WO2017090888A1 - IoT 환경 구축을 위한 무선 네트워크 기능이 결합된 지능형 통합 스위치 및 이를 이용하는 제어 방법 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an intelligent integrated switch and a control method using the same. More particularly, a light switch and an air conditioner are integrated, and a wireless mesh network configuration and a repeater function can be provided, and can be connected to an external communication network for intelligent control. It relates to an intelligent integrated switch and a control method using the same.
- a dimming function may be added to adjust the brightness of the light.
- an air conditioner control switch that controls the temperature of the air conditioner and the like, it is usually installed on the wall of a home or office.
- Such a light switch and an air conditioner control switch are not only separately installed, but also need to install another light switch or air conditioner control switch for each room or compartment.
- an object of the present invention is to integrate the light switch and air conditioner function, to configure the wireless mesh network and provide a repeater (repeater) function, intelligent integrated switch capable of intelligent control of the device connected to the wired and wireless network and It is to provide a control method using the same.
- a wireless communication unit disposed in the main body, the wireless communication unit to provide a wireless communication function to enable a wireless mesh network configuration, disposed in the main body, multi-way bidirectional serial communication function Wired communication unit for providing a, an input unit disposed on the front of the main body for receiving a user command, a display unit for displaying the information processed according to the user command, through the wireless communication unit to build the wireless mesh network with each other
- a control unit for controlling the operation of the device connected through the wired communication unit according to the user command, and receiving an external AC power as a power source of an external device, and rectifying the external AC power.
- the lighting control unit may further include a lighting control unit for controlling the lighting device, and the lighting control unit drives an internal relay according to a control signal transmitted through the control unit according to the user command to control the lighting and turning off of the lighting device. can do.
- control method using the intelligent integrated switch according to the present invention for achieving the above object, provides a wireless communication function to enable a wireless mesh network configuration, is connected to the home appliance through wired and wireless communication, is input through the input unit Using an intelligent integrated switch having a control unit for controlling an operation of the home appliance according to a user command, wherein a first intelligent integrated switch and a second intelligent integrated switch configure the wireless mesh network; Transferring a message corresponding to a user command input through an input unit from the first intelligent integrated switch to the second intelligent integrated switch, and in response to the message, the control unit of the second intelligent integrated switch is controlled by the second intelligent switch. And controlling the home appliance connected to the home appliance.
- the light switch function and the air conditioner control switch function is provided in one unit, and can be used to replace the light switch installed on the existing home or office wall.
- wireless mesh networks can be easily established without the need for separate network equipment to exchange messages with other intelligent integrated switches, allowing all devices connected to other intelligent integrated switches to be controlled from a single intelligent integrated switch.
- the home appliance connected to the intelligent integrated switch may be externally controlled using the portable terminal.
- the intelligent integrated switch according to the present invention can be installed by replacing the existing wall light switch, there is no difficulty in securing a space for installation, and it is possible to use a power line connected to an existing light switch as it is, and separate wiring Network configuration is possible, so installation is easy.
- FIG. 1 and 2 is a view showing an example of the appearance of the intelligent integrated switch according to the present invention
- FIG. 3 is a block diagram of an intelligent integrated switch according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a view referred to for the description of the mesh network configuration using the intelligent integrated switch according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is a diagram referred to for describing a process of connecting to an intelligent integrated switch from the outside.
- FIG. 1 and 2 is a view showing an example of the appearance of the intelligent integrated switch according to the present invention.
- the intelligent integrated switch 100 includes a display unit 141 in front of the main body 101, a wheel or jog switch 150a for rotating a key, and a switch 150b for push or touch operation. ) Is placed.
- the main body 101 includes a sensor unit 130 including a temperature sensor, a humidity sensor, an operation sensor, a sound output module 147 such as a speaker, and a power lamp 161 indicating that power is applied. Can be.
- the appearance or size of the main body 101 and the arrangement of the display unit 141 or the switches 150a and 150b may vary depending on the use environment, but basically, the lighting switch installed on the wall of a home or office may be replaced. To be configured.
- the intelligent integrated switch 100 may not only integrate a light switch and an air conditioner control switch into one, but also provide a wireless communication function and a multi-way bidirectional serial communication function to enable a wireless mesh network configuration with another intelligent integrated switch.
- Various home appliances can be controlled by wire or wireless without additional network connection equipment.
- the intelligent integrated switch 100 may provide a repeater function that amplifies the signal and provides the next stage.
- the intelligent integrated switch 100 may be communicatively connected to a server through an external communication network to use data collected and processed by the server. Intelligent control.
- holes 103a, 103b, 103c, and 103d for fixing the intelligent integrated switch 100 to a wall by penetrating a screw or the like are formed at the rear of the intelligent integrated switch 100, and a power line A power supply terminal 105 for the connection is arranged.
- the holes 103a, 103b, 103c, and 103d formed on the rear side are arranged according to standard standards such as a light switch, and after removing the existing light switch without additional construction, the intelligent integrated switch (for example, a switch box installed on the wall) 100) can be installed immediately.
- the power terminal 105 is connected to the power line that was connected to the existing light switch as it is, to generate the operating power of the intelligent integrated switch 100 using the power supplied through the power line, and to supply power to the lighting equipment, etc. To help.
- the intelligent integrated switch 100 can be installed by replacing the existing wall light switch, there is no difficulty in securing a space for the installation of the intelligent integrated switch 100 and the power line that has been connected to the existing light switch can be installed. It can be used as it is, and network configuration is possible without additional wiring, so installation is easy.
