WO2011062445A2 - 무선 통신을 기반으로 하는 조명 제어 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

무선 통신을 기반으로 하는 조명 제어 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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WO2011062445A2
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삼성에스디에스 주식회사
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a lighting control system based on wireless communication and a method of controlling the same, which is based on wireless communication and is associated with a building control system, which not only facilitates energy saving and maintenance, but also desired output when dimming lighting equipment.
  • the present invention relates to a lighting control system based on wireless communication and a method of controlling the same.
  • the dimming command is provided to the lighting equipment in the form of an analog signal, and the brightness of the lighting equipment is controlled by the dimming command, thereby performing dimming control.
  • the analog signal is vulnerable to noise, there is a problem that one analog signal is connected to a plurality of lighting equipment, or when the length of the wire through which the analog signal is passed, the contact resistance increases and the voltage drops.
  • the brightness of the lighting equipment may be unstable and fluctuated by the influence of noise.
  • the dimming level is lowered, making it difficult to control the dimming to the desired level.
  • DALI a standard communication method for dimming control that replaces wired communication method of lighting equipment
  • DALI also uses a wired communication scheme
  • changing the ping information of a communication group to another subnetwork for the lighting equipment is a cumbersome task of changing the communication line wiring.
  • the result is dimming control using IEEE 802.15.4-based wireless communications, which can replace traditional wired communications, and integration into building management systems using BACnet, reducing energy savings and operating and maintenance costs. We need to find a way to do it.
  • An object of the present invention is to perform dimming control using wireless communication and integrate it into a building management system using BACnet, which not only reduces energy savings, operation and maintenance costs, but also desired output when dimming lighting equipment.
  • the present invention provides a lighting control system based on wireless communication and a method of controlling the same, to achieve a uniform dimming output.
  • the object includes: a lighting controller for generating a dimming signal for changing the illuminance of the lighting in response to an input from the outside and providing it to the lighting through the wireless network; And lighting equipment for outputting light on the basis of the dimming signal from the lighting controller.
  • the object comprises the steps of: generating a dimming signal for changing the illuminance of the lighting equipment according to an input from the outside; Providing the dimming signal to the lighting equipment via a wireless network; And adjusting the light output by the lighting equipment based on the dimming signal.
  • the present lighting control system and its control method by integrating the existing building management system using wireless communication, energy saving as well as installation and maintenance can be performed efficiently.
  • energy saving as well as installation and maintenance can be performed efficiently.
  • directly transmitting the dimming signal from the lighting controller to the lighting equipment by wireless communication it is not only free from the wiring, but also prevents noise and voltage drop, thereby obtaining desired output and uniform dimming output when dimming the lighting equipment.
  • the lighting control system and its control method can be implemented in a simple structured wireless network having only essential functions without unnecessary functions, thereby increasing reliability and inexpensively using low hardware resources. .
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a relationship between a lighting control system capable of dimming control, a building control system, and a terminal using wireless communication according to the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram of the lighting control system of FIG.
  • 3 is a graph illustrating a concept of processing restoration of a dimming signal during power recovery
  • FIG. 4 is a graph showing a change in a dimming signal value during a FADE command
  • FIG. 5 is a graph showing a change in a dimming signal value during a RAMP command
  • FIG. 6 is a graph showing a change in the dimming signal value during the STEP_UP or STEP_DOWN command
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an embodiment in which the lighting control system according to the present invention is linked to the building management system
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of controlling the brightness of the lighting in the lighting control system according to the present invention.
  • the lighting control system and control method enable on / off and dimming control of lighting equipment by using wireless communication, so that a desired level of dimming output and a uniform dimming output can be obtained, as well as existing building management systems. Integration using wireless communications allows for energy savings as well as efficient installation and maintenance.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a relationship between a lighting control system capable of dimming control, a building control system, and a terminal using wireless communication according to the present invention.
  • the lighting control system may communicate with the building management system 100 using a building automation and control network (BACnet), and the building management system 100 may perform on / off or dimming of the lighting equipment 10 of the lighting control system. Can be controlled.
  • BACnet building automation and control network
  • BACnet is a standard communication method developed by ANSI / ASHRAE in 1995 and is an open architecture protocol.
  • heterogeneous interaction is possible by using the open architecture protocol, and thus the system can be integrated.
  • the lighting control system may communicate with the terminal 50 such as a PC or a mobile phone in an HTTP manner, and control the lighting equipment 10 according to a user command input through the terminal 50.
  • the terminal 50 such as a PC or a mobile phone in an HTTP manner
  • the present lighting control system has a built-in web server 27, the terminal 50 may be provided with a web browser.
  • the lighting control system includes a lighting device 10 that is installed indoors or outdoors, a lighting switch 30 for turning on or off the lighting equipment 10, a wireless sensor such as a photo sensor 41, a room sensor 43, and the like. Sensor 40 and lighting controller 20 for controlling lighting equipment 10.
  • the lighting controller 20, the lighting equipment 10, the light switch 30, the wireless sensor 40 can communicate with each other via a wireless network, in the wireless network, for example, IEEE 802.15.4 based wireless communication This can be used.
  • wireless nodes in one wireless network may form a tree-structured network around a coordinator.
  • the network consists of a parent node and a child node, and the parent node can act as a router for the child node.
  • the lighting controller 20 of the present lighting control system serves as a coordinator of a simple network based on IEEE 802.15.4 and constitutes a tree-shaped network as a top parent node.
  • the simple network can be configured with only the core wireless communication functions so that even a low-cost, low-end microcontroller can perform without difficulty, thereby reducing the program capacity and being widely applied.
  • the lighting equipment 10, the lighting switch 30, the wireless sensor 40, and the like may participate in the network as a subordinate node of the lighting controller 20 on the wireless network configured by the lighting controller 20.
  • a tree-type wireless network can be configured.
  • a plurality of subnodes function as router nodes and may transmit / receive data through wireless communication with other subnodes.
  • the protocol stack of the lighting control system is simplified by consisting of a four-layer structure of an application layer, a network layer, a MAC layer, and a physical layer.
  • FIG. 2 is a block diagram of the lighting control system of FIG. 1.
  • the lighting equipment 10 may be installed inside or outside a building, and the on / off and brightness of the lighting equipment 10 may be adjusted by the lighting controller 20.
  • the lighting equipment 10 may include a wireless communication module 15, a voltage output circuit 17, a power module 19, and a light source 18.
  • the wireless communication module 15 may include a wireless communication unit 11, a duty generator 12, and a memory 13.
  • the wireless communication unit 11 supports wireless communication with the lighting controller 20 in, for example, an IEEE 802.15.4 based wireless network, and may receive a dimming signal from the lighting controller 20.
  • the duty generator 12 may generate a PWM signal having a duty ratio determined according to the dimming signal value provided from the lighting controller 20.
  • This duty generator 12 may be comprised of software, hardware, or software and hardware.
  • the memory 13 may be a storage means such as, for example, EEPROM, and may record a plurality of conference dimming signal values. For example, 1,000,000 dimming signal values can be recorded. Whenever the dimming signal of the lighting equipment 10 changes more than a predetermined threshold value, the dimming signal value is recorded in the memory 13. Accordingly, when an unexpected power failure occurs and the power is restored, the wireless communication unit 11 may restore the state of the lighting equipment 10 by using the dimming signal value stored in the memory 13, and thus, before the power failure, The state allows for immediate restoration of the lighting state. By storing the dimming signal value immediately before the power failure in the memory 13, the illumination at the time of restoration can be restored to the state just before the power failure. According to one embodiment of the present invention, as in the present invention, it may be useful when the lighting equipment 10 has a network structure in the form of a tree.
  • the wireless communication module 15 transmits an address and node information of the lighting equipment 10 to the lighting controller 20.
  • the lighting device 10 may participate in the wireless network of the lighting control system.
  • the voltage output circuit 17 converts the PWM signal provided from the wireless communication module 15 into a voltage form and outputs it to the power supply module.
  • the PWM signal from the wireless communication module 15 may have a duty ratio of 70%, and the voltage output circuit 17 converts the PWM signal into an analog voltage of 7V DC and transmits the same to the power supply module.
  • the power supply module 19 provides power to the light source 18 according to the DC voltage value output from the voltage output circuit 17.
  • the lighting equipment 10 may have a dimming restoration function, a FADE function, a RAMP function, and a STEP function at power recovery.
