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KR101942433B1 - 발광형 표지 장치 및 이를 포함하는 저전력 예측진단 양방향 적응제어시스템 - Google Patents

발광형 표지 장치 및 이를 포함하는 저전력 예측진단 양방향 적응제어시스템 Download PDF

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KR101942433B1
KR101942433B1 KR1020180072971A KR20180072971A KR101942433B1 KR 101942433 B1 KR101942433 B1 KR 101942433B1 KR 1020180072971 A KR1020180072971 A KR 1020180072971A KR 20180072971 A KR20180072971 A KR 20180072971A KR 101942433 B1 KR101942433 B1 KR 101942433B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
light emitting
solar cell
mode
emitting module
Prior art date
Application number
KR1020180072971A
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English (en)
Inventor
이기훈
조성수
Original Assignee
주식회사 에이엘테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에이엘테크 filed Critical 주식회사 에이엘테크
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Priority to PCT/KR2019/004788 priority patent/WO2020004796A1/ko
Priority to US17/251,178 priority patent/US11251651B2/en

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Abstract

본 발명의 발광형 표지 장치는 태양 전지; 상기 태양 전지로부터 생성된 전력이 저장되는 적어도 하나의 배터리를 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리로부터 공급된 전력에 의해 발광하는 발광 모듈; 상기 발광 모듈과 광학적으로 결합되는 전면 패널; 및 구동 모드들 중 상기 태양 전지에 대해 특정 시간(certain period) 동안 측정된 태양 전지 전압들의 평균 값과 상기 배터리 모듈에 대해 특정 시점(certain time)에서 측정된 배터리 전압의 전압 값에 기초하여 결정된 대상 모드를 상기 발광 모듈에 적용하는 제어기를 포함한다.

Description

발광형 표지 장치 및 이를 포함하는 저전력 예측진단 양방향 적응제어시스템{LIGHT EMITTING SIGN APPARATUS AND LOW POWER PREDICTIVE DIAGNOSIS BIDIRECTIONAL ADAPTIVE CONTROL SYSTEM INCULUDING THE SAME}
본 발명은 발광형 표지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 시내도로, 국도, 고속도로 등의 도로에는 운전자들에게 제한 속도, 진행 방향 등의 정보를 인지시키도록 하는 표지 장치가 설치되어 있어, 운전자로 하여금 육안으로 확인하면서 목적지까지 편리하게 운행할 수 있도록 하고 있다.
최근에는 표지 장치의 야간 시인성을 향상시키기 위하여, LED(light emitting diode) 등을 이용하는 발광형 표지 장치가 개발되고 있다.
이러한 발광형 표지 장치는 주간에 태양 전지를 이용하여 필요한 전력을 생성하여 배터리에 저장하고, 야간에 배터리에 저장된 전력을 이용하여 LED를 발광시킬 수 있다. 특허문헌 1은 이러한 발광형 표지 장치의 한 예를 개시한다.
하지만 날씨의 변화로 인해 태양 전지는 항상 일정한 양의 전력을 생성할 수 없으며, 배터리의 주간 충전량이 부족한 경우 야간에 과방전이 발생하여 배터리의 수명 단축을 야기할 수 있다. 특허문헌 1은 이러한 경우에 대한 대비책을 제안하지 않는다.
또한, 특허문헌 1은 모바일 기기를 이용하여 발광형 표지 장치를 관리할 수 있음을 개시하지만, LED의 정상 또는 고장 상태를 인지하는 방법만을 간략하게 개시할 뿐이다. 즉, 특허문헌 1은 이미 발생한 고장 여부만을 모바일 장치 등을 통해 확인할 수 있는 방법을 개시한다.
또한, 특허문헌 1의 발광형 표지 장치는 3G 또는 4G 통신모듈을 통해 모바일 기기와 통신함을 개시하는 데, 전력 소모량 및 관련 비용이 지나치게 증가하여 실제 제품에 적용하기에는 어려운 기술이다.
한국 등록특허공보 제10-1801621호(2017.11.21.)
해결하고자 하는 기술적 과제는, 저비용으로 배터리 등의 전압 센싱을 구현하고, 이러한 전압 센싱에 기초하여 배터리 등의 고장 발생 가능성을 예측 진단할 수 있고, 예측 진단 결과를 저비용으로 정확하게 원격 장치로 전달할 수 있고, 원격 장치를 통해서 용이하게 관리할 수 있는 발광형 표지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 발광형 표지 장치는, 태양 전지; 상기 태양 전지로부터 생성된 전력이 저장되는 적어도 하나의 배터리를 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리로부터 공급된 전력에 의해 발광하는 발광 모듈; 상기 발광 모듈과 광학적으로 결합되는 전면 패널; 및 구동 모드들 중 상기 태양 전지에 대해 특정 시간(certain period) 동안 측정된 태양 전지 전압들의 평균 값과 상기 배터리 모듈에 대해 특정 시점(certain time)에서 측정된 배터리 전압의 전압 값에 기초하여 결정된 대상 모드를 상기 발광 모듈에 적용하는 제어기를 포함한다.
상기 구동 모드들에 따라 상기 발광 모듈에 공급되는 전력량은 서로 다를 수 있다.
상기 발광형 표지 장치는 상기 대상 모드에 대응하는 예측 진단 신호를 원격 장치에 송신하는 송수신기를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 모드들은 제1 구동 모드들 및 제2 구동 모드들을 포함하고, 상기 제1 구동 모드들은 상기 특정 시간이 기준 시간 미만이고 상기 평균 값이 태양 전지 기준 전압 값 미만일 때 상기 대상 모드로 결정되는 구동 모드들이고, 상기 제2 구동 모드들은 상기 특정 시간이 상기 기준 시간 이상이고 상기 평균값이 상기 태양 전지 기준 전압 값 미만일 때 상기 대상 모드로 결정되는 구동 모드들일 수 있다.
상기 제1 구동 모드들은 상기 배터리 전압의 전압 값이 제1 배터리 기준 전압 값 이하인 경우에 상기 대상 모드로 결정되는 배터리 과방전 모드를 포함하고, 상기 배터리 과방전 모드를 제외한 상기 제1 구동 모드들의 나머지 구동 모드들은, 대응되는 상기 특정 시간이 길수록 더 적은 전력을 상기 발광 모듈에 공급하도록 설정되되, 상기 배터리 과방전 모드 보다는 많은 전력을 상기 발광 모듈에 공급하도록 설정될 수 있다.
상기 제2 구동 모드들은 상기 배터리 전압의 전압 값이 제2 배터리 기준 전압 값 이하인 경우에 상기 대상 모드로 결정되는 일조량 부족 모드를 포함하고, 상기 제2 배터리 기준 전압 값은 상기 제1 배터리 기준 전압 값보다 작고, 상기 일조량 부족 모드를 제외한 상기 제2 구동 모드들의 나머지는 상기 일조량 부족 모드 보다 많은 전력을 상기 발광 모듈에 공급하도록 설정될 수 있다.
상기 제어기는 상기 태양 전지 전압들의 평균 값이 0에 해당하는 경우, 상기 배터리 전압의 전압 값과 무관하게, 상기 구동 모드들과 다른 제3 구동 모드를 상기 대상 모드로써 상기 발광 모듈에 적용할 수 있다.