- FIG. 3 is a block diagram of an intelligent integrated switch according to an embodiment of the present invention.
- the intelligent integrated switch 100 includes a wireless communication unit 110, a wired communication unit 120, a sensing unit 130, an input unit 140, an output unit 150, a power supply unit 160, and lighting.
- the controller 170 and the controller 180 may be included.
- Such components may be configured by combining two or more components into one component, or by dividing one or more components into two or more components as necessary when implemented in an actual application.
- the wireless communication unit 110 transmits and receives data through wireless communication, and provides a wireless communication function to enable a wireless mesh network configuration.
- the wireless communication unit 110 may use ZigBee, UWB, Bluetooth, Z-Wave, or the like as a wireless communication technology.
- the wired communication unit 120 provides a wired communication function capable of transmitting and receiving data through wired communication.
- the wired communication unit 120 may use a multi-way bidirectional serial communication method such as RS-485 as a wired communication technology.
- the sensing unit 130 may include a temperature sensor 131, a humidity sensor 133, an illuminance sensor 135, an operation sensor 137, and the like.
- the temperature sensor 131 may detect the ambient temperature of the intelligent integrated switch 100
- the humidity sensor 133 may detect the ambient humidity of the intelligent integrated switch 100.
- the illuminance sensor 135 may detect illuminance around the intelligent integrated switch 100
- the motion sensor 133 may detect a user's movement or the like around the intelligent integrated switch 100.
- the input unit 140 receives a user command or information by a user's push or touch operation.
- the input unit 140 may be implemented as a dome switch or a touch pad, or may be implemented in a wheel or jog manner.
- the output unit 150 may include a display unit 141, an alarm unit 143, a haptic module 145, a sound output module 147, and the like.
- the display unit 141 may display an operation state or setting state of the device controlled by the intelligent integrated switch 100, a current temperature or humidity, a menu for control, and the like.
- the display unit 141 may be used as an input device capable of inputting information by a user's touch in addition to the output device.
- the alarm unit 143 may output an event occurrence or a warning signal of the intelligent integrated switch 100.
- the haptic module 145 generates various tactile effects that a user can feel.
- the sound output module 147 outputs audio data and may include a speaker, a buzzer, and the like.
- the power supply unit 160 rectifies external AC power input through the power terminal 105 to supply power for operation of each component, and to provide external AC power to a power source such as a lighting device.
- the lighting controller 170 may include a relay, and may control the driving of the connected relay under the control of the controller 180 to control the lighting of the lighting device.
- the controller 180 typically controls the operation of each unit to control the overall operation of the intelligent integrated switch 100.
- the controller 180 may include an I / O port 171 for controlling an external device, and the function of the I / O port 181 may be implemented as a separate chip.
- FIG. 4 is a diagram referred to for describing a case of controlling a lighting device using an intelligent integrated switch according to an embodiment of the present invention.
- a plurality of lighting devices 200a to 200n may be controlled through the I / O port 181 disposed in the controller 180 in the intelligent integrated switch 100.
- the lighting control unit 170 controls the internal relay to cut off or connect the power supplied to the lighting devices (200a ⁇ 200n), the lighting device (200a ⁇ ) 200n) off and on can be controlled.
- the brightness of the lighting devices 200a to 200n may be adjusted by using a phase control signal or a pulse width modulation (PWM) signal output through the I / O port 181.
- PWM pulse width modulation
- FIG. 5 is a view referred to for describing the case of controlling the air conditioner using the intelligent integrated switch according to an embodiment of the present invention.
- one or more air conditioners 250a to 250n may be connected and controlled to the wired communication unit 120 of the intelligent integrated switch 100. That is, by using the RS-485 communication method such as a multi-way bidirectional serial communication standard, it is possible to control by connecting one or more air conditioners (250a ⁇ 250n) in parallel to the serial port of the wired communication unit 120.
- the RS-485 communication method such as a multi-way bidirectional serial communication standard
- a wireless module 260 capable of transmitting and receiving data through wireless communication in the air conditioners (250a ⁇ 250n), it may be controlled through wireless communication with the wireless communication unit 110.
- control unit 170 according to the user command input through the input unit 150, the status inquiry for the air conditioners (250a ⁇ 250n), characteristic request, heating and cooling on / off, setting temperature change. Reservation function on / off, out function on / off, hot water on / off can be controlled.
- the air conditioners 250a to 250n always maintain the optimal temperature state Can be controlled.
- the intelligent integrated switch 100 may be controlled so as not to require rapid cooling or rapid heating by gradually adjusting the temperature of the air conditioners 250a to 250n in advance in a hot summer or a cold winter in association with internet weather information.
- intelligent control can be performed through comprehensive data analysis such as temperature and humidity data of each room or zone, external temperature and humidity data, and user behavior radius pattern data in a server connected through an external communication network.
- FIG. 6 is a view referred to for describing a mesh network configuration using an intelligent integrated switch according to an embodiment of the present invention.
- one or more intelligent integrated switches 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, and 100f may form a wireless mesh network.
- the intelligent integrated switches 100a, 100b, 100c, 100d, 100e and 100f use an intelligent mesh network topology and do not have a master node. Therefore, even when the first intelligent integrated switch 100a and the fourth intelligent integrated switch 100d cannot communicate with each other, the first integrated switch 100a and the fourth integrated type are connected through the second intelligent integrated switch 100b.
- the switch 100d may transmit a message.
- the first integrated switch 100a which has transmitted the message may find another routing path for reaching the fourth intelligent integrated switch 100d.
