Digital Converter), DAC(Digital to Analog Converter)와 출력병렬포트를 내장하고 있다. 마이크로프로세서(120)는 화재신호 변환부(142)로부터 받아들인 화재 관련 신호와 화재 판단 설정값을 비교하여 화재라고 판단되면 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 을 [5V]로 내보내고, 화재가 아니라고 판단되면 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 을 [0V]로 내보냄으로써 스위칭 회로(151)를 스위치 온(on)/오프(off)시키는 기능을 한다.
또한 마이크로프로세서(120)는 주소형 화재감지장치의 주소(i)를 입력병렬포토(121)를 통하여 받아들이고 화재라고 판단되면 주소형 화재감지장치의 주소(i)에 대응하는 전압값 Vref = R(Ii-동작 - Ii-OP)[V]를 DAC(Digital to Analog Convertor)를 통하여 내보내고, 화재가 아니라고 판단되면 Vref = 0 [V]를 DAC(Digital to Analog Convertor)를 통하여 내보낸다.
여기서 Ii-OP 는 전압제어 전류원 회로부(130)에 있는 OP 앰프(연산증폭기, 131)의 전원에 흐르는 전류이고, Ii-동작 의 값은 주소형 화재감지장치의 주소 설정부(110)에서 설정한 주소값(i)의 함수로 설정할 수 있다. 예를 들어, Ii-동작 = IΔ × i로 설정하고 IΔ = 1[㎃]로 설정하면, I1-동작 = 1[㎃], I2-동작 = 2[㎃]이다.
전압제어 전류원 회로부(130)는 연산증폭기(OP Amp, 131), 트랜지스터 및 저항들로 구성되는 전류 구동부(132)로 구성된다.
주소(i)의 주소형 화재감지장치에서 화재가 발생한 것으로 판단된 경우에는 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 는 5[V]이고, DAC의 출력전압(Vref)는 R(Ii-동작 - Ii-op)[V]이므로 저항(R)에 흐르는 전류(Ii-R)는
Figure 112018041765815-pat00032
= Ii-동작 - Ii-op [A]이며, 주소형 화재감지장치의 +24[V] 전원선에 흐르는 전류(Ii)는 Ii-normal + Ii-R + Ii-OP = Ii-normal + Ii-동작 이다.
화재가 아니라고 판단된 경우에는 DAC의 출력전압(Vref)도 0[V]이고 또한 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 도 0[V]이므로 스위칭 회로(151)에서 전원공급이 차단되어 Ii-R는 0[A]이고 Ii-OP도 0[A]이므로, 주소형 화재감지장치의 +24[V] 전원선에 흐르는 전류(Ii) 는 Ii-normal + Ii-R + Ii-OP = Ii-normal 이다.
화재가 발생하지 않은 정상상태에서 i번 주소의 주소형 화재감지장치에 흐르는 전류(Ii)는 Ii-normal 이고, 화재가 발생하여 i번 주소의 주소형 화재감지장치가 동작할 때에는 주소형 화재감지장치에 흐르는 전류(Ii)는 Ii-normal + Ii-동작 으로 정상상태에 비하여 Ii-동작 만큼 더 흐른다.
또한, 스위칭 회로(151)는 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 이 5[V]이면 전압제어 전류원 회로부(130)에 +24[V]의 전압을 공급하고, 출력병렬포트(122)의 전압(Vo) - 스위칭 제어신호(Vo)임 - 이 0[V]이면 전압제어 전류원 회로부(130)에 +24[V]의 전압 공급을 차단한다.
한편, 전압 레귤레이터(152)는 전원라인에서 공급되는 24V 전원을 5V로 변환하여 내부회로에 공급한다.
주소형 화재감지장치의 동작 원리와 화재 수신부(200)의 동작원리를 다시 정리하여 설명하면 다음과 같다.
- 주소형 화재감지장치의 동작원리
도 10에서 주소 설정부(110)에서 설정한 주소는 화재 감지센서(141)의 주소로 취급할 수 있고 또한 '주소형 화재감지장치(100-1)'의 주소로도 취급할 수 있다. 주소 설정부(110)에서 딥 스위치로 설정된 주소형 화재감지장치의 주소는 마이크로프로세서(120)의 입력병렬포토(121)를 통하여 CPU(123)로 보내진다.
