KR20030004696A - 에러검출 자동 보정 시스템 방식에 의한 양방향 전력선통신 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에러검출 자동 보정 시스템 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 호스트 컴퓨터에 연결되어 있으며, 호스트 컴퓨터에서 전송된 데이터를 FSK 변조하여 전력선을 통해 서브 모듈로 송신하고, 전력선을 통해 수신되는 데이터를 FSK 복조하고 복조된 데이터 비트의 펄스폭을 비교하여 오류를 정정하고 정정된 데이터 비트를 호스트 컴퓨터로 전송하는 제1 전력선 모뎀과; 제1 전력선 모뎀과 전력선을 매개로 연결되어 있으며, 제1 전력선 모뎀으로부터 FSK 변조되어 전송되는 데이터를 수신하여 FSK 복조하고 복조된 데이터 비트의 펄스폭을 비교하여 오류를 정정하고 정정된 데이터 비트를 서브 모듈로 인가하고, 서브 모듈에서 전송된 데이터를 FSK 변조하여 전력선을 통해 제1 전력선 모뎀으로 전송하는 제2 전력선 모뎀을 포함한다. 따라서, 본 발명에 의하면 수신된 데이터 비트의 펄스폭을 비교하여 자동으로 에러를 보정함으로써, 기존의 전력선 통신에서 문제시되어 왔던 양방향 데이터 통신의 데이터 에러율을 최소화하여 안정적이고 저비용으로 양방향 전력선 통신을 수행할 수 있다는 효과가 있다.

Description

에러검출 자동 보정 시스템 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템 및 방법{Method and System for Controlling Bidirectional Power Line Communication using Error Detecting Auto Correction System}

본 발명은 에러검출 자동 보정 시스템(Error Detecting Auto Correction System, 이하에서는 'EDACS'라 약칭함) 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 데이터와 노이즈로 인해 수신 데이터의 오류가 발생할 때 자동으로 보정하는 EDACS 방식을 이용하여 오류 없는 송, 수신 데이터를 상호 교환하도록 지원하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 기존의 전력 시설을 그대로 활용하여 데이터를 송/수신하는 전력선 통신이 각광받고 있다. 전력선 통신(Power Line Communication)은 전력을 공급하는 전력선을 매개체로 음성과 데이터를 수백KHz~수십MHz(예컨대, 100KHz~30MHz) 이상의 고주파 신호에 실어 통신하는 기술을 의미하며, 고속 데이터 전송과 제어 분야에서 유용한 기술이다. 전력선 통신 기술을 응용할 경우 홈 네트워킹, 전력망 관리 등이 가능하기 때문에 관련 업계는 전력선 통신으로 신규 서비스와 잠재 시장을 활성화 할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히, 전력선 통신을 응용한 고속 액세스 기술과 홈 네트워크를 통한 저속 제어 기술은 국내외 통신업체 또는 전력 업체로부터 차세대 통신 기술로 주목받고 있다. 이러한 전력선 통신 기술은 비용이 적게 들고 설치 기간이 짧아 새로운 데이터 통신망을 구축하는 것에 비해 아주 효율적이다.

전력선을 이용한 통신 기술은 1950년대에 전력 제어를 위한 목적으로 최초로개발되었다. 리플 제어(Ripple Control)라는 이 방식은 100∼900Hz의 낮은 주파수를 활용해 약 10kW 이상의 전력을 사용하였기 때문에 데이터 전송 속도가 무척 느렸다. 당시의 주된 용도는 가로등 점멸 관리, 전류량 제어, 시간대별 과금 정보 교환 등이었으며, 주로 단방향 통신으로만 운용되었다. 1980년대에 접어들면서 전송 속도를 개선한 신기술이 등장하며 전력선 통신 기술은 변화를 맞게 되었으며, 1980년대 중반 이후에는 5∼500kHz의 주파수 대역을 중심으로 전력선을 데이터 전송 매체로 활용하여 SCADA(Supervisory Control And Data Aquisition, 집중 원격 감시 제어 시스템) 기술을 구현하는 데 초점을 맞추어 개발되었다. 그리고, 1980년대 후반에는 양방향 통신이 가능한 기술이 개발되었는데, 이전 기술과는 달리 보다 높은 주파수를 활용하고 신호 계위도 대폭 낮추었다. 또한, 1990년대 들어 통신 분야에서의 프로토콜 기술의 발전으로 데이터 전송 능력이 획기적으로 개선되었고, 전력회사를 중심으로 제어 정보 전송 시스템에 이용하기 위한 기술을 개발하여 활용하고 있다. 특히, 홈 오토메이션(HA: Home Automation)을 위한 기존 전력선 통신 기술의 상용화와 홈 네트워킹을 위한 신기술 개발, 그리고 인터넷 접속을 위한 대안으로서 활용되고 있다.

그러나, 이러한 전력선 통신은 아직 해결되지 못한 난제들이 많은 기술이며, 전력선은 전력운반을 목적으로 하기 때문에 통신용으로 제작된 동축선 또는 광섬유 링크와는 달리 제한된 전송전력, 높은 부하 간섭과 잡음, 가변하는 감쇠 및 임피던스 레벨 등의 문제를 안고 있다. 이는 전력선의 특성이 연결된 기기들에 의해 영향을 받고 전송 캐리어 주파수의 선택을 어렵게 하기 때문이다. 전력선 통신의 기술에 있어서 핵심적인 문제는 흔히 잡음, 신호감쇠, 임피던스의 특성으로 집약된다. 즉, 전력주파수와 연계되어 사용하는 기기들 간의 상호 간섭현상으로 소음이 발생하는 문제점이 있고, 변압기 등 여러 구간을 거치면서 데이터가 손실될 수 있으며, 임피던스가 전기제품 등의 온, 오프 등으로 순간적으로 변하는 불안정성이 있다. 이를 해결하기 위해 출력을 낮추면 전송거리가 크게 짧아져 실용성이 떨어지게 된다.

