KR20130030925A

KR20130030925A - Ｌｅｄ 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템

Info

Publication number: KR20130030925A
Application number: KR1020110094523A
Authority: KR
Inventors: 정진우
Original assignee: (주)씨제이에코
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-03-28

Abstract

본 발명은 안정기에 디지털 디밍기능을 도입하여 통신선이 없이 가시광 신호로 복수의 LED 조명기구 그룹을 무선으로 제어할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 리모컨 설정형 센서 등을 별도의 매칭이 필요없이 1개의 포트에 공용으로 사용할 수 있도록 내장된 마이콤에 프로그램으로 구성한 디지털 디밍 회로를 채택하며, LED 조명기구의 빛과 함께 송출된 가시광 신호를 받아 무선으로 다수의 안정기를 중앙제어장치가 없이도 간단하게 제어할 수 있는 새로운 그룹제어 방식을 구현함으로써, 에너지 절감 효과는 물론 저렴한 투자비용으로 고신뢰성 및 고정밀 제어가 가능하며, 전반적으로 그룹제어 시스템의 안정화를 도모할 수 있는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템을 제공한다.

Description

ＬＥＤ 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템{LED lighting device group control dimming system with visible light wireless communication}

본 발명은 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디지털디밍기능이 기본 내장된 안정기에 LED 조명기구를 통하여 보내지는 가시광송신부를 가진 마스터램프와 이 가시광신호를 받는 수신부를 가진 슬레이브램프가 마스터램프와 연동하여 디밍을 할 수 있도록 하며, 마스터램프와 슬레이브램프 사이의 거리가 멀어서 수신감도가 약할 경우에 마스터램프의 신호를 받아 다시 주변의 슬레이브램프에 보내주으로서 제어영역을 광범위하게 확장하여 주는 익스팬션램프로 구성되어 램프안정기 간의 통신을 연결선이 없이 무선으로 복수의 LED 조명기구 그룹을 효율적으로 제어할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

최근 에너지 절감과 지구 온실 가스를 감축해야만 하는 현실적 환경 변화에 따라 LED를 이용한 조명 기구와 디스플레이 장치들이 자동차, 신호등, 광고판, TV, 모니터, 휴대 기기, 특수 조명 및 일반 조명 등의 일상 생활에 급속히 확산되고 있다.

이와 더불어 LED 조명 기구와 디스플레이 장치들에 통신기능을 부가하여 LED 광원의 고유 목적과 통신 수단으로서의 목적을 동시에 달성하고자 하는 무선통신 기술도 활발히 연구되고 있다.

또한, UN 기후변화협약의 교토의정서 발효에 따라 에너지 절감과 온실 가스를 의무적으로 감축해야만 하는 현실적인 상황들도 세계 여러 나라들에서 기존의 광원들을 LED 광원으로 급속히 교체하고 있는 이유 중 하나이다.

보통 가시광 무선통신 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역(380n~780nm 영역)의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다.

이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛을 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신 기술과 구별되며, 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있다.

그리고, 가시광 무선통신 시스템의 송수신 구조는 아날로그와 디지털 통신 방법에 따라 다양하게 설계될 수 있다.

한편, 최근 주택이나 빌딩의 실내 조명으로서 기존의 백열등이나 형광등 외에 조명용 LED 모듈이 사용되는 경우가 많은데, 기존의 백열등이나 형광등과 비교하여 LED는 고휘도, 저전력소비, 소형, 경량, 및 장수명 등의 장점을 가지고 있기 때문에 최근 LED를 조명장치로 이용하려는 노력과 개발이 많아지고 있고 이에 대한 수요도 증가하고 있다.

또한, 백열등이나 형광등에 대한 경우와 마찬가지로, LED 조명을 단순히 ON/OFF하는 것 뿐만 아니라 디밍(Dimming) 조절을 할 수 있는 LED 조명장치도 널리 사용되고 있다.

보통 전력소비 절감의 일환으로 램프를 최대전력 또는 절감전력 등으로 점등시키는 디밍 기술은 사람이나 차량 등의 유동이 많은 시간 또는 밝은 조광이 필요한 시간에는 최대출력으로 램프를 점등시키고, 늦은 밤이나 유동이 거의 없는 새벽에는 절감출력으로 램프를 점등시켜 에너지 절감을 기할 수 있도록 하는 기술이다.

일반적으로 복수 개를 서로 직렬 혹은 병렬로 연결한 LED 조명기구에서는 LED 조명기구의 휘도를 개별적으로 조정할 수 없기 때문에 LED 조명기구의 수명이 저하되고, 아울러 LED 조명기구의 작동으로 인한 소비전력이 증가하는 단점이 있다.

이러한 단점을 개선하기 위하여 최근에는 복수 개의 LED 조명기구에 대한 그룹제어를 통해 소비전력을 줄일 수 있도록 한 시스템들이 일부 제시되고 있는 추세이다.

그러나, LED 조명기구의 그룹제어를 위한 방식은 현재 중앙제어방식을 모두 적용하고 있기 때문에 설치시 초기비용이 높고, 에너지 절약비용 대비 회수기간이 길어지므로 최초 도입시 경제적인 부담이 큰 단점이 있다.

