[논문]신뢰성 개선을 위한 저전력 열연 복합식 단독경보형 감지기 개발

지승욱; 김시국; 이재진; 김필영; 이춘하

doi:10.7731/kifse.2012.26.1.074

신뢰성 개선을 위한 저전력 열연 복합식 단독경보형 감지기 개발
Development of the Low Power Stand-Alone Smoke and Heat Detector for the Reliability Improvement 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.26 no.1, 2012년, pp.74 - 79

지승욱 (호서대학교 소방방재학과) , 김시국 (호서대학교 소방방재학과) , 이재진 ((주)태산전자) , 김필영 ((주)태산전자) , 이춘하 (호서대학교 소방방재학과)

초록
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본 논문은 2011년 개정된 "감지기 형식승인 및 검정기술기준"에 적합한 단독경보형 감지기 개발에 관한 연구이다. 변경된 내용의 가장 큰 특징은 전원이다. 10년 이상 사용 가능한 단독경보형 감지기를 개발하기 위해 나노전력기술이 사용된 저전력 마이크로컨트롤러를 사용하였다. 마이크로컨트롤러의 슬립모드를 활용하고, 저전력의 전원감시부, 열감지부 및 연기감지부를 제작하여 저전력 단독경보형 감지기를 개발하였다. 특히, 비화재보를 줄이기 위해 단독경보형 감지기는 열연 복합식으로 개발되었다. 사용자는 딥스위치를 이용하여 열감지모드 또는 열 연기감지모드로 동작형태를 선택할 수 있다. 마이크로컨트롤러가 지원하는 RS-485 통신기능을 활용하여 유선으로 단독경보형 감지기 간에 통신이 가능하도록 하였다. 이로써 화재발생시 보다 넓은 지역까지 경보를 알릴 수 있고 비화재보를 줄인 열연 복합식 단독경보형 감지기를 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is described for development of the stand-alone smoke and heat detector (SASHD) according to the revised in 2011 type approval and performance inspection code for detector. The main improvement of the revised regulation is source. CMOS microcontroller with nano watt technology is use for development of the workable SASHD over 10 years. The low-power SASHD is developed by using the power-saving sleep mode of microcontroller, by making the low-power source voltage checker, heat detector and smoke detector. The stand-alone detector is developed by smoke and heat detector type for reduce false fire alarm. User can choose type of work between the heat detection mode and smoke & heat detection mode. The SASHD can communicate with each them using RS-485 communication supported from microcontroller. So, this study can develop the SASHD that is able to alarm more wide area when fire occurs and reduce a flash fire alarm.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 2011년 개정된 “감지기 형식승인 및 검정 기술기준”에 적합하면서, 감지기의 비화재보를 줄인 열연 복합식 단독경보형 감지기 개발에 대하여 다루고 있다. 그 결과 다음과 같은 성능을 만족하는 열연 복합식 단독경보형 감지기를 개발하였다.
본 연구는 2011년 개정된 “감지기 형식승인 및 검정 기술기준”에 적합하면서, 감지기의 비화재보를 줄인 열연 복합식 단독경보형 감지기 개발에 대하여 다루고 있다.
이에 본 논문은 개정된 규정에 따르면서도 비화재보를 줄일 수 있는 복합형의 단독경보형 감지기 개발에 대하여 다루고 있다.