일반적인 종래의 전력선 통신 제어방법에는 첫째, 전력선상의 전력신호의 제로크로스 포인트에서 캐리어를 전력선상에 반송하는 방법을 택하여 전력선상의 노이즈 영향을 최소화하는 방법과 둘째, 전력선상의 다른 여러 가지 종류의 데이터 충돌을 방지하기 위해 다수의 수신 제어기를 이용하여 단방향으로 제어하는 방법과 셋째, 송신측이 일정한 순서에 따라 수신측으로 전송할 데이터의 유무를 질의하는 폴링 접속 방식 및 넷째, 데이터의 충돌을 감지하여 충돌을 검출한 후 재송신하는 방법 등이 있다. 그러나, 첫 번째 방법은 정확한 데이터의 전달을 요구하는 제어 기기에서는 사용하기에 어렵고, 두 번째 방법은 설비비용의 과다와 단방향 통신방법이라는 단점이 있고, 세 번째 방법은 다수의 제어 기기를 사용할 때 실시간 제어가 어려워 상용망에 적용하기에 적합하지 않고, 네 번째 방법은 시스템의 구성에 따라 제어 기기의 수가 증가하고 데이터의 통신 횟수가 동시에 발생하는 경우에는 전술한 세 번째 방법보다 실시간 제어면에서 오히려 적합하지 않다는 문제점이 있다.

따라서, 종래의 전력선 통신 기술의 장점을 유지하면서 종래의 전력선 통신제어방법의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방식의 전력선 통신 제어 시스템 및 방법이 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 외부 노이즈를 감지하여 EDACS 방식을 통해 에러 데이터를 자동으로 보정함으로써, 전력선을 통해 저비용으로 안정된 데이터를 송, 수신할 수 있는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은 수신된 데이터 비트의 하이펄스폭과 로우펄스폭을 비교하여 하이펄스폭이 로우펄스폭보다 크면 비트 '1'이 수신된 것으로 처리하고, 로우펄스폭이 하이펄스폭보다 크면 비트 'O'이 수신된 것으로 처리하여 오류를 자동 보정하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제3 목적은 송신 데이터를 FSK 방식에 의해 변조하여 송신하고, 변조된 데이터를 FSK 방식에 의해 복조하여 수신된 데이터 비트를 판별하여 에러율을 극소화하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전력선 통신 제어 시스템의 구성을 보여주는 블록도이고,

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 나타내는 블록도이고,

도 3은 본 발명에 따른 데이터 비트의 구조를 보여주는 구성도이고,

도 4는 본 발명의 서브 모듈에서 전송하는 데이터 프레임의 구조를 나타내는 구성도이고,

도 5는 본 발명에 따른 양방향 전력선 통신 제어 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이고,

도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 EDACS에 의한 데이터 비트의 판별과정을 설명하는 흐름도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

100: 제1 전력선 모뎀200: 호스트 컴퓨터

300: 제2 전력선 모뎀400: 서브 모듈

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 특정 동작을 수행하는 서브 모듈과 서브 모듈의 동작을 제어하는 호스트 컴퓨터를 포함하고, 서브 모듈과 호스트컴퓨터는 전력선을 매개로 데이터 통신을 수행하는 양방향 전력선 통신 제어 시스템에 있어서, 호스트 컴퓨터에 연결되어 있으며, 호스트 컴퓨터에서 전송된 데이터를 FSK 변조하여 전력선을 통해 서브 모듈로 송신하고, 전력선을 통해 수신되는 데이터를 FSK 복조하고 복조된 데이터 비트의 펄스폭을 비교하여 오류를 정정하고 정정된 데이터 비트를 호스트 컴퓨터로 전송하는 제1 전력선 모뎀과; 제1 전력선 모뎀과 전력선을 매개로 연결되어 있으며, 제1 전력선 모뎀으로부터 FSK 변조되어 전송되는 데이터를 수신하여 FSK 복조하고 복조된 데이터 비트의 펄스폭을 비교하여 오류를 정정하고 정정된 데이터 비트를 서브 모듈로 인가하고, 서브 모듈에서 전송된 데이터를 FSK 변조하여 전력선을 통해 제1 전력선 모뎀으로 전송하는 제2 전력선 모뎀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 특정 동작을 수행하는 서브 모듈과 서브 모듈의 동작을 제어하는 호스트 컴퓨터를 포함하고, 서브 모듈과 호스트 컴퓨터는 전력선을 매개로 데이터 통신을 수행하는 양방향 전력선 통신 제어 방법에 있어서, (a) 전송할 데이터를 FSK 변조 및 증폭하여 일정한 주파수 대역을 필터링하여 전력선으로 송신하는 단계와; (b) 송신된 데이터를 수신하여 일정한 주파수 대역을 필터링하고 수신된 데이터를 증폭하는 단계와; (c) 증폭된 데이터를 판독 가능한 TTL 레벨의 신호로 FSK 복조하는 단계; 및 (d) 복조된 데이터 비트의 펄스폭을 기 설정된 기준치와 비교하여 수신 데이터 비트를 판별하여 설정된 경로로 해당 데이터를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템및 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전력선 통신 제어 시스템의 구성을 보여주는 블록도로서, 본 전력선 통신 제어 시스템은 제1 및 제2 전력선 모뎀(100, 300)으로 이루어져 있으며, 제1 전력선 모뎀(100)에는 호스트 컴퓨터(200)가 연결되고 제2 전력선 모뎀(300)에는 서브 모듈(400)이 연결되고, 제1 및 제2 전력선 모뎀(100, 300)은 AC라인으로 연결되어 있다.

