[논문]디밍 기술을 이용한 안전지향 보도블록의 저 전력화

정헌; 윤진영; 김지수; 김선관; 이승대

doi:10.13067/jkiecs.2017.12.4.585

디밍 기술을 이용한 안전지향 보도블록의 저 전력화
Low Power of Safety Oriented Sidewalk Block using Dimming Technic 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.12 no.4, 2017년, pp.585 - 590

정헌 (남서울대학교 전자공학과) , 윤진영 (남서울대학교 전자공학과) , 김지수 (남서울대학교 전자공학과) , 김선관 (남서울대학교 전자공학과) , 이승대 (남서울대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 고휘도의 광원에 의한 눈부심 방지와 야간 교통사고예방을 위해 LED와 조도 센서를 이용한 디밍 기술을 사용하여 저 전력 안전지향 보도블록을 구현하였다. 본 논문의 디밍 시스템은 눈부심을 방지하기 위하여 눈에 피로도가 적은 전구색을 사용하였고, 6.10Wh 전력이 소모되었다. 또한, 기존 시스템과 비교하였을 때 약 56.9%의 전력이 절감되는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a low power of safety oriented sidewalk block was implemented using dimming technology using LED and illuminance sensor to prevent glare by high - intensity light source and prevent night traffic accident. The dimming system of this paper used a light bulb color with less fatigue to prevent glare and consumed 6.10Wh power. Also, it is confirmed that the power saving is about 56.9% when compared with the existing system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 눈부심 방지와 가로등과의 식별 편의를 위해 조도 센서의 값을 이용하여 실시간으로 LED 휘도의 값을 조절하는 디밍(dimming)기술을 이용하고, 이에 따라 전력소모를 줄이는 저 전력 안전지향 보도블록을 제작하고자 한다.
본 논문에서는 고휘도 광원에 의한 눈부심 방지와 야간 교통사고 예방을 위해 LED와 조도 센서를 이용한 디밍 시스템으로 저 전력 안전지향 보도블록을 제작하였다. 디밍 시스템은 LED 밝기 조절에 조도 센서를 이용함으로써 주변 밝기에 따라 0∼255까지 밝기가 자동으로 조절되는 알고리즘을 설계하였다.
본 논문에서는 빛의 밝기에 따라 LED 밝기가 변하는 디밍 시스템을 사용해 구현하였다.

