KR20120080055A

KR20120080055A - 엘이디 장치

Info

Publication number: KR20120080055A
Application number: KR1020110001497A
Authority: KR
Inventors: 임호경; 임준영; 임민경; 이세윤; 이호준
Original assignee: 임호경; 이호준; 이세윤; 임준영; 임민경
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2012-07-16
Also published as: KR101229794B1

Abstract

광원이 되는 LED와 상기 LED에서 출사된 광을 입수하는 수광부가 마련되는 LED 유니트; 전력선 통신망으로 형성되어 상기 LED 유니트에 전원 및 제어 신호를 입출력하는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크; 상기 LED 유니트 및 상기 AMI 네트워크를 상기 전력선 통신망으로 연결하는 PLC 모뎀; 상기 LED에서 출사된 광이 상기 수광부에 입수되는 광량에 따라 보안 상태 또는 환경 변수를 감지하는 보안/환경 감지 수단; 을 포함하는 스마트 LED 장치가 기재된다.

Description

스마트 엘이디 장치{LED DEVICE}

본 발명은 전력선 통신망에 연결되어 다양한 용도로 활용되는 스마트 LED 장치에 관한 것이다.

LED는 최근 LU(Back Light Unit), 특수 조명, 자동차의 방향등과 같이 다양한 용도로 사용되고 있다. 최근에는 이러한 LED를 광원으로서 뿐만 아니라 예를 들면 근접 센서와 같이 유비쿼터스 시대에 걸맞는 다양한 용도로 활용하려는 시도가 행해지고 있다.

본 발명은 전력선 통신망에 연결되어 원격 자동으로 점등되는 것은 물론 LED에서 방사된 광을 활용하여 근접 센서, 보안용 시스템, 네트워크 수단으로 활용하는 새로운 스마트 LED 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에서는 LED가 조명 수단, 스위치, 근접 센서, 습도 센서, 보안 센서, 통신 수단 등 다양한 기능으로 채용되고 PLC망에 연결되어 원격 제어되는 스마트 LED 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 광을 발생하는 LED 유니트를 설치하여 보안 상태나 환경 변수를 측정하는 감지 수단으로 활용하며, LED 유니트와 AMI 네트워크는 광 무선 통신망으로 연결되므로 서버에서 원격으로 LED 유니트의 조명을 제어할 수 있고, 무선으로 보안 상태나 환경 변수를 측정할 수 있다. 또한, LED 유니트는 AMI 네트워크에 연결하고 수도 미터 등의 검침 수단을 LED 유니트와 광 무선 통신으로 연결하면, 검침 수단의 검침 정보가 광 통신을 전달 매체로 하여 LED 유니트에서 읽을 수 있으므로 통합 검침 시스템을 구축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 전력선 통신의 신호 구성에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 전력선 통신을 타고 전송되는 데이터의 밴드폭(Band Width)에 따라 나누어지는 협대역(Narrow band) 전력선 통신과 광대역(Broad Band) 전력선 통신을 설명한다.
도 3은 본 발명의 BPL망의 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 LED 유니트가 PLC 모뎀을 통하여 서버와 연결되고 서버에 의하여 원격 제어되는 상태를 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 조명 수단, 도어 열림 감지 수단, 습도 감지 수단으로서 LED 유니트가 채용된 냉장고를 도시한 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 LED 유니트가 가정이나 빌딩에서 보안/환경 감지 수단으로 사용되는 실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 LED 유니트가 위치 감지 수단으로 사용되는 경우에 Lateration 방법을 설명하는 그림이다.
도 8은 본 발명의 LED 유니트가 위치 감지 수단으로 사용되는 경우에 Angulation 방법을 설명하는 그림이다.
도 9는 본 발명의 LED 유니트가 광무선 통신 수단으로 사용되는 실시예를 도시한 그림이다.
도 10은 본 발명의 LED 유니트 및 보안/환경 감지 수단을 이용하여 광 무선 통신으로 원격 검침 또는 보안 제어를 하는 실시예를 도시한 그림이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 전력선 통신의 신호 구성에 대하여 설명한다. 도 1을 참조하면 전력선 통신(Power Line Communication: PLC) 기술은 가정이나 사무실에 매설되어 있는 전력선을 통하여 통신 신호를 100KHz ? 30MHz의 고주파 신호로 바꿔 보내고 이를 고주파 필터를 이용해 따로 분리해서 신호를 수신하는 방식을 말하는데, 광범위하게 설치되어 있는 전력선을 이용해 저렴한 비용으로 LED 원격제어를 가능하게 한다.

전력선 통신은 음성 신호 및 영상 신호에 해당하는 데이터 신호가 전원이 통하는 전력선(Power line)을 통하여 보내지는 기술로서 전원 신호에 데이터 신호가 중첩된 형태로 기존의 전력선을 타고 전송된다. 전력선 통신에서는 전화선과 같이 데이터 전송을 위한 별도의 통신선을 매설하지 않아도 광케이블 또는 동선으로 이루어진 기존의 전력망을 그대로 통신망으로 활용할 수 있다. 신호의 중첩 및 디코딩은 전력선 통신 모뎀을 통하여 이루어진다.

도 2를 참조하면, 전력선 통신을 타고 전송되는 데이터의 밴드폭(Band Width)에 따라 나누어지는 협대역(Narrow band) 전력선 통신과 광대역(Broad Band) 전력선 통신이 설명된다. 협대역 전력선 통신은 10~420 KHz의 주파수 대역에서 0.1Mbps 이하의 전송 속도(Speed Rate)를 가지므로 저속 통신으로 가능한 신호 제어용이나 검침용, 모니터링 용도로 활용된다. 광대역 전력선 통신은 1~30 MHz의 주파수 대역에서 200Mbps 이하의 전송 속도를 가지므로, 저속 또는 중속 통신으로도 가능한 파일 전송, 인터넷, 주문형 비디오(VOD) 용으로 활용되거나, 고속 통신이 필요한 파일 전송, 초고속 인터넷, VOIP 전화, 고화질 TV용으로 활용된다.