마이크로프로세서(120)의 CPU(123)는 ADC(125)를 통하여 받아들인 화재신호 변환부(142)의 출력값을 화재 판단 설정값과 비교하여 화재라고 판단되면 출력병렬포트(122)의 전압(Vo)를 5[V]로, 화재가 아니라고 판단되면 출력병렬포트(122)의 전압(Vo)를 0[V]로 내보낸다.
또한 CPU(123)는 프로그램에 의해 해당 주소(i)에서 화재라고 판단되면 주소형 화재감지장치의 주소(i)에 대응하는 전압값 Vref = R(Ii-동작 - Ii-OP)[V]를 DAC(Digital to Analog Convertor, 124)를 통하여 내보내고, 화재가 아니라고 판단되면 Vref = 0[V]를 DAC(Digital to Analog Convertor, 124)를 통하여 내보낸다.
스위칭 회로(151)는 화재가 발생한 때에만 전압제어 전류원 회로부(130)에 +24[V]를 공급하고 화재가 발생하지 않은 정상상태에서는 전원공급을 차단하는 기능을 한다. 화재라고 판단되면 Vo = 5 [V]이므로 전압제어 전류원 회로부(130)에 +24[V]를 공급하고, 화재가 아니라고 판단되면 Vo = 0[V]이므로 전압제어 전류원 회로부(130)에 +24[V]의 전원이 공급되지 않는다.
따라서 주소(i)의 주소형 화재감지장치가 설치된 곳에서 화재가 발생하면 마이크로프로세서(120)의 출력병렬포트(122)의 전압(Vo)은 5[V]이고, DAC(124)의 출력전압(Vref)은 R(Ii-동작 - Ii-OP)[V]이므로 저항(R)에는 흐르는 전류 Ii-R 는
Figure 112018041765815-pat00033
[A]이며, 전압제어 전류원 회로부(130)에 흐르는 전류 Ii-R + Ii-OP는 (Ii-동작 - Ii-OP) + Ii-OP = Ii-동작이고, 주소형 화재감지장치의 +24[V] 전원선에 흐르는 전류(Ii) 는 Ii-normal + Ii-R + Ii-OP = Ii-normal + Ii-동작 이다.
한편, 화재가 발생하지 않으면, 마이크로프로세서(120)의 출력병렬포트(122)의 전압(Vo)는 0[V]이고 또한 DAC(124)의 출력전압(Vref)도 0[V]이므로 저항(R)에는 흐르는 전류(Ii-R)는 0[A]이며 OP 앰프(연산증폭기)에 흐르는 전류(Ii-OP)도 0[A]이고, 주소형 화재감지장치의 +24[V] 전원선에 흐르는 전류(Ii)는 Ii-normal 이다. 즉, 화재가 발생하지 않은 정상상태에서 주소형 화재감지장치의 +24[V] 전원선에 흐르는 전류(Ii)는 Ii-normal이고, 화재가 발생하였을 때에 주소형 화재감지장치의 +24[V] 전원선에 흐르는 전류(Ii)는 Ii-normal + Ii-동작 이므로 화재가 발생한 것을 알 수 있다.
- 화재 수신부(200)의 동작원리
도 9 및 도 10에서, 주소(i)의 주소형 화재감지장치가 설치된 곳에서 화재가 발생하지 않은 정상상태에서, 주소(i)의 주소형 화재감지장치의 +24[V] 전원선에 흐르는 전류(Ii)를 Ii-normal 이라 하고, 정상상태에서 화재 수신부(200)의 전류 검출부 저항(Rsense)에 흐르는 전류(I)를 Inormal 이라고 하면, I = Inormal =
Figure 112018041765815-pat00034
Figure 112018041765815-pat00035
이다. 여기서 N은 화재 수신부(200)에 연결된 주소형 화재감지장치 수의 총합이다. 화재가 발생하지 않은 정상상태일 때, 화재 수신부(200)의 전류 검출부 저항(Rsense)에 I = Inormal 의 전류가 흐르므로 화재 수신부(200)의 CPU에서 받아들인 전압값은 K1×Rsense×Inormal 이다.