상기 예측 진단 신호는 배터리 과방전 알림, 일조량 부족 알림, 및 태양 전지 불량 알림 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 배터리 과방전 알림은 상기 배터리 과방전 모드가 상기 대상 모드로 결정되는 경우 상기 원격 장치로 송신되고, 상기 일조량 부족 알림은 상기 일조량 부족 모드가 상기 대상 모드로 결정되는 경우 상기 원격 장치로 송신되고, 상기 태양 전지 불량 알림은 상기 제3 구동 모드가 상기 대상 모드로 결정되는 경우 상기 원격 장치로 송신될 수 있다.
상기 발광형 표지 장치는, 상기 태양 전지와 병렬로 연결된 제1 저항; 및 상기 배터리와 병렬로 연결된 제2 저항을 더 포함하고, 상기 제어기는 내부에 아날로그-디지털 컨버터를 포함하고, 상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 태양 전지의 양극과 연결된 상기 제1 저항의 일단과 제1 센싱 라인으로 연결되고, 상기 배터리의 양극과 연결된 상기 제2 저항의 일단과 제2 센싱 라인으로 연결될 수 있다.
상기 제어기는 상기 제1 센싱 라인에서 감지되는 아날로그 전압의 디지털 변환 값을 이용하여 상기 태양 전지 전압들을 계산하고, 상기 제2 센싱 라인에서 감지되는 아날로그 전압의 디지털 변환 값을 이용하여 상기 배터리 전압을 계산할 수 있다.
상기 발광형 표지 장치는, 상기 발광 모듈은 직렬로 연결된 발광 소자, 발광제어 트랜지스터, 및 제3 저항을 포함하고, 상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 제3 저항의 비접지 단자(non-ground electrode)와 제3 센싱 라인으로 연결될 수 있다.
상기 제어기는 상기 제3 센싱 라인에서 감지되는 아날로그 전압의 디지털 변환 값을 이용하여 상기 발광 소자의 구동 전류를 계산할 수 있다.
상기 발광형 표지 장치는, 상기 태양 전지 전압들, 상기 배터리 전압, 및 상기 구동 전류의 값들을 원격 장치에 송신하는 송수신기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 발광형 표지 장치는, 태양 전지; 상기 태양 전지로부터 생성된 전력이 저장되는 적어도 하나의 배터리를 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리로부터 출력된 전력에 의해 발광하는 발광 모듈; 상기 발광 모듈과 광학적으로 결합되는 전면 패널; 및 내부에 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 제어기를 포함하고, 상기 발광 모듈은 직렬로 연결된 발광 소자, 발광제어 트랜지스터, 및 저항을 포함하고, 상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 저항의 비접지 단자와 센싱 라인으로 연결될 수 있다.
상기 제어기는 상기 센싱 라인에서 감지되는 아날로그 전압의 디지털 출력 값을 이용하여 상기 발광 소자의 구동 전류를 계산할 수 있다.
본 발명에 따른 발광형 표지 장치는 저비용으로 배터리 등의 전압 센싱을 구현하고, 이러한 전압 센싱에 기초하여 배터리 등의 고장 발생 가능성을 예측 진단할 수 있고, 예측 진단 결과를 저비용으로 정확하게 원격 장치로 전달할 수 있고, 원격 장치를 통해서 용이하게 관리할 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광형 표지 장치의 외관을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광형 표지 장치의 회로 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광형 표지 장치를 포함하는 예측 진단 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광형 표지 장치의 회로 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광형 표지 장치를 포함하는 예측 진단 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 예측 진단 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 구동 모드들을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 원격 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원격 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 따라서 앞서 설명한 참조 부호는 다른 도면에서도 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 과장되게 나타낼 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광형 표지 장치의 외관을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 발광형 표지 장치(10)는 태양 전지(SC), 전면 패널(SG), 제어기(200), 및 배터리 모듈(300)을 포함한다.
전면 패널(SG)은 그림, 문자, 숫자, 및 기호 중 적어도 하나로 표현되는 도로 정보를 제공할 수 있다.
예를 들어, 전면 패널(SG)은 기판, 재귀 반사 시트, 컬러 시트가 순차적으로 적층된 형태일 수 있다. 재귀 반사 시트는 기판의 전면 상에 위치하고, 컬러 시트는 도로 정보에 대응하여 부분적으로 재귀 반사 시트 상에 위치할 수 있다. 전면 패널(SG)은 이러한 기판, 재귀 반사 시트, 컬러 시트를 관통하는 관통구들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 관통구들에 발광 모듈로부터 연장되는 광섬유들이 끼워 맞춤됨으로써, 전면 패널(SG)은 발광 모듈과 광학적으로 결합될 수 있다.
또한, 다른 예에서, 전면 패널(SG)은 관통구들을 포함하지 않을 수도 있다. 이러한 경우 재귀 반사 시트는 투과형 재귀 반사 시트로 대체될 수 있다. 기존의 재귀 반사 시트가 외부광 반사용으로만 사용되었다면, 투과형 재귀 반사 시트는 내부광은 투과시키고, 외부광은 반사시키는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 기존의 재귀 반사 시트는 나사산들이 평면 방향으로 배열된 형태인 프리즘 시트일 수 있는데, 이러한 나사산들이 외부 광을 반사시키는 역할을 수행한다. 투과형 재귀 반사 시트는 나사산 영역 및 나사산이 없는 평면 영역을 포함함으로써, 이러한 평면 영역을 통해서 내부광을 투과시킬 수 있다. 또한 기판은 투명한 재질로 구성될 수 있다. 이때, 발광 모듈은 전면 패널(SG)의 배면 또는 측면에 위치할 수 있다. 반사 부재, 도광판 등 필요한 광경로 부재를 포함함으로써, 전면 패널(SG)은 발광 모듈과 광학적으로 결합될 수 있다.
상술한 실시예 이외에도 다양한 방법으로 전면 패널(SG)은 발광 모듈과 광학적으로 결합될 수 있다.
태양 전지(SC)는 발광형 표지 장치(10)의 구동에 필요한 전력을 생성할 수 있다. 태양 전지(SC)가 생성한 전력은 배터리 모듈(300)로 공급되어 배터리를 충전시킬 수 있다. 실시예에 따라, 태양 전지(SC)가 생성한 전력은 발광 모듈의 소비 전력으로 직접 공급될 수도 있다(도 5, 6 참조).
배터리 모듈(300)은 태양 전지(SC)로부터 생성된 전력이 저장되는 적어도 하나의 배터리를 포함할 수 있다. 배터리는 발광 모듈이 발광할 수 있도록 전력을 공급할 수 있다.
제어기(200)는 구동 모드들 중 태양 전지(SC)에 대해 특정 시간(certain period) 동안 측정된 태양 전지 전압들의 평균 값과 배터리 모듈(300)에 대해 특정 시점(certain time)에서 측정된 배터리 전압의 전압 값에 기초하여 결정된 대상 모드를 발광 모듈에 적용할 수 있다. 이에 대해서는 도 7 이하를 참조하여 상세히 후술한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광형 표지 장치의 회로 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 발광형 표지 장치(10)에 포함된 태양 전지(SC), 배터리 모듈(300), 및 발광 모듈(400)의 예시적인 회로 구조를 확인할 수 있다.
발광 모듈(400)은 직렬로 연결된 발광 소자(LED), 발광제어 트랜지스터(SL), 및 제3 저항(R3)을 포함할 수 있다. 발광 소자(LED)는, 예를 들어, 발광 다이오드(light emitting diode)일 수 있다. 여기서 발광제어 트랜지스터(SL)는 NPN BJT(bipolar junction transistor)이지만, PNP BJT, FET(field effect transistor) 등 다른 트랜지스터를 이용할 수도 있다. 제3 저항(R3)의 일단은 발광제어 트랜지스터(SL)에 연결되고, 타단은 접지 전원에 연결될 수 있다.
