[논문]마이크로웨이브센서와 디밍제어를 활용한 조명제어시스템 설계 및 구현

송은성; 민병원; 오용선

doi:10.5392/jkca.2013.13.12.019

마이크로웨이브센서와 디밍제어를 활용한 조명제어시스템 설계 및 구현
Design of Illumination Control System Using Microwave Sensors and Dimming Control 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.13 no.12, 2013년, pp.19 - 26

송은성 (목원대학교 정보통신융합공학부) , 민병원 (목원대학교 정보통신융합공학부) , 오용선 (목원대학교 정보통신융합공학부)

초록
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본 논문에서는 지하주차장 조명방식의 효율성을 확보하기 위하여 디밍제어와 마이크로웨이브센서기술을 접목하여 새로운 조명제어시스템을 설계 구현한다. 이를 통하여 기존 시스템에 비하여 성능과 비용 측면에서 효율적인 조명체계를 확립하고 궁극적으로 에너지 절감효과를 얻고자 한다. 기존 아파트 지하주차장의 에너지 절감방식은 대부분 설계 당시 설치된 형광등을 전부 운영하지 않고 격등으로 운영하는 방책에 의존하고 있다. 일부에서는 이와 같은 격등 운영을 원활히 하기 위하여 적외선센서를 설치하여 형광등을 점 소등하거나, 타이머를 활용한 형광등의 점등시간을 조절하고 있다. 이러한 기존의 방식은 단순히 설계된 전기사용량에 비해 소모되는 양을 감소시키는 방식으로 체계적인 에너지 절감 효과를 기대할 수 없으며, 방치되는 경우 지속적인 소모가 발생하는 등 매우 비효율적으로 운영되고 있다. 본 조명제어시스템은 마이크로웨이브센서를 통해서 사물을 감지하여 조명등의 점등 시점을 알려주고, LED 형광등의 디밍제어를 통해 환경에 따라 그 밝기를 조정함으로써, 일정한 조도로 상시 점등되는 기존의 지하주차장 조명체계를 획기적으로 개선한다. 본 논문을 통하여 설계된 조명제어시스템을 일반 지하주차장 조명체계에 적용하여 검증을 실시한 결과 최대 약 81.9%의 에너지 절감효과를 얻었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we present a novel illumination system for parking lots constructed underground. We design and implement this system using microwave sensors and dimming control of LED fluorescent lamps so that we can obtain lighting efficiency of the illumination scheme. We construct an effective illumination system in the aspects of performance and cost, resulting in energy-saving and electricity reduction. Recently conventional energy-saving method applied to old underground parking lots mainly relies upon turning off the half of total number of lamps installed in the parking lot. Sometimes there are some lots that have infrared sensor to be used to turn on/off the fluorescent lamps to realize these operations smoothing. The other schemes utilize timer to control lighting time of the fluorescent lamps. These conventional schemes are forcing to turn off a part of lamps installed so that we cannot apply them in a systematic way. Moreover they will be most inefficient when we leave them alone to be continuous consumers. The lighting control system proposed in this paper can recognize objects through microwave sensors and inform the appropriate lighting time, furthermore we can adjust brightness of LED lamps following the surroundings using dimming control scheme so that we can epochally improve the illumination system for underground parking lots. According to our sophisticated test experiments, we can maximally obtain 81.9% of energy-saving effectiveness using the system proposed in this paper.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 공동주택에서 전기에너지를 가장 비효율적으로 사용하고 있는 지하주차장에 IT기술을 접목한 조명제어시스템을 설계 및 구현하였다. 설계한 시스템은 조명제어시스템의 핵심이라 할 수 있는 감지센서모듈을 기존 방식보다 높은 감지율과 고성능의 마이크로웨이브센서를 활용하여 설계하였으며, 조명의 밝기제어를 통해 에너지를 절감할 수 있도록 디밍제어를 함께 설계하였다.

