KR102203583B1 - IoT를 이용하여 실시간으로 전광판 제어가 가능한 IoT 기반 전광판 제어시스템 - Google Patents

IoT를 이용하여 실시간으로 전광판 제어가 가능한 IoT 기반 전광판 제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서버의 개입 없이도 독립적으로 전광판의 제어가 가능한 IoT 기반 전광판 제어시스템에 있어서, 복수개의 LED 모듈과, 상기 LED 모듈에 입력 또는 출력되는 전압을 측정하는 전압 측정부, 및 상기 LED 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n픽셀, n은 정수)의 2차원 어드레스별로 감마값이 설정된 룩업 테이블이 저장된 데이터베이스를 구비한 전광판; 및 상기 서버의 중앙관제형 시스템으로 제어가 어려운 상기 전광판을 근거리에서 제어하는 이동형의 IoT 단말을 포함하고, 상기 IoT 단말은, 상기 전광판과 통신하여 상기 전압 측정부에서 측정된 전압 데이터를 수신받는 통신 모듈; 상기 룩업 테이블의 감마값에 따른 상기 LED 모듈의 전압 강하 비율을 고려하여, 상기 통신 모듈로부터 전송받은 상기 전압 데이터로 상기 LED 모듈의 정상 작동 여부를 판단하는 판단 모듈; 및 상기 판단 모듈의 판단 결과를 참조하여, 복수개의 상기 LED 모듈 중 비정상으로 판단된 특정 LED 모듈의 감마값을 보정하여 상기 LED 모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함하여, 상기 서버에서 파악하기 어려운 상기 전광판의 상태 또는 주변 환경을 판단하고, 룩업테이블을 이용하여 상기 LED 모듈을 실시간으로 제어 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

IoT를 이용하여 실시간으로 전광판 제어가 가능한 IoT 기반 전광판 제어시스템{CONTROL SYSTEM FOR IOT-BASED ELECTRONIC BOARD THAT ENABLES REAL-TIME ELECTRONIC BOARD CONTROL USING IOT}
본 발명은 IoT를 이용하여 전광판을 제어하는 시스템에 관한 것이다.
영상표시장치의 LED(Light Emitting Diode)는 빛을 발하는 반도체 소자로 밝기 데이터에 비례한 밝기를 표시하는 장치이다. LED 전광판은 다수의 LED 또는 다수의 LED가 모듈화된 LED 모듈이 매트릭스 형태로 배열된 구조를 이룬다. 매트릭스 형태로 배열된 각 LED 또는 LED 모듈은 입력되는 신호에 따른 색상을 발산하여 각종 영상이나 문자 등을 표출한다. 이러한 LED 전광판은 건물 외부나 내부에 다양한 형태로 설치되어 광고나 각종 정보를 전달하는 도구로 사용된다.
LED 전광판은 매트릭스 형태로 배열된 LED 모듈의 전기적인 연결구조에 따라 직렬구조와 병렬구조 형태가 있다. 직렬구조는 LED 모듈들이 직렬로 연결된 구조이다. 첫 번째 LED 모듈은 전체 입력 데이터에서 자신에게 할당된 어드레스에 해당하는 데이터만을 처리하고 나머지 데이터를 두 번째 LED 모듈로 전송한다. 두 번째 LED 모듈도 첫 번째 LED 모듈과 마찬가지로 동작한다. 두 번째 LED 모듈은 첫 번째 LED 모듈이 전송한 입력 데이터에서 자신에게 할당된 어드레스에 해당하는 데이터만을 처리하고 나머지 데이터를 다음 LED 모듈로 전송한다.
이러한 직렬구조는 구조가 단순하여 설계가 간단하다는 장점을 갖지만, 복수의 LED 모듈 중 어느 하나의 모듈에서 에러가 발생하면 해당 LED 모듈의 후단으로 데이터가 전송이 되지 않는다. 따라서 하나의 LED 모듈로부터 전광판 전체로 표출 불량 또는 오류가 발생하는 영역이 확장된다.
반면, 병렬구조는 LED 모듈들이 한 개의 데이터 라인에 병렬로 연결된 구조로서, 특정 LED 모듈의 오류가 다른 LED 모듈에 영향을 주는 직렬구조의 문제를 해결한다. 전체 입력 데이터가 데이터 라인에 송출된다. 데이터 라인에 병렬 연결된 LED 모듈들은 데이터 라인에 송출되는 전체 입력 데이터에서 각자의 어드레싱 영역의 데이터를 선택적으로 수신하여 처리한다. 따라서, 각 LED 모듈은 다른 LED 모듈에 영향을 주지 않는다. 즉, 특정 LED 모듈의 불량은 같은 데이터 라인의 다른 LED 모듈에 영향을 주지 않아 전광판에 표출되는 영상이나 문자 등의 전체적인 표출 불량이 최소화된다.
그러나, LED 병렬 구동 전광판이라도 특정 LED 모듈의 불량은 전광판의 화질을 떨어뜨리고, 해당 LED 모듈이 중요한 영상이나 문자를 담당하는 경우에는 전광판에 디스플레이함에 있어 치명적이다. 따라서 LED 전광판에서 불량이 발생한 특정 LED 모듈을 신속하게 검출하여 실시간으로 제어함으로써 전광판이 정상적으로 유지되어야 한다.