태양 전지(SC)는 배터리 모듈(300)과 접지 전원 사이에 연결될 수 있다. 제1 저항들(R1a, R1b)은 태양 전지(SC)와 병렬로 연결될 수 있다. 제1 센싱 노드(NS1)는 제1 저항들(R1a, R1b) 사이에 위치할 수 있다. 제1 저항들(R1a, R1b)의 저항비는 센서 요구 전압에 따라 적절히 결정될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 저항들(R1a, R1b)은 가변 저항일 수 있다.
배터리 모듈(300)은 배터리(MB1), 방전 스위치(SM11), 충전 스위치(SM12), 및 경로 결정 스위치(SP)를 포함할 수 있다. 경로 결정 스위치(SP)는 충전 모드에서 배터리 모듈(300)과 태양 전지(SC)가 연결되고, 구동 모드에서 배터리 모듈(300)과 발광 모듈(400)이 연결될 수 있도록 제어된다. 또한, 배터리 모듈(300)은 배터리(MB1)와 병렬로 연결된 제2 저항들(R21a, R21b)을 포함할 수 있다. 제2 센싱 노드(NS21)는 제2 저항들(R21a, R21b) 사이에 위치할 수 있다. 제2 저항들(R21a, R21b)의 저항비는 센서 요구 전압에 따라 적절히 결정될 수 있다. 실시예에 따라, 제2 저항들(R21a, R21b)은 가변 저항일 수 있다.
배터리(MB1)는 충방전 스위치(SM11, SM12)를 통해서 태양 전지(SC)의 양극으로부터 충전 전력을 수신하거나 광원 모듈(400)로 방전 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)에 의해 충전 스위치(SM12)가 턴온되고 방전 스위치(SM11)가 턴오프되면, 배터리(MB1)는 충전 전력을 수신할 수 있다. 또한, 제어기(200)에 의해 방전 스위치(SM11)가 턴온되고 충전 스위치(SM12)가 턴오프되면 배터리(MB1)는 방전 전력을 공급할 수 있다. 또한, 제어기(200)에 의해 충전 스위치(SM11) 및 방전 스위치(SM12)가 모두 턴오프되면, 배터리(MB1)는 대기 모드에 진입할 수 있다.
발광 소자(LED)는 애노드 전극이 경로 결정 스위치(SP), 방전 스위치(SM11), 및 충전 스위치(SM12)를 통해 배터리(MN1)의 양극과 연결되고, 캐소드 전극이 발광제어 트랜지스터(SL) 및 제3 저항(R3)을 통해 접지 전원에 연결됨으로써 형성된 구동 전류 경로에 흐르는 구동 전류에 따라 발광할 수 있다. 이때, 발광제어 트랜지스터(SL)의 온/오프 듀티비(ON/OFF duty ratio)가 조절됨으로써 발광 소자(LED)의 디밍 레벨(dimming level), 즉 밝기 레벨이 조정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광형 표지 장치를 포함하는 예측 진단 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 예측 진단 시스템(9)은 발광형 표지 장치(10) 및 원격 장치(20)를 포함한다.
발광형 표지 장치(10)는 전술한 태양 전지(SC), 배터리 모듈(300), 발광 모듈(400), 및 제어기(200)에 더하여 송수신기(500)를 더 포함할 수 있다.
제어기(200)는, 예를 들어 마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit, MCU)일 수 있으며, 그 내부에 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter, ADC)를 포함할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(ADC)는 제1 센싱 노드(NS1)와 제1 센싱 라인으로 연결되고, 제2 센싱 노드(NS21)와 제2 센싱 라인으로 연결될 수 있다. 또한, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)는 제3 저항(R3)의 비접지 단자(non-ground electrode)에 해당하는 제3 센싱 노드(NS3)와 제3 센싱 라인으로 연결될 수 있다(도 3 참조).
아날로그-디지털 컨버터(ADC)는 제1 센싱 라인을 통해서 태양 전지 전압에 대응하는 제1 센싱 신호(NS1s)를 수신할 수 있고, 제2 센싱 라인을 통해서 배터리 전압에 대응하는 제2 센싱 신호(NS21s)를 수신할 수 있다. 또한, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)는 제3 센싱 라인을 통해서 제3 센싱 노드(NS3)의 전압에 대응하는 제3 센싱 신호(NS3s)를 수신할 수 있다.
제어기(200)는 제1 센싱 신호(NS1s)의 디지털 변환 값을 이용하여 태양 전지 전압들을 계산하고, 제2 센싱 신호(NS21s)의 디지털 변환 값을 이용하여 배터리 전압을 계산할 수 있다. 또한 제어기(200)는 제3 센싱 신호(NS3s)의 디지털 변환 값을 이용하여 발광 소자(LED)의 구동 전류를 계산할 수 있다.
이러한 구성을 통해서, 별도의 IC타입 전류 센서 또는 홀효과 센서를 구비하지 않고도 발광 소자(LED)의 구동 전류량 등을 검출할 수 있다. 본 실시예의 구성에 의하면, 마이크로 컨트롤러 유닛에 내장된 아날로그-디지털 컨버터에서 옴의 법칙(V=IR)을 이용하여 센싱된 전압 값을 전류 값으로 역산할 수 있다. 기존의 IC타입 전류 센서 또는 홀효과 센서는 자체적으로 전력을 소모할 뿐만 아니라, 고온과 기타 전자기파의 간섭으로 고장이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 본 실시예의 구성에 의하면 열과 노이즈에 강한 저항을 센싱 소자로 이용함으로써 고장 없이 최소 비용으로 전류 값을 계측할 수 있는다는 장점이 있다.
제어기(200)는 경로 결정 스위치(SP) 및 충방전 스위치들(SM11, SM12)의 온오프를 제어하기 위한 제어 신호들(SPc, SM11c, SM12c)을 배터리 모듈(300)로 송신할 수 있다. 또한, 제어기(200)는 발광제어 트랜지스터(SL)를 제어하기 위한 제어 신호(SLc)를 발광 모듈(400)로 송신할 수 있다.
제어기(200)는 구동 모드들 중 태양 전지(SC)에 대해 특정 시간 동안 측정된 태양 전지 전압들의 평균 값과 배터리 모듈(300)에 대해 특정 시점에서 측정된 배터리 전압의 전압 값에 기초하여 결정된 대상 모드를 발광 모듈(400)에 적용할 수 있다. 즉, 제어기(200)는 수신한 제1 센싱 신호(NS1s)에 기초하여 태양 전지 전압들의 평균 값을 계산하며, 수신한 제2 센싱 신호(NS21s)에 기초하여 배터리 전압의 전압 값을 계산하여 대상 모드를 결정할 수 있으며, 결정된 대상 모드를 제어 신호(SLc)를 통해서 발광제어 트랜지스터(SL)의 온/오프를 제어함으로써 발광 모듈(400)에 적용할 수 있다.
구동 모드들에 따라 발광 모듈(400)에 공급되는 전력량은 서로 다르게 설정될 수 있는데, 이에 대해서는 도 7 및 8을 참조하여 후술한다.
송수신기(500)는 대상 모드에 대응하는 예측 진단 신호를 원격 장치에 송신할 수 있다. 예측 진단 신호는 배터리 과방전 알림, 일조량 부족 알림, 및 태양 전지 불량 알림 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떠한 상황에서 해당 예측 진단 신호가 발생하는 지에 대해서는 도 7 및 8을 참조하여 후술한다.