한편, 주소(i)의 주소형 화재감지장치가 설치된 곳에서 화재가 발생하면, 주소(i)의 주소형 화재감지장치의 +24[V] 전원선에 흐르는 전류(Ii)는 Ii-normal + Ii-동작이고 화재 수신부(200)의 전류검출 저항(Rsense) 에 흐르는 전류값(I)는
Figure 112018041765815-pat00036
+ Iterminal
Figure 112018041765815-pat00037
Figure 112018041765815-pat00038
이다.
주소(i)의 주소형 화재감지장치가 설치된 곳에서 화재가 발생하여 i번 주소의 주소형 화재감지장치가 동작하면, 화재 수신부(200)의 전류 검출부 저항(Rsense) 에 I = Inormal + Ii-동작 의 전류가 흐르므로 화재 수신부(200)의 CPU에서 받아들인 전압값은 K1×Rsense(Inormal + Ii-동작)이다.
따라서, 화재 수신부(200)의 CPU에서 받아들인 전압값이 K1×Rsens×Inormal 에서 K1×Rsense(Inormal + Ii-동작)으로 K1×Rsense × Ii-동작 만큼 증가하므로 i번 주소의 주소형 화재감지장치가 동작한 것으로 판단할 수 있다.
×
한편, 도 10의 주소형 화재감지장치에서는 화재신호 변환부(142)의 출력신호가 아날로그 전압신호이고, 이 신호를 마이크로프로세서(120)에 내장된 ADC(125)를 통하여 CPU(123)에서 받아들인 후 화재 판단 설정값과 비교하여 화재라고 판단되면, 출력병렬포트(122)의 전압(Vo)을 5[V]로, 화재가 아니라고 판단되면 출력병렬포트(122)의 전압(Vo)을 0[V]로 내보낸다.
도 11은 화재 탐지 시스템(3)에 포함된 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치(100-1)의 다른 구성도이다.
도 11을 참조하면, 이러한 화재발생 여부의 판단 기능은 기본적으로 도 10의 주소형 화재감지장치와 동일하며 도 10에 비해 ADC(125)가 구비되지 않은 마이크로프로세서(120)가 포함되어 있다.
즉, 도 11과 같이 주소형 화재감지장치(100-1)는 주소 설정부(110)와, 화재 감지센서(141)와, 디지털 화재 신호 변환부(142A)와, 입력병렬포토(121), 출력병렬포트(122), CPU(123), DAC(124)를 내장한 마이크로프로세서(120)와, 스위칭 회로(151), 전압 레귤레이터(152), 전압제어 전류원 회로부(130)를 사용하여 구현할 수 있다.
도 11에서 화재가 발생하지 않았을 때 디지털 화재 신호 변환부(142A)의 출력은 0[V]이고, 화재가 발생하였을 때 디지털 화재 신호 변환부(142A)의 출력은 5[V]이다. CPU(123)는 디지털 화재 신호 변환부(142A)의 출력을 입력병렬포토(121)를 통하여 바로 받아들이고, 이 신호를 출력병렬포트(122)로 내보낸다. 따라서 화재가 발생하지 않았을 때 출력병렬포트(122)의 전압(Vo)은 0[V]이고, 화재가 발생하였을 때 출력병렬포트(122)의 전압(Vo)은 5[V]이다.
또한 CPU(123)는 프로그램에 의해 화재가 발생하지 않아 디지털 화재 신호 변환부(142A)의 출력이 0[V]이면 Vref = 0[V]를 DAC(Digital to Analog Convertor)를 통하여 내보내고, 화재가 발생하여 디지털 화재 신호 변환부(142A)의 출력이 5[V]이면 주소형 화재감지장치의 주소(i)에 대응하는 전압값 Vref = R(Ii-동작 - Ii-OP)[V]를 DAC(Digital to Analog Convertor)를 통하여 내보낸다. 도 10 및 도 11의 스위칭 회로(151)와 전압제어 전류원 회로부(130)의 기능은 각각 동일하다.
도 10에 예시된 주소형 화재감지장치와, 도 11에 예시된 주소형 화재감지장치는 각각 장단점이 있으나, 가격면에서 보면 ADC를 내장한 마이크로프로세서가 ADC가 없는 마이크로프로세서보다 고가이므로 도 11의 주소형 화재감지장치가 가격면에서 유리하다고 볼 수 있다.