관련 종래기술 한국등록특허 제10-0910593호(이하, ‘선행특허’라 약칭한다)는 빛의 휘도를 이용하여 LED 모듈에서 발산하는 빛의 휘도를 감지하고, 이를 기준 휘도와 비교 분석하여 LED 전광판의 불량 소자를 검출하는 방법을 개시한다. 그러나, 선행특허는 휘도를 검출하기 위한 별도의 회로 구성이 요구되고, 해당 회로는 복잡하고 고가라는 문제점을 가진다.
관련 기술로서 종래에 전광판에서 에러 검출 기능이 첨가된 시프트 레지스터 트랜지스터 칩셋을 이용하여 개별 LED의 불량 발생 여부를 검출하는 기술이 있다. 또한, 관련 기술로서 종래에 LED 모듈의 출력데이터인 디지털신호를 비교 분석하여 LED 모듈의 불량을 검출하는 기술이 있다. 그러나, 종래에 사용되는 칩셋은 대부분 고가의 수입품일 뿐만 아니라, 영상이나 문자 등을 고속으로 표출할 때 고속 에러 검출을 실시간으로 진행하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한 디지털 신호를 실시간으로 고속 비교 분석하기 위해서는 디지털 신호의 로우 신호 또는 하이 신호의 클럭 발생 시점과 로우 또는 하이 신호의 지속시간 등을 상호비교하여야 한다. 그러나, 디지털 신호의 특성상 로우 신호 또는 하이 신호가 많기 때문에 실시간으로 분석하기에는 한계가 있다.
한편, 본 출원인은 전광판에 인가되는 전원의 전압을 측정 및 분석하는 추가적인 연구 개발을 진행하였다. 이에, 상기 선행특허보다 LED 모듈의 불량 여부를 실시간으로 분석하여 전광판의 유지·보수함에 있어 우수하게 적용될 수 있음을 확인하게 되었다.
한국등록특허 제10-0910593호
본 발명은 IoT를 이용하여 전광판을 제어하는 시스템으로서, 전광판의 LED 모듈 또는 발광 소자의 정보를 송수신하는 서버 없이 사용자가 사용자 단말기를 통해 실시간으로 전광판의 이상 여부를 판단하고 제어할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다. 본 발명이 해결하려는 과제들은 앞에서 언급한 과제들로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 서버의 개입 없이도 독립적으로 전광판의 제어가 가능한 IoT 기반 전광판 제어시스템에 있어서, 복수개의 LED 모듈과, 상기 LED 모듈에 입력 또는 출력되는 전압을 측정하는 전압 측정부, 및 상기 LED 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n픽셀, n은 정수)의 2차원 어드레스별로 감마값이 설정된 룩업 테이블이 저장된 데이터베이스를 구비한 전광판; 및 상기 서버의 중앙관제형 시스템으로 제어가 어려운 상기 전광판을 근거리에서 제어하는 이동형의 IoT 단말을 포함하고, 상기 IoT 단말은, 상기 전광판과 통신하여 상기 전압 측정부에서 측정된 전압 데이터를 수신받는 통신 모듈; 상기 룩업 테이블의 감마값에 따른 상기 LED 모듈의 전압 강하 비율을 고려하여, 상기 통신 모듈로부터 전송받은 상기 전압 데이터로 상기 LED 모듈의 정상 작동 여부를 판단하는 판단 모듈; 및 상기 판단 모듈의 판단 결과를 참조하여, 복수개의 상기 LED 모듈 중 비정상으로 판단된 특정 LED 모듈의 감마값을 보정하여 상기 LED 모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함하여, 상기 서버에서 파악하기 어려운 상기 전광판의 상태를 판단하고, 상기 LED 모듈을 실시간으로 제어가능한 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 판단 모듈은, 상기 룩업 테이블의 감마값을 참조하여 상기 LED 모듈로부터 출력되는 전압이 상기 LED 모듈에 입력되는 전압으로부터 감소한 비율을 통해 상기 LED 모듈의 정상 작동 여부를 판단할 수 있다.
바람직하게, 상기 판단 모듈은, 상기 룩업 테이블의 감마값을 참조하며, 상기 LED 모듈로부터 출력되는 전압이 기 설정된 기준 전압이 포함된 일정 범위 이내인 경우 상기 LED 모듈을 정상 작동 상태로 판단할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 모듈은, 상기 전광판의 주변 상황의 변화에 따라 복수개의 상기 LED 모듈 중 특정 LED 모듈의 감마값을 보정하여 상기 LED 모듈을 제어할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수개의 LED 모듈과, 상기 LED 모듈에 입력 또는 출력되는 전압을 측정하는 전압 측정부, 및 상기 LED 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n픽셀, n은 정수)의 2차원 어드레스별로 감마값이 설정된 룩업 테이블이 저장된 데이터베이스를 구비한 전광판을 서버의 개입 없이 독립적으로 제어하는 IoT 기반 전광판 제어 애플리케이션에 있어서, 상기 전광판과 근거리 통신하며 상기 전압 측정부에서 측정된 전압 데이터를 수신받는 통신 모듈; 상기 룩업 테이블의 감마값에 따른 상기 LED 모듈의 전압 강하 비율을 고려하여, 상기 통신 모듈로부터 전송받은 상기 전압 데이터로 상기 LED 모듈의 정상 작동 여부를 판단하는 판단 모듈; 및 상기 판단 모듈의 판단 결과를 참조하여, 복수개의 상기 LED 모듈 중 비정상으로 판단된 특정 LED 모듈의 감마값을 보정하여 상기 LED 모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함하여, 상기 서버에서 파악하기 어려운 상기 전광판의 상태를 판단하고, 상기 LED 모듈을 실시간으로 제어가능한 매체에 저장된 것을 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전광판과 유무선 통신하는 서버를 통하지 않고 직접적으로 전광판과 통신하여 전광판의 이상 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 실시간으로 LED 모듈을 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전광판을 제어함에 있어 LED 모듈 정보를 송수신하는 서버를 요하지 않으므로 서버에 접근이 제한되거나 서버를 이용할 수 없는 경우에도 전광판을 실시간으로 제어할 수 있다는 장점을 갖는다. 실시간으로 전광판의 불량 여부 및 수리요청을 하여 신속하게 대처함으로써 전광판의 에너지 소비효율을 높일 수 있다. 또한, 전광판에 정상적인 영상이 출력되는 시간이 지연되는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
특히, 본 발명은 전광판에 구비된 복수개의 LED 모듈 또는 발광 소자 별로 각 어드레스 및 어드레스에 해당하는 감마값을 저장한 룩업 테이블을 저장한 데이터베이스를 구비하여 전광판은 LED 모듈 단위뿐만 아니라 LED 모듈의 픽셀 단위로도 제어 가능한 장점을 갖는다.
