최근에는 물체의 움직임을 감지하는 기술은 에너지 절약, 충돌방지, 자동문 개폐 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 도플러 센서는 기존의 적외선 센서, 초음파 센서들의 문제점을 보완할 수 있는 센서로 온도, 잡음, 먼지 등과 같은 주변 환경에 큰 영향을 받지 않는다. 본 논문에서는 24시간 점등되어 있는 LED조명등을 도플러 센서로 물체가 감지 될 때만 ON, 없을 때는 OFF상태로 전환하고, LED조명등의 조도를 2단으로 제어하는 컨버터를 개발하였다. 개발된 도플러 센서 모듈과 절전형 제어 컨버터를 주차장등에 적용하여 절전 효과를 증명하였다.
최근에는 물체의 움직임을 감지하는 기술은 에너지 절약, 충돌방지, 자동문 개폐 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 도플러 센서는 기존의 적외선 센서, 초음파 센서들의 문제점을 보완할 수 있는 센서로 온도, 잡음, 먼지 등과 같은 주변 환경에 큰 영향을 받지 않는다. 본 논문에서는 24시간 점등되어 있는 LED조명등을 도플러 센서로 물체가 감지 될 때만 ON, 없을 때는 OFF상태로 전환하고, LED조명등의 조도를 2단으로 제어하는 컨버터를 개발하였다. 개발된 도플러 센서 모듈과 절전형 제어 컨버터를 주차장등에 적용하여 절전 효과를 증명하였다.
Recently, techniques for detecting the movement of the object of energy saving, impact prevention, such as automatic door opening and closing has been applied to various fields. Doppler sensor does not receive a large impact on the environment, such as conventional infrared ray sensor, a problem wit...
Recently, techniques for detecting the movement of the object of energy saving, impact prevention, such as automatic door opening and closing has been applied to various fields. Doppler sensor does not receive a large impact on the environment, such as conventional infrared ray sensor, a problem with an ultrasonic sensor as a sensor which can compensate the temperature, noise, dust and so on. In this paper, when the object to be detected, the LED lamp is turned on 24 hours a Doppler sensor ON, if not switch to the OFF state, the illumination of the LED lamp has been developed for controlling the two-stage converter. Doppler sensor developed by applying the converter module and the power-saving control section leader and demonstrated the power savings.
Recently, techniques for detecting the movement of the object of energy saving, impact prevention, such as automatic door opening and closing has been applied to various fields. Doppler sensor does not receive a large impact on the environment, such as conventional infrared ray sensor, a problem with an ultrasonic sensor as a sensor which can compensate the temperature, noise, dust and so on. In this paper, when the object to be detected, the LED lamp is turned on 24 hours a Doppler sensor ON, if not switch to the OFF state, the illumination of the LED lamp has been developed for controlling the two-stage converter. Doppler sensor developed by applying the converter module and the power-saving control section leader and demonstrated the power savings.
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문제 정의
도플러 센서 동작원리는 마이크로파 신호가 움직이는 물체에 반사 될 때, 신호 주파수가 물체의 속도에 비례하여 변환 된다[3]. 본 논문에서는 LED 조명등이 설치된 구역에 송출된 마이크로파가 물체로부터 반사된 반사파의 위상변화로 LED조명등의 설치구역에 물체가 존재하는가를 검출하는 센서 모듈과 물체의 존재여부에 따라 LED조명등의 조도를 2단으로 다르게 제어하는 컨버터 모듈을 설계하고 개발하고 주차장등에 적용하여 절전효과를 증명하였다.
제안 방법
AC 220[V]입력부에 입출력의 단락이나 회로 내부 손상 등으로부터 등기구나 인명 재해방지를 위해 휴즈를 사용하고 휴즈 용량은 입력전류보다 1.1배의 250[V]2[A]로 설계하였다. 노이즈 방지 대책으로 AC 라인에 직렬로 인덕터 220[mH]와 노이즈 방지용 104 콘덴서를 병렬로 연결하였으며, 전원 노이즈 제거를 위해 라인 필터 80[mH]코어를 연결하였고[6], 서지방지 대책으로 세라믹 콘덴서 102/250[V]를 Y결선하여 서지를 흡수할 수 있도록 [Fig.
