PARK KYUNG YANG (KR)
YOO BYUNG CHAN (KR)
PARK KYUNG YANG (KR)
YOO BYUNG CHAN (KR)
| KR20050017018A | ||||
| KR19980040014A | ||||
| KR20060023681A |
특허법인 지명 (KR)
| 펌웨어에 따라 각 구성요소를 제어하는 프로세서; 상기 펌웨어의 명령에 따른 크기, 듀티 비 및 주파수의 신호를 생성하여 출력하는 신호 발생기; 온도변화와 관련한 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하여 상기 프로세서가 온도검출을 하도록 하는 ADC를 포함하고, 통합 칩 형태로 구성되며, 상기 검출한 온도에 따라 상기 신호 발생기의 출력을 조절하여 소정온도 이하로 조명 램프 발열을 제한하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 장치. |
| 제1항에 있어서, 인지한 조도와 소정기준을 비교하여 상기 조명 램프의 점등시점을 통보하는 신호를 입력받는 IO 블록을 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 통보하는 신호에 따라 상기 조명 램프를 점등하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 장치. |
| 제1항에 있어서, 신호 발생기는, PWM(Pulse Width Modulation) 및 SINE을 포함하는 형태의 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 장치. |
| 제1항에 있어서, 유무선 통신을 통하여 외부와 상기 펌웨어 및 제어 명령을 송수신하는 통신 인터페이스부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 장치. |
| 제4항에 있어서, 상기 통신 인터페이스부는, DMX512를 포함하는 유선 프로토콜 또는 무선 프로토콜을 사용하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 장치. |
| 제1항에 있어서, 신호 발생기는, LED 드라이버 IC, 트랜지스터를 포함하는 조명 램프 구동부에 상기 출력신호를 전달하여 조명 램프에 인가되는 전류량을 조절하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 장치. |
| 복수의 조명 램프를 구비한 발광부; 주변의 조도 및 상기 발광부의 온도를 감지하는 센서부; 프로세서를 내장하고, 소정 기준조도에 상기 발광부를 점등 또는 소등하며, 온도에 따라 상기 발광부로 인가되는 전류량을 조절하는 메인 제어부; 유무선 통신으로 펌웨어 및 제어 명령을 입력받는 원격 제어부 를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제7항에 있어서, 상기 발광부는, 적색, 녹색 및 청색의 조명 램프를 각각 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제7항에 있어서, 상기 센서부는, 주변의 조도를 감지하는 조도 센서; 상기 조명 램프에 근접설치되어 상기 조명 램프의 복사 온도를 감지하는 온도 센서 를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제9항에 있어서, 상기 조도 센서는, 상기 감지한 조도와 소정의 기준조도를 비교하여 상기 메인 제어부가 상기 기준조도 이하에서 자동으로 조명 램프를 점등하고, 상기 기준조도 초과에서 조명 램프를 소등하도록 하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제7항에 있어서, 상기 메인 제어부는, 상기 온도에 따라 변화하는 신호입력을 아날로그-디지털 변환하여 상기 프로세서가 온도검출을 하도록 하는 ADC; 상기 온도에 따라 상기 프로세서가 설정한 주파수, 듀티 비 및 크기의 신호를 생성하는 신호 발생기; 상기 생성한 신호에 따라 조명 램프로 인가되는 전류량을 달리 공급하는 조명 램프 드라이버 를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제11항에 있어서, 상기 신호 발생기는, 상기 온도에 따라 일정 주파수에 가변 듀티 비의 PWM 신호를 생성하여 상기 조명 램프 드라이버에 전달하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제11항에 있어서, 상기 신호 발생기는, 상기 온도에 따라 고정 크기에 가변 주파수의 SINE 신호를 생성하여 상기 조명 램프 드라이버에 전달하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제7항에 있어서, 상기 메인 제어부는, 상기 조명 램프에 인가되는 전류량을 모니터링하여 상기 프로세서가 조명 램프로 인가되는 소정상한값 이상의 전류를 차단하도록 하는 전류 검출부 를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제7항에 있어서, 상기 메인 제어부는, 상기 펌웨어로 구동하는 FPGA 및 ASIC을 포함하는 통합 칩인 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제7항에 있어서, 상기 메인 제어부는, 상기 원격 제어부로부터 상기 프로세서 제어에 사용되는 펌웨어를 전달받는 통신 인터페이스부; 상기 전달받은 펌웨어를 저장하는 비휘발성 메모리 를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제7항에 