제안 방법

LED는 아두이노에서 제공하는 PWM을 통해 제어 하기 때문에 3부터 최대 255까지 단계로 밝기가 조절 되며 R_Lux값으로 LED의 밝기 단계를 설정하기 위해식 (2)를 사용하였다.
그림 2에서 보는 바와 같이 조도 센서의 연속된 측정값을 비교하여 LED의 밝기를 조절하였으며, 보행 신호등의 신호를 인터럽트로 처리하였다. 인터럽트가 실행되었을 때 LED의 색이 초록불로 바뀌고 진동모터를 3회 작동시켰다.
디밍 시스템은 LED 밝기 조절에 조도 센서를 이용함으로써 주변 밝기에 따라 0∼255까지 밝기가 자동으로 조절되는 알고리즘을 설계하였다.
전원생성부의 태양광 패널이 제어부의 전원저장장치에 전원을 모은다. 본 논문의 핵심은 조도 센서를 통해서 주변의 밝기를 입력받아 계산된 값으로 아두이노를 통해서 LED를 실시간으로 제어하게 된다. 전원생성부는 태양 전지 패널을 사용하여 전원저장장치를 통해 아두이노의 구동 전원을 저장한다.
신호등의 변화를 주기 위하여 아두이노의 인터럽트 기능을 사용하였다. 인터럽트는 시스템 동작 흐름도에서 신호등의 점등동작을 1회로 정하여 20회 실험하였다.
인터럽트 시 진동모터가 작동하는데 피 실험자 4명이 굽 두께가 다른 신발을 신고 진동모터 세기 50단 계부터 모터작동 인지에 대한 실험을 하였다. 실험결과 70단계 이상에서 4명이 확실한 인지를 하였고, 이에 따라 보도블록 진동모터의 세기를 70단계로 설정 하였다.
인터럽트 시색상의 밝기 또한 주위의 밝기에 따라 LED의 밝기가 조절된다. 이것을 바탕으로 시스템 동작 흐름도를 구성하였다.
인터럽트가 실행되었을 때 LED의 색이 초록불로 바뀌고 진동모터를 3회 작동시켰다. 이후 보행 신호등이 빨간불로 바뀌면 LED 또한 같은 색으로 일정 시간 동안 켜준 후 기존의 전구색으로 변하도록 하였다. 인터럽트 시색상의 밝기 또한 주위의 밝기에 따라 LED의 밝기가 조절된다.
인터럽트 시 진동모터가 작동하는데 피 실험자 4명이 굽 두께가 다른 신발을 신고 진동모터 세기 50단 계부터 모터작동 인지에 대한 실험을 하였다. 실험결과 70단계 이상에서 4명이 확실한 인지를 하였고, 이에 따라 보도블록 진동모터의 세기를 70단계로 설정 하였다.
그림 2에서 보는 바와 같이 조도 센서의 연속된 측정값을 비교하여 LED의 밝기를 조절하였으며, 보행 신호등의 신호를 인터럽트로 처리하였다. 인터럽트가 실행되었을 때 LED의 색이 초록불로 바뀌고 진동모터를 3회 작동시켰다. 이후 보행 신호등이 빨간불로 바뀌면 LED 또한 같은 색으로 일정 시간 동안 켜준 후 기존의 전구색으로 변하도록 하였다.
신호등의 변화를 주기 위하여 아두이노의 인터럽트 기능을 사용하였다. 인터럽트는 시스템 동작 흐름도에서 신호등의 점등동작을 1회로 정하여 20회 실험하였다. 실험결과, 20회 중 19회 작동하여 95%의 성공률을 확인하였다.
LED는 조도 센서가 측정하는 값에 따라서 밝기가 변한다. 표 1은 Lux값이 만 단위로 변화할 때 보행자 신호가 빨간불일 때(평상시)와 인터럽트 때의 전력소비량을 계산하였다.

대상 데이터

그림 1은 본 논문의 시스템 구성도로 전원생성부, 센서부, 제어부, 구동부로 구성되어 있다. 전원생성부의 태양광 패널이 제어부의 전원저장장치에 전원을 모은다.
사용된 태양전지 패널은 110mm x 135mm의 크기로 4개를 사용하여 제작하였다[7].
그림 1은 본 논문의 시스템 구성도로 전원생성부, 센서부, 제어부, 구동부로 구성되어 있다. 전원생성부의 태양광 패널이 제어부의 전원저장장치에 전원을 모은다. 본 논문의 핵심은 조도 센서를 통해서 주변의 밝기를 입력받아 계산된 값으로 아두이노를 통해서 LED를 실시간으로 제어하게 된다.

성능/효과

그 결과, 하루 24시간 최대 밝기로 구동 시 14.16Wh가 소모되는 반면, 본 논문의 보도블록은 6.10Wh가 소모돼 약 56.9% 절감 효과가 있었다.
16Wh이다. 본 논문에서 설계한 디밍 시스템으로 LED를 제어할 경우 24시간 동안 소비전력은 6.10Wh이며 전자 대비 후자가 소비전력량에 있어서 약 56.9% 절감 효과가 있음을 확인하였다.
인터럽트는 시스템 동작 흐름도에서 신호등의 점등동작을 1회로 정하여 20회 실험하였다. 실험결과, 20회 중 19회 작동하여 95%의 성공률을 확인하였다. 1회 오작동의 경우, 인터럽트가 끝나지 않았을 때, 인터럽트가 다시 실행되는 오작동이었고, 일반적인 보행 신호의 변화 주기로 실행한다면 오작동은 일어나지 않는다.
이러한 교통사고 문제 때문에 최근 횡단보도에 LED 안전유도 블록 시설을 설치하여 교통 사고율을 감소시키고 있다. 일례로 창원시에서 2008년 부터 LED 안전유도 블록을 시설하여 기존의 야간 사고율과 대비하여 발생 건수는 0.5%, 부상자 수는 0.8% 감소하였고, 특히 사망자 수는 52.5%로 감소하 였다[3-5]. 이는 안전유도 블록이 운전자 측면에서는 전방 횡단보도진입로의 시거확보를 통해 보행자의 존재를 인식할 수 있으며, 보행자 측면에서는 LED 안전 유도 블록을 인식함에 따라 주변 차량에 대한 경각심을 높일 수 있는 효과 때문이다.
측정결과 본 논문에서 사용하는 조도 센서는 0부터 최대 54612 Lux까지 측정이 가능하였다.

