KR102329846B1 - ALL IN ONE IoT LOW POWER SOLAR LED ROAD SIGN - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 효율을 향상시키고 유지보수가 용이한 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated IoT low-power solar LED road sign, and more particularly, to an integrated IoT low-power solar LED road sign that improves battery efficiency and is easy to maintain.
도로표지판 및 교통안전표지판은 정보를 주 야간 운전자에게 전달하는 역할을 한다. 그러나, 비조명은 야간에 식별이 어려워 야간 시인성 향상을 위해 LED 외부조명방식, 내부조명방식, 가변표지 및 자체발광 등 다양한 종류의 방식이 사용되고 있다.Road signs and traffic safety signs serve to convey information to drivers during the day and night. However, since non-illumination is difficult to identify at night, various types of methods such as LED external lighting method, internal lighting method, variable sign and self-luminescence are used to improve visibility at night.
이러한 LED 표지판을 발광 시키기 위해서는 전원 장치를 통해 전기가 인입 되어야 한다. 그러나, 전기공사를 하기 위해서는 많은 시간이 소요되며 전기공사에 따른 추가설치 비용이 표지판 제작에 들어가는 비용을 초과하거나, 매달 전기료를 필요로 하는 문제도 발생한다.In order to emit these LED signs, electricity must be introduced through the power supply. However, it takes a lot of time to do the electrical work, and the additional installation cost according to the electrical work exceeds the cost for the sign production, or there is a problem that the monthly electricity fee is required.
따라서, 최근에는 태양광을 이용한 표지판이 많이 설치되고 있으나 설치지역 및 장소에 따라 태양광 충전이 되지 않아 정상적으로 야간에 작동 되어야 할 LED 표지판이 제 기능을 하지 못해 운전자에게 정보제공을 하지 못하는 경우도 발생한다.Therefore, recently, many signs using solar power have been installed, but depending on the installation area and location, the LED sign, which should be operated normally at night, does not function properly, so information cannot be provided to the driver. do.
도로표지규칙 제 10조(조명장치)에 따르면 도로표지의 내용을 쉽게 읽기 쉽도록 하기 위해 도로표지에 조명장치를 할 수 있다고 명시되어 있으나, 이를 준수하기 위해 LED 표지판의 과다 전력소비로 하루 일조량에 따른 태양광 충전량이 적은 반면 부하의 용량이 커서 LED 표지판이 꺼지는 현상이 발생한다.According to Article 10 (Lighting Device) of the Road Sign Rules, it is stipulated that a lighting device can be installed on the road sign to make the content of the road sign easy to read. While the amount of solar charge is small, the load capacity is large and the LED sign is turned off.
또한, 4계절 기준으로 볼 때 장마철이나 겨울철에서는 봄이나 여름에 비해 일조량이 적기 때문에 태양광 충전이 잘 되지 않으며, 도심지에 설치되는 LED 표지판의 경우 설치 환경에 따라 건물 사이나 그늘진 곳에 설치될 경우 해가 들지 않아 충전이 되지 않는 경우도 많다.In addition, based on the four seasons, solar charging is difficult because there is less sunlight in the rainy season or winter than in spring or summer. There are many cases where it does not charge because it does not charge.
따라서, 일체형으로 구성된 태양광 패널, 배터리 및 발광 표지판은 하나의 유닛(Unit)으로서, 어느 한 부분의 효율이 좋다고 해결되는 것 아니며, 각 구성 요소들 간의 복잡한 상관관계로 인하여 전체적인 모든 구성품의 효율이 개선이 되어야 상기와 같은 문제점들을 해결할 수 있다.Therefore, the solar panel, battery, and light emitting sign configured as an integral part are not solved as having good efficiency in any one part as a unit, and the efficiency of all components as a whole is reduced due to the complex correlation between each component. Improvements need to be made to solve the above problems.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 태양광모듈을 이용하여 발광시키는 안내판, 도로표지 및 교통안전표지판의 부조일수를 최대로 늘리고자 하며, 이를 실현하기 위해 저전류 LED 및 IoT 센서부에서 수집된 데이터를 활용하여 관리자가 고장여부는 물론 배터리 충방전 상태를 실시간 모바일 또는 PC로 확인할 수 있도록 하여 유지보수가 용이하도록 한, 태양광 충전 모니터링 시스템이 일체화된 저전력 태양광 LED 도로표지 및 교통안전표지판을 제공하여, 야간 운전사고를 예방하고자 한다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned problem, and the present invention is to maximize the number of days of relief of guide boards, road signs and traffic safety signs that emit light using a solar module, and to realize this, low-current LEDs and low-power solar LED integrated with a solar charging monitoring system, which facilitates maintenance by enabling the administrator to check the battery charging/discharging status in real time with a mobile or PC using the data collected from the IoT sensor unit To prevent nighttime driving accidents by providing road signs and traffic safety signs.