있어서, 상기 원격 제어부는, 외부로부터 제어 명령 및 펌웨어를 입력받으며, 무선 프로토콜을 사용하여 원격기기로부터 데이터를 수신하는 무선 인터페이스부; 유선 프로토콜을 사용하여 외부기기로부터 데이터를 송수신하는 유선 인터페이스부 를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제17항에 있어서, 상기 원격기기로부터의 데이터는, 시작 바이트, 시스템 아이디, 명령 바이트, 부 명령 바이트, 더미 바이트 및 종료 바이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 감지한 온도에 따라 구비된 복수의 조명 램프의 점등, 소등 및 구동 전류를 제어하는 복수의 램프 제어기; 무선으로 기설정 형식의 데이터를 전송하여 상기 복수의 램프 제어기들을 통합관리하는 주요 제어기를 포함하고, 상기 제어기들은 각각 대응하는 무선 인터페이스의 RF 모듈을 구비한 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제19항에 있어서, 상기 램프 제어기는, 자신에게 전송된 데이터에 따라 상기 복수의 조명 램프를 제어하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제19항에 있어서, 상기 램프 제어기는, 상기 RF 모듈을 통하여 제어 명령 및 펌웨어를 수신하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| 제19항에 있어서, 상기 램프 제어기는, 상기 전송된 데이터에 기록된 번호와 내부 메모리에 저장된 자신의 고유번호를 비교하여 상기 전송된 데이터가 자신의 데이터임을 판단하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 시스템. |
| PWM 및 SINE을 포함하는 형상 중 어느 하나의 형상으로 조명 램프의 점등에 사용되는 신호를 생성하는 단계; 상기 신호에 따라 전류량을 달리 공급하여 상기 조명 램프를 점등하는 단계; 상기 조명 램프에 구비된 방열판의 온도 및 상기 공급된 전류량을 검출하는 단계; 상기 온도 및 상기 전류량을 각각 기설정된 기준과 비교하는 단계; 및 상기 비교결과 기설정된 기준 이상인 경우가 발생하면, 상기 신호의 듀티 비와 주파수를 조절하여 상기 조명 램프로 인가되는 전류량을 감하는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 방법. |
| 제23항에 있어서, 상기 생성하는 단계는, 설정에 따라 조도를 감지하여 상기 조명 램프의 점등 시점을 판단하는 단계 이후에 실행되는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 방법. |
| 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 일련의 단계들은, 저장된 펌웨어에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 방법. |
| 제25항에 있어서, 상기 펌웨어는, 유무선 인터페이스를 통해서 다운로드 및 업 데이트되는 것을 특징으로 하는 조명 램프 제어 방법. |
본 발명은 조명 램프 제어 장치, 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 조명 램프의 온도에 따라 듀티 비, 주파수가 다른 신호의 공급하여 조명 램프로 인가되는 전류를 조절함으로써 과열을 방지할 수 있는 통합 칩 형태의 조명 램프 제어 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
조명 램프는 실내 공간, 도로, 교량 및 인공물 등을 조명하며, 사람의 주거 활동 및 생산 활동의 편의 증진을 위하여 널리 이용되고 있다.
조명 램프는 조명기능으로 낮은 조도에서 주변 사물의 인식도를 높이며, 더 나아가 인테리어기능으로 다양한 색상, 형상 및 조감의 연출을 통해 실내외를 미화한다.
이와 관련한 종래기술의 예로서, 유리구; 상기 유리구내에 위치하며 소정의 피씨비의 중심에 설치되어 실내조명을 주도하는 메인조명원과, 이 메인조명원의 외부로 다열배치되어 적색,녹색,청색의 3원색 발광다이오드를 형성한 발광부; 상기 발광부의 하방에 간격을 두고 연결되어 방열기능을 수행하며,상기 발광다이오드의 색상과 밝기를 조절하고, 설정된 제어 명령에 따라 상기 발광다이오드의 동작을 제어하며, 상기 발광다이오드와 씨피유를 구동하기 위하여 공급전원을 조절하여 공급하는 제어부; 상기 유리구와 결합되고, 내측으로 상기 발광부와 제어부를 내장하며, 이에 접속되는 유,무선수신기와 원격제어기를 구비하고, 하단으로 전원 접속용 베이스를 형성한 램프하우징를 포함하며, 다양한 색상으로 장식조명함과 동시에 일반조명이 선택 조절되는 것을 특징으로 하는 복합조명장치가 개시된 바 있다.
다른 종래기술의 예로서, 조명 기구에 마련되고 복수의 조명 램프를 가지는 발광부; 상기 복수 조명 램프를 제어하기 위한 제어 명령을 설정하는 원격 제어기; 상기 제어기에 의해 설정한 제어 명령에 따라 상기 복수 조명 램프의 동작을 제어하는 메인 제어부; 및 상기 발광부와 메인 제어부를 구동하기 위한 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 조명 램프 제어 시스템이 개시된 바 있다.
그런데, 대부분의 종래기술에 따른 조명 램프는 한정된 범위의 자동제어만을 지원하며, 사용자 수준의 펌웨어 업 업데이트를 지원하지 않아 사용자가 초기 설정된 기능 외의 추가적인 기능을 설정하는 것은 어려웠다.
