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제 출 문

소방방재청장 귀하

본 보고서를 “ 차세대 핵심소방안전기술개발사업에 관한 연구과제 (세부과제 “인공

지능형 광점멸(LED) 피난유도라인 시스템에 관한 연구”)” 의 보고서로 제출합니다.

2008. 10.

주관연구기관명 ：디씨엑스(주)

주관연구책임자 ：한 종 석

연 구 원 ：신 영 관

〃 : 신 성 철

〃：남 용 석

위탁연구기관명 ：삼성전기(주)

협동연구책임자 ：윤 여 송

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보고서 초록

과제관리

번 호

해당단계

연구기간단계구분 (해당단계) / (총단계)

연구사업명 차세대핵심소방안전기술개발사업신규과제

연구과제명

중과제명

세부(단위)

과제명인공지능형 광점멸(LED) 피난유도라인 시스템

연구책임자 한 종 석해당단계 참여

연구원 수

총 ： 16명

내부： 7명

외부： 9명

해당단계

연구비

정부: 150,000천원

기업: 58,000천원

계: 208,000천원

연구기관명및

소속부서명

디씨엑스(주)

연구개발부참여기업명 디씨엑스(주), 금성방재

국제공동연구 상대국명： 상대국연구기관명 :

위탁연구 연구기관명： 삼성전기(주) 연구책임자： 윤 여 송

요약(연구결과를 중심으로 개조식 500자이내)보고서

면 수

1. 화재탐지기와 연동 화재위치 자동인지 LED 자동 점멸 비상유도 시스템

듀얼센서 장착과 리모트 컨트롤이 가능하고, 화재탐지기와 연동하여 탐지기

에서 발신되는 화재 탐지신호에 의하여 자동으로 비상 동작하여 화재 역방

향 유도 기능을 가진 시스템으로 양방향 LED 피난유도라인 시스템을 개발

하였음.

2. 지하철 및 대형 건물 긴급 피난유도라인 시스템 개발

PWM 회로 적용 장치되어진 고휘도 LED가 비상 시 점멸 상태로 동작하여

피난자로 하여금 정전과 연기속에서도 최소 30분이상 자체 내장 배터리로

동작하여 지하철 및 대형 건물에서 긴급 대피가 가능한 피난 유도라인 시스

템 개발하였음.

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3. 비상 시 조도향상(최대 휘도) 피난유도 방향 지시

일반 동작 시 다양한 문장 구현 시 최대휘도 대비 70 ~ 80% 동작 중 비상

시 최대휘도 점 멸 동작으로 이용자에게 위험 및 화재 등 비상사태 인지

대피방향 안전 유도 시스템 개발

4. 시각 장애인용 음성 피난유도 방향 지시 동시 동작 시스템 개발

화재 감지 시 시각 장애인을 위한 음성 피난 유도장치 자동 동작 시스템

개발

(화재 방향 음성 유도장치 자동 off 및 화재 역방향 음성장치 동작 시스템)

5. 평상 시 홍보 및 안전 문구 구현, 화재발생 시 비상 적색 방향표시 점멸자동

동작 인공지능형 피난 유도등 시스템 개발(비상 시 서치라이트 자동 점등 기

능 포함)

평상 시 On - Line PC제어와 자체개발한 리모콘 제어를 통하여 유, 무선

일반광고 및 안전 문구를 구현하고, 화재 및 비상시 R형 수신기의

ON-LINE제어를 통해 자동으로 적색 방향 표시등으로 전환되는 On - Line

제어가 가능한 인공지능형 피난 유도라인 시스템을 개발 완료하였음.

색 인 어

(각 5개 이상)

한 글자동방향동작, 엘이디 유도라인, 음성유도장치, 온라인 제어,

이중 휘도 제어

영 어Automatic Direction Movement, LED-guide-line,

sound-guide device, On-Line control, Dual-intensity control

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요 약 문

Ⅰ. 제 목

인공지능형 광점멸(LED) 피난유도라인 시스템

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성

소수의 LED를 사용하는 초절전형임에도 높은 시인성을 가지는 유도 라이트 라인으로

전원에 따라 LED의 조도가 스스로 변하고 커버의 내부에 다양한 문자를 Display 할 수 있어

안전과 홍보의 효과를 동시에 얻을 수 있고, 구조물의 내외부에 용이하게 설치할 수 있는구조

적 특성을 가지며 안전을 도모해야할 건물 구조물 내외에서 사용이 가능한 안전 유도 라인을

개발하고자 한다. 특히 설치되는 장소 및 위치에 따라 그 동작의 조절을 외부 컨트롤 및 단자

연결 시스템으로 전환이 가능함은 물론 화재 또는 비상사태가 발생 하여, 전원 차단 시 내부에

장치되어진 비상 회로가 자동으로 동작하여 기 충전 되어진 충전지의 전원으로 적색등을 비상

점멸하여 이용객들이 안전하게 대피 할 수 있는 유도등의 기능까지 할 수 있는 상품을 개발은

물론 종합 소방 방재실에서 ON-LINE제어가 가능한 인공지능형 피난유도라인 시스템을

개발하여 시고 발생 방지는 물론 사고 발생 후 이용객을 빠르고 안전하게 대피할 수 있도록

하여 대형 사고를 예방할 수 있는 제품으로 개발하고자 한다.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위

본 과제는 사회의 발달에 의하여 건축물이 대형화되고 특히, 지상공간의 부족으로 지

하 시설이 복잡 다양화함에 따라 지하 시설의 이용이 증대되고 있다. 이러한 지하 시설의

증대와 이용객들의 증가에 따라 화재발생시 피난유도등의 시인성과 안정성 확보가 필요

한 실정으로 시인성이 뛰어나고 설치와 유지보수가 용이함은 물론 종합 소방 방재실에서

ON-LINE제어가 가능한 인공지능형 피난유도라인 시스템을 개발함에 있다


2. 지하철 및 대형 건물 긴급 화재 역방향 피난유도라인 시스템 개발



5. 평상 시 홍보 및 안전 문구 구현, 화재발생 시 비상 적색 방향표시 점멸자동 동작

인공지능형 피난 유도등 시스템 개발

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Ⅳ. 연구개발결과


듀얼센서 장착과 리모트 컨트롤이 가능하고, 화재탐지기와 연동하여 탐지기

에서 발신되는 화재 탐지신호에 의하여 자동으로 비상 동작하여 화재 역방향

유도 기능을 가진 시스템으로 양방향 LED 피난유도라인 시스템을 개발하였

음.


PWM 회로 적용 장치되어진 고휘도 LED가 비상 시 점멸 상태로 동작하여

피난자로 하여금 정전과 연기속에서도 최소 30분이상 자체 내장 배터리로

동작하여 지하철 및 대형 건물에서 긴급 대피가 가능한 피난 유도라인 시스

템 개발하였음.


일반 동작 시 다양한 문장 구현 시 최대휘도 대비 70 ~ 80% 동작 중 비상

시 최대휘도 점 멸 동작으로 이용자에게 위험 및 화재 등 비상사태 인지 대

피방향 안전 유도 시스템 개발


화재 감지 시 시각 장애인을 위한 음성 피난 유도장치 자동 동작 시스템

개발

(화재 방향 음성 유도장치 자동 off 및 화재 역방향 음성장치 동작 시스템)

5. 평상 시 홍보 및 안전 문구 구현, 화재발생 시 비상 적색 방향표시 점멸자동

동작 인공지능형 피난 유도등 시스템 개발(비상 시 서치라이트 자동 점등 기능

포함)

평상 시 On - Line PC제어와 자체개발한 리모콘 제어를 통하여 유, 무선

일반광고 및 안전 문구를 구현하고, 화재 및 비상시 R형 수신기의 ON-LINE

제어를 통해 자동으로 적색 방향 표시등으로 전환되는 On - Line 제어가 가

능한 인공지능형 피난 유도라인 시스템을 개발 완료하였음.

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Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획

가. 활용분야

- 인공지능형 LED 피난유도라인 시스템 개발로 대형건물 및 지하철 등 공공의 다중

이용시설의 안정성을 확보 할 수 있는 기술로 비상유도 소방방재 시스템의 기술적,

사회적 선진화 기틀 마련 할 수 있다.

소방방재 분야

다중이용시설의 인명피해 최소화 기준

다중이용시설의 소방시설 설계분야 화재 시 대피 안정성 확보 기초자료 및 DB 구축

광고/홍보 시 안전의식 고취 문장 등 대국민 홍보 분야 활용 기술

- 지하철 및 대현 건축물 화재 발생 시 이용객들이 안정성 취약요소에 의한 대형사고 예방

기술 확보로 다중이용 시설의 소방방재 관리시스템의 지속적인 노하우를 확보 효율적인

재난 방지 시스템을 운용 할 수 있을 것으로 판단 됨.

바닥 매립형 유도라인 외 비상구 유도등 및 유사 안전대피 유도분야 활용

화재발생외의 기타 비상사태 시 임의 조절 가능한 무선 시스템으로 지진, 폭우 등으로 인

한 비상 대피 시 활용

전쟁 및 국가 비상사태 발생 시 지하 공간을 이용한 안전 피난 유도라인으로의 효과적인

활용

다양한 문장을 구현 할 수 있으므로 재난 사황을 수시로 전달 가능함.

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S U M M A R Y

Emergency Guide-Line System that control artificial intelligence by LED lighting

The task is that buildings are getting larger according to society's

development and people use underground facilities more and more according

to complexation of underground facilities due to lack of ground space.

As the size of underground facilities and the number of user are increasing,

underground facilities need to have visibility, something that enables quick

evacuation when a fire breaks out, and to have security. Therefore, an artificial

intelligence evacuation helping system with good visibility and easy installation

and maintenance, over which the general fire prevention center can control

on-line, is under development.

1. An emergency alert system with auto LED flickering and auto fire location

detecting which is interlocked with a fire detector

2. Developing a system for helping reverse evacuation when fire on subway

and large buildings.

3. Improving intensity of illumination (up to the brightest) at emergency and

indicating directions for evacuation

4. Developing a simultaneous acting system that indicates directions to the

blind by voice.

5. Doing public relations and making motto for security in normal times.

Developing systems like auto flickering red emergency light when a fire

breaks out and artificial intelligence evacuation helping system

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C O N T E N T S

Chapter 1

Introduction

Section 1 -Importance of Technology

Chapter 2

Present state of development technology in domestic and foreign

Section 1 - Present state of related technology in domestic and foreign

Section 2 - Estimated ripple effect and apply

Chapter 3

Contents and result of development technology

Section 1 - Aim and Details Contents of development technology

Section 2 - Method(results) of development technology

Chapter 4

Use of result of development technology

Section 1 - Compare the result with the plan

Section 2 - Improvement of hereafter

Section 3 - Apply and expect effect

Chapter 5

A bibliography

Chapter 6

A supplement

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목 차

제1장 서론

제 1 절 개발대상기술(또는 제품)의 중요성(필요성)

제2장 국내ㆍ외 기술개발 현황

제 1 절 국내외 관련기술의 현황

제 2 절 기술개발시 예상되는 파급효과 및 활용방안

제3장 연구개발수행 내용 및 결과

제 1 절 기술개발 목표 및 세부내용(계획)

제 2 절 세부개발내용 및 방법(실적)

제4장 연구개발결과의 활용계획

제 1 절 계획대비 실적 및 성과

제 2 절 향후 개선 사항

제 3 절 적용분야 및 기대효과

제5장 참고문헌

제6장 부 록

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제 1 장 서론 (기술개발의 개요)

제 1 절 개발대상제품의 중요성(필요성)

다중이용 시설에 대한 안전에 대한 여러 가지 문제점들은 사회가 발전 할수록 더욱 중점적

인 사항으로 부각되고 있으며, 그에 대한 많은 제품들이 출시되고 있는 실정이나 대부분은

일반 공통적으로 사용되는 비상구 및 소방 기구 설비 등의 단적인 방향으로만 지향되고 있

는 실정이다.