예를 들면, 종래 그룹제어의 경우, 중앙컨트롤장치를 채택하고 있는 관계로 고가의 설치비가 필요하고, 대부분이 유선방식이어서 시공 및 보수 측면에서 불리한 점이 있으며, 간혹 무선방식의 경우에도 RF, 지그비(Zigbee) 방식을 채택하는데, 이는 설치되는 현장 여건이 많이 다른 관계로 RF나 지그비방식에서는 오작동의 우려가 높아 시스템 안정성을 떨어뜨리는 단점이 있다.

또, 그룹제어 대상이 가로등인 경우에는 방해전파 발생 등으로 오작동을 일으키는 사례가 종종 있으며, 지역적으로 중앙컨트롤장치로부터 먼 곳에 있는 가로등은 제어가 않되는 등 먼곳일수록 조도 제어에 취약한 면을 보이고 있다.

또, 유선의 경우 시공상의 난이도가 높고 고비용이 소요되며, 배선의 거리에 의하여 신호의 세기가 약해져서 오작동 우려가 높다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 리모컨 설정형 자동조도조절센서와 마이크로웨이브센서 및 벽부착볼륨으로 조도를 조절하기 위하여 각 센서별로 별도의 매칭이 필요없이 1개의 포트에 공용으로 사용할 수 있도록 기능이 내장된 마이콤에 프로그램으로 구성한 디지털 디밍 회로를 채택한 안정기를 본체로 하여 이 안정기의 본체에 LED의 빛과 함께 제어신호를 동시에 발송하도록 하는 가시광신호 발진기를 내장한 마스터램프와 가시광신호를 받아 안정기의 디밍회로에 마스터램프와 동시에 동일한 동작을 하도록 하는 광수신부를 내장한 슬레이브램프 그룹이 연동하여 다수의 조명기구를 무선으로 그룹제어 할 수 있는 새로운 그룹제어 방식을 구현함으로써, 에너지 절감 효과는 물론 저렴한 투자비용으로 고신뢰성 및 고정밀 제어가 가능하며, 전반적으로 그룹제어 시스템의 안정화를 도모할 수 있는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이 때, 마스터램프와 슬레이브램프 사이의 거리가 멀어 수신감도가 약해 질 경우에 마스터램프 또는 슬레이브램프와의 적당한 거리에 가시광수신부와 발신부를 동시에 내장한 익스팬션램프를 설치함으로서 그룹제어 영역을 광범위하게 확장 할 수 있다.

또한, 디밍안정기에는 각각의 그룹을 선택할 수 있도록 ID선택스위치가 내장되어 동일한 공간에 다수의 각기 다른 ID를 가진 조명기구가 혼재되어 있다 하더라도 동일한 ID를 가진 마스터램프와 슬레이브램프 그룹만이 연동되기 때문에 자유자재의 그룹제어가 가능하다. 이러한 ID번호는 다수를 내장 시킬 수 있도록 스위치로서 구성되어 있으므로 조명기구의 설치현장에서 기구 레이아웃 또는 동선에 맞추어 바로 설정할 수 있도록 편리성을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템은 다음과 같은 특징이 있다.

상기 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템은 서로 전기적으로 연결되어 있는 LED 조명기구와 이에 배속되는 가시광 통신 디밍 안정기의 조합으로 구성되는 복수 개의 그룹과, 상기 복수 개의 그룹 중에서 선택된 1개의 그룹에 해당하는 마스터 그룹에 속해 있는 가시광 통신 디밍 안정기에 연결되며 이 마스터 그룹의 LED 조명기구가 설치되어 있는 주변의 채광량 변화를 감지한 후에 이때의 감지신호를 마스터 그룹의 가시광 통신 디밍 안정기측에 제공하는 디밍 센서와, 상기 하나의 마스터 그룹을 제외한 나머지 그룹들을 슬레이브 그룹으로 하고, 각 슬레이브 그룹에 하나씩 배속하는 동시에 마스터 그룹에 속하는 LED 조명기구의 변조된 빛을 수신하여 이를 해당 슬레이브 그룹의 가시광 통신 디밍 안정기측에 제공하는 광수신기를 포함하는 시스템으로 이루어진다.

이에 따라, 상기 디밍 센서에서 신호를 받은 가시광 통신 디밍 안정기에 의해 마스터 그룹에 있는 마스터램프의 LED 조명기구의 밝기를 제어하는 한편, 이와 동시에 상기 마스터램프에서 신호를 받은 가시광수신부를 내장한 디밍 안정기에 의해 나머지 슬레이브 그룹의 LED 조명기구의 밝기를 마스터램프의 LED 조명기구의 밝기와 동일하도록 제어하는 방식으로 그룹제어를 할 수 있는 특징이 있다.

예를 들면, 상기 그룹제어 디밍시스템은 리모컨수신부 자동조도조절센서나 마이크로웨이브센서 또는 수동으로 조절하는 볼륨으로부터 명령을 받아 스스로의 밝기를 조절하면서 동일한 ID번호를 가진 슬레이브램프에 가시광신호를 보내는 발신부를 내장한 마스터램프와 마스터램프로부터 가시광신호를 받아 스스로의 밝기를 마스터램프와 동일하게 조절하도록 하는 가시광수신부를 내장한 슬레이브램프로 기본적인 구성을 하고, 마시터램프와 슬레이브램프 사이의 거리가 멀어서 가시광신호가 약해지므로 인한 오작동을 방지하기 위하여 가시광수신부와 발신부를 동시에 내장하고 마스터램프와 동일한 ID번호를 가진 익스팬션램프로 구성되는 것을 하나의 그룹으로 하는 시스템으로 이루어진다.