- the intelligent integrated switch (100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f) each node can send and receive messages, and also provides a repeater function to cover the role of the router and the shadow area, so that one connection You can automatically send a message to another connection even if you lose it.
- the wireless communication unit 110 may use a communication method such as ZigBee, UWB, Bluetooth, Z-Wave.
- ZigBee is an extension of the network, security layer, and network topology in IEEE 802.15.4. It supports a variety of network configurations including routing algorithms, ad-hoc, star, and mesh networks. ZigBee supports a GTS (Guaranteed Time Slot) data transmission mechanism to guarantee quality of service (QoS) when the average power consumption is about 50mW.
- GTS Guard Time Slot
- UWB is the wireless communication technology of home entertainment network that replaces IEEE 1394. It can transmit large capacity of 480Mbps or more at short distance of up to 20m, and it can communicate without using a carrier. . UWB is also less susceptible to signal interference from multiple paths.
- Bluetooth is a short-range wireless communication technology that enables low-cost, two-way short-range communication between portable devices without complicated cables. It uses a radio frequency of 2.4 GHz ISM band and enables wireless data communication even in the presence of obstacles. In a point-to-multipoint network, the piconet enables low-cost, low-power, short-range wireless communications to communicate data and voice.
- Z-Wave is an interoperable wireless communication protocol. It is a wireless RF based communication technology designed for residential and HAVC control, lighting control, home appliance control, intrusion and fire detection, and meter measurement. In-device becomes an intelligent network device to enable control and monitoring. Z-Wave is designed to recognize individual networks, to avoid interference problems between networks, and to securely transmit signals by automatically selecting a signal transmission path in routing.
- the Z-Wave communication protocol is divided into five layers: physical layer (RF layer), MAC layer, transport layer, routing layer, and application layer.
- RF layer physical layer
- MAC layer transport layer
- routing layer routing layer
- application layer application layer
- the physical layer is composed of RF media, the transmission method uses Manchester code and NRZ code, and the modulation method uses FSK method.
- the MAC layer consists of RF, the data flow consists of Manchester code, head, start frame (SOF), data and last frame (EOF) structure, and the frame data is part of the frame, which is passed to the transport layer. do.
- the transport layer controls the further retransmission, checksum check and frame transfer of responses between the two nodes. Routing Layer Controls the routing of frames from one node to another.
- the application layer is then responsible for decoding and command execution in the Z-Wave network.
- FIG. 7 is a diagram referred to for describing a process of connecting to an intelligent integrated switch from the outside.
- a user accesses a cloud server 500 through an app of a mobile terminal 450, reviews a network profile of a home 350 to be accessed, requests a connection approval, and then permits approval.
- the fixed controller 300 in the home 350 may be connected through the communication network 400.
- the fixed controller 300 provides a gateway function between the external communication network 400 and the internal network.
- the fixed controller 300 may provide the desired intelligent integration.
- the switch 100a, 100b, 100c can be connected.
- the mobile terminal 450 may include not only a smart phone but also a general personal computer (PC), a notebook computer, a tablet computer, and the like.
- the lighting device connected to the intelligent integrated switches 100a, 100b and 100c on the screen of the portable terminal 450,
- the integrated UI for controlling air conditioners, doors, gas locks, window sensors, and entertainment devices can be displayed. Through the integrated UI, the user can know whether the lighting device is turned on or off, the current temperature of each room, doors, gas locks, and the like.
- the changed value in the integrated UI is changed in the display unit 141 of the intelligent integrated switch 100 in real time, so that the user can visually check the changed value.
- a value changed in the intelligent integrated switch 100 may be implemented to be updated on the screen of the mobile terminal 450.
- the cloud server 500 and the fixed controller 300 are communicatively connected through the communication network 400, so that the temperature data, humidity data, and illuminance data detected by the intelligent integrated switch 100 in the cloud server 500.
- the above embodiment has been described in the case of using an intelligent integrated switch mainly in the home, for example, the intelligent integrated switch according to the present invention can be used in offices, general corporate buildings, factories, public offices and the like.
- the present invention can be used to replace the light switch installed on the existing home or office wall, it can be utilized to integrally manage lighting equipment, air conditioners, and other home appliances.
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Abstract
본 발명은 지능형 통합 스위치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 지능형 통합 스위치는, 본체, 본체 내에 배치되어, 무선 메쉬 네트워크 구성이 가능하도록 무선통신 기능을 제공하는 무선통신부, 본체 내에 배치되어, 다자간 양방향 직렬 통신 기능을 제공하는 유선통신부, 본체의 전면에 배치되어 사용자 명령이나 정보를 입력받는 입력부, 사용자 명령에 따라 처리되는 정보를 표시하는 디스플레이부, 무선통신부를 통해 다른 기기와 무선 메쉬 네트워크를 구축하여 서로 메시지를 교환할 수 있도록 하며, 사용자 명령에 따라 유선통신부를 통해 연결된 가전기기의 동작을 제어하는 제어부, 및 외부 교류 전원을 입력받아 외부 기기의 전원으로 제공하며, 외부 교류 전원을 정류하여 각 부의 동작 전원으로 제공하는 전원 공급부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 조명 스위치 기능과 냉난방기 조절 스위치 기능을 하나로 통합하여 제공하며, 별도의 네트워크 장비 없이 간편하게 무선 메쉬 네트워크를 구축하여, 다른 지능형 통합 스위치에 연결된 모든 기기를 하나의 지능형 통합 스위치에서 제어할 수 있다.
