[논문]전력선 통신 기반 전관 방송시스템의 펌웨어와 UI

김석; 김대익

doi:10.13067/jkiecs.2019.14.1.127

[국내논문] 전력선 통신 기반 전관 방송시스템의 펌웨어와 UI
Firmware and UI for Power Line Communication Based Public Address System 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.14 no.1, 2019년, pp.127 - 136

김석 (건양대학교 의공학부) , 김대익 (전남대학교 전기전자통신컴퓨터공학부)

초록
AI-Helper

전관방송 시스템은 위급상황 및 비상상황에서도 누구나 손쉬운 조작과 운영, 그리고 장비의 안정적 동작이 우선시되어야 한다. 본 논문에서는 전력선 통신 기반 전관방송 시스템 사용자에게 편리성과 효율성을 제공하기 위해, 전관방송 시스템의 PLC(Power Line Communication) 제어기와 UI(User Interface) 그리고 PLC 제어기와 PLC 스피커 간의 통신을 제어하기 위한 펌웨어를 구현하였고, 사용자가 컴퓨터 화면에서 손쉽게 사용할 수 있도록 UI 소프트웨어를 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The public address system should be easily operated and managed by the users, and guaranteed to serve stable working in an emergency and a crisis. In this paper, In this paper, to provide power line communication based public address system users with convenience and efficiency, we implement a firmware to control communication between a PLC(: Power Line Communication) controller of the public address system and UI(: User Interface) and between a PLC controller of the public address system and PLC speakers, and develop a UI software.

주제어

표/그림 (16)

그림 그림 1. PLC PA 제어보드 구성도 Fig. 1 Block diagram of PLC PA control board
그림 그림 2. PLC 스피커 구성도 Fig. 2 Block diagram of PLC speaker
그림 그림 3. PLC PA 제어기 펌웨어의 동작 흐름도 Fig. 3 Flow diagram of a firmware for PLC PA controller
그림 그림 4. PLC PA 소프트웨어 계층도 Fig. 4 Hierarchy of PLC PA software
그림 그림 5. 커맨드 데이터 패킷 구조 Fig. 5 Structure of command data packet
그림 그림 6. 스트리밍 데이터 패킷 구조 Fig. 6 Structure of streaming data packet
그림 그림 7. PLC PA 제어기가 PLC 스피커에 등록 정보를 요청하는 콘솔 화면 Fig. 7 Console screen which displays requesting registration information from PLC PA controller to PLC speakers
그림 그림 8. PLC 스피커에서 정보가 등록되는 콘솔 화면 Fig. 8 Console screen which displays information registered in PLC speakers
그림 그림 9. 현재 등록되어 있는 PLC 스피커 상태 콘솔 화면 Fig. 9 Console screen which displays registered status of PLC speakers
그림 그림 10. 메인 화면 Fig. 10 Main window
그림 그림 11. PLC PA 제어기 검색 Fig. 11 Searching for PLC PA controller
그림 그림 12. PLC PA 제어기 설정 Fig. 12 Setting up of PLC PA controller
그림 그림 13. PLC PA 제어기 환경 설정 Fig. 13 Environment setting of PLC PA controller
그림 그림 14. 스피커 설정 화면 Fig. 14 Window for setting speakers
그림 그림 15. PLC 스피커 등록 팝업창 Fig. 15 Pop-up window for PLC speakerregistration
그림 그림 16. PLC 스피커 상태 창 Fig. 16 Window for status of PLC speakers

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 [10]에서 개발한 전관방송 시스템을 안정적이고 효율적이며 편리하게 사용할 수 있도록 전관방송 시스템의 PLC 제어기와 UI 그리고 PLC 제어기와 PLC 스피커 간의 통신을 제어하기 위한 펌웨어를 구현하고, 시스템 사용자가 시스템 제어용 컴퓨터에서 직관적으로 편리하게 사용할 수 있도록 UI 소프트웨어를 개발한다.
현재 건물의 안내 방송이나 화재 등 비상시에 사용되는 PA 시스템은 중앙 통제실에서 운영 및 제어를 통하여 이벤트, 홍보, 공지, 비상 방송 등을 전달하고자 하는 목적으로 설치·운영되고 있다. 본 논문에서는 복잡한 방송장비와 케이블을 단순하면서 모든 기능을 완벽히 소화하는 PLC 기반 PA 시스템을 안정적으로 손쉽게 운영할 수 있는 시스템 펌웨어와 운영 PC를 위한 UI 소프트웨어를 개발하였다.