근래에 들어 관련 부처들의 다중이용시설에 대한 안전 조치들이 하나씩 진행되고 있는

실정으로 다양한 방면으로 안전에 대한 법령 및 시행규칙 들이 마련되고 있으며, 특히

일본이나 미국 및 유럽의 선진국들은 보다 강력한 법률 제정으로 일반 대중이 이용하는

안전시설에 대한 의무와 그와 관련한 상품 개발에 주력하고 있다. 이러한 전 세계적인

추세에 부각하고 안전용품에 대한 인식을 안전사고방지기능은 물론 그와 관련한 홍보 및

여러 가지 다양한 복합 기능을 가진 상품의 개발은 사회 발전 속도에 비례하여 그

중요성은 높아질 추세이다. 현재 다중 이용시설에 대한 안전 관리의 대부분은 소방안전,

실내공기질 등 크게 2가지 정도에 국한되어 그에 따른 법률에 의하여 관련된 상품들로

주로 개발, 개량 되고 있다. 이러한 관점에서 장기적인 관련 시장성을 판단 할 때 안전에

관련한 상품개발 시장은 무한한 것으로 추정되고, 현재 제조되는 상품들의 장, 단점을

집약한 안전관리 상품개발의 발전 가능성은 무궁하다고 판단 할 수 있다. 또한선박이나

해양구조물에 설치되는 유도장치들은 시인성이우수한색상인노란색과같은화려한

색상으로 사람들의주의를끄는 장치로 제작하여위험지역 명시나 안전장소로인도를

위해유도라인으로사용되고 있다. 최근에는 시인성을높이기위한단순화려한색상

기반의 인테리어나장치를벗어나발광엘이디를이용한장치를적용하고 있다. 이는

시인성은 뛰어나서안전유도 라인으로는매우적합하지만별도의 전원장치나이로인한

에너지유지비의 증가, 다수의 엘이디를사용하는 구조로 인한설치의어려움, 비용의

증가, 그리고 글자나 기호의 표현성이떨어지는단점이있다. 따라서일반인이나 현장

작업자들까지 용이하게 인식할 수있으며 안전유도 특성을 가지는 우수한 시인성을갖고

동시에 전기공급이용이하며저가의 유지비용과설치비용을 만족하며 글자나기호의

표현이 가능한 초절전 유도라이트라인의개발은매우필요한 실정이다. 이에, 당사는

소수의 LED를 사용하는초절전형임에도 높은시인성을 가지는 유도 라인시스템으로

전원에 따라 LED의 조도가 스스로 변하고 커버의 내부에 다양한 문자를 Display 할 수

있어 안전과 홍보의 효과를 동시에 얻을 수 있고, 구조물의 내외부에용이하게 설치할 수

있는구조적특성을가지며안전을도모해야할 건물 구조물 내외에서 사용이 가능한 안전

유도라인을개발하고자 한다. 특히 설치되는 장소 및 위치에 따라 그 동작의 조절을 외부

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컨트롤 및 단자 연결 시스템으로 전환이 가능함은 물론 화재 또는 비상사태가 발생 하여,

전원 차단 시 내부에 장치되어진 비상 회로가 자동으로 동작하여 기 충전 되어진 충전지의

전원으로 적색등을 비상 점멸하여 이용객들이 안전하게 대피 할 수 있는 유도등의

기능까지 할 수 있는 상품을 개발은 물론 종합 소방 방재실에서 ON-LINE제어가

가능한 인공지능형 피난유도라인 시스템을 개발하여 시고 발생 방지는 물론 사고 발생

후 이용객을 빠르고 안전하게 대피할 수 있도록 하여 대형 사고를 예방할 수 있는

제품으로 개발하고자 한다.

그림1. 개발하고자 하는 LED 비상 유도라인 시스템 1

그림2. 개발하고자 하는 LED 비상 유도라인 시스템 2

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1. 연구개발의 과학기술, 사회경제적 중요성

가. 기술적 측면

- 화재발생 시 종합 소방 방재실에서 피난유도라인의 제어 시스템 도입 필요

- 화재발생, 유독가스 발생 시 연기에 의한 기존의 비상구 유도등의 설치 위치와

시인성 한계에 의한 피난유도의 실효성부재로 인한 대형 참사 우려 상시 잔존.

- 평상 시 발광 휘도와 비상 시 발광 휘도를 자동으로 전환하게 하여 비상 시 최대

의 시인성으로 이용자의 안전 피난 유도 효과 극대화

- 기존의 화재 감지기와 연동하여 설치 적용성이 용이한 고휘도 LED 피난 유도라

인 시스템 DB구축의 필요성

- 비상 시 내장되어진 음성회로가 즉시 동작하여 비상사태를 이중으로 경고하여 이

용자가 즉시 대피 할 수 있는 기술 데이터 구축

나. 경제ㆍ산업적 측면

- 경제발전과 비례하여 지하철 및 대형 건물 등의 설비가 증가하고, 그로인한 화재

발생 시 대형 참사 위험성 증가 추세

- 실제 화재발생 시 피난유도방향 미인지로 인한 압사 피해가 가장 크게 차지함(국,

내외)

- 향후에도 증가되는 복잡 다양한 건축물의 구조와 지하공간의 이용으로 인한 피난

유도라인 시스템 DB 구축 필요함.

- 대형건축물 및 지하철 등의 다중이용 시설의 대부분은 화재 시 많은 인명피해를

가져다주는 점을 감안 한다면 인공지능형 방향성 피난유도라인 시스템 개발은 사

회, 경제적으로 막대한 효과를 가져다 줄 것으로 예상됨.

- 인공지능형 On - line 제어형 LED 피난유도라인 시스템은 사고발생 시 인명피해

를 최소화 하는 것에 상당한 기여를 할 것으로 기대됨.

다. 사회ㆍ문화적 측면

- 최근 전국 대도시에 신설 연장되고 있는 지하철 및 대형 쇼핑몰 등의 다중이용시

설의 증가에 따라 기존의 비상 유도 시스템에 대한 대책이 시급함.

- 대구지하철 참사 같이 피난 유도라인의 부재로 인한 대형 참사에서 보았듯이 인명

피해 최소화 대책 시급함.

- 지진 및 화재 또는 안전사고로 인한 정전 사태 시 지하공간에서의 피난 유도라인

시스템 개발에 대한 충분한 대비가 필요함.

- 인공지능형 양방향성 피난유도라인 시스템은 국민생활 안정과 직결되며 국가 신뢰

성 및 이미지를 향상시키는 소방방재기술 인프라 구축

- 산업의 발달과 건축 구조물의 다양함에 따라 여러 조건에서 발생 할 수 있는 위

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험요소를 최소화하고 인명피해를 최소화 하기위한 차세대 안전 유도라인 시스템

기준 제정 시점.

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제2장 국내ㆍ외 기술개발 현황

제 1 절 국내외 관련기술의 현황

1. 국내 기술동향

- 우리나라에서는 아직까지 LED를 이용하여 피난유도 방향성을 가진 피난유도라인 시

스템에 대한 연구를 수행한 실적은 없으나, 최근에 LED적용 비상구 유도등이 현재

설치 되어있는 유도등의 대체품으로 개발되어 효율적인 시인성을 가진 제품들이 소량

으로 출시되고 있는 실정임.

- 우리나라에서는 일반적으로 간접 발광방식에 의한 비상구 유도등을 비상구 통로상단

또는 바닥 매립하여 사용하고 있으나, 이는 내부 장착 램프의 발광에 의하여 외부에

프린트 되어진 문양을 외부로 구현하는 방식으로 방향성과 시인성이 떨어져 화재 발

생 시 유독가스에 의한 시인성 결여 등으로 유도 기능의 한계를 가지고 있다.

- 또한, EL(Electro Luminescence : 전계발광소자)을 이용한 비상 유도 라인이 출시되고

있으나, 이는 비상 단전 시 예비 배터리 시스템을 일일이 장치 하여야하며 바닥 매립

형이 아닌 부착형으로 되어있고, 특히 방향성 동작의 한계를 가지고 있으며 기존의

화재감지기와의 연동성 관련 가술 한계를 지니고 있다.

- 그리고, 본 과제를 수행하려는 주관기업에서 개발 중인 비상 유도라인은 LED의 광원

을 이용하여 수십개의 새로운 Dot 광원을 발산시키는 기술을 접목하여 연질 바닥 매

립형 유도라인을 출시 준비 중에 있다.

- 단편적인 비상구 적용 상품 일반적으로 가장 통용되고 있는 상품으로 정전 또는 화재 발생

시 내부의 기존 전력외의 비상 발전기 또는 외부 전력으로 비상구의 입구 등에 비상구 표

시등을 장착한 제품으로 점멸이 되지 않는 단순한 형태로 화재 시 발생되는 유독연기에

의하여 인식이 잘되지 않는 관계로 거의가 형식적인 상품

- 램프의 밝기를 전지 교환 등의 임의 방식 전환 - 상품의 한계성

비상램프의 밝기를 외부에서 임의 조작 또는 전지의 교환 등으로 밝기를 조절하며, 비상

등의 밝기가 비상시와 일상시의 구분이 되지 않아 이용객들의 비상유무 판단에 아무런 영

향을 주지 않는 단순 기능 제품 - 비상시에 문제점 발생

- 아래의 표 1-1에 표기되어진 현재 사용, 또는 개발 출시 예정인 상품 참조

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구 분 주요기능 발광방식 발광 광원 사진

비상구유도

등

비상통로 입구

유도기능

형광램프 간접

발광방식형광등

EL 유도라

인

일방향 비상유도

라인EL 간접발광방식

EL

(전계발광소자)

LED 비상

유도라인양방향 유도라인

LED Dot 직접발

광방식LED

표1.

국외 기술동향

- 인공지능형 피난 유도라인에 대한 연구보고서 및 상품에 대한 보고서 등은 확인

된바 없으며

근래에 들어 투명 아크릴 내부에 레이저 천공 후 LED를 전후좌우에 장치하여

출시되는 비상구 유도등이 설치되고 있다.

- 다량의 LED를 사용한 상시 계단 인식 조명 장치

극장 등에서 계단 인식 램프 장치로 5 ~ 10 간격으로 LED를 설치하여 실내에 설

치된 계단의 위치를 알려주는 조명장치로 영화의 상영에 따른 외부 조명의 밝기와는

무관하게 상시 동일한 조명으로 계단 위치 인식하는 단순 기능의 조명 장치

- 전자 Wire(광섬유)를 이용한 실내, 외 인테리어 상품

이용객의 안전과는 관련 없이 단순 인테리어 상품으로 광섬유를 이용하여 실내 및 실

외의 인테리어 전용상품

- EL 및 다수개의 LED를 이용한 제품

디자인 기능이 뛰어난 EL 기반의 유도 라인이 개발되었으나 매우 고가이고 에너

지 소비율이 높고 수명이 짧음. 또한 LED 응용 상품은 LED를 다수 사용하므로

상대적 비용과 에너지 소비율이 매우 높아 대부분 중국과 같은 동남아 제품임.

또한, 라인1개에 하나의 방향성을 표시하는 상품으로 방향의 제어가 될 수 없으

며 비상 시 보조 배터리를 사용하는 단점이 있으며, 전자파를 발생하는 것으로

국한된 장소에 사용되는 것으로

파악되고 있음.

라. 현기술상태의 취약성

현재 바닥 매립형 유도라인 시스템은 지정되어진 비상구 통로 방향의 단일 방향

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으로 표시되어진 간접 문자 구현 방식으로 일정 간격(10~ 20M)설치되어, 평상시

동작과 비상시 동작의 구분 없이 동일 조도로 지속 발광하고 있으며 특히, 화재

위치와 관계없이 단일 방향으로 비상 탈출 방향을 표시 하고 있다.

- 상기와 같은 이러한 시스템은 화재 시 화재 방향으로 피난을 유도하여 대형 참

사를 유발 시킬 우려가 있으며,

- 평상시와 동일조도로 발광하므로 위험 상황에서 안일하게 대처 할 우려가 있고

- 유독가스 발생 시 원거리 이용객들의 인지도가 떨어져 위치확인이 곤란 할 취약

점을 가지고 있다고 할 수 있다.