도 12는 전압제어 전류원 회로부(130A)의 다른 실시예에 따른 구성도이다.
도 10 및 도 11의 '주소형 화재감지장치(100-1)'에서는 전압제어 전류원 회로부(130)를 npn형의 트랜지스터를 사용하여 흡입형 전류원(current sink)으로 구성하였으나, 도 12와 같이 pnp형의 트랜지스터를 사용하여 토출형 전류원(current source)으로도 구현할 수 있다.
즉, 흡입형 전류원(current sink)은 기준전압의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 NPN 트랜지스터를 포함하며, 화재감지 정전류를 전원라인으로 구동하는 흡입형 전류(Current sink) 회로로 구성된다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 토출형 전류원(current source)은 기준전압의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 PNP 트랜지스터를 포함하며, 화재감지 정전류를 전원라인으로 구동하는 토출형 전류(Current source) 회로로 구성된다. 이 경우
Figure 112018041765815-pat00039
이므로, Ii-동작 의 값을 Ii-R + Ii-OP 으로 하기 위한 Vref 의 값은 24 - R(Ii-동작 - Ii-OP)이다. 따라서 마이크로프로세서(120)에 내장된 DAC(124)의 출력전압 Vref 가 Vref = 24 - R(Ii-동작 - Ii-OP) 이도록 프로그램하면 된다.
제안된 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 이를 포함하는 화재탐지 시스템(3)은, 화재 수신부(200)의 전류검출 저항(Rsense)에 흐르는 전류값(I)를 검출하여 화재 발생 여부와 화재발생 주소를 알아내는 시스템이다. 화재가 발생하지 않은 정상상태에서 화재 수신부(200)의 전류검출 저항(Rsense)에 흐르는 전류값 I는 Inormal =
Figure 112018041765815-pat00040
이며, i번 주소의 주소형 화재감지장치에서 화재가 발생하면 화재 수신부(200)의 전류검출 저항(Rsense)에 흐르는 전류값 I는 Inormal + Ii-동작 으로 화재가 발생하지 않는 정상상태에 비해 Ii-동작 만큼 전류가 더 흐르므로 화재 발생 여부와 발생 주소 i를 알 수 있다.
따라서 Inormal의 값이 Ii-동작 의 값보다 상대적으로 작을수록 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 이를 포함하는 화재탐지 시스템의 화재감지 정확성이 놓아진다.
참고적으로, 도 4 및 도 5의 화재탐지 시스템(2)과, 도 9 내지 도 11의 화재탐지 시스템(3)을 비교할 경우,
도 4 및 도 5의 화재탐지 시스템(2)은 도 9 내지 도 11의 화재탐지 시스템(3)에 비하여 몇 가지 단점이 있다.
첫째, 두 개의 연산증폭기 OP 1과 OP 2는 화재 발생 여부에 관계없이 항상 동작하므로 Ii-normal 의 값이 ㎃단위로 커지며, 결과적으로 화재가 발생하지 않은 정상상태에서 화재 수신부(200)의 전류검출 저항(Rsense)에 흐르는 전류값인 Inormal =
Figure 112018041765815-pat00041
의 값이 수 십 ㎃로 커진다. 여기서 N은 화재 수신부(200)에 연결된 주소형 화재감지장치 수의 총합이다. 예를 들어, 1㎃에서 60㎃ 사이의 값인 Ii-동작 의 값에 비하여 Inormal의 값이 수십 ㎃로 크게 되므로 전류 이용한 주소형 화재탐지 시스템의 정확성이 상대적으로 떨어진다.
둘째, 전압제어 전류원 회로부(330)에 있는 트랜지스터(Tr)가 완벽하게 턴온(TURN ON)/턴오프(TURN OFF) 되지 않으므로, 트랜지스터 콜렉터 전압 Vf 가 전압제어 전류원 회로부(330)의 성능에 영향을 비친다.
이와 달리, 도 10 및 도 11의 전압제어 전류원 회로부(130)는 스위칭 회로(151)에 의해 구동전원을 선택적으로 전달 받으므로 누설전류에 의한 성능 저하를 방지할 수 있다.