원격 장치(20)는 정보 처리를 위하여 적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 포함하는 범용 또는 전용 컴퓨터일 수 있다. 예를 들어, 원격 장치(20)는 서버, 데스크톱 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 모바일 장치 등에 해당할 수 있다. 사용자는 원격 장치(20)를 통해서 수신된 예측 진단 신호를 참조하여, 발광형 표지 장치(10)의 상태 또는 유지 보수 필요 여부를 확인할 수 있다.
송수신기(500)는 저전력광역통신망(low-power wide-area network, LPWAN)을 통하여 원격 장치(20)로 예측 진단 신호 등을 송신할 수 있다. 비록 저전력광역통신망을 통한 데이터 전송 속도는 다른 통신 방식에 비해 느리나, 발광형 표지 장치(10)의 상태 또는 유지 보수 필요 여부를 확인하기에는 충분한 속도를 확보할 수 있다. 또한 이러한 통신 방식은 구현 비용이 비교적 저렴하고, 전력 소모량이 매우 낮은 장점이 있다.
실시예에 따라, 제어기(200)는 기존에 설치가 어려운 나무그늘이나 도심지 건물 사이 등의 일조량 부족 지역에서 일별 발전량 추세를 감지하고, 분석하여 해당 위치의 발전량에 맞춤한 구동 모드를 스스로 결정하고 다변화할 수 있다. 예를 들어 일별 발전량 추이 분석을 통해 부족 충전이 지속적으로 발생하는 시기에는 기본 점등밝기를 70%로 낮춰서 구동하고, 다시 발전량이 회복되면 100%로 원상 복귀되며, 잉여 충전 시기에는 필요에 따라 130%로 상향 구동함으로써 운전자에게 최적의 정보를 제공할 수 있다.
LED 광원 모듈별로 사용되는 소비전류와 구동 시간이 누적 카운트되어 제어기의 내장 메모리에 기록되며, LED 광원의 기대 수명 관리를 할 수 있도록 프로그래밍이 가능하다. 예를 들어 지역별 각기 다른 기상 환경과 설치 조건에 따라 LED 광원의 소비전류를 강하게 사용하는 경우가 잦을 경우에는 소비전류에 비례하는 발열로 인해 제품 목표 수명 대비 LED 광원의 잔여 수명이 부족한 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우에도 제어기(200)는 저전력 모드로 전환하여 소비전력을 낮춤으로써 LED 광원의 기대 수명을 초과하는 점등을 줄일 수 있다. 이로써 제품의 잔여수명까지 모든 LED 광원의 기대수명이 유지될 수 있도록 하며, 주어진 환경에 적응한 점등 모드를 스스로 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 제어기(200)는 송수신기(TC)를 통하여 제1 내지 제3 센싱 신호들(NS1s, NS21s, NS3s)의 센싱 정보를 주기적으로 원격 장치(20)에 송신할 수 있다. 이때, 원격 장치(20)는 관제 서버일 수 있다. 제품에 따라, 제어기(200) 및 송수신기(500)는 일체로 구성될 수도 있다. 이때, 송수신기(500)와 원격 장치(20)는 미리 약속되어 있는 프로토콜과 저비용의 소량 데이터 통신망(LoRa)을 통해 통신할 수도 있다.
원격 장치(20)는 수신된 정보에 따라 능동적인 점검 조치가 가능하다. 예를 들어, 원격 장치(20)는 데이터 서버를 포함할 수 있으며, 데이터 서버에 수신된 광섬유 발광형 표지 장치(10)의 정보에 기초하여 패턴을 분석함으로써 고장 진단이 가능하다. 원격 장치(20)는 고장 진단 결과에 따라서 송수신기(500)로 진단 결과 정보 또는 진단 결과에 따른 조치 정보를 송신할 수 있다. 제어기(200)는 진단 결과 정보에 따라 능동적으로 고장에 대한 조치를 취하거나, 조치 정보에 따라 수동적으로 고장에 대한 조치를 취할 수 있다.
실시예에 따라, 제어기(200)는 송수신기(500)를 통하여 발광형 표지 장치(10)의 위치 정보에 해당하는 실시간 기상 정보를 미리 정해진 프로토콜로 원격 장치(20)로부터 제공받을 수 있다.
수신된 지역별 기상 정보는 제어기(200)가 점등 모드를 결정하는 기준이 될 수 있으며, 제어기(200)에 내장된 연산기를 통해서 점등 밝기와 점등 주기를 조절하여 운전자의 시인성을 극대화할 수 있다. 예를 들어, 겨울철 블랙아이스와 같은 도로결빙이 예상되는 경우에 적용할 수 있으며, 안전 속도를 초과하는 차량의 속도를 감지하여 감속 유도 메시지를 일반적인 점등 밝기 대비 10배 강한 밝기로 초당 3:7 비율로 점멸함으로써 운전자에게 주의 메시지를 전달할 수 있다. 제어기(200)는 송수신기(500)를 통해 원격 장치(20)로 센싱 정보를 송신하고, 원격 장치(20)가 수신한 센싱 정보를 분석하여 제어기(200)에게 안개 발생 여부를 제공할 수도 있다. 이때 원격 장치(20)는 수신한 센싱 정보 이외에도 다른 서버에서 제공받는 기상 정보를 조합함으로써, 안개 발생 여부를 더욱 정확히 판단할 수도 있다.
실시예에 따라, 제어기(200)는 복수의 발광 다이오드를 발광 모드에 따라 제어하고, 제어기(200)는 N 개의 발광 모드에 대응하는 N 개의 발광 제어 함수를 소프트웨어적으로 포함하고, 제어기(200)는 N 개의 발광 제어 함수를 조합하여 N 개의 발광 모드에 속하지 않는 M 개의 발광 모드를 생성할 수 있고, N 및 M은 자연수일 수 있다.
예를 들어, 제어기(200)는 블록형 함수를 내장하는 MCU(micro controller unit)일 수 있다. MCU 내장메모리의 프로그램 영역에 표지판이 구동할 수 있는 모든 점등 모드(발광 모드)를 제품 출하 시에 블록 형태의 함수 구조로 내장하여 함수 간의 조합과 호출을 통해 발광 모드를 스스로 다변화할 수 있도록 펌웨어 프로그램을 설계할 수 있다. 기존 제품은 점등 모드 별로 정해져 있는 각각의 펌웨어를 내장하고 있어서 점등 모드를 변경하고자 할 경우에는 MCU에 프로그램을 다시 다운로드하여 변경해야하는 불편함이 있었다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제품을 출하할 때 MCU 내장메모리에 모든 가능한 점등 모드를 함수 구조로 블록화하여 내장함으로써 외부 환경과 통신신호를 통해 전송된 동작모드를 내장된 함수의 조합과 치환으로 결정할 수 있으며, 제품별로 펌웨어 구분 없이 통합프로그램만 내장하여 출하함으로써 제품 관리에 효율성을 높일 수 있다.
실시예에 따라, 제어기(200)는 원격 장치(20)와 통신하고, 원격 장치(20)의 지시에 대응하여 M 개의 발광 모드 중 어느 하나를 생성할 수 있다. 실시예에 따라, 원격 장치(20)는 인접한 지역의 복수의 발광형 표지 장치에 대해 M 개의 발광 모드 중 특정 발광 모드를 동일하게 생성하도록 지시할 수 있다.