TS-19704를 이용한 Fly-Back 회로를 구현하여 스위칭 회로를 설계하였다[8]. 기본적으로 최초 전원 투입 시, 스타터 저항을 통하여 IC구동 전압이 TS-19704에 인가되면 Gate 핀에 PWM 신호가 MOSFET에 인가되어 스위칭 동작을 시작하도록 설계하도록 하였으며, 트랜스 1차 역기전력 제거를 위해 RCD 스버너를 적용하였고[9], DWG와 CS핀을 통해 출력전압과 전류를 제어하여 5W와 25W출력을 위해 [Fig.
TS-19704를 이용한 Fly-Back 회로를 구현하여 스위칭 회로를 설계하였다[8]. 기본적으로 최초 전원 투입 시, 스타터 저항을 통하여 IC구동 전압이 TS-19704에 인가되면 Gate 핀에 PWM 신호가 MOSFET에 인가되어 스위칭 동작을 시작하도록 설계하도록 하였으며, 트랜스 1차 역기전력 제거를 위해 RCD 스버너를 적용하였고[9], DWG와 CS핀을 통해 출력전압과 전류를 제어하여 5W와 25W출력을 위해 [Fig. 7]과 같이 설계하였다.
1배의 250[V]2[A]로 설계하였다. 노이즈 방지 대책으로 AC 라인에 직렬로 인덕터 220[mH]와 노이즈 방지용 104 콘덴서를 병렬로 연결하였으며, 전원 노이즈 제거를 위해 라인 필터 80[mH]코어를 연결하였고[6], 서지방지 대책으로 세라믹 콘덴서 102/250[V]를 Y결선하여 서지를 흡수할 수 있도록 [Fig.5]와 같이 구성하였다.
도플러 센서 모듈의 모션 디텍트 IC로 저전력 CMOS 타입인 BISS0001을 사용하였으며[15], CMOS 고입력 임피던스의 OP 앰프가 내장 되어 있으며, 양방향 레벨 검출기와 내 잡음성이 우수하며 전원 기동과 정지 펄스 제어로직을 포함하고 있으며 [Fig .2]와 같이 설계하였다.
일정한 주기를 갖고 이동하는 물체로부터 반사된 신호 주파수는 동일하게 유지되나 위상이 시간에 따라 변화한다. 도플러 센서의 방사패턴분석 실험과 방사거리 분석 실험을 실시하였다.
콘덴서와 저항을 사용하여 RC필터로 구성 하였다[10]. 무부하일 때의 전압 안정을 위해서 저항을 추가하였고, 입력 전압이 상실되었을 때 콘덴서의 충전전압을 방전하는 저항을 추가하였다. 리플 제거용으로 링 필터를 직렬로 연결하여 출력 리플이 제거 되도록 [Fig.
절전형 2단 제어 컨버터는 도플러 센서 모듈의 제어부에서 출력된 전압, 물체의 존재 여부에 따른 서로 다른 레벨의 전압신호에 따라 LED조명등이 서로 다른 조도를 유지하도록 전압을 인가한다. 물체가 없을 때는 로우 레벨의 전압신호가 인가됨에 따라 정격소비 전력보다 낮은 전력을 소비하도록 자동 제어하여 절전효과를 볼 수 있도록 하였다.
또한 LED의 기술발전에 따라 기존에 정보표시소자로 주로 사용되던 LED는 그 응용분야를 확대하면서 거대 신성장을 창출할 꿈의 광원으로 각광 받고 있다[2]. 물체의 존재 유무에 따라 LED조명등을 ON, OFF 시킬 수 있는 센서로 도플러 센서를 적용하였다. 도플러 센서는 기존에 많이 사용되고 있는 적외선 센서와 초음파 센서에 비하여 온도, 먼지, 잡음 등 주변 환경에 큰 영향을 받지 않는다.
브리지 다이오드 1N4007을 이용하여 AC를 전파정류하여 AV 220[V]를 DC 310[V]로 변환하고 브리지 회로 후단에 LC필터로 104 콘덴서와 330[mH]를 추가하여 전원전압의 리플전압이 감소되게 설계하고[7], 초기 전원투입 시 돌입전류 제한회로를 [Fig. 6]과 같이 설계하였다.