본 발명에는 LED의 신속한 동작 제어나 LED를 이용하여 음이온이나 양이온을 발생할 수 있도록 많은 양의 데이터가 실시간으로 전송되어야 하므로 광대역 전력선 통신(Broadband over Power Line : BPL)이 사용되는 것이 바람직하다.

도 3은 BPL망의 구성을 도시한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 일반 가정이나 사무실에는 IHD와, LED 유니트(400)와, 미터기, 전력선 모뎀, 서버(500)가 설치된다.

IHD(In-Home Display)는 전력 에너지 사용량을 표시하는 것으로서, LED 유니트(400)와 연결되어 LED 유니트(400)의 전력 사용량이나 동작 모드, 동작 상태를 디스플레이한다. 미터기는 전력 사용량의 검침을 위한 것이지만 전력선 통신망(BPL)에 채용되는 경우 데이터 신호의 인코딩, 디코딩을 위한 신호 변조 모듈이 내장될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 미터기는 도 10에서 LED 유니트(400)와 연결되어 발광부 및 수광부를 이용하여 검침 정보를 광 무선 통신 프로토콜에 의하여 전달하는 전기 미터(603), 수도 미터(602), 가스 미터(601), 열 미터(604)를 포함한다.

전력선 모뎀(420)도 집안에 설치된 LED 유니트(400). 가전 기기, 멀티미디어 기기를 전력선 통신망에 연결하여 제어 신호, 음성 신호, 영상 신호 등의 데이터 신호를 인코딩, 디코딩하는 장치로 활용된다. 미터기(도 10의 601 내지 604) 또는 전력선 모뎀이 설치되면 서버(500)나, DCU는 새로 설치된 미터기 또는 전력선 모뎀을 플러그 앤 플레이로 자동 인식 등록하며, 모든 등록 데이터는 문자메시지(SMS)를 통하여 설치 기사나 사용자에게 전달된다.

복수의 미터기(도 10의 601 내지 604)는 RS-485 시리얼 통신 방식으로 전력선 모뎀(420)에 연결될 수 있으며, 이에 따라서 미터기를 관할하는 전력선 모뎀의 설치 대수와 설치 비용을 절감할 수 있다. 전력선 모뎀 1대만 있으면 복수의 미터기(도 10의 601 내지 604)를 전력선 통신망에 연결하여 원격 검침용으로 활용할 수 있다. 특히, 도 10에는 RS-485 시리얼 통신 방식 대신에 LED 유니트(400)와 광 무선 통신 프로토콜로 검침 정보를 전달하는 실시예를 도시하였다.

미터기, LED 유니트(400), 전력선 모뎀(420)이 RS-485 시리얼 통신 또는 도 10에서 광 무선 통신으로 연결되므로 본 발명을 이용하면 LED 유니트(400)의 전력 사용량을 미터기를 통하여 원격 검침할 수 있으며 거꾸로 미터기의 검침 정보를 전력선 통신망에 유선 연결된 LED 유니트(400)에 광 무선 통신으로 전달할 수 있다.

또한, LED 유니트(400)의 사용 상태를 문자 메시지나 기타의 방법으로 서버(500)가 사용자에게 피드백하거나 LED 유니트(400)의 사용 상태를 사용자의 휴대용 단말기에 실시간으로 전송하거나 사용자의 휴대용 단말기를 통하여 입력된 제어 신호에 따라 원격으로 LED 유니트(400)를 제어할 수 있다.

LED 유니트는 IHD, 미터기, 전력선 모뎀 중 적어도 하나를 거쳐 광대역 전력선 통신망(BPL)에 연결되며, BPL 망을 통하여 전력 및 제어 신호에 의하여 동작된다.

DCU(data Control Unit)는 전봇대에 변압기와 함께 설치되거나 지중에 매설되는 것으로서 전력선 통신망의 데이터 신호 중계기에 해당한다. 서로 인접한 DCU 간의 데이터 전송은 B-CDMA(Binary CDMA)와 같은 무선 통신 프로토콜에 의할 수 있는데 이러한 경우 데이터 전송 속도와 주파수 대역을 광대역 통신망에 맞게 높일 수 있는 장점이 있다. DCU 간의 통신 프로토콜은 이에 한정되지 않고 전력선 자체를 사용할 수 있음은 물론이다.

Binary CDMA는 DCU를 서로 연결하거나 DCU와 미터기 또는 전력선 모뎀을 연결하고, 높은 스루풋을 가지며, 작은 전송 출력에도 넓은 통신 범위를 갖는 장점이 있다.

DCU끼리의 통신 또는 DCU 및 원거리의 송전탑까지의 통신은 D-TRS(Digital TRS) 방식의 무선 통신에 의할 수 있다. TRS(Trunked Radio Service)는 주파수공용통신으로 불리며, 무선통신을 하는 사람이 특정한 주파수를 전용하던 종래의 무선통신방식과는 달리 중계소에 할당된 소수의 주파수를 다수의 이용자가 공동으로 사용하는 방식을 말한다.여러 개의 전파채널을 묶어 다수의 사람들이 동시에 쓰게 하는 것이 TRS이다. TRS는 전체 시스템을 제어하는 제어국과 안테나가 있는 기지국으로 구성된다. 사용하는 단말기도 조그만 가방 크기부터 작게는 이동전화 크기까지 다양하며 모뎀을 이용해 노트북 PC와 연결하면 무선데이터 통신도 가능하다. TRS는 800MHz 대역의 주파수를 이용해 여러 개의 주파수 중 빈 채널을 자동으로 선택, 통화하게 되므로 통화연결이 쉽고 외부로부터 혼선이 없으며 통화누설이 없어 통화내용의 보안성이 우수하고 통화품질도 유선전화 수준으로 양호하다.