즉, 도 9 내지 도 11의 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 이를 포함하는 화재탐지 시스템은,
첫 번째 단점인 Ii-normal 의 값(결국 Inormal 의 값)을 줄이기 위하여, 화재가 발생하지 않은 정상상태에서는 전압제어 전류원 회로부(130)의 전원공급을 차단하는 스위칭 회로(151)를 전압제어 전류원 회로부(130)의 앞단에 배치함으로써 Ii-normal 의 값을 줄였다.
또한, 두 번째 단점인 트랜지스터 Tr이 완벽하게 턴온(TURN ON)/턴오프(TURN OFF)되지 않음으로써 생기는 트랜지스터 콜렉터 전압 Vf 의 영향을 제거하기 위하여, 트랜지스터 Tr의 기능을 스위칭 회로(151)가 수행하도록 하였으며, 부수적으로 연산증폭기 1개를 줄임으로써 Ii-normal의 값을 감소시키는 장점도 있도록 하였다.
본 발명의 실시예에 따른 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 화재탐지 시스템은, 마이크로프로세서로 제어되는 전압제어 전류원을 이용함으로써, 통신선이 추가로 구비될 필요없이 전원라인만을 이용하여 동작할 수 있다.
또한, 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압(VREF)을 이용하여 화재감지 정전류를 구동함으로써, 각 주소형 화재 감지장치에서 구동하는 화재감지 정전류가 주소 코드값과 비례하도록 용이하게 설정할 수 있다.
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.
100-1 : 주소형 화재감지장치
200 : 화재 수신부
110 : 주소 설정부
120 : 마이크로프로세서
130 : 전압제어 전류원 회로부
141 : 화재 감지센서
142 : 화재신호 변환부
151 : 스위칭 회로
152 : 전압 레귤레이터

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 배치된 장소에 따라 서로 다른 주소 코드값이 설정되며 전원라인에 서로 병렬로 연결됨에 있어서, 자신에게 할당된 화재 감지센서가 액티브 되었을 때 자신의 주소 코드값에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류를 상기 전원라인으로 각각 구동하는 복수의 주소형 화재감지장치; 및
    상기 전원라인에 흐르는 전류값을 토대로 상기 복수의 주소형 화재감지장치 중 적어도 하나 이상의 주소형 화재감지장치의 작동여부를 판단한 후, 화재가 발생한 장소를 표시하는 화재 수신부;를 포함하고,
    상기 복수의 주소형 화재감지장치는 각각,
    복수의 스위치 각각의 전기적인 연결상태에 대응하는 주소 코드값을 생성하는 주소 설정부; 상기 주소 코드값에 대응하는 전압레벨을 갖는 기준전압을 생성하는 마이크로프로세서; 화재 감지센서가 액티브 되었을 때, 상기 기준전압의 제어에 따라 상기 기준전압의 전압레벨에 대응하는 전류값을 갖는 화재감지 정전류를 전원라인으로 구동하는 전압제어 전류원 회로부;
    상기 전원라인에서 공급되는 구동전원을 레귤레이팅하여 내부회로에 공급하되 단위기본전류를 구동하는 전압 레귤레이터; 및
    상기 마이크로프로세서에서 생성되어 상기 화재 감지센서의 액티브 여부에 따라 선택적으로 활성화되는 스위칭 제어신호의 제어에 따라 상기 전압제어 전류원 회로부에 상기 전원라인에서 공급되는 구동전원을 선택적으로 공급하는 스위칭 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화재탐지 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전압제어 전류원 회로부는,
    상기 기준전압의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 NPN 트랜지스터를 포함하며, 상기 화재감지 정전류를 상기 전원라인으로 구동하는 흡입형 전류(Current sink) 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 화재탐지 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 전압제어 전류원 회로부는,
    상기 기준전압의 제어를 받는 적어도 하나 이상의 PNP 트랜지스터를 포함하며, 상기 화재감지 정전류를 상기 전원라인으로 구동하는 토출형 전류(Current source) 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 화재탐지 시스템.
KR1020180048679A 2018-04-26 2018-04-26 전압제어 전류원을 이용한 주소형 화재감지장치 및 이를 포함하는 화재탐지 시스템 KR102139807B1 (ko)

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