또한, 본 발명에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판은 도로에 설치되며 별도의 전기설치 없이 태양광 전력만으로 오랫동안 발광시키기 위하여, MPPT(Maximum Power point tracking) 컨트롤러로 입력되는 전압을 조절하여 태양전지모듈의 최대 전력점을 찾아 가장 효율적인 전력량을 유지하는 알고리즘을 통해, 짧은 일조량에도 급속충전이 가능하도록 하여 부조일수를 최대한 오래 가도록 하고자 한다.In addition, the integrated IoT low power solar LED road sign according to the present invention is installed on the road and controls the voltage input to the MPPT (Maximum Power point tracking) controller in order to emit light for a long time only with solar power without separate electric installation, so that the solar cell Through an algorithm that finds the maximum power point of the module and maintains the most efficient amount of power, it is intended to make fast charging possible even in a short amount of sunlight to last as long as possible.
본 발명에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판은 태양광 패널에 전원을 공급하는 배터리 모듈에 포함되는 셀의 기능이 떨어져 충전이 잘 이루어지지 않은 경우, 셀의 전압을 IoT 센서를 통해 모니터링 하고 충전 시 셀 밸런싱을 맞춰 배터리 수명을 오랫동안 유지 시키고자 한다.The all-in-one IoT low-power solar LED road sign according to the present invention monitors the voltage of the cell through the IoT sensor and charges it when the function of the cell included in the battery module that supplies power to the solar panel is poor and charging is not performed well. We want to maintain the battery life for a long time by balancing the cells.
본 발명에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판은 센서부가 전류 전압 테이터를 수집하고 통신망을 통해 서버로 전송하여 관리자가 실시간으로 모바일 또는 PC에서 확인이 가능토록 하여, 설치 후 시설물 사후 관리를 제공하여, 설치된 하나 이상의 도로표지 및 교통안전표지판의 고장여부는 물론 태양광 및 배터리의 충전상태를 확인하여 신속한 하자유지보수 및 배터리 성능을 오랫동안 관리 할 수 있도록 하고자 한다.The integrated IoT low-power solar LED road sign according to the present invention collects the current and voltage data by the sensor unit and transmits it to the server through the communication network so that the administrator can check it on the mobile or PC in real time. , it is intended to enable rapid defect maintenance and long-term management of battery performance by checking not only the failure of one or more road signs and traffic safety signs installed, but also the state of charge of solar power and batteries.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판은 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 패널; BMS(Battery Management System) 회로를 포함하며, 상기 전기에너지를 충전하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈로부터 공급되는 전기에너지에 의해 도로표지 및 교통안전표지를 표시하는 표지판; 상기 태양광 패널의 최대효율전압을 감지하여 상기 배터리 모듈을 충전하고, 상기 배터리 모듈로부터 공급되는 전기에너지를 강압하여 제공하는 제어 모듈; 상기 태양광 패널의 전압 상태와 상기 배터리 모듈의 충전 상태를 제공하는 IoT 센서부; 및 상기 태양광 패널의 전압 상태와 상기 배터리 모듈의 충전 상태를 서버로 제공하는 통신 모듈;을 포함하여 구성된다.An integrated IoT low-power solar LED road sign according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problem includes a solar panel for converting sunlight into electrical energy; A battery module comprising a BMS (Battery Management System) circuit and charging the electrical energy; a sign for displaying a road sign and a traffic safety sign by electric energy supplied from the battery module; a control module for charging the battery module by detecting the maximum efficiency voltage of the solar panel, and for providing by stepping down the electric energy supplied from the battery module; an IoT sensor unit providing a voltage state of the solar panel and a charging state of the battery module; and a communication module that provides a voltage state of the solar panel and a state of charge of the battery module to a server.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 모듈은 상기 태양광 패널의 최대효율전압을 감지하여 상기 배터리 모듈을 충전하도록 제어하는 MPPT 컨트롤러; 및 상기 배터리 모듈로부터 공급되는 전기에너지를 강압하여 상기 태양광 패널로 제공하는 강압회로;를 포함하고, 상기 표지판은 광을 조사하는 LED; 상기 LED로부터의 열을 방열하는 히트싱크; 및 상기 LED로부터의 광을 확산시키며, 상기 히트싱크가 결합되는 도광판;을 포함하여 구성될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the control module includes: an MPPT controller for controlling to charge the battery module by sensing the maximum efficiency voltage of the solar panel; and a step-down circuit for providing the solar panel by stepping down the electrical energy supplied from the battery module, wherein the sign includes: an LED for irradiating light; a heat sink for dissipating heat from the LED; and a light guide plate to which the heat sink is coupled to diffuse the light from the LED.