Description
본 발명은 지능형 통합 스위치 및 이를 이용하는 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조명 스위치와 냉난방 조절기가 일체화되고, 무선 메쉬 네트워크 구성과 중계기 기능의 제공이 가능하며, 외부 통신망에 연결되어 지능적 제어가 가능한 지능형 통합 스위치 및 이를 이용하는 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 조명 스위치는 가정이나 사무실의 벽면에 설치되어 각 부하 그룹에 연결되어 있는 조명을 점등하거나 소등하는 용도로 사용되면, 조명의 밝기를 조절할 수 있는 디밍(dimming) 기능이 부가되기도 한다. 또한, 냉난방기의 온도 등을 제어하는 냉난방기 조절 스위치의 경우에도 통상적으로 가정이나 사무실의 벽면에 설치되고 있다.
이러한, 조명 스위치와 냉난방기 조절 스위치는 각각 별도로 설치될 뿐만 아니라, 방이나 구획된 공간별로도 다른 조명 스위치나 냉난방기 조절 스위치를 더 설치해야 하는 경우가 많다.
따라서, 사용자는 조명 스위치와 냉난방기 조절 스위치 등을 각각 별개로 조작해야 하므로 번거로운 점이 있으며. 이러한 번거로움을 해소하고 다른 가전기기와 통합적으로 제어를 하기 위해서는 홈오토메이션 기기와 별도의 네트워크 장비를 설치해야만 한다.
그러나, 네트워크 장비 등의 설치를 위해서는 별도의 비용이 소모될 뿐만 아니라, 네트워크 장비 등의 설치를 위한 공간 확보와 복잡한 네트워크 설정 과정 등이 필요하다.
따라서, 비교적 저렴한 비용과 간편한 설정으로 네트워크를 구성하여, 조명 기기, 냉난방기, 및 기타 가전기기를 통합적으로 관리할 수 있도록 하는 방안을 고려해 볼 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 조명 스위치와 냉난방 조절기 기능이 일체화되고, 무선 메쉬 네트워크의 구성과 중계기(repeater) 기능의 제공이 가능하며, 유무선 네트워크에 연결된 기기에 대하여 지능적 제어가 가능한 지능형 통합 스위치 및 이를 이용하는 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지능형 통합 스위치는, 본체, 상기 본체 내에 배치되어, 무선 메쉬 네트워크 구성이 가능하도록 무선통신 기능을 제공하는 무선통신부, 상기 본체 내에 배치되어, 다자간 양방향 직렬 통신 기능을 제공하는 유선통신부, 상기 본체의 전면에 배치되어 사용자 명령을 입력받는 입력부, 상기 사용자 명령에 따라 처리되는 정보를 표시하는 디스플레이부, 상기 무선통신부를 통해 다른 기기와 상기 무선 메쉬 네트워크를 구축하여 서로 메시지를 교환할 수 있도록 하며, 상기 사용자 명령에 따라 상기 유선통신부를 통해 연결된 장치 동작을 제어하는 제어부, 및 외부 교류 전원을 입력받아 외부 기기의 전원으로 제공하며, 상기 외부 교류 전원을 정류하여 상기 각 부의 동작 전원으로 제공하는 전원 공급부를 포함한다.
또한, 조명 기기의 제어를 위한 조명 제어부를 더 포함하여, 상기 조명 제어부는, 상기 사용자 명령에 따라 상기 제어부를 통해 전달되는 제어 신호에 따라 내부 릴레이를 구동하여, 상기 조명 기기의 점등과 소등을 제어할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지능형 통합 스위치를 이용하는 제어 방법은, 무선 메쉬 네트워크 구성이 가능하도록 무선통신 기능을 제공하며, 유무선 통신을 통해 가전기기와 연결되어, 입력부를 통해 입력되는 사용자 명령에 따라 상기 가전기기의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 지능형 통합 스위치를 이용하며, 제1 지능형 통합 스위치와 제2 지능형 통합 스위치가 상기 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 단계, 제1 지능형 통합 스위치의 입력부를 통해 입력된 사용자 명령에 대응하는 메시지를 상기 제1 지능형 통합 스위치에서 상기 제2 지능형 통합 스위치로 전달하는 단계, 및 상기 메시지에 따라, 상기 제2 지능형 통합 스위치의 제어부가 상기 제2 지능형 스위치에 연결된 가전기기를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 조명 스위치 기능과 냉난방기 조절 스위치 기능을 하나로 통합하여 제공하며, 기존 가정이나 사무실 벽면에 설치된 조명 스위치를 대체하여 사용할 수 있다. 또한, 별도의 네트워크 장비 없이 간편하게 무선 메쉬 네트워크를 구축하여, 다른 지능형 통합 스위치와 메시지를 교환할 수 있어, 다른 지능형 통합 스위치에 연결된 모든 기기를 하나의 지능형 통합 스위치에서 제어할 수 있다. 또한, 휴대 단말기를 이용하여 지능형 통합 스위치에 연결된 가전기기를 외부에서 제어할 수도 있다. 그리고, 본 발명에 따른 지능형 통합 스위치는 기존에 설치된 벽면 조명 스위치를 대체하여 설치할 수 있으므로, 설치를 위한 공간 확보에 어려움이 없고, 기존 조명 스위치에 연결되었던 전원선을 그대로 이용할 수 있고, 별도의 배선 없이 네트워크 구성이 가능하므로, 설치가 용이하다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 지능형 통합 스위치 외형의 일 예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 스위치의 블럭 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 스위치를 사용하여 조명을 제어하는 경우에 대한 설명에 참조되는 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 스위치를 사용하여 냉난방기를 제어하는 경우에 대한 설명에 참조되는 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 스위치를 이용한 메쉬 네트워크 구성에 대한 설명에 참조되는 도면, 그리고
도 7은 외부에서 지능형 통합 스위치에 접속하는 과정에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 지능형 통합 스위치에 대한 외형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 지능형 통합 스위치(100)는, 본체(101) 전면에 디스플레이부(141), 키를 회전시키는 휠 또는 조그 방식의 스위치(150a), 푸시 또는 터치 조작 방식의 스위치(150b)가 배치된다. 또한, 본체(101)에는 온도 센서, 습도 센서, 동작 센서 등을 포함하는 센서부(130), 스피커와 같은 음향 출력 모듈(147), 및 전원이 인가되었음을 나타내는 전원 램프(161) 등이 배치될 수 있다.