또한, 이러한 동일제어그룹은 ID번호를 설정하므로 하여 다수의 각기 다른 그룹 군을 설정할 수 있으며 이렇게 형성된 그룹 군은 동일공간에서도 마스터램프의 ID번호에 따라 내 보내어지는 가시광주파수의 특성이 서로 다르기 때문에 한 개의 마스터램프에 종속되어 있는 슬레이브램프는 다른 ID번호를 가진 마스터램프의 신호에는 간섭이 발생되지 않으므로 오작동의 문제도 없다.

여기서, 상기 마스터 그룹에 속하는 가시광 통신 디밍 안정기는 LED 조명기구 구동을 위한 SMPS와, 디밍 센서의 신호를 받아 SMPS를 제어하여 LED 조명기구의 밝기를 조절하는 동시에 ID 번호 선택스위치에 의한 ID 식별 및 발진기를 제어하는 MCU와, 상기 MCU의 제어에 의하여 그 가시광 신호를 LED 조명기구를 통하여 발신하도록 하는 발진부를 포함하여 구성할 수 있다.

그리고, 슬레이브 그룹에 속하는 가시광 통신 디밍 안정기는 LED 조명기구 구동을 위한 SMPS와, 마스터램프로부터의 신호를 받는 광수신기와 광수신기의 신호를 슬레이브 그룹의 LED 조명기구의 밝기를 분석하여 디밍데이터를 추출하는 컨디셔너와 이 신호에 의하여 제어하는 MCU를 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 디밍 센서의 경우, 리모컨과의 연동을 위한 리모컨 수신부를 내장하면서 밝기를 감지하는 조도 센서, 또는 사람이나 차량의 움직임을 감지하는 마이크로웨이브 센서나 인감지 센서, 벽에 부착되는 볼륨 스위치 등과 같은 센싱 수단을 적용하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예로서, 본 발명에서 제공하는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템은 마스터 그룹의 LED 조명기구와 슬레이브 그룹의 LED 조명기구의 설치 거리가 먼 경우, LED 조명기구 및 광수신기, 가시광 통신 디밍 안정기를 가지는 익스펜션 그룹을 더 포함할 수 있는데, 이러한 익스펜션 그룹의 가시광 통신 디밍 안정기는 LED 조명기구 구동을 위한 SMPS와, 마스터램프 또는 슬레이브램프로 부터의 신호를 받는 광수신기와 광수신기의 신호를 분석하여 디밍테이터를 추출하는 컨디셔너와 이 신호에 의하여 슬레이브 그룹의 LED 조명기구의 밝기를 제어하는 MCU와 MCU의 제어에 의하여 그 가시광 신호를 LED조명기구를 통하여 발신하도록 하는 발진부를 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 광수신기의 경우에는 포토다이오드 또는 포토트랜지스터를 적용할 수 있으며, 슬레이브 그룹측과 배선되는 동시에 마스터 그룹의 LED 조명기구로부터 조사되는 변조빛을 정확하게 인식할 수 있도록 360°방향으로 회전가능한 구조로 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템은 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 안정기 내의 디지털 디밍 기능 도입 및 자동조도센서(리모컨 설정), 인감지센서와 마이크로웨이브센서 및 벽부착볼륨에 관한 주변기기를 개발하여, 에너지절약을 20~30% 추가함으로써, 초기 도입 비용의 상각기간을 최소화할 수 있다.

둘째, 무선으로 다수의 안정기를 연결하여 간단하게 그룹제어를 할 수 있다.

셋째, 안정기 간의 통신방식으로 중앙컨트롤장치가 불필요하고, 기존의 LED 램프를 통하여 제어신호 송출이 가능하며, 조명공간을 그대로 이용하므로 오작동이 전혀 없다.

넷째, 배선의 시공이 불필요하며, 익스펜션 모듈을 사용하여 무제한 확장할 수 있는 등 공간의 확장성이 우수하다.

다섯째, 각 그룹 간에 별도의 ID번호를 부여하여 동일공간에서도 다수의 그룹제어가 가능하다.

여섯째, 가로등 및 보안등의 경우 정확한 동작 및 장거리 설치가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템의 마스터 모듈을 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템의 슬레이브 모듈을 나타내는 개략도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템의 익스펜션 모듈을 나타내는 개략도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템의 가시광 무선통신 디밍 안정기를 나타내는 개략도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템에서 마스터 모듈과 슬레이브 모듈 간의 동작 예 및 ID번호 부여에 의한 각기 다른 그룹의 제어를 나타내는 개략도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템에서 마스터 모듈과 익스팬션 모듈 및 슬레이브 모듈 간의 동작 예를 나타내는 개략도
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템에서 리모컨 및 LED 디밍 라이트 센서와 안정기, LED 마이크로웨이브 센서와 안정기, 벽부착볼륨과 안정기 간의 접속관계를 나타내는 개략도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템의 사용 예를 나타내는 개략도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템은 중앙제어 장치가 없이도 다수의 안정기를 그룹제어할 수 있어 존 컨트롤(Zone control)이 가능한 그룹제어 방식을 채택하고 있다.

