Bluetooth 무선 통신 기능을 이용한 LED 조명시스템 설계 :Study on Design of LED Lighting System using Bluetooth Wireless Communcation

김혜명

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김혜명 (원광대학교, 원광대학교 대학원)

지도교수: 박대희

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2015

Bluetooth 무선 통신 기능을 이용한 LED 조명시스템 설계

김혜명 , 양우석 , 조영식 외 1명 조명·전기설비학회논문지 2015.02 학술저널

Bluetooth 무선 통신 기능을 이용한 LED 조명시스템 설계

김혜명 정보통신공학과 2015.01 학위논문

2014

Bluetooth 무선 통신 기능을 이용한 LED 조명시스템 설계

김혜명 , 양우석 , 오상호 외 4명 대한전기학회 학술대회 논문집 2014.07 학술대회자료

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최근 조명시스템은 조명방식의 효율성과 사용자의 편리성을 확보하기 위해 근거리 무선 통신과 센서 네트워크를 융합하는 형태로 연구가 진행되고 있다. 네트워크 기반 조명제어 기술은 조명 제어에 의한 에너지 절감 및 효율을 극대화하기 위한 것으로 Digital Addressable Lighting Interface(DALI), RS-485, RF/ETHERNET, Zigbee, Bluetooth 등 유 ? 무선 통신 네트워크 모듈을 통한 조명제어를 하게 된다. 또한 각종 센서 연계를 통해 조도분석, 광량의 조절, 조도 정보수집 등의 정보를 수집하는 센서 인터페이스를 이용하여 조명 에너지 사용의 최적 설계를 하고 있다.
본 논문에서는 조명시스템을 제어하기 위한 수단으로 모바일 어플리케이션과 블루투스 무선통신을 이용하여 조명을 컨트롤함으로써 사용자의 편리성과 효율성을 극대화 할 수 있는 조명시스템을 설계하였다. 각각 개별로 동작하는 센서 모듈(인지, 조도, 온도 센서)을 단일 Printed Circuit Board(PCB)에 설계하여 멀티센서 보드를 구성하였고, 이 멀티센서로부터 얻어지는 환경 데이터 값을 모바일 기기를 이용하여 사용자가 확인할 수 있도록 하였다. 설계된 조명시스템은 단순 온/오프 기능, Lighting Emitting Diode(LED) 조명의 디밍 컨트롤, 조명기기에 따른 색온도 조절이 가능하도록 하였으며 제어 어플리케이션을 통해 두 종류로 구성된 LED Chip의 밝기를 제어하였다. 해당 밝기에 대한 색온도 값을 분광방사휘도계인 CS-1000을 이용하여 총 8번 측정하였다. 실험 결과 Warm White LED가 100% 밝기인 3187K부터 Cool White LED가 100% 밝기인 5598K까지 색온도 변화가 가능한 것을 확인할 수 있었고, 이를 통해 상황에 맞는 색온도를 사용자가 변경함으로써 조명제어의 효율을 높일 수 있도록 하였다.. 전체적인 제어 역할을 하는 Micro Controller Unit(MCU)인 CC2541은 Bluetooth Low Energy 기반의 Bluetooth 4.0버전으로 저전력소비와 다중 기기들과의 접속이 가능한 점을 보완하여 무선 조명시스템에 주로 사용되고 있는 Zigbee의 장점을 가지고 있다. 이는 이미 많은 휴대 무선기기에 탑재가 되어 있는 Bluetooth의 확장성을 더욱 좋게 하며 특별한 제어장치를 가지고 있지 않더라도 손쉽게 주변에서 조명시스템과 연동하여 조명을 제어할 수 있는 기기의 선택폭이 넓어지는 장점을 가진다.

Recently, the studies on lighting systems have been arranged by the form that near field communication and sensor networks are combined with each other to secure efficiency of lighting methods and convenience of users. Network-based lighting control technologies control lighting through wire and wireless communication networks including DALI, RS-485, RF/ETHERNET, Zigbee, and Bluetooth to reduce energy and maximize efficiency by lighting control. And optimal design to use lighting energy is done by using the sensor interface which collects information including analyses of illumination, control of the intensity of radiation, and information collection through connection of all kinds of sensors.
This paper composed multi-sensor boards by designing the sensor modules which individually operate (Motion, illuminance, and temperature sensors) in a single Printed Circuit Board(PCB) and made users check the environmental data values from this multi-sensor by using mobile equipment. The designed lighting system was designed to enable the simple on/off functions, LED lighting’s dimming control, and adjustment of color temperature according to lighting equipment. And it controled brightness of LED chips of two types through control application. Color temperature values about applicable brightness were eight times measured by using CS-1000 which is a spectroradiometer. The test result could be found that color temperature can be changed from 3187K that Warm White LED’s brightness is 100% to 5598K that Cool White LED’s brightness is 100%. And efficiency of lighting control was raised as users changed color temperature which meets situations through this. CC2541, the Micro Controller Unit(MCU) which plays the role of overall control, has advantages of Zigbee which is usually used in wireless lighting systems by supplementing the point that low power consumption and connection to redundant equipment are possible as Bluetooth 4.0 version based on Bluetooth Low Energy. This has the advantages that expandability of Bluetooth in many of the existing cell phones is better and more various instruments which can control lighting by interlocking them with lighting systems near them easily can be chosen even though there are not special control devices.

제 1 장 서 론 1
제 1 절 연구 배경 1
제 2 절 연구목적 및 범위 3
제 2 장 이론적 배경 4
제 1 절 조명제어시스템의 개념 4
1. 조명제어시스템의 기능 5
2. 스마트 조명 국내 ? 외 연구동향 10
제 2 절 조명제어시스템의 현황 13
1. 기존 조명제어시스템의 문제점 15
2. 무선 네트워크 기술 18
제 3 장 LED 조명시스템 설계 및 구현 23
제 1 절 Bluetooth 기반 LED 조명시스템 설계 23
1. 조명제어시스템의 목적 23
2. 조명제어시스템의 구성 23
제 2 절 Bluetooth 기반 LED 조명시스템 구현 28
1. LED 광원 28
2. 로컬 컨트롤러 28
3. LED Driver 29
4. 멀티센서 31
5. 모바일 제어 어플리케이션 33
6. Bluetooth 기반의 조명제어시스템 34
제 4 장 실험 및 결과고찰 36
1. 실험방법 37
2. 실험결과 38
제 5 장 결 론 40

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