[논문]지능형 도로 LED라인조명 시스템

김원식; 김진희; 양진영; 박찬원

지능형 도로 LED라인조명 시스템
LED Line Lamp System for Intelligent Road 원문보기

김원식 (벽산엔지니어링) , 김진희 (강원대학교 전기전자공학과) , 양진영 (강원대학교 전기전자공학과) , 박찬원 (강원대학교 전기전자공학부)

본 연구는 지능형 도로의 라인조명의 제어 기능을 수행하기 위한 구동 및 조광회로 설계와 유지관리 시스템의 기초 연구로서 기본적으로 중앙관제센터에서 무선과 유선의 원격제어를 통하여 조명기구의 개별 전원 제어 또는 단전, 부분 점멸동작을 수행 하고 램프의 불량 상태를 확인할 수 있는 기능을 포함한다. 부가적으로 조명등의 절전과 효율적인 관리를 위하여 차량의 유무에 따라 조도와 점멸 제어 기능을 추가 하였다. 또한 원격제어에 따른 중계 제어 장치를 등기구와 병열 구성 하여 통신선과 전원선 만으로 Line 형태의 램프에 전력 및 통신 제어를 가능케 하는 시스템을 개발하였다.

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문제 정의

본 연구는 고속도로의 노견 또는 중앙분리대에 일정 구간마다 마이크로프로세서를 포함하는 LED조광 회로로 개별 전원 인가 또는 단전, 부분 점멸 조작을 가능케 하고 램프의 불량 상태를 확인할 수 있는 기능을 포함하며 조명등의 절전과 효율적인 관리를 위하여 차량의 유무에 따라 등기구의 조도를 단계별로 조절할 수 있는 기능을 가지는 지능화 도로 LED라인조명 시스템의 개발에 관한 내용이다. 시스템의 일정구간은 유선 통신으로 데이터를 송ㆍ수신하며 광범위의 구간별로 이들 데이터를 송ㆍ수신하는 무선통신장치가 통합된 1개의 장치 모듈들로 구성되고 이들은 다시 상당 구간마다 전체시스템을 제어 및 기록, 유지하는 서버와 연동되게 구성한다.

제안 방법

Line Lamp 중계 제어 장치의 유지ㆍ보수 또는 설치시 각각의 장치에 개별 ID를 입력하거나 동작 상태를 점검하는 기능을 가지는 휴대용 장치로서 Off Road Test 및 시스템 Update시 중앙관제장치의 기능을 대신하며, 개발된 Line 조명 제어 시스템의 구동성능을 테스트하는 장치로 개발하였다. 개별 ID 입력과 통신 상태 모니터 및 Line Lamp 이상 유ㆍ무 CHECK 기능을 가지며 입력전원은 차량 전원 또는 일반 충전 장치로 구동이 가능하도록 하여 DC 12V이며 20 자 x 4 줄의 LCD 디스플레이와 8 x 4의 Key Board가 장치되어 있다.
휴대 점검 장치로서 휴대가 가능하여야 하므로 경량 및 소형화하며 전원 공급 방식도 밧데리 동작을 기본으로 하였다. 따라서 차량의 전원 DC12V를 입력 받아 내장된 12V 충전지에 충전하여 상시 사용할 수 있도록 설계하였다. 충전지의 전원이 전압 변환장치를 거쳐 Line Lamp용 전원 DC24V로 변환하여 외부 연결 단자로 공급되며, 휴대 장치 내부에서 사용하는 내부 전원은 다시 5V로 변환하여 CPU및 다른 전자 회로에 공급하도록 하였다.
Line Lamp Unit의 기본 광원은 5W급 고휘도 LED Lamp를 체택하여 기본적으로 1～5개의 개별 램프를 제어 할 수 있도록 구성하였다. 또한 Lime Lamp의 불량 상태와 운전 상태를 감시하고 여러 단계의 밝기 변화와 절전, 방열을 고려하여 PWM 방식으로 구동토록 하였으며 입력전원은 누전과 사고시의 안전을 고려하여 직류 24V / 0.3A ～ 1.5A이며 10단계의 밝기 조절 기능 및 점멸 주기 제어기능과 온도 변화에 따른 기기의 오동작을 방지하기 위하여 내부 Heater 및 Fan 등의 온도 제어 기능, 고휘도 LED의 안전한 동작을 위한 정전압, 정전류 방식의 구동 기능 그리고 다단계 밝기 변화를 위한 PWM 구동 방식을 포함하였다
시스템의 일정구간은 유선 통신으로 데이터를 송ㆍ수신하며 광범위의 구간별로 이들 데이터를 송ㆍ수신하는 무선통신장치가 통합된 1개의 장치 모듈들로 구성되고 이들은 다시 상당 구간마다 전체시스템을 제어 및 기록, 유지하는 서버와 연동되게 구성한다. 또한 임베디드 마이크로프로세서를 장치하여 동작 에러를 최소화할 수 있도록 알고리즘을 구성하고 모듈들 간의 통신을 최적화 한다. 설치비용의 경제성을 도모하기 위하여 최신의 SMD부품들을 이용하여 최소한의 사이즈로 제작함과 동시에 도로상의 혹독한 온ㆍ습도 조건과 물리적, 화학적 조건에도 정상 동작이 될 수 있도록 온습도센서에 의한 온도자기보상과 자체 진단기능을 가진다.
초음파 방식으로 고속도로 차량 이동 속도를 고려하여 1초에 100번의 신호를 Sampling한다. 또한 전원과 통신 및 운영 방식은 Line lamp Unit과 동일한 구조로 하여 관리에 편의성을 추구하였다. 입력 전원은 DC 24V 이며 40 KHz의 초음파 송신 주파수로 감지 거리 성능은 약 10m 이내이다
휴대 점검 장치로서 휴대가 가능하여야 하므로 경량 및 소형화하며 전원 공급 방식도 밧데리 동작을 기본으로 하였다. 따라서 차량의 전원 DC12V를 입력 받아 내장된 12V 충전지에 충전하여 상시 사용할 수 있도록 설계하였다.