제안 방법

감지센서의 관리를 위해 각 주차공간을 Group으로 나누어 설치된 감지센서에 Group ID를 할당하여 설정한다. 각 Group별로 감지센서로부터 전송받은 신호를 모아 전력을 제어하고 디밍 신호를 보내줄 수 있는 Local Controller를 구성한다.
또한 시스템의 설치적인 환경에서도 기존의 조명제어시스템을 비해 환경적인 영향을 많이 적용받지 않으면서 기준에 하지 못한 지하주차장 영역별 제어 등이 가능하도록 설계되었다.
본 논문에서는 설계한 조명제어시스템은 마이크로웨이브센서를 적용하여 기존 감지센서의 낮은 인식률을 개선하고 조명에 디밍제어를 적용하여 에너지 절감에 효율적으로 대응할 수 있게 설계하였다. 감지센서는 사물 인식률을 높임으로서 아파트 입주민들이 센서의 오작동 및 인식률 부족으로 조명이 동작하지 않아서 생기는 불편함과 두려움을 감소시킬 수 있도록 하였다.
이러한 연구배경을 기반으로 본 논문에서 설계하고자 하는 지하주차장의 조명제어 시스템의 주요구성은 크게 4가지로 나눌 수 있다. 사람이나 차량의 이동을 감지하는 감지센서, 각 감지센서에서 발송하는 신호를 수신하여 데이터를 전송하고 조명을 제어하는 로컬컨트롤러, 로컬컨트롤러에서 수집된 데이터를 관리서버로 보내주는 게이트웨이, 지하주차장에서 전송된 각종 정보를 모니터링 할 수 있는 관리서버로 구성된다. 4가지 구성요소 중에서 조명의 점/소등 시점을 확인하고 조명의 밝기를 제어하는 부분이 감지센서와 로컬컨트롤러 부분이다.
본 논문에서는 공동주택에서 전기에너지를 가장 비효율적으로 사용하고 있는 지하주차장에 IT기술을 접목한 조명제어시스템을 설계 및 구현하였다. 설계한 시스템은 조명제어시스템의 핵심이라 할 수 있는 감지센서모듈을 기존 방식보다 높은 감지율과 고성능의 마이크로웨이브센서를 활용하여 설계하였으며, 조명의 밝기제어를 통해 에너지를 절감할 수 있도록 디밍제어를 함께 설계하였다. 이를 통해서 기존의 상시 점등 방식으로 운영할 때 소모되는 전기에너지 사용량 대비 약 80%를 절감하는 것으로 나타났다.
사물이 감지되었을 경우 조명밝기를 100%로 설정하여 구동되고, 감지되지 않을 경우 최소 밝기를 20%로 조정된다. 아파트 지하주차장 구조에 따라서 최대 밝기를 구분 제어하여 추가적인 에너지 절감을 하고자 하는 아파트의 수요를 충족시킬 수 있도록 4단계로 나누어 디밍제어를 할 수 있도록 설계한다.
또한 온도에 민감하게 반응하는 센서의 특성상 주차장내 온도변화에 따라 오작동 하는 경우가 많다. 이러한 단점을 해결하기 위해 넓은 감지 폭과 반응이 빠른 마이크로웨이브 방식의 감지센서를 사용하여 조명제어시스템을 설계하고자 한다.
지하주차장에 설치된 LED 등기구 중에서 조명밝기 제어가 필요한 통로구간에 적용하여 설치한다. 아파트 지하주차장의 경우 통로구간과 주차구간으로 나누어서 조명기기가 설치되어 있다.
신호의 전송을 주로 하는 감지센서는 각 진출입부, 통로 공간, 현관, 계단 출입문 등에 설치를 해야 되므로 무선통신을 기반으로 하는 통신모듈을 장착하여 감지 신호를 송신한다. 지하주차장의 특성을 고려하여 Mesh형 토폴로지를 사용한 무선방식을 적용하여 밀폐된 다층구조에서 최상층부터 최하층까지 데이터를 전송할 수 있도록 한다.

성능/효과

이를 통해서 기존의 상시 점등 방식으로 운영할 때 소모되는 전기에너지 사용량 대비 약 80%를 절감하는 것으로 나타났다. 기존 형광등 대비 에너지 절감율이 높은 LED 형광등으로 대체하였고, 실험기간이 다소 짧았다는 점과 시스템이 설치된 공간의 실험조건이 동일하다고 보기 어려웠지만 휴일과 평일이 적절히 배치되어 있어서 평일 대비 휴일에 에너지 절감효과가 더 높다는 사실도 알게 되었다. 24시간 상시 켜놓고 있는 조명을 필요할 때 정확하게 감지하고 이를 통해 효율적으로 조명을 사용함으로써 에너지를 절감하면 최근 발생하고 있는 전력대란에 효율적이고 능동적으로 대처할 수 있을 것이다.
따라서 본 논문에서 설계된 조명제어시스템은 기존 운영되는 조명제어시스템에 비해 기능의 다양성과 설치의 편리함, 기존 설치환경과의 호환성 등을 고려하였을 때 우수한 기능을 제공하고 있다. 이러한 우수성을 기반으로 효율적인 조명제어환경을 제공하여 관리의 편리성과 에너지 절감의 효율성을 제공할 수 있다.
설계한 시스템은 조명제어시스템의 핵심이라 할 수 있는 감지센서모듈을 기존 방식보다 높은 감지율과 고성능의 마이크로웨이브센서를 활용하여 설계하였으며, 조명의 밝기제어를 통해 에너지를 절감할 수 있도록 디밍제어를 함께 설계하였다. 이를 통해서 기존의 상시 점등 방식으로 운영할 때 소모되는 전기에너지 사용량 대비 약 80%를 절감하는 것으로 나타났다. 기존 형광등 대비 에너지 절감율이 높은 LED 형광등으로 대체하였고, 실험기간이 다소 짧았다는 점과 시스템이 설치된 공간의 실험조건이 동일하다고 보기 어려웠지만 휴일과 평일이 적절히 배치되어 있어서 평일 대비 휴일에 에너지 절감효과가 더 높다는 사실도 알게 되었다.