본 발명의 목적은 통합 칩 형태로 구성하여 간단하며, 사용자 수준에서 유무선 통신을 통하여 제어 명령 및 펌웨어를 전달받아 기본 설정을 변화시킬 수 있는 조명 램프 제어 장치, 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 온도에 따라 PWM 및 SINE 등의 듀티 비와 주파수가 다른 신호를 생성하여 조명 램프로 인가되는 전류량을 제어함으로써 과열을 방지할 수 있는 조명 램프 제어 장치, 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 감지한 조도에 따라 야간에는 자동으로 조명 램프를 점등하고, 주간에는 자동으로 조명 램프를 소등할 수 있는 조명 램프 제어 장치, 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 조명 램프 제어 장치는, 펌웨어에 따라 각 구성요소를 제어하는 프로세서; 상기 펌웨어의 명령에 따른 크기, 듀티 비 및 주파수의 신호를 생성하여 출력하는 신호 발생기; 온도변화와 관련한 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하여 상기 프로세서가 온도검출을 하도록 하는 ADC를 포함하고, 통합 칩 형태로 구성되며, 상기 검출한 온도에 따라 상기 신호 발생기의 출력을 조절하여 소정온도 이하로 조명 램프 발열을 제한하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 복수의 조명 램프를 구비한 발광부; 주변의 조도 및 상기 발광부의 온도를 감지하는 센서부; 프로세서를 내장하고, 소정 기준조도에 상기 발광부를 점등 또는 소등하며, 온도에 따라 상기 발광부로 인가되는 전류량을 조절하는 메인 제어부; 유무선 통신으로 펌웨어 및 제어 명령을 입력받는 원격 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있는 조명 램프 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 감지한 온도에 따라 구비된 복수의 조명 램프의 점등, 소등 및 구동 전류를 제어하는 복수의 램프 제어기; 무선으로 기설정 형식의 데이터를 전송하여 상기 복수의 램프 제어기들을 통합관리하는 주요 제어기를 포함하고, 상기 제어기들은 각각 대응하는 무선 인터페이스의 RF 모듈을 구비한 점에 그 특징이 있는 조명 램프 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, PWM 및 SINE을 포함하는 형상 중 어느 하나의 형상으로 조명 램프의 점등에 사용되는 신호를 생성하는 단계; 상기 신호에 따라 전류량을 달리 공급하여 상기 조명 램프를 점등하는 단계; 상기 조명 램프에 구비된 방열판의 온도 및 상기 공급된 전류량을 검출하는 단계; 상기 온도 및 상기 전류량을 각각 기설정된 기준과 비교하는 단계; 및 상기 비교결과 기설정된 기준 이상인 경우가 발생하면, 상기 신호의 듀티 비와 주파수를 조절하여 상기 조명 램프로 인가되는 전류량을 감하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있는 조명 램프 제어 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 조명 램프 제어 장치, 시스템 및 방법은 통합 칩 형태로 구성하여 간단하며, 사용자 수준에서 유무선 통신을 통하여 제어 명령 및 펌웨어를 전달받아 기본 설정을 변화시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 온도에 따라 주파수 또는 듀티 비가 다른 신호를 생성하여 조명 램프로 인가되는 전류량을 제어함으로써 과열을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 조명 램프의 구동에 있어 선형적인 특성을 가진 SINE 신호를 사용하여 눈의 피로가 적으며 부드러운 색상 표현이 가능하다.
뿐만 아니라, 본 발명은 설정시 스탠드 얼론 형태로 감지한 조도에 따라 주간 또는 야간에 자동으로 조명 램프를 소등 또는 점등시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 램프 제어 장치를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 조명 램프 제어 시스템을 도시한 블록도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 신호 발생기의 출력 신호를 도시한 파형도.
도 5는 본 발명에 따른 조명 램프 제어 시스템을 구성한 회로도.
도 6는 본 발명에 따른 조명 램프 제어 시스템을 도시한 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 조명 램프 제어 방법을 도시한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예에서는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조명 램프 제어 장치를 도시한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 조명 램프 제어 장치는 펌웨어를 사용하여 각 구성요소를 제어하는 프로세서(110); 외부와의 유무선 인터페이스를 통하여 펌웨어 및 제어 명령을 송수신하는 통신 인터페이스부(160); 프로세서(110)의 구동에 사용되는 펌웨어를 저장하는 메모리(120); 명령에 따른 크기, 듀티 비 및 주파수의 신호를 생성하여 출력하는 신호 발생기(130); 온도변화와 관련한 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하여 프로세서(110)가 온도검출을 하도록 하는 ADC(140)를 포함한다.
조명 램프 제어 장치는 ADC(140)가 검출한 온도에 따라 신호 발생기(130)의 출력 신호를 조절하여 소정온도 이상의 조명 램프 발열을 방지하며, 구현의 간편화를 위해 통합 칩 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
프로세서(Processor)(110)는 조명 램프 제어 장치에 내장된 중앙처리 장치로서, 펌웨어에 따라 통신 인터페이스부(160), 신호 발생기(130), ADC(140) 및 IO 블록(150) 등의 각 구성요소를 제어한다.
프로세서(110)는 단가절감과 구성의 간략화를 위하여 8비트 이하 단위의 명령을 사용하는 것이 바람직하다.
통신 인터페이스부(160)는 유무선 인터페이스를 통하여 외부와 펌웨어 및 제어 명령을 송수신한다.
예컨대, 통신 인터페이스부(160)는 DMX512 유선 인터페이스를 사용하여 외부로부터 메모리(120)에 저장된 펌웨어를 업 데이트하고, 원격기기를 통하여 무선으로 제어 명령을 수신하여 프로세서(110)에 전달한다.
메모리(120)는 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), 플래쉬(Flash Memory) 등의 비휘발성 메모리로 구성되며, 프로세서(110)의 구동에 사용되는 펌웨어를 저장한다.
신호 발생기(130)는 프로세서(110)의 제어에 따라 조명 램프 구동에 사용되는 PWM(Pulse Width Modulation) 및 SINE을 포함하는 형태의 신호를 생성하여 출력한다.