현재 인공지능형 LED 직접 발광 방식의 비상구 유도라인 시스템은 설치 된 사례

가 없으며, 특히, 다량의 LED 사용 시 화재로 인한 정전으로 전원 공급에 대한

문제점을 가질 것으로 판단되고 있음.

마. 앞으로의 전망

당 신청과제 목표 상품 개발 완료 시 예상되는 기대효과

- 기존의 화재감지기와 연동하여 화재 위치 반대방향의 비상피난유도 위치방향 최대휘도

동작으로 인명피해 최소화

- 평상시 동작과 비상시 동작구분으로 최소 1시간 자체 전원 공급 동작으로 안전성 확보

- 정전 시 비상계단 위치 확인 및 비상구 입구에 비상유도등 점등으로 안전 유도 기능

확보(설치 장소에 따른 다양한 구조 적용)

- 비상 발전기 또는 외부 전력을 이용 없이 자체 충전 내장 배터리로 동작, 설치 간편화

- 지하철 및 지하 다중이용시설의 계단에 적용된 안전 관련 상품은 현재 없음. 이에 본 기

술의 개발로 인한 파급효과는 상당 할 것으로 추산됨.

바. 국내에서 연구 개발하는 대신 기술도입을 한다면 가능한가? 가능하다면 기술료

(Royalty) 수준은 어느 정도이며, 경제성에 비추어 높은지, 낮은지?

- 현재 외국애서 개발 또는 적용되어진 사례가 없는 시스템으로 기술 도입은 불가능함.

- 화재 방향을 자동으로 감지하여 감지 역방향 자동 피난 유도 시스템에 대한 Software 개

발 사례 없음.

사. 산업체 참여시기 및 방법

참여시기

- 당 기술의 개발의 종료 시기와 동시에 양산 시스템도입 예정(2008년 하반기 신제품

생산 예정)

참여방법

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- 화재감지기 생산업체 연계 전용 시스템 상품 개발 상용화

- 기존 화재탐지기 설치 가능 보급형 상품 개발

제 2 절 기술 개발시 예상되는 파급효과 및 활용방안

1. 기술적 측면

가. 화재감지기 연동 화재 역방향 대피유도라인은 현재 설치 연구 보고 사례가 없는 기술 개

발로 기술적 파급효과는 크게 작용 할 것으로 판단되며 아래와 같은 파급효과를 나타낼

것으로 예상됨.

(1) 평상시 동작과 화재 발생 LED의 휘도 자동 변환 기술 개발로 유독 가스에 의한 시인

성 결여 시에도 최적의 시인성과 안전성 기술 확보

(2) 별도의 비상 배터리가 필요 없는 독립 자동 충전 전원으로 최소 60분 이상 비상점멸

기능을 최소전류 동작 모듈 원천기술 확보

(3) 기존의 화재감지기와 연동 동작으로 실용성과 안정성을 확보한 피난 유도라인 자체 기

술 DB 구축

(4) 비상피난 유도라인외 기타 안전상품 파생 원천 기술 확보

(5) 비상 대피 방향 유도 기능과 음성 피난 유도 기능을 동시에 수행 원천 기술 확보.

2. 경제ㆍ산업적 측면

나. 비상대피 유도 안전 기능과 실내 인테리어 동시효과 유발상품 적용성 확대

(1) 기존 적용상품으로는 안전과 인테리어의 동시효과를 가지는 상품 출시는 없는 것으로

조사 되었으므로 지하철 계단 위치 확인 상품 및 대형 건물의 지하 또는 비상계단

등에 적용하여 인명피해 최소화 하여 막대한 경제, 산업적 상품 출시 가능.

(2) 광고 문구 등의 삽입 가능에 따라 광고 및 홍보효과

(3) 기존의 인테리어 상품은 광고의 효과보다는 단순 기능의 빛 발산 단순 기능 상품이지

만, 본과제로 개발 될 상품은 인테리어 기능에 광고/홍보 문장을 직접 각인하여 안

전의식 고취 등의 부가 효과 창출 상품으로서의 적용 가능

다. 보다 편리하고 안전한 사용 상품 활용성 무한함.

(1) 동작 환경에 따라 발광 휘도 자동 조절 기능으로 에너지 세이브 및 높은 시인성 확보

로 산업적 이익

3. 기대효과.

가. 세계에서 연구 또는 출시된 상품이 없으므로 상품 수출 및 기술수출로 인한 국가 경제

및 산업적 파급 효과 기대

- 18 -

(1) 현재 인공지능형 LED 유도용라인의 연구 및 개발 사례가 없으며, 당 개발 기술은

최소 전류 동작방식(PWM) 적용으로 친환경 에너지 세이브 상품 및 기슬9시스템)

수출로 인한 국익 증대 효과 기대됨.

4. 활용방안

가. 활용분야

(1) 인공지능형 LED 피난유도라인 시스템 개발로 대형건물 및 지하철 등 공공의 다

중이용시설의 안정성을 확보 할 수 있는 기술로 비상유도 소방방재 시스템의 기

술적, 사회적 선진화 기틀 마련 할 수 있다.

소방방재 분야




나. 활용방안

(1) 지하철 및 대현 건축물 화재 발생 시 이용객들이 안정성 취약요소에 의한 대형사고

예방 기술 확보로 다중이용 시설의 소방방재 관리시스템의 지속적인 노하우를 확보

효율적인 재난 방지 시스템을 운용 할 수 있을 것으로 판단 됨.


화재발생외의 기타 비상사태 시 임의 조절 가능한 무선 시스템으로 지진, 폭우 등으로

인한 비상 대피 시 활용

전쟁 및 국가 비상사태 발생 시 지하 공간을 이용한 안전 피난 유도라인으로의 효과

적인 활용


다. 추가연구

(1) 지하철 등의 다중이용 시설 외 노래방, 찜질방, 등에 적용 할 다양한 상품개발

선박 내부 전용 비상유도라인(정전 시 안전 피난로 확보)

비행기 트랙 야간 안전 계단 상품 등 다양한 시설 접목으로 상당한 영향력 있는

개발 연구.

일반 가정에서 안전 및 위험요소 설치 가능한 상품 개발 연구

- 19 -

제3장 연구개발수행 내용 및 결과

제 1 절 기술개발 목표 및 세부내용(계획)

1. 기술개발의 목표

본 과제는 사회의 발달에 의하여 건축물이 대형화되고 특히, 지상공간의 부족으로 지하

시설이 복잡 다양화함에 따라 지하 시설의 이용이 증대되고 있다.

이러한 지하 시설의 증대와 이용객들의 증가에 따라 화재발생시 피난유도등의 시인성과

안정성 확보가 필요한 실정으로 시인성이 뛰어나고 설치와 유지보수가 용이함은 물론 종

합 소방 방재실에서 ON-LINE제어가 가능한 인공지능형 피난유도라인 시스템을 개발함

에 있다


2. 지하철 및 대형 건물 긴급 화재 역방향 피난유도라인 시스템 개발




인공지능형 피난 유도등 시스템 개발

2. 기술개발의 세부 개발 개획

가. 화재탐지기와 연동 화재위치 자동인지 LED 자동 점멸 비상유도 시스템

듀얼센서 장착과 리모트 컨트롤이 가능하고, 화재탐지기와 연동하여 탐지기에서 발

신되는 화재 탐지신호에 의하여 자동으로 비상 동작하여 화재 역방향 유도 기능을

가진 시스템으로 발생된 신호를 소방 방재실에서 ON-LINE으로 제어가 가능한 양

방향 LED 피난유도라인 시스템 개발

나. 지하철 및 대형 건물 긴급 피난유도라인 시스템 개발

PWM 회로 적용 장치되어진 고휘도 LED가 비상 시 점멸 상태로 동작하여 피난자

로 하여금 정전과 연기속에서도 최소 1시간이상 자체 내장 배터리로 동작하여 지하

철 및 대형 건물에서 긴급 대피가 가능한 피난 유도라인 시스템 개발.

다. 비상 시 조도향상(최대 휘도) 피난유도 방향 지시

일반 동작 시 다양한 문장 구현 시 최대휘도 대비 70 ~ 80% 동작

비상 시 최대휘도 점멸 동작으로 이용자에게 위험 및 화재 등 비상사태 인지 대피

방향 안전 유도 시스템 개발

- 20 -

라. 시각 장애인용 음성 피난유도 방향 지시 동시 동작 시스템 개발

화재 감지 시 시각 장애인을 위한 음성 피난 유도장치 자동 동작 시스템 개발

(화재 방향 음성 유도장치 자동 off 되며 화재 역방향 음성장치 동작 시스템)

마. 평상 시 홍보 및 안전 문구 구현, 화재발생 시 비상 적색 방향표시 점멸자동 동작 인

공지능형 피난 유도등 시스템 개발(비상 시 서치라이트 자동 점등 기능 포함)

평상 시 On - Line PC제어와 자체개발한 리모콘 제어를 통하여 유, 무선 일반광고

및 안전 문구를 구현하고, 화재 및 비상시 소방 방재실의 ON-LINE제어를 통해 자

동으로 적색 방향 표시등으로 전환되는 On - Line 제어가 가능한 인공기능형 피난

유도라인 시스템의 개발

- 21 -

제 2 절 세부개발내용 및 방법(실적)


듀얼센서 장착과 리모트 컨트롤이 가능하고, 화재탐지기와 연동하여 탐지기에서 발신

되는 화재 탐지신호에 의하여 자동으로 비상 동작하여 화재 역방향 유도 기능을 가진

시스템으로 발생된 신호를 R형 수신기에서 ON-LINE으로 제어가 가능한 양방향 LED

피난유도라인 시스템 개발

그림3. 인공지능형 LED 피난유도 시스템 동작 블럭도

가. 피난유도라인 시스템 현황조사

(1) 동작 제어방식 - 동작제어 없이 상시 점등

(2) 설치 구조 - 바닥매립형구조 (설계시 반영되지 않은 장소 설치 시 시공 어려움)

(3) 제품 형상 - 사각 및 원형 등 다양한 형상으로 제조되어 있음

(4) 발광방식 : 발광체(파워 LED 또는 CCFL 형광등, 형광등 등)를 내부 장착하고 외

- 22 -

부 프린트 플라스틱 구조물 장착

(5) 축광 소대 사용 라인 형상으로 설치 한 곳도 있음

(6) EL을 사용하여 설치 운용 중인 곳도 있음

※상기의 현재 적용 중인 피난유도라인 용도의 제품은 종합 방재실 제어용이 아닌 자

체 충전전지가 내장되어 전원 공급 차단 시 비상 전원으로 동일 휘도 내지 조도

발광 시스템.

나. 현재 설치 운용중인 피난 유도라인 시스템 효율성 분석

(1) 비상시 지정된 방향 표시

(2) 5 ~ 10m 간격 설치 관계로 화재 발생 시 유독가스 발생 시 시인성 결여

(3) 방재실 또는 인위적 방향 전환 표식 불가

(4) 축광 라인 화재 시 시인성 결여

(5) 음성 안내와 분리 동작으로 장애인 편리장치 결여

(6) 비상 전지 대비 전류 소비량이 많아 장시간 사용 불가

※ 현재 적용 피난유도라인용도의 제품들은 다중이용 시설 및 복합 구조 건축물 적용

시 동작 및 구조적인 문제로 인한 피난유도 시스템 효율성이 미흡 한 것으로 조사

됨.