도 1은 종래의 전광판 제어시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반 전광판 제어시스템의 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전광판과 IoT 단말의 TCP 프로토콜을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 특정 LED 모듈의 발광 소자를 제어하는 IoT 단말의 화면을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 종래의 전광판 제어시스템을 나타낸다. 종래의 전광판 제어시스템은 전광판과 각 전광판의 상황을 모니터링하는 PC 및 이를 관리하는 서버가 연결되는 형태로 구성된다. 도 1을 참고하면, 전광판은 복수개가 병렬 연결될 수 있고, 전광판에 PC가 개별적으로 연결되어 각 전광판의 상황을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 복수개의 PC는 하나의 서버에 통합 연결될 수 있으며, 중앙관제형 시스템으로 하나의 서버에 의해 복수개의 전광판이 제어될 수 있다.
그러나, 도 1과 같이 하나의 서버로 제어되는 중앙관제형 시스템은 전광판과 연결된 PC가 여러 이유로 장애 또는 불량이 발생한 경우 또는 통신 장애 등의 이유로 서버에서 PC로의 접속이 원활하지 않거나 끊긴 경우에는 전광판을 관리가 불가능하다는 단점이 있다. 특히, 서버의 중앙관제형 연결 방식과 대형 LED 전광판의 특수성을 고려할 때, 전광판의 오류는 다양하게 발생할 수 있다. 다수의 전광판 중 일부에 오류나 장애가 발생하거나 전광판의 LED 모듈 중 일부에 오류나 장애가 발생할 수 있다. 또한, 이러한 장애는 다양한 조건과 상황에서 발생할 수 있다.
예상할 수 있는 다양한 조건과 상황은 이하 열거하는 경우를 예시로 할 수 있다. 전광판 기기 장애는 낙뢰 또는 침수 등의 천재지변으로 인해 발생할 수 있으며, 전광판이 설치된 위치에서의 통신환경 조건에 의해 장애가 발생할 수 있다. 위치 또는 지역에 따라 통신환경이 상이하므로 네트워크 성능의 차이가 발생할 수 있다. 즉, 전광판이 설치된 위치가 도심지인지, 국도 또는 고속도로 주변인지, 또는 산간지역인지에 따라 통신환경이 상이하므로 네트워크 성능에 차이가 생기는 것이다. 한편, 전광판과 PC를 연결함에 있어서 비용 문제로 인해 유선 연결을 많이 사용한다. 전광판과 PC를 유선 연결하는 경우에는 랜선 등의 외부 통신선 자체의 장애가 발생할 수 있고, 이로 인해 전광판을 제어하는 것이 불가능하다. 따라서 PC 자체의 불량 또는 통신장애로 인한 전광판을 제어하는 것이 불가능 경우도 가정할 수 있다.
이에 후술하는 바와 같이, 본 발명의 IoT 기반 전광판 제어시스템(1)은 서버와의 중앙관제형 시스템의 문제로부터 벗어나 서버가 개입되지 않거나 개입될 수 없는 경우에도 전광판(10)을 제어 및 관리할 수 있음에 주목한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반 전광판 제어시스템(1)의 구성도를 나타낸다. IoT 기반 전광판 제어시스템(1)은 전광판(10) 및 IoT 단말(30)을 포함할 수 있다.
전광판(10)은 LED 모듈(110), 전압 측정부(130) 및 컨트롤러(150)를 포함할 수 있다. 전광판(10)은 복수개의 LED 모듈(110)로 구성될 수 있으며, 복수개의 LED 모듈(110)은 직렬 연결 또는 병렬 연결될 수 있다. LED 모듈(110)이 직렬 연결된 경우에는 발명의 배경이 되는 기술에서 전술한 바와 같이 제어하고자 하는 LED 모듈(110)이외의 다른 LED 모듈(110)에 영향을 주므로 본 발명의 실시예에서는 LED 모듈(110)이 병렬 연결된 경우로 가정한다.
IoT 기반 전광판 제어시스템(1)은 서버의 개입 없이도 독립적으로 전광판(10)을 제어할 수 있다. 특히, 대형 전광판(10)의 경우 설치되는 위치는 통신환경이 좋은 도시 중심부가 아닌 도시 외곽인 경우가 많다. 도시 외곽 지역은 도심지에 비해 비교적 통신환경이 나쁘고, 관리자가 직접 접근하여 관리하기 어려워 접근성이 떨어진다.