  • the lighting equipment 10 may receive a dimming control command from the lighting controller 20 and perform a FADE, RAMP, and STEP function according to the command. Specifically, the above functions may be performed by changing the output voltage output from the voltage output circuit 17 of the lighting equipment 10.
  • the changed dimming signal value is stored in the memory 13. That is, when a power failure is restored, the wireless communication unit 11 extracts the dimming signal value stored in the memory 13 and transmits the dimming signal value to the voltage output circuit 17 as a PWM signal.
  • the voltage output circuit 17 converts the input PWM signal into an analog voltage and provides it to the power supply module 19.
  • the power supply module 19 provides power to the light source 18 according to the voltage value.
  • the brightness of the illumination may be adjusted according to the power. As described above, even when power failure is performed and power recovery is performed, the brightness of the lighting equipment 10 may be restored to the dimming state immediately before the power failure.
  • the FADE function is a function of changing the brightness of the lighting equipment 10 to gradually become brighter or gradually darker.
  • the duty generator 12 of the wireless communication module 15 of the lighting equipment 10 may reach the target dimming signal value during FADE_TIME.
  • the generated PWM signal is provided to the voltage output circuit 17, and the voltage output circuit 17 generates an analog voltage value corresponding to the PWM signal and provides it to the power supply module 19.
  • the light source 18 outputs light based on the analog voltage value output by the power supply module 19.
  • the current dimming signal value is gradually changed from the current dimming signal value to the newly input dimming signal value during the designated time FADE_TIME.
  • the brightness of the illumination is gradually changed.
  • the RAMP function is a function that gradually changes to a specified dimming signal value while maintaining a constant change rate for a unit time during dimming.
  • the lighting controller 20 transmits the RAMP_RATE, which is a change rate per unit time, and the target dimming signal value to the lighting equipment 10 through wireless communication.
  • the duty generator 12 of the lighting equipment 10 generates a PWM signal capable of reaching the target dimming signal value with the RAMP_RATE, in accordance with the RAMP_RATE and the target dimming signal value.
  • the PWM signal is transmitted to the voltage output circuit 17, and the voltage output circuit 17 transmits an analog voltage value to the power supply module 19.
  • the dimming signal is gradually changed while maintaining the preset RAMP_RATE, but reaches an illuminance matching the target dimming signal value.
  • STEP function is a function that can change the brightness of the light in stages, for example, divided into STEP_UP function and STEP_DOWN function.
  • the dimming signal value is gradually increased by a predetermined amount of change.
  • the dimming signal value is gradually decreased by a predetermined amount of change.
  • the lighting controller 20 provides the lighting equipment 10 with a positive or negative step change amount.
  • the duty generator 12 of the lighting equipment 10 generates a PWM signal corresponding to the target dimming signal value by adding or subtracting the step change amount from the existing dimming signal value.
  • the generated PWM signal is transferred to the voltage output circuit 17 to be converted into an analog voltage value and then provided to the power supply module 19. Then, as shown in FIG. 6, the brightness of the illumination changes with the illuminance corresponding to the target dimming signal value.
  • the lighting equipment 10 receives a dimming signal directly from the lighting controller 20 through wireless communication, and the voltage output circuit 17 of the lighting equipment 10 converts the dimming signal into an analog signal to the power module 19. to provide. Therefore, as well as free of wiring compared to the conventional wired structure, it is possible to solve the problem of dimming control due to noise and voltage drop.
  • the lighting switch 30 receives a command for on / off and dimming control of a light from a user and transmits the command to the lighting controller 20, the user interface module 31, and a wireless communication module. And (33).
  • the user interface module 31 may include a plurality of buttons (not shown) to allow a user to control on / off and dimming of the lighting.
  • the wireless communication module 33 transmits the command received by the user interface module 31 to the controller 200.
  • the wireless communication module 33 When there is a network participation request from the lighting controller 20, the wireless communication module 33 according to an embodiment of the present invention transmits an address and node information of the lighting switch 30 to the lighting controller 20. As such, the light switch 30 may participate in a wireless network of the light control system.
  • the wireless sensor 40 may include a photo sensor 41, an indoor sensor 43, and a wireless communication module 45 for wireless communication with the lighting controller 20.
  • the photo sensor 41 may detect the intensity of light indoors or outdoors. According to the detection result, the lighting controller 20 may adjust the brightness of the lighting. For example, when the light intensity is high, the brightness of the light may be lowered, and when the light intensity is low, the brightness of the light may be increased.
  • the photo sensor 41 a photo diode, a CDS, a photomultiplier tube, or the like may be used.
  • the occupancy sensor 43 may detect whether the user exists in a room where the lighting is installed. Based on the detection result of the occupancy sensor 43, the lighting controller 20 may control the lighting to be turned on while the user is indoors, but to turn off the lighting when the user is not indoors.
  • the occupancy sensor 43 a thermal sensor using infrared rays, or the like may be used.
  • the wireless communication module 45 transmits the results detected by the photo sensor 41 and the occupancy sensor 43 to the lighting controller 20.
  • the wireless communication module 45 may transmit the changed value to the lighting controller 20 only when the values sensed by the photo sensor 41 and the room sensor 43 change. Alternatively, with or without a change, the detected value may be periodically transmitted to the lighting controller 20 at regular intervals.
  • the wireless communication module 45 When there is a network participation request from the lighting controller 20, the wireless communication module 45 according to an embodiment of the present invention transmits an address and node information of the wireless sensor 40 to the lighting controller 20. As such, the wireless sensor 40 can participate in a wireless network of the lighting control system.
  • the lighting controller 20 wirelessly communicates with the lighting equipment 10, the lighting switch 30, the wireless sensor 40, the building management system 100, and the terminal 50, and transmits a control signal to the lighting equipment 10. By transmitting the on and off and dimming of the lighting equipment 10 can be controlled.
  • Lighting controller 20 according to an embodiment of the present invention, lighting control module 25, memory 29, the first wireless communication module 21, the second wireless communication module 23, embedded web server 27 ) May be included.
  • the lighting control module 25 may i) control the lighting equipment 10 and ii) request and set up network participation of each node upon reboot of the lighting control system.
  • the lighting control module 25 may generate a dimming signal for performing lighting on / off, a FADE function, a RAMP function, a STEP_UP, and a STEP_DOWN function.
  • the lighting control module 25 may receive a command or information from the building management system 100, the user terminal 50, the lighting switch 30, and the wireless sensor 40 to generate a dimming signal. .
  • the building management system 100 or the user terminal 50 when the building management system 100 or the user terminal 50 receives a command from a user to perform a FADE function on a specific lighting equipment, the building management system 100 or the user terminal 50 generates a command signal corresponding to the command to the lighting controller 20. send.
  • the lighting control module 25 of the lighting controller 20 generates a dimming signal for performing a FADE function for the specific lighting equipment.
  • the generated dimming signal includes information indicating a target output value and a FADE function, and the dimming signal is transmitted to the specific lighting equipment 10 through the first wireless communication module 21.
  • the light switch 30 when the user selects the RAMP function of the light associated with the corresponding light switch 30 through the light switch 30, the light switch 30 provides the light controller 20 with the RAMP function. Send a command signal to perform.
  • the lighting control module 25 of the lighting controller 20 generates a dimming signal corresponding to the corresponding command signal, and the dimming signal includes a RAMP_RATE and a target output value.
  • the lighting control module 25 analyzes the detection result detected by the wireless sensor 40 to determine whether the dimming signal is output. If the detection result of the wireless sensor 40 means that no one in the room, the light control module 25 is a dimming signal to turn off the light or change the illuminance to the lowest illumination for the lighting equipment 10 in the room It can be generated and transmitted to the corresponding lighting equipment (10).
  • the lighting control module 25 may receive different command signals from the building management system 100, the user terminal 50, the lighting switch 30, and the wireless sensor 40 at once.
  • the lighting control module 25 may select a command signal according to a preset priority.
  • the priority of the lighting switch 30 or the user terminal 50 input by the user is the first priority
  • the building management system 100 and the wireless sensor 40 are the second and third priority, respectively. It can be set to.