제안 방법

PLC PA 제어기와 스피커간의 통신 프로토콜은 이더넷의 UDP 방식을 사용하였고, 커맨드를 전송할 때 사용하는 커맨드 데이터 패킷과 음원을 전송할 때 사용하는 스트리밍 데이터 패킷으로 구분하여 설계 하였다.
PLC PA 제어기의 펌웨어는 PLC 제어기와 PC UI 그리고 PLC 제어기와 PLC 스피커 사이의 통신을 제어하는 역할을 수행하며, PLC 제어기와 PC UI 간의 통신은 이더넷의 UDP 방식을 사용하며, PLC 제어기와 PLC 스피커 간의 통신은 RS485 시리얼 통신 방식을 이용하여 데이터를 송수신하도록 구현하였다.
PLC PA 제어기의 펌웨어는 그림 3과 같이 PLC 제어기 ↔ PC UI와 PLC 제어기 ↔ PLC 스피커 사이의 통신을 제어하는 역할을 수행하며, PLC 제어기와 PC UI 간의 통신은 이더넷의 UDP 방식을 사용하며, PLC 제어기와 PLC 스피커 간의 통신은 RS485 시리얼 통신 방식을 이용하여 데이터를 송수신하도록 구현하였다.
UI 소프트웨어는 장비 설정과 제어 기능의 목적으로 Visual studio 2015 (C#)를 사용하여 개발하였으며, 전문가뿐만 아니라 초보자 등 다양한 사용자가 쉽게 접근할 수 있도록 단순함과 편리함을 극대화시키는 방식으로 구현하였다.
개발한 펌웨어의 동작을 검증하기 위해 PLC PA 제어기와 PLC 스피커간의 식별 ID 및 디바이스를 등록하는 동작을 살펴보았다. 이를 위해 PLC PA 제어기가 등록 패킷을 보내면 PLC 스피커에서는 자신의 현재 정보를 커맨드 패킷 포맷에 맞춰 응답하는지 확인하였다.
다원화 방송 시스템 UI는 UDP로 PA 제어기와 통신을 진행하기 때문에 사용자 PC에서 PA 제어기의 등록 과정이 필요하며, 시스템 구축 시 해당 장비를 검색하여 등록하도록 구현하였다. 그림 11은 IP 주소 192.
스트리밍 데이터 패킷은 그림 6과 같이 스트리밍 데이터 구분 식별자 2바이트, 그룹정보 1바이트, 스피커 ID 1바이트, 스트리밍 데이터 10바이트로 구성되어 있으며, PA 제어기는 동시에 3음원을 시리얼하게 PLC 스피커로 전송하게 구현하였다.
전력을 공급하는 전력선을 매개로, 음성과 데이터를 주파수 신호에 실어 통신하는 기술인 전력선통신 기술을 이용하여 기존 아날로그 전관방송을 대체하는 PLC 기반 전관방송 시스템을 [10]에서 구현하였다. 이 시스템은 하나의 스피커 선로에 스피커 구동에 필요한 전력과 다채널 오디오 및 제어/모니터링 용 데이터 통신을 제공하며, PLC 기반 PA 제어기와 PLC 기반 스피커로 구성되어 있다.
개발한 펌웨어의 동작을 검증하기 위해 PLC PA 제어기와 PLC 스피커간의 식별 ID 및 디바이스를 등록하는 동작을 살펴보았다. 이를 위해 PLC PA 제어기가 등록 패킷을 보내면 PLC 스피커에서는 자신의 현재 정보를 커맨드 패킷 포맷에 맞춰 응답하는지 확인하였다. PLC PA제어기가 커맨드 패킷으로 PLC 스피커에 등록 정보를 요청하는 데이터를 보낸 뒤 데이터 수신을 기다리도록 펌웨어를 설계하였으며, 그림 7의 빨간색 부분과 같이 PA 제어기에서 데이터 송신이 잘 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
전관 방송 시스템 UI 소프트웨어는 장비 설정과 제어 기능의 목적이 있으며, 전문가뿐만 아니라 초보자 등 다양한 사용자가 쉽게 시스템에 접근할 수 있도록 단순함과 편리함을 극대화시키는 방식으로 구현하였다.
음향 시스템의 한 분야인 전관방송(Public address, PA) 시스템은 학교, 관공서, 대형빌딩, 항만, 공항 등의 구내방송을 위한 시스템으로서 구내 안내방송은 물론 화제와 같은 긴급 상황 발생 시 비상 방송용으로 사용된다[9]. 전력을 공급하는 전력선을 매개로, 음성과 데이터를 주파수 신호에 실어 통신하는 기술인 전력선통신 기술을 이용하여 기존 아날로그 전관방송을 대체하는 PLC 기반 전관방송 시스템을 [10]에서 구현하였다. 이 시스템은 하나의 스피커 선로에 스피커 구동에 필요한 전력과 다채널 오디오 및 제어/모니터링 용 데이터 통신을 제공하며, PLC 기반 PA 제어기와 PLC 기반 스피커로 구성되어 있다.
커맨드 데이터 패킷은 그림 5와 같이 커맨드 구분 식별자 2바이트, Op code 2바이트, 파라미터 데이터 11바이트로 구성되어 있으며, 커맨드 데이터를 이용하여 스피커 ID를 식별하고 등록 할 수 있으며, PLC 스피커의 온/오프라인 상태를 확인 할 수 있도록 구현 하였다.
PLC PA 제어기와 PC UI 간의 통신 프로토콜은 UDP 방식을 사용하며, 디바이스 검색포트는 23002번, 디바이스 통신 포트는 23003번을 사용하도록 설계되어있다. 패킷구조는 2바이트 헤더와 1바이트 Op code로 구성하여 구현하였다.