예를 들어, 통신망을 통해 해당 지역의 환경변화 패턴을 서로 공유하고 통합하여, 유사 패턴이 감지되고 있는 인근 구역 내에 설치되어 있는 모든 표지판의 점등 모드를 일괄 제어할 수 있는 통합 관제 시스템이 구성될 수 있다. 상술한 관제 시스템은 저전력 광역통신망(LPWAN)을 이용해서 구현될 수도 있다. MCU 메모리에 점등 모드 별 동작 함수가 사전에 내장되어 있어 외부환경에 감응하여 자동 전환할 수 있다. MCU는 저전력 광역통신망을 통해 수신된 소용량의 데이터 신호를 통해서도 점등 모드의 전환이 가능하다. 제품별로 각각의 센서를 통해 감지한 정보와 저전력 광역통신망으로 통해 수신된 통합된 정보를 비교 분석할 수 있는 알고리즘을 사전에 내장함으로써 센서 자체의 오차나, 결함을 통해 발생할 수 있는 오작동 문제를 최소화함으로써 사용자에게 최적의 서비스와 장수명의 고내구성 제품을 제공할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 원격 장치(20)는 발광 제어 함수의 파라미터를 변환시켜 새로운 발광 제어 함수를 생성하도록 제어기(200)의 발광 모드를 업데이트할 수 있다.
예를 들어, MCU에 통합된 함수 블록을 내장하고 있더라도 시간이 지남에 따라 다른 함수를 추가로 구현해야 할 경우 저전력 광역통신망을 통해 원격으로 함수블록을 업그레이드 할 수 있도록 설계할 수 있다. 이는 기존에 리눅스와 같은 운영체제가 탑재된 고성능의 MCU에서만 가능했던 원격 펌웨어 업데이트 기능을 사물인터넷과 같은 저사양의 MCU에서도 가능하도록 한다. 저전력 광역통신망을 통해 주기적으로 전송되는 저용량의 데이터를 나누어서 수신하고, 다시 종합할 수 있는 알고리즘을 통해 함수 로직의 입력 파라미터를 수정할 수 있고, 그를 통해 함수 블록의 기능을 수정 보완할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광형 표지 장치의 회로 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광형 표지 장치(10')에 포함된 태양 전지(SC), 배터리 모듈(300'), 및 발광 모듈(400)의 예시적인 회로 구조를 확인할 수 있다.
발광 모듈(400)은 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다. 발광 모듈(400)은 직렬로 연결된 발광 소자(LED), 발광제어 트랜지스터(SL), 및 제3 저항(R3)을 포함할 수 있다. 발광 소자(LED)는, 예를 들어, 발광 다이오드일 수 있다. 여기서 발광제어 트랜지스터(SL)는 NPN BJT이지만, PNP BJT, FET 등 다른 트랜지스터를 이용할 수도 있다. 제3 저항(R3)의 일단은 발광제어 트랜지스터(SL)에 연결되고, 타단은 접지 전원에 연결될 수 있다.
태양 전지(SC)는 양극이 제1 노드(N1)에 연결될 수 있다. 태양 전지(SC)는 주간에 주로 발전하여 제1 노드(N1)로 전력을 공급할 수 있다. 제1 저항들(R1a, R1b)은 태양 전지(SC)와 병렬로 연결될 수 있다. 제1 저항들(R1a, R1b)의 저항비는 센서 요구 전압에 따라 적절히 결정될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 저항들(R1a, R1b)은 가변 저항일 수 있다.
배터리 모듈(300')은 제1 메인 배터리(MB1), 제2 메인 배터리(MB2), 제1 서브 배터리(SB1), 제2 서브 배터리(SB2), 충방전 스위치들(SM11, SM12, SM21, SM22, SS11, SS12, SS21, SS22), 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8), DC-DC 컨버터(390)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 모듈(300')은 제1 메인 배터리(MB1)와 병렬로 연결된 제2 저항들(R21a, R21b), 제2 메인 배터리(MB2)와 병렬로 연결된 제2 저항들(R22a, R22b), 제1 서브 배터리(SB1)와 병렬로 연결된 제2 저항들(R23a, R23b), 및 제2 서브 배터리(SB2)와 병렬로 연결된 제2 저항들(R24a, R24b)을 포함할 수 있다. 각각의 제2 저항들(R21a, R21b, R22a, R22b, R23a, R23b, R24a, R24b)의 저항비들은 센서 요구 전압에 따라 적절히 결정될 수 있다. 실시예에 따라, 각각의 제2 저항들(R21a, R21b, R22a, R22b, R23a, R23b, R24a, R24b)은 가변 저항일 수 있다.
제1 다이오드(D1)는 애노드가 제1 노드(N1)에 연결되고, 캐소드가 제1 메인 배터리(MB1)의 충방전 스위치(SM11, SM12) 측에 연결될 수 있다. 제2 다이오드(D2)는 애노드가 제1 메인 배터리(MB1)의 충방전 스위치(SM11, SM12) 측에 연결되고, 캐소드가 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다. 제3 다이오드(D3)는 애노드가 제1 노드(N1)에 연결되고, 캐소드가 제2 메인 배터리(MB2)의 충방전 스위치(SM21, SM22) 측에 연결될 수 있다. 제4 다이오드(D4)는 애노드가 제2 메인 배터리(MB2)의 충방전 스위치(SM21, SM22) 측에 연결되고, 캐소드가 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다.
제5 다이오드(D5)는 애노드가 제1 노드(N1)에 연결되고, 캐소드가 제1 서브 배터리(SB1)의 충방전 스위치(SS11, SS12) 측에 연결될 수 있다. 제6 다이오드(D6)는 애노드가 제1 서브 배터리(SB1)의 충방전 스위치(SS11, SS12) 측에 연결되고, 캐소드가 제3 노드(N3)에 연결될 수 있다. 제7 다이오드(D7)는 애노드가 제1 노드(N1)에 연결되고, 캐소드가 제2 서브 배터리(SB2)의 충방전 스위치(SS21, SS22) 측에 연결될 수 있다. 제8 다이오드(D8)는 애노드가 제2 서브 배터리(SB2)의 충방전 스위치(SS21, SS22) 측에 연결되고, 캐소드가 제3 노드(N3)에 연결될 수 있다.
제1 메인 배터리(MB1)는 충방전 스위치(SM11, SM12)를 통해서 제1 노드(N1)로부터 충전 전력을 수신하거나 제2 노드(N2)로 방전 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)에 의해 충전 스위치(SM12)가 턴온되고 방전 스위치(SM11)가 턴오프되면, 제1 메인 배터리(MB1)는 제1 노드(N1)로부터 충전 전력을 수신할 수 있다. 또한, 제어기(200)에 의해 방전 스위치(SM11)가 턴온되고 충전 스위치(SM12)가 턴오프되면 제1 메인 배터리(MB1)는 제2 노드(N2)로 방전 전력을 공급할 수 있다. 또한, 제어기(200)에 의해 충전 스위치(SM11) 및 방전 스위치(SM12)가 모두 턴오프되면, 제1 메인 배터리(MB1)는 대기 모드에 진입할 수 있다.
제2 메인 배터리(MB2)는 충방전 스위치(SM21, SM22)를 통해서 제1 노드(N1)로부터 충전 전력을 수신하거나 제2 노드(N2)로 방전 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)에 의해 충전 스위치(SM22)가 턴온되고 방전 스위치(SM21)가 턴오프되면, 제2 메인 배터리(MB2)는 제1 노드(N1)로부터 충전 전력을 수신할 수 있다. 또한, 제어기(200)에 의해 방전 스위치(SM21)가 턴온되고 충전 스위치(SM22)가 턴오프되면 제2 메인 배터리(MB2)는 제2 노드(N2)로 방전 전력을 공급할 수 있다. 또한, 제어기(200)에 의해 충전 스위치(SM21) 및 방전 스위치(SM22)가 모두 턴오프되면, 제2 메인 배터리(MB2)는 대기 모드에 진입할 수 있다.