전광판(10)을 구성하는 복수개의 LED 모듈(110) 중 다수의 LED 모듈(110)이 불량(비정상) 동작 상태인 경우에는 육안으로도 판단할 수 있고, 육안으로 판단하여 LED 모듈(110)을 제어할 수 있다. 그러나, LED 모듈(110) 자체가 아니라 LED 모듈(110)을 구성하는 발광 소자(1101) 중 일부가 정상 동작하지 않는 경우에는 육안으로 판단하는 것은 불가능하다. 개별 발광 소자(1101)는 크기가 작아 전체 전광판(10)에서 미치는 영향이 작으므로 관리자가 근거리에서 육안으로 보아야만 정상 동작 여부를 판단할 수 있다. 따라서 전광판(10)을 점검하고 관리하는데 시간과 비용이 발생하므로 문제가 된다.
LED 전광판(10)은 동일한 환경에 대해서도 전광판(10)이 설치되는 각도와 설치되는 위치에 따라 주변 환경으로부터 받는 영향이 상이하다. 즉, 조도가 상승할 때, 전광판(10)의 LED 모듈(110) 중 빛을 등지고 있는 LED 모듈(110)은 상대적으로 잘 보인다. 반면에, 빛의 방향과 마주하는 LED 모듈(110)은 강한 빛의 영향 때문에 상대적으로 잘 보이지 않는다. 따라서, 전광판(10)은 일괄적으로 제어하지 않고, 상황과 위치에 따라 각 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101) 별로 개별적으로 제어되어야 한다.
이에 본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반 전광판 제어시스템(1)은 서버의 개입 없이도 독립적으로 전광판(10)을 제어하는 것이 가능하다. 특히 서버의 중앙관제형 시스템으로는 서버에서 파악하기 어려운 전광판(10)의 상태 또는 전광판(10)의 주변 환경을 판단할 수 있고, 전광판(10)의 상태에 따라 LED 모듈(110)을 실시간으로 제어할 수 있다.
전압 측정부(130)는 LED 모듈(110)의 개수에 따라 구비되어 각 LED 모듈(110)과 개별적으로 연결될 수 있다. 전압 측정부(130)는 각 LED 모듈(110)에 입력 또는 출력되는 전압을 측정할 수 있다. 전압 측정부(130)에서 측정된 LED 모듈(110)의 입출력 전압은 데이터베이스(1501)에 저장된 룩업 테이블(1503)의 감마값을 참조하여, LED 모듈(110)의 정상 작동 여부를 판단하는 지표가 될 수 있다.
전압 측정부(130)는 각 LED 모듈(110)에 연결되어 있는 전원 라인을 기점으로 설정하여, 이 지점에 대한 전원 레벨의 전압을 측정할 수 있다. 측정된 전압은 D/A 컨버터를 이용하여 아날로그 전압으로 변환되고, 변환된 전압은 MCU(MAIN 컨트롤러)를 이용하여 전압 레벨이 측정될 수 있다. 이때, LED 모듈(110)과 발광 소자(1101)는 후술하는 바와 같이 모듈 번호 또는 소자 번호가 부여될 수 있으며, 각 LED 모듈(110)과 발광 소자(1101)에 따라 어드레스가 설정될 수 있다. 따라서, 전압 측정부(130)에서 측정된 전압 데이터는 해당 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)의 번호 또는 어드레스에 따라 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)와 매칭되어 분류될 수 있다.
데이터베이스(1501)는 전광판(10)을 구성하는 복수개의 LED 모듈(110)의 어드레스별로 감마값이 설정된 룩업 테이블(1503)을 LED 모듈(110) 별로 저장할 수 있다. 제어 모듈(350)이 룩업 테이블(1503)에 저장된 LED 모듈(110)의 감마값을 설치 환경에 따라 보정함으로써 전광판(10)의 출력 화질 또는 밝기를 LED 모듈(110) 단위로 제어할 수 있다.
또한 데이터베이스(1501)는 LED 모듈(110)을 구성하는 발광 소자(1101)(n×n픽셀, n은 정수)의 2차원 어드레스별로 감마값이 설정된 룩업 테이블(1503)을 저장할 수 있다. 제어 모듈(350)이 룩업 테이블(1503)에 저장된 발광 소자(1101)의 감마값을 보정함으로써 전광판(10)의 출력 화질을 발광 소자(1101), 즉 픽셀 단위로 제어할 수 있다. 전광판(10)은 계속 사용됨에 따라 최초 설치 시보다 밝기의 세기가 약해질 수 있는데, 그 중에서도 일부의 특정 LED 모듈(110) 또는 특정 발광 소자(1101)의 사용빈도가 높을 경우 해당 위치의 밝기만 약해질 수 있다. 이에 본 발명의 IoT 기반 전광판 제어시스템(1)은 사용빈도가 높은 특정 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)만을 개별적으로 제어하여 전광판(10)의 밝기 특성을 최대한 보정함으로써 설치 시간이 흐른 후에도 전광판(10)의 초기 설치시의 밝기와 동일하게 유지되도록 할 수 있다. 따라서, 각 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)의 효율을 최대한 끌어올려 전광판(10)의 수명을 오래 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예는 전광판(10)을 제어함에 있어 발광 소자(1101) 단위의 개별 소자 제어를 제어하는 것을 통해 IoT 기반 전광판 제어시스템(1)에서의 제어방법을 이하 설명한다. 발광 소자(1101)를 제어하는 것을 LED 모듈(110)을 제어하는 것보다 세부적인 제어로서 발광 소자(1101) 단위의 제어방법은 LED 모듈(110) 단위의 제어방법도 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
데이터베이스(1501)는 개별 발광 소자(1101) 각각의 2차원 위치 좌표(x,y)에 대하여 감마값을 맵핑하여 저장할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 해상도에 따라 복수개의 감마 인덱스가 생성될 수 있고, 각 인덱스는 발광 소자(1101) 별로 감마값을 저장할 수 있다. Index=(x,y)[R], Index+1=(x,y)[G], Index+2=(x,y)[B]의 형태로 배열 Index의 내용인 값은 해당 x, y 좌표에 R, G, B별 설정할 감마값을 가질 수 있다. 예를 들어, 0=(0,0)[RED], 1=(0,0)[GREEN], 2=(0,0)[BLUE], 3=(0,0)[RED], 4=(1,0)[GREEN], 5=(1,0)[BLUE], ... (n,n)[RED], (n,n)[GREEN], (n,n)[BLUE]로 나타낼 수 있다. 이때 n은 전광판(10)의 해상도에 따라 달라질 수 있다.