  • the lighting controller 20 may communicate only with a node that receives a network participation request. Accordingly, the lighting control module 25 sends a signal to each node upon rebooting the lighting control system, that is, the lighting equipment 10, the lighting switch 30, and the wireless sensor 40 to request the participation of the wireless network. send. At this time, in order to prevent each node from accessing the wireless network at a time and failing to connect, the lighting control module 25 may request each node to participate in the wireless network in numerical order. On the contrary, when the lighting control module 25 requests each node to participate in the wireless network at the same time, each node may access the lighting control module 25 through the wireless network at regular intervals according to the number of nodes. .
  • each node may send a request to the lighting controller 20 to join the wireless network, without a request from the lighting control module 25. At this time, each node requests the lighting controller 20 to participate in the wireless network at predetermined time intervals according to the node number.
  • the lighting control module 25 When the lighting control module 25 receives a request from each node to join the wireless network, the lighting control module 25 generates an address table for each connected node, and stores the address table in the memory 29. Save it.
  • the first wireless communication module 21 serves as a coordinator of the IEEE 802.15.4 based simple network for communicating with the lighting equipment 10, the lighting switch 30, and the wireless sensor 40. Accordingly, the first wireless communication module 21 is provided with a command signal and a detection result by a user input, respectively, from the light switch 30 and the wireless sensor 40.
  • the first wireless communication module 21 is a dimming signal generated by the lighting control module 25 by input from the lighting switch 30, the wireless sensor 40, the building management system 100, and the user terminal 50. To transmit to the lighting equipment (10).
  • the first wireless communication module 21 may use unicast, but may use broadcast when controlling a plurality of lighting equipment 10.
  • the application layer checks the success of the dimming signal transmission and repeatedly transmits a predetermined number of times in case of failure.
  • the application layer does not check whether the transmission is successful, but instead, repeatedly transmits a predetermined number of times to prepare for the transmission failure.
  • the first wireless communication module 21 continuously scans energy and determines a wireless channel having an optimal communication state through the energy scan.
  • the second wireless communication module 23 is a wireless gateway of BACnet that supports wireless communication with the building management system 100.
  • the lighting controller 20 may receive a control signal for the lighting equipment 10 input from the building management system 100 through the second wireless communication module 23.
  • the embedded web server 27 supports a web browser to communicate with a user terminal 50 such as a PC or a mobile phone in an HTTP manner, and generates and generates a command signal corresponding to an input from the user terminal 50.
  • a command signal may be sent to the lighting control module 25.
  • the lighting control module 25 may control the lighting equipment 10 based on the received command.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment in which the lighting control system according to the present invention is linked to the building management system.
  • a plurality of lighting control systems are connected to the building management system 100.
  • the lighting controller 20 of each lighting control system is connected to the building management system 100 and the BACnet as a wireless gateway, respectively, and in each lighting control system as a sub node of the lighting controller 20, the lighting equipment 10 , The light switch 30 and the wireless sensor 40 are installed to match each other.
  • each lighting equipment 10, each lighting switch 30, and each wireless sensor 40 which is a lower node, may request the lighting controller 20 to join the wireless network.
  • the lighting controller 20 may request each subnode to participate in the wireless network, or alternatively, each subnode may request that the subordinate node want to participate in the wireless network.
  • each lower node requests the lighting controller 20 to join the network, the lighting controller 20 generates an address table of each lower node and stores it in the memory 29.
  • the lighting controller 20 commands the on / off or dimming of lights from the building management system 100, the user terminal 50, each light switch 30, and each wireless sensor 40 while the light control system is operating. Or the detection result is transmitted (S800). Upon receiving the command or detection result, the lighting control module 25 of the lighting controller 20 generates a dimming signal to be provided to the lighting equipment 10 based on the command or detection result.
  • the dimming signal may be generated by mixing one or a plurality of signals for operating the FADE function, a signal for operating the RAMP function, and a signal for operating the STEP_UP or STEP_DOWN function.
  • the lighting control module 25 If the dimming signal is a signal for operation of the FADE function (S810-Y), the lighting control module 25 generates a FADE_TIME and a target dimming signal value (S820), and the generated FADE_TIME and the target dimming signal value are the first wireless signal.
  • the communication module 21 is transmitted to the corresponding lighting equipment 10 (S830).
  • the wireless communication unit 11 of the wireless communication module 15 of the lighting equipment 10 receives the corresponding dimming signal, and the duty generator 12 generates a PWM signal according to the FADE_TIME and the target dimming signal value (S840).
  • the PWM signal is converted into an analog voltage value in the voltage output circuit 17 and provided to the power supply module 19 (S850), and the power supply module 19 provides power corresponding to the DB analog voltage to the light source 18 ( S860).
  • the light source is adjusted in brightness at a target illuminance during FADE_TIME.
  • the lighting control module 25 If the dimming signal is a signal for operation of the RAMP function (S815-Y), the lighting control module 25 generates the RAMP_RATE and the target dimming signal value (S825), and the generated RAMP_RATE and the target dimming signal value are the first wireless signal.
  • the communication module 21 is transmitted to the corresponding lighting equipment 10 (S835).
  • the wireless communication unit 11 of the wireless communication module 15 of the lighting equipment 10 receives a dimming signal, and the duty generator 12 generates a PWM signal according to the RAMP_RATE and the target dimming signal value (S845).
  • the PWM signal is converted into an analog voltage value in the voltage output circuit 17 and provided to the power supply module 19 (S850), and the power supply module 19 provides power analog voltage to illumination (S860). Then, the illumination of the illumination is changed while maintaining the preset RAMP_RATE.
  • the lighting control module 25 When the dimming signal is a signal for the operation of the STEP_UP or STEP_DOWN function (S817-Y), the lighting control module 25 generates a step change amount (S827), and generates the step change amount in the first wireless communication module 21. It is transmitted to the corresponding lighting equipment 10 (S837).
  • the wireless communication unit 11 of the wireless communication module 15 of the lighting equipment 10 receives a dimming signal, and the duty generator 12 receives a new dimming signal value by subtracting from the existing dimming signal value when the step change amount is negative. If the step change amount is a positive value, a new dimming signal value is calculated in addition to the existing dimming signal value. Then, the duty generator 12 generates a PWM signal corresponding to the new dimming signal value (S847). The PWM signal is converted into an analog voltage value in the voltage output circuit 17 and provided to the power supply module 19 (S850), and the power supply module 19 provides power corresponding to the analog voltage to the illumination 18 (S860). ). This illuminates the illumination to the level of the new dimming signal value.
  • each subordinate node of the lighting controller 20 requests the lighting controller 20 to participate in the wireless network.
  • Each lighting equipment 10 extracts the final dimming signal value stored in the memory 13 of the wireless communication module 15 and transmits the final dimming signal value to the power module 19 through the voltage output circuit 17, and the power module 19. Uses the final dimming signal to restore the illumination to the state before the blackout.
  • this in converting the dimming signal into an analog DC value, after converting the signal into a PWM signal, but converted to a DC value, this can be configured differently as an exemplary configuration.
  • an AD converter can be used to directly change the dimming signal to a DC value.

Abstract

본 발명은, 무선 통신을 기반으로 하는 조명 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 외부로부터의 입력에 따라 조명의 조도를 변경하기 위한 디밍 신호를 생성하여 무선 네트워크를 통해 조명으로 제공하는 조명 제어기와, 조명 제어기로부터의 디밍 신호를 처리하여 조명으로 제공되는 전압값을 조절하는 조명 장비를 포함한다. 이에 의해, 무선 통신을 기반으로 하고 빌딩 제어 시스템과 연계함으로써 에너지 절감과 유지 보수가 용이할 뿐만 아니라, 조명 장비의 디밍시 원하는 출력과 균일한 디밍 출력을 얻을 수 있다.

Description

무선 통신을 기반으로 하는 조명 제어 시스템 및 그 제어 방법
본 발명은 무선 통신을 기반으로 하는 조명 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 무선 통신을 기반으로 하고 빌딩 제어 시스템과 연계함으로써 에너지 절감과 유지 보수가 용이할 뿐만 아니라, 조명 장비의 디밍시 원하는 출력과 균일한 디밍 출력을 얻을 수 있도록 하는 무선 통신을 기반으로 하는 조명 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근 들어 전 세계적으로 에너지 절약을 위한 다양한 노력이 이루어지고 있으며, 이에 대해 전체 전력 에너지의 약 40%를 차지하는 것으로 알려진 빌딩 내 사용 에너지에 대한 절감 요구가 그 어느 때보다 강하다. 빌딩은 크게 주거용 빌딩과 사무용 빌딩으로 구분되며, 사무용 빌딩의 경우 전체 전력 소모의 약 25% 정도를 조명 장비들이 사용하는 것으로 보고되고 있다. 사무용 빌딩의 조명 에너지 절감을 위해 가장 널리 사용되는 것은 외부 자연 채광을 적극적으로 도입하는 것이며, 이를 위해서는 조명 장비의 디밍 제어가 이루어져야 한다.