신호 발생기(130)의 출력 신호는 LED 드라이버 IC, 트랜지스터 등의 조명 램프 드라이버(170)에 입력되어 조명 램프에 인가되는 전류량을 조절한다.
예컨대, 신호 발생기(130)는 PWM 신호를 생성할 경우에는 일정 주파수에 듀티 비를 달리하여, SINE 신호를 생성할 경우에는 일정 크기(Amplitude)에 주파수를 달리하여 조명 램프로 인가되는 전류량을 조절할 수 있다.
ADC(140)는 온도 센서가 출력한 온도변화와 관련한 전위를 입력받아 아날로그-디지털 변환하여 프로세서(110)에 전달한다.
이때, 프로세서(110)는 테스트를 통하여 미리 설정된 값을 참조하여 전달받은 아날로그-디지털 변환 결과로부터 현재의 온도를 검출한다.
이외에도, 조명 램프 제어 장치는 IO 블록(150)을 더 포함하고, IO 블록(150)으로 조명 램프의 점등 또는 소등시점을 통보하는 조도 센서(252)의 출력신호를 입력받아 자동으로 조명 램프를 점등 또는 소등할 수 있다.
한편, IO 블록(150)은 ADC(140)로 대체될 수 있으며, 이때는 ADC(140)를 통해 조도 센서(252)가 전달한 조도에 따른 전위와 이미 설정된 주간 또는 야간을 판단하는 기준조도와 비교하여 자동으로 조명 램프의 온/오프를 제어한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 램프 제어 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 조명 램프 제어 시스템은 복수의 조명 램프를 구비한 발광부(230); 주변의 조도 및 발광부(230)의 발열을 감지하는 센서부(250); 프로세서를 내장하고, 소정 기준조도에 발광부(230)를 점등 또는 소등하고, 온도에 따라 발광부(230)로 인가되는 전류를 조절하는 메인 제어부(220); 유무선 통신으로 펌웨어 및 제어 명령을 입력받는 원격 제어부(210)를 포함한다.
발광부(230)는 적색, 녹색 및 청색의 조명 램프를 각각 적어도 하나 포함하는 복수의 조명 램프로 구성된다.
센서부(250)는 조도 센서(252)와 온도 센서(251)를 포함하며, 주변의 조도 및 온도를 감지한다.
조도 센서(252)는 조도를 감지하여 메인 제어부(220)가 소정 기준조도 이하인 야간에 조명 램프를 점등하고, 소정 기준조도 초과인 주간에는 조명 램프를 소등하도록 한다.
예컨대, 조도 센서(252)는 감지한 조도와 소정기준을 비교하여 소정기준 이하이면, "하이(High)" 또는 "로우(Low)" 신호를 전달하여 메인 제어부(220)가 조명 램프를 점등 또는 소등하도록 한다.
온도 센서(251)는 써미스터 등일 수 있으며, 조명 램프에 근접설치되어 조명 램프의 복사 온도를 감지하여 메인 제어부(220)가 온도에 따라 조명 램프의 전류량을 제어하도록 한다.
이 같이, 온도에 따라 조명 램프로 인가되는 전류량을 제어하면, 이상고온으로 인한 구성요소의 파손이나 납 융해로 인한 단선 등을 방지할 수 있다.
여기서, 온도 센서(251)는 복수의 조명 램프로 구성된 발광부(230)의 복사열을 골고루 감지하기 위해 방열판에 설치되는 것이 바람직하다.
조명 램프 제어 시스템의 발열은 주로 전원부(240)와 조명 램프에서 발생하는데, 전원부(240)는 고정적인 전압을 출력하므로 발열제어가 어렵지만, 조명 램프로 인가되는 전류량의 제어는 비교적 용이하므로 그의 발열도 제어가 용이하다.
메인 제어부(220)는 프로세서를 내장하고, 소정 기준조도에 발광부(230)를 점등 또는 소등하고, 온도에 따라 발광부(230)로 인가되는 전류량을 조절한다.
메인 제어부(220)는 통신 인터페이스부(160), 메모리(120), ADC(140), 신호 발생기(130), 조명 램프 드라이버(170) 및 전류 검출부(180)를 포함한다.
이때, 메인 제어부(220)는 구성의 간편화를 위해 FPGA 및 ASIC 등의 통합 칩으로 구성되는 것이 바람직하다.
통신 인터페이스부(160)는 원격 제어부(210)로부터 프로세서(110)의 제어에 사용되는 펌웨어 또는 프로세서(110)에 대한 제어 명령을 전달받는다.
메모리(120)는 EEPROM, FLASH 등의 비휘발성 메모리로 구성되어 프로세서(110) 제어에 사용되는 펌웨어를 저장한다.
ADC(140)는 온도에 따라 변화하는 신호를 입력받아 이를 아날로그-디지털 변환하여 프로세서(110)가 온도를 검출하도록 한다.
신호 발생기(130)는 온도에 따라 프로세서(110)가 설정한 주파수, 듀티 비 및 크기의 신호를 생성한다.
이때, 신호 발생기(130)는 온도에 따라, 일정 주파수에 듀티 비가 다른 PWM 신호를 출력하거나, 일정 크기에 주파수가 다른 SINE 신호를 출력하여 조명 램프로 인가되는 전류량을 조절한다.
