[논문]밝기 제어가 가능한 IoT기반 LVDC LED조명 시스템

이연석; 박건필; 최상의

doi:10.5370/kiee.2016.65.1.158

밝기 제어가 가능한 IoT기반 LVDC LED조명 시스템
Brightness Controllable LVDC LED Lightings Based on IoT 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.65 no.1, 2016년, pp.158 - 164

이연석 (School of IT, Information and Control Engineering Kunsan National University) , 박건필 (School of IT, Information and Control Engineering Kunsan National University) , 최상의 (School of IT, Information and Control Engineering Kunsan National University)

Abstract ▼ AI-Helper

That's the reason why LED lighting has to employ AC power inlet. However, LED is a kind of diode, semiconductor, it's driven by DC power. With whis reason all of LED lighting should have AC/DC converter in its systems. This converter causes energy loss, it's the target for lesson the energy loss. To reduce this energy loss, DC power distribution structure can be used. LED lighting system using LVDC is a kind of DC power distribution structure, but LVDC has severe voltage drop which makes non-uniform brightness in lighting system. In this paper, we suggest a novel structure for the uniform brightness in LVDC LED lighting system using IoT based network system. The constructed test-bed system of suggested structure shows this structure can con control the brightness with uniformity.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 DCPLC (DC Power Line Communication)를 네트워크로 구성하였으며, 이는 LVDC배전 시스템에 통신을 위한 설비를 추가적으로 구성하지 않아도 가능한 구조이다. DCPLC 네트워크로 구성된 LED조명 시스템은 각 LED조명에 입력되어지는 전압의 크기를 측정하고, 측정된 DATA를 공유한다.
본 논문에서는 LED조명의 효율을 개선하기 위한 LVDC배전 방식의 전선도체저항에 의한 밝기 불균일 문제를 해결하기 위한 IoT 기반의 LVDC LED조명 제어 시스템을 제안하였다. 또한 제안된 시스템을 실제 구현하여 실험하였으며, 이러한 실험을 통하여 제안된 시스템의 실효성을 살펴보았다.

제안 방법

또한, 전압을 확인하기 위하여서는 오실로스코프를 시스템에 연결하여 확인한다. LED조명 모듈의 밝기를 측정을 위하여서는 조도 측정기를 이용하였다. 넓은 공간에서의 밝기 측정을 위하여 조도측정 프로브를 40∅ 원통을 이용하여 동일한 크기의 공간의 밝기를 측정하였다.
공유된 DATA를 이용하여 LED조명의 밝기 제어에 이용할 수 있도록 시스템을 구성하였다. LED조명 시스템에서 LVDC 단선 배선 및 장점에 대하여 설명하고 IoT 기반 밝기 제어 실험결과를 고찰한다.
MVLC는 아두이노메가(arduino mega)를 이용하여 구성하였으며, SVLC는 별도의 원칩 마이크로프로세서인 Atmega8L을 이용하여 구성하였다. SVLC는 입력된 전압은 저항을 이용한 전압 분배를 통하여 마이크로프로세서에서 측정이 가능한 전압범위인 5V이내의 전압으로 변환한다.
SVLC는 수신된 DATA를 해당 SVLC의 ADC DATA와 비교하여 펄스폭변조에 필요한 비율을 계산하게 된다. 계산된 비율을 이용하여 LED조명의 밝기를 제어한다.
DCPLC 네트워크로 구성된 LED조명 시스템은 각 LED조명에 입력되어지는 전압의 크기를 측정하고, 측정된 DATA를 공유한다. 공유된 DATA를 이용하여 LED조명의 밝기 제어에 이용할 수 있도록 시스템을 구성하였다. LED조명 시스템에서 LVDC 단선 배선 및 장점에 대하여 설명하고 IoT 기반 밝기 제어 실험결과를 고찰한다.
넓은 공간에서의 밝기 측정을 위하여 조도측정 프로브를 40∅ 원통을 이용하여 동일한 크기의 공간의 밝기를 측정하였다.
본 논문에서는 LED조명의 효율을 개선하기 위한 LVDC배전 방식의 전선도체저항에 의한 밝기 불균일 문제를 해결하기 위한 IoT 기반의 LVDC LED조명 제어 시스템을 제안하였다. 또한 제안된 시스템을 실제 구현하여 실험하였으며, 이러한 실험을 통하여 제안된 시스템의 실효성을 살펴보았다. 제안된 시스템의 실험 결과에서 MVLC와 SVLC간 DATA 교환을 통하여 LED조명의 최소의 밝기 차이로 제어됨을 확인할 수 있었다.
그림에서 보면, 전원을 공급하기 위하여 AC/DC 전력변환장치를 구현하기 위한 직류전원공급기를 이용하였으며, 전체 전선의 길이는 90M이다. 또한, 전압을 확인하기 위하여서는 오실로스코프를 시스템에 연결하여 확인한다. LED조명 모듈의 밝기를 측정을 위하여서는 조도 측정기를 이용하였다.
2장에서 확인한 것과 같이 LVDC배전 LED조명 시스템은 전선 길이가 길어짐에 따라서 전압강하가 발생하고 전압강하로 인한 LED의 밝기가 어두워지는 현상이 발생한다. 이에 대하여 MVLC (Main voltage level convertor)와 SVLC(Sub voltage level convertor)를 DCPLC 통신방식을 이용하여 유선 네트워크을 구성한다. SVLC는 LED조명의 제어 회로이다.
따라서 다수의 LED조명을 사용하게 되면 전력 변화에 사용되는 전력소비가 증가하게 된다. 이처럼 누적되는 소비전력을 줄이기 위하여 LED조명 각각에 AC/DC 전력변환장치를 내장하지 않고 건물 배전반의 위치에 AC/DC 전력변환장치를 설치하여 직류전력을 각 조명기구에 직접 공급한다. 이와 같이 각 조명기구에 LVDC전원을 공급하여 누적 소비전력을 줄일 수 있다