제1 및 제2 전력선 모뎀(100, 300)은 별도의 통신 라인을 가설하지 않고 AC 전원 라인 또는 기타 통신 라인(예컨대, 광케이블 등)을 통하여 데이터 전송이 가능하도록 송, 수신 데이터의 변복조를 수행하는 기능을 수행한다. 각각의 전력선 모뎀(100, 300)은 제1 및 제2 AC라인 인터페이스부(110, 310), 수신신호 증폭부(120, 320), 수신회로부(130, 330), EDACS(140, 530), CPU(150, 350), 인터페이스부(160, 360), 송신회로부(170, 370) 및 송신신호 증폭부(180, 380)를 포함하여 구성되어 있으며, 제1 전력선 모뎀(100)은 제1 인터페이스부(160)를 통해 호스트 컴퓨터(200)와 RS-232C 통신규격으로 시리얼 통신을 수행하고, 제2 전력선 모뎀(300)은 제2 인터페이스부(360)를 통해 서브 모듈(400)과 RS-422 통신규격으로 통신을 수행한다. 여기에서, 제1 전력선 모뎀(100)과 호스트 컴퓨터(200)의 통신에 사용되는 RS-232C 인터페이스 및 제2 전력선 모뎀(300)과 서브 모듈(400)의 통신에 사용되는 RS-422 인터페이스는 하나의 예시에 불과하며, 통신 환경 및 서브 모듈의 종류에 따라 적합한 인터페이스를 선택하여 사용할 수 있다.

제1 및 제2 AC라인 인터페이스부(110, 310)는 AC라인(즉, 전력선)을 통해 상호 연결되어 설정된 주파수 대역(예컨대, 10.7MHz)의 신호를 수신하고 송, 수신 주파수를 분리하여 송신 또는 수신하도록 인터페이싱하는 역할을 수행한다. 본 발명에서의 제1 및 제2 AC라인 인터페이스부(110, 310)는 상용 전원라인에 인가되는 송, 수신 데이터를 분리, 통과시키는 듀플렉서를 사용한다. 듀플렉서는 마이크로파 유전체 상유전 특성을 이용한 대역통과 필터로서 송수신 주파를 분리, 통과시켜주는 기능을 한다. 즉, 듀플렉서는 송수신 주파수를 분리해 원하는 대역의 주파수(예컨대, 10.7MHz)를 통과시키는 역할을 수행하는 RF 부품으로 필요한 전파만 걸러내고 불필요한 것은 제거하는 일종의 전파 필터링 장치이다. 다른 필터와 비교할 때 듀플렉서는 크기 대비 분리도가 크고 고주파수대에서 온도변화에 대해 안정성이 뛰어나다는 장점을 갖고 있다.

제1 수신신호 증폭부(120)는 제1 AC라인 인터페이스부(110)에 연결되어 있으며, 제1 AC라인 인터페이스부(110)에서 수신한 FSK (Frequency Shift Keying) 변조 신호를 증폭하는 기능을 수행하며, 본 발명에서는 전치 증폭기를 사용한다. 일반적으로, 데이터 신호는 AC라인을 통과하면서 신호 세기가 미약해지고, 원하는 신호 이외에 불필요한 주파수 대역, 노이즈, 에코(echo), 공명파 등과 같은 목적외 신호가 동시에 감지된다. 원하는 신호이외의 불필요한 신호들은 제1 AC라인 인터페이스부(110)에서 필터링 되지만 미약해진 신호로 원래의 신호를 복조하기가 어렵기 때문에 전치 증폭기를 이용하여 신호를 증폭한다. 제1 수신회로부(130)는 제1 수신신호 증폭부(120)에 연결되어 있으며, 제1 수신신호 증폭부(120)에 의해 증폭된 신호를 제1 CPU(150)에서 판독 가능한 TTL 레벨(예컨대, +5V 또는 0V)의 신호로 변환하는 FSK 복조 기능을 수행한다. FSK 복조는 본 기술분야의 당업자에게 공지된 사항이므로 여기에서는 상세하게 설명하지 않는다. 제1 EDACS(140)는 제1 수신회로부(130)에 연결되어 있으며, 제1 수신회로부(130)에서 복조된 데이터를 기초로 데이터 비트의 하이 펄스와 로우 펄스의 폭을 판별하여 '0'과 '1'을 판별한다. 예를 들어, 데이터 비트의 하이 펄스폭과 로우 펄스폭을 비교하여 하이펄스폭이 크면 '1'로 처리하고, 로우 펄스폭이 크면 '0'으로 처리한다. 제1 EDACS의 데이터 비트 판별과정은 도면을 참조하여 상세하게 후술한다.