후속연구

기존 형광등 대비 에너지 절감율이 높은 LED 형광등으로 대체하였고, 실험기간이 다소 짧았다는 점과 시스템이 설치된 공간의 실험조건이 동일하다고 보기 어려웠지만 휴일과 평일이 적절히 배치되어 있어서 평일 대비 휴일에 에너지 절감효과가 더 높다는 사실도 알게 되었다. 24시간 상시 켜놓고 있는 조명을 필요할 때 정확하게 감지하고 이를 통해 효율적으로 조명을 사용함으로써 에너지를 절감하면 최근 발생하고 있는 전력대란에 효율적이고 능동적으로 대처할 수 있을 것이다. 향후 설계된 시스템이 짧은 기간 검증된 절감율을 계속 유지할 수 있을지에 대해 검증이 필요하며, 설치된 시스템이 안정적으로 계속 운영되는지에 대해서도 검증해야 할 것이다.
24시간 상시 켜놓고 있는 조명을 필요할 때 정확하게 감지하고 이를 통해 효율적으로 조명을 사용함으로써 에너지를 절감하면 최근 발생하고 있는 전력대란에 효율적이고 능동적으로 대처할 수 있을 것이다. 향후 설계된 시스템이 짧은 기간 검증된 절감율을 계속 유지할 수 있을지에 대해 검증이 필요하며, 설치된 시스템이 안정적으로 계속 운영되는지에 대해서도 검증해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존 조명기기를 LED 조명으로 교체할 경우 어떤 효과가 있나요?	이에 따라 에너지 효율과 관련한 각종 시책을 시행하고 있으며, 한국전력, 한국에너지관리공단을 통해서 에너지를 절감하는 공공기관이나 민간건물, 공동주택에 다양한 세재혜택과 금전적 지원을 아끼지 않고 있다. 기존 조명기기를 LED 조명으로 교체할 경우 최소 20%에서 최대 40%까지 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다[2]. 하지만 초기 설치비용을 감안하면 조명기기의 교체로 에너지를 절감하는 방법은 통상적으로는 약 수 % 정도의 에너지 절감율 증대를 기대할 수 있다.
	고효율 조명설계 기술이란 무엇인가요?	이러한 에너지 절감 조명제어시스템 설계 기술에는 고효율 조명설계기술, 네트워크기반 조명 제어 기술, 센서기반 조명협력 배광 제어기술, 에너지 절감량 예측 기술을 들 수 있다[6]. 고효율 조명설계 기술은 조명기기 자체의 효율성을 높여 고효율화를 통한 에너지 절감 효과를 극대화시키는 기술이다. 네트워크기반 조명제어 기술은 조명제어에 의한 에너지 절감, 중앙제어 및 분산 제어 방식에 의한 에너지 절감하는 방식이다.
	디밍제어는 램프의 광 출력을 조절하여 빛의 밝기를 제어하는 것인데 이것을 적용하는 중요한 이유는 무엇인가요?	따라서 세세한 제어를 하는 디밍제어기를 적용한다면 비용의 상승만 초래할 뿐 실질적인 활동에 지장을 주지 않는다. 디밍제어를 적용하는 중요한 이유는 조명이 감지센서를 통해서 받은 신호에 따라 조명의 밝기를 제어함으로써 불필요한 시간에 조명을 점등하여 소모되는 에너지를 줄이고자 함이다.

참고문헌 (11)

송은성, 민병원, 오용선, "IT융합 에너지 절감형 조명제어시스템의 설계", 한국콘텐츠학회 춘계종합학술대회, 2013.
한승호, "조명제어시스템을 이용한 에너지 절감", 한국조명전기설비학회 추계학술대회, 2010.
차상민, "마이크로웨이브센서 기반의 LED 옥내 조명제어", 한국해양정보통신학회 춘계학술대회.
김재인, 황부현, "DMX512 프로토콜 기반의 ZDMX 모듈을 이용한 광대역 LED 조명 시스템 구현", 한국콘텐츠학회논문지, 제10권, 제11호, 2010.

원문보기 상세보기
한수빈, "최근 건물에서의 조명제어 시스템 및 통신 프로토콜 현황", 한국조명전기설비학회논문지, Vol.27, No.2, 2013.
이종찬 외, "LED광원과 에너지 절감형 IT융합 제어관리 조명시스템 기술", 한국조명전기설비학회논문지, Vol.26, No1, 2012.
손병락 외, "유비쿼터스 센서 네트워크기반 지하 주차장 조명제어시스템", 한국통신학회논문지, Vol.35, No.1, 2010.
차상민, 마이크로웨이브 센서와 조도 센서를 활용한 스마트LED조명제어, 부경대학교 석사학위논문, 2012.
http://blog.naver.com/seo0511
류재만, "LED 등기구와 제어장치를 통한 디밍(dimming)연동기술", 한국조명전기설비학회논문지, Vol.26, No.1, 2012.
M2MKorea, "지능형 무인 자동 조명제어시스템 Smart-Con", 제안서, 2012.

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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