[논문]가로등 양방향 통신의 에너지 효율성 개선을 위한 디밍 제어 시스템 연구

박병성; 정찬웅; 남태식; 김학배

문제 정의

본 연구에서는 저전력 Zigbee 근거리무선 통신 프로토콜을 이용한 네트워크 구축을 통하여 가로등간의 양방향 통신 시스템을 구축하였다. 또한 이 연구를 통하여 에너지 효율성 증대와 운영과 관리의 편의성을 증명하고, 본 기술이 적용된 제품을 개발하였다.
본 논문에서는, 저전력 Zigbee 근거리무선 통신 프로토콜을 이용한 네트워크 구축을 통하여 가로등간의 양방향 통신 시스템을 구축한다. 또한 이 연구를 통하여 에너지 효율성 증대와 운영과 관리의 편의성을 증명하고, 본 기술이 적용된 제품을 개발한다.
본 논문에서는, 저전력 Zigbee 근거리무선 통신 프로토콜을 이용한 네트워크 구축을 통하여 가로등간의 양방향 통신 시스템을 구축한다. 또한 이 연구를 통하여 에너지 효율성 증대와 운영과 관리의 편의성을 증명하고, 본 기술이 적용된 제품을 개발한다.
본 연구에서는 에너지 효율성의 극대화를 위하여 각각의 가로등주마다 주변의 환경에 따른 명도의 차이를 주는 Dimming 제어 시스템을 도입하고, 그것에 효용성과 활용방 안을 모색하였다. 또한 Dimming 제어 시스템을 적용할 때 필요로 하는 가로등주간의 통신을 위한 Zigbee 네트워크 기술과 가로등주의 위치를 정확히 파악할 수 있는 Zigbee location tracking 기술에 대한 활용 방안에 대해 연구하여 가로등 Dimming 제어 시스템을 개발하였다.

제안 방법

그리고 위치 추적 팬던트를 개발하여 자동 ID 송출 기능을 통하여 자동으로 팬던트의 ID를 ZIgBee망으로 주기적으로 전송이 가능하게 하였으며, 응급상황 발생시, 응급 버튼을 통하여 응급 메시지를 ZigBee 망으로 전송할 수 잇게 하였다. 그리고 저전력 기능 제공으로 배터리 1회 충전시, 수개월의 동작 시간이 가능하게 설계함으로써 전력이나 통신의 효율성을 극대화 하였다.
나아가 구현된 ZigBee망을 이용하여 U-City 내에서 부가적으로 (노인/미아찾기, BIS, 상·하수 센서 네트워크 등) 확장 가능성을 열어 놓았다.
본 연구에서는 에너지 효율성의 극대화를 위하여 각각의 가로등주마다 주변의 환경에 따른 명도의 차이를 주는 Dimming 제어 시스템을 도입하고, 그것에 효용성과 활용방 안을 모색하였다. 또한 Dimming 제어 시스템을 적용할 때 필요로 하는 가로등주간의 통신을 위한 Zigbee 네트워크 기술과 가로등주의 위치를 정확히 파악할 수 있는 Zigbee location tracking 기술에 대한 활용 방안에 대해 연구하여 가로등 Dimming 제어 시스템을 개발하였다.
또한 자동타이머나 ZigBee 리모콘을 사용하여 점·소등을 편리하게 할 수 있는 기능을 탑재 하였다.
또한, ZigBee 리모콘을 통하여 등주제어기나 위치추적 팬던트에 사용된 ZIgBee 네트워크 프로토콜과의 통신을 통하여 가로등/보안등의 점소등, 디밍등을 제어하고, 등주 제어기의 점소등 상태 및 고장 상태등을 감시할 수 있게 하였다.
양방향 제어기의 경우에는 기존 제품 대비 40～60%의 원가 절감이 가능하는 것을 증명하였고, 전자식 안정기의 기능을 활용하여, 설치가 단순해짐에 따라 등주당 제품의 원가 및 설치비용을 최소화 할 수 있게 되었다. 또한, 빛이나 거리(LOS에서 최대 3km까지 통신 가능)에 영향을 받지 않는 ZigBee 방식의 리모콘을 사용하여 효율을 향상시켰다. 그리고 ZigBee 리모콘과 양방향 중계기용 ZigBee 모뎀, 내장형 양방향 등주 감시 제어기를 통하여 능동적이고 지능적인 디밍 기능 제공으로 우리가 의도했던 에너지를 절감하였다.
본 연구에서는 저전력 Zigbee 근거리무선 통신 프로토콜을 이용한 네트워크 구축을 통하여 가로등간의 양방향 통신 시스템을 구축하였다. 또한 이 연구를 통하여 에너지 효율성 증대와 운영과 관리의 편의성을 증명하고, 본 기술이 적용된 제품을 개발하였다.
본 연구에서는, 등기구 일체형 가로등/보안등 제어기를 개발하여 강제점·소등, 자동타이머, 고정타이머, 심야소등 등의 제어기능을 탑재시켰다.