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 배터리 모듈은 상기 MPPT 컨트롤러의 배터리 단자에 연결이 되고, 상기 태양광 패널로부터 발생되는 전기에너지는 상기 MPPT 컨트롤러의 PV단자에 연결되고, 상기 표지판의 LED는 MPPT 컨트롤러의 LED 단자에 연결되고, 상기 강압회로는 상기 MPPT 컨트롤러로부터 입력되는 전기에너지를 수신하여 상기 LED로 제공하고, 상기 배터리 모듈의 충전 상태와 충전 전압을 디스플레이를 통해 표시하고, 상기 통신 모듈이 상기 배터리 모듈의 충전, 방전 및 전류량을 서버를 통해 관리자 단말로 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the battery module is connected to the battery terminal of the MPPT controller, the electric energy generated from the solar panel is connected to the PV terminal of the MPPT controller, the LED of the sign is It is connected to the LED terminal of the MPPT controller, and the step-down circuit receives electrical energy input from the MPPT controller and provides it to the LED, and displays the charging state and the charging voltage of the battery module through a display, and the communication module The amount of charging, discharging, and current of the battery module may be provided to the manager terminal through the server.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 강압회로는 상기 표지판의 LED로 공급되는 전압을 조절하여 소비전력과 전류를 낮추어 상기 도광판의 밝기를 일정하게 유지하고, 상기 배터리 모듈은 상기 BMS 회로가 과충전 및 과방전을 차단하고, 전압이 동일하지 않은 셀들간의 밸런스를 조절하고, 상기 IoT 센서부는 상기 태양광 패널 및 상기 배터리 모듈의 충방전 전압 및 전류를 감지하여 데이터를 수집할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the step-down circuit adjusts the voltage supplied to the LED of the sign to lower power consumption and current to keep the brightness of the light guide plate constant, and the battery module has the BMS circuit overcharged. and blocking overdischarge, adjusting the balance between cells having unequal voltages, and collecting data by sensing the charging/discharging voltage and current of the solar panel and the battery module by the IoT sensor unit.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 MPPT 컨트롤러는 상기 태양광 패널의 최대효율전압을 감지하여 상기 태양광 패널이 최대 전력량을 생산하도록 제어하고, 상기 강압회로는 상기 표지판의 복수개의 LED에 직류 전압을 인가 시에, 상기 복수개의 LED에 인가되는 전력량을 강압시켜 상기 LED가 최소전류로 발광되도록 제어하며, 상기 IoT 센서부에서 수집된 정보는 상기 통신 모듈을 통해 서버로 전송되어 빅데이터화 되고, 상기 빅데이터화된 정보는 상기 관리자 단말을 통해 충방전 전압 및 전류가 그래프화되어 제공될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the MPPT controller detects the maximum efficiency voltage of the solar panel and controls the solar panel to produce the maximum amount of power, and the step-down circuit is a direct current to the plurality of LEDs of the sign. When a voltage is applied, the amount of power applied to the plurality of LEDs is stepped down to control the LEDs to emit light with a minimum current, and the information collected from the IoT sensor unit is transmitted to a server through the communication module to become big data, The big data information may be provided by graphing the charging/discharging voltage and current through the manager terminal.
본 발명은 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판 의 부조일수를 늘리기 위해, 강압회로로 전압을 다운시키고 MPPT 컨트롤러를 이용해 태양광 패널의 최대효율전압을 감지하여 배터리 모듈을 충전함으로써, 저전류 태양광 LED 표지판을 제공하여 장마철이나 겨울철 등 일조량이 적은 날에도 하루 15시간 기준 최소 20일이상 발광토록 하여 야간운전자 사고를 예방할 수 있다.The present invention is a low-current solar LED by reducing the voltage with a step-down circuit and charging the battery module by detecting the maximum efficiency voltage of the solar panel using the MPPT controller to increase the number of days of relief of the integrated IoT low-power solar LED road sign. By providing a sign, it is possible to prevent nighttime driver accidents by making the light illuminate for at least 20 days based on 15 hours a day even on days when there is little sunlight such as the rainy season or winter.
또한, 태양광 에너지를 충전시키는 배터리의 종류에 따라 리튬인산철, 리튬폴리머, 니켈수소 및 납축전지등이 있으나, 본 발명에 따르면 수명 사이클(Cycle) 및 충전속도 효율이 가장 좋은 리튬인산철 배터리 셀을 용량에 따라 직렬 병렬 조합하여 일조량이 적은 날에도 단 2 ~ 3시간만에 완충시킬 수 있다.In addition, there are lithium iron phosphate, lithium polymer, nickel hydride and lead acid batteries depending on the type of battery that charges solar energy, but according to the present invention, lithium iron phosphate battery cell with the best life cycle and charging rate efficiency By combining in series and parallel according to capacity, it can be fully charged in just 2 to 3 hours even on days with little sunlight.
또한, 본 발명에 따르면 IoT 센서부에 의해 수집되는 데이터는 부조일수 및 표지판의 작동여부는 물론 배터리의 충전상태를 관리자가 실시간 확인하여 배터리의 성능을 오랜 기간 유지 및 관리할 수 있으며, 도로에 설치되는 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판의 현장에 직접 가지 않고도, 관리자가 모바일 또는 관제센터에서 모니터링하여 신속한 A/S 및 표지판 상태를 확인할 수 있다.In addition, according to the present invention, the data collected by the IoT sensor unit can maintain and manage the performance of the battery for a long period of time by checking the number of days of assistance and the operation of the sign, as well as the state of charge of the battery in real time, and is installed on the road. Without going to the site of the integrated IoT low-power solar LED road sign, the manager can monitor it from the mobile or control center and check the status of the sign and prompt A/S.