데이터베이스(1501)에 저장된 특정 발광 소자(1101)의 감마값은 제어 모듈(350)에서 가산 또는 감산되어 보정될 수 있다. 이후 제어 모듈(350)을 통해 보정된 감마값은 데이터베이스(1501)에 저장될 수 있고, 해당 발광 소자(1101)에 대해 보정된 감마값이 적용되어 해당 발광 소자(1101)의 휘도 또는 색도 등이 조정될 수 있다. 룩업 테이블(1503)의 감마값(γ)은 [발광 화소 출력값=입력최대치*(발광 화소 입력값/입력최대치)γ]으로 정의되어 보정될 수 있다.
IoT 단말(30)은 전광판(10)을 근거리에서 제어할 수 있으며, 특정 위치에 고정되지 않고 이동 가능하다. IoT 단말(30)은 데이터를 송수신하는 이동형 장치로서 휴대용 단말기, 스마트폰, 웨어러블 디바이스, 태블릿 PC 등 일 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 IoT 단말(30)은 서버의 중앙관제형 시스템으로 제어가 어렵거나, 서버를 통해서는 진단 및 검출하기 어려운 전광판(10)을 신속하게 실시간으로 관리할 수 있다는 점에 주목한다. 서버를 이용할 수 없는 경우에도 전광판(10)의 상태 정보를 근거리 무선 통신하여 전송받을 수 있으며, 전송받은 데이터를 바탕으로 전광판(10)의 상태를 판단할 수 있다. 이를 바탕으로 실시간으로 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)를 제어하거나 수리를 요청하는 등 신속한 대처가 가능하다. 따라서, IoT 단말(30)은 전광판(10)의 상태 정보를 전송받는 출력 도구이자 룩업테이블(1503)에 저장된 감마값을 보정할 수 있는 입력 도구일 수 있다.
IoT 단말(30)은 통신 모듈(310), 판단 모듈(330) 및 제어 모듈(350)을 포함할 수 있다. IoT 단말(30)의 구성은 설명의 편의를 위하여 정의된 것으로 실제 물리적으로 구분되지 않고 통합 구현되어도 무방하다.
통신 모듈(310)은 전광판(10)과 Zigbee, Z-Wave, 무선랜, 블루투스 등을 이용하여 근거리 통신할 수 있다. 통신 모듈(310)은 전광판(10)과 UDP, TCP 프로토콜, COAP 및 MQTT 프로토콜을 활용한 IoT 통신들을 이용하여 저전력 및 저속 통신환경에서도 사용 가능하다.
통신 모듈(310)은 전광판(10)과 통신하여 전압 측정부(130)에서 측정된 전압 데이터를 수신받을 수 있다. 전압 데이터는 각 LED 모듈(110) 별로 개별적으로 측정된 복수개의 데이터로 구성될 수 있다. LED 모듈(110)은 구별을 위해 각 모듈 번호가 부여될 수 있고, 통신 모듈(310)로 전송되는 전압 데이터는 각 LED 모듈(110)의 모듈 번호와 해당 LED 모듈(110)에서 측정된 전압값이 매칭되어 전송될 수 있다.
판단 모듈(330)은 룩업 테이블(1503)의 감마값을 참조하여, 통신 모듈(310)로부터 전송받은 전압 데이터로 LED 모듈(110)의 정상 동작 여부를 판단할 수 있다. 판단 모듈(330)은 룩업 테이블(1503)의 감마값을 참조하여 LED 모듈(110)로부터 출력되는 전압이 LED 모듈(110)에 입력되는 전압으로부터 감소한 비율을 통해 LED 모듈(110)의 정상 작동 여부를 판단할 수 있다. 전광판(10)은 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)가 전력을 소비하므로 LED 모듈(110)에서 출력되는 전압은 LED 모듈(110에 입력되는 전압보다 낮다. 그러나 만약, 출력 전압이 입력 전압으로부터 강하된 범위가 정상적으로 전압강하 범위보다 크거나, 또는 출력 전압이 입력 전압과 동일하다면, 해당 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)가 정상 동작하는 상태가 아니라고 판단할 수 있다.