조명 램프 드라이버(170)는 파워 트랜지스터 등으로 구성되어 신호 발생기(130)의 출력신호에 따라 전원부(240)로부터 조명 램프로 인가되는 전류량을 조절하여 조명 램프의 색상, 점등 및 소등을 조절한다.
전류 검출부(180)는 색상별 조명 램프에 인가되는 전류량을 모니터링하여 메인 제어부(220)가 색상별 조명 램프로 인가되는 전류량을 소정기준 이하로 제한하도록 한다.
원격 제어부(210)는 외부로부터 제어 명령 및 펌웨어를 입력받으며, 무선 인터페이스부(211) 및 유선 인터페이스부(212)로 구성된다.
무선 인터페이스부(211)는 무선 프로토콜을 사용하여 리모컨 등의 원격기기로부터 데이터를 수신한다.
이때, 원격기기로부터의 데이터는 시작 바이트, 시스템 아이디, 명령 바이트, 부 명령 바이트, 더미 바이트 및 종료 바이트로 구성된다.
유선 인터페이스부(212)는 RS-485, RS-422 등의 드라이버로 구성되며, DMX512 프로토콜을 사용하여 메인 제어부(220)와 데이터를 송수신한다.
즉, 조명 램프 제어 시스템은 전술한 바와 같이 스탠드 얼론(Stand-alone) 방식으로 조도 센서(252)로 주간과 야간을 구분하여 자동으로 점등 또는 소등될 수 있으며, 통신 인터페이스부(160)를 통해 수동 ON/OFF 신호를 수신하여 이에 따라 점등 및 소등될 수도 있다.
즉, 조명 램프 제어 시스템은 IO 블록(150)의 입력에 따른 주변의 조도가 기준조도 초과이면 주간으로 인지하여 시스템을 오프하고, 기준조도 이하이면 조명 램프의 점등이 필요한 야간으로 인지하여 시스템을 온하도록 동작할 수 있다.
전원부(240)는 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 통하여 교류 전압(AC, Alternating Current)을 직류 전압(DC, Direct Current)으로 변환하여 출력한다.
직류 전압은 레벨 조절 후 조명 램프를 포함하는 조명 램프 제어 시스템 각부의 구동전압으로 사용된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 발생기(130)의 출력 신호를 도시한 파형도이다.
먼저, 도 3과 함께 PWM 신호의 특징과 PWM 신호를 사용하여 조명 램프의 전류량을 제어하는 과정에 대하여 살펴본다.
PWM 신호는 일정 주파수(일정 주기) 신호의 온/오프(ON/OFF) 비율을 0% ~ 100% 까지 가변시켜 생성되는데, 본 발명에서는 256등분으로 PWM 신호를 제어하므로 조명 램프의 휘도 또한 256 단계로 제어가능하다.
PWM 신호는 온/오프 구간이 명확하여 신호의 생성 및 발열부의 설계가 용이하다는 장점이 있으나, 온/오프로 인한 깜박임(비록, 직접적으로 인지할 수는 없지만)때문에 눈이 쉽게 피로해진다는 단점이 있다.
조명 램프 제어 시스템은 다음과 같이, 일정 주파수에 듀티 비를 변화시킨 PWM 신호를 생성하여 조명 램프로 인가되는 전류량을 조절한다.
신호 발생기(130)는 일정 주파수(f 1 = 1/T 1 )에 소정의 듀티 비(t1/T 1 )를 적용한 제 1 PWM 신호를 생성하여 조명 램프 드라이버(170)에 인가한다.
그러면, 조명 램프 드라이버(170)는 제 1 PWM 신호의 듀티 비에 대응하도록 전원부(240)로부터 조명 램프로 인가되는 전류량을 조절하여 공급한다.
이때, 온도 센서(251)가 검출한 발열 및/또는 전류 검출부(180)가 검출한 전류량이 소정기준 이상인 경우가 발생하면, 신호 발생기(130)는 소정 듀티 비 이하로 듀티 비를 감소시킨(t2/T 1 , t2<t1) 제 2 PWM 신호를 생성한다.
그러면, 조명 램프 드라이버(170)는 제 2 PWM 신호의 듀티 비만큼 조명 램프로 인가되는 전류량을 감하여 시스템 과열을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 4와 함께 SINE 신호 특징과, SINE 신호를 사용하여 조명 램프의 전류량을 제어하는 과정에 대하여 살펴본다.
SINE 신호는 PWM 신호와 달리 일정 크기의 신호에 주파수를 가변시켜 조명 램프로 인가되는 전류량 조절한다.
선형적인(Linear, Analog) SINE 신호를 사용하여 조명 램프를 점등하면, PWM 신호를 사용한 경우에 비해 눈의 피로가 적으며 색상을 부드럽게 표현할 수 있다는 장점이 있다.
조명 램프 제어 시스템은 다음과 같이, 일정 크기에 주파수를 변화시킨 SINE 신호를 생성하여 조명 램프로 인가되는 전류량을 제어한다.
신호 발생기(130)는 일정 크기(Vpp)에 소정의 주파수(1/T 2 )를 적용한 제 1 SINE 신호를 생성하여 조명 램프 드라이버(170)에 인가한다.