그림4. 기 개발된 R형 수신기

- 23 -

다. 화재 수신반 수신 감지 연계 자동 화재 인지 시스템 개발

(1) 방재실에 설치된 화재 수신반(R형 또는 P형)의 감지 장치와 연결 되어질 메인

Controller 장착 회로 개발 완료

그림5. 기 개발된 Main Controller

그림6. R형 수신반에 연결된 Main Controller

- 24 -

그림7. 화재 감지용 듀얼 센서

(2) 전원 공급 장치 내부에 장착 되어 전원 공급과 차단 시 서로 다른 밝기로 외부 발

광 자동 전환 회로 개발 완료

- 그림 8-1, 8-2와 같이 센서의 신호를 이용하여 자동 조명이 가능하도록 구성한 LED

회로를 구성하였다. 또한 그림 9에서 보는바와 같이 ROM과 효율적인 공간배치로

PCB기판을 구성하였다. 이러한 방식은 PWM 방식의 펄스파를 이용하여 고휘도 LED

제어함으로써 장소와 시간에 따라 조명 효과를 조절할 수 있다. 이는 최저 전류 소모로

안전한 Hardware를 개발가능하게 하였다. 또한 발광효과를 높이기 위한 성능 테스트

결과로 duty 비가 50% 내외일 때 최적의 효과를 내었다.

그림 8 - 1. 자동조명 회로 앞 그림 8 - 2. 자동조명 회로 뒤

- 25 -

그림 9. 구성된 자동 조명 회로

이와 같은 조도 제어 기능과 최저 전류 소모 및 안전제어를 포함하는 LED

컨트롤러를 Atemaga 프로세서를 이용하여 개발하였다.

그림 10은 Atemaga Chip을 이용하여 구성한 시스템의 회로 기판이고 그림 11은 구성

한 시스템의 사진이다.

그림 10. 제어시스템회로기판

또한 극장용 및 실외용 LED 자동 조명 회로는 지역의 특성상 유지 및 보수가 힘이 든다

는 점에 착안해, 그림 12-1과 12-2에서와 같이 LED의 광특성에 맞는 출력 전압 3V, 출력

전류 0.02A가 되는 회로를 개발하였다. 이는 테스트를 통하여 약 50,000시간 이상의 반영

구적인 수명을 갖출 수 있게 해 주었다. 그림 13는 전기소자를 납땜하여 구성한 회로이

다.

- 26 -

그림 11. 구성한 제어시스템 사진

그림 12 - 1. 정전압, 정전류 회로 앞 그림 12 - 2. 정전압, 정전류 회로 뒤

그림 13. 구성한 정전압, 정전류 회로

- 27 -

예상 오작동 발생 내용 오작동 시 문제점 오작동 방지 대책

다발성 화재 발생 시

화재 감지기 동시 다발

감지 시 화재 방향으로

비상피난

유도 문제 발생 가능

화재감지 다발 감지 시 (다방향 ) 자동

대피방향 동작 정지

종합 방재실 ON LINE 또는 현장 리모트

컨트롤 조작 대피 방향 발광

화재 감지 연동 회로

오작동 시

화재 감지 방향 미인지로

비상사태 인지 못하여

대피 방향 지시 기능 동

작 불능

인공지능형 피난 유도 시스템 회로부에

연결 되어진 화재감지기와의 연동 동작

감지 램프 설치

설치 되어진 램프 ON 시 자탐센서와의

동작 인지 문제를 사전 발견

점검 수리 정상 동작 유지

인위적인 파손 또는 방수

문제로 기인한 유도라인

자체 기능 상실 시

회로의 문제점으로 인하

여 화재 감지 불능

방재실 시스템에 유도라인 정상동작

유/무 신호 발생

사전 점검 수리 등으로 오작동 발생 미연

방지

역방향 피난유도 시스템의 예상 오작동 발생 상황 및 방지대책


PWM 회로 적용 장치되어진 고휘도 LED가 비상 시 점멸 상태로 동작하여 피난자로

하여금 정전과 연기속에서도 최소 1시간이상 자체 내장 배터리로 동작하여 지하철 및

대형 건물에서 긴급 대피가 가능한 피난 유도라인 시스템 개발.

가. PWM 방식의 펄스파를 이용하여 고휘도 LED 제어회로 적용

센서의 신호를 이용하여 자동 조명이 가능하도록 구성한 LED 회로를 구성하였다.

또한 ROM과 효율적인 공간배치로 PCB기판을 구성하였다. 이러한 방식은 PWM

방식의 펄스파를 이용하여 고휘도 LED 제어함으로써 장소와 시간에 따라 조명

효과를 조절할 수 있다. 이는 최저 전류 소모로 안전한 Hardware를 개발가능하게

하였다. 또한 발광효과를 높이기 위한 성능 테스트 결과로 duty 비가 50% 내외일 때

최적의 효과를 내었다.

나. Battery 의 충전전력량 계산법

(1) R-C 방전회로를 이용한 충전전력량 계산법

본 연구에서 제시한 충전전력량 계산법은 그림 14의 R-C 방전회로를 이용하여 계산하는

방법이다. 전원에서 발생하는 에너지는 콘덴서에 일정시간 충전되었다가 스위치가 on 될

때 저항에 의해 방전되는데 이때의 에너지 변화를 이용하여 충전전력량을 계산한다.

- 28 -

+

-

C R

t=0

그림 14 R-C 방전회로

먼저, 이 회로를 Kirchhoff의 전압법칙을 적용하면

Ri(t)+1C

⌠⌡ i( t)d=0 (1)

이와 같이 되며, 이때 i(t)=dq(t)dt

이므로

Rdq(t)dt

+1C

q(t)= 0 (2)

된다. 또한

q(0) = Q o=CV o (3)

이므로

q(t)=Q 0e-

tRC (4)

이다.

i(t)=dq( t)dt

=-Q 0

RCe

-t

RC =-v 0

Re

-t

RC (5)

v(t)=q(t)C

=Q 0

Ce

-t

RC =V 0 e-

tRC (6)

- 29 -

v( t)

i( t)

t=

1RC

그림 15 R-C 방전 그래프

t

V0

t=0 t = t1

V1

그림 16 콘덴서 방전 그래프

(2) Battery의 Capacitance 측정법

방전 시작(t=0)시 전압을 V 0라하고, 어느 정도 시간이 지났을 때(t=t1)의 전압을 V 1이

라고 하면

V(t)=V 0e-

t1RC (7)

e-

t1RC =

V 1

V 0(8)

t 1

RC= log

V 0

V 1

(9)

따라서 정전용량은

C=t 1

R⋅ log (V 0

V 1

)

[F] (10)

이다.

- 30 -

t

V(t)

i( t)

)(tWt

V(t)

i( t)

)(tWt

V(t)

i( t)

)(tW

그림 17 R-C 방전회로에서 전력량

(3) Battery의 충전 전력량 계산

방전회로에 사용된 소자의 정전용량 C 와 측정전압 V 0를 알 경우

Q 0=CV 0 (11)

방전회로에서

i(t)=-Q 0

RCe

-t

RC (12)

v(t)=Q 0

Ce

-t

RC (13)

가 된다. 이 경우 전력량은

P(t) = v(t)⋅i( t)

=-Q 0

C⋅

Q 0

RCe

-2tRC

=-Q 2

0

RC 2 e-

2tRC

=-V 2

0

Re

-2tRC

(14)

이고, 전력에너지는

W = ⌠⌡

∞

0P(t)dt

=-V 2

0

R⌠⌡

∞

0e

-2tRC dt

=-12CV 2

0

(15)

따라서 R-C 방전회로에서

- 31 -

W(t) =⌠⌡ v(t)⋅i(t)dt

=12CV 2

0

(16)

가 되므로, 정전용량C 와 측정전압V 0 로부터 충전 전기에너지 W(t)를 구할 수 있다. 이

에 따라서 충전 및 방전회로를 IC 소자와 함께 다음 그림 18, 19와 같이 설계하고 적용

하였다.

그림 18 제작된 충방전 제어 시스템 사진

그림 19 제작된 충방전 제어 시스템 회로 개념도

- 32 -


일반 동작 시 다양한 문장 구현 시 최대휘도 대비 70 ~ 80% 동작

비상 시 최대휘도 점멸 동작으로 이용자에게 위험 및 화재 등 비상사태 인지 대피방

향 안전 유도 시스템 개발

가. AVR의 특징

AVR 은 Alf(Bogen) Vergard(Wollen) Risc 의 약자로서 ATMEL사에서 제작된 RISC 구

조의 MPU 이다. 비교적 저렴한 가격에 비해 8MHz에 8MISP라는 속도와 DC, PWM, SPI

등등의 고기능을 손쉽게 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한 제작사가 컴파일러

WAVRASM과 상당히 강력한 디버거인 AVR Studio를 제공한다.

SPI는 serial peripheral interface의 약자로 PLL IC나 AUDIO관련 IC등의 주변 IC와

통신하기 위한 직렬통신장치이다. 보통 CLOCK, DATA, STOBE의 3단자 또는 DATA

IN,OUT 을 구분하여 4단자로 구성되어 있다. 일반 PORT를 이용해 전송할 수도 있지만

전용 SPI단자의 경우는 속도가 빠르고 간편하게 사용할 수 있다. 유럽이나 미국에서 생산

된 IC의 경우 주로 IIC 통신을 사용하지만 일본에서 설계된 IC는 SPI로 제어하는 IC가

많다. 이와 같은 많은 장점으로 LED의 점멸제어나 지능적인 비상유도 시스템 제어를 위

하여 AVR을 비상유도 라인 시험용 제어시스템으로 구성하였다. 이 AVR의 구체적 사양

은 다음과 같다.

(1) 고성능 저전력 RISC 구조 사용

- 118 강력한 명령어 - 대부분 1클럭에 실행됨

- 32 * 8 범용 작업 레지스터 + 주변 장치 제어 레지스터

- 8MHz 에서 8MIPS 까지 동작

(2) 데이터 & 비휘발성 프로그램 메모리

- 8KB ISP(In-System Programmable) 플래시 메모리

- 512B 내부 SRAM

- 512 ISP(In-System Programmable) EEPROM 메모리

- 플래시 프로그램 Lock 과 EEPROM 데이터의 보안 기능

- 직렬 통신 포트를 사용한 ISP 기능

- EEPROM 메모리

(3) 주변 장치의 특징

- 8채널 10비트 A/D 변환기

- 비동기 직렬 통신(UART), 마스터/슬레이브 SPI 직렬 통신

- 별도의 프리스케일러와 PWM 기능이 있는 2개의 타이머/카운터

- 별도의 프리스케일러와 비교 캡쳐 기능이 있는 16비트

타이머/카운터

- 33 -

- On-Chip 아날로그 비교기

- 내부 오실레이터로 동작하는 워치독 타이머 (Watchdog Timer)

- 별도의 발진기로 동작이 가능한 RealTimeCounter(RTC)

- 내부 오실레이터로 동작하는 Watchdog 타이머

(4) 특수한 마이크로 콘트롤러 특징

- Low-power Idle, Power Save and Power Down 모드

- 별도의 클럭으로 동작하는 RTC(Real Time Clock)

- 외부 및 내부 인터럽트 소스

(5) 소비 전력(4MHz, 3V 25 에서)

- Active : 6.4mA

- Idle 모드 : 1.9mA

- Power Down 모드 : 1uA 이내

(6) 입출력 포트 수 및 패키지

- 32개의 양방향 입출력

- 40핀 PDIP, 44핀 PLCC, 44핀

(7) 동작 전압

- 2.7V ~ 6.0V(AT90LS8535) 혹은 4.0V ~ 6.0V(AT90S8535)

(8) 동작속도

0 ~ 4MHz(AT90LS8535) 혹은 0 ~ 6MHz(AT90S8515)

4.2 주변 시스템 구성

LED 비상유도 시스템을 위하여 AVR을 중심으로 시험용 제어시스템을 구성하였다. 관련

주변 시스템은 MAX232C, 74HC573, KM62256AL 등으로 구성 되어 있다. 다음은 관련

주변 시스템의 특징들이다.