제1 CPU(150)는 제1 EDACS(140)에 연결되어 있으며, 제1 전력선 모뎀(100)의 데이터 송, 수신을 총괄 관리하며, 특히 제1 EDACS(140)로부터 보정된 데이터를 호스트 컴퓨터(200)로 전달하고, 호스트 컴퓨터(200)로부터 인가되는 데이터를 수신하여 제2 전력선 모뎀(300)으로 전달하도록 각 구성부를 제어하는 기능을 수행한다. 제1 인터페이스부(160)는 제1 CPU(150)와 호스트 컴퓨터(200) 사이에 위치하며, 제1 CPU(150)와 호스트 컴퓨터(200)간에 전송되는 데이터의 동작속도 및 타이밍을 조절하도록 인터페이싱 하는 역할을 수행한다. 본 발명에서는 RS-232C 인터페이스 규격에 따라 상호 통신한다. RS-232C 인터페이스는 전기적 특성, 기계적 특성 및 인터페이스 회로의 기능 등을 규정하고 있으며, RS-232C 인터페이스를 이용하기 위해서는 2개의 송수신 신호선과 5개의 제어선, 그리고 3개의 어스선이 필요하다. RS-232C 인터페이스 규격은 본래 데이터 단말장치(예컨대, PC)와 모뎀을 접속하기 위한 것으로, 컴퓨터가 모뎀과 같은 다른 직렬장치들과 데이터를 주고받기 위해 사용하는 직렬 인터페이스이다. 컴퓨터로부터 나오는 데이터는 보통 마더보드 상에있는 UART 칩에 의해 DTE 인터페이스로부터 내장(또는 외장) 모뎀이나 기타 다른 직렬장치들로 전송된다. 컴퓨터 내에 있는 데이터는 병렬회로를 따라 흐르지만 직렬장치들은 오직 한 번에 한 비트씩만을 처리할 수 있기 때문에 UART 칩이 병렬로 되어 있는 비트들을 직렬 비트 열로 변환시킨다. 호스트 컴퓨터(200)는 서브 모듈(400)로부터 전송되는 데이터를 수신하여 서브 모듈(400)의 현재 상태로 수시로 감시하고, 서브 모듈(400)의 동작을 지시하는 제어신호를 전송한다.

제1 송신회로부(170)는 제1 CPU(150)에 연결되어 있으며, 제1 CPU(150)로부터 전송되는 데이터의 비트열에 따라 FSK 변조를 수행하는 역할을 수행한다. 제1 CPU(150)로부터 전송되는 데이터의 형태는 NRZ(Non-Return-to-Zero) 형식이며, 제1 송신회로부(170)의 가변용량 다이오드(바리캡)에 의해 FSK 변조가 수행된다. FSK 변조는 디지틀 신호의 0과 1의 값에 따라 반송파의 주파수를 달리하는 방식으로서, 일정 진폭의 반송파 주파수를 두 가지로 정하여 데이터가 0과 1로 변함에 따라 두 개의 주파수중 할당된 주파수에 의해 신호를 발생시킨다. 여기에서, NRZ(비제로복귀) 형식이란 저(低)와 고(高)의 두 가지 상태를 0 과 1의 숫자로 표현하며, 특정 교류 정전압에 의해 전송되는 디지털 데이터 전송 형태를 말한다. NRZ는 단극성과 양극성 2가지로 코드화가 가능하며, 단극성인 경우는 로직 '1'을 양(+)전압에, 로직 '0'을 기준(0V)전압에 대응시키고 양극성인 경우는 로직 '1'을 양(+)전압에, 로직 '0'을 음(-V)전압에 대응시킨다. 또한, 가변용량 다이오드는 전압을 역방향으로 가했을 경우에 다이오드가 가지고 있는 콘덴서 용량(접합용량)이 변화하는 것을 이용하여 전압의 변화에 따라 발진주파수를 변화시키는 등의 용도에 사용한다. 역방향의 전압을 높이면 접합용량은 작아진다는 특징이 있다. 본 발명에서는 로직 '1'과 '0'의 주파수 할당을 하이펄스폭과 로우펄스폭을 다르게 책정하는 방식을 사용한다. 예컨대, 로직 '0'인 경우 하이펄스폭을 1ms로, 로우펄스폭을 2ms로 배열하고, 로직 '1'인 경우 하이펄스폭을 2ms로, 로우펄스폭을 1ms로 배열하여 전송신호를 변조한다.

제1 송신신호 증폭부(180)는 제1 송신회로부(170)에 연결되어 있으며, 제1 송신회로부(170)에서 변조된 신호를 AC라인에 전송할 수 있는 크기로 증폭하는 기능을 수행한다.