또한, 본 발명의 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템은 디지털 디밍 회로 내장형으로서, 리모컨 설정형 자동 조도 센서, 인감지 센서, 마이크로웨이브 센서 및 벽부착볼륨을 별도의 매칭이 필요없이 1개의 포트에 공용으로 사용할 수 있도록 내장된 마이콤에 프로그램으로 내장하였다.

상기 자동 조도 센서의 경우 창으로부터 들어오는 태양광의 양에 따라 리모컨에 의하여 설정된 조도를 자동으로 유지하여 줌으로써, 대낮의 과다한 밝기에는 해당 광량만큼 램프의 조도를 낮추어 주게 되고, 그 결과 소비전력을 20~30% 정도 추가로 절약할 수 있다.

또한, 인감지 센서 및 마이크로웨이브 센서는 사람 또는 차량의 이동을 감지하여 부재시에 최저 조도를 유지하고, 벽부착볼륨은 사용자가 임의로 조도를 설정할 수 있으므로, 절전효과를 향상시킬 수 있다.

이를 위하여, 상기 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템은 서로 전기적으로 연결되어 있는 LED 조명기구와 각 LED 조명기구에 하나씩 배속되는 가시광 통신 디밍 안정기의 조합으로 구성되는 복수 개의 그룹, 예를 들면 마스터램프를 가지는 1개의 마스터 그룹(마스터 모듈)과 다수의 슬레이브 그룹(슬레이브 모듈), 그리고 필요에 따라서는 다수의 익스펜션 그룹(익스펜션 모듈)을 포함한다.

이러한 각 그룹들은 서로 간에 가시광통신을 이용하여 자신의 그룹에 속해 있는 LED 조명기구의 밝기가 조절되도록 하거나, 또 다른 그룹에 속해 있는 LED 조명기구들과의 연동을 통해 자동으로 LED 조명기구의 밝기가 조절되도록 하고 있다.

또한, 1개의 마스터램프에 배속된 슬레이브 그룹과 익스팬션 그룹은 동일한 ID번호에 의하여 동일 그룹으로 구분되며 또 다른 ID번호를 가진 1개의 마스터램프에 배속된 슬레이브 그룹과 익스팬션 그룹은 앞의 그룹과 동일한 공간에서도 혼신이 없이 각기 다른 그룹제어가 가능하다.

여기서, 복수 개의 그룹 중에서 임의로 선택된 1개의 그룹에 해당하는 마스터 그룹(마스터 램프)에 속해 있는 LED 조명기구가 설치되어 있는 주변 영역의 채광량 변화 또는 물체를 감지하거나 볼륨에 의한 디밍 센서가 마련되고, 이때의 디밍 센서는 마스터 그룹에 속해 있는 가시광 통신 디밍 안정기에 연결되어 그 감지신호를 마스터램프의 가시광 통신 디밍 안정기측에 제공하는 기능을 하게 된다.

그리고, 1개의 마스터 그룹이 설정되면, 자연스럽게 나머지 그룹들은 해당 마스터램프와 동일한 ID번호를 선택스위치에 의하여 부여하므로 하여 슬레이브 그룹이 되는데, 이러한 각각의 슬레이브 그룹에는 포토다이오드 또는 포토트랜지스터 등과 같은 광수신기가 구비된다.

이때의 광수신기는 마스터램프에 속하는 LED 조명기구의 변조된 빛을 수신하고, 이렇게 수신한 신호를 자신이 속해 있는 슬레이브 그룹의 가시광 통신 디밍 안정기측으로 전송하는 기능을 하게 된다.

따라서, 상기 마스터램프의 LED 조명기구는 디밍 센서의 신호가 입력되는 가시광 통신 디밍 안정기에 의해 그 밝기가 제어될 수 있게 되고, 이와 더불어 상기 슬레이브 그룹의 LED 조명기구는 각자가 가지고 있는 광수신기로부터의 신호가 입력되는 가시광 통신 디밍 안정기에 의해 그 밝기가 제어될 수 있게 되며, 특히 이때의 슬레이브 그룹의 LED 조명기구의 밝기는 마스터램프의 LED 조명기구의 밝기와 동일하도록 제어될 수 있게 된다.

이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템의 마스터 모듈을 나타내는 개략도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 마스터 모듈(10), 즉 마스터램프는 가시광 통신 디밍 안정기(11), 디밍 센서(12), LED 조명기구(13)를 포함한다.

여기서, 상기 디밍 센서(12)는 리모컨과의 연동을 위한 리모컨 수신부를 내장하면서 밝기를 감지하는 조도 센서, 사람이나 차량의 움직임을 감지하는 마이크로웨이브 센서나 인감지 센서, 벽에 부착되는 볼륨 스위치 등을 적용할 수 있다.

상기 조도 센서의 경우 주변 조도변화를 감지한 후에 리모컨에 의하여 설정된 조도에 해당하는 신호를 안정기에 보내어 출력을 조절할 수 있도록 해주는 작동원리로 이루어지며, 리모컨 수신부가 내장되어 있다.