본 발명에 따르면 악천후 및 태양광 충전 환경이 좋지 않은 지역의 LED 도로표지판 및 교통안전표지판의 설치 시에, 표지판이 설치되는 지역의 주변 환경에 구애 받지 않고 부조일수를 최대한 늘리고 날씨 영향에 따라 악천후에도 야간에 꺼지는 일이 없도록 하여 운전자에게 24시간 도로표지 및 교통안전표지 정보전달을 제공하여 교통사고를 예방할 수 있다.According to the present invention, when installing LED road signs and traffic safety signs in areas with bad weather and poor solar charging environment, the number of relief days is maximized regardless of the surrounding environment of the area where the signs are installed, and even in bad weather due to the influence of the weather Traffic accidents can be prevented by providing drivers with 24-hour road signs and traffic safety signs information so that they do not turn off at night.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지 및 교통안전표지 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판의 구성도이다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판에 표시되는 정보를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 표지판의 내부 구성도이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 제어 모듈을 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 IoT 센서부의 구성을 도시한 도면이다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 관리자 단말을 통해 제공되는 정보를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 관리자 단말을 통해 제공되는 배터리의 정보를 도시한 그래프이다.
도 12은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판의 외관과 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic diagram of an integrated IoT low-power solar LED road sign and traffic safety sign system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an integrated IoT low-power solar LED road sign according to an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of an integrated IoT low-power solar LED road sign according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating information displayed on an integrated IoT low-power solar LED road sign according to an embodiment of the present invention.
5 is an internal configuration diagram of a sign according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a control module according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 are diagrams for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating the configuration of an IoT sensor unit according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating information provided through a manager terminal according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph illustrating battery information provided through a manager terminal according to an embodiment of the present invention.
12 is a view for explaining the appearance and operation method of an integrated IoT low-power solar LED road sign according to an embodiment of the present invention.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다. The present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings and embodiments.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that the technical terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention should be interpreted as meanings generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined in particular in the present invention, and excessively comprehensive It should not be construed in the meaning of a human being or in an excessively reduced meaning. In addition, when the technical term used in the present invention is an incorrect technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be understood by being replaced with a technical term that can be correctly understood by those skilled in the art. In addition, general terms used in the present invention should be interpreted as defined in advance or according to the context before and after, and should not be interpreted in an excessively reduced meaning.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various elements or several steps described in the invention, some of which elements or some steps are included. It should be construed that it may not, or may further include additional components or steps.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.In addition, terms including ordinal numbers such as first, second, etc. used in the present invention may be used to describe the components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easy understanding of the spirit of the present invention, and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지 및 교통안전표지 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판을 도시한 도면이다.1 is a schematic diagram of an integrated IoT low-power solar LED road sign and traffic safety sign system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an integrated IoT low-power solar LED road sign according to an embodiment of the present invention. It is a drawing.