MAX232C

- Superior to Bipolar

- Operate from Single +5V Power Supply

- (+5V and +12V—-MAX231/MAX239)

- Low-Power Receive Mode in Shutdown

- (MAX223/MAX242)

- 34 -

- Meet All EIA/TIA-232E and V.28 Specifications

- Multiple Drivers and Receivers

- 3-State Driver and Receiver Outputs

- Open-Line Detection (MAX243)

74HC573

- Inputs and outputs on opposite sides of package allowing easy interface with

microprocessors

- Useful as input or output port for microprocessors/microcomputers

- 3-state non-inverting outputs for bus oriented applications

- Common 3-state output enable input

- Functionally identical to the “"563”" and “"373”"

- Output capability: bus driver

- ICC category: MSI

KM62256AL

- Process Technology : 0.7mm CMOS

- Organization : 32Kx8

- Power Supply Voltage : Single 5V±10%

- Low Data Retention Voltage : 2V(Min)

- Three state output and TTL Compatible

- Package Type : 28-DIP-600, 28-SOP-450, 28-TSOP1 -0813.4F/R

그림20는 AVR을 중심으로 구성된 비상 유도 시스템의 회로도와 그림 21은 PCB 기판 제

작을 위한 Artwork 설계도면, 그리고 그림 22은 구성한 시스템의 사진이다.

- 35 -

그림 21 제작한 PCB 기판의 회로

그림 20 제어시스템 회로도

- 36 -

그림 22 제작한 제어 시스템의 사진

(1) LED광원의 전기적 특성

단일 LED는 낮은 전압장치이다. 단일 인디케이터 LED는 2-4V의 직류전압과 1-50mA 범위의

전류를 필요로 한다. 조명용 LED는 단일 반도체 LED가 필요로 하는 동일 전압을 요구하나, 동

작전류는 상대적으로 매우 높다. 보편적으로 수백 mA이다.직렬로 연결된다중 요소를 포함한

LED램프는 비례적으로높은전압을요구한다.

또한 LED는 전기적극성을 요구한다. 역극성에서 적용되는 전압은 LED를 파괴할 수 있다. 제

조업자들은 LED장치가 받아들일 수 있는 역 전압 최대치에 관한 자료를 제공한다. 5V가 보편

적인역전압(Reverse Voltage)의 최대값이다.

(2) 구동 전압, 전류, 광 출력의 관계

보편적인 단일 LED에 대한 전압-전류의 관계는 [그림 23]과 같다. 이 그림에서 보여주는 것처

럼, 전압의미세한 변화는 전류에매우큰변화를 이끌수있다. 또한 [그림 24]와같이 LED의광

출력은허용 전류범위 내에서 비례하고허용전류이상에서는 소손될수 있어 각별한 주의를 요

한다. 결과적으로 전류가 허용전류를 초과하면 LED의 장기간 작동에 영향을 끼칠 수 있으며

결과적으로수명이단축된다.

1) IF-VF 특성(구동전압-전류특성)

LED에인가되는전압(VF, V)에대한전류(IF, mA)의변화특성으로,저항소자와는 달리 LED는

- 37 -

일정전압이 인가될 때까지 전류가 흐르지 않다가 임계전압 이상에서는 작은 전압변화에 대해

급격히 전류가 변하는 특성을 가지고 있다. ([그림 23]) 이때 임계전압은 발광 파장대를 결정하

는반도체의에너지밴드에의해좌우되므로 발광색에따라 임계전압이변화하게된다.

2) IV-IF 특성 (구동전류-광출력특성)

LED이흐르는순방향 전류(IF, mA)에 대한 광도(IV, mcd)의 변화특성으로 정격허용전류내에

서는전류와광도는서로비례한다.([그림 24])

그러나허용 전류보다큰전류가흐를경우열손실로직선성이없어지며, 이는 발광효울의저

하및수명단축의 원인이된다.

그림23. 구동전압과 전류특성 그림24. 구동전류와광출력특성

(3) LED driver

LED driver는 방전램프의 안정기와 비슷한 기능을 수행한다. LED를 통과하는 전류의흐름을

조절하는 것이다. 대부분의 LED driver는 특정한 LED램프의 배열구조와 환경요건 등을 고려

하여 설계되어야하나 LED패키지와 배열은 현재 표준화되지않았기때문에 조명화를 위한 특

정한장치또는 배열에 적합한 driver를선택하는것은 중요하다. [그림25]은 LED driver이다.

그림25. LED Driver

- 38 -

(4) 상용 제어 IC의 이용

LED 구동 제어 IC들은 TI, Linear Technology, On Semiconductor, Fairchild, National

Semiconductor, Maxim 등 대부분의 반도체 회사에서 모두 상용화되고 있다. 이들 IC들

은 회로구조적으로는 charge pump 방식, 전류원 방식 또는 switch mode boost 방식에

의한 회로로 구분된다. 각종 제어의 IC 제어방식에 의한 회로는 다음과 같다 .

1) Charge pump with current control

LED 전원의 궁극적 목적은 LED를 구동할 수 있는 충분히 높은 전압을 공급하고 또

병렬로 연결된 LED에 동일한 전류를 공급하는 것이다. Charge pump 방식은

Switched capactor를 이용하여 입력의 전압을 출력에서 1.5배 또는 2배 증폭하는 것이

다. Max 1912의 경우는 출력이 입력의 1.5배의 증폭을 하도록 되어 있고 출력 전류는

최대 120mA까지 가능하다. 저항은 모든 LED에 동일전류를 공급하기 위한 것인데 IC

내부회로에 의해 set단자의 전압을 200mV로 유지시키도록 되어있다. 따라서 저항이

10 ohm이면 모든 LED에 흐르는 전류는 200mV/10 ohm = 20mA가 되게 된다.

2) Current source control

백색 LED는 순전압보다 매우 높은 전압을 전원시스템이 공급하면 쉽게 동작이 가능하

다. 예로 디지털카메라의 경우 5v로 동작하는데 이 경우 공급전압이 충분한 여유가 있

으므로 전압을 증폭하는 boost 기능이 필요없고 전류원으로서 동작하도록 하면 된다.

[그림 26]과 같이 Max1916의 경우 3개를 병렬로 할 수 있고 저항 Rset가 연결된 LED

를 공급하는 전류를 결정하게 된다. 이 IC는 LED사이에서 0.3%의 뛰어난 전류 매칭을

제공한다.

3) Switched mode current control

현재 가장 많이 사용되는 방식이며 출력전압은 입력전압의 임의의 배수로 증폭이 가능

하다. 예로 [그림 22]과 같은 MAX1848의 경우 2.6 – 5.5V의 입력에 대해서 초대 13V

까지 출력을 증폭할 수 있고 13V로 여러 LED를 직렬로 연결하게 되므로 모든 전류가

동일하므로 매우 명확한 결과를 보여준다. LED의 전류는 CTRL 전압이 제어되므로

Rsense로 조정할 수 있다.

- 39 -

그림26. Max 1916의 LED 구동

4) Dimming control

휴대용 기기에 따라서는 주변 광에 대해서 LED의 광출력을 조정하거나 소프트웨어상

에서 정해 놓은 짧은 대기 구간 이후 광도를 감소시킨다. 이 경우 모두 dimming이 필

요한데 조광의 경우도 색좌표 변화가 없도록 각 순전류를 조절해야한다. 앞에서의 상

용 IC를 사용하면 조광이 모두 가능하다. 예로서 [그림 26]의 Max1916의 경우 SET단

자의 전압을 D/A컨버터로 조절하게 되면 미세한 조광의 제어가 가능하다. 또 다른 방

법으로는 EN단자의 값이 0 수준이며 IC가 동작하지 않는 것을 이용하여 여기에 PWM

신호로 주게되면 듀티비에 따라 LED의 광이 조광이 되게 된다. [그림 27]의 MAX

1848의 경우도 CTRL단자에 D/A 컨버터로 전압을 조정하던지 아니면 PWM신호로 듀

티비를 조절하던지 모두 조광이 가능하게 된다.

그림27. Max 1848의 LED 구동

- 40 -

그림28. Max 1916의 LED dimming

(5) LED 램프

Lumiled사에서는 Flashlight용으로는 [그림 29]과 같은 Luxeon emitter와 [그림 30]

Luxeon star의 두가지 패키징이 공급되는데 Luxeon Star의 경우 MCPCB에 장착되어

있다. 통상 Luxeon 2의 경우는 순전류는 350mA, 순전압은 2.3 – 3.9V 정도의 특성을

갖고 있다. 설계시 외기온도 50C기준에서 적어도 1 in2이상의 방열판이 필요하고

Luxeon의 접합온도 120C를 넘지 않도록 충분히 방열대책이 있어야 한다. 만약 방열기

구가 충분히 설치하기 어려운 공간의 경우는 LED 구동을 상당히 정격이하로 동작 시

켜야 한다.

Flashlight용의 경우는 축전지를 사용하므로 Luxeon의 구동전압 및 전류가 사용 축전

지에 따라 다르게 되지만 datasheet에 입각하여 전류를 제어하여야 한다. 사계 중 하나

로 boost DC – DC 컨버터를 사용하는 것이다. 물론 가장 경제적인 구성은 단순히

저항을 사용하는 것이지만 앞서서 설명한 여러 문제가 발생될 수 있고, 축전지에 직접

연결하는 경우는 전류가 제어가 되지 않으므로 수명에 영향을 줄 수 있다.

그림 29. Luxeon Emitter와 패키징

- 41 -

그림 30. Luxeon Star와 패키징

(6) LED 조명시스템

형광등, 고압방전등과 같은 다른 광원기술처럼 LED를 사용하는 조명시스템은 광원(light

source), 안정기(ballast, LED에서는 종종 driver로 불린다.), 조명기구(fixture, 전반적인 시

스템의 열 조절과 방출되는 빛의 광학적 조절을 위한 주변 장치)로 구분된다. 이게 우리

는 1~4개의 광원을 사용하는 기존 조명시스템과 다르게 LED 조명시스템에 사용하는

LED램프는 많은 단일광원의 직병렬 조합으로 구성하여 사용하였다.

(7)결론

LED 구동용 전원의 신뢰성을 확보하기 위해서는 사용 LED 소자의 정확한 사양을 숙지

하는 것이 가장 기본이다. 전류, 전압의 한계값을 넘지 않으면서 온도에 따른 광학적 특

성을 잘 이해해야지만 적절한 전원의 설계가 가능하다. 다음으로 용도에 따라 어떠한 회

로 구조를 사용할 것인지를 결정하는 것이며 또한 상용 IC를 충분히 이용할 수 있는지를

확인하는 것 이였다. 구체적인 전원의 구현은 용도에 따라 다를 수 밖에 없으며 사용 전

원이 교류냐 하는 문제에도 많은 차이가 있게 된다. 백라이트용의 경우는 개별 LED에 가

능한 편차가 적도록 전류를 공급함으로써 정밀한 광학적 특성을 유지하는 것을 필요로

하지만 LED 신호등과 같은 경우는 개별의 오차는 어느 정도 허용이 되며 전체 LED

array에서의 도용과 고광속용이 차별화되는 등의 다양성이 있기 때문에 LED의 선별도

초기설계에서 중요하다. 그러나 본 연구에서는 LED 구동 전원을 적절히 설계할 수 있는

기술을 확보 하였다.

이렇게 제작 테스트한 결과 최적의 듀티비를 제어하여 밝기 조절을 하여도 LED의 Watt를 낮추어

듀티비를 최대(100%)로 한 경우 소비전력 효율이 더욱 좋게 나왔다.

그렇기 때문에 듀티비의 제어는 사실상 하지 않고 같은 소비전력에 휘도가 더 높은 고휘도 LED를

장착하고, 여기에 맞는 파워 모듈을 설계 제작하는 것이 효과적이라는 결론에 이르렀다.

이에, LED광원의 전기적 특성과 구동전압, 전류, 광출력 등의 관계를 조사하고 확인한 결과 최종

- 42 -

적으로 현재 시판되고 있는 고휘도 LED를 재구입하여 여기에 맞는 파워 모듈을 설계 제작하여 가

로등 빛의 효율을 측정하였다.

AVR 마이크로프로세서를 이용하여 LED의 점멸 제어를 수행하였고, 수행한 제어 알고리

즘의 방법을 다음과 같이 설명하였다.