한편, DCU끼리의 통신 또는 DCU 및 원거리의 송전탑까지의 통신은 HFC 방식의 통신에 의할 수 있다. HFC(光同軸混合網, hybrid fiber coax)는 동축 종합 유선 방송(CATV) 전송망의 주요 트렁크 부분을 광섬유 케이블로 개선한 망으로 CATV 방송국에서 ‘가입자 광망 종단 장치(ONU)’까지는 광선로를 이용하고, ONU에서 가입자 단말까지는 동축 케이블을 이용하는 구성 방식이다. 가입자 양단에는 케이블모뎀을 시설하여 고속으로 데이터를 접속서비스를 제공한다. 이 방식에 의하면 광케이블망과 동축케이블을 이용한 혼합망으로 광케이블 다음으로 높은 대역폭으로 셀을 구성할 수 있으며, 채널 할당 또한 유연성이 뛰어나고, 증폭기를 이용하여 원거리 전송이 가능하며, ADSL과 달리 거리에 따른 전송속도 및 품질에 미치는 영향이 거의 없는 장점이 있다.

예를 들어 LED 유니트(400)가 설치된 500,000 가구가 BPL 망에 연결될 수 있으며, 통신 프로토콜은 BPL, Binary CDMA, Digital-TRS, HFC Network 중 어느 하나의 유무선 통신이 될 수 있고, 미터기 또는 전력선 모뎀의 전력량 검침 프로토콜은 DLMS/COSEM(IEC 62056 series)이 될 수 있으며, PLC 모뎀(420)은 ISO/IEC 12139-1 표준에 따른 Broadband PLC Chipset을 사용하여 24Mbps의 전송률을 낼 수 있다.

LED 유니트(400)는, IHD, 미터기, 전력선 모뎀, DCU 중 적어도 하나를 경유하여, BPL 프로토콜, B-CDMA 프로토콜, D-TRS 프로토콜, HFC 프로토콜, ADSL 프로토콜, 광통신 프로토콜 중 적어도 하나의 프로토콜을 이용하여 서버(500)에 네트워크로 연결되는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 형태의 양방향 통신이 가능한 지능형검침 인프라 솔루션에 연결된다.

AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크는 양방향 통신이 가능한 지능형 검침 인프라 솔루션을 지칭하며 스마트 그리드 구현의 필수적인 원격 검침 인프라 솔루션으로 볼 수 있다.

스마트 그리드의 한 형태로서 LED 유니트(400)는 BPL 망을 포함하는 AMI 네트워크를 통하여 제어 신호를 입출력하거나, 동작 상태를 전달하거나, 전력 사용량 또는 온오프 시간 등 전원을 포함한 각종 데이터 신호를 입출력한다.

LED 유니트(400)에는 전력선 통신 방식을 이용하여 LED(416)의 온오프 및 다양한 제어가 가능한 CC400 등의 마이컴으로 구성된 LED 제어부(422)가 마련된다. 전력선 통신(Power Line Communication: PLC)에 마이컴이 연결되면 마이컴에 전원을 공급하거나 LED에 전원을 공급하는 AC 전원 라인 또는 DC 전원 라인을 바로 통신라인으로 이용할 수 있으며, 전용선으로도 연결 가능하다.

도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 조명 수단, 도어 열림 감지 수단, 온도 감지 수단, 습도 감지 수단과 같이 LED 유니트(400)가 보안 상태 감지 수단 또는 환경 변수 감지 수단으로 사용되는 실시예를 냉장고를 예로 들어 설명한다.

LED 유니트(400)는 전원 입력시 가시 광선이나, 자외선, 또는 적외선을 방사하는 광원으로서 LED(416)와, 상기 LED에 직류 전원을 공급하는 AC/DC 컨버터(410)와, 입력한 프로그램대로 LED를 온오프하거나 조명량을 조절하는 LED 제어부(422)를 포함한다. LED 유니트(400)는 냉장실 및 냉동실의 조명 수단 또는 온도 감지 수단으로 활용되거나, 도어 열림 감지 수단으로 활용되거나, 습도 감지 수단으로 활용된다.

LED 유니트(400)는 도어가 열리면 냉장실 또는 냉동실에 광을 발광하는 조명 수단이 된다. 또한, LED 유니트(400)는 도어에 인접 설치되며 LED(416)를 발광부(예를 들면 도 10의 417)로서 구비하고, 상기 LED에서 발광되는 광량을 감지하는 수광부(예를 들면 도 10의 418)를 별도로 구비하면 도어 열림 감지 수단이 된다.

또한, LED 유니트(400)는 상기 적외선을 흡수하는 수광부(예를 들면 도 10의 418)를 구비하며, 초전형 적외선 센서로 사용되는 경우 온도 감지 수단이 된다. 초전형 적외선 센서는 적외선 흡수시 물질내의 분극(Polarization) 변화로 전하가 유기되어 기전력이 발생하는 초전 효과를 이용하여 온도를 감지한다. 온도 분해능은 감지 재료의 초전 특성 및 센서 구조에 의존한다. 즉, 냉장실 또는 냉동실에 수용된 음식물 용기의 온도나 도어 주변의 온도, 또는 냉장고 조명 수단으로 사용되는 LED의 조명량에 따라 수광 센서에 입사되는 적외선의 양이 달라지는데 이를 이용하여 LED 유니트(400)는 냉장고 내부의 온도를 측정한다.

또한, LED 유니트(400)는 발광부(도 10의 417)가 되는 LED 및 상기 광이 입사되는 수광부(예를 들면 도 10의 418)를 구비하고, 냉장고 내부의 습도양에 따라 상기 수광 센서에 입사되는 광량 차이를 감지함으로써 습도 감지 수단이 된다.

냉장고 제어부는 냉장고의 모든 기능을 제어하는 것으로서, 상기 온도 감지 수단에서 감지된 냉장실 및 냉동실 온도에 따라 냉각기를 제어하고, 상기 조명 수단과 연결되어 조명 수단의 온오프를 제어하며, 상기 도어 열림 감지 수단과 연결되어 도어 열림시 경고 기능을 수행하고, 상기 습도 감지 수단에서 입력된 습도 신호에 따라 제습 제어를 한다.