상기 인감지 센서는 실내의 사람이 있는지를 감지하는 센서로서, 감도 및 딜레이 타임의 조절이 가능하도록 되어 있다.

상기 마이크로웨이브 센서의 경우 움직이는 물체를 감지하며, 이 역시 감도 및 딜레이 타임의 조절 및 최저조도의 설정이 가능하도록 되어 있다.

상기 리모컨의 경우에는 멀티 조도 센서에 설정명령을 줄 수 있는 수단으로서, 수동으로 밝기조절의 조작이 가능하고, 자동으로도 설정이 가능하다.

또한, 상기 LED 조명기구(13)는 형광등 대체 LED 램프, 면광원, 다운라이트, 보안등 및 가로등 등과 같은 조명기구들을 적용할 수 있다.

상기 가시광 통신 디밍 안정기(11)는 기본적으로 LED 조명기구(13)를 구동시켜주기 위한 SMPS(14), LED 조명모듈을 통하여 가시광 신호를 송출하는 기능을 수행하는 발진기(15), 디밍 센서(12)의 신호를 받아 SMPS(14)를 제어하여 LED 조명기구(13)의 밝기를 조절하는 동시에 발진기(15)를 제어하는 MCU(16) 등을 포함하며, 이들은 서로 전기적인 회로구성으로 갖는다.

따라서, 상기 디밍 센서(12)에서 신호를 받은 MCU(16)는 SMPS(14)의 출력을 제어하여 LED 조명기구(13)의 밝기를 조절한다.

이와 동시에 상기 MCU(16)는 약 10kHz의 발진기(15)를 제어하여 그 신호를 LED 조명기구(13)를 통해 전송하고, 이에 따라 LED 조명기구(13)에서 조사되는 변조된 광신호를 슬레이브 그룹 또는 익스팬션 그룹에 있는 광수신기가 이를 검출할 수 있게 된다.

그리고, 상기 디밍 센서(12)의 경우에는 마스터 모듈(10)에만 연동할 수 있게 된다.

이러한 가시광 통신 디밍 안정기(11)는 디지털 디밍회로가 내장되어 있어서 위의 각종 센서를 동일한 포트에 공용으로 사용이 가능하다(별도의 매칭이 필요없다).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템의 슬레이브 모듈을 나타내는 개략도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 슬레이브 그룹을 의미하는 슬레이브 모듈(20)은 가시광 통신 디밍 안정기(21), 광수신기(22), LED 조명기구(23) 등을 포함한다.

상기 광수신기(22)는 마스터 모듈(10)의 LED 조명기구(13)로부터 나오는 변조된 빛을 수신하는 수단으로서, 포토다이오드 또는 포토트랜지스터 등을 적용할 수 있다.

또한, 이때의 광수신기(22)는 마스터 모듈(10)의 LED 조명기구(13)로부터 조사되는 변조빛을 정확하게 인식할 수 있도록 하기 위해 조명기구 옆에 360°방향으로 회전가능한 구조로 간단히 설치될 수 있다.

이러한 광수신기(22)는 가시광 수광을 위한 다이오드 유닛으로서, 슬레이브 모듈(20)의 가시광 통신 디밍 안정기(21)측과 배선되어 있고, 그 수광부에는 일 예로 포토트랜지스터가 내장되어 있다.

그리고, 상기 가시광 통신 디밍 안정기(21)는 마스터 모듈(10)과 마찬가지로 LED 조명기구(23)를 구동시켜주기 위한 SMPS(24), 광수신기(22)측에서 제공되는 신호를 받아 SMPS(24)를 제어하여 LED 조명기구(23)의 밝기를 조절하는 MCU(26) 등을 포함한다.

특히, 상기 가시광 통신 디밍 안정기(21)는 광수신기(22)의 신호를 필터링 및 증폭하는 컨디셔너(25)를 포함하며, 상기 컨디셔너(25)에 의해 필터링 및 증폭된 신호는 MCU(26)측으로 입력되고, 이들 역시 서로 전기적인 회로구성으로 갖는다.

따라서, 마스터 모듈(10)에 있는 LED 조명기구(13)로부터 전송된 약 10kHz 신호(변조 빛)는 슬레이브 모듈(20)의 광수신기(22)에 입력되고, 이는 다시 약 10kHz 컨디셔너(25)를 거쳐 MCU(26)로 전달된다.

계속해서, 상기 MCU(26)는 약 10kHz 신호를 분석하는 한편, 마스터 모듈(10)에 기 설정되어 있는 디밍 데이터 및 ID 번호를 추출하여 슬레이브 모듈(20)에 속해 있는 LED 조명기구(23)의 밝기를 마스터 모듈(10)에 속해 있는 LED 조명기구(13)의 밝기와 동일하도록 제어한다.