제안 방법

Figure 4에서 Rth는 서미스터로 온도에 따라 저항값이 변화한다. Rth와 직렬로 연결된 R을 조절하여 특정 온도 이상이 되면 마이크로컨트롤러의 입력 포트로 입력되도록 함으로써 화재를 판단하도록 하였다.
광전식 연기감지기부의 경우 A5303 등과 같이 BiCMOS(Bipolar complementary metal oxide semiconductor) 타입의 저전력 소자가 개발되어 있지만, 발 신부와 수신부를 각각 제어함으로써 전력효율을 더욱 증대시키기 위해 Figure 5와 같이 광전식 연기감지기부의 송신부와 수신부를 직접 제작하였다.
둘째, 저전력을 소모하면서도 열감지기와 연기감지기를 모두 채용한 열연 복합식 단독경보형 감지기를 개발하였다. 비화재보로 인해 발생되는 경제적인 피해와 불편 때문에 자동화재탐지설비를 정지시키는 사례가 줄어들 것으로 기대된다.
건전지 교체 없이 10년 이상 사용가능한 감지기를 개발하기 위해 나노전력기술이 사용된 마이크로컨트롤러를 사용하였다. 또한 마이크로컨트롤러의 슬립모드를 활용하고 저전력 회로설계를 통해 10년 동안 1,892.7 mAh의 저전력을 소모하는 열연복합형 감지기를 개발하였다.
마이크로컨트롤러의 입력에 수동으로 작동시험을 할수 있도록 자동복귀형 스위치를 설치하였다. 또한 서 미스터(Thermistor)를 이용한 정온식 열감지기와 광전식 연기감지기의 수신부도 연결되어 있다.
셋째, 마이크로컨트롤러에서 기본으로 제공되고 있는 RS-485 통신기능을 활용하여 유선연동기능을 추가 하였다. 단독경보형 감지기 간 통신이 가능하기 때문에 화재발생시 경보범위가 확대됨에 따라 대피시간 확보 등의 장점이 있어 인명피해 감소에 기여할 것으로 기대된다.
작동시험 및 화재 시에는 경보음만 발생되며, 건전지 교체 경보는 1회의 경보음과 “건전지를 교체하여 주십시오”라는 음성안내로 구성되어 있다. 음량은 경보기로부터 1 m 떨어진 거리에서 지시소음계(Sound level meter, TES사, 1350A)를 이용하여 측정하였다. 그결과 작동시험 및 화재 시 경보음은 90 dB, 건전지 교체 경보 시 경보음은 85 dB, 음성안내는 70 dB였다.
8S 간격으로 전원전압을 읽도록 프로그램 되어 있다. 전원전압이 정상일 때는 출력포트를 조정하여 작동표시등을 점등시키지만, 전원전압이 일정전압 이하가 되면 음향장치를 통해 건전지 교체 경보를 발하도록 하였다.
통신모듈은 마이크로컨트롤러가 지원하는 기능으로 단독경보형 감지기 간에 데이터를 주고 받을 수 있도록 활성화 시켜 놓았다.

대상 데이터

2007년부터 2010년까지 4년 동안 우리나라에서 발생된 총 화재는 186,694건이다. 이를 발화장소별로 분류했을 때 주거지에서 발행한 화재는 45,989건으로 24.
제어기는 Table 1과 같은 나노전력기술이 적용된 마이크로컨트롤러(Microchip Technology Inc., PIC16F)를 사용하였다.

이론/모형

첫째, 개정된 단독경보형 감지기의 가장 큰 특징은 전원이다. 건전지 교체 없이 10년 이상 사용가능한 감지기를 개발하기 위해 나노전력기술이 사용된 마이크로컨트롤러를 사용하였다. 또한 마이크로컨트롤러의 슬립모드를 활용하고 저전력 회로설계를 통해 10년 동안 1,892.
전류파형은 전류프로브 (Tektronix, TCPA300 Amplifiers & TCP312 AC/DC Current Probe)를 이용하여 측정되었다.