냉장고 제어부 및 LED 제어부(422)는 PLC 모뎀(420)을 통하여 전력선 통신망에 연결되며 서버(500)와 연결되어 원격 제어된다.

도 6은 본 발명의 LED 유니트(400)가 가정이나 빌딩에서 보안/환경 감지 수단으로 사용되는 실시예를 도시한다.

LED 유니트(400)는 광원이 되는 LED와 수광부(예를 들면 도 10의 418)를 구비하며, PLC 모뎀(420)에 연결되어 전원과 제어 신호가 입출력된다. LED 유니트(400)는 전력선 통신망으로 연결된 서버(500)의 지령에 따라 보안 기능이나 환경 감지 기능을 수행한다.

즉, 창문에 LED 유니트(400)가 설치되는 경우, 창문 또는 창문 주변에 광을 조사하고 수광부(418)는 LED에서 발광된 다음 창문 또는 창문 주변에서 반사되어 되돌아오는 광량을 체크함으로써 창문의 열림을 감지하는 창문 열림 감지 수단(611), 창문 파손 감지 수단(612), 창문 접근 감지 수단(613) 중 적어도 하나가 될 수 있다.

도어에 LED 유니트(400)가 설치되는 경우 도어 또는 도어 주변에 LED 로 광을 조사하고 수광부(418)는 되돌아오는 광량을 체크함으로써 도어 열림 감지 수단, 도어 접근 감지 수단 중 적어도 하나가 될 수 있다.

벽에 LED 유니트(400)가 설치되는 경우, 제1 벽에 광원으로서 LED 를 설치하고 제 2 벽에 수광부(418)를 설치한 다음 수광부(418)에 입사되는 광량의 차이를 체크함으로써 벽의 진동량을 측정하는 진동 감지 수단이 될 수 있다. 만약, 벽의 진동이 설정값 이상으로 측정되면 지진이나, 화재 등 이상 상황이 발생한 것으로 판단하고 전원을 오프하는 재난 대비 수단이나 사용자에게 택내의 촬영 영상을 전송하는 기능을 하게 된다.

방에 LED 유니트(400)가 설치되는 경우, 조명 수단으로 사용되는 것은 물론, 모션 감지 수단으로 사용되거나, 위치 감지 수단으로 사용될 수 있다.

LED 유니트(400)가 조명 수단으로 사용되는 경우, 택내에서 수동으로 조명을 온오프하는 것은 물론, 전력선 통신망과 연결되어 PLC 모뎀(420)에서 복호화된 제어 신호에 따라 서버(500)에서 입력된 시간 및 밝기로 조명 상태를 조절하는 수단이 된다.

LED 유니트가 에어컨과 연결되고 모션 감지 수단으로 이용되는 실시예에서는 움직임이 포착된 대상물은 인체로 감지하고 움직임이 없는 대상물은 가구나 무생물로 인식하며, 인체에 집중적으로 냉기를 송풍하는 등 지능형 가전 기기의 필수구성으로 사용된다.

LED 유니트(400)가 위치 감지 수단으로 사용되는 경우, 보안 감시용으로 사용될 수 있다. 위치 감지는 삼각 측량법, TOF(Time Of Flight)법에 의한다.

삼각 측량법은 특정 지점에서 반사되는 반사광의 각도를 측정하고 이를 3각법의 원리로 계산하여 물체의 거리와 위치를 탐지하는 것으로서, 거리 측정을 이용한 Lateration 방법 및 각도 측정에 기초한 Angulation 방법으로 구분될 수 있다.

Lateration 방법은 도 7에 도시된다. 이를 참조하면 미리 위치를 알고 있는 3개의 기준점으로부터 광을 조사하고 광량의 차이에 따라 각 기준점까지의 거리를 환산하여 물리적 거리를 측정하는 방법이다.

Angulation 방법은 도 8에 도시된다. 이를 참조하면 기준 방향에 대한 각도를 측정하여 위치를 알아내는 ㅂ아법이다. 즉, 2개의 기준점의 위치와 상대 거리, 측정하고자 하는 곳의 각도값을 환산함으로써 목표물의 위치를 검출할 수 있다.

TOF(Time Of Flight)법은 특정 방향으로 주사한 LED에서 발사된 광이 수광부(418)까지 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 대상 물체까지의 거리와 위치를 측정한다. 비행 시간을 활용하는 TOF(Time Of Flight)법은 LED에서 방사되는 광의 속도를 알고 발광원인 LED 로부터 대상 물체에 반사되어 수광부(418)로 입사되는 광의 비행 시간을 측정하여 두 지점 사이의 거리를 측정한다.

이와 같이 본 발명의 LED 유니트(400)는 보안/환경 감지 수단으로 동작한다. LED 유니트(400)와 PLC 모뎀(420)이 결합된 일체형 감지기의 경우, 창문의 오픈/클로즈 상태를 LED 유니트(400)로 탐지하고, 그 상태를 PLC 모뎀(420)을 이용하여 PLC 망으로 전송한다.

한편, LED 유니트(400), PLC 모뎀(420)이 결합된 일체형 원격 스위치의 경우, 홈이나 건물의 보안 상태를 LED 유니트(400)로 탐지하고, 그 상태를 PLC 모뎀(420)을 이용하여 서버(500)로 전송하면 보안 판단에 따라 홈이나 건물의 도어를 로킹하거나 창문을 닫는 일체형 원격 스위치로 동작한다.

한편, LED 유니트(400)와 PLC 모뎀(420)을 일체화하여 주소 관리 시스템으로 사용될 수 있다. 즉, 임의의 주소에 LED 유니트(400)의 온오프 신호를 원격에서 할당하고 해당 주소에 LED 유니트(400)의 온오프 피드백 상태에 따라 해당 가정에 주소를 할당하고 원격 검침용이나 기타 용도의 주소록으로 활용하는 주소 관리 시스템으로 사용된다.