AVR은 Harvard RISC architecture 기반으로서 한 개의 명령을 수행하는데 단지 한 클럭

주기만큼만의 시간이 걸린다. 즉, 10MHz 크리스탈을 사용할 경우 처리속도가 4 MIPS

(million instructions per second)가 되는 것이다. 이 경우 한 명령을 수행하는데 걸리는

시간은 1/ck -> 1/10,000,000 초가 된다. 몇몇 명령은 2 클럭 사이클 (2/ck)을 필요로 하

는 것도 있다. 본 솔라등의 점등 및 듀티비 조절을 위해서 다음의 구조와 기능을 이용하

였다. 우선,

명령어는 암기하기 쉽도록 약자로 구성된 명령어, ldi는 주어진 값을 레지스터에 직접 써

넣으라는 명령을 의미하고 다음과 같이 구성된다.

ldi temp, 0x0A

위의 예를 보면, 0x0A (16진수값 : 10진수로는 10에 해당) 의 값은 'temp' 라는 이름의

레지스터에 저장하는 명령을 수행한다. AVR 어셈블리에서는 같은 값을 이진수로는

0b00001010, 십진수로는 10, 16진수로는 0x0A로 표현할 수 있다.

AVR은 한 개 이상의 PORT를 갖고 있는데, 이는 AVR의 입출력핀을 제어하는 레지스

터이다. 각 핀을 입력 또는 출력으로 원하는 대로 지정해서 사용할 수 있으며, 그 용도로

사용되는 레지스터가 Data Direction Register(DDRn) 이다. 여기서 n는 사용되는 AVR에

따라 A, B, C, D 로 적절히 대체해서 사용하라는 의미로 만약 19번 핀이 PORTB의 7번

째인 PB7라고 가정할 경우 (AT90S2313), 이 핀을 출력핀으로 사용하려면, 다음과 같은

명령을 사용한다:

sbi DDRB, led (혹은 단순히 sbi DDRB, 7)

여기서 'led' 에는 PB7에 해당하는 7이라는 값이 지정되어 있다면, pin 19 는 출력핀으로

지정된 것이다. 위의 예에서는 DDRD 레지스터의 7번째 비트를 1로 바꾸어 준 것으로서,

1일 경우는 출력, 0일 경우는 입력으로 설정되는 것이다.

이러한 구조를 이용하여 이 출력 핀을 일정 주기에 따라 켜주고 꺼주면 되는데, 출력 신

호는 실제로 전류제한용 저항 (330 ohm)이 연결된 LED를 직렬로 연결하였다. 켜는 명령

어는

sbi PORTB, led

이고 여기서 sbi 는 Set bit in i/o register라는 의미이다. 다음과 같이 하여 'led'를 7 대

신 사용하였다. 예를들면,

- 43 -

.equ led = 7 ;LED는 PB7에 연결됨

어셈블러는 것은 *.asm 파일을 컴파일해서 AVR에 직접 프로그램 할 수 있는 *.hex 파일

로 만들어주는 역할을 한다. LED를 꺼기 위해서는 다음의 명령어를 이용한다.

cbi PORTB, led

Clear bit 7(led) in PORTB라는 의미이다. Clear는 비트값을 0(로우)로 하라는 의미이다.

이 단계에서 단순히 생각하면, 이의 두 줄의 명령을 사용하면 LED가 켜졌다가 꺼졌다 하

는 제어를 실행하였다. 실은 실행속도가 너무 빨라서 (x-tal = 10 MHz), i/o port를 제어

하는 속도를 늦춰주기 위해서 다음의 딜레이 루프를 사용하였다. 한 레지스터 값을

11111111 에서 00000000 (255 에서 0) 까지 하나씩 빼주는 방법을 이용하여 시간을 조정

하였다. 본 개발에 사용된 제어알고리즘은 다음과 같다. LED의 PWM 제어로 듀티비는

50으로 설정할 수 있는 프로그램이다.

;* Long delay

;* Register variables

.def T1 = r1

.def T2 = r2

.def temp = r19

;* Code

longDelay:

clr T1 ;T1 은 딜레이 두번째 카운터

clr T2 ;T2 은 딜레이 세번째 카운터

delay_1:

dec T2

brne delay_1

dec T1

brne delay_1

dec temp

brne delay_1

ret

위 소스에는 세개의 루프가 있으므로, 최대 255 x 255 x 255 만큼 카운트하는데 걸리는

- 44 -

시간만큼 지연시킬 수 있다. 'temp' 값은 적절한 값으로 설정해주면 된다. 만일 'temp' 값

이 20으로 설정된다면, 20 x 255 x 255 만큼 카운트 다운 시키는데 걸리는 시간만큼 지

연시킬 수 있다. 한 명령을 수행하는데 걸리는 시간이 한 클럭사이클이므로 10 MHz 크

리스탈을 사용한다면 지연시간은 19.7 msec x temp 정도가 된다.

2 + temp * 3 * 256 * 256 + temp * 3 * 256 + temp * 3 + 4 = temp * 197379 + 6 (클

럭사이클)이 된다. clr 명령 (레지스터값을 0으로 만들기) 이 두 번 수행되므로 맨 앞의 2

가 나왔고, dec(하나 빼기) 실행하는데 1 클럭사이클, brne(0이 아니면 지정된 곳으로 가

기) 실행하는데 2 클럭사이클)이 걸리므로 합이 3, 256번씩 루프를 도니까 곱하기 256 클

럭사이클, 마지막 ret (돌아가기) 명령을 실행하는데 4 클럭사이클이 사용하였다. 10 MHz

크리스탈을 사용하였고 한 클럭주기가 1/10,000,000 이므로 6 더하는 것은 상대적으로

아주 적은 수이므로 무시하고 한 클럭주기에 197379를 곱하면 temp * 19.7ms 의 주기를

갖도록 구성하고 temp를 제어하여 LED의 점멸을 제어할 수 있도록 구성하였다.

하지만 최종적으로 듀티비를 이용한 LED의 최고밝기의 제어는 실효성이 없다는 판단으

로 여기에 관련된 소프트 웨어는 이것으로 설계 및 제작을 중단하였다.


화재 감지 시 시각 장애인을 위한 음성 피난 유도장치 자동 동작 시스템 개발

(화재 방향 음성 유도장치 자동 off 되며 화재 역방향 음성장치 동작 시스템)

그림 29. 음성 피난 시스템의 기본 개념

- 45 -

가. 음성 피난 시스템의 구성

•전 원 : DC 전압원

•장 비 : 오실로스코프, 멀티미터, Function Generator

•반 도 체 : 2N2102(npn capacitor) 3개, 2N3046(pnp capacitor) 1개

•저 항 : 100Ω 1개, 330Ω 1개, 560Ω 1개, 1kΩ 3개, 8.2kΩ 1개, 10kΩ 3개, 18kΩ

1개, 33kΩ 1개, 가변저항 20kΩ 1개

•커패시터 : 0.0047μF 1개, 0.022μF 1개, 22μF 2개, 100μF 4개,

•출 력 : 스피커

•기 타 : 회로기판, 소켓, 선

(1) 회로개요

구 상

평가 기준에 따라 총 3단의 음성증폭기 회로를 구성해야 한다. 또한 한학기동

안 실험시간에 학습한 회로를 바탕으로 음성증폭기를 구성하는 것이 더욱 의미가

있음을 알고 이에 따라 실험내용을 참고하며 회로를 구상하였다..

참고회로

•첫 번째 STAGE : BJT 증폭회로

- 실험교재 “16장 음성증폭기의 주파수 응답”실험에서 163페이지의 “2단 음성증

폭기 회로”의 첫 번째 STAGE 참고

•두 번째 STAGE : BJT 증폭회로

- 실험교재 “16장 음성증폭기의 주파수 응답”실험에서 163페이지의 “2단 음성증

폭기 회로”의 두 번째 STAGE 및 “17장 푸시-풀 증폭기”실험에서 172페이지

2단 상보대칭증폭기 회로의 첫 번째 STAGE 참고

•세 번째 STAGE : Push-Pull 회로

- 실험교재 “17장 푸시-풀 증폭기”실험에서 172페이지 2단 상보대칭증폭기 회로의

두 번째 STAGE 참고

- 46 -

(2) 회 로 도 (시뮬레이션용)

※ 실제 회로도와의 차이

R7

560

Q3

Q2N3904

Q1

Q2N3904

0

R4

330

R8

100

C4

22u

입력

Vin1Vac0Vdc

Q2

Q2N3904

C7

100u C8

100u

R12

10k

V2

15Vdc

RL

8

R6

10kC3

0.022u

Q4

Q2N3906R2

8.2kC2

100u

R1

18k

R3

1k

C1

22u

R11

1k

C5

100u

R9

10k

C6

0.0047u

R5

33k

R10

1k

출력 스피커

소 자 회로도 소자 실제사용소자

Transistor Q1 : Q2N3904 MPS9

Q2 : Q2N3904 2N2102

Q3 : Q2N3904 2N2102

Q4 : Q2N3906 2N4036

Resistor 8Ω 스피커

- 47 -

(3) 첫 번째 STAGE

회 로 도

Stage 1

V1

FREQ = 1000VAMPL = 1mAVOFF = 0

Q1

Q2N3904

V215Vdc

C1

22u

C2

100u

0

R1

18k

R2

8.2k

R4

330C3

0.02u

R3

1k

시뮬레이션 결과 (입력:1mV 및 출력:컬렉터전압)

- 48 -

DC 분석

0

15V

R1 || R2

5.63k

R3

1k4.7V

R4

330

V1=R2

R1+R2×15=

8.2K18K+8.2K

×15=4.7V

4.7V= IB×5.63K+Vbe+Ie×330

=5.63K×IB+0.7+330(β+1)×IB

Ibe=4.7-0.7

5.63K+330(100+1)= 0.103mA

Ice=β×Ib=10.3mA

AC 분석

R4||C2=330||1

s×100u=1Ω

gm=IcVt

=10.3mA25nV

=0.412A/V

re= αgm

=1

0.412=2.427Ω

Av1= αR1re+(R4||C2)

=1K

3.427=291.8

- 49 -

R3

1K

0

re

2.427

gmVbe

R1||R2

5.63K

0

R4 || C2

1

0

FREQ = 10kHzVAMPL = 1mV

0

- 50 -

0

15V

R5 || R6

7.67k

R7

5603.49V

R8

100

(4) 두 번째 STAGE

회 로 도

V215Vdc

R6

10k

VQ2

Q2N3904

V

R7

560

Stage 2

C5

100u

C6

0.0047u

C4

22u

R5

33k

V1

FREQ = 1000VAMPL = 1mAVOFF = 0

R8

100

0

시뮬레이션 결과 (입력:1mV 및 출력:컬렉터전압)

DC 분석

V2=10K

33K+10K×15= 3.49V

- 51 -

R5||R6=33K||10K=5.63KΩ

3.49= Ib×7.67K+Vbe+Ie×100

= Ib×7.67K+0.7+100(β+1)×Ib

Ib=3.49-0.7

7.67K+100(100+1)=0.157mA

Ic=βIb=15.7mA

AC 분석

R8||C5=100||1

s(100uF)=1Ω

gm=IcVT

=15.7mA25mV

=0.628A/V

re2= αgm

=1

0.628=1.592Ω

Av2=R7

re2+(R8||C5)=216.05

R7

560

0

re

1.592

gmVbe

R5||R6

7.67K

0

R8 || C5

1

0

FREQ = 10kHzVAMPL = 1mV

0

- 52 -

(5) 세 번째 STAGE

회 로 도

C8

100u

R12

10k

Q3

Q2N3904

C7

100uR11

1k

Stage 3

R9

10k

RL

8

V1

FREQ = 1000VAMPL = 1mVVOFF = 0

Q4

Q2N3906

V215Vdc

출력 스피커

R10

1k

0

시뮬레이션 결과 (입력:1mV 및 출력:RL전압)

- 53 -

회로분석

R10+R11+R12R9+R10+R11+R12

×15=8.18V

R9||(R10+R11+R12)=5.45KΩ

8.18V=5.45KIb+Vbe+(1

sC8+8)(β+1)Ib

8.18V=5.45Ib+0.7+909Ib

Ib=8.18uA

Ic=Ib×β=818uA

gm=IcVt

=0.818mA25mV

=32.7mA/V

- 54 -

re= αgm

=1

32.7m=30.6Ω

Av=re

re+(1/sC8+RL)×

RL1/sC8+RL

=9

9+30.6×

89

= 0.2

(6) 총 회로 이득

Av=Av1×Av2×Av3=291.8 ×216.05×0.2=12608.68V/V

Av(dB)= 20LOG(12608.68)=82.01dB

(7)주파수영역출력결과(dB)

- 55 -

(8) 시뮬레이션 결과에 따른 이득 및 대역폭

이 득 : 63.007 dB

대 역 폭

• 3dB - Low Frequency : 632.233 Hz

• 3dB - High Frequency : 35.437 kHz

해석값과 시뮬레이션 값이 차이 이유

•트랜지스터 소자의 ro 값을 정확하게 알 수 없어 해로를 자세하게 분석하지 못

하였다.