제2 전력선 모뎀(300)의 구성 요소는 제1 전력선 모뎀(100)과 동일하며, AC라인을 통해 데이터 통신이 이루어진다. 다만, 제2 전력선 모뎀(300)과 제1 전력선 모뎀(100)의 차이점은 제1 전력선 모뎀(100)은 호스트 컴퓨터(200)와 통신하고 제2 전력선 모뎀(300)은 서브 모듈(400)과 통신하기 때문에 상호간의 통신 인터페이스가 다르다는 점이다. 제1 전력선 모뎀(100)은 RS-232C 인터페이스 통신규격을 사용하는 반면, 제2 전력선 모뎀(300)은 RS-422 인터페이스 통신규격을 사용한다. RS-422는 RS-232C가 지원하지 못하는 여러 가지 사양이 지원된다. 이 통신 규격은 전기, 기계적인 통신 규격만을 다루고 있으며, 프로토콜에 대한 규정은 없지만 이 통신 규격을 100% 활용하고자 할 때는 사용하는 프로토콜이 반드시 여러 개의 유니트에 대해서 어드레싱하는 기능을 지원해야 한다. 장거리, 고속의 전송을 하기 위해 RS-422에서는 신호선을 종단하여 반사를 억제하고, 내노이즈성이 높은 평형 전송을 채택하고 있다. 이때 사용되는 케이블은 누화를 줄이기 위해서 일반적으로 꼬임선을 사용한다. RS-422는 균형 회로를 지원하므로 신호를 위해 각각 2개의 분리된 선, 다시 말해서 송신과 수신 선을 필요로 하기 때문에 회로는 2배로 늘어나게 된다. 그러나, 수신기는 입력으로 들어오는 2개의 신호차이로서 데이터를 인지하므로 잡음이 발생하더라도 2개의 잡음 자체의 편차가 데이터들의 편차와 다르기 때문에 데이터로 인지하지 않게 된다. 그러므로, 잡음에 의해 기준 전위가 변동되는 RS-232C보다 전송률을 높일 수 있다. 이상적인 경우에 최장 전송 거리는 1200m이고 최대 전송 속도는 10mbps까지 가능하다는 특징이 있다. 제2 전력선 모뎀(300)의 제2 인터페이스부(360)이외는 제1 전력선 모뎀(100)과 동일하므로 상세하게 설명하지 않고 전술한 설명을 원용한다.

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 나타내는 블록도로서, 본 실시예는 대형 오락실(예컨대, 카지노, 빠찡코 등)에 본 양방향 전력선 통신 제어 시스템을 설치하여 불순한 의도로 기기의 오작동을 유발하는 행동을 감지하여 사고 발생을 미연에 방지하기 위한 것이다. 일반적으로, 확률에 의해 당첨금을 지급하는 카지노, 빠찡코의 대형 오락실에서 일시적인 강한 전파나 자장이 발생하게 되면 기기의 오작동이 유발되어 예기치 않은 당첨금을 지급해야 하거나 기기가 제대로 동작하지 않는 사고가 빈번히 발생하고 있다. 또한, 기기의 도어를 강제로 파손시켜 기기 안에 있는 동전 또는 게임용 칩을 절취하는 자에 의해 기기의 파손 및 경제적 손해를 당하는 경우가 종종 발생한다. 이러한 사고를 미연에 방지하기 위해 몇몇 대형 오락실에서는 외국에서 제작된 보안 시스템을 설치 운용하고 있지만, 이는 매우 고가의 설치비용 및 운용비용이 소요된다는 문제가 있다. 따라서, 본 실시예는특별히 제작된 전력선 모뎀을 이용함으로써, 저가의 비용으로 전술한 사고를 신속히 감지하여 대처할 수 있도록 구현할 수 있다.

도 2에 도시된 본 양방향 전력선 통신 제어 시스템은 도 1의 양방향 전력선 통신 제어 시스템을 그대로 이용하고, 서브 모듈(400)에 각종 센서[예컨대, 전파 감지센서(500), 자장 감지센서(600) 또는 도어 감지센서(700) 등]를 연결하여 각 서브 모듈(400)에서 감지된 신호를 제2 전력선 모뎀(300) 및 제1 전력선 모뎀(100)을 통해 호스트 컴퓨터(200)로 전송한다. 도 2의 실시예는 도 1의 양방향 전력선 통신 제어 시스템을 그대로 이용하므로 동일 구성요소는 설명하지 않고 원용하며, 서브 모듈(400)에 연결된 센서에 대해서만 설명한다.

각각의 서브 모듈(400a, 400b, …, 400z)에는 불순한 의도로 기기의 오동작을 유발시키고자 하는 자에 의해 발생되는 전파 또는 자장을 감지하기 위한 전파 감지센서(500) 자장 감지센서(600) 및 도어 감지센서(700)가 연결되어 있다. 전파 감지센서(500)는 외부로부터 미리 설정된 주파수 대역(예컨대, 50M∼2.8GHz)의 전파를 감지하여 그 신호를 서브 모듈(400)로 전달하는 기능을 수행하고, 자장 감지센서(600)는 일정한 범위의 자기장(예컨대, -1000∼+1000 가우스)을 감지하여 그 신호를 서브 모듈(400)로 전달하는 기능을 수행하며 일반적으로 홀센서 등을 이용한 자기센서를 사용한다. 도어 감지센서(700)는 기기의 도어 개폐를 감지하여 그 신호를 서브 모듈(400)로 전달하는 기능을 수행하며, 일반적으로 마이크로 스위치를 사용하여 도어 개폐를 감지한다. 여기에서, 도어 감지센서(700)의 기기 도어 개수에 따라 설치하며, 본 발명에서는 2개의 도어 감지센서(700)를 설치 운용한다.

도 3은 본 발명에 따른 데이터 비트의 구조를 보여주는 구성도로서, 비트 '0'과 비트 '1'의 펄스폭을 다르게 책정하여 FSK 변조한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 비트 '0'은 하이펄스의 폭을 1ms로, 로우펄스의 폭을 2ms로 설정한다. 반면에, 비트 '1'은 하이펄스의 폭을 2ms로, 로우펄스의 폭을 1ms로 설정한다. 이와 같이, 하이펄스폭과 로우펄스폭을 다르게 설정하는 이유는 전송중 발생할 수 있는 노이즈에 의해 펄스폭이 변하더라도 하이펄스폭과 로우펄스폭을 비교하여 하이펄스폭이 길면 비트 '1'로 인식하고, 로우펄스폭이 길면 비트 '0'으로 인식하여 데이터의 인식율을 높이기 위함이다.