조명 장비에게 디밍 명령이 아날로그 신호의 형태로 제공되고, 조명 장비는 상기 디밍 명령에 의해서 밝기가 제어됨으로써, 디밍 제어가 이루어지게 된다. 그런데, 아날로그 신호의 경우 노이즈에 대해 취약하고, 하나의 아날로그 신호가 여러 개의 조명 장비에 연결되거나, 아날로그 신호가 지나가는 전선의 길이가 길어질 경우 접촉 저항이 증가하여 전압이 강하되는 문제점이 있다.
이렇게 노이즈가 발생하여 디밍 신호에 영향을 미치게 되면, 조명 장비의 밝기가 노이즈의 영향에 의해 안정되지 못하고 변동될 수 있다. 그리고 전압이 강하되면 디밍 레벨이 낮아져 원하는 레벨로 디밍을 제어하기 어렵다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 조명 장비의 유선 통신 방식을 대체하는 디밍 제어를 위한 표준 통신 방식인 DALI가 유럽을 중심으로 하여 전 세계적으로 확산되어 가고 있다. 그러나 DALI 도 유선 통신 방식을 사용하기 때문에, 조명 장비에 대한 다른 하위 네트워크로 통신 그룹의 핑 정보를 변경하려면, 결국 통신 라인 결선을 변경해야 하는 번거로움이 있다.
이에 따라, 기존 유선 통신 방식을 대체할 수 있는 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신을 사용하여 디밍 제어를 수행하고, BACnet을 사용하여 빌딩 관리 시스템에 통합시킴으로써, 에너지 절감과 운영 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있는 방안을 모색할 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 무선 통신을 사용하여 디밍 제어를 수행하고, BACnet을 사용하여 빌딩 관리 시스템에 통합시킴으로써, 에너지 절감과 운영 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 조명 장비의 디밍시 원하는 출력과 균일한 디밍 출력을 얻을 수 있도록 하는 무선 통신을 기반으로 하는 조명 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 외부로부터의 입력에 따라 조명의 조도를 변경하기 위한 디밍 신호를 생성하여 무선 네트워크를 통해 조명으로 제공하는 조명 제어기; 및, 상기 조명 제어기로부터의 디밍 신호에 기초하여 광을 출력하는 조명 장비;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템에 의해 달성된다.
상기 목적은, 외부로부터의 입력에 따라 조명 장비의 조도를 변경하기 위한 디밍 신호를 생성하는 단계; 무선 네트워크를 통해 상기 디밍 신호를 상기 조명 장비로 제공하는 단계; 및, 상기 디밍 신호에 기초하여 상기 조명 장비가 출력하는 광을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법에 의해서도 달성된다.
본 조명 제어 시스템 및 그 제어방법에서는, 기존의 빌딩 관리 시스템과 무선 통신을 사용하여 통합됨으로써, 에너지 절감은 물론, 효율적으로 설치 및 유지 보수를 수행할 수 있다. 또한, 디밍 신호를 조명 제어기에서 무선통신으로 조명 장비에 직접 전달함으로써, 배선에서 자유로울 뿐만 아니라 노이즈 및 전압 강하를 방지하여 조명 장비의 디밍시 원하는 출력과, 균일한 디밍 출력을 얻을 수 있다.
한편, 본 조명 제어 시스템 및 그 제어방법은, 불필요한 기능은 제외되고 핵심적인 기능만을 갖는 단순한 구조의 무선 네트워크로 구축됨에 따라, 신뢰성을 높일 수 있으며, 비교적 적은 하드웨어 리소스를 이용하여 저렴하게 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 통신을 이용하여 디밍 제어가 가능한 조명 제어 시스템과 빌딩 제어 시스템 및 단말기와의 관계를 나타낸 개념도,
도 2는 도 1의 조명 제어 시스템의 구성블럭도,
도 3은 복전시 디밍 신호의 복원을 처리하는 개념을 보인 그래프,
도 4는 FADE 명령시 디밍 신호값의 변화를 보인 그래프,
도 5는 RAMP 명령시 디밍 신호값의 변화를 보인 그래프,
도 6은 STEP_UP 또는 STEP_DOWN 명령시 디밍 신호값의 변화를 보인 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 조명 제어 시스템이 빌딩 관리 시스템에 연계된 일 실시예를 나타낸 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 조명 제어 시스템에서 조명의 밝기를 제어하는 과정을 보인 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명 *
10 : 조명 장비 11 : 무선 통신부
12 : 듀티 발생기 17 : 전압출력회로
19 : 전원모듈 20 : 조명 제어기
30 : 조명 스위치 40 : 무선 센서
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시 예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
본 조명 제어 시스템 및 제어방법은, 무선 통신을 이용하여 조명 장비의 온오프 및 디밍 제어가 가능하도록 함으로써, 원하는 레벨의 디밍 출력과 균일한 디밍 출력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 빌딩 관리 시스템과 무선 통신을 사용하여 통합됨으로써, 에너지 절감은 물론, 효율적으로 설치 및 유지 보수를 수행할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 통신을 이용하여 디밍제어가 가능한 조명 제어 시스템과 빌딩 제어 시스템 및 단말기와의 관계를 나타낸 개념도이다.
본 조명 제어 시스템은, 빌딩 관리 시스템(100)과 BACnet (Building Automation and control network)을 이용하여 통신가능하며, 빌딩 관리 시스템(100)은 조명 제어 시스템의 조명 장비(10)의 온오프 또는 디밍을 제어할 수 있다.
여기서, BACnet은 1995년에 ANSI/ASHRAE에 의해 개발된 표준통신방식으로서, 개방형 구조의 프로토콜이다. 본 실시예에서는 이처럼 개방형 구조의 프로토콜을 사용함으로써 이기종 간의 상호동작이 가능하며 따라서 시스템을 통합적으로 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 제어 시스템은, PC 또는 휴대폰 등의 단말기(50)와 HTTP 방식으로 통신가능하며, 단말기(50)를 통해서 입력된 사용자 명령에 따라서 조명 장비(10)를 제어할 수 있다. 이를 위해, 본 조명 제어 시스템은 내장형 웹 서버(27)를 구비하고, 단말기(50)는 웹 브라우저를 구비할 수 있다.
본 조명 제어 시스템은, 실내외에 설치되는 조명 장비(10)와, 조명 장비(10)의 온오프 또는 디밍을 위한 조명 스위치(30)와, 포토센서(41)와 재실센서(43) 등의 무선 센서(40)와, 조명 장비(10)를 제어하는 조명 제어기(20)를 포함한다. 여기서, 조명 제어기(20), 조명 장비(10), 조명 스위치(30), 무선 센서(40)는 무선 네트워크를 통해 상호 통신 가능하며, 무선 네트워크에서, 예를 들면 IEEE 802.15.4 기반의 무선 통신이 사용될 수 있다.
본 조명 제어 시스템에서는, 하나의 무선 네트워크에 255개 이하의 무선 노드들이 코디네이터를 중심으로 트리 구조의 네트워크를 구성할 수 있다. 네트워크는 부모 노드와 자식 노드로 구성되며, 부모 노드는 자식 노드에 대해 라우터로서 동작할 수 있다. 본 조명 제어 시스템의 조명 제어기(20)는 IEEE 802.15.4 기반의 심플 네트워크의 코디네이터 역할을 하게 되며, 최상위 부모 노드로서 트리 형태의 네트워크를 구성하게 된다. 심플 네트워크는 저렴한 저 사양의 마이크로 콘트롤러라도 무리없이 수행되도록 핵심적인 무선 통신 기능만으로 구성될 수 있으며, 이로써 프로그램 용량이 줄어들어 널리 적용될 수 있다.