또한, LED 유니트(400)는 상술한 바와 같이 온도 센서로 활용될 수 있다.

또한, LED 유니트(400)는 PLC 모뎀(420)과 연동하여 냉난방, 조명, 공조 기기, 환기 장치, 방재 보안 등의 정보를 감지하여 실시간으로 전달, 판단, 처리 및 제어할 수 있는 지능형 센서 노드 플랫폼으로 활용될 수 있다.

또한, LED 유니트(400)가 스마트 빌딩의 센서 노드로 설치되고 PLC 모뎀(420)이 LED 유니트(400)와 연동되면, 습도 조절, 연기나 화재 발생 위치 감지, 공기의 환풍 기능, 조명광의 세기, 온도 조절 등 스마트 빌딩 내의 쾌적한 환경을 유지할 수 있는 센서 시스템으로 사용된다.

이때, LED 유니트(400)로 감지된 가정과 사무실의 화재와 가스 누출 정보는 PLC 모뎀(420)을 통하여 경찰서나 소방서로 전달되며, LED 유니트(400)가 가스 누출 감지 센서, 온도 센서, 이온화 센서로 설치되면 서버(500)의 지령에 따라 가스 밸브를 차단하고 에어콘이나 냉난방 장치를 동작시키며, 음이온이나 양이온을 LED 유니트(400)로 방출하여 헬스 케어 기능을 수행한다.

도 9는 본 발명의 LED 유니트(400)가 광무선 통신 수단으로 사용되는 실시예를 도시한 그림이다. 이를 참조하며 LED 유니트(400)를 광무선 통신 수단으로 사용하는 실시예를 설명한다. 지금까지 대중화된 무선 통신 기술들은 800MHz~30GHz 대역의 RF/MW 주파수 대역을 주로 사용하며, 유선 통신 기술에 비하여 상대적으로 낮은 서비스 속도를 제공하고, 여러 사용자, 위성 통신/군사통신 등과 사용 주파수 대역을 공유하여야 하며, 물리적인 정보 은닉성(security)이 없을 뿐 아니라, 출력되는 전파에 의한 인체 위해성 등의 문제점을 갖고 있다.

대용량 백본 전송로 및 FTTH 액세스단 등에 사용되는 광통신 기술은 무선통신에 비하여 매우 높은 주파수의 반송파(carrier)를 사용함에 따른 광대역 정보 전달 능력, 빛의 물질 투과성이 전파에 비하여 낮은 데 기인한 정보 은닉성, 자연적으로 널리 존재하여 인체 무해성이 입증된 점, 광 송수신기 구조가 상대적으로 간단한 점 등의 장점이 있다.

따라서, 지능형 정보단말 및 멀티미디어 기기의 급속한 보급으로 기기간의 초고속 데이터 전송 수요가 급증하고, 다양한 기기 간의 네트워크 연결을 위한 초고속 무선 링크의 중요성이 부각됨에 따라, 무선 전송 방식의 광통신 기술이 사용자 주변 네트워크(Personal Area Network; PAN)에 적용되어 광대역 유비쿼터스 통신망을 구현하게 될 것으로 예상된다.

본 발명에서는 광통신을 위한 전달 매체로서 LED 유니트(400)에서 방사되는 광을 이용하며, 상기 광에는 가시광이나, 적외선, 자외선이 될 수 있다. 예를 들어 LED 유니트(400)가 적외선을 방사하여 통신 매체로 사용하는 경우 IrDA 통신망이 된다.

일 실시예로서, IrDA는 현재 가장 널리 실용화된 표준 광무선 통신 방식이다. IrDA는 적외선 대역인 850~900nm 파장 대역을 사용하며, 짧은 거리의 무선 통신에 효과적으로 조준하여 통신하는 "point and Shoot"방식으로 동작한다. IrDA는 단순한 구조에 저가격, 은밀성 등의 장점으로 PDA, 휴대폰, 노트북 PC 등에 광범위하게 사용되며 최근 휴대폰을 이용한 전자 결재 서비스(IrFM/IrMC), 전자 명함(vNamecard), 전자 일정관리(vCalendar) 등의 서비스들로 일상 생활에 널리 사용되고 있다. IrDA 표준 규격들은 1993년 HP, IBM 등 150개 이상의 회사에 의하여 결성된 동명의 단체에 의하여 표준화되었다.

예를 들어, 본 발명의 LED 유니트(400)가 상기 대역의 적외선을 사용하며 IrDA 통신 프로토콜에 의하여 데이터를 입출력하고 LED 유니트(400)에 연결된 PLC 망을 백본 통신 시스템으로 연결하면 유 무선이 혼합된 하이브리드 초고속 통신망을 구축할 수 있게 된다.

적외선 대역에 국한되지 않고, 본 발명에서 광무선 통신용으로 고려되는 파장 대역은 대략 10μm~1000nm이며 주파수로는 30~300THz 대역이다. 예를 들면, 단거리 통신, 휴대 단말기의 802.11a/b/n, 802.15.3a 등 근거리용 초고주파 무선 통신 프로토콜에 의하여 동작할 수 있다.

이와 같이 광무선 통신에서 광원으로 사용되는 LED 유니트(400)의 방사 특성은 개구면(Apertutre) 안테나의 방사 특성을 갖는다. 즉, 혼(horn) 또는 카세그레인형 안테나 방사 특성을 가지므로 광무선 통신 안테나는 보어 사이트 후면으로의 전력 방사가 없다. 이러한 점은 매우 작은 출력 전력하에서 동작하여야 하는 근거리 무선 통신장치에서 아주 바람직한 특성이다.

광무선 통신은 넓은 서비스 제공 범위(coverage)를 위하여 수신 안테나로 가급적 무지향성 안테나를 사용하며, 한 개의 안테나로 송신 및 수신 기능을 병용한다. 수신 안테나의 성능은 가능한 많은 방사 전력을 수집할 수 있도록 넓은 유효 개구면(effectiveaperture)를 가지도록 설계되어야 한다.