또한, 도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판에 표시되는 정보를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 표지판의 내부 구성도이고, 도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 제어 모듈을 도시한 도면이다.In addition, FIG. 4 is a view showing information displayed on an integrated IoT low-power solar LED road sign according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an internal configuration diagram of the sign according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram illustrating a control module according to an embodiment of the present invention.
또한, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 IoT 센서부의 구성을 도시한 도면이다.7 and 8 are diagrams for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing the configuration of an IoT sensor unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판(100)은 태양광 에너지를 이용해 발광시키는 도로표지판 및 교통안전표지판으로서, 부조일수를 늘리고, 배터리 수명을 오랫동안 유지하여, 지속적인 유지보수와 모니터링이 가능한 도로표지 및 교통안전표지 시스템을 제공할 수 있다.The integrated IoT low-power solar
이를 위하여, 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판(100)은 태양광 패널(110)에서 생산되는 태양광 에너지를 이용해 표지판(120)의 LED를 발광시키고, 제어 모듈(130)의 MPPT(Maximum power point tracking) 컨트롤러의 제어에 의해 태양광 패널(110)의 부조일수를 늘리도록 하고, 강압회로를 통해 전압을 강압하여 오랜 기간 발광하도록 한다.To this end, the integrated IoT low-power solar
또한, 상기 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판(100)은 IoT 센서부에서 수집되는 정보를 무선통신을 통해 서버(200)로 전송하고, 이와 같이 전송된 정보를 관리자 단말(300)로 제공하여 실시간으로 고장 여부 및 충방전 상태를 확인하도록 할 수 있다.In addition, the integrated IoT low-power solar
도 2를 참조하면, 상기 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판 및 교통안전표지판(100)은 태양광 패널(110), 지주에 부착되는 표지판(120) 및 함체에 구비되는 제어 모듈(130)을 포함하여 구성될 수 있으며, 보다 상세하게는 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판(100)은 태양광 패널(110), 배터리 모듈(132), 표지판(120), 제어 모듈(130), IoT 센서부(136) 및 통신 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.2, the IoT low-power solar LED road sign and
상기 태양광 패널(110)은 태양광을 전기에너지로 변환하고, 배터리 모듈(132)은 BMS(Battery Management System) 회로를 포함하며, 상기 전기에너지를 충전한다.The
상기 표지판(120)은 상기 배터리 모듈로부터 공급되는 전기에너지에 의해 도로표지 및 교통안전표지를 표시하고, 상기 제어 모듈(130)은 상기 태양광 패널(110)의 최대효율전압을 감지하여 상기 배터리 모듈(132)을 충전하고, 상기 배터리 모듈(132)로부터 공급되는 전기에너지를 강압하여 제공할 수 있다.The
보다 구체적으로, 상기 제어 모듈(130)은 MPPT 컨트롤러(131) 및 강압회로(135)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 MPPT 컨트롤러(131)는 상기 태양광 패널(110)의 최대효율전압을 감지하여 상기 태양광 패널(110)이 최대 전력량을 생산하도록 제어하여 상기 배터리 모듈(132)이 충전되도록 할 수 있다.More specifically, the
본 발명의 일실시예에 따르면, MPPT 컨트롤러(131)를 이용한 제어를 보다 상세하게 설명하면, 예를 들어 태양광 패널의 전압이 18 V이다 하더라도, 태양광 컨트롤러를 통해 배터리 모듈(132)로 충전되는 전압은 배터리 모듈(132)의 만충 전압에 맞춰진다. 배터리 한 셀 당, 3.2 V이고 완충 전압이 약 3.7 V인 경우 4셀을 직렬로 연결하면 14.8 V가 되므로 12 V ~ 14.8 V로 충전을 해야 하며, 이런 경우 20 V 전압으로 충전을 하면 배터리 모듈(132)이 손상된다. 따라서, 태양광 컨트롤러가, 14.8 V 보다 약간 높은 15 ~ 18 V 전압을 필요로 하고 이것을 유지하면서 배터리 모듈(132)로 충전을 시킨다. 그러나, 배터리 모듈(132)이 충전 중일 때는 충전전압이 변경이 되며, 이때 상기 MPPT 컨트롤러(131)는 변경되는 전압을 최대효율전압 약 18 V와 근접하거나 또는 가장 효율적인 전압을 찾아 충전전압으로 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, if the control using the
상기 강압회로(135)는 상기 배터리 모듈(132)로부터 공급되는 전기에너지를 강압하여 상기 태양광 패널(110)로 제공할 수 있으며, 상기 표지판(120)의 복수개의 LED에 직류 전압을 인가 시에, 상기 복수개의 LED에 인가되는 전력량을 강압시켜 상기 LED가 최소전류로 발광되도록 제어할 수 있다.The step-down
상기 IoT 센서부(136)는 상기 태양광 패널의 전압 상태와 상기 배터리 모듈(132)의 충전 상태를 감지하고, 상기 통신 모듈은 상기 태양광 패널(110)의 전압 상태와 상기 배터리 모듈(132)의 충전 상태를 서버(220)로 제공한다.The