그러면, 조명 램프 드라이버(170)는 제 1 SINE 신호의 주파수에 대응하도록 전원부(240)로부터 조명 램프로 인가되는 전류량을 조절하여 공급한다.
이때, 온도 센서(251)가 검출한 발열 또는 전류 검출부(180)가 검출한 전류량이 각각 소정기준 이상인 경우가 발생하면, 신호 발생기(130)는 소정의 주파수 이하로 감소시킨 주파수(1/T 3 , T 2 <T 3 )를 적용한 제 2 SINE 신호를 생성한다.
그러면, 조명 램프 드라이버(170)는 제 2 SINE 신호의 주파수에 대응되도록 조명 램프로 인가되는 전류량을 감하여 시스템 과열을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 램프 제어 시스템을 구성한 회로도이다. 이하, 도 5를 참조하여 통합 칩 형태로 구현된 메인 제어부(220)의 사양과 주변 회로의 구성 예에 관하여 좀더 상세하게 설명한다.
전원 회로는 전원부(240)에 해당하며, 소정 범위의 교류전압(예컨대, AC110 ~ AC220)를 입력받아 원하는 레벨(Level)의 직류전압을 생성하여 출력한다.
도 5에서는 전원회로가 48V DC 전압을 생성한 예를 도시하였는데, 이는 전압강하를 고려하여 필요한 수(예컨대, 12개)만큼 직렬 연결한 조명 램프(예컨대, LED)를 구동시키기 위해서이다.
여기서, 전원 회로는 적어도 1.0A에서 2.0A까지의 SMPS 전원과 80%이상의 효율을 제공하는 것이 바람직하다.
HR-1000은 메인 제어부(220)에 해당하며, 적어도 19 개의 기능 핀으로 구성된 8비트 프로세서, EEPROM, PWM 발생기, SINE 파형 발생기, ADC, IO 블록을 포함하는 통합 칩(IC, Intergrated Circuit)이다.
HR-1000은 초기 개발 단계에서는 FPGA로 구현하고, 단가 절감을 위해 양산시에는 ASIC화하는 것이 바람직하다.
HR-1000은 CPLD로 구현될 수도 있으나, 이 경우에는 발열에 주의할 필요가 있다.
최근의 칩 구현 경향에 따라 HR-1000은 구동 전압으로 3.3V의 사용하였는데, 3.3v의 전압은 전원 회로 출력에 3.3V 출력용 레귤레이터를 적용하여 생성될 수 있다.
먼저, HR-1000의 핀 중 원격 제어부(210)와 연결되어 유무선 통신하는 통신 인터페이스부(160)(즉, 핀 1, 핀 2 및 핀 3)의 사양에 대해 설명한다.
핀 1은 무선 원격기기로부터 RF 수신기를 거쳐 수신된 HR-1000의 내외부 블록에 대한 설정 등을 입력받는다.
또한, HR-1000은 수신된 신호를 EEPROM에 저장하여 실행하며, 다음번 시스템의 부팅시에는 시스템 종료 직전의 설정대로 각 부를 동작시킨다.
여기서, 수신신호는 시작 바이트, 시스템 아이디, 명령 바이트, 부 명령 바이트, 더미 바이트 및 종료 바이트를 포함하는 6 바이트의 패킷 형태일 수 있다.
요약하면, RF 수신기는 원격기기로부터 조명 램프 색상 또는 동작상태 지속시간 등의 제어 명령을 수신하고, 핀 1은 RF 수신기를 거쳐 수신한 6 바이트 패킷을 해석하여 이를 EEPROM에 저장하면서 실행한다.
핀 2는 DMX512 프로토콜을 사용하여 데이터를 수신하는 수신부이며, 핀 3은 DMX512 프로토콜을 사용하여 데이터를 송신하는 송신부이다.
유선 인터페이스부(212)는 외부 기기로부터의 수신신호를 DMX512 프로토콜로 변환하여 핀 2는 수신부(Rx)에 제공하며, 핀 3은 송신부(Tx)로부터 DMX512 프로토콜 신호를 제공받아 외부 기기에 해당하는 형식으로 변환하여 송출한다.
이때, 유선 인터페이스부(212)에는 RS-482 또는 RS-422 드라이버를 적용하는 것이 일반적이다.
DMX512 프로토콜은 각각 송수신을 담당하는 2개의 선으로 구성되어 연결된 다수의 장비를 제어하며, 광원 관련 장비와 함께 사용하는 조명 기기에 적용하는 대표적인 국제 표준 규격이다.
HR-1000은 DMX512 규격을 적용하여 개발 단계에서는 원하는 자료를 용이하게 획득하고, 양산 이후에는 제품화된 많은 장비 및 기기와 호환성을 높이도록 하였다.
DMX512 프로토콜은 데이터 링크 당 512 개의 제어 채널을 지원하며, 각 채널의 데이터는 8 비트(0 ~ 255) 단위이기 때문에, 최대 512개의 조명 램프를 최대 255 단계로 제어할 수 있다.
이때, HR-1000은 유무선 통신을 통한 수신신호와 EEPROM에 저장된 고유번호(ID, IDentification Number)를 비교하여 수신신호가 자신에 대한 것인지를 판단할 수 있다.