본체(101)의 외형이나 크기, 디스플레이부(141)나 스위치(150a, 150b) 등의 배치는 사용 환경에 따라 달라질 수 있으나, 기본적으로 가정이나 사무실 등의 벽면에 설치된 조명 스위치를 대체하여 설치할 수 있도록 구성한다.
이와 같은 지능형 통합 스위치(100)는 조명 스위치와 냉난방기 조절 스위치를 하나로 통합할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 지능형 통합 스위치와 무선 메쉬 네트워크 구성이 가능하도록 무선 통신 기능과, 다자간 양방향 직렬 통신 기능을 제공하여, 추가적인 네트워크 연결 장비 없이도 다양한 가전기기를 유무선으로 제어할 수 있다.
또한, 지능형 통합 스위치(100)는 신호를 증폭하여 다음 단으로 제공하는 중계기(repeater) 기능을 제공할 수 있으며, 외부 통신망을 통해 서버와 통신 가능하게 연결되어, 서버에서 수집되고 처리되는 데이터를 이용하여 지능적인 제어를 수행할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 지능형 통합 스위치(100)의 후면에는 나사 등을 관통시켜 지능형 통합 스위치(100)를 벽면에 고정하기 위한 홀(103a, 103b, 103c, 103d)이 형성되어 있고, 전원선 연결을 위한 전원 단자(105)가 배치되어 있다.
후면에 형성된 홀(103a, 103b, 103c, 103d)은 조명 스위치 등의 표준 규격에 따라 배치되어, 별도의 공사 없이 기존에 설치된 조명 스위치를 제거한 후, 벽면에 설치되어 있는 스위치 박스 등에 지능형 통합 스위치(100)를 바로 설치할 수 있도록 한다. 또한, 전원 단자(105)에는 기존 조명 스위치에 연결되었던 전원선을 그대로 연결하여, 전원선을 통해 공급되는 전원을 이용하여 지능형 통합 스위치(100)의 동작 전원을 생성하고, 조명 기기 등에 전원을 공급할 수 있도록 한다.
이와 같이, 지능형 통합 스위치(100)는 기존에 설치된 벽면 조명 스위치를 대체하여 설치가 가능하므로, 지능형 통합 스위치(100)의 설치를 위한 공간 확보에 어려움이 없고, 기존 조명 스위치에 연결되었던 전원선을 그대로 이용하고, 별도의 배선없이 네트워크 구성이 가능하므로, 설치가 용이하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 스위치의 블럭 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 지능형 통합 스위치(100)는 무선통신부(110), 유선통신부(120), 센싱부(130), 입력부(140), 출력부(150), 전원공급부(160), 조명 제어부(170), 및 제어부(180)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다.
무선통신부(110)는 무선 통신을 통해 데이터를 송수신하며, 무선 메쉬 네트워크 구성이 가능하도록 무선통신 기능을 제공한다. 무선통신부(110)는 무선 통신 기술로는 ZigBee, UWB, 블루투스(bluetooth), Z-Wave 등을 사용할 수 있다.
유선통신부(120)는 유선 통신을 통해 데이터를 송수신할 수 있는 유선통신 기능을 제공한다. 유선통신부(120)는 유선 통신 기술로는 RS-485 등과 같은 다자간 양방향 직렬 통신 방식을 사용할 수 있다.
센싱부(130)는 온도 센서(131), 습도 센서(133), 조도 센서(135), 동작 센서(137) 등을 포함할 수 있다. 온도 센서(131)는 지능형 통합 스위치(100)의 주변 온도를 감지하고, 습도 센서(133)는 지능형 통합 스위치(100)의 주변 습도를 감지할 수 있다. 조도 센서(135)는 지능형 통합 스위치(100)의 주변의 조도를 감지하고, 동작 센서(133)는 지능형 통합 스위치(100) 주변에서 사용자의 움직임 등을 감지할 수 있다.
입력부(140)는 사용자의 푸시 또는 터치 조작에 의해 사용자 명령 또는 정보를 입력받는다. 입력부(140)는 돔 스위치 또는 터치 패드로 구현하거나, 휠 또는 조그 방식 등으로 구현할 수 있다.
출력부(150)는 디스플레이부(141), 알람부(143), 햅틱 모듈(145), 음향 출력 모듈(147) 등을 포함할 수 있다. 디스플레이부(141)는 지능형 통합 스위치(100)에 의해 제어되는 기기의 동작 상태나 설정 상태, 현재 온도나 습도, 제어를 위한 메뉴 등을 표시할 수 있다. 디스플레이부(141)를 터치스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이부(141)는 출력 장치 이외에 사용자의 터치에 의한 정보의 입력이 가능한 입력 장치로도 사용될 수 있다. 알람부(143)는 지능형 통합 스위치(100)의 이벤트 발생이나 경고 신호 등을 출력할 수 있다. 햅틱 모듈(145)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 음향 출력 모듈(147)은 오디오 데이터를 출력하며, 스피커(speaker), 버저(buzzer) 등을 포함할 수 있다.