후속연구

향후 연구과제는 생산전력 효율 증대를 위해 태양 전지 패널의 태양광 추적 알고리즘을 접목한다면 최소한의 태양전지 패널을 사용하여 더 많은 보도블록을 구동할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시스템 구성도에서 전원생성부의 태양광 패널의 역할은 무엇인가?	그림 1은 본 논문의 시스템 구성도로 전원생성부, 센서부, 제어부, 구동부로 구성되어 있다. 전원생성부의 태양광 패널이 제어부의 전원저장장치에 전원을 모은다. 본 논문의 핵심은 조도 센서를 통해서 주변의 밝기를 입력받아 계산된 값으로 아두이노를 통해서 LED를 실시간으로 제어하게 된다.
	디밍(dimming)기술은 무엇을 이용하여 LED 휘도의 값을 조절하는가?	따라서 본 논문에서는 눈부심 방지와 가로등과의 식별 편의를 위해 조도 센서의 값을 이용하여 실시간으로 LED 휘도의 값을 조절하는 디밍(dimming)기술을 이용하고, 이에 따라 전력소모를 줄이는 저 전력 안전지향 보도블록을 제작하고자 한다.
	기존 안전유도 블록은 고휘도의 광원으로 인해 눈부심이 있어 운전자와 보행자의 일시적 시각장애로 인한 사고 위험성이 내포되어 있고 소비전력 또한 높은 편인데, 또한 어떠한 단점이 있는가?	그러나 기존 안전유도 블록은 고휘도의 광원으로 인해 눈부심이 있어 운전자와 보행자의 일시적 시각장애로 인한 사고 위험성이 내포되어 있고 소비전력 또한 높은 편이다. 그뿐만 아니라 운전자에게는 가로등과의 식별이 쉽지 않다는 단점이 있다[6].

참고문헌 (7)

D. Park, J. Park, J. Kim, S. Bin, and H. Hong "Development of Dimming Linearity Investigation LED Driving Characterization System for Precision Control of Smart Lighting Device," Korea Institute of Illuminating and Electrical Installation, 2011 Spring Meeting, Muju, Korea, May, 2011, pp. 145-146.
J. Yoon, J. Part, J. Hong, S. Song, and Y. Lim, "Development of 100W-Class Stage Color Mixing Technique Capable of Uniform Color Dimming," Proc. of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation, Seoul, Korea, Sept. 2010, pp. 81-83.
D. Park, K. Yu, and W. Choi, "Effect of LED Safety Induction Block on Crosswalk Accident," J. of Korea Academia Industrial Cooperation Society, vol. 15, no. 7, 2014, pp. 4634-4643.

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W. Jung, "Effect Analysis on Facility Improvement of Road Intersection," Ph.D's Thesis, Hanyang University, 2007.
J. Han, "Characteristics of Cities Types by Automobile Traffic Accidents," J. of the Economic Geographical Society of Korea, vol. 10, no. 2, 2007, pp. 137-152.

원문보기 상세보기
S. Il, "A Study on the Evaluation of the Driver's Visibility Ability in Low-Light Road Environment," Master's Thesis, Kangwon National University Graduate School, 2011.
H. Shin, "Development of Constant Current SMPS for LED Lighting," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 10, no. 1, 2015, pp. 111-116.

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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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