이때, 룩업 테이블(1503)을 참조하여 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)의 동작 상태를 판단할 수 있다. 감마값에 따라 출력 전압의 전압 강하가 상이할 수 있다. 따라서, 동작 상태가 판단되는 해당 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)에 대한 룩업 테이블(1503)의 감마값을 매칭시킴으로써 감마값에 따른 정상 전압강하 비율을 설정할 수 있으며, 이 범위를 기준으로 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)의 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.
판단 모듈(330)은 룩업 테이블(1503)의 감마값을 참조하며, LED 모듈(110)로부터 출력되는 전압이 기 설정된 기준 전압이 포함된 일정 범위 이내인 경우 LED 모듈(110)을 정상 작동 상태로 판단할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 기준 전압은 5V일 수 있다. 5V 전압을 기준으로 하여 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)의 HIGH/LOW 상태를 판단할 수 있다. 기준 전압의 ±10% 범위를 정상 작동 범위로 설정할 수 있으며, 이 범위를 벗어나는 출력 전압에 대해서는 해당 전광판(10), LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)를 비정상 상태 또는 불량으로 판단할 수 있다. 정상 작동 범위를 벗어난 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)에 대해서는 모듈 번호를 매칭하고, 룩업 테이블(1503)을 참조하여 감마값을 매칭할 수 있다. 감마값을 통해 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)의 정확한 위치를 파악하여 해당 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)의 정상 작동 여부를 판단할 수 있다.
제어 모듈(350)은 판단 모듈(330)의 판단 결과를 참조하여, 복수개의 LED 모듈(110) 중 비정상으로 판단된 특정 LED 모듈(110)의 감마값을 보정하여 LED 모듈(110)을 제어할 수 있다. 즉, 제어 모듈(350)은 룩업 테이블(1503)에 저장된 감마값을 실시간으로 감산 또는 가산하는 제어를 함으로써 발광 소자(1101)의 수명을 연장하고, 최적의 표시환경을 유지할 수 있다.
제어 모듈(350)은 전광판(10)의 주변 상황의 변화에 따라 복수개의 LED 모듈(110) 중 특정 LED 모듈(110)의 감마값을 보정하여 LED 모듈(110)을 제어할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전광판(10)은 동일한 환경에 대해서도 전광판(10)이 각각 설치되는 각도와 설치되는 위치에 따라 주변 환경으로부터 받는 영향이 상이하며, 하나의 전광판(10)에서도 LED 모듈(110)이 구비된 위치에 따라 주변 환경으로부터 받는 영향이 상이하다. 따라서, 상황과 위치에 따라 각 LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)의 휘도 및 색도 조정은 개별적으로 제어되어야 한다. 이에 본 발명의 IoT 기반 전광판 제어시스템(1)은 전광판(10) 주변의 자연적 또는 인공적인 상황변화를 포함한 모든 변화에 따라, LED 모듈(110) 또는 발광 소자(1101)를 실시간으로 감지 및 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전광판(10)과 IoT 단말(30)의 TCP 프로토콜을 나타낸다. 전술한 바와 같이 본 발명의 IoT 기반 전광판 제어시스템(1)은 전광판(10)이 수동적이 아닌 능동적으로 xml과 같은 명령 스크립트를 송수신하므로 서버와 연결된 상태(온라인) 뿐만 아니라 서버와 연결이 끊긴 (오프라인) 상태에서도 구동 및 제어될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 실제 이미지·동영상·텍스트·각 표출 시나리오 등을 100개~10,000개 전송하여 전광판(10)에 구현할 수 있다. 또한, 전광판(10)은 전국에 분포한 n개의 장치를 네트워크로 연결하여 통합 관리가능하다. 이때, 네트워크가 약 100Mbps로 느린 경우에도 동시에 다운로드함으로써 연결될 수 있으며, 500Mbps, 1Gbps, 10Gbps등의 빠른 네트워크 환경에서도 적용이 가능하다. 속도가 느린 네트워크 환경에서는 전광판(10)과 IoT 단말(30)가 처음 연결될 때, 컨텐츠를 다운로드 하여 온라인 명령과 표출대상 데이터 파일을 전송할 수 있다. 보다 빠른 재생을 위해 각 전광판(10)마다 저장매체를 두어 재생할 파일을 xml 스크립트에 맞게 저장하여 저장된 명령어대로 재생할 수 있다. 한편, 빠른 네트워크 환경에서는 실시간으로 이미지·동영상이 끊김없는 표출되도록 설계될 수 있다.전광판(10)과 IoT 단말(30)의 통신 모듈(310)은 다음과 같이 통신할 수 있다. 온라인·오프라인에 해당하는 전광판 메시지는 xml 형식으로 지정될 수 있으며, 전광판(10)과 IoT 단말(30)이 온라인 연결이 되었을 때에는 온라인시 지정하는 컨텐츠를 재생하고, 전광판(10)과 IoT 단말(30)의 온라인 연결이 끊겼을 때에는 오프라인시 지정된 컨텐츠를 재생할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 프로토콜은 UDP와 TCP 프로토콜일 수 있다. UDP 프로토콜은 동일한 네트워크 상에 연결된 전광판(10)을 찾기 위한 프로토콜로서 브로드캐스팅되어 전광판(10)의 TCP 주소를 모르더라도 쉽게 전광판 클라이언트를 찾을 수 있다. 그러나, UDP 프로토콜은 라우터가 3개 내지 4개인 다중 라우터에서는 클라이언트 전광판을 찾을 수 없다.