SEN 포트가 High가 되면 Q3가 Turn On 되어 물체를 감지 했다는 신호를 제어기에 보내게 된다. 센서신호는 PC817로 포토 다이오드의 절연된 신호이며, 평상시에는 5[W]의 출력을 내보내다가 신호를 받으면 25[W]출력을 내도록 설계하였다.
적외선 센서는 주변 온도와의 차이를 감지하는 원리로 동작하기 때문에 주변 온도와 차이가 많이 발생되는 물체가 이동하여 센서에 가까워질 때 가장 감도가 좋지만, 물체가 가까워져서 센서 주변의 온도가 상승하게 되면 감도가 급격히 감소하는 문제점을 가지고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 온도, 먼지, 잡음 등과 같은 주변 환경에 큰 영향을 받지 않는 도플러 센서를 적용한 LED조명등을 설계하였다. 도플러 센서는 마이크로파가 움직이는 물체에 반사 될 때, 신호의 주파수가 물체속도에 비례하여 변환된다.
절전형 2단 제어 컨버터 모듈은 전원 입력부 회로, 서지 및 노이지 방지 회로, 전원 변환 회로, 스위칭 회로, 센서 입력회로, 평활회로로 구성되며 OrCAD PCB 프로그램으로 [Fig. 10], [Fig. 11], [Fig. 12]와 같이 설계하였으며, 완성된 컨버터는 [Fig. 13]과 같다.
제작된 도플러 센서를 장착한 LED조명 등을 설치하고, 보쉬 레이저 거리 측정기인 GLM-100C를 삼각대에 고정시킨 후 천정에서부터 일정한 거리에서 사람이 접근 시 인식여부를 측정하였다. 측정결과는 Distance 저항 값이 510[KΩ]일 때 [Fig.
콘덴서와 저항을 사용하여 RC필터로 구성 하였다[10]. 무부하일 때의 전압 안정을 위해서 저항을 추가하였고, 입력 전압이 상실되었을 때 콘덴서의 충전전압을 방전하는 저항을 추가하였다.
현재 가장 많이 적용되고 있는 적외선 감지 센서의 문제점을 도플러 센서를 적용하여 해결하고 지하 주차장 조명등에 적용할 센서 LED등과 컨버터를 개발하여 24시간 불필요하게 켜져 있는 조명등을 물체의 유무에 따라 2단으로 ON, OFF 제어하는 컨버터를 설계 및 개발하였다. 물체가 감지되었을 때 25[W]로 ON이 되어 점등유지 시간을 1∼60[sec]까지 제어하고 물체가 감지되지 않거나 점등유지 시간 종료 후에는 5[W]를 유지함으로 20[W]의 소비전력을 절감하는 효과를 실험을 통하여 증명하였다.
대상 데이터
본 논문의 시스템 구성은 도플러 센서모듈과 2단 제어 컨버터와 LED조명등으로 구성된다. 도플러 센서모듈은 안테나부와 제어부, 시간 조절부, 거리 조절부로 구성하였다.
재실 감지 센서로는 음파, 초음파, 적외선, 광선 등에 의해 공간에 물체가 있는지를 감지하는데 인체감지 분야에서는 적외선 센서가 가장 많이 사용되고 있으며, 사람이 들어오면 타이머에 의해 조명기구를 켜서 머무르는 동안 점등을 유지하고, 공간에서 나가면 일정 시간 후 소등하는 형식으로 설계된다[12]. 본 논문의 시스템 구성은 도플러 센서모듈과 2단 제어 컨버터와 LED조명등으로 구성된다. 도플러 센서모듈은 안테나부와 제어부, 시간 조절부, 거리 조절부로 구성하였다.
성능/효과
물체가 감지되었을 때 25[W]로 ON이 되어 점등유지 시간을 1∼60[sec]까지 제어하고 물체가 감지되지 않거나 점등유지 시간 종료 후에는 5[W]를 유지함으로 20[W]의 소비전력을 절감하는 효과를 실험을 통하여 증명하였다.
후속연구
물체가 감지되었을 때 25[W]로 ON이 되어 점등유지 시간을 1∼60[sec]까지 제어하고 물체가 감지되지 않거나 점등유지 시간 종료 후에는 5[W]를 유지함으로 20[W]의 소비전력을 절감하는 효과를 실험을 통하여 증명하였다. 개발된 도플러 센서 LED조명등은 학교, 아파트, 빌딩 지하 주차장 등과 같은 장소에서 24시간 조명등을 계속 점등한 상태를 유지하게 되면 많은 전기 에너지를 소모하는 문제를 해결하는데 기여 할 수 있을 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
재실감지 센서는 에너지절감 방법 중에서 가장 효율적이지만 어떤 문제점이 있는가?