대상 데이터

LED조명 모듈의 구동장치는 FDD5680 FET(Field Effect Transistor)로 구성된다. FDD5680은 낮은 게이트 전압과 높은 드레인 전류의 특성을 가지고 있다.
전체 구성 시스템은 그림 6과 같다. 그림에서 보면, 전원을 공급하기 위하여 AC/DC 전력변환장치를 구현하기 위한 직류전원공급기를 이용하였으며, 전체 전선의 길이는 90M이다. 또한, 전압을 확인하기 위하여서는 오실로스코프를 시스템에 연결하여 확인한다.
8V이며 LED조명 입력 전압은 48VDC이다. 실험에 사용된 LED조명 모듈의 입력 전압이 52V에서 최대 V_f=2.9V 이며, 이때의 I_f=150mA이다. LED조명은 그림 5와 같이 LED를 이용한 모듈 형태로 구성된다.
실험에 사용된 전선은 AWG#22(American Wrie Gauge)를 사용하였고, 길이를 9M, 45M, 90M로 설정하였다. 48VDC 11.

이론/모형

DC배전에 사용한 LED조명 시스템은 SMD5050 규격을 사용하였다. 표 1을 통하여 SMD5050 전기적 특성을 확인할 수 있다.
전선도체저항의 측정은 4선 저항측정 방법을 이용하여 측정을 한다. 전선도체저항으로 인한 전압강하는 다음과 같다.

성능/효과

즉, 직류전원공급기에서는 54V의 직류전압을 공급하고 있지만, 직류전원공급기에서 상당한 거리에 있어 90M 정도의 전선을 사용하는 LED조명에 나타나는 입력전압은 48V로 전선에 의한 전압강하가 발생하였다는 것을 확인할 수 있었다.또한 9M의 전선길이를 지니는 LED조명의 SVLC에 나타나는 입력전압의 크기가 52.3V로 가장 먼 거리에 있는 90M의 전선길이를 지니는 LED조명장치에 공급되는 전압보다 4.3V 높은 전압이 공급되어, 표 2에서와 같이 두 조명기구 사이에 밝기가 달라지는 것을 확인할 수 있었다.
본 실험에서 관리자의 개입없이 MVLC와 SVLC간 DCPLC 네트워크을 통하여 DATA 전송이 이루어졌으며, 전송된 DATA를 기준으로 밝기를 각 SVLC에서 자동 제어가 가능함을 확인할 수있었다.
제안된 시스템의 실험 결과에서 MVLC와 SVLC간 DATA 교환을 통하여 LED조명의 최소의 밝기 차이로 제어됨을 확인할 수 있었다. 이를 통하여 LVDC배전 방식의 LED조명 시스템을 운영자의 추가적인 간섭이 없이도 조명 시스템 단독으로 밝기를 제어할 수 있음을 확인하였다. 이러한 IoT LED조명 시스템을 WiFi, Ethernet, Smat Phone 등과 연결하게 되면, 조명시스템의 사용성 및 사용 환경에 대응이 가능한 시스템 설계가 가능하다.
또한 제안된 시스템을 실제 구현하여 실험하였으며, 이러한 실험을 통하여 제안된 시스템의 실효성을 살펴보았다. 제안된 시스템의 실험 결과에서 MVLC와 SVLC간 DATA 교환을 통하여 LED조명의 최소의 밝기 차이로 제어됨을 확인할 수 있었다. 이를 통하여 LVDC배전 방식의 LED조명 시스템을 운영자의 추가적인 간섭이 없이도 조명 시스템 단독으로 밝기를 제어할 수 있음을 확인하였다.
0V로 나타나고 있다. 즉, 직류전원공급기에서는 54V의 직류전압을 공급하고 있지만, 직류전원공급기에서 상당한 거리에 있어 90M 정도의 전선을 사용하는 LED조명에 나타나는 입력전압은 48V로 전선에 의한 전압강하가 발생하였다는 것을 확인할 수 있었다.또한 9M의 전선길이를 지니는 LED조명의 SVLC에 나타나는 입력전압의 크기가 52.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ED(Lighting Emitting Diode)조명은 어떤 소자와 전원을 이용하는가?	ED(Lighting Emitting Diode)조명은 높은 에너지 효율과 환경유해 물질을 포함하지 않은 친환경 기기이며, 반도체 소자로 직류 전원을 이용한다. 그러나 현재 모든 건물의 전원은 AC배전을 하고 있다.
	다수의 LED조명을 사용하게 되면 전력 변화에 사용되는 전력소비가 증가하게 되는 이유는 무엇인가?	그림 1은 이러한 LED조명기구에 적용 되는 일반적인 구조를 나타내고 있다. 이러한 LED조명기구들을 사용하기 위한 전력공급체계는 그림 2에서와 같이 AC배전 구조를 가지게 되며, 각각의 LED조명은 AC/DC 전력변환장치 회로를내장한다. AC/DC 전력변환장치는 변환 회로 동작을 위한 전력소 비가 이루어진다. 따라서 다수의 LED조명을 사용하게 되면 전력 변화에 사용되는 전력소비가 증가하게 된다.
	ED(Lighting Emitting Diode)조명은 어떤 기기인가?	ED(Lighting Emitting Diode)조명은 높은 에너지 효율과 환경유해 물질을 포함하지 않은 친환경 기기이며, 반도체 소자로 직류 전원을 이용한다. 그러나 현재 모든 건물의 전원은 AC배전을 하고 있다.

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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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