(9) 입 력

측정된 입력값 : 9.84mV

※ 20 kΩ 가변저항을 이용하여 입력신호를 10mV 근방에서 입력신호를 넣어주었다

- 56 -

(10) 최대출력(10Khz 입력시)

측정된 출력값 : 7.1V

총 이 득

총이득=출력값입력값 =

7.1V9.84mV

=721.54V/V

dB=20LOG(총이득)=57dB

시뮬레이션 값과의 오차율

• 시뮬레이션 값이 63dB 이므로

오차율= 시뮬레이션값-측정값시뮬레이션값 ×100=9.52%

- 57 -

(11) 3dB-Low Frequency : 200Hz

측정 3dB-Low Frequency : 200Hz

※ 측정 dB 이득값이 57dB 이므로 이득이 3dB 떨어지는 주파수는 약 5V가 측정되

는 지점이다

(12) 3dB-High Frequency : 70kHz

- 58 -

측정 3dB-High Frequency : 70kHZ

※ 측정 dB 이득값이 57dB 이므로 이득이 3dB 떨어지는 주파수는 약 5V가 측정되

는 지점이다

나. 음성 녹음 재생기의 제작

소리 녹음기의 제작구성은 저항, 콘덴서 및 7805 IC, LM386 IC등으로 하였다. 제작

에 앞서 각 소자들의 data sheet를 검토하였다. 일반적으로 전력용 IC는 발열온도가

다른 소자에 비해 꽤 높다. 5V용 정전압 IC인 7805 IC의 발열온도는 data sheet에도

150도로 명시되어 있어서 제작 및 실험에 있어서 상당한 주의를 요구한다. 제작하기

전 이러한 안전사항들을 습득하고 제작하였다.

7805 IC는 I(Input), G(Ground), O(Output)세 개의 단자로 구성되어있다. 7805 IC를

회로에 제작하기에 앞서 테스트를 해보았다. 테스트 방법은 7805는 정전압 소자로서

테스타로 양. 부를 측정할 수 없다. 따라서 정면으로 보아서 왼쪽부터 1, 2 3번 단자가

1번은 Input, 2번은 Ground, 3번은 출력의 순서대로 조립하여 3번 단자에서 5V가 측

정되는 가를 확인하면 된다. 7805의 입력 전압은 9V~12V 이하로 공급하는 것이 양호

하다. 따라서 9V전지로 입력 하였다. 7805가 레귤레이터라 일반적으로 효율이 나빠 열

이 많이 나긴 하지만 내부에 온도 보호회로가 내장되어 있어 납이 녹을 정도의 고열

을 발산하지는 않는다.

발열에 의한 안전사고를 미연에 방지하기 위하여 7805 앞부분에 다이오드 등을 직렬

로 붙여주면 열이 분산되어 조금은 발열에 의한 사고를 방지할 수 있다. 다이오드는

한개 붙일 때마다 약 0.8V 정도 떨어지므로 최대 6개정도는 연결하는 것이 가능하다.

또 다른 방법으로는 스위칭 레귤레이터(LM2575-05)등으로 바꾸는 것이 있다. 다만 스

위칭 레귤레이터는 효율은 높지만 스위칭 노이즈가 발생하고, 주변회로가 다소 복잡해

지는 단점이 있다. 따라서 I(Input)단자에 정류 다이오드 한 개를 연결하여 제작하였다.

9V전지의 (+)는 정류 다이오드의 (+)에 연결하고 9V전지의 (-)는 7805의 (-)와 연결하

였다. 그리고 소리 녹음기의 R(Record)단자는 적외선 수신기의 릴레이의 NC단자에 연

결하여 Timer와 연동되도록 설계구상에 맞추어 제작하였다

다. 결 론

실제 구성한 3단 음성증폭기 회로와 시뮬레이션과의 결과값이 차이가 있음을 확인할

수 있었습니다.

그에 대한 원인으로 첫째, 실제 구성한 회로와 시뮬레이션 회로와의 소자의 차이를

- 59 -

들 수 있었다. 가장 큰 구성요소인 트랜지스터가 전혀 달라 이득 및 대역폭에 상당한

영향을 미쳤음을 예상할 수 있었다.

둘째, 회로 구성시 생길 수 있는 여러 요소들을 들 수 있다. 납땜의 미숙이나 혹은

회로의 소자들의 아주 작은 오차등이 쌓이고 쌓여서 전체 회로에 어느정도의 영향을

주었을것으로 예상. 셋째, 입력신호에 노이즈가 끼어있어서 영향을 준 것으로 생각할

수 있다. 예를 들어 함수 발생기 자체에서도 어느정도 노이즈가 생길 수 있으며 또한

입력신호를 가변저항기를 통해서 인가를 해주다 보니 노이즈등이 끼어들어갈 수 있

는 여지가 될 수 있는 듯 하다. 하지만 이는 아주 미소한 양으로 본 장치에 적용하였

을 때 음의 찌그러짐이나 왜곡현상이 생기지 않아서 무시 하기로 한다.

이러한 회로의 증폭단을 거쳐 최종 음성회로를 완성하여 본 시스템에 적용하기로 한

다.

- 60 -


인공지능형 피난 유도등 시스템 개발(비상 시 서치라이트 자동 점등 기능 포함)

평상 시 On - Line PC제어와 자체개발한 리모콘 제어를 통하여 유, 무선 일반광고 및

안전 문구를 구현하고, 화재 및 비상시 소방 방재실의 ON-LINE제어를 통해 자동으로

적색 방향 표시등으로 전환되는 On - Line 제어가 가능한 인공지능형 피난 유도라인

시스템의 개발

그림 30. L인공지능형 LED유도 시스템 예상도

그림 31. L인공지능형 LED유도 시스템의 Display 제작

- 61 -

가. LED방향 표시기의 제작

LED방향 표시기는 앞 장의 설계구상에 따라 Timer와 적외선 수신기와 함께 연동이 되

어 동작되도록 제작하였다. 입력 전압은 6.5V Power supply로 하였다.

LED방향 표시기는 NE555, 7490, 7442 IC, 저항 및 발광다이오드로 구성된다. 제작에

앞선 테스트에서 특별한 주의사항은 발견되어지지 않았고 다이오드의 개수가 많아 연결

에 의한 오차만이 발견되었다. 따라서 다이오드의 연결을 직렬로 구성하여 Timer의 출력

을 입력으로 받아 다이오드를 순차적으로 발광시키는 것이 제작 시의 주의사항이었다.

회로제작은 설계사항에 따라 NE555 - 7490 - 7442 - LED 로 구성하여 NE555에서 구형

파를 발생시켜 넣어주면 LED 다이오드가 순차적으로 발광되도록 하였다. 그리고 LED 다

이오드가 ON되는 순차적인 속도는 6.5V의 입력을 받는 첫 단에 가변저항을 달아 이를

조절함으로써 속도를 제어할 수 있도록 제작하였다.

나. 제작된 시스템의 성능시험결과

3장에서의 설계 및 회로도에 제시된 사항들에 대해 맞춰 전체 시스템을 제작하였다.

그림 4-1. 테스트 기판에 제작된 LED방향 표시기

- 62 -

다. 인공지능형 LED비상유도라인의 소프트웨어 제작 완료.

다음은 LED비상유도라인의 전광판용 Display용 소프트웨어이다.

/*********************************************

This program was produced by the CodeWizardAVR V1.23.6a Standard Automatic

Program Generator

Copyright 1998-2002 HP InfoTech s.r.l.

http://www.hpinfotech.ro

e-mail:[email protected] , [email protected]

Project :

Version : 0.1

Date : 2008-10-27

Author : Chu Woohun

Company : Mechatronics Study Groub

Comments: version upgrade :

Chip type : ATmega128

Program type : Application

Clock frequency : 16.000000 MHz

Memory model : Small

Internal SRAM size : 4096

External SRAM size : 0

Data Stack size : 1024

*********************************************/

#include <mega128.h>

#include <delay.h>

/* DEFINE SIGN CODE */

#define ADDRESS PORTA

#define CLK PORTC.0

#define LATCH PORTC.1

#define ENABLE PORTC.2

#define RED PORTD.0

- 63 -

#define GREEN PORTD.1

#define LED PORTD

#defineDATATIME 5

#define True 1

#define False 0

bit FlagTimer;

// 통신 설정 //

#define UDRE 5

/////// 패킷 통신 설정 ///////

#define START_CHAR 0x01 // 패킷 시작 문자

#define END_CHAR 0x02 //패킷 종료 문자

#define ID 'P' // 아이디

#define PACKET_LENGTH 2 // 데이터의 2배가 된다. 6*2

#define IDLE 0x00 //수신 상태

#define ID_CHECK 0x01 //아이디

#define PACKET_START 0x02 // packet을 받아들이기 시작

#define PACKET_END 0x03 // 패킷 종료

char Data; // 수신한 데이터 저장 장소

char Received_data[2];

char State=0; //수신 상태 변수

char Packet_index=0;

bit Received_all=0; //패킷을 다 받았다고 알리는 flag

/* ->(Red), <-(Red), ->(Green), <-(Green), ->(Yellow), <-(Yellow), DCX, None */

const unsigned char Sign_Data[8][512]=

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

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0x00,


0x00,


0x00

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;

void Init_PORT(void);

void Init_timer(void);

void Init_USART(void);

interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void);

interrupt [USART0_RXC] void usart0_rx_isr(void);

interrupt [USART1_RXC] void usart1_rx_isr(void);

void DataSigne(unsigned char Frame);

//void MovieSigne(char Frame);

void main(void)

char Frame=0;

unsigned char SensorInputData=0;

unsigned char Status=1, Counter=0;

FlagTimer=0;

Init_PORT();

Init_timer();

Init_USART();

// Global enable interrupts

#asm("sei")

CLK=0;

LATCH=0;

ENABLE=0;

RED=0;

GREEN=0;

ADDRESS=0X00;

- 80 -

while (1)

if(Received_all == True) //리모컨 수신

Received_all = False;

if(Data == 0)

Status=1;

while(Status)

DataSigne(0);

if(FlagTimer)Counter++; FlagTimer=0;

if(Counter>DATATIME)Status=0;

else if(Data == 1)

Status=1;

while(Status)

DataSigne(1);



else if(Data == 2)

Status=1;

while(Status)

DataSigne(2);



- 81 -

SensorInputData=~PINE;

if(SensorInputData==0)

ENABLE=1;

// 첫번째 문자 : DCX


Counter=0;

if(SensorInputData & 0x01)

Status=1;

while(Status)

DataSigne(0);



// 두번째 문자 : ->


Counter=0;


Status=1;

while(Status)

DataSigne(1);



- 82 -

// 세번째 문자 : <-


Counter=0;


Status=1;

while(Status)

DataSigne(2);



void DataSigne(unsigned char Frame)

signed int i,j ,k;

unsigned char tmp;

int module, line;

for(i=0;i<16;i++)

line=i*16;

for(j=0;j<2;j++)

module=j*16*16+line;

for(k=0;k<16;k++)

tmp=Sign_Data[Frame][module+k]; //i*24+j*16*24+k

- 83 -

LED=tmp>>4;

CLK=0;

CLK=1;