또한, 조명 제어기(20)가 구성한 무선 네트워크상에 조명 장비(10), 조명 스위치(30), 무선 센서(40) 등이 조명 제어기(20)의 하위 노드로서 네트워크에 참여할 수 있다. 이로써, 트리 형태의 무선 네트워크가 구성될 수 있다. 다수의 하위 노드들은 라우터 노드로서의 기능을 하며 타 하위 노드들과 무선 통신으로 데이터를 송수신을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 제어 시스템의 프로토콜 스택은 응용 계층, 네트워크 계층, MAC 계층, 물리 계층의 4계층 구조로 이루어져 단순화되어 있다.
도 2는 도 1의 조명 제어 시스템의 구성블럭도이다.
도 2를 참조하며, 빌딩의 실내 또는 실외에 다양한 형태와 종류의 조명 장비(10)가 설치되며, 조명 제어기(20)에 의해 조명 장비(10)의 온오프 및 밝기가 조절될 수 있다. 이를 위해, 조명 장비(10)는, 무선 통신 모듈(15), 전압출력회로(17), 전원모듈(19), 및 광원(18)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 모듈(15)은 무선 통신부(11), 듀티 발생기(12), 메모리(13)를 포함할 수 있다.
무선 통신부(11)는, 예를 들면 IEEE 802.15.4 기반 무선 네트워크에서 조명 제어기(20)와의 무선통신을 지원하며, 조명 제어기(20)로부터 디밍 신호를 수신할 수 있다.
듀티 발생기(12)는, 조명 제어기(20)로부터 제공된 디밍 신호값에 따라 정해지는 듀티비를 갖는 PWM 신호를 생성할 수 있다. 이러한 듀티 발생기(12)는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어 및 하드웨어로 구성될 수 있다.
메모리(13)는 예를 들면 EEPROM와 같은 저장 수단일 수 있으며, 복수의 회의 디밍 신호값을 기록할 수 있다. 예를 들면 1,000,000 회의 디밍 신호값을 기록할 수 있다. 조명 장비(10)의 디밍 신호가 소정 임계값 이상 변경이 이루어질 때마다 디밍 신호값이 메모리(13)에 기록된다. 이에 따라 예기치 못한 정전이 발생하였다가 복전될 경우, 무선 통신부(11)는 메모리(13)에 저장된 디밍 신호값을 이용하여 조명 장비(10)의 상태를 복원할 수 있으며, 이로 인해, 정전 이전의 상태로 즉각적인 조명 상태의 복원이 가능하다. 메모리(13)에 정전 직전의 디밍 신호값을 저장시켜 놓음으로써 복전시의 조명은 정전되기 직전의 상태로 복원될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본원 발명처럼, 조명 장비(10)들이 트리 형태의 네트워크 구조를 가지고 있는 경우에 유용할 수 있다.
무선 통신 모듈(15)은, 조명 제어기(20)로부터 네트워크 참여 요청이 있는 경우, 조명 장비(10)의 어드레스와 노드 정보 등을 조명 제어기(20)에게 전송한다.
이로써, 해당 조명 장비(10)가 조명 제어 시스템의 무선 네트워크에 참여할 수 있다.
전압출력회로(17)는 무선 통신 모듈(15)로부터 제공된 PWM 신호를 전압 형태로 변환하여 전원 모듈에게 출력한다. 예를 들어, 무선 통신 모듈(15)부터의 PWM 신호는 70%의 듀티비를 가질 수 있고, 전압출력회로(17)에서는 PWM 신호를 7V DC의 아날로그 전압으로 변경하여 전원 모듈에게 전달한다.
전원모듈(19)은 전압출력회로(17)로부터 출력된 DC 전압값에 따른 전력을 광원(18)으로 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장비(10)는 복전시 디밍 복원기능, FADE 기능, RAMP 기능, 및 STEP 기능을 가질 수 있다. 조명 장비(10)는 조명 제어기(20)로부터 디밍 제어 명령을 받고, 그 명령에 따라서 FADE, RAMP, STEP 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 조명 장비(10)의 전압출력회로(17)로부터 출력되는 출력전압이 변경됨으로써 상기 기능들이 수행될 수 있다.
1) 복전시 디밍 복원기능
도 3의 그래프에 도시된 바와 같이, 디밍 신호값이 변경되면, 변경된 디밍 신호값은 메모리(13)에 저장된다. 즉, 정전되었다가 복전이 되면, 무선 통신부(11)는 메모리(13)에 저장된 디밍 신호값을 인출하여 PWM 신호로 전압출력회로(17)에게 전달한다. 전압출력회로(17)는 입력받은 PWM 신호를 아날로그 전압으로 변환하여 전원모듈(19)로 제공하며, 전원모듈(19)은 해당 전압 값에 따른 전력을 광원(18)에 제공하다. 여기서, 전력에 따라서 조명의 밝기가 조절될 수 있다. 상술한 바와 같이 정전이 되었다가 복전이 되더라도, 정전되기 직전의 디밍 상태로, 조명 장비(10)의 밝기가 복원될 수 있다.
2) FADE 기능
FADE 기능은 조명 장비(10)의 밝기가 점차적으로 밝아지거나 점차적으로 어두워지도록 변화시키는 기능이다. 조명 제어기(20)로부터 조명 장비(10)에게 FADE_TIME 과 목표 디밍 신호값이 제공되면, 조명 장비(10)의 무선 통신 모듈(15)의 듀티 발생기(12)에서는 FADE_TIME 동안 목표 디밍 신호값에 도달할 수 있는 PWM신호를 생성한다. 생성된 PWM 신호는 전압출력회로(17)로 제공되고, 전압출력회로(17)는 PWM 신호에 대응되는 아날로그 전압값을 생성하여 전원모듈(19)로 제공한다. 광원(18)은 전원모듈(19)에 의해 출력되는 아날로그 전압값에 기초하여 광을 출력한다.
도 4의 그래프에 도시된 바와 같이, 지정된 시간인 FADE_TIME 동안 현재 디밍 신호값에서 새로이 입력된 디밍 신호값으로 점진적으로 변경된다. 이에 따라, 조명의 밝기가 점진적으로 변경된다.
3) RAMP 기능
RAMP 기능은 디밍시 단위 시간 동안 변화율을 일정하게 유지하면서 지정된 디밍 신호값까지 점진적으로 변화하는 기능이다. 조명 제어기(20)는 단위 시간당 변화율인 RAMP_RATE와 목표 디밍 신호값을 무선 통신을 통해 조명 장비(10)로 전달한다.
조명 장비(10)의 듀티 발생기(12)는 RAMP_RATE 와 목표 디밍 신호값에 따라, RAMP_RATE로 목표 디밍 신호값에 도달할 수 있는 PWM 신호를 발생시킨다. PWM 신호는 전압출력회로(17)에게 전달되고, 전압출력회로(17)에서는 아날로그 전압값을 전원모듈(19)로 전달한다. 이로써, 도 5의 그래프에 도시된 바와 같이, 미리 설정된 RAMP_RATE를 유지하면서 디밍 신호가 점차 변화하되, 목표 디밍 신호값에 매칭되는 조도까지 도달한다.
4) STEP 기능
STEP 기능은 조명의 밝기를 단계적으로 변화시킬 수 있는 기능으로서, 예를 들면 STEP_UP 기능과 STEP_DOWN 기능으로 구분된다. STEP_UP 기능의 경우, 디밍 신호값이 미리 정해진 변화량만큼 단계적으로 증가하는 것이며, STEP_DOWN 기능의 경우, 디밍 신호값이 미리 정해진 변화량만큼 단계적으로 감소하는 것이다. STEP_UP 기능이나 STEP_DOWN 기능의 경우, 조명 제어기(20)에서는 양 또는 음의 단계적 변화량을 조명 장비(10)에게 제공한다.
조명 장비(10)의 듀티 발생기(12)는 기존의 디밍 신호값에서 단계적 변화량을 더하거나 뺌으로써 목표 디밍 신호값에 대응된 PWM 신호를 생성한다. 생성된 PWM 신호는 전압출력회로(17)로 전달되어 아날로그 전압값으로 변경된 다음, 전원모듈(19)로 제공된다. 그러면, 도 6에 도시된 바와 같이, 목표 디밍 신호값에 해당하는 조도로 조명의 밝기가 변화한다.