전원공급부(160)는 전원 단자(105)를 통해 입력되는 외부 교류 전원을 정류하여 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급하고, 외부 교류 전원을 조명 기기 등의 전원으로 제공할 수 있도록 한다.
조명 제어부(170)는 릴레이(relay) 등을 포함하며, 제어부(180)의 제어에 따라 연결된 릴레이의 구동을 제어하여 조명 기기의 점등과 소등을 제어할 수 있다.
제어부(180)는 통상적으로 상기 각부의 동작을 제어하여 지능형 통합 스위치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 외부 기기의 제어를 위한 I/O 포트(171)를 구비할 수 있으며, 이러한 I/O 포트(181)의 기능은 별도의 칩으로 구현할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 스위치를 사용하여 조명 기기를 제어하는 경우에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 4를 참조하면, 지능형 통합 스위치(100)에서 제어부(180)에 배치된 I/O 포트(181)를 통해 다수의 조명 기기(200a ~ 200n)를 제어할 수 있다.
즉, I/O 포트(181)의 출력 신호에 따라, 조명 제어부(170)는 내부의 릴레이를 제어하여 조명 기기(200a ~ 200n)에 공급되는 전원을 차단하거나 연결되도록 하여, 조명 기기(200a ~ 200n)의 소등 및 점등을 제어할 수 있다. 또한, I/O 포트(181)를 통해 출력되는 위상 제어 신호나 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 이용하여, 조명 기기(200a ~ 200n)의 밝기를 조절할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 스위치를 사용하여 냉난방기를 제어하는 경우에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5를 참조하면, 지능형 통합 스위치(100)의 유선통신부(120)에 하나 이상의 냉난방기(250a ~ 250n)를 연결하여 제어할 수 있다. 즉, 다자간 양방향 직렬 통신 규격인 RS-485 통신 방식 등을 사용하면, 유선통신부(120)의 직렬 포트에 하나 이상의 냉난방기(250a ~ 250n)를 병렬로 연결하여 제어할 수 있다.
또한, 냉난방기(250a ~ 250n)에 무선 통신을 통해 데이터를 송수신할 수 있는 무선 모듈(260)를 설치하여, 무선통신부(110)와의 무선통신을 통해 제어할 수도 있다.
이러한 구성을 통해, 제어부(170)는 입력부(150)를 통해 입력된 사용자 명령에 따라, 냉난방기(250a ~250n)에 대한 상태 조회, 특성 요구, 냉난방 온/오프, 설정 온도 변경. 예약 기능 온/오프, 외출 기능 온/오프, 온수 온/오프 등의 제어를 할 수 있다.
또한, 지능형 통합 스위치(100)에 지능형 알고리즘을 도입하여, 온도 센서(131) 등이 측정한 온도를 추적하여 사용자의 온도 패턴을 학습함으로써, 냉난방기(250a ~250n)가 최적의 온도 상태를 항상 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 지능형 통합 스위치(100)는 인터넷 날씨 정보와 연계하여 무더운 여름이나 추운 겨울에는 냉난방기(250a ~250n)의 온도를 미리 몇 시간 전부터 서서히 조절하여, 급냉방이나 급난방이 필요 없도록 제어할 수도 있다. 또한, 외부 통신망을 통해 연결된 서버에서 각 방이나 구역의 온도와 습도 데이터, 외부의 온도와 습도 데이터, 사용자의 행동 반경 패턴 데이터 등의 종합적인 데이터 분석을 통해 지능형 제어를 할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 통합 스위치를 이용한 메쉬 네트워크(mesh network) 구성에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 6을 참조하면, 하나 이상의 지능형 통합 스위치(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)는 무선 메쉬 네트워크를 구성할 수 있다. 이 경우, 지능형 통합 스위치(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)는 지능형 매시 네트워크 토폴로지를 사용하고, 마스터 노드를 가지지 않는다. 따라서 제1 지능형 통합 스위치(100a)와 제4 지능형 통합 스위치(100d)가 서로 통신할 수 없는 거리에 있을지라도, 제2 지능형 통합 스위치(100b)를 통해 제1 통합형 스위치(100a)와 제4 통합형 스위치(100d)는 메시지를 전송할 수 있다.
또한, 만약 제2 지능형 통합 스위치(100b)를 노드로 사용할 수 없다면, 메시지를 전송한 제1 통합형 스위치(100a)는 제4 지능형 통합 스위치(100d)에 도달하기 위한 다른 라우팅 경로를 찾을 수 있다. 즉, 지능형 통합 스위치(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)는 각 노드가 메시지를 보내거나 받을 수 있으며, 라우터 역할과 음영지역을 커버할 수 있는 중계기 기능도 제공하여, 하나의 연결이 끊어져도 자동으로 다른 연결로 메시지를 전송할 수 있다.
이와 같은 메쉬 네트워크의 구성에 의해, 비교적 저렴한 비용으로 높은 성능의 무선 네트워크 영역을 확보할 수 있다. 또한, 메쉬 네트워크의 구성에 의해, 가정 환경에서 음영지역을 해소할 수 있으며, 사무실 환경에서 빠른 시간 내에 네트워크 구축이 가능하며, 네트워크 확장성에 높은 유연성을 제공할 수 있다.
지능형 통합 스위치(100)의 메쉬 네트워크 구성을 위해, 무선통신부(110)는 ZigBee, UWB, 블루투스, Z-Wave 등과 같은 통신 방식을 사용할 수 있다.