제1 서브 배터리(SB1)는 충방전 스위치(SS11, SS12)를 통해서 제1 노드(N1)로부터 충전 전력을 수신하거나 제3 노드(N3)로 방전 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)에 의해 충전 스위치(SS12)가 턴온되고 방전 스위치(SS11)가 턴오프되면, 제1 서브 배터리(SB1)는 제1 노드(N1)로부터 충전 전력을 수신할 수 있다. 또한, 제어기(200)에 의해 방전 스위치(SS11)가 턴온되고 충전 스위치(SS12)가 턴오프되면 제1 서브 배터리(SB1)는 제3 노드(N3)로 방전 전력을 공급할 수 있다. 또한, 제어기(200)에 의해 충전 스위치(SS11) 및 방전 스위치(SS12)가 모두 턴오프되면, 제1 서브 배터리(SB1)는 대기 모드에 진입할 수 있다.
제2 서브 배터리(SB2)는 충방전 스위치(SS21, SS22)를 통해서 제1 노드(N1)로부터 충전 전력을 수신하거나 제3 노드(N3)로 방전 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)에 의해 충전 스위치(SS22)가 턴온되고 방전 스위치(SS21)가 턴오프되면, 제2 서브 배터리(SB2)는 제1 노드(N1)로부터 충전 전력을 수신할 수 있다. 또한, 제어기(200)에 의해 방전 스위치(SS21)가 턴온되고 충전 스위치(SS22)가 턴오프되면 제2 서브 배터리(SB2)는 제3 노드(N3)로 방전 전력을 공급할 수 있다. 또한, 제어기(200)에 의해 충전 스위치(SS21) 및 방전 스위치(SS22)가 모두 턴오프되면, 제2 서브 배터리(SB2)는 대기 모드에 진입할 수 있다.
DC-DC 컨버터(390)는 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3) 사이에 위치할 수 있다. 메인 배터리들(MB1, MB2)과 서브 배터리들(SB1, SB2)은 서로 다른 규격의 배터리로 구성되거나 용량 차이가 있을 수 있다. 이에 따라 발생하는 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3)의 전압 차이를 맞춰주기 위해서(승압시키기 위해서) DC-DC 컨버터(390)가 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 발광 모듈(400)에 필요 전력 공급시 제2 노드(N2)의 전압보다 제3 노드(N3)의 전압이 낮을 수도 있다.
본 실시예의 발광형 표지 장치(10')는 각 배터리(MB1, MB2, SB1, SB2)의 전력 입/출력단에 충전 스위치(SM12, SM22, SS12, SS22)와 방전 스위치(SM11, SM21, SS11, SS21)를 별도로 구분하여 구성하고, 스위칭 제어를 통해 충/방전 배터리를 전환함으로써 주간에도 일정 전력을 광원에 공급하여 점등시키고, 동시에 잉여 전력은 배터리 모듈(300')에 저장이 가능하도록 설계되었다.
제1 메인 배터리(MB1) 및 제2 메인 배터리(MB2)는 동일한 규격의 배터리를 사용할 수 있고, 각각의 메인 배터리(MB1, MB2)에는 충전과 방전이 분리된 이중 전력 경로 회로를 구성함으로써 충전 사이클에 있는 제1 메인 배터리(MB1)는 충전만 하고 방전 사이클에 있는 제2 메인 배터리(MB2)는 방전만 하도록 하여 배터리의 가용 사이클을 보호하면서 충/방전을 동시에 할 수 있다.
또한 충전 중인 제1 메인 배터리(MB1)가 완충이 되면 충전을 중단하여 대기모드로 변경하고, 발전되고 있는 잉여 전기는 방전 중인 부하로 직접 인가되도록 제어함으로써 방전 중인 제2 메인 배터리(MB2)와 함께 광원 모듈(400)에서 소비되는 전력으로 사용할 수 있다.
이러한 시스템은 배터리 사용 사이클 보호와 주간 점등이 가능하므로 태양의 고도 변화에 따라 변화하는 표지의 시인성을 향상시키고 태양 전지(SC)에서 생산하는 전력을 최대로 활용 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광형 표지 장치를 포함하는 예측 진단 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 5의 실시예에 따른 배터리 모듈(300')이 도 3의 배터리 모듈(300)과 다른 구성을 가짐에 따라 배터리 모듈(300')과 제어기(200') 간에 달라질 수 있는 신호 구성이 도시되었다. 다른 중복된 구성 요소들에 대한 설명은 생략한다.
제어기(200')는, 예를 들어 마이크로 컨트롤러 유닛일 수 있으며, 그 내부에 아날로그-디지털 컨버터(ADC')를 포함할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(ADC')는 제1 센싱 노드(NS1)와 제1 센싱 라인으로 연결되고, 대응하는 제2 저항들(R21a, R21b, R22a, R22b, R23a, R23b, R24a, R24b)의 사이에 위치하는 제2 센싱 노드들(NS21, NS22, NS23, NS24)과 제2 센싱 라인들로 연결될 수 있다. 또한, 아날로그-디지털 컨버터(ADC')는 제3 저항(R3)의 비접지 단자에 해당하는 제3 센싱 노드(NS3)와 제3 센싱 라인으로 연결될 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(ADC')는 제1 센싱 라인을 통해서 태양 전지 전압에 대응하는 제1 센싱 신호(NS1s)를 수신할 수 있고, 제2 센싱 라인들을 통해서 배터리 전압들에 대응하는 제2 센싱 신호들(NS21s, NS22s, NS23s, NS24s)를 수신할 수 있다. 또한, 아날로그-디지털 컨버터(ADC')는 제3 센싱 라인을 통해서 제3 센싱 노드(NS3)의 전압에 대응하는 제3 센싱 신호(NS3s)를 수신할 수 있다.
제어기(200')는 제1 센싱 신호(NS1s)의 디지털 변환 값을 이용하여 태양 전지 전압들을 계산하고, 제2 센싱 신호들(NS21s, NS22s, NS23s, NS24s)의 디지털 변환 값을 이용하여 배터리 전압들을 계산할 수 있다. 또한 제어기(200')는 제3 센싱 신호(NS3s)의 디지털 변환 값을 이용하여 발광 소자(LED)의 구동 전류를 계산할 수 있다.
제어기(200')는 경로 결정 스위치(SP) 및 충방전 스위치들(SM11, SM12, SM21, SM22, SS11, SS12, SS21, SS22)의 온오프를 제어하기 위한 제어 신호들(SPc, SM11c, SM12c, SM21c, SM22c, SS11c, SS12c, SS21c, SS22c)을 배터리 모듈(300')로 송신할 수 있다. 또한, 제어기(200')는 발광제어 트랜지스터(SL)를 제어하기 위한 제어 신호(SLc)를 발광 모듈(400)로 송신할 수 있다.