핀 4 내지 핀 7은 신호 발생기(130)가 생성한 PWM 신호 또는 SINE 신호를 출력하는 핀이다.
핀 4는 적색 LED, 핀 5는 녹색 LED, 핀 6은 청색 LED를 제어하는 조명 램프 드라이버(170)와 각각 연결된다.
HR-1000은 8 비트 프로세서를 사용하므로 색상별 LED 휘도를 256 단계로 제어할 수 있다.
즉, HR-1000은 적색 LED를 256 단계, 녹색 LED를 256 단계, 청색 LED를 256 단계로 제어가능하므로, 발광부(230)는 총 16777216(= 256 x 256 x 256) 종류의 색상을 표현할 수 있다.
핀 7 내지 핀 9는 색상별 조명 램프로 인가되는 전류량을 검출하는 전류 검출부(180)의 입력에 해당하며, 설정된 상한값 이상의 과전류 발생을 방지한다.
이때, HR-1000은 적색, 녹색 및 청색 LED에 인가되는 전류량을 각각 제어하므로, 핀 7이 적색 LED, 핀 8이 녹색 LED, 핀 9가 청색 LED의 전류량을 각각 모니터링한다.
예컨대, 전류 검출부(180)는 색상별 조명 램프의 전류량이 소정기준(예컨대, 700mA) 이상의 과전류임을 알려주는 신호를 입력받아 프로세서(110)에 알리고, 프로세서(110)가 조명 램프의 전류량을 제어하도록 한다.
전류 검출부(180)의 주변 회로는 도 5와 같이 조명 램프의 전류량에 따라 전위가 변화하는 저항성 소자로 구현되어, 다른 저항값 적용하면 소정기준이 변화시키도록 구성될 수 있다.
한편, 전류 검출부(180)는 주변 회로에 따라 과전류 발생을, "로우" 또는 "하이" 신호로 인지하는 IO 블록 또는, 입력되는 아날로그 신호의 전위와 미리 설정된 기준의 비교를 통하여 인지하는 ADC 등으로 구현될 수도 있다.
핀 10은 입력된 전위를 아날로그 디지털 변환하는 ADC(140)에 해당하며, HR-1000은 온도 센서(251)가 전달한 온도에 따른 전위를 미리 설정된 기준과 비교하여 전류량을 제어하기 위해 ADC(140)를 사용한다.
HR-1000은 10비트 ADC(140)를 지원하므로 정교한 온도 검출이 가능하다.
핀 11은 입력 또는 출력으로 이용될 수 있는 IO 블록(150)에 해당하며, HR-1000은 조도 센서(252)로부터 주간 또는 야간에 구분되는 전위의 신호를 입력받아 자동으로 조명 램프를 온오프하기 위해 IO 블록(150)을 사용한다.
사용자는 원격기기를 통해 EEPROM에 저장된 조명 램프 제어 시스템의 운용방식을 자동으로 조명 램프를 온/오프하는 스탠드 얼론으로 설정할 수 있다.
즉, 스탠드 얼론으로 설정하면 야간에는 자동으로 조명 램프 제어 시스템의 구동이 시작되고, 주간에는 자동으로 조명 램프 시스템의 구동이 종료되는 것이다.
핀 12 내지 핀 15는 조명 램프 드라이버(170)의 입력이며, 핀 16 내지 핀 19는 조명 램프 드라이버(170)의 출력이다.
핀 12와 핀 16은 적색 LED를 구동하기 위한 조명 램프 드라이버(170)의 입출력, 핀 13과 핀 17 및 핀 15와 핀 18은 녹색 LED를 구동하기 위한 조명 램프 드라이버(170)의 입출력, 핀 15와 핀 19는 청색 LED를 구동하기 위한 조명 램프 드라이버(170)의 입출력이다.
여기서, 녹색 LED에 두 개의 핀을 할당한 이유는 녹색 LED의 휘도(Brightness)가 적색 및 청색 LED에 비하여 1/2정도 밖에 되지 않아 2배의 트랜지스터 및 녹색 LED를 적용하여 적색 및 청색 LED와의 밸런스를 맞추기 위함이다.
HR-1000은 조명 램프 드라이버(170)로 4 개의 고 전력 트랜지스터 어레이(High Power Transistor Array)를 사용하였다.
즉, 핀 12 내지 핀 15는 개별 고 전력 트랜지스터의 베이스 단자에 해당하며, 핀 16 내지 핀 19는 개별 고 전력 트랜지스터의 컬렉터 단자에 해당한다.
이때, 개별 고 전력 트랜지스터는 다수의 조명 램프를 구동시키므로 1.0A 내지 2.0A 정도의 최대 전류를 보장하는 것이 바람직하다.
이때, 핀 16 내지 핀 19는 고 전력 트랜지스터에 의해 증폭된 전류가 인가되므로 PCB 설계시 패턴의 두께와 주변 소자들의 배치에 주의할 필요가 있다.
즉, 고 전력 트랜지스터가 연결된 LED의 전류량을 고려하여 패턴은 가능한 두텁게 설계하고, 고 전력 트랜지스터와 LED는 가능한 가깝게 배치되는 것이 바람직하다.