도 4는 본 발명의 서브 모듈에서 전송하는 데이터 프레임의 구조를 나타내는 구성도로서, 해당 서브 모듈의 주소를 알리는 필드와 각 서브 모듈에서 감지한 센서의 종류를 통지하는 필드로 구성되며, 총 16비트를 한 단위로 하여 전송된다. 서브 모듈의 주소 비트에는 데이터를 전송하는 서브 모듈의 번호가 기재된다. 예를 들어, 1번 서브 모듈은 '00000000', 2번 서브 모듈은 '00000001'과 같은 비트 패턴으로 코드화 한다. 또한, 센서 종류 비트에는 외부 신호를 감지한 센서의 종류가 기재된다. 예를 들어, 도어 감지센서1은 '00000000', 도어 감지센서2는 '00000001', 전파 감지센서는 '00000010', 자장 감지센서는 '00000011'과 같은 비트 패턴으로 코드화 한다. 따라서, 호스트 컴퓨터는 전송된 데이터 프레임을 판독하여 몇 번 서브 모듈에서 어떤 신호를 감지하였는가를 판별할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템 및 방법에 대한 동작 관계를 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 양방향 전력선 통신 제어 시스템의 동작을 설명하는 흐름도로서, 본 양방향 전력선 통신 제어 시스템을 대형 오락실에 설치하였다고 가정하고, 서브 모듈은 대형 오락실에 비치된 각각의 기기들을 가리키며, 각각의 서브 모듈에는 전파 감지센서, 자장 감지센서, 도어 감지센서(2개)가 연결되어 있다고 가정한다. 또한, 서브 모듈에서 호스트 컴퓨터로의 데이터 전송과 호스트 컴퓨터에서 서브 모듈로의 데이터 전송은 동일한 방식으로 수행되므로 서브 모듈에서 호스트 컴퓨터로의 데이터 전송 방식만을 설명하고, 호스트 컴퓨터에서 서브 모듈로의 데이터 전송은 별도로 설명하지 않는다.

먼저, 서브 모듈은 센서들로부터 외부 신호(예컨대, 전파, 자기장, 도어 감지신호)가 전달되었는가를 판단(S510)하여 외부 신호가 전달되면 자신의 서브 모듈 주소와 외부 신호를 감지한 센서에 대한 정보를 RS-422 인터페이스를 통해 제2 전력선 모뎀의 제2 CPU로 전송한다(S520). 제2 CPU는 전송된 데이터 프레임을 수신하여 NRZ 형식의 데이터로 변환하여 제2 송신회로부로 인가하고, 제2 송신회로부는 인가된 NRZ 형식의 데이터를 기초로 FSK 변조를 수행한다(S530). 여기에서, FSK 변조는 제2 송신회로부에 내장된 가변용량 다이오드(바리캡)에 의해 수행되며, 변조된 데이터 비트의 구조는 도 3에 도시된 바와 같이, 비트 0은 하이펄스폭보다 로우펄스폭을 길게 설정하고, 비트 1은 하이펄스폭을 로우펄스폭보다 길게 설정한다. 변조된 신호의 주파수 대역은 10.7MHz이다. 다음에, 제2 송신신호 증폭부는 변조된 신호를 전력선을 통해 통신하기 용이한 주파수로 증폭하고, 제2 AC라인 인터페이스부에 의해 송신 신호가 필터링 되어 AC라인을 통해 데이터를 전송한다(S550).

AC라인을 따라 전송된 데이터는 제1 전력선 모뎀의 제1 AC라인 인터페이스부에 의해 필터링 되어 수신 신호만을 분리하여 수신하고(S560), 수신된 신호는 제1 수신신호 증폭부에 의해 증폭된다(S570). AC라인을 통해 전송되는 데이터에는 여러 가지 노이즈 또는 다른 데이터들이 산재되어 있으므로 제1 AC라인 인터페이스부를 통해 서브 모듈로부터 전송되는 데이터(즉, 10.7MHz의 주파수 대역)만을 분리하여 수신한다. 또한, AC라인을 통해 전송된 데이터는 신호가 미약해진 상태이므로 제1 수신신호 증폭부를 통해 증폭시키는 것이다. 다음에 제1 수신회로부는 전송된 데이터를 서브 모듈에서 송신한 원래의 데이터로 복조(즉, FSK 복조)하여 제1 CPU에서 판독 가능한 TTL 레벨(예컨대, +5V 또는 0V)의 신호로 변환한다(S580). 제1 EDACS는 제1 수신회로부에서 복조된 TTL 레벨의 데이터 비트를 수신하여 해당 비트가 'O'인지 '1'인지를 판별한다(S590). 여기에서, 제1 EDACS에 의한 데이터 비트의 판별과정은 도 6a 및 6b를 참조하여 상세하게 후술한다. 다음에, 제1 CPU는 판별된 데이터 비트에 따라 수신 데이터 비트열을 형성하여 제1 인터페이스부를 통해 호스트 컴퓨터로 해당 수신 데이터 비트열을 전달한다(S595). 제1 인터페이스부와 호스트 컴퓨터간의 데이터 전송은 RS-232C 통신규격을 사용하며, 9600bps의 속도로 상호 통신한다. 호스트 컴퓨터는 전달된 수신 데이터 비트열을 기초로 몇 번 서브 모듈에서 전송된 데이터인지 또한 어느 센서에서 감지된 신호인지를 판별하여 이에 대응하는 조치를 신속하게 처리할 수 있다. 부가적으로, 호스트 컴퓨터에는 경보수단을 구비하여 해당 수신 데이터 비트열의 발신처를 쉽게 판별할 수 있도록 디스플레이하고, CCTV 카메라를 자동 구동시켜 해당 서브 모듈의 주변을 집중적으로 감시할 수 있도록 구현할 수 있다.