상술한 구성에 따른 효과는 도 4에 대한 설명을 다시 참조한다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 예측 진단 알고리즘을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 구동 모드들을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 도 3 및 4의 실시예를 기초로 설명하지만, 아래 내용은 도 5 및 6의 실시예에도 적용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제어기(200)가 예측 진단 알고리즘에 따라 구동 모드들(A, B, C, D, E, F1, F2) 중 하나를 대상 모드로 결정하는 과정이 예시적으로 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 구동 모드들에 따라 발광 모듈에 공급되는 전력량은 서로 다름을 확인할 수 있다. 도 8의 표에서는, 100% 밝기를 기준 밝기로 했을 때, 밝기 값과 대응하는 시간을 곱한 값들을 각각 더한 값을 공급 전력비로 기재하였다. 예를 들어 구동 모드(A)의 공급 전력비는 아래 수학식 1에 따라 산출되었다.
[수학식 1]
15 = 1*1.5 + 3*1 + 3*1 + 4*1 + 2*1 + 1*1.5
다른 구동 모드들(B, C, D, E, F1, F2)도 동일한 방식으로 계산되었으므로 중복된 설명은 생략한다.
구동 모드들은 제1 구동 모드들(A, B, C, E) 및 제2 구동 모드들(D, F2)을 포함할 수 있다. 제어기(200)는 특정 시간 동안 태양 전지 전압들을 측정하여 평균 값을 계산할 수 있다. 제1 구동 모드들(A, B, C, E)은 이러한 특정 시간이 기준 시간 미만이고 평균 값(V1, V3, V7)이 태양 전지 기준 전압 값(V_SCref) 미만일 때 대상 모드로 결정되는 구동 모드들일 수 있다. 제2 구동 모드들(D, F2)은 특정 시간이 기준 시간 이상이고 평균값(V10)이 태양 전지 기준 전압 값(V_SCref) 미만일 때 대상 모드로 결정되는 구동 모드들일 수 있다.
기준 시간은, 본 실시예의 예측 진단 알고리즘을 이용할 때, 발광형 표지 장치(10)의 설치 장소의 일조량이 부족함을 경험상 확신할 수 있는 값으로 설정될 수 있다. 제품에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들어, 기준 시간은 8일 또는 9일일 수 있다. 이러한 기준 시간은 제품에 따라 적절하게 설정될 수 있다.
평균 값(V1)은 1일 동안 측정된 태양 전지 전압들의 평균 값을 의미할 수 있다. 평균 값(V3)은 3일 동안 측정된 태양 전지 전압들의 평균 값을 의미할 수 있다. 평균 값(V7)은 7일 동안 측정된 태양 전지 전압들의 평균 값을 의미할 수 있다. 평균 값(V10)은 10일 동안 측정된 태양 전지 전압들의 평균 값을 의미할 수 있다. 이때 태양 전지 전압들은 주간에만 측정될 수 있다. 본 실시예에서 평균 값(V1, V3, V7, V10) 중 하나의 평균 값만 유효 값을 가질 수 있으며, 유효 값을 가지지 못한 다른 평균 값들은 해당 조건(S101, S201, S301, S401, S501)을 만족하지 못하는 것으로 처리될 수 있다.
태양 전지 기준 전압 값(V_SCref)은 일조량이 정상적인 경우의 일 평균 태양 전지 전압 값으로 설정될 수 있다. 태양 전지(SC)의 사양에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들어, 태양 전지 기준 전압 값(V_SCref)은 15V일 수 있다.
제1 구동 모드들(A, B, C, E)은 배터리 전압의 전압 값(VB)이 제1 배터리 기준 전압 값(V_Bref1) 이하인 경우에 대상 모드로 결정되는 배터리 과방전 모드(E)를 포함할 수 있다. 배터리 과방전 모드(E)를 제외한 제1 구동 모드들(A, B, C, E)의 나머지 구동 모드들(A, B, C)은, 대응되는 특정 시간이 길수록 더 적은 전력을 발광 모듈(400)에 공급하도록 설정되되, 배터리 과방전 모드(E) 보다는 많은 전력을 발광 모듈(400)에 공급하도록 설정될 수 있다(S201, S202, S203, S204, S301, S302, S303, S401, S402, S403).
제2 구동 모드들(D, F2)은 배터리 전압(VB)의 전압 값이 제2 배터리 기준 전압 값(V_Bref2) 이하인 경우에 대상 모드로 결정되는 일조량 부족 모드(F2)를 포함할 수 있다. 제2 배터리 기준 전압 값(V_Bref2)은 제1 배터리 기준 전압 값(V_Bref1)보다 작을 수 있다. 일조량 부족 모드(F2)를 제외한 제2 구동 모드들(D, F2)의 나머지(D)는 일조량 부족 모드(F2) 보다 많은 전력을 발광 모듈(400)에 공급하도록 설정될 수 있다(S501, S502, S503, S504).
제1 배터리 기준 전압 값(V_Bref1)은 배터리(MB1)가 대략 50% 내지 90% 충전되었을 때의 전압 값에 해당할 수 있다. 제2 배터리 기준 전압 값(V_Bref2)은 배터리(MB1)가 대략 50% 충전되었을 때의 전압 값에 해당할 수 있다. 배터리(MB1)의 사양에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들어, 제1 배터리 기준 전압 값(V_Bref1)은 12V이고, 제2 배터리 기준 전압 값(V_Bref2)은 11V일 수 있다.
실시예에 따라, 제어기(200)는 태양 전지 전압들의 평균 값(V1)이 0에 해당하는 경우, 배터리 전압(VB)의 전압 값과 무관하게, 전술한 구동 모드들(A, B, C, D, E, F2)과 다른 제3 구동 모드(F1)를 대상 모드로써 발광 모듈(400)에 적용할 수 있다. 이때, 제3 구동 모드(F1)는 태양 전지 불량 모드일 수 있다(S101, S102).
송수신기(500)는 배터리 과방전 모드(E)가 대상 모드로 결정되는 경우 배터리 과방전 알림을 원격 장치(20)로 송신할 수 있다. 사용자는 원격 장치(20)를 통해 배터리 과방전 알림을 확인하고, 발광형 표지 장치(10)의 배터리(MB1)를 수동으로 충전하거나 다른 화학적 처리를 가하여, 배터리(MB1)의 고장 또는 수명 단축을 예방할 수 있다.
송수신기(500)는 일조량 부족 모드(F2)가 대상 모드로 결정되는 경우 일조량 부족 알림을 원격 장치(20)로 송신할 수 있다. 사용자는 원격 장치(20)를 통해 일조량 부족 알림을 확인하고, 발광형 표지 장치(10)를 일조량이 충분한 지역(예를 들어, 그늘지지 않은 지역)으로 이설시키는 조치를 취함으로써, 배터리(MB1)의 고장 또는 수명 단축을 예방할 수 있다.
송수신기(500)는 제3 구동 모드(태양 전지 불량 모드)가 대상 모드로 결정되는 경우 태양 전지 불량 알림을 원격 장치(20)로 송신할 수 있다. 사용자는 원격 장치(20)를 통해 태양 전지 불량 알림을 확인하고, 태양 전지(SC)의 연결잭이 체결 불량되었을 경우 체결을 다시 수행할 수 있다. 또한, 태양 전지(SC)의 고장을 확인하였을 경우, 태양 전지(SC)를 교체할 수도 있다. 따라서, 배터리(MB1)의 고장 또는 수명 단축이 예방될 수 있다.
도 9 및 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 원격 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 10을 참조하면, 원격 장치(20)가 데스크톱 컴퓨터일 때, 사용자가 확인할 수 있는 모니터 화면이 예시적으로 도시되었다.