HR-1000과 연동하는 발광부(230)는 12(4 x 3 어레이) 개의 적색 LED, 24(8 x 6 어레이) 개의 녹색 LED 및 12(4 x 3 어레이) 개의 청색 LED로 구성된다.
한편, EEPROM에 저장된 소정기준 온도, LED 구동신호의 주파수 및 크기, LED에 인가 최대 전류량, 스탠드 얼론 방식 사용 여부, 기준조도 등은 개발 및 양산 단계에서 설정된 이후, 원격 기기를 통하여 업데이트할 수 있도록 구현하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 일반적인 전자제품은 성능에 어느 정도 오차를 있는데, LED는 특히 사용기간의 경과에 따라 성능이 저하될 가능성 크므로, LED 구동 신호의 주파수나 최대 전류량 등을 조절하여 사용의 효율성을 높이기 위함이다.
또한, 사용자에 따라 조명 램프 제어 시스템이 적용되는 환경이 다를 수 있으므로, 사용자 수준에서 시스템 설정을 변경하도록 하여 운용의 편이성을 높이기 위함이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조명 램프 제어 시스템을 도시한 블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 조명 램프 제어 시스템은 감지한 온도에 따라 구비된 복수의 조명 램프의 점등, 소등 및 구동 전류를 제어하는 복수의 램프 제어기(521, 522, 523); 무선으로 기설정 형식의 데이터를 전송하여 복수의 램프 제어기(521, 522, 523)들을 통합관리하는 주요 제어기(510)를 포함한다.
램프 제어기(521, 522, 523)는 도 2의 조명 램프 제어 시스템일 수 있으며, 주요 제어기(510)로부터 자신에게 전송된 데이터를 수신하고, 그에 따라 구비된 복수의 조명 램프의 점등, 소등 및 구동 전류를 제어한다.
상세하게는, 램프 제어기(521, 522, 523)는 주요 제어기(510)로부터 제어 명령을 수신하면 이를 내부 메모리에 업 데이트하며 복수의 조명 램프를 제어하고, 주요 제어기(510)로부터 펌웨어를 수신하면 내부 메모리에 저장된 펌웨어를 업 데이트한다.
주요 제어기(510)는 무선으로 기설정 형식의 데이터를 전송하여, 도 2의 조명 램프 제어 시스템에 해당하는 복수의 램프 제어기(521, 522, 523)를 통합관리한다.
주요 제어기(510)는 PC(Personal Computer), MCU(Main Controller)를 포함하는 단말일 수 있다.
이때, 각 램프 제어기(521, 522, 523) 및 주요 제어기(510)는 대응하는 무선 인터페이스의 RF 모듈을 포함하는 것은 물론이다.
한편, 램프 제어기(521, 522, 523)는 전송된 데이터에 기록된 번호와 메모리(120)에 저장된 자신의 고유번호를 비교하여 전송된 데이터가 자신의 데이터임을 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 조명 램프 제어 방법을 도시한 흐름도이다. 이하, 도 7을 참조하여 설명한다.
먼저, PWM 및 SINE을 포함하는 형상 중 어느 하나의 형상으로 조명 램프의 점등에 사용되는 조명 램프 드라이버(170)의 입력신호를 생성한다(S610).
상세하게는, 신호 발생기(130)는 PWM 신호의 경우에는 일정 주파수에 듀티 비를 조절하고, SINE 신호의 경우 일정 크기에 주파수를 조절하여 신호를 생성한다.
이때, 조명 램프 제어 시스템의 자동 온/오프 방식의 적용시에는 (S610) 단계는 감지한 조도와 기준조도를 비교하여 조명 램프의 점등시점을 판단한 결과로, 수행된다.
이어서, 생성한 신호에 따라 전류량을 달리 공급하여 조명 램프를 점등한다(S620).
상세하게는, 조명 램프 드라이버(170)는 생성한 신호를 입력받아 그에 따라 전원부(240)로부터 조명 램프로 인가되는 전류량을 제어한다.
이후, 조명 램프의 구동이 시작되면 조명 램프에 구비된 방열판의 온도와 공급 전류량을 지속적으로 모니터링하여 조명 램프를 포함하는 시스템의 과열을 방지한다(S630).
조명 램프 제어 시스템은 모니터링 중 온도와 전류량을 각각 기설정된 기준과 비교하여 이들이 기설정된 기준 이상인 경우가 발생하면(S640~S750), 신호 발생기(130)에 이전 값에 대비하여 듀티 비 또는 주파수를 감소한 신호를 생성할 것을 지시한다(S660).
이후, 조명 램프 드라이버(170)는 듀티 비 또는 주파수가 감소된 신호를 입력받아 이에 따라 조명 램프로 인가되는 전류량을 감소시킨다.
조명 램프에 인가되는 전류량이 감소 되면 방열판의 온도 또한 감소 되므로 시스템의 과열을 방지할 수 있다.
한편, 이러한 일련의 단계들은 메모리(120)에 이미 저장되어 있는 펌웨어 및 유무선 인터페이스를 통해 전달된 제어 명령에 따라 수행되며, 메모리(120)에 저장된 펌웨어는 유무선 인터페이스를 통해 업 데이트 될 수 있다.
이상, 바람직한 실시예 및 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성에 대하여 설명하였다. 그러나, 이는 예시에 불과한 것으로서 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 기술 분야의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것인바, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.