성능/효과

(2) 점검 등에 따른 소비전류는 월 1회 이상의 점검에 의한 작동으로 소비되는 전류로 하며, 점검 주기별 작동에 의한 화재경보 지속시간은 3초 이상으로 하여야 한다.
(4) 건전지 교체 경보에 따른 소비전류 산출은 저전압 검출을 위하여 소비되는 전류를 포함한다.
(7) 안전 여유율은 전체 소비전류의 1.5배 이상으로 한다.
음량은 경보기로부터 1 m 떨어진 거리에서 지시소음계(Sound level meter, TES사, 1350A)를 이용하여 측정하였다. 그결과 작동시험 및 화재 시 경보음은 90 dB, 건전지 교체 경보 시 경보음은 85 dB, 음성안내는 70 dB였다.
이상의 결과로부터 총 소모되는 전류량은 약 1690.5 +7.8 + 194.4 = 1,892.7 mWh가 된다. 여기에 안전율 1.
첫째, 개정된 단독경보형 감지기의 가장 큰 특징은 전원이다. 건전지 교체 없이 10년 이상 사용가능한 감지기를 개발하기 위해 나노전력기술이 사용된 마이크로컨트롤러를 사용하였다.
첫째, 본 단독경보형 감지기에 대하여 전류계 (Yokogawa, 201131)를 이용하여 측정한 평상 시 소비 전류는 6.7 µA였다.

후속연구

본 논문을 통해 개발된 열연 복합식 단독경보형 감지기는 현재 형식승인 절차가 진행 중에 있으며 좋은 결과가 기대되고 있다.
둘째, 저전력을 소모하면서도 열감지기와 연기감지기를 모두 채용한 열연 복합식 단독경보형 감지기를 개발하였다. 비화재보로 인해 발생되는 경제적인 피해와 불편 때문에 자동화재탐지설비를 정지시키는 사례가 줄어들 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	단독경보형 감지기의 변경된 내용의 가장 큰 특징은 전원인데, 이를 위해 사용한 것은?	변경된 내용의 가장 큰 특징은 전원이다. 10년 이상 사용 가능한 단독경보형 감지기를 개발하기 위해 나노전력기술이 사용된 저전력 마이크로컨트롤러를 사용하였다. 마이크로컨트롤러의 슬립모드를 활용하고, 저전력의 전원감시부, 열감지부 및 연기감지부를 제작하여 저전력 단독경보형 감지기를 개발하였다.

참고문헌 (11)

소방방재청, "국가화재정보시스템 화재통계현황(http://125.60.28.52:5989/nfds2/rdPage.aspx)"(2011).
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한국소방산업기술원, "감지기의 형식승인 및 검정기술기준", 소방방재청고시 제2011-1호(2011).
김시국, 지승욱, 이춘하, 양승현, 이재진, 김필영, "주소형화재감지기의 필요성에 관한 연구", 한국화재소방학회 2010년도 추계학술발표회 자료집, pp.175-179(2010).
지승욱, 김시국, 양승현, 이재진, 김필영, 이춘하, "재래식 화재감지기와 P형 수신기에 대한 화재위치검출 및 신뢰성 개선", 한국조명전기설비학회 논문지, Vol.25, No.5, pp.39-44(2011).

원문보기 상세보기
J. Cheon, J. Lee, I. Lee, Y. Chae, Y. Yoo, and G. Han, "A Single-Chip CMOS Smoke and Temperature Sensor for an Intelligent Fire Detector", IEEE Sensors J., Vol.9, No.8, pp.914-921(2009).

상세보기
Wang Xihuai, Xiao Jianmei, and Bao Minzhong, "Multi-sensor Fire Detection Algorithm for Ship Fire Alarm System Using Neural Fuzzy Network", Signal Processing Proceedings, 2000. WCCC-ICSP 2000. 5th International Conference, Vol.3, pp.1602-1605(2000).
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박세화, 조재철, "주택화재 예방을 위한 저소비 전력형 단독경보형 정온식감지기 개발에 관한 연구", 한국화재소방학회 논문지, Vol.24, No.6, pp.61-68(2010).
한국소방산업기술원, "사이버자료실(http://www.kfi.or.kr/data/state_list_02.asp)"(2011).
한국소방산업기술원, "감지기의 형식승인 및 검정시험세칙", 소방방재청고시 제2011-1호(2011).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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