조명 장비(10)는 조명 제어기(20)로부터 무선 통신을 통해서 직접 디밍 신호를 전달받으며, 조명 장비(10)의 전압출력회로(17)는 디밍 신호를 아날로그 신호로 변환하여 전원모듈(19)로 제공한다. 따라서, 기존의 유선 구조에 비해 배선에서 자유로울 뿐만 아니라, 노이즈 및 전압 강하로 인한 디밍 제어의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 스위치(30)는, 조명의 온 오프 및 디밍 제어를 위한 명령을 사용자로부터 입력받아 조명 제어기(20)로 전송하며, 사용자 인터페이스 모듈(31)과, 무선 통신 모듈(33)을 포함할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스 모듈(31)은, 사용자가 조명의 온오프 및 디밍 제어를 할 수 있도록 복수의 버튼(미도시)을 포함할 수 있다.
사용자 인터페이스 모듈(31)의 버튼을 이용하여 사용자가 조명의 밝기를 조절하는 명령을 입력하면, 무선 통신 모듈(33)은 사용자 인터페이스 모듈(31)이 입력받은 명령을 제어기(200)로 전송한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 모듈(33)은, 조명 제어기(20)로부터 네트워크 참여 요청이 있는 경우, 조명 스위치(30)의 어드레스와 노드 정보 등을 조명 제어기(20)로 전송한다. 이로써, 조명 스위치(30)는 조명 제어 시스템의 무선 네트워크에 참여할 수 있다.
무선 센서(40)는, 포토 센서(41), 재실 센서(43), 조명 제어기(20)와의 무선통신을 위한 무선 통신 모듈(45)을 포함할 수 있다.
포토 센서(41)는 실내 또는 실외의 빛의 세기를 감지할 수 있다. 감지 결과에 따라서 조명 제어기(20)는 조명의 밝기 조절을 할 수 있다. 예를 들어, 빛의 세기가 클 때는 조명의 밝기가 낮아지고, 빛의 세기가 작을 때는 조명의 밝기가 높아질 수 있다. 포토 센서(41)로는 포토 다이오드, CDS, 광전자 증배관 등이 사용될 수 있다.
재실 센서(43)는 사용자가 조명이 설치된 실내에 존재하는지 여부를 감지할 있다. 재실 센서(43)의 감지 결과에 기초하여, 조명 제어기(20)는 사용자가 실내에 있는 동안에는 조명이 켜져 있도록 하나, 사용자가 실내에 없는 경우에는 조명이 꺼지도록 제어할 수 있다. 재실 센서(43)로는 적외선을 이용한 열 감지 센서 등이사용될 수 있다.
무선 통신 모듈(45)은, 포토 센서(41)와 재실 센서(43)에서 감지된 결과를 조명 제어기(20)로 전송한다. 무선 통신 모듈(45)은, 포토 센서(41)와 재실 센서(43)에 의해 감지된 값이 변경될 때에만 그 변경된 값을 조명 제어기(20)로 전송할 수도 있다. 다르게는, 변경 유무와 무관하게, 일정 시간마다 정기적으로 감지된 값을 조명 제어기(20)로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 모듈(45)은, 조명 제어기(20)로부터 네트워크 참여 요청이 있는 경우, 무선 센서(40)의 어드레스와 노드 정보 등을 조명 제어기(20)로 전송한다. 이로써, 무선 센서(40)는 조명 제어 시스템의 무선 네트워크에 참여할 수 있다.
조명 제어기(20)는, 조명 장비(10), 조명 스위치(30), 무선 센서(40), 빌딩 관리 시스템(100), 단말기(50)와 무선으로 통신하며, 조명 장비(10)에게 제어신호를 전달하여 조명 장비(10)의 온오프 및 디밍을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 제어기(20)는, 조명 제어 모듈(25), 메모리(29), 제1무선 통신 모듈(21), 제2무선 통신 모듈(23), 내장형 웹 서버(27)를 포함할 수 있다.
조명 제어 모듈(25)은, i) 조명 장비(10)를 제어하고, ii) 조명 제어 시스템의 재부팅시 각 노드들의 네트워크 참여를 요청 및 설정할 수 있다.
i) 조명 장비(10)의 제어
조명 제어 모듈(25)은, 조명의 온오프, FADE 기능, RAMP 기능, STEP_UP 및 STEP_DOWN 기능의 수행을 위한 디밍 신호를 생성할 수 있다. 예를 들면, 조명 제어 모듈(25)은, 빌딩 관리 시스템(100), 사용자 단말기(50), 조명 스위치(30), 무선 센서(40)로부터 명령 또는 정보를 제공받아 디밍 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 빌딩 관리 시스템(100) 또는 사용자 단말기(50)는 사용자로부터 특정 조명 장비에 대하여 FADE 기능을 수행하라는 명령을 입력받으면, 그러한 명령에 대응되는 명령 신호를 생성하여 조명 제어기(20)로 전송한다.
조명 제어기(20)의 조명 제어 모듈(25)은 상기 특정 조명 장비에 대해 FADE 기능을 수행하기 위한 디밍 신호를 생성한다. 생성된 디밍 신호에는 목표 출력값과 FADE 기능임을 알리는 정보가 포함되어 있으며, 디밍 신호는 제1무선 통신 모듈(21)을 통해 상기 특정 조명 장비(10)로 전송된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 사용자가 조명 스위치(30)를 통해 해당 조명 스위치(30)에 연계된 조명의 RAMP 기능을 선택하면, 조명 스위치(30)는 조명 제어기(20)에게 RAMP 기능을 수행하라는 명령 신호를 전송한다. 조명 제어기(20)의 조명 제어 모듈(25)은 해당 명령 신호에 부합되는 디밍 신호를 생성하며, 디밍 신호에는 RAMP_RATE 와 목표 출력값이 포함된다.
조명 제어 모듈(25)은, 무선 센서(40)가 감지한 감지결과를 분석하여 디밍 신호의 출력여부를 판단한다. 만약 무선 센서(40)의 감지 결과가 실내에 아무도 없다는 것을 의미하면, 조명 제어 모듈(25)은 해당 실내의 조명 장비(10)에 대해 조명을 턴오프하거나 최저의 조도로 조도를 변경하라는 디밍 신호를 생성하여 해당 조명 장비(10)로 전송할 수 있다.
한편, 조명 제어 모듈(25)은 빌딩 관리 시스템(100), 사용자 단말기(50), 조명 스위치(30), 무선 센서(40)로부터 한꺼번에 상호 상이한 명령 신호를 제공받을 수 있다. 이 경우, 조명 제어 모듈(25)은 미리 설정된 우선 순위에 따라 명령 신호를 선택할 수 있다. 예를 들어, 우선 순위는 사용자에 의해 입력되는 조명 스위치(30)나 사용자 단말기(50)가 제1순위가 되고, 빌딩 관리 시스템(100)과 무선 센서(40)를 각각 제2 및 제3순위로 설정될 수 있다.
ii) 조명 제어 시스템의 재부팅시
조명 제어기(20)는 네트워크 참여 요청을 받은 노드와만 통신이 가능하다. 따라서, 조명 제어 모듈(25)은 조명 제어 시스템의 재부팅시, 각 노드로, 즉, 조명 장비(10), 조명 스위치(30), 및 무선 센서(40)로 무선 네트워크의 참여를 요청하는 신호를 전송한다. 이때, 각 노드들이 한꺼번에 무선 네트워크에 접속하여 접속이 실패하는 것을 방지하기 위해, 조명 제어 모듈(25)은 각 노드에 번호 순으로 무선 네트워크의 참여를 요청할 수 있다. 반대로, 조명 제어 모듈(25)에서 동시에 각 노드로 무선 네트워크의 참여를 요청하면, 각 노드에서는 노드의 번호에 따라 순차적으로 일정 시간 간격을 두고 무선 네트워크를 통해 조명 제어 모듈(25)에 접속할 수 있다.
다르게는(Alternatively), 조명 제어 시스템의 재부팅시, 조명 제어 모듈(25)에서의 요청없이, 각 노드가 조명 제어기(20)에게 무선 네트워크의 참여를 원하는 요청을 전송할 수 있다. 이때, 각 노드에서는 노드 번호에 따라 일정 시간 간격을 두고 각각 조명 제어기(20)에게 무선 네트워크에 참여할 것을 요청한다.