대상 데이터

방송 운영 화면에서는 총 7개의 스피커를 설정하였으며, 그룹 0번에 5개의 스피커를 설정하고 그룹 1번에 2개의 스피커를 설정한 상태를 볼 수 있다. 현재 사용 가능한 스피커는 아이콘의 상태 표시등이 ON 되어 있는 그룹 0번의 3개 스피커이다.

성능/효과

이를 위해 PLC PA 제어기가 등록 패킷을 보내면 PLC 스피커에서는 자신의 현재 정보를 커맨드 패킷 포맷에 맞춰 응답하는지 확인하였다. PLC PA제어기가 커맨드 패킷으로 PLC 스피커에 등록 정보를 요청하는 데이터를 보낸 뒤 데이터 수신을 기다리도록 펌웨어를 설계하였으며, 그림 7의 빨간색 부분과 같이 PA 제어기에서 데이터 송신이 잘 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
구현한 PLC 기반 PA 제어기와 PLC 기반 스피커의 성능측정 결과, 오디오 최대 출력은 1.44W, 오디오 채널 응답 시간은 최대 215ms, 오디오 출력 SNR은 최소 65dB, 그리고 오디오 출력 THD+N은 7%를 보여 만족할 만한 성능을 얻었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전력선 통신이란 무엇인가?	전력선 통신(Power line communication, PLC)은 전력선을 통하여 흐르는 상용주파수 50/60 Hz의 저주파 전력신호에 수십 MHz까지의 고주파 신호를 실어 음성과 문자데이터, 영상 등을 전송하는 통신기술이다[1-2].
	PLC PA 제어기의 기능은 무엇이 있는가?	1) 다채널 오디오 전송기능 - 다채널 아날로그 오디오 입력 및 출력 - 채널별 오디오 변조 및 전송 - 브로드 캐스팅 방식의 전송으로 딜레이 및 음원 간섭 해결 - 화재 대피방송 및 시보 등의 기능 2) PLC 스피커 제어기능 - PLC 스피커 ID 식별 및 필터링 - 제어 메시지 전송 및 PLC 스피커 상태관리 - 통합제어 소프트웨어와 통신을 위한 이더넷 인터페이스
	전관방송의 특징은 무엇인가?	음향 시스템의 한 분야인 전관방송(Public address, PA) 시스템은 학교, 관공서, 대형빌딩, 항만, 공항 등의 구내방송을 위한 시스템으로서 구내 안내방송은 물론 화제와 같은 긴급 상황 발생 시 비상 방송용으로 사용된다[9]. 전력을 공급하는 전력선을 매개로, 음성과 데이터를 주파수 신호에 실어 통신하는 기술인 전력선통신 기술을 이용하여 기존 아날로그 전관방송을 대체하는 PLC 기반 전관방송 시스템을 [10]에서 구현하였다.

참고문헌 (10)

H. Kim, M. Lee, K. Koo, and S. Han, "Analysis of Sound Transmitting System using Power line Communication Technique," J. of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, vol. 18, no. 3, 2004, pp. 128-134.
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A. Papaioannou and F. Pavlidou, "Evaluation of Power Line Communication Equipment in Home Networks," IEEE Systems Journal, vol. 3, no. 3, Sept. 2009, pp. 288-294.

상세보기
B. Jensen, "Experimental studies of the noise recovery ability of in-house powerline equipment," In Proc. IEEE Int. Symp. Power Line Communications and Its Applications (ISPLC), Jeju, Korea, Apr. 2008, pp. 269-273.
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K. Park, "Implement of a Watt-Hour Meter Monitoring System using Powerline Communication," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 8, no. 8, 2013, pp. 1143-1148.

원문보기 상세보기
K. Park and Y. Lee, "Implement of Watt-Hour Meter Monitoring System by Internet Map Based GUI using Power Line Communication," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 8, no. 10, 2013, pp. 1435-1441.

원문보기 상세보기
V. Parthasarathy, S. Sakthivel, PA. Logeshwaran, R. Prabhakaran, and G. Kamalkannan, "Data Transmission and Public Addressing System Using Power line," SSRG International Journal J. of Computer Science and Engineering, Special Issue, Mar. 2017, pp. 194-196.
J. Kim, "Development of an Operational MICOM for efficient Central Control of Public Address System," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 6, no. 2, 2011, pp. 325-329.
S. Kim and D. Kim, "Power Line Communication Based Public Address System," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 12, no. 6, 2017, pp. 1035-1042.

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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