도 4에 도시된 바와 같이 표지판(120)은 배터리 모듈(132)로부터 공급되는 전기에너지에 의해 도로표지 및 교통안전표지를 표시할 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 표지판(120)은 광을 조사하는 LED(121), 상기 LED(121)로부터의 열을 방열하는 히트싱크(122) 및 상기 LED(121)로부터의 광을 확산시키며, 상기 히트싱크(122)가 결합되는 도광판(123)을 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 4 , the
태양광 패널(110)이 태양광을 전기에너지로 변환하면, BMS(Battery Management System) 회로를 포함하는 배터리 모듈(132)은 상기 전기에너지를 충전한다. 그에 따라, 상기 표지판(120)은 상기 배터리 모듈(110)로부터 공급되는 전기에너지에 의해 도로표지 및 교통안전표지를 표시할 수 있다.When the
또한, 도 6를 참조하면 함체 안에는 MPPT 컨트롤러(131), 배터리(132), 강압회로(135) 및 IoT 센서부(136)를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, referring to FIG. 6 , an
제어 모듈(130)은 상기 태양광 패널(110)의 최대효율전압을 감지하여 상기 배터리 모듈(132)을 충전하고, 상기 배터리 모듈(132)로부터 공급되는 전기에너지를 강압하여 제공한다.The
보다 상세하게 설명하면, 상기 제어 모듈(130)은 MPPT 컨트롤러(131)와 강압회로(135)를 포함하고, 상기 MPPT 컨트롤러(131)는 상기 태양광 패널(110)의 최대효율전압을 감지하여 상기 배터리 모듈(132)을 충전하도록 제어하고, 상기 강압회로(135)는 상기 배터리 모듈(132)로부터 공급되는 전기에너지를 강압하여 상기 태양광 패널(110)로 제공한다. 이때, 상기 강압회로(135)는 표지판(120)의 LED로 공급되는 전압을 조절하여 소비전력과 전류를 낮추면서도 표지판(120)의 밝기를 일정하게 유지할 수 있다.In more detail, the
상기 배터리 모듈(132)은 상기 MPPT 컨트롤러(131)의 배터리 단자에 연결이 되고, 상기 태양광 패널(110)로부터 발생되는 전기에너지는 상기 MPPT 컨트롤러(131)의 PV단자에 연결되고, 상기 표지판(120)의 LED는 MPPT 컨트롤러(131)의 LED 단자에 연결되고, 상기 강압회로(135)는 상기 MPPT 컨트롤러(131)로부터 입력되는 전기에너지를 수신하여 상기 LED로 제공하고, 상기 배터리 모듈(132)의 충전 상태와 충전 전압을 디스플레이를 통해 표시할 수 있으며, 이때 통신 모듈이 상기 배터리 모듈(132)의 충전, 방전 및 전류량을 서버(200)를 통해 관리자 단말(300)로 제공할 수 있다.The
보다 구체적으로, 태양광 패널(110)의 +, - 단자가 함체안의 MPPT 컨트롤러(131)의 +, - 태양광 패널 단자에 연결되고, 배터리의 +, - 단자는 MPPT 컨트롤러(131)의 배터리 단자와 연결되고, 표지판(120)의 LED의 연결선은 강합회로(135)의 출력단의 +, - 단자와 연결되고, 강압회로(135)의 입력단의 +, - 단자는 MPPT 컨트롤러(131)의 LED 단자와 연결되도록 구성될 수 있다.More specifically, the +, - terminals of the
이와 같이 구성되는 DC/DC 전압 변환기 형태의 강압회로(135)로 인하여 MPPT 컨트롤러(131)는 최대전력 점 추적 시에 더 낮은 전압에서도 추가 전류로 변환할 수 있다.Due to the step-down
배터리 모듈(132)은 BMS 회로(134)에서 과충전 및 과방전을 차단하고, 전압이 동일하지 않은 셀들(133)간의 밸런스를 조절할 수 있으며, 이때 BMS 회로(134)는 배터리 모듈의 배터리 셀 전압을 동일하게 유지시킬 수 있다.The
도 7 및 도 8을 참조하면, 배터리 모듈(132)은 원통 형태의 리튬 인산철 셀이 직렬 병렬로 연결되도록 구성될 수 있으며, 배터리 용량은 부하량에 따라 24Ah 용량 제작시 4S4P, 즉 3.2 Volt 6Ah 원통형 낱개 셀을 4개 직렬 연결하여, 12.8 Volt 전압으로 맞추고, 이러한 12.8 Volt 4개셀을 병렬 연결하여 용량 24Ah의 배터리 용량을 만들 수 있다.7 and 8 , the
LED의 부하량을 조절하기 위해, 표지판(120)의 LED와 강압회로(135)가 연결되고, 강압회로(135)의 전압은 DC 12 V, LED 사용시 9~10 Volt 전압으로 맞춰서 연결할 수 있다.In order to adjust the load of the LED, the LED of the
도 9을 참조하면, IoT 센서부는 태양광 패널 및 상기 배터리 모듈의 충방전 전압 및 전류를 감지하여 데이터를 수집하며, 제어 모듈에 의해 제어되는 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서 및 습도 센서를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the IoT sensor unit collects data by sensing the charging/discharging voltage and current of the solar panel and the battery module, and includes a current sensor, a voltage sensor, a temperature sensor, and a humidity sensor controlled by the control module. can be configured.
상기 IoT 센서부에서 수접된 정보는 통신 모듈에서 무신통신 라우터 통해 서버(200)로 전송되어 빅데이터화되어 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판의 효율적인 제어와 관리자에게로의 정보 제공에 사용될 수 있다.The information received from the IoT sensor unit is transmitted from the communication module to the
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 관리자 단말을 통해 제공되는 정보를 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 관리자 단말을 통해 제공되는 배터리의 정보를 도시한 그래프이다.10 is a diagram illustrating information provided through a manager terminal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a graph illustrating battery information provided through a manager terminal according to an embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이 서버(200)로 전송된 데이터는 설치된 장소의 이름과 필요한 정보 데이터, 온도, 습도 및 전압 전류로 구성되어 관리자 단말(300)로 제공될 수 있다.As shown in FIG. 10 , the data transmitted to the
따라서, 도 11에 도시된 바와 같이 관리자는 관리자 단말(300)을 통해 충방전 전압 및 전류가 그래프로 확인할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 11 , the manager can check the charge/discharge voltage and current in a graph through the
도 12은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판의 외관과 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.12 is a view for explaining the appearance and operation method of an integrated IoT low-power solar LED road sign according to an embodiment of the present invention.