조명 제어 모듈(25)은, 각 노드로부터 무선 네트워크에 참여하기를 원하는 요청을 수신하면, 조명 제어 모듈(25)은 접속한 각 노드에 대해 어드레스 테이블을 생성하고, 어드레스 테이블을 메모리(29)에 저장한다.
제1무선 통신 모듈(21)은, 조명 장비(10), 조명 스위치(30), 무선 센서(40)와 통신하기 위한 IEEE 802.15.4 기반 심플 네트워크의 코디네이터 역할을 한다. 이에 따라, 제1무선 통신 모듈(21)은, 조명 스위치(30)와 무선 센서(40)로부터 각각 사용자 입력에 의한 명령 신호와, 감지 결과를 제공받는다.
제1무선 통신 모듈(21)은, 조명 스위치(30), 무선 센서(40), 빌딩 관리 시스템(100), 사용자 단말기(50)로부터의 입력에 의해 조명 제어 모듈(25)에서 생성된 디밍 신호를 조명 장비(10)로 전송한다.
이때, 제1무선 통신 모듈(21)은 유니캐스트를 사용할 수 있으나, 여러 개의 조명 장비(10)를 제어하는 경우에는 브로드캐스트를 사용할 수 있다. 유니캐스트의 사용시에는 응용 계층에서 디밍 신호의 전송의 성공 여부를 확인하여 실패시 일정 회수 반복하여 전송한다. 브로드캐스트를 사용하는 경우에는 응용 계층에서 전송 성공 여부를 확인하지 않고, 대신 브로드캐스트를 일정 회수를 반복 전송하여 전송이 실패되는 것에 대비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1무선 통신 모듈(21)은, 지속적으로 에너지를 스캔하며, 에너지 스캔을 통해 최적의 통신상태를 갖는 무선 채널을 결정한다.
제2무선 통신 모듈(23)은, 빌딩 관리 시스템(100)과의 무선통신을 지원하는 BACnet의 무선 게이트웨이이다. 조명 제어기(20)는 제2무선 통신 모듈(23)을 통해 빌딩 관리 시스템(100)에서 입력되는 조명 장비(10)에 대한 제어신호를 제공받을 수 있다.
내장형 웹 서버(27)는, PC 또는 휴대폰 등의 사용자 단말기(50)와 HTTP 방식으로 통신할 수 있도록 웹 브라우저를 지원하며, 사용자 단말기(50)로부터의 입력 에 대응되는 명령 신호를 생성하고, 생성한 명령 신호를 조명 제어 모듈(25)로 전송할 수 있다. 조명 제어 모듈(25)은 전송받은 명령에 기초하여 조명 장비(10)를 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 조명 제어 시스템이 빌딩 관리 시스템에 연계된 일 실시예를 나타낸 구성도이다.
본 실시예에서는, 빌딩 관리 시스템(100)에 복수의 조명 제어 시스템이 연결된 상태를 도시하고 있다. 각 조명 제어 시스템의 조명 제어기(20)는 무선 게이트웨이로서 각각 빌딩 관리 시스템(100)과 BACnet을 통해 연결되어 있고, 각 조명 제어 시스템내에는 조명 제어기(20)의 하위 노드로서, 조명 장비(10), 조명 스위치(30), 무선 센서(40)가 각각 상호 매칭되도록 설치되어 있다.
이러한 구성에 의한 본 발명의 조명 제어 시스템에서 조명의 밝기를 제어하는 과정을 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
조명 제어 시스템이 부팅되면, 하위 노드인 각 조명 장비(10), 각 조명 스위치(30), 각 무선 센서(40)는 조명 제어기(20)에게 무선 네트워크에 참여하고 싶다고 요청할 수 있다. 이때, 조명 제어기(20)가 각 하위 노드에게 무선 네트워크에 참여할 것을 요청할 수도 있고, 다르게는 각 하위 노드가 조명 제어기(20)에게 참여하고 싶다고 요청할 수도 있다. 각 하위 노드가 조명 제어기(20)에게 네트워크로의 참여를 요청하면, 조명 제어기(20)는 각 하위 노드의 어드레스 테이블을 생성하여 메모리(29)에 저장한다.
조명 제어기(20)는 조명 제어 시스템이 동작하는 동안, 빌딩 관리 시스템(100), 사용자 단말기(50), 각 조명 스위치(30), 각 무선 센서(40)로부터 조명의 온오프 또는 디밍에 대한 명령 또는 감지 결과를 전송 받는다(S800). 명령 또는 감지 결과를 전송 받으면, 조명 제어기(20)의 조명 제어 모듈(25)은 명령 또는 감지결과에 기초하여 조명 장비(10)로 제공할 디밍 신호를 생성한다.
디밍 신호는 FADE 기능의 동작을 위한 신호, RAMP 기능의 동작을 위한 신호, STEP_UP 또는 STEP_DOWN 기능의 동작을 위한 신호 중 하나 또는 복수 개가 혼합으로 생성될 수 있다.
A) FADE 기능 동작시
디밍 신호가 FADE 기능의 동작을 위한 신호인 경우(S810-Y), 조명 제어 모듈(25)은 FADE_TIME 과 목표 디밍 신호값을 생성하고(S820), 생성된 FADE_TIME 과 목표 디밍 신호값은 제1무선 통신 모듈(21)을 통해 해당 조명 장비(10)로 전송된다(S830).
해당 조명 장비(10)의 무선 통신 모듈(15)의 무선 통신부(11)에서는 해당 디밍 신호를 수신하고, 듀티 발생기(12)에서는 FADE_TIME 과 목표 디밍 신호값에 따라 PWM 신호를 발생시킨다(S840). PWM 신호는 전압출력회로(17)에서 아날로그 전압값으로 변환되어 전원모듈(19)로 제공되고(S850), 전원모듈(19)은 DB 아날로그 전압에 대응되는 전력을 광원(18)으로 제공한다(S860). 이로써, 광원은 FADE_TIME 동안 목표한 조도로 밝기가 조절된다.
B) RAMP 기능 동작시
디밍 신호가 RAMP 기능의 동작을 위한 신호인 경우(S815-Y), 조명 제어 모듈(25)은 RAMP_RATE 와 목표 디밍 신호값을 생성하고(S825), 생성된 RAMP_RATE 와 목표 디밍 신호값은 제1무선 통신 모듈(21)을 통해 해당 조명 장비(10)로 전송된다(S835).
해당 조명 장비(10)의 무선 통신 모듈(15)의 무선 통신부(11)에서는 디밍 신호를 수신하고, 듀티 발생기(12)에서는 RAMP_RATE 와 목표 디밍 신호값에 따라 PWM 신호를 발생시킨다(S845). PWM 신호는 전압출력회로(17)에서 아날로그 전압값으로 변환되어 전원모듈(19)로 제공되고(S850), 전원모듈(19)에서는 조명으로 전력아날로그 전압을 제공한다(S860). 그러면, 조명은 미리 설정된 RAMP_RATE를 유지하면서 조명의 조도가 변경된다.
C) STEP_UP 또는 STEP_DOWN 기능 동작시
디밍 신호가 STEP_UP 또는 STEP_DOWN 기능의 동작을 위한 신호인 경우(S817-Y), 조명 제어 모듈(25)은 단계적 변화량을 생성하고(S827), 생성된 단계적 변화량을 제1무선 통신 모듈(21)을 통해 해당 조명 장비(10)로 전송된다(S837).
해당 조명 장비(10)의 무선 통신 모듈(15)의 무선 통신부(11)에서는 디밍 신호를 수신하고, 듀티 발생기(12)에서는 단계적 변화량이 음의 값인 경우에는 기존 디밍 신호값에서 빼서 새로운 디밍 신호값을 산출하고, 단계적 변화량이 양의 값인 경우에는 기존 디밍 신호값에 더하여 새로운 디밍 신호값을 산출한다. 그런 다음, 듀티 발생기(12)에서는 새로운 디밍 신호값에 부합되는 PWM 신호를 발생시킨다(S847). PWM 신호는 전압출력회로(17)에서 아날로그 전압값으로 변환되어 전원모듈(19)로 제공되고(S850), 전원모듈(19)에서는 조명(18)으로 아날로그 전압에 대응되는 전력을 제공한다(S860). 이에 조명은 새로운 디밍 신호값의 레벨로 조도가 변경된다.