도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 EDACS에 의한 데이터 비트의 판별과정을 설명하는 흐름도이다.

먼저, EDACS는 수신신호부로부터 복조된 데이터 비트 중 첫 번째 데이터 비트를 수신한다(S605). EDACS는 수신된 데이터 비트의 하이펄스폭을 계산하여 하이펄스폭이 1ms인가를 판단(S610)하여 1ms이면 다시 로우펄스폭이 2ms인가를 판단한다(S615). 로우펄스폭이 2ms이면 해당 비트를 '0'으로 인식한다. 상기 단계(S610)에서 하이펄스폭이 1ms가 아니면 하이펄스폭이 2ms인가를 판단하고(S625), 다시 로우펄스폭이 1ms인가를 판단한다(S630). 하이펄스폭이 2ms이고 로우펄스폭이 1ms이면 해당 비트를 '1'로 인식한다(S635). 그렇지만, EDACS로 인가되는 데이터 비트는 노이즈 등으로 인해 신호가 왜곡될 수 있으므로 전술한 펄스폭을 모두 만족하지 않는 경우가 발생할 수도 있다. 따라서, 상기 단계(615)에서 로우펄스폭이 2ms가 아니거나 상기 단계(S625)에서 하이펄스폭이 2ms가 아니거나 상기 단계(S630)에서 로우펄스폭이 1ms가 아닌 경우에는 해당 비트에 오류가 발생한 것이므로 하이펄스폭과 로우펄스폭의 크기를 비교하여 그 오류를 정정하는 것이 바람직하다.

오류가 발생한 비트의 하이펄스폭과 로우펄스폭을 비교하여 하이펄스폭이 크면(S640) 해당 비트를 '1'로 처리하고(S645), 로우펄스폭이 크면(S650) 해당 비트를 '0'으로 처리한다(S655). 여기에서, 하이펄스폭과 로우펄스폭이 같은 경우에는 데이터 오류로 판정한다(S660). 데이터 오류가 발생하면 송신측은 수신측에 재전송을 요구함으로써, 정확한 데이터를 재수신하여 해당 비트를 판별할 수 있다.

해당 비트를 인식하거나 처리한 다음에, EDACS는 해당 비트가 마지막 비트인가를 판단(S665)하여 마지막 비트가 아닌 경우에는 상기 단계(S610)로 진행하여 이후의 단계를 반복 수행하고, 해당 비트가 마지막이면 최종적인 수신 데이터 비트를 완성하여 CPU로 인가한다(S670).

이와 같이, 본 발명의 양방향 전력선 통신 시스템은 대형 오락실은 물론, 홈 오토메이션 또는 산업용 오토메이션 시스템 및 네트워크 시스템 등에 적용 가능하다.

이상의 설명은 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 첨부한 특허청구범위 내에서 다양하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템 및 방법에 의하면, 수신된 데이터 비트의 펄스폭을 비교하여 자동으로 에러를 보정함으로써, 기존의 전력선 통신에서 문제시되어 왔던 양방향 데이터 통신의 데이터 에러율을 최소화하여 안정적이고 저비용으로 양방향 전력선 통신을 수행할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 특정 동작을 수행하는 서브 모듈과 상기 서브 모듈의 동작을 제어하는 호스트 컴퓨터를 포함하고, 상기 서브 모듈과 상기 호스트 컴퓨터는 전력선을 매개로 데이터 통신을 수행하는 양방향 전력선 통신 제어 시스템에 있어서,

   상기 호스트 컴퓨터에 연결되어 있으며, 상기 호스트 컴퓨터에서 전송된 데이터를 FSK 변조하여 상기 전력선을 통해 상기 서브 모듈로 송신하고, 상기 전력선을 통해 수신되는 데이터를 FSK 복조하고 복조된 데이터 비트의 펄스폭을 비교하여 오류를 정정하고 정정된 데이터 비트를 상기 호스트 컴퓨터로 전송하는 제1 전력선 모뎀;

   상기 제1 전력선 모뎀과 상기 전력선을 매개로 연결되어 있으며, 상기 제1 전력선 모뎀으로부터 FSK 변조되어 전송되는 데이터를 수신하여 FSK 복조하고 복조된 데이터 비트의 펄스폭을 비교하여 오류를 정정하고 정정된 데이터 비트를 상기 서브 모듈로 인가하고, 상기 서브 모듈에서 전송된 데이터를 FSK 변조하여 상기 전력선을 통해 상기 제1 전력선 모뎀으로 전송하는 제2 전력선 모뎀을 포함하는 것을 특징으로 하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전력선 모뎀 및 상기 제2 전력선 모뎀은

   상기 전력선에 연결되어 설정된 주파수 대역의 신호를 분리하여 송신 또는 수신하도록 인터페이싱하는 AC라인 인터페이스부;

   상기 AC라인 인터페이스부에 연결되어 있으며, 상기 AC라인 인터페이스부에서 수신한 신호를 증폭하는 수신신호 증폭부;