예를 들면, 상기 MCU(10,26)에는 가시광통신 디밍안정기의 SMPS와 프로그램 매칭이 되어 있어 디밍센서 또는 컨디셔너로부터 보내오는 신호를 분석하여 SMPS의 출력을 조절함과 동시에 마스터모듈(10)의 경우에는 가시광신호의 변조를 위한 발진기까지 제어를 하게 된다. 따라서 LED 조명기구(23)의 밝기를 마스터 모듈(10)에 속해 있는 LED 조명기구(13)의 밝기와 동일하도록 제어할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템의 익스펜션 모듈을 나타내는 개략도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 익스펜션 그룹, 즉 익스펜션 모듈(30)은 마스터 모듈(10)의 LED 조명기구(13)와 슬레이브 모듈(20)의 LED 조명기구(23) 간의 설치 거리가 먼 경우, 마스터 모듈(10) 또는 슬레이브 모듈(20) 중 어느 쪽이던 가시광 신호를 받아 먼 곳의 슬래이브 모듈에 전달하는 중계기 역할을 수행하는 부분이다.

이러한 익스펜션 모듈(30)은 마스터 모듈(10)의 가시광 통신 디밍 안정기(11)가 가지고 있는 요소 및 슬레이브 모듈(20)의 가시광 통신 디밍 안정기(21)가 가지고 있는 요소에 상응하는 SMPS(34), MCU(36), 발진기(35a), 컨디셔너(35b) 등을 포함하는 가시광 통신 디밍 안정기(31)를 갖는다.

또한, 마스터 모듈(10)의 LED 조명기구(13)에서 조사되는 변조빛이나 슬레이브 모듈(20)의 LED 조명기구(23)에서 조사되는 변조빛을 수신하는 광수신기(32)와, 마스터 모듈(10)의 LED 조명기구(13)를 대신하여 슬레이브 모듈(20)의 광수신기(22)측에 변조빛을 제공하는 LED 조명기구(33)을 포함한다.

이러한 익스펜션 모듈(30)은 수광부와 발진부를 동시에 탑재하여 제2의 마스터 모듈 역할을 수행할 수 있게 된다.

예를 들면, 상기 광수신기(32)에서 신호를 받은 MCU(36)는 SMPS(34)의 출력을 제어하여 LED 조명기구(33)의 밝기를 조절하는 한편, 약 10kHz의 발진기(35a)를 제어하여 그 신호를 LED 조명기구(33)를 통해 전송하고, 이에 따라 LED 조명기구(33)에서 조사되는 변조된 빛을 슬레이브 모듈(20)에 있는 광수신기(22)가 이를 검출할 수 있게 된다.

이와 같은 익스펜션 모듈은 마스터 모듈로부터 슬레이브 모듈의 LED 조명기구의 거리가 멀어서 마스터 모듈의 LED 조명기구의 신호를 슬레이브 모듈의 LED 조명기구가 정확하게 인식하지 못할 경우에 유용하게 사용할 수 있으며, 마스터 모듈 또는 슬레이브 모듈의 가시광 신호를 정확하게 감지할 수 있는 지점에 설치하여 제어면적의 확장시에 사용하며, 무한정 확장이 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템의 가시광무선통신 디밍 안정기를 나타내는 개략도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 가시광 통신 디밍 안정기는 기본적으로 입력전원부, 출력전원부, 발진부, 디밍수신부, 제어부, 수광부 등을 포함하는 일체형 구조로 이루어져 있으며, 입력전원부, 출력전원부 및 제어부는 안정기의 역할에 관계없이 공통으로 적용되고 디밍수신부, 수광부 및 발진부는 안정기의 역할에 따라 추가하여 사용할 수 있게 되어 있다.

여기서, 상기 디밍수신부는 디밍 센서측으로부터 신호를 받는 부분이고, 수광부는 광수신기측으로부터 신호를 받는 부분이며, 발진부는 LED 조명기구측와 전기적으로 연결되는 부분에 설치되어 LED 조명기구를 통한 가시광 신호의 변조특성을 제어하게 된다.

그리고, 이러한 가시광 통신 디밍 안정기로는 AC85~265V 또는 AC240~310V의 전원이 공급될 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템에서 마스터 모듈과 슬레이브 모듈 간의 동작 예 및 ID번호 부여에 의한 각기 다른 그룹의 제어를 나타내는 개략도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템에서 마스터 모듈과 익스팬션 모듈 및 슬레이브 모듈 간의 동작 예를 나타내는 개략도이다.

도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 여기서는 가시광 통신 디밍 안정기에 ID 번호를 부여하여 그룹제어를 수행하는 예를 보여준다.

마스터 모듈의 ID 번호가 #1일 경우 동일한 ID 번호를 가진 슬레이브 모듈만이 연동한다.

가시광 통신 디밍 안정기에 탑재되어 있는 셀렉터 스위치(미도시)를 사용하여 현장에서 그룹제어 계획에 맞추어 임의로 부여할 수 있다.

이때, 셀렉터 스위치는 안정기 커버를 열지 않고 외부에서 간단하게 선택할 수 있다.

이러한 그룹제어의 동작 예를 살펴보면 다음과 같다.

ID 번호 #1의 그룹은 마스터 모듈 #1의 신호만을 인식하여 연동한다.

ID 번호 #2의 그룹은 마스터 모듈 #2의 신호만을 인식하여 연동한다.

따라서, 마스터 모듈의 ID 번호와 동일한 슬레이브 모듈만이 연동되므로, 현장 여건 또는 고객의 요구에 의거하여 자유자재로 연동시킬 수 있다.

또한, 거리가 멀어서 확장하는 경우에도 익스펜션 모듈의 ID 번호를 해당 마스터 모듈의 ID 번호로 설정하면 된다.