성능/효과

또한, 빛이나 거리(LOS에서 최대 3km까지 통신 가능)에 영향을 받지 않는 ZigBee 방식의 리모콘을 사용하여 효율을 향상시켰다. 그리고 ZigBee 리모콘과 양방향 중계기용 ZigBee 모뎀, 내장형 양방향 등주 감시 제어기를 통하여 능동적이고 지능적인 디밍 기능 제공으로 우리가 의도했던 에너지를 절감하였다. 양방향 통신의 가능성으로 인해 고장 발생시 신속한 A/S가 가능하게 하였으며 보안등 관리를 전산화함으로 체계적이고 효율적인 운용을 가능하게 하였다.
그리고 위치 추적 팬던트를 개발하여 자동 ID 송출 기능을 통하여 자동으로 팬던트의 ID를 ZIgBee망으로 주기적으로 전송이 가능하게 하였으며, 응급상황 발생시, 응급 버튼을 통하여 응급 메시지를 ZigBee 망으로 전송할 수 잇게 하였다. 그리고 저전력 기능 제공으로 배터리 1회 충전시, 수개월의 동작 시간이 가능하게 설계함으로써 전력이나 통신의 효율성을 극대화 하였다.
초기비용, 유지비용, 편리한 운용 및 유지관리의 효율성을 극대화 하였다. 기존의 등기구에 램프/안정기/제어기가 일체화됨으로 제품의 단가를 낮추는 효과를 통하여 초기 설치비용을 줄일 수 있었다. 등기구에 램프/안정기/제어기가 일체화 되어 외부 환경(비/바람 등)에 노출되지 않기 때문에 누전이나 감전의 발생 가능성을 줄일 수 있었고, 전자식 안정기를 사용하여 역율 및 빛 효율을 높이고 열손실을 낮추어 20～30%의 절전효과로 인해 유지비용을 절감시켰다.
기존의 등기구에 램프/안정기/제어기가 일체화됨으로 제품의 단가를 낮추는 효과를 통하여 초기 설치비용을 줄일 수 있었다. 등기구에 램프/안정기/제어기가 일체화 되어 외부 환경(비/바람 등)에 노출되지 않기 때문에 누전이나 감전의 발생 가능성을 줄일 수 있었고, 전자식 안정기를 사용하여 역율 및 빛 효율을 높이고 열손실을 낮추어 20～30%의 절전효과로 인해 유지비용을 절감시켰다.
분단위 또는 무한대로의 강제 점·소등과 사용자가 지정한 시간에 점·소등이 가능하게 하였으며, 심야시간에 농작물 피해를 줄이기 위한 심야소등을 통하여 좀도 효율적인 가로등/보안등의 제어를 관리할 수 있게 하였다.
양방향 제어기의 경우에는 기존 제품 대비 40～60%의 원가 절감이 가능하는 것을 증명하였고, 전자식 안정기의 기능을 활용하여, 설치가 단순해짐에 따라 등주당 제품의 원가 및 설치비용을 최소화 할 수 있게 되었다. 또한, 빛이나 거리(LOS에서 최대 3km까지 통신 가능)에 영향을 받지 않는 ZigBee 방식의 리모콘을 사용하여 효율을 향상시켰다.
그리고 ZigBee 리모콘과 양방향 중계기용 ZigBee 모뎀, 내장형 양방향 등주 감시 제어기를 통하여 능동적이고 지능적인 디밍 기능 제공으로 우리가 의도했던 에너지를 절감하였다. 양방향 통신의 가능성으로 인해 고장 발생시 신속한 A/S가 가능하게 하였으며 보안등 관리를 전산화함으로 체계적이고 효율적인 운용을 가능하게 하였다.
초기비용, 유지비용, 편리한 운용 및 유지관리의 효율성을 극대화 하였다. 기존의 등기구에 램프/안정기/제어기가 일체화됨으로 제품의 단가를 낮추는 효과를 통하여 초기 설치비용을 줄일 수 있었다.

후속연구

CDM 등은 기존의 나트륨 등에 비해 연색성, 빛 효율이 좋아 에너지가 절감되며, 좀더 쾌적한 조명환경을 제공되기 때문에 화두가 되는 유비쿼터스 (Ubiquitous) 컴퓨팅 환경에서 적합한 기술로 주목받고 있다. 앞으로 광원이 CDM으로 교체되면서 이에 수반되는 안정기, 등기구 등에 구조적인 변화를 가져올 것이고, 이 변화에 맞게 가로등 진화될 것이다. 기계식(혹은 자기식) 안정기가 고효율과 소형 그리고 경량 방식인 전자식 안정기로 교체가 되어야 할 것이다.

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