예를 들어, 392 개의 발광형 표지 장치들(10)이 지도에 표시될 수 있다. 정상 상태(A, B, C, D)로 판단되는 359 개의 발광형 표지 장치들(10)은 지도 상에 아이콘(ST_ABCD)으로 표시될 수 있다. 배터리 과방전 모드(E)로써 점검이 필요하다고 판단되는 13 개의 발광형 표지 장치들(10)은 지도 상에 아이콘(ST_E)으로 표시될 수 있다. 태양 전지 불량 모드(F1) 또는 일조량 부족 모드(F2)로써 이상이 있어 즉시 조치가 필요하다고 판단되는 20 개의 발광형 표지 장치들(10)은 지도 상에 아이콘(ST_F)으로 표시될 수 있다. 다른 실시예에서, 구동 모드(D) 또한 지도 상에 아이콘(ST_E)으로 표시될 수도 있다. 표시될 수 있는 아이콘에 대한 실시예는 다양하게 구성될 수 있다.
사용자가 정보를 확인하고 싶은 발광형 표지 장치(10)에 대한 아이콘(ST_ABCD, ST_E, ST_F)을 클릭하는 경우, 도 10과 같은 팝업창이 생성될 수도 있다.
도 11 내지 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원격 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 13을 참조하면, 원격 장치(20)가 모바일 장치일 때, 사용자가 확인할 수 있는 모바일 화면이 예시적으로 도시되었다. 도 9 및 10의 실시예와 비교하였을 때, 더 작은 화면에 동일 또는 유사한 정보를 표시할 필요가 있으므로, 레이아웃이 달라진 점을 확인할 수 있다.
도 13을 참조하면, 시간에 따라 측정된 태양 전지 전압들이 "솔라" 열에 표시되고, 배터리 전압들이 "배터리" 열에 표시되고, 발광 소자(LED)에서 소비된 소비 전류가 "소비 전류" 열에 표시됨을 확인할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 발광형 표지 장치
SC: 태양 전지
SG: 전면 패널
200: 제어기
300: 배터리 모듈
400: 발광 모듈
500: 송수신기
20: 원격 장치

Claims (15)

  1. 태양 전지;
    상기 태양 전지로부터 생성된 전력이 저장되는 적어도 하나의 배터리를 포함하는 배터리 모듈;
    상기 배터리로부터 공급된 전력에 의해 발광하는 발광 모듈;
    상기 발광 모듈과 광학적으로 결합되는 전면 패널; 및
    구동 모드들 중 상기 태양 전지에 대해 특정 시간(certain period) 동안 측정된 태양 전지 전압들의 평균 값과 상기 배터리 모듈에 대해 특정 시점(certain time)에서 측정된 배터리 전압의 전압 값에 기초하여 결정된 대상 모드를 상기 발광 모듈에 적용하는 제어기를 포함하고,
    상기 구동 모드들은 제1 구동 모드들 및 제2 구동 모드들을 포함하고,
    상기 제어기는 상기 태양 전지 전압들의 평균 값이 0에 해당하는 경우, 상기 배터리 전압의 전압 값과 무관하게, 상기 구동 모드들과 다른 제3 구동 모드를 상기 대상 모드로써 상기 발광 모듈에 적용하고,
    상기 구동 모드들에 따라 상기 발광 모듈에 공급되는 전력량은 서로 다르고,
    상기 대상 모드에 대응하는 예측 진단 신호를 원격 장치에 송신하는 송수신기를 더 포함하고,
    상기 제1 구동 모드들은 상기 특정 시간이 기준 시간 미만이고 상기 평균 값이 태양 전지 기준 전압 값 미만일 때 상기 대상 모드로 결정되는 구동 모드들이고,
    상기 제2 구동 모드들은 상기 특정 시간이 상기 기준 시간 이상이고 상기 평균 값이 상기 태양 전지 기준 전압 값 미만일 때 상기 대상 모드로 결정되는 구동 모드들이고,
    상기 제1 구동 모드들은 상기 배터리 전압의 전압 값이 제1 배터리 기준 전압 값 이하인 경우에 상기 대상 모드로 결정되는 배터리 과방전 모드를 포함하고,
    상기 배터리 과방전 모드를 제외한 상기 제1 구동 모드들의 나머지 구동 모드들은, 대응되는 상기 특정 시간이 길수록 더 적은 전력을 상기 발광 모듈에 공급하도록 설정되되, 상기 배터리 과방전 모드 보다는 많은 전력을 상기 발광 모듈에 공급하도록 설정되고,
    상기 제2 구동 모드들은 상기 배터리 전압의 전압 값이 제2 배터리 기준 전압 값 이하인 경우에 상기 대상 모드로 결정되는 일조량 부족 모드를 포함하고,
    상기 제2 배터리 기준 전압 값은 상기 제1 배터리 기준 전압 값보다 작고,
    상기 일조량 부족 모드를 제외한 상기 제2 구동 모드들의 나머지는 상기 일조량 부족 모드 보다 많은 전력을 상기 발광 모듈에 공급하도록 설정되고,
    상기 예측 진단 신호는 배터리 과방전 알림, 일조량 부족 알림, 및 태양 전지 불량 알림 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 배터리 과방전 알림은 상기 배터리 과방전 모드가 상기 대상 모드로 결정되는 경우 상기 원격 장치로 송신되고,
    상기 일조량 부족 알림은 상기 일조량 부족 모드가 상기 대상 모드로 결정되는 경우 상기 원격 장치로 송신되고,
    상기 태양 전지 불량 알림은 상기 제3 구동 모드가 상기 대상 모드로 결정되는 경우 상기 원격 장치로 송신되는,
    발광형 표지 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 태양 전지;
    상기 태양 전지로부터 생성된 전력이 저장되는 적어도 하나의 배터리를 포함하는 배터리 모듈;
    상기 배터리로부터 공급된 전력에 의해 발광하는 발광 모듈;
    상기 발광 모듈과 광학적으로 결합되는 전면 패널; 및
    구동 모드들 중 상기 태양 전지에 대해 측정된 태양 전지 전압과 상기 배터리 모듈에 대해 측정된 배터리 전압에 기초하여 결정된 대상 모드를 상기 발광 모듈에 적용하는 제어기를 포함하고,
    상기 태양 전지와 병렬로 연결된 제1 저항; 및
    상기 배터리와 병렬로 연결된 제2 저항을 더 포함하고,
    상기 제어기는 내부에 아날로그-디지털 컨버터를 포함하고,
    상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 태양 전지의 양극과 연결된 상기 제1 저항의 일단과 제1 센싱 라인으로 연결되고, 상기 배터리의 양극과 연결된 상기 제2 저항의 일단과 제2 센싱 라인으로 연결되는,
    발광형 표지 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 센싱 라인에서 감지되는 아날로그 전압의 디지털 변환 값을 이용하여 상기 태양 전지 전압들을 계산하고, 상기 제2 센싱 라인에서 감지되는 아날로그 전압의 디지털 변환 값을 이용하여 상기 배터리 전압을 계산하는,
    발광형 표지 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 발광 모듈은 직렬로 연결된 발광 소자, 발광제어 트랜지스터, 및 제3 저항을 포함하고,
    상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 제3 저항의 비접지 단자(non-ground electrode)와 제3 센싱 라인으로 연결되는,
    발광형 표지 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제3 센싱 라인에서 감지되는 아날로그 전압의 디지털 변환 값을 이용하여 상기 발광 소자의 구동 전류를 계산하는,
    발광형 표지 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 태양 전지 전압들, 상기 배터리 전압, 및 상기 구동 전류의 값들을 원격 장치에 송신하는 송수신기를 더 포함하는
    발광형 표지 장치.
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