   상기 수신신호 증폭부에 연결되어 있으며, 상기 수신신호 증폭부에 의해 증폭된 신호를 판독 가능한 TTL 레벨의 신호로 복조하는 수신회로부;

   상기 수신회로부에 연결되어 있으며, 상기 수신회로부에서 복조된 데이터를 기초로 하이 펄스와 로우 펄스의 폭을 판별하여 수신 데이터 비트를 판별하는 EDACS;

   상기 EDACS에 연결되어 있으며, 데이터 송, 수신을 총괄 관리하며, 상기 EDACS에서 보정된 데이터를 설정된 경로로 전달하고, 상기 설정된 경로로부터 인가되는 데이터를 수신하여 상기 전력선을 통해 외부로 전송하도록 각 구성부를 제어하는 CPU;

   상기 CPU와 상기 설정된 경로 사이에 위치하며, 상기 CPU와 상기 설정된 경로간에 전송되는 데이터의 동작속도 및 타이밍을 조절하도록 인터페이싱 하는 인터페이스부;

   상기 CPU에 연결되어 있으며, 상기 CPU로부터 전송되는 데이터의 비트를 하이펄스폭과 로우펄스폭을 서로 상이하게 FSK 변조하는 송신회로부; 및

   상기 송신회로부에 연결되어 있으며, 상기 송신회로부에서 변조된 신호를 상기 전력선에 전송할 수 있는 크기로 증폭하는 송신신호 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 전력선 모뎀과 상기 호스트 컴퓨터는 RS-232C 인터페이스를 통해 상호 통신하고, 상기 제2 전력선 모뎀과 상기 서브 모듈은 RS-422 인터페이스를 통해 상호 통신하는 것을 특징으로 하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 EDACS는 상기 수신회로부에서 복조된 데이터를 수신하여 해당 데이터 비트의 하이펄스폭과 로우펄스폭을 계산하여 설정된 펄스폭에 해당하는 비트로 인식하고, 상기 데이터 비트가 설정된 펄스폭이 아니면 하이펄스폭과 로우펄스폭을 비교하여 하이펄스폭이 로우펄스폭보다 크면 비트 '1'로 처리하고, 로우펄스폭이 하이펄스폭보다 크면 비트 'O'으로 처리하는 것을 특징으로 하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 서브 모듈에는 외부로부터 기 설정된 주파수 대역의 전파를 감지하는 전파 감지센서, 일정한 범위의 자기장을 감지하는 자장 감지센서, 및 상기 서브 모듈의 도어 개폐를 감지하는 도어 감지센서가 연결되어 있으며, 상기 서브 모듈은 상기 전파 감지센서, 자장 감지센서 및 도어 감지센서로부터 인가되는 감지신호를 수신하여 전송할 데이터 프레임을 생성하여 상기 제2 전력선 모뎀으로 전송하는 것을 특징으로 하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 데이터 프레임은 해당 서브 모듈의 주소를 알리는 필드와 상기 서브 모듈에서 감지한 센서의 종류를 통지하는 필드로 구성되는 것을 특징으로 하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 시스템.
7. 특정 동작을 수행하는 서브 모듈과 상기 서브 모듈의 동작을 제어하는 호스트 컴퓨터를 포함하고, 상기 서브 모듈과 상기 호스트 컴퓨터는 전력선을 매개로 데이터 통신을 수행하는 양방향 전력선 통신 제어 방법에 있어서,

   (a) 전송할 데이터를 FSK 변조 및 증폭하여 일정한 주파수 대역을 필터링하여 상기 전력선으로 송신하는 단계;

   (b) 송신된 데이터를 수신하여 일정한 주파수 대역을 필터링하고 수신된 데이터를 증폭하는 단계;

   (c) 증폭된 상기 데이터를 판독 가능한 TTL 레벨의 신호로 FSK 복조하는 단계; 및

   (d) 복조된 데이터 비트의 펄스폭을 기 설정된 기준치와 비교하여 수신 데이터 비트를 판별하여 설정된 경로로 해당 데이터를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 방법.
8. 제7항에 있어서,

   (e) 외부로부터 기 설정된 주파수 대역의 전파를 감지하는 전파 감지센서, 일정한 범위의 자기장을 감지하는 자장 감지센서, 및 상기 서브 모듈의 도어 개폐를 감지하는 도어 감지센서로부터 인가되는 감지신호를 수신하여 전송할 데이터 프레임을 생성하여 상기 서브 모듈로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 (d) 단계는

   (d1) 복조된 데이터를 수신하여 해당 데이터 비트의 하이펄스폭과 로우펄스폭을 계산하는 단계;

   (d2) 상기 데이터 비트를 설정된 펄스폭에 따라 해당 비트로 인식하는 단계;

   (d3) 상기 데이터 비트가 설정된 펄스폭이 아니면 하이펄스폭과 로우펄스폭을 비교하는 단계;

   (d4) 비교 결과, 하이펄스폭이 로우펄스폭보다 크면 비트 '1'로 처리하는 단계; 및

   (d5) 비교 결과, 로우펄스폭이 하이펄스폭보다 크면 비트 'O'으로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 데이터 프레임은 해당 서브 모듈의 주소를 알리는 필드와 상기 서브 모듈에서 감지한 센서의 종류를 통지하는 필드로 구성되는 것을 특징으로 하는 EDACS 방식에 의한 양방향 전력선 통신 제어 방법.