반면, TCP 프로토콜은 동일한 네트워크에서도 가능하고, 다중 라우터·허브를 이용한 네트워크에서도 가능하다. TCP 프로토콜은 다중 라우터에서 매니저를 직접 찾을 수 있도록 특정 포트 번호를 사용할 수 있다. 전광판(10)과 IoT 단말(30)의 통신 주기는 1분 내지 4분으로 설정될 수 있으며, 네트워크 트래픽을 감안하여 접속이 지연될 경우 10분 내지 15분으로 설정될 수 있다. IoT 단말(30)에서는 매니저를 사용하여 온라인·오프라인에 해당하는 전광판(10) 메시지를 xml 형식의 명령어 패킷으로 전광판(10)에 보낼 수 있다.
도 3은 TCP 버전을 얻기 위해 전송하는 데이터 패킷이다. IoT 단말(30)은 데이터 패킷을 받으면 전광판(10)의 현재 TCP 버전 정보를 보낸다. 버전 정보는 현재 F/W Version, TCP/IP 주소 및 장치 정보를 포함할 수 있다. IoT 단말(30)은 온라인시 출력 동영상과 정지영상에 대한 시나리오와 오프라인시 출력 동영상과 정지영상에 대한 시나리오를 컨트롤러(150)에 전송할 수 있다. 전광판(10)의 컨트롤러(150)는 수신된 xml 명령어 패킷을 분석하여 전광판(10)과 IoT 단말(30)이 연결된 경우 온라인으로 가정하여 출력 영상 시나리오를 전광판(10)에 송출한다. 만일 전광판(10)과 IoT 단말(30)의 연결이 종료된 경우에는 수신된 xml 명령어 패킷을 분석하여 오프라인 출력 영상을 전광판(10)에 송출할 수 있다.
전송되는 데이터 패킷은 최대 9K일 수 있으며, 전송할 데이터 패킷이 9K보다 큰 경우에는 9K 단위로 나누어 멀티 매킷을 보내어 처리할 수 있다. 패킷의 길이는 2+2+4+4+N 바이트일 수 있으며, XmlData Length는 전체 xml data의 길이이다. 최대 길이는 2*1024*1024일 수 있다. Index는 현재 데이터 패킷에서 XmlData의 인덱스 위치를 나타내며 XmlData는 현재패킷에서 9*1024-(2+2+4+4)의 최대길이를 갖는다. 한편, 장치 ID는 최대 15자리 일 수 있다. 예를 들어, D603-D00-A000, D30-D001-A0000, A-002-029-C000, A-015-029-D000과 같은 장치 ID일 수 있다. 뒷부분은 ‘\0’ NULL로 구성할 수 있다. 매니저는 UTF-8 형식을 사용하여 전송하며, 장치의 ID는 사이트 환경에 따라 쉽게 인지할 수 있도록 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 특정 LED 모듈(110)의 발광 소자(1101)를 제어하는 IoT 단말(30)의 화면을 나타낸다. 보다 상세하게, 비정상 상태로 판단된 LED 모듈(110)을 확대하고, 그 중 불량이 발생한 발광 소자(1101)에 대해 해칭하여 표현한 모습이다. IoT 단말(30)의 화면은 비정상의 LED 모듈(110)의 발광 소자(1101) 및 발광 소자(1101)가 디스플레이 된 모습이다.
전광판(10)에는 복수개의 LED 모듈(110)이 2차원 배열로 구비될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시 예에로서 전광판(10)에 2행 3열로 구성된 6개의 LED 모듈(110)이 구비된 모습을 나타낸다. 전술한 바와 같이 LED 모듈(110)은 모듈 번호가 부여될 수 있다. 번호는 다양한 형태로 부여될 수 있다. 예를 들면, 2차원 배열로 나타낸 경우 (1, 1), (1, 2), (1, 3), (2, 1), (2, 2), (2, 3)의 형태로 모듈 번호가 부여될 수 있으며, 1차원 배열로 나타낸 경우에는 1 내지 6으로 모듈 번호가 부여될 수 있다. 도 4에서 점선으로 표시한 LED 모듈(110)은 (2, 2) 또는 5번 LED 모듈(110)로 표현할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예로서 5번 LED 모듈(110)이 비정상 상태인 것으로 검출된 것으로 가정한다.
5번 LED 모듈(110)의 하단 그림은 LED 모듈(110)을 확대하여 LED 모듈(110)을 구성하는 발광 소자(1101)를 나타낸 모습이다. 본 발명의 실시예에 따른 5번 LED 모듈(110)은 (5×5)의 발광 소자(1101)로 구성될 수 있다. 각 발광 소자(1101) 또한 LED 모듈(110)과 마찬가지로 소자 번호가 부여될 수 있고, 본 발명의 실시예와 같이 2차원의 (x, y)로 나타낼 수 있다. 본 발명의 실시예인 도 4에서는 설명의 편의 및 본 발명에 대한 이해를 위해, 소자 번호와 룩업테이블(1503)에 저장되는 감마값도 함께 표시한다. 룩업테이블(1503)은 각 발광 소자(1101) 별로 감마값을 저장하므로, IoT 기반 전광판 제어시스템(1)은 발광 소자(1101)의 감마값을 제어할 수 있다. 도 4를 참고하면, 행을 기준으로하여 r1, r2, r3 ... 순으로 번호가 부여될 수 있다. 해칭된 발광 소자(1101)는 (1, 4)이며, (1, 4) 발광 소자(1101)의 감마값은 r4로 가정한다.