광무선 통신을 위하여 광 변복조 알고리즘 및 신호 검출 알고리즘이 필요하다. 광 세기 변조는 LED의 구동 전류원에 PLC 모뎀(420) 등을 이용하여 신호를 실어 출력 광 진폭을 신호 파형으로 만드는 직접 변조 방식이 바람직하며, 그 밖에도 일정한 광을 방사하는 LED와 결합된 전계 효과 감쇄기(EAM)에 신호를 실어 간접 변조하는 방식도 사용할 수 있다. LED 유니트(400)에 대한 PLC 모뎀(420)의 전원 및 신호 직접 공급에 의한 직접 변조 방식은 광무선 통신 시스템에 적합한 방식으로 사료된다.

이와 같이, 기준 지점(예를 들면 도 10의 통합 검침용으로 설치되는 가스 미터 등), LED 유니트(400), PLC 모뎀(420), 서버(500)의 순서로 광통신 네트워크가 형성되는데, 기준 지점과 LED 유니트(400)는 광을 이용한 무선 통신 네트워크가 되고, LED 유니트(400)와 PLC 모뎀(420) 및 서버(500)는 PLC망을 근간으로 하는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크가 된다. 따라서, 기준 지점에 위치한 클라이언트 단말기와 서버(500) 사이에 초고속 인터넷, 3G 통신 등이 자유롭게 구현된다.

도 10은 본 발명의 LED 유니트(400) 및 보안/환경 감지 수단을 이용하여 광 무선 통신으로 원격 검침 또는 보안 제어를 하는 실시예를 도시한 그림이다. 이를 참조하면, LED 유니트(400), 검침 수단, 보안/환경 감지 수단, 서버(500)가 도시된다.

LED 유니트(400)에는 발광부(417)로서 LED 가 설치되고, 검침 수단으로부터 광 무선 통신으로 검침 정보를 입수하는 수광부(418)가 마련된다.;

LED 유니트(400)는 서버(500)와 전력선 통신망을 기반으로 한 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크로 연결된다. 상기 LED 유니트(400)는 전력선 통신망을 잉요하여 전원 및 신호를 입출력받는다. 이를 구축하기 위하여 LED 유니트(400) 및 AMI 네트워크는 PLC 모뎀(420)을 이용하여 연결된다.

한편, 광 무선 통신을 통한 원격 검침을 위하여 검침 수단이 설치되는데, 검침 수단은, 가스 사용량을 측정하는 가스 미터(601), 수도 사용량을 측정하는 수도 미터(602), 전기 사용량을 측정하는 전기 미터(603), 열 사용량을 측정하는 열 미터(604) 중 적어도 하나를 포함한다.

광 무선 통신을 통한 검침 정보 및 제어 정보의 교환을 위하여 LED 유니트(400) 및 검침 수단에 발광부(417,417') 및 수광부(418,418')가 각각 설치된다.

검침 수단에 설치된 발광부(417')로부터 LED 유니트(400)에 설치된 수광부(418)로 전달되는 광을 전달 매체로 하여 검침 수단의 검침 정보가 광 무선 통신을 통하여 서버(500)에 입수된다.

서버(500)에 AMI 네트워크로 연결된 LED 유니트(400)의 발광부(417)로부터 검침 수단에 설치된 수광부(418')로 전달되는 광을 전달 매체로 하여 검침 수단의 제어 정보, 통제 정보, 인식 정보, 식별 정보가 서버(500)로부터 검침 수단으로 광 무선 통신을 통하여 전달된다.

이에 국한되지 않고, 보안 정보나 환경 변수에 관한 정보를 광 무선 통신으로 입수하는 실시예도 가능하다. 이를 위하여 창문이나 문의 열림 상태 또는 보안 상태를 감지하는 보안/환경 감지 수단이 설치된다. 도시된 실시예에 의하면 보안/환경 감지 수단은 창문 열림 감지 수단(611), 창문 파손 감지 수단(612), 창문 접근 감지 수단(613)을 포함한다.

LED 유니트(400) 및 보안/환경 감지 수단에 발광부(417,417') 및 수광부(418,418')가 각각 설치된다.

보안/환경 감지 수단에 설치된 발광부(417')로부터 LED 유니트(400)에 설치된 수광부(418)로 전달되는 광을 전달 매체로 하여 보안/환경 감지 수단의 측정 정보가 광 무선 통신을 통하여 입수된다.

서버(500)에 AMI 네트워크로 연결된 LED 유니트(400)의 발광부(417)로부터 보안/환경 감지 수단에 설치된 수광부(418')로 전달되는 광을 전달 매체로 하여 보안/환경 감지 수단의 제어 정보, 통제 정보, 인식 정보, 식별 정보가 서버(500)로부터 보안/환경 감지 수단으로 광 무선 통신을 통하여 전달된다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

400...LED 유니트 410...AC/DC 컨버터
416...LED 420...PLC 모뎀
417,417'...발광부 418,418'...수광부
422...LED 제어부 500...서버
601...가스 미터 602...수도 미터
603...전기 미터 604...열 미터
611...창문 열림 감지 수단 612...창문 파손 감지 수단
613...창문 접근 감지 수단