ZigBee는 IEEE 802.15.4에서 네트워크 및 보안계층, 네트워크 토플로지를 확장한 기술로서, 라우팅 알고리즘과 Ad-hoc, Star, Mesh 네트워크 등 다양한 네트워크 구성을 지원한다. ZigBee는 평균 전력소모가 50mW 정도인 저전력 특성을 가지면, QoS(Quality of Service)를 보장하기 위하여 GTS(Guaranteed Time Slot) 데이터 전송 매커니즘을 지원한다.
UWB는 IEEE 1394를 대체하는 홈 엔터테인먼트 네트워크의 무선통신 기술로, 최대 20m의 단거리에서 480Mbps 이상의 대용량 전송이 가능하고, 반송파를 이용하지 않아도 통신이 가능함으로 소형으로 저렴하게 제조할 수 있는 장점을 제공한다. UWB는 복수 경로로 인한 신호 간섭에 영향을 덜 받는다는 특징도 있다.
블루투스는 휴대용 장치 간의 양방향 근거리 통신을 복잡한 케이블 없이 저가격으로 구현하기 위한 근거리 무선통신 기술로, 2.4 GHz ISM 대역의 라디오 주파수를 사용하고, 장애물이 있을 경우에도 무선데이터 통신을 구현할 수 있으며, 0 ~ 10m 점 대 다점 네트워크인 피코넷에서 데이터와 음성을 통신하는 저비용, 저전력, 단거리 무선 통신이 가능하다는 특징이 있다.
Z-Wave는 상호 운영성을 가지는 무선 통신 프로토톨로서, 주거공간과 HAVC 제어, 조명제어, 가전기기의 제어, 침입과 화재감지, 계량기 측정 등의 목적으로 설계된 무선 RF 기반의 통신 기술이며, 독립적인 디바이스를 지능형 네트워크 디바이스화 하여 제어와 감시를 가능하게 한다. Z-Wave는 개별 네트워크 인식이 가능하며 네트워크 간의 간섭문제가 발생하지 않고, 라우팅에 있어서 자동적으로 신호의 전송경로를 선택하여 안전한 신호의 전달이 이루어지도록 고안되었다.
Z-Wave 통신 프로토콜은 물리계층(RF계층), MAC 계층, 전송계층, 라우팅 계층, 어플리케이션 계층으로 총 5단계 계층으로 나누어진다.
물리 계층은 RF Media로 이루어져 있으며, 전송 방식은 Manchester 코드 및 NRZ 코드를 사용하고 있으며, 변조 방식은 FSK 방식을 사용한다. 맥 계층은 RF로 구성되며, 데이터 흐름은 Manchester 코드로 되어 있고, 헤드, 시작 프레임(SOF), 데이터와 마지막 프레임(EOF) 구조로 되어 있으며, 프레임 데이터는 프레임의 부분이며 이것은 전송계층으로 넘겨주게 된다. 전송 계층은 두 노드 사이의 추가 재전송, 체크 섬 체크와 응답들의 프레임 전송에 관한 것을 제어한다. 라우팅 계층 한 노드에서 다른 노드로 프레임들의 라우팅을 제어한다. 그리고, 어플리케이션 계층은 Z-Wave 네트워크에서 디코딩과 명령 실행의 책임을 가진다.
도 7은 외부에서 지능형 통합 스위치에 접속하는 과정에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7을 참조하면, 사용자는 휴대 단말기(450)의 앱으로 클라우드 서버(500) 등에 접속하여, 접속하고자 하는 가정(350)에 대한 네트워크 프로파일을 검토한 후, 접속승인을 요청한 후 승인 허용시, 통신망(400)을 통해 가정(350) 내의 고정 제어기(300)에 접속할 수 있다. 고정 제어기(300)는 외부 통신망(400)과 내부 네트워크 간의 게이트웨이 기능을 제공하며, 하나 이상의 지능형 통합 스위치(100a, 100b, 100c)와 통신 가능하게 연결되면, 고정 제어기(300)를 통해 원하는 지능형 통합 스위치(100a, 100b, 100c)에 접속할 수 있다.
휴대 단말기(450)는, 스마트 폰(smart phone) 뿐만 아니라, 일반적인 PC(Personal Computer), 노트북 컴퓨터(notebook computer), 타블렛 컴퓨터(tablet computer) 등을 포함할 수 있다.
휴대 단말기(450)가 고정 제어기(300)를 통해 지능형 통합 스위치(100a, 100b, 100c)에 접속되면, 휴대 단말기(450)의 화면에 지능형 통합 스위치(100a, 100b, 100c)에 연결된 조명 기기, 냉난방기, 도어, 가스락, 창문센서, 엔터테인먼트 기기 등의 제어를 위한 통합형 UI를 표시할 수 있다. 사용자는 통합 UI를 통해 조명 기기의 점등이나 소등 상태, 현재 각방의 온도, 도어, 가스락 상황 등을 알 수 있게 된다.
통합 UI에서 변화된 값은 실시간으로 지능형 통합 스위치(100)의 디스플레이부(141)에서 변경이 이루어져 사용자가 변화된 값을 눈으로 확인할 수 있다. 또한, 동시에 반대로 지능형 통합 스위치(100)에서 변경된 값이 휴대 단말기(450)의 화면에서도 갱신되도록 구현할 수 있다.
이러한 구성을 통해, 조명 기기의 온/오프, 냉난방기 온도 조절 외에도, 보안 카메라 동영상 확인, 모션 센서 감지되면 메시지 전송, 현관문 원격 Lock / Unlock 등의 제어를 할 수 있다.