도 12을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판은 30와트(Wh) 용량의 교통안전표지 전력량을 강압회로로 전력량 1와트(Wh) 소비전류 약 100mAh 로 40Ah 용량의 인산철 배터리로 완충 후 하루 15시간 기준 부조일수 25일동안 발광시킬 수 있다.12 , the integrated IoT low-power solar LED road sign according to an embodiment of the present invention uses a 30 watt (Wh) capacity traffic safety sign wattage as a step-down circuit, 1 watt (Wh) wattage current consumption, about 100mAh, 40Ah capacity It can emit light for 25 days based on 15 hours a day after being fully charged with an iron phosphate battery of
이와 같이, 본 발명에 따르면 LED 표지판에 강압회로(Step down)를 통해 전자회로 장치가 장착되어 저 전류로 오랫동안 지속 발광 시킬 수 있으며, MPPT 컨트롤러가 태양광 패널의 최대효율전압을 감지하여 배터리 모듈을 충전시킴으로써, 별도의 전기설치 없이 설치 장소에 구애 받지 않고, 날씨가 흐린 날 태양광 없이도 태양광 LED 표지판의 부조일수를 최대로 늘리 수 있다.As described above, according to the present invention, an electronic circuit device is mounted on the LED sign through a step-down circuit so that it can continuously emit light with a low current for a long time, and the MPPT controller detects the maximum efficiency voltage of the solar panel to control the battery module. By charging, it is possible to maximize the number of days of relief of the solar LED sign without the need for additional electricity installation, regardless of the installation location, and without sunlight on cloudy days.
따라서, 본 발명에 따른 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판은 태양광 충전이 약한 날씨나 또는 지역에서, 특히 장마철 및 겨울에 일조량이 짧아 배터리 충전이 되지 않고 있는 문제를 해결할 수 있으며, 악천후 에도 태양광 효율을 극대화 하여 날씨의 영향으로 야간에 꺼지는 일이 없이 부조일수를 연장하면서 발광하여, 운전 사고를 예방 및 쉽게 표지판을 식별하도록 할 수 있다.Therefore, the integrated IoT low-power solar LED road sign according to the present invention can solve the problem that the battery is not charging due to the short amount of sunlight in the weather or regions where solar charging is weak, especially in the rainy season and winter. By maximizing efficiency, it does not turn off at night due to the influence of weather, and it emits light while extending the number of days of assistance, so that it is possible to prevent driving accidents and easily identify signs.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the detailed description of the present invention as described above, specific embodiments have been described. However, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. The technical spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments of the present invention, and should be defined by the claims as well as the claims and equivalents.
100: IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판 및 교통안전표지판
110: 태양광 패널
120: 표지판
121: LED
122: 히트싱크
123: 도광판
130: 제어 모듈
131: MPPT 컨트롤러
132: 배터리 모듈
135: 강압회로
136: IoT 센서부
200: 서버
300: 관리자 단말100: IoT low-power solar LED road signs and traffic safety signs
110: solar panel
120: sign
121: LED
122: heat sink
123: light guide plate
130: control module
131: MPPT controller
132: battery module
135: step-down circuit
136: IoT sensor unit
200: server
300: administrator terminal
Claims (5)
BMS(Battery Management System) 회로를 포함하며, 상기 전기에너지를 충전하는 배터리 모듈;
상기 배터리 모듈로부터 공급되는 전기에너지에 의해 도로표지 및 교통안전표지를 표시하는 표지판;
상기 태양광 패널의 최대효율전압을 감지하여 상기 배터리 모듈을 충전하고, 상기 배터리 모듈로부터 공급되는 전기에너지를 강압하여 제공하는 제어 모듈;
상기 태양광 패널의 전압 상태와 상기 배터리 모듈의 충전 상태를 제공하는 IoT 센서부; 및
상기 태양광 패널의 전압 상태와 상기 배터리 모듈의 충전 상태를 서버로 제공하는 통신 모듈;을 포함하는 도로 표지판이고,
상기 제어 모듈은,
상기 태양광 패널의 최대효율전압을 감지하여 상기 배터리 모듈을 충전하도록 제어하는 MPPT 컨트롤러; 및
상기 배터리 모듈로부터 공급되는 전기에너지를 강압하여 상기 태양광 패널로 제공하여 상기 표지판의 LED가 최소전류로 발광되도록 제어하는 강압회로;를 포함하며,
상기 표지판은,
광을 조사하는 LED;
상기 LED로부터의 열을 방열하는 히트싱크; 및
상기 LED로부터의 광을 확산시키며, 상기 히트싱크가 결합되는 도광판;
을 포함하고,
상기 표지판의 LED와 강압회로가 연결되고, 상기 강압회로의 전압은 DC 12 V, LED 사용시 9~10 Volt 전압으로 연결되며,
상기 태양광 패널의 +, - 단자가 함체안의 MPPT 컨트롤러의 +, - 태양광 패널 단자에 연결되고, 배터리의 +, - 단자는 MPPT 컨트롤러의 배터리 단자와 연결되고, 표지판의 LED의 연결선은 강압회로의 출력단의 +, - 단자와 연결되고, 상기 강압회로의 입력단의 +, - 단자는 MPPT 컨트롤러의 LED 단자와 연결되도록 구성되고,
상기 도로표지판은 30와트 용량의 전력량을 강압회로로 전력량 1와트(Wh) 소비전류 100mAh 로 40Ah 용량의 인산철 배터리로 완충 후 하루 15시간 기준 부조일수 25일 동안 발광시키는, 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판.