Claims

광원이 되는 LED와 상기 LED에서 출사된 광을 입수하는 수광부가 마련되는 LED 유니트;
전력선 통신망으로 형성되어 상기 LED 유니트에 전원 및 제어 신호를 입출력하는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크;
상기 LED 유니트 및 상기 AMI 네트워크를 상기 전력선 통신망으로 연결하는 PLC 모뎀;
상기 LED에서 출사된 광이 상기 수광부에 입수되는 광량에 따라 보안 상태 또는 환경 변수를 감지하는 보안/환경 감지 수단; 을 포함하는 스마트 LED 장치.
제1항에 있어서,
상기 보안/환경 감지 수단은, 상기 LED에서 발광된 후 창문 또는 상기 창문 주변에서 반사되어 되돌아오는 광량을 상기 수광부에서 체크함으로써 상기 창문의 열림을 감지하는 창문 열림 감지 수단, 상기 LED에서 발광된 후 상기 창문 또는 상기 창문 주변에서 반사되어 되돌아오는 광량을 상기 수광부에서 체크함으로써 상기 창문의 깨짐 여부를 감지하는 창문 파손 감지 수단, 상기 LED에서 발광된 후 상기 창문 또는 상기 창문 주변에서 반사되어 되돌아오는 광량을 상기 수광부에서 체크함으로써 상기 창문에 접근한 물체의 존재 여부를 감지하는 창문 접근 감지 수단 중 적어도 하나를 구비하며,
상기 창문 열림 상태, 상기 창문 파손 상태, 상기 창문 접근한 물체의 존재 여부가 상기 보안/환경 감지 수단 및 상기 AMI 네트워크를 거쳐 서버로 입출력되는 스마트 LED 장치.
제1항에 있어서,
상기 보안/환경 감지 수단은, 상기 LED에서 발광된 후 도어 또는 상기 도어 주변에서 반사되어 되돌아오는 광량을 체크함으로써 상기 도어의 열림을 감지하는 도어 열림 감지 수단, 상기 수광부로 되도아오는 광량을 체크함으로써 상기 도어에 접근한 물체의 존재 여부를 감지하는 도어 접근 감지 수단 중 적어도 하나를 구비하며,
상기 도어의 열림 상태, 상기 도어에 접근한 물체의 존재 여부가 상기 보안/환경 감지 수단 및 상기 AMI 네트워크를 거쳐 서버로 입출력되는 스마트 LED 장치.
제1항에 있어서,
상기 보안/환경 감지 수단은, 제1 벽에 설치된 상기 LED에서 발광된 후 제2 벽에 설치된 상기 수광부에 입사되는 광량의 변화를 체크함으로써 상기 제1 벽 또는 상기 제2 벽의 진동량을 측정하는 진동 감지 수단을 구비하며,
상기 제1 벽 또는 상기 제2 벽의 진동량이 상기 보안/환경 감지 수단 및 상기 AMI 네트워크를 거쳐 서버로 입출력되는 스마트 LED 장치.
제1항에 있어서,
상기 보안/환경 감지 수단은, 방에 상기 LED가 설치되는 경우 상기 수광부에 입사되는 광량에 따라 상기 방의 조명 상태를 조절하는 조명 수단, 상기 수광부에서 체크한 광량에 따라 상기 방 내부의 대상물의 움직임을 감지하는 모션 감지 수단, 상기 수광부에서 체크한 광량에 따라 상기 방 내부의 대상물의 위치를 감지하는 위치 감지 수단 중 적어도 하나를 구비하며,
상기 방의 조명 상태, 상기 대상물의 움직임, 상기 방 내부의 대상물의 위치가 상기 보안/환경 감지 수단 및 상기 AMI 네트워크를 거쳐 서버로 입출력되는 스마트 LED 장치.
제5항에 있어서,
상기 모션 감지 수단 및 상기 위치 감지 수단은,
미리 위치를 알고 있는 3개의 기준점으로부터 상기 광을 조사하고 상기 수광부에 입사되는 광량의 차이에 따라 각 기준점까지의 거리를 측정하는 특정 지점에서 반사되는 반사광의 각도를 측정하고 레터레이션(Lateration) 알고리즘,
2개의 기준점의 위치와 상대 거리 및 측정하고자 하는 곳의 각도값을 통하여 목표물의 위치를 검출하는 앵귤레이션(Angulation) 알고리즘,
특정 방향으로 주사한 LED 광이 상기 수광부까지 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 목표물까지의 거리와 위치를 측정하는 TOF(Time Of Flight) 알고리즘 중 적어도 하나에 의하여 상기 대상물의 움직임이나 상기 방 내부의 대상물의 위치를 감지하는 스마트 LED 장치.
광원이 되는 LED와 상기 LED에서 출사된 광을 입수하는 수광부가 마련되는 LED 유니트;
전력선 통신망으로 형성되어 상기 LED 유니트에 전원 및 제어 신호를 입출력하는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크;
상기 LED 유니트 및 상기 AMI 네트워크를 상기 전력선 통신망으로 연결하는 PLC 모뎀; 을 포함하며,
상기 LED 유니트로 탐지한 도어 또는 창문의 열림 상태를 서버에 전송하고 상기 서버의 보안 판단에 따라 상기 도어 또는 상기 창문을 로킹하거나 로킹 해제하는 스마트 LED 장치.
제1항에 있어서,
상기 LED 유니트와 상기 PLC 모뎀을 이용하여 홈이나 사무실의 특정 주소에 상기 LED 유니트의 온오프 신호를 서버에서 원격에서 할당하며,
상기 서버는 상기 특정 주소의 상기 LED 유니트의 온오프 상태를 피드백 받고 그 값에 따라 상기 특정 주소를 주소록에 저장하며, 상기 특정 주소의 원격 검침시 상기 주소록에 저장된 값을 이용하여 홈이나 사무실을 식별하는 스마트 LED 장치.
제1항에 있어서,
상기 LED 유니트가 빌딩의 서로 다른 장소에 복수로 배열됨으로써 센서 노드로 설치되고,
상기 PLC 모뎀이 상기 LED 유니트와 연동되면서, 상기 LED 유니트에서 측정한 상기 빌딩의 습도에 따라 상기 PLC 모뎀이 연결된 서버에서 상기 빌딩의 습도 조절 장치를 원격 제어하거나,