도 4를 참고하면, IoT 단말(30)은 5번 LED 모듈(110)과 5번 LED 모듈(110)을 구성하는 발광 소자(1101) 및 감마값을 조절하는 조절기(3501)를 화면에 나타낼 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예로서 (1, 4) 발광 소자(1101)의 감마값인 r4이 IoT 단말(30)의 조절기(3501)를 통해 제어되는 모습이다. 조절기(3501)의 범위는 감마값이 보정될 수 있는 범위에 한정되며, 발광 소자(1101) 또는 전광판(10)의 종류에 따라 상이할 수 있다. 조절기(3501)가 IoT 단말(30)에 표현되는 형태는 제한되지 않으며, 도 4와 같이 막대 형태로 표현될 수 있다. 조절기(3501)를 통해 룩업테이블(1503)에 저장된 감마값이 보정되며, 보정된 감마값은 룩업테이블(1503)에 재저장되어 LED 모듈(110)이 제어되므로 실시간으로 설정가능하다. 이때, 보정된 감마값은 서버와 전광판(10)이 연결된 상태에서는 실시간으로 서버와 룩업테이블(1503)에 동시 저장된다. 반면, 본 발명의 실시예의 특성에 따라 서버와 연결되지 않는 경우 또는 인터넷 연결에 장애가 있을 경우에는 IoT 단말(30)을 통해 보정된 감마값은 전광판(10)과 자동 Sync되어 룩업테이블(1503)에 자동으로 업로드될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1: IoT 기반 전광판 제어시스템
10: 전광판 또는 LED 전광판
110: LED 모듈
1101: 발광 소자
130: 전압측정부
150: 컨트롤러
1501: 데이터베이스
1503: 룩업테이블
30: IoT 단말
310: 통신 모듈
330: 판단 모듈
350: 제어 모듈
3501: 조절기

Claims (5)

  1. 서버의 개입 없이도 독립적으로 전광판의 제어가 가능한 IoT 기반 전광판 제어시스템에 있어서,
    복수개의 LED 모듈과, 상기 LED 모듈에 입력 또는 출력되는 전압을 측정하는 전압 측정부, 및 상기 LED 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n픽셀, n은 정수)의 2차원 어드레스별로 감마값이 설정된 룩업 테이블이 저장된 데이터베이스를 구비한 전광판; 및
    상기 서버의 중앙관제형 시스템으로 제어가 어려운 상기 전광판을 근거리에서 제어하는 이동형의 IoT 단말을 포함하고,
    상기 IoT 단말은,
    상기 전광판과 통신하여 상기 전압 측정부에서 측정된 전압 데이터를 수신받는 통신 모듈;
    상기 룩업 테이블의 감마값에 따른 상기 LED 모듈의 전압 강하 비율을 고려하여, 상기 통신 모듈로부터 전송받은 상기 전압 데이터로 상기 LED 모듈의 정상 작동 여부를 판단하는 판단 모듈; 및
    상기 판단 모듈의 판단 결과를 참조하여, 복수개의 상기 LED 모듈 중 비정상으로 판단된 특정 LED 모듈의 감마값을 보정하여 상기 LED 모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하여,
    상기 서버에서 파악하기 어려운 상기 전광판의 상태를 판단하고, 상기 LED 모듈을 실시간으로 제어가능한 것을 특징으로 하는 IoT 기반 전광판 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단 모듈은,
    상기 룩업 테이블의 감마값을 참조하여 상기 LED 모듈로부터 출력되는 전압이 상기 LED 모듈에 입력되는 전압으로부터 감소한 비율을 통해 상기 LED 모듈의 정상 작동 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 전광판 제어시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단 모듈은,
    상기 룩업 테이블의 감마값을 참조하며, 상기 LED 모듈로부터 출력되는 전압이 기 설정된 기준 전압이 포함된 일정 범위 이내인 경우 상기 LED 모듈을 정상 작동 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 전광판 제어시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 전광판의 주변 상황의 변화에 따라 복수개의 상기 LED 모듈 중 특정 LED 모듈의 감마값을 보정하여 상기 LED 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 전광판 제어시스템.
  5. 복수개의 LED 모듈과, 상기 LED 모듈에 입력 또는 출력되는 전압을 측정하는 전압 측정부, 및 상기 LED 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n픽셀, n은 정수)의 2차원 어드레스별로 감마값이 설정된 룩업 테이블이 저장된 데이터베이스를 구비한 전광판을 서버의 개입 없이 독립적으로 제어하는 IoT 기반 전광판 제어 애플리케이션에 있어서,
    상기 전광판과 근거리 통신하며 상기 전압 측정부에서 측정된 전압 데이터를 수신받는 통신 모듈;
    상기 룩업 테이블의 감마값에 따른 상기 LED 모듈의 전압 강하 비율을 고려하여, 상기 통신 모듈로부터 전송받은 상기 전압 데이터로 상기 LED 모듈의 정상 작동 여부를 판단하는 판단 모듈; 및
    상기 판단 모듈의 판단 결과를 참조하여, 복수개의 상기 LED 모듈 중 비정상으로 판단된 특정 LED 모듈의 감마값을 보정하여 상기 LED 모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하여,
    상기 서버에서 파악하기 어려운 상기 전광판의 상태를 판단하고, 상기 LED 모듈을 실시간으로 제어가능한 매체에 저장된 IoT 기반 전광판 제어 애플리케이션.
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