이러한 조명 제어 시스템의 동작 중, 갑자기 정전이 된 다음 복전되면, 조명 제어기(20)의 각 하위 노드들은 무선 네트워크의 참여를 조명 제어기(20)에게 요청한다. 그리고 각 조명 장비(10)는 무선 통신 모듈(15)의 메모리(13)에 저장된 최종 디밍 신호값을 인출하여 전압출력회로(17)를 통해 전원모듈(19)로 전달하고, 전원모듈(19)에서는 최종 디밍 신호값을 이용하여 조명의 조도를 정전 이전의 상태로 복원한다.
한편, 상술한 실시예에서, 디밍 신호를 아날로그 DC 값으로 변환함에 있어서, PWM 신호로 바꾼 후에 DC 값으로 변환하였으나 이는 예시적인 구성으로서 이와 다르게 구성하는 것도 가능하다. 예를 들면, AD 컨버터를 사용하여 디밍 신호를 바로 DC 값으로 변화시키는 구성도 가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (24)

  1. 외부 입력에 따라 조명의 조도를 변경하기 위한 디밍 신호를 생성하여 무선 네트워크를 통해 조명으로 제공하는 조명 제어기; 및,
    상기 조명 제어기로부터의 제공받은 디밍 신호에 기초하여 광을 출력하는 조명 장비;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    사용자로부터 상기 조명의 조도 변경을 위한 명령 신호를 제공받아 상기 무선 네트워크를 통해 상기 조명 제어기로 상기 명령 신호를 전송하는 조명 스위치;
    상기 조명이 설치된 실내의 조도 및 상기 사용자의 재실 여부를 감지하여 센싱 신호를 생성하고, 상기 무선 네트워크를 통해 상기 조명 제어기로 상기 센싱 신호를 전송하는 무선 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조명 제어기는,
    상기 조명 스위치, 상기 무선 센서, 상기 조명 장비와의 무선 통신을 지원하는 제1무선 통신 모듈;
    상기 조명 스위치로부터의 명령 신호와 상기 무선 센서로부터 센싱 신호에 따라 상기 조명의 조도 제어를 위한 디밍 신호를 생성하는 조명 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 조명 제어기는,
    상기 조명 장비, 조명 스위치, 무선 센서의 무선 네트워크 참여를 위한 어드레스 테이블을 저장하는 메모리;
    상기 조명 장비가 설치된 빌딩 관리 시스템과의 무선 통신을 위한 제2무선 통신 모듈;
    외부의 사용자 단말기와의 무선 통신하여 상기 조명 장비의 제어를 위한 명령 신호를 수신하기 위한 내장형 웹 서버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조명 제어 모듈은,
    상기 조명 스위치, 상기 무선 센서, 상기 빌딩 관리 시스템, 상기 사용자 단말기 중 적어도 하나로부터의 명령 신호 또는 센싱 신호에 따라, FADE 기능, RAMP 기능, STEP_UP 또는 STEP_DOWN 기능 중 하나를 수행하기 위한 디밍 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조명 제어 모듈은,
    상기 FADE 기능을 수행하기 위해, 조도가 변하는 시간인 FADE_TIME 과 목표 디밍 신호값을 포함하는 디밍 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 조명 제어 모듈은,
    상기 RAMP 기능을 수행하기 위해, 조도의 변화 기울기인 RAMP_RATE 와 목표 디밍 신호값을 포함하는 디밍 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 조명 제어 모듈은,
    상기 STEP_UP 또는 STEP_DOWN 기능을 수행하기 위해, 양 또는 음의 단계적 변화량을 디밍 신호로 생성하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 조명 제어 모듈은,
    부팅시 상기 조명 장비, 상기 조명 스위치, 상기 무선 센서들의 네트워크 참여를 요청하고, 네트워크 참여시 상기 조명 장비, 상기 조명 스위치, 상기 무선 센서들의 어드레스 테이블을 생성하여 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 장비는,
    상기 디밍 신호에 포함된 조건에 맞추어 목표 디밍 신호값에 도달하기 위한 PWM 신호를 생성하는 듀티 발생기;
    상기 PWM 신호를 아날로그 전압값으로 변환시키는 전압출력회로; 및,
    상기 전압출력회로로부터의 아날로그 전압값에 따라 광원에 전원을 제공하는 전원모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 조명 장비는,
    현재 조명의 디밍 신호값을 저장하는 메모리를 더 포함하며;
    상기 듀티 발생기는 정전 후 복전시 상기 메모리에 저장된 디밍 신호값을 인출하여 PWM 신호로 생성하고, 상기 전압출력회로에서는 상기 PWM 신호를 아날로그 전압값으로 변환시켜 상기 전원모듈로 제공하여 상기 조명이 정전 이전의 상태로 복귀되도록 하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  12. 제 6 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 듀티 발생기는,
    상기 FADE 기능의 수행을 위한 디밍 신호가 입력되면, 상기 FADE_TIME 동안 목표 디밍 신호값에 도달하도록 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  13. 제 7 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 듀티 발생기는,
    상기 RAMP 기능의 수행을 위한 디밍 신호가 입력되면, 상기 RAMP_RATE 로 디밍을 유지하여 목표 디밍 신호값에 도달하도록 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  14. 제 8 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 듀티 발생기는,
    상기 STEP_UP 또는 STEP_DOWN 기능의 수행을 위한 디밍 신호가 입력되면, 단계적 변화량을 더하거나 빼서 산출된 목표 디밍 신호값에 도달하도록 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 시스템.
  15. 외부로부터의 입력에 따라 조명 장비의 조도를 변경하기 위한 디밍 신호를 생성하는 단계;
    무선 네트워크를 통해 상기 디밍 신호를 상기 조명 장비로 제공하는 단계; 및,
    상기 디밍 신호에 기초하여 상기 조명 장비가 출력하는 광을 제어 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 외부로부터의 입력은,
    사용자로부터 상기 조명의 조도 변경을 위한 명령 신호, 상기 조명이 설치된 실내의 조도 및 상기 사용자의 재실 여부의 감지에 의한 센싱 신호, 빌딩 관리 시스템으로부터의 명령 신호, 외부의 사용자 단말기로부터의 명령 신호 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 디밍 신호를 생성하는 단계는, FADE 기능을 수행하기 위해, 조도가 변하는 시간인 FADE_TIME 과 목표 디밍 신호값을 포함하는 디밍 신호를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 디밍 신호를 생성하는 단계는, RAMP 기능을 수행하기 위해, 조도의 변화 기울기인 RAMP_RATE 와 목표 디밍 신호값을 포함하는 디밍 신호를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 디밍 신호를 생성하는 단계는, STEP_UP 또는 STEP_DOWN 기능을 수행하기 위해, 양 또는 음의 단계적 변화량을 디밍 신호로 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 전압값을 조절하는 단계는,
    상기 디밍 신호에 포함된 조건에 맞추어 목표 디밍 신호값에 도달하기 위한 PWM 신호를 생성하는 단계;
    상기 PWM 신호를 아날로그 전압값으로 변환시키는 단계; 및,
    상기 아날로그 전압값에 따라 조명에 전원을 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법.
  21. 제 17 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 PWM 신호를 생성하는 단계는,
    상기 FADE 기능의 수행을 위한 디밍 신호가 입력되면, 상기 FADE_TIME 동안 목표 디밍 신호값에 도달하도록 PWM 신호를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법.
  22. 제 18 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 PWM 신호를 생성하는 단계는,
    상기 RAMP 기능의 수행을 위한 디밍 신호가 입력되면, 상기 RAMP_RATE 로 디밍을 유지하여 목표 디밍 신호값에 도달하도록 PWM 신호를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법.
  23. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 PWM 신호를 생성하는 단계는,
    상기 STEP_UP 또는 STEP_DOWN 기능의 수행을 위한 디밍 신호가 입력되면, 단계적 변화량을 더하거나 빼서 산출된 목표 디밍 신호값에 도달하도록 PWM 신호를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법.
  24. 제 15 항에 있어서,
    현재 조명의 디밍 신호값을 저장하는 단계;
    정전 후 복전시 상기 디밍 신호값을 인출하여 PWM 신호로 생성하는 단계;
    상기 PWM 신호를 아날로그 전압값으로 변환시키는 단계;
    상기 조명에 아날로그 전압값을 제공하여 정전 이전의 상태로 복귀시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 방법.
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