한편, 리모컨 수신부를 가지는 자동 조도 센서와 마스터 모듈 간의 연동관계에서 리모컨의 경우, LED 조명기구의 밝기를 최대 또는 최저로 전환시킬 수 있는 ECO 버튼, 수동조작에서 약 14단계로 밝기 조절이 가능한 UP 버튼, 수동조작에서 약 14단계로 어둡게 조절이 가능한 DOWN 버튼, 임의의 조도에서 자동 조절모드로 전환시킬 수 있는 SET 버튼, 자동모드에서 수동모드로 전환시킬 수 있는 CLS 버튼 등이 갖추어져 있다.

그리고, 자동 조도 센서의 경우, 리모컨 수신부와 포트트랜지스터 등과 같은 조도 센서가 내장되어 있고, 디지털 자동 조절회로가 내장되어 있으며, DC12V 구동 및 DC2~10V 출력을 갖게 된다.

본 발명에서 제공하는 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템을 이용한 자동 밝기 조절 방식을 살펴보면 다음과 같다.

주간에는 창 밖의 태양광이 실내조도에 추가되어 불필요한 조명전력이 소모된다.

자동 조도 센서는 외부로부터의 채광량 변화에 따라 자동적으로 LED 출력을 조절한다.

임의의 조도는 리모컨으로 설정이 가능하고, 이 설정치를 유지하기 위하여 센서가 안정기의 출력을 가감하며, 수동모드에서는 최저와 최대조도 사이에 약 14단계의 간격으로 설정할 수 있다.

이러한 설정치는 조명기구의 입력전원을 차단한 후에도 변화하지 않는다(조도 센서가 기억을 하고 있기 때문이다).

도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템에서 리모컨 및 LED 디밍 라이트 센서와 마스터 모듈, 마이크로웨이브센서와 마스터 모듈, 벽부착볼륨과 마스터 모듈 간의 결선관계를 나타내는 개략도이다.

도 7a 내지 7c에 도시한 바와 같이, 가시광 통신 디밍 안정기(Ballast)에는 LED OETPUT 포트(DC33V), 옵션(S-PLASMA) 포트(DC12V) 이외에 3개의 레드, 블랙, 화이트의 3개의 센서포트(P+:DC12V - RED, --:COM - BLACK, +:CONTRL - WHITE)가 구비된다.

여기서, 조도 센서는 한 개의 그룹에 1개만이 설치 가능하며, 센서 포트의 (+)와 (-)FMF 각각 연결하여 그룹제어를 한다.

1개의 그룹에서는 다수의 안정기를 연동할 수 있다.

또한, 회의실, 복도, 화장실 등과 같이 사람이 상주하지 않는 장소와 주차장은 평상시에 최대의 전력을 소모하고 있어 손실이 매우 크다.

이러한 장소는 사용대기시간에 최저의 조도를 유지하고 있다가 사용자 또는 차량 등을 감지하면 즉시 최대밝기로 되어 불편함이 없도록 하고, 사용 후에는 다시 최저 조도로 복귀하여 대기상태로 되면 절전효과가 극대화된다.

마이크로웨이브 센서는 원거리에서도 정확한 감지를 하는 특성이 있어 이러한 장소에 매우 유용한 장치로, 이러한 마이크로웨이브 센서와 본 발명의 디지털 디밍 안정기를 결합하여 구역별 조도제어시스템을 간단하게 설치할 수 있도록 하였다.

따라서, 사람이나 차량을 감지하면 약 0.3초 내에 최대 밝기에 도달하고, 사용 후에는 지연시간을 다양한 장소에 적합하도록 15초, 30초, 1분, 2분으로 조절할 수 있으며, 안정기의 프로그램에 의하여 최저 조도도 30~70%로 설정이 가능하다.

이러한 마이크로웨이브 센서는 한 개의 그룹에 1개 설치 가능하고, 주자창의 동선에 따라 센서를 설치한다.

센서 포트의 (+)와 (-)를 각각 연결하여 그룹제어를 하며, 1개의 그룹에는 다수의 안정기를 연동할 수 있다.

또한, 상기의 예는 자동으로 조도를 조절하도록 하는 센서를 기술하였으나 벽부착볼륨은 사용자가 직접 임의로 조절할 수 있는 시스템이다(도 7c).

기존의 벽부착 스위치 또는 백열등용 벽부착볼륩의 부착위치에 기존의 배선(2선식)을 그대로 사용할 수 있도록 벽부착볼륨의 내부회로를 구성하여 놓았다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템의 사용 예를 나타내는 개략도이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 리모컨의 설정에 따른 디밍 센서의 신호가 마스터램프의 안정기측에 송신되면, 이때의 안정기의 출력에 의해 마스터램프(#1)가 점등되고, 이와 함께 마스터램프(#1)로부터의 의 가시광 신호를 받은 슬레이브 그룹의 안정기의 출력에 의해 슬레이브램프(#1) 또한 점등된다.