A solar panel that converts sunlight into electrical energy;
A battery module comprising a BMS (Battery Management System) circuit and charging the electrical energy;
a sign for displaying a road sign and a traffic safety sign by electric energy supplied from the battery module;
a control module for charging the battery module by sensing the maximum efficiency voltage of the solar panel, and providing by stepping down the electric energy supplied from the battery module;
an IoT sensor unit providing a voltage state of the solar panel and a charging state of the battery module; and
A road sign including; a communication module for providing the voltage state of the solar panel and the charging state of the battery module to a server,
The control module is
MPPT controller for controlling to charge the battery module by sensing the maximum efficiency voltage of the solar panel; and
A step-down circuit for controlling the LED of the sign to emit light with a minimum current by stepping down the electrical energy supplied from the battery module and providing it to the solar panel.
The sign is
LED for irradiating light;
a heat sink for dissipating heat from the LED; and
a light guide plate to diffuse the light from the LED and to which the heat sink is coupled;
including,
The LED of the sign and the step-down circuit are connected, and the voltage of the step-down circuit is DC 12 V, and when using the LED, the voltage is connected to 9-10 Volts,
The + and - terminals of the solar panel are connected to the + and - solar panel terminals of the MPPT controller in the housing, the + and - terminals of the battery are connected to the battery terminals of the MPPT controller, and the connection line of the LED of the sign is a step-down circuit. connected to the + and - terminals of the output terminal of the step-down circuit, and the + and - terminals of the input terminal of the step-down circuit are configured to be connected to the LED terminal of the MPPT controller,
The road sign is an all-in-one IoT low-power solar LED that emits light for 25 days of relief based on 15 hours a day after being fully charged with a 40Ah capacity iron phosphate battery with a power consumption of 1 watt (Wh) with a step-down circuit of 30 watts. road sign.
상기 배터리 모듈은 상기 MPPT 컨트롤러의 배터리 단자에 연결이 되고,
상기 태양광 패널로부터 발생되는 전기에너지는 상기 MPPT 컨트롤러의 PV단자에 연결되고,
상기 표지판의 LED는 MPPT 컨트롤러의 LED 단자에 연결되고,
상기 강압회로는 상기 MPPT 컨트롤러로부터 입력되는 전기에너지를 수신하여 상기 LED로 제공하고,
상기 배터리 모듈의 충전 상태와 충전 전압을 디스플레이를 통해 표시하고,
상기 통신 모듈이 상기 배터리 모듈의 충전, 방전 및 전류량을 서버를 통해 관리자 단말로 제공하는 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판.
The method according to claim 1,
The battery module is connected to the battery terminal of the MPPT controller,
Electrical energy generated from the solar panel is connected to the PV terminal of the MPPT controller,
The LED of the sign is connected to the LED terminal of the MPPT controller,
The step-down circuit receives electrical energy input from the MPPT controller and provides it to the LED,
Displaying the charging state and charging voltage of the battery module through a display,
An integrated IoT low-power solar LED road sign in which the communication module provides the charging, discharging and current amount of the battery module to the manager terminal through the server.
상기 강압회로는,
상기 표지판의 LED로 공급되는 전압을 조절하여 소비전력과 전류를 낮추어 상기 도광판의 밝기를 일정하게 유지하고,
상기 배터리 모듈은,
상기 BMS 회로가 과충전 및 과방전을 차단하고, 전압이 동일하지 않은 셀들간의 밸런스를 조절하고,
상기 IoT 센서부는,
상기 태양광 패널 및 상기 배터리 모듈의 충방전 전압 및 전류를 감지하여 데이터를 수집하는 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판.
The method according to claim 1,
The step-down circuit is
Controlling the voltage supplied to the LED of the sign to lower power consumption and current to keep the brightness of the light guide plate constant,
The battery module is
The BMS circuit blocks overcharging and overdischarging, and adjusts the balance between cells with unequal voltages,
The IoT sensor unit,
An integrated IoT low-power solar LED road sign that collects data by sensing the charging/discharging voltage and current of the solar panel and the battery module.
상기 MPPT 컨트롤러는,
상기 태양광 패널의 최대효율전압을 감지하여 상기 태양광 패널이 최대 전력량을 생산하도록 제어하고,
상기 강압회로는,
상기 표지판의 복수개의 LED에 직류 전압을 인가 시에, 상기 복수개의 LED에 인가되는 전력량을 강압시켜 상기 LED가 최소전류로 발광되도록 제어하며,
상기 IoT 센서부에서 수집된 정보는 상기 통신 모듈을 통해 서버로 전송되어 빅데이터화 되고,
상기 빅데이터화된 정보는 관리자 단말을 통해 충방전 전압 및 전류가 그래프화되어 제공되는 일체형 IoT 저전력 태양광 LED 도로표지판.
The method according to claim 1,
The MPPT controller is
Control the solar panel to produce the maximum amount of power by sensing the maximum efficiency voltage of the solar panel,
The step-down circuit is
When a DC voltage is applied to the plurality of LEDs of the sign, the amount of power applied to the plurality of LEDs is stepped down to control the LEDs to emit light with a minimum current,
The information collected by the IoT sensor unit is transmitted to the server through the communication module to become big data,
The big data information is an integrated IoT low-power solar LED road sign that is provided by graphing the charging/discharging voltage and current through the manager terminal.
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