그리고, 통신망(400)을 통해 클라우드 서버(500)와 고정 제어기(300)가 통신 가능하게 연결되어, 클라우드 서버(500)에서 지능형 통합 스위치(100)를 통해 감지되는 온도 데이터, 습도 데이터, 조도 데이터, 사용자의 동작 데이터 등을 수집하여 저장하고, 이 정보와 클라우드 서버(500)에서 수집되는 지역 날씨, 지역 평균 실내 온도, 계절 및 시간, 평균 조도 등의 정보를 결합하여 지능형 제어를 위한 제어 데이터를 생성할 수 있으며, 이를 기반으로 지능형 통합 스위치(100)를 통해 지능형 제어를 수행할 수도 있다.
한편, 상기한 실시예에서는 주로 가정에서 지능형 통합 스위치를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명에 따른 지능형 통합 스위치는 이외에도 사무실, 일반 기업 빌딩, 공장, 관공서 등에서 활용될 수 있다.
또한, 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 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
본 발명은 기존 가정이나 사무실 벽면에 설치된 조명 스위치를 대체하여 사용되어, 조명 기기, 냉난방기, 및 기타 가전기기를 통합적으로 관리하는데 활용할 수 있다.
Claims (10)
- 본체;상기 본체 내에 배치되어, 무선 메쉬 네트워크 구성이 가능하도록 무선통신 기능을 제공하는 무선통신부;상기 본체 내에 배치되어, 다자간 양방향 직렬 통신 기능을 제공하는 유선통신부;상기 본체의 전면에 배치되어 사용자 명령을 입력받는 입력부;상기 사용자 명령에 따라 처리되는 정보를 표시하는 디스플레이부;상기 무선통신부를 통해 다른 기기와 상기 무선 메쉬 네트워크를 구축하여 서로 메시지를 교환할 수 있도록 하며, 상기 사용자 명령에 따라 상기 유선통신부를 통해 연결된 장치 동작을 제어하는 제어부; 및외부 교류 전원을 입력받아 외부 기기의 전원으로 제공하며, 상기 외부 교류 전원을 정류하여 상기 각 부의 동작 전원으로 제공하는 전원 공급부를 포함하는 지능형 통합 스위치.
- 제1항에 있어서,조명 기기의 제어를 위한 조명 제어부를 더 포함하며,상기 조명 제어부는, 상기 사용자 명령에 따라 상기 제어부를 통해 전달되는 제어 신호에 따라 내부 릴레이를 구동하여, 상기 조명 기기의 점등과 소등을 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 통합 스위치.
- 제1항에 있어서,상기 무선통신부는, ZigBee, UWB, 블루투스, 및 Z-Wave 중 어느 하나의 무선 통신 기술을 사용하는 것을 특징으로 하는 지능형 통합 스위치.
- 제1항에 있어서,상기 유선통신부는, RS-485 통신 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 지능형 통합 스위치.
- 제1항에 있어서,상기 본체의 후면에는 조명 스위치의 표준 규격에 따라 배치된 홀이 형성되어 있으며, 상기 홀에 고정 부재를 관통시켜 상기 본체를 가정이나 사무실의 벽면에 고정하는 것을 특징으로 하는 지능형 통합 스위치.
- 무선 메쉬 네트워크 구성이 가능하도록 무선통신 기능을 제공하며, 유무선 통신을 통해 가전기기와 연결되고, 입력부를 통해 입력되는 사용자 명령에 따라 상기 가전기기의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 지능형 통합 스위치를 이용하는 제어 방법에 있어서.제1 지능형 통합 스위치와 제2 지능형 통합 스위치가 상기 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 단계;제1 지능형 통합 스위치의 입력부를 통해 입력된 사용자 명령에 대응하는 메시지를 상기 제1 지능형 통합 스위치에서 상기 제2 지능형 통합 스위치로 전달하는 단계; 및상기 메시지에 따라, 상기 제2 지능형 통합 스위치의 제어부가 상기 제2 지능형 스위치에 연결된 가전기기를 제어하는 단계를 포함하는 제어 방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1 및 제2 지능형 통합 스위치와 통신 가능하게 연결되는 고정 제어기를 설치하는 단계;통신망을 통해 휴대 단말기와 상기 고정 제어기가 통신 가능하게 연결하는 단계; 및상기 휴대 단말기를 통해 전송된 메시지에 따라, 상기 제1 및 제2 통합 스위치 중 어느 하나에 연결된 가전기기를 제어하는 단계를 더 포함하는 제어 방법.
- 제6항에 있어서,상기 휴대 단말기에 상기 제1 및 제2 통합 스위치에 연결된 가전기기의 제어를 위한 화면을 표시하는 단계를 더 포함하는 제어 방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1 및 제2 지능형 통합 스위치에 구비된 디스플레이 표시되는 정보와 상기 휴대 단말기의 화면에 표시되는 정보를 동기화하는 단계를 더 포함하는 제어 방법.
- 제6항에 있어서,통신망을 통해 클라우드 서버와 상기 고정 제어기가 통신 가능하게 연결되는 단계;상기 클라우드 서버에서 상기 제1 및 제2 지능형 통합 스위치를 통해 감지된 데이터를 수집하는 단계;상기 클라우드 서버에서 외부 환경 데이터를 수집하는 단계;상기 감지된 데이터와 상기 외부 환경 데이터에 기초한 제어 데이터를 생성하는 단계; 및상기 제어 데이터에 따라 상기 제1 및 제2 지능형 통합 스위치 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는 제어 방법.
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