대상 데이터

중계장치는 하부 Line Lamp Unit 50개 및 차량 감지 장치의 전원을 공급하기 위하여 대용량의 전원 공급 장치(DC24V 41.6A)를 내장한다. Up Link(CDMA)를 통하여 입력된 Data는 통신변환 Module을 거쳐 CPU에서 프로토콜을 분석한 이후 이를 가공하여 Down Link(RS-485)로 전송한다.

성능/효과

기존 자동차 도로의 조명시설은 큰 에너지 소비의 비효율적인 측면과 야간 주행 안전을 위한 평균조도, 평균휘도, 균제도, 글레어가 도로조명 기준에 미치지 못한다. 본연구의 개발결과 LED Line Lamp의 단계적 밝기 조절과 차량 감지 장치 개발로 소등 시간을 자유롭게 조절 가능하여 기존 조명시설에 비해 큰 에너지 절감 효과를 얻을수 있고, 아울러 마이크로컨트롤를 이용한 개별 기능장치와 CDMA 및 RS485통신으로 장거리 조명시설망 구축과 휴대제어장치의 개발로 유지, 보수측면에서 많은 인력감소와 비용절감 효과를 가질것으로 예상된다. 본 기술의 개발을 통해 자동차도로 운전자의 안전확보와 주위환경 개선 효율을 증대 시킬수 있을 것이며 기존 연구에서 개발된 지능형 LED Line Lamp 시스템과 연계를 통하여 지능화 도로 라인 조명시스템의 구축과 이를 시초로 파급의 효과를 기대한다.

후속연구

본연구의 개발결과 LED Line Lamp의 단계적 밝기 조절과 차량 감지 장치 개발로 소등 시간을 자유롭게 조절 가능하여 기존 조명시설에 비해 큰 에너지 절감 효과를 얻을수 있고, 아울러 마이크로컨트롤를 이용한 개별 기능장치와 CDMA 및 RS485통신으로 장거리 조명시설망 구축과 휴대제어장치의 개발로 유지, 보수측면에서 많은 인력감소와 비용절감 효과를 가질것으로 예상된다. 본 기술의 개발을 통해 자동차도로 운전자의 안전확보와 주위환경 개선 효율을 증대 시킬수 있을 것이며 기존 연구에서 개발된 지능형 LED Line Lamp 시스템과 연계를 통하여 지능화 도로 라인 조명시스템의 구축과 이를 시초로 파급의 효과를 기대한다.

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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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