그리고, 마스터램프(#1)측으로부터 가시광 신호를 정확히 수신하기 어려운 거리에 있는 슬레이브램프(#1)들은 익스팬션램프(#1)에 의해 점등이 제어될 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 디밍시스템은 실내조명의 간단한 그룹제어, 물체이동 감지 및 시간제어를 통한 실외조명의 보안등 및 가로등 디밍 그룹제어, 어류에 대한 빛의 종류, 광도 및 시간제어를 위한 수족관이나, 각종 식물의 인공재배 목적에 따른 필요한 광원과 광도 및 시간제어를 위한 식물재배 등의 그룹제어에 유용하게 활용할 수 있다.

10 : 마스터 모듈 11 : 가시광 통신 디밍 안정기
12 : 디밍 센서 13 : LED 조명기구
14 : SMPS 15 : 발진기
16 : MCU
20 : 슬레이브 모듈 21 : 가시광 통신 디밍 안정기
22 : 광수신기 23 : LED 조명기구
24 : SMPS 25 : 컨디셔너
26 : MCU
30 : 익스펜션 모듈 31 : 가시광 통신 디밍 안정기
32 : 광수신기 33 : LED 조명기구
34 : SMPS 35a : 발진기
35b : 컨디셔너 36 : MCU

Claims

서로 전기적으로 연결되어 있는 LED 조명기구와 이에 배속되는 가시광 통신 디밍 안정기의 조합으로 구성되는 복수 개의 그룹;
상기 복수 개의 그룹 중에서 선택된 1개의 그룹에 해당하는 마스터 그룹의 마스터램프에 속해 있는 가시광 통신 디밍 안정기에 연결되며 이 마스터램프의 LED 조명기구가 설치되어 있는 주변의 채광량 변화를 감지한 후에 이때의 감지신호를 마스터 그룹의 가시광 통신 디밍 안정기측에 제공하는 디밍 센서;
상기 하나의 마스터 그룹을 제외한 나머지 그룹들을 슬레이브 그룹으로 하고, 각 슬레이브 그룹에 하나씩 배속하는 동시에 마스터 그룹에 속하는 LED 조명기구의 변조된 빛을 수신하여 이를 해당 슬레이브 그룹의 가시광 통신 디밍 안정기측에 제공하는 광수신기;
를 포함하며, 상기 디밍 센서에서 신호를 받은 가시광 통신 디밍 안정기에 의해 마스터램프의 LED 조명기구의 밝기를 제어하는 한편, 이와 동시에 상기 광수신기에서 신호를 받은 가시광 통신 디밍 안정기에 의해 나머지 슬레이브 그룹의 LED 조명기구의 밝기를 마스터 그룹의 LED 조명기구의 밝기와 동일하도록 제어하는 방식으로 그룹제어를 할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 마스터 그룹에 속하는 가시광 통신 디밍 안정기는 LED 조명기구 구동을 위한 SMPS와, LED 조명기구의 빛을 통하여 제어된 신호를 송출하는 발진기와, 디밍 센서의 신호를 받아 SMPS를 제어하여 LED 조명기구의 밝기를 조절하는 동시에 발진기를 제어하여 그 신호를 LED 조명기구를 통해 전송하는 MCU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템.
청구항 1에 있어서, 슬레이브 그룹에 속하는 가시광 통신 디밍 안정기는 LED 조명기구 구동을 위한 SMPS와, 광수신기의 신호를 필터링 및 증폭하는 컨디셔너와, 상기 필터링 및 증폭된 신호를 받아 SMPS를 제어하는 동시에 이때의 컨디셔너의 신호를 분석하여 마스터램프에 설정되어 있는 디밍 데이터를 추출한 후에 슬레이브 그룹의 LED 조명기구의 밝기를 제어하는 MCU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 디밍 센서는 리모컨과의 연동을 위한 리모컨 수신부를 내장하면서 밝기를 감지하는 조도 센서, 또는 사람이나 차량의 움직임을 감지하는 마이크로웨이브 센서나 인감지 센서, 벽에 부착되는 볼륨 스위치 중의 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 마스터 그룹의 LED 조명기구와 슬레이브 그룹의 LED 조명기구의 설치 거리가 먼 경우, LED 조명기구 및 광수신기, 가시광 통신 디밍 안정기를 가지는 익스펜션 그룹을 더 포함하며, 상기 익스펜션 그룹의 가시광 통신 디밍 안정기는 LED 조명기구 구동을 위한 SMPS와, LED 조명기구의 빛을 통하여 제어된 신호를 송출하는 발진기와, 광수신기의 신호를 필터링 및 증폭하는 컨디셔너와, 상기 필터링 및 증폭된 신호를 받아 SMPS를 제어하는 동시에 이때의 컨디셔너의 신호를 분석하여 마스터 그룹측에 설정되어 있는 디밍 데이터를 추출한 후에 슬레이브 그룹의 LED 조명기구의 밝기를 제어하는 MCU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 광수신기는 포토다이오드 또는 포토트랜지스터로서, 슬레이브 그룹 또는 익스팬션 그룹측과 배선되는 동시에 마스터 그룹의 LED 조명기구로부터 조사되는 변조빛을 정확하게 인식할 수 있도록 360°방향으로 회전가능한 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 마스터램프에 ID를 부여하고, 복수 개의 슬레이브 그룹 중 상기 마스터 그룹에 부여된 ID와 동일한 ID가 부여된 슬레이브 그룹 또는 익스펜션 그룹만 연동될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 LED 조명기구의 가시광 무선통신을 이용한 그룹제어 디밍시스템.