재실감지 센서의 기본 기능은 공간에 사람이 없을 경우 자동으로 조명기구를 소등하여 에너지를 절감하는 것으로 사람이 없는 경우 불필요한 조명기구를 점등 시키지 않음으로 에너지 소비를 줄일 수 있다[14]. 이 방법은 에너지절감 방법 중에서 가장 효율적이지만 부적절한 센서의 위치 선정과 물체감지 성능 등의 문제로 정확한 동작하지 않을 경우가 많다[11]. 재실 감지 센서로는 음파, 초음파, 적외선, 광선 등에 의해 공간에 물체가 있는지를 감지하는데 인체감지 분야에서는 적외선 센서가 가장 많이 사용되고 있으며, 사람이 들어오면 타이머에 의해 조명기구를 켜서 머무르는 동안 점등을 유지하고, 공간에서 나가면 일정 시간 후 소등하는 형식으로 설계된다[12].
센서의 일반적인 정의는 무엇인가?
일반적으로 센서(Sensor)를 정의하면, 외부로부터의 입력신호를 전기신호로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, 측정 대상물로부터 물리량을 검출하고 검출된 물리량을 전기 에너지로 변환 시켜주는 소자를 의미한다[13].
도플러 센서의 원리는 무엇인가?
도플러 센서의 원리는 마이크로파 신호가 움직이는 물체에 반사될 때, 신호 주파수가 물체의 속도에 비례하여 변화된다. 일정한 주기를 갖고 움직이는 물체로부터 반사된 신호 주파수는 동일하게 유지되나 위상이 시간의 변화에 딸 변화한다.
참고문헌 (15)
Su-Bin Han, Recent trends in the standard LED driver(convertor), The Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol.23, No.6, pp39-45, 2009.
Jang-weon Lee, Jae-Weon Im, Kyung-Han Lee, A study on Market of LED Products, The Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, pp59-62, 2010.
Sun-Hwa Jeong, Hee-Yong Hwang, Design of X-Band SOM for Doppler Rader, The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 24, No.12, 2013.
Hyeon-Jin Lee, Hyun-Chul Kim, Design of K-band Array Antenna for Satellite Communications, Trans. KIEE. Vol.60P, No.4, pp167-168, 2011.
Tae-Jin Kim, Young-Chul Rhee, Sun-Hyo Kim, Implementation of s Microwave Doppler Sensor, Korea Institute of Electronic Communication Science, Vol.4, No.2, pp75-81, 2009.
Jin-Uk Kwon, Een-Kyu Min, Duck-Yong Youn, and Soon-Chan Hong, Characteristic Analysis of Noise Filter, Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol 1, N0.1, pp.794-796,1993.
Dong-Yeup Lee, Zhou Jianpei, Young-Gyu An, In-Cheol Hwang, Gyu-Tak Kim, Optimum Design of Thrust Ripple Minization and Power Enhancement for PMLSM, The Korean Institute of Electrical Engineers, Domestic Conference, pp32-34, 2005.
Jin-Bong Choi, Kwan-Woo Kim, Young-Gook Jung, Young-Cheol Lim, A Study on the Modularization of LED Driver for Illumination Using a Flay-Back Convertor, The Korean Institute of Power Electronics, Vol.14, No.6, pp504-513, 2009.
Sang-Hyeok lee, Jung-Goo Hwang, Sung-Jun Park, The Study on the One-stage PFC-Flayback Convertor Using the Soft Switching Technique, The Trans. of the Korean Institute of Power Electronics, Vol. 18, No.3, pp263-268, 2013.
Jong-Gyeum Kim, Young-Jeen Park, Eun-Woong Lee, Characteristics Analysis of Capacitor and Reator for Harmonic Filter, The Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 58P, No.1, pp1-8, 2009.
Woo-Jin Jang, Introduction to LED Lighting Technology, Publisher Aha Jin, 20090.
Jin-Woo Lee, The Latest Lighting Environment Principles, Publisher Mumwundang, 2009.
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