상기 LED 유니트에서 측정한 상기 빌딩의 연기나 화재 발생 상태에 따라 상기 PLC 모뎀이 연결된 서버에서 상기 빌딩의 연기 또는 화재 방지 장치를 원격 제어하거나,
상기 LED 유니트에서 측정한 대상물 존재 여부 및 대상물 위치에 따라 상기 PLC 모뎀이 연결된 서버에서 상기 빌딩의 보안 장치를 원격 제어하거나,
상기 LED 유니트에서 측정한 상기 빌딩의 공기 상태에 따라 상기 PLC 모뎀이 연결된 서버에서 상기 빌딩의 공기 조화 장치를 원격 제어하거나,
상기 LED 유니트에서 측정한 상기 빌딩의 온도에 따라 상기 PLC 모뎀이 연결된 서버에서 상기 빌딩의 온도 조절 장치를 원격 제어하거나,
상기 LED 유니트에서 측정한 상기 빌딩의 가스 누출 상태에 따라 상기 PLC 모뎀이 연결된 서버에서 상기 빌딩의 가스 조절 장치를 원격 제어하거나,
상기 LED 유니트에서 측정한 상기 빌딩의 공기 상태에 따라 상기 PLC 모뎀이 연결된 서버에서 상기 빌딩의 이온 발생 장치를 원격 제어하여 상기 빌딩에 음이온 또는 양이온을 분사하는 스마트 LED 장치.
냉장고를 포함한 가전 기기에 설치되는 것으로, 광원이 되는 LED와 상기 LED에서 출사된 광을 입수하는 수광부가 마련되는 LED 유니트;
전력선 통신망으로 형성되어 상기 LED 유니트에 전원 및 제어 신호를 입출력하는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크;
상기 LED 유니트 및 상기 AMI 네트워크를 상기 전력선 통신망으로 연결하는 PLC 모뎀; 을 포함하며,
상기 LED 유니트는, 상기 수광부에 입수되는 광량에 따라 상기 가전 기기 내부의 조명 상태를 인식하고 상기 LED의 온오프시켜 상기 가전 기기 내부를 조명하는 조명 수단, 상기 수광부에 입수되는 광량에 따라 상기 가전 기기의 도어 열림을 감지하는 도어 열림 감지 수단, 상기 수광부가 상기 가전 기기 내부의 적외선 양을 측정함으로써 상기 가전 기기 내부의 온도를 측정하는 온도 감지 수단, 상기 수광부에 입사되는 광량 차이에 따라 상기 가전 기기 내부의 습도를 감지하는 습도 감지 수단 중 적어도 하나가 되고,
상기 PLC 모뎀에 연결된 서버는 상기 LED 유니트에서 입수된 정보에 따라 상기 가전 기기를 원격 제어하는 스마트 LED 장치.
클라이언트 단말기;
광원으로서 LED를 구비하는 LED 유니트;
전력선 통신망으로 형성되어 상기 LED 유니트에 전원 및 제어 신호를 입출력하는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크;
상기 LED 유니트 및 상기 AMI 네트워크를 상기 전력선 통신망으로 연결하는 PLC 모뎀;
상기 AMI 네트워크에 연결되는 서버; 를 포함하고,
상기 LED에서 조사되는 광을 전달 매체로 하여 상기 클라이언트 단말기 및 상기 LED 유니트는 광 무선 통신으로 연결되고,
상기 LED 유니트 및 상기 서버는 상기 PLC 모뎀을 통하여 상기 AMI 네트워크로 연결되며,
상기 클라이언트 단말기 및 상기 서버는 상기 광 무선 통신 및 상기 AMI 네트워크가 결합된 하이브리드 통신망으로 연결되는 스마트 LED 장치.
제11항에 있어서,
상기 광 무선 통신을 위하여 상기 LED에서 조사되는 광의 파장 대역은 10μm~1000nm이며 주파수로는 30~300THz 대역인 것을 특징으로 하는 스마트 LED 장치.
제11항에 있어서,
상기 광 무선 통신에서 광원으로서 사용되는 상기 LED는 개구면(Apertutre) 안테나의 방사 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 스마트 LED 장치.
광원이 되는 LED를 구비한 LED 유니트;
전력선 통신망으로 형성되어 상기 LED 유니트에 전원 및 신호를 입출력하는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크;
상기 LED 유니트 및 상기 AMI 네트워크를 상기 전력선 통신망으로 연결하는 PLC 모뎀; 을 포함하고,
가스 사용량을 측정하는 가스 미터, 수도 사용량을 측정하는 수도 미터, 전기 사용량을 측정하는 전기 미터, 열 사용량을 측정하는 열 미터 중 적어도 하나를 포함하는 검침 수단이 설치되고,
상기 LED 유니트 및 상기 검침 수단에 발광부 및 수광부가 각각 설치되며,
상기 검침 수단에 설치된 발광부로부터 상기 LED 유니트에 설치된 수광부로 전달되는 광을 전달 매체로 하여 상기 검침 수단의 검침 정보가 광 무선 통신을 통하여 입수되거나,
서버에 상기 AMI 네트워크로 연결된 상기 LED 유니트의 발광부로부터 상기 검침 수단에 설치된 수광부로 전달되는 광을 전달 매체로 하여 상기 검침 수단의 제어 정보가 상기 서버로부터 상기 검침 수단으로 광 무선 통신을 통하여 전달되는 스마트 LED 장치.
제14항에 있어서,
창문이나 문의 열림 상태 또는 보안 상태를 감지하는 보안/환경 감지 수단을 포함하고,
상기 LED 유니트 및 상기 보안/환경 감지 수단에 발광부 및 수광부가 각각 설치되며,
상기 보안/환경 감지 수단에 설치된 발광부로부터 상기 LED 유니트에 설치된 수광부로 전달되는 광을 전달 매체로 하여 상기 보안/환경 감지 수단의 측정 정보가 광 무선 통신을 통하여 입수되거나,
서버에 상기 AMI 네트워크로 연결된 상기 LED 유니트의 발광부로부터 상기 보안/환경 감지 수단에 설치된 수광부로 전달되는 광을 전달 매체로 하여 상기 보안/환경 감지 수단의 제어 정보가 상기 서버로부터 상기 보안/환경 감지 수단으로 광 무선 통신을 통하여 전달되는 스마트 LED 장치.