LED=tmp;

CLK=0;

CLK=1;

ENABLE=1;

ADDRESS=~i;

LATCH=1;

//#asm ("nop")

LATCH=0;

delay_us(1);

ENABLE=0;

void Init_PORT(void) // set I/O PORT resist

PORTA=0x00;

DDRA=0xFF; //set PORTA output for address

PORTB=0x00;

DDRB=0xff; //set PORTB output for LED1

PORTC=0x00;

DDRC=0xff; //set PORTC output for Set

PORTD=0x00;

DDRD=0xff; //set PORTD output for LED2

- 84 -

PORTE=0xff;

DDRE=0x00; //set PORTD input for communicate

/*

set Timer1

*/

void Init_timer(void)

TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x04; // 1:64 prescaling 1/250khz = 4us

TCNT1H=0xcf; TCNT1L=0x2b;

OCR1AH=0x00;OCR1AL=0x00;

OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00;

OCR1CH=0x00;OCR1CL=0x00;

TIMSK = 0x04; // Interrupt enable

ETIMSK = 0x00;

void Init_USART(void)

// USART0 initialization

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity

// USART0 Receiver: On

// USART0 Transmitter: On

// USART0 Mode: Asynchronous

// USART0 Baud Rate: 1200

UCSR0A=0x00;

UCSR0B=0x98;

UCSR0C=0x06;

UBRR0H=0x03;

UBRR0L=0x40;

- 85 -

// USART1 initialization

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity

// USART1 Receiver: On

// USART1 Transmitter: On

// USART1 Mode: Asynchronous

// USART1 Baud Rate: 38400

UCSR1A=0x00;

UCSR1B=0x98;

UCSR1C=0x06;

UBRR1H=0x00;

UBRR1L=0x19;

interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void)

TCNT1H=0xde;TCNT1L=0x2b;

FlagTimer=1;

interrupt [USART0_RXC] void usart0_rx_isr(void) // 리모컨 수신

Data=UDR0; //전역 변수 Data에 수신한 데이터를 저장

switch(State)

case IDLE:

if(Data == START_CHAR) State = ID_CHECK;

break;

case ID_CHECK:

if(Data == ID) State = PACKET_START;

else State=IDLE;

break;

case PACKET_START:

Received_data[Packet_index] = Data;

- 86 -

Packet_index++;

if(Packet_index == PACKET_LENGTH)

if(Received_data[0] == Received_data[1])

Received_all=1;

//if(Received_data[0]) Movie_stop=1;

Packet_index = 0;

State = IDLE;

break;

interrupt [USART1_RXC] void usart1_rx_isr(void)

//Data=UDR0;

- 87 -

제4장 연구개발결과의 활용계획

제 1 절 계획대비 실적 및 성과

1. 추진전략 및 방법

가. 개발추진방법

체계적인 국내외 자료수집

기술정보수집

- 국내 기존 설치 피난유도라인 시스템 조사 분석

- 국내외 LED 적용 피난유도라인 시스템 LED 사양 조사 분석

- 국내외 개발 생산중인 저전류 고휘도 LED 정보 수집 분석 및 당해 LED 적용성

및 사례별 용도 조사 분석

- 고휘도 LED의 최저휘도와 최고휘도 조절범위 자료수집 및 분석

- 현재 적용되어진 비상유도라인 전용 비상 배터리 및 전원공급 체계 자료 수집 및

분석

- 현재 설치되어진 유도라인의 비상 동작 시 발생되는 문제점 분석 및 대체 방안

자료수집

전문가 확보

- 안전 시스템 관련 전문가 확보 방안

소방 안전 시스템 전문가 확보 - 서울산업대학교 전기 공학 연구팀 /

안전공학 연구팀

LED 기술 관련 전문가확보 - 당 개발사업의 위탁 연구기관인 삼성전기(주)

LED 개발팀 전문가 협의 문제 해결

화재탐지기 관련 전문가 확보 - 당 개발 사업의 참여 기업인 ( ) 연구원

협의체 구성

연구개발 방법(접근 방법)

- 국내외 소방법규 및 해외 선진국 소방법규에 규정되어진 피난유도라인 자료 조사

및 분석

- 유관기관 의견 수렴

- 소방안전 전문가 문제제시 및 해결방안 검토 수정 보완 접근 방법 정리

- 88 -

전문가 확보 및 연구개발 방법 추진 체계도

2. 연구개발 추진체계

개발 항목별 개발 추진 체계도

- 89 -

3. 당해연도 계획 및 실적

구분 연구개발내용 세부추진 실적

피난유도라인

시스템

현황조사

국내외 시스템 자료조사 및

소방안전

규정조사

지하철 및 대형 건축물 현재 시행 설치 구조

및 동작 시스템 조사 완료

국내외 피난유도라인 관련 규제 법규 조사완료

전문가 설문 및 자문 초정

지하철 및 대형건물 설치 현황조사완료

화재로 인한 정전 시 동작전원

공급 라인 및 실행방법 조사

비상전원 동작 시간 조사완료

비상동작 시간 법제화 조사완료

비상유도라인 법적 조도 범위 조사완료

비상통로와 유도라인 설치간격

및 비상대피 방향성 동작 조사

현재 설치되어진 유도라인 화재 발생시 화제

역방향 동작 시스템 조사완료

현지 설치,

운용중인

피난유도라인

시스템 효율성

분석

현재 대형건물 및 지하철 등에

설치 운용중인 비상유도 시스템 및

동작제어 기술 분석

화재 발생 시 화재 감지기와 비상대피

라인의 연동관계 분석완료

현재 설치 비상유도라인의 제어시스템

분석완료

화재 발생 시 유독가스에 의한

유도라인 시인성 분석

현재 설치되어진 유도라인의 조도가 화재

발생 시 유독가스에 의한 시인성 및 조도

분석완료

평시 조도와 화재시 조도 비교분석완료

현재 유도라인의 조도와 설치 거리와의 관계

비교 분석 완료

화재 시 비상전원 공급구조 분석

비상전원과 유도라인 설치 구조 분석완료

비상전원 1기의 저원 공급 용량 및 설계

시방 규정 분석완료

최적 효율성을

가진

인공지능형

LED

피난유도라인

시스템 개발

화재발생시 화재탐지기와 연동

동작 화재인지 시스템 개발

화재감지기의 화재감지 신호 감지 비상 동작

전환 브리지(Bridge-정류회로) 개발

전용 Software 개발완료

평상시 동작 LED 휘도와 비상시

동작 휘도 자동전환 회로개발

평상시 동작과 비상시 동작의 출력단자 전류

증폭회로 개발완료

- 평상시 일반휘도 광고/홍보 문구 및 문양

디스플레이 설치완료

- 비상시 최대 휘도 자동전환 비상유도방향

점멸 디스플레이(PWM 방식)개발완료

음성 회로 장착, 비상 시 비상상

황 및 대피 방향 음성 유도

화재발생 시 비상 대피 방향안내와 동시에

자동으로 음성회로 동작 안전 대피 유도

- 화재방향 음성회로 자동 차단

- 화재 역방향 비상 통로 장착 음성 최대 음량

비상 대피 유도 시스템 개발완료

바닥 매립형 설치 간편 구조 개

발

방수 방진구조의 바닥 매립형 시제품 개발

비상 서치라이트 장착으로 효율적인 시인성

시제품 개발

최종개발

성과물 완료

인공지능형 LEd 피난유도라인

시스템 표준 설계/규격서 DB 규츅

개발 시제품 상용화 시 표준 규격 및 시방서

DB 구축

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예상 오작동 발생 내용 오작동 시 문제점 오작동 방지 대책

다발성 화재 발생 시

화재 감지기 동시 다발

감지 시 화재 방향으로

비상피난

유도 문제 발생 가능

화재감지 다발 감지 시 (다방향 ) 자동

대피방향 동작 정지

종합 방재실 ON LINE 또는 현장

리모트 컨트롤 조작 대피 방향 발광

화재 감지 연동 회로

오작동 시

화재 감지 방향 미인지로

비상사태 인지 못하여

대피 방향 지시 기능 동

작 불능

인공지능형 피난 유도 시스템 회로부에

연결 되어진 화재감지기와의 연동 동작

감지 램프 설치

설치 되어진 램프 ON 시 자탐센서와의

동작 인지 문제를 사전 발견

점검 수리 정상 동작 유지

인위적인 파손 또는 방수

문제로 기인한 유도라인

자체 기능 상실 시

회로의 문제점으로 인하

여 화재 감지 불능

방재실 시스템에 유도라인 정상동작

유/무 신호 발생

사전 점검 수리 등으로 오작동 발생

미연 방지

4. 역방향 피난유도 시스템의 예상 오작동 발생 상황 및 방지대책

오작동 방지 대책 상황도 (적색 바탕부분)

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제 2 절 향후 개선 사항

1. 추가연구 사항

가. 지하철 등의 다중이용 시설 외 노래방, 찜질방, 등에 적용 할 다양한 상품개발

선박 내부 전용 비상유도라인(정전 시 안전 피난로 확보)

비행기 트랙 야간 안전 계단 상품 등 다양한 시설 접목으로 상당한 영향력 있는 개발 연

구.

일반 가정에서 안전 및 위험요소 설치 가능한 상품 개발 연구

제 3 절 적용분야 및 기대효과

1. 기대성과

가. 기술적 측면

- 화재감지기 연동 화재 역방향 대피유도라인은 현재 설치 연구 보고 사례가 없는 기술 개

발로 기술적 파급

효과는 크게 작용 할 것으로 판단되며 아래와 같은 파급효과를 나타낼 것으로 예상됨.

평상시 동작과 화재 발생 LED의 휘도 자동 변환 기술 개발로 유독 가스에 의한 시인성

결여 시에도 최적의 시인성과 안전성 기술 확보

별도의 비상 배터리가 필요 없는 독립 자동 충전 전원으로 최소 60분 이상 비상점멸 기

능을 최소전류 동작 모듈 원천기술 확보

기존의 화재감지기와 연동 동작으로 실용성과 안정성을 확보한 피난 유도라인 자체 기

술 DB 구축

비상피난 유도라인외 기타 안전상품 파생 원천 기술 확보

비상 대피 방향 유도 기능과 음성 피난 유도 기능을 동시에 수행 원천 기술 확보.

나. 경제ㆍ산업적 측면

- 비상대피 유도 안전 기능과 실내 인테리어 동시효과 유발상품 적용성 확대

기존 적용상품으로는 안전과 인테리어의 동시효과를 가지는 상품 출시는 없는 것으로 조

사 되었으므로 지하철 계단 위치 확인 상품 및 대형 건물의 지하 또는 비상계단 등에

적용하여 인명피해 최소화 하여 막대한 경제, 산업적 상품 출시 가능.

- 광고 문구 등의 삽입 가능에 따라 광고 및 홍보효과

기존의 인테리어 상품은 광고의 효과보다는 인테리어 효과 단순 기능의 빛 발산 단순 기

능 상품이지만, 본과제로 개발 될 상품은 인테리어 기능에 광고/홍보 문장을 직접 각

- 92 -

인하여 안전의식 고취 등의 부가 효과 창출 상품으로서의 적용 가능

- 보다 편리하고 안전한 사용 상품 활용성 무한함.

동작 환경에 따라 발광 휘도 자동 조절 기능으로 에너지 세이브 및 높은 시인성 확보로

산업적 이익 기대효과.

- 세계에서 연구 또는 출시된 상품이 없으므로 상품 수출 및 기술수출로 인한 국가 경제 및

산업적 파급 효과 기대

현재 인공지능형 LED 유도용라인의 연구 및 개발 사례가 없으며, 당 개발 기술은 최소

전류 동작방식(PWM) 적용으로 친환경 에너지 세이브 상품 및 기슬9시스템) 수출로 인한

국익 증대 효과 기대됨.

2. 활용방안

가. 활용분야

- 인공지능형 LED 피난유도라인 시스템 개발로 대형건물 및 지하철 등 공공의 다중

이용시설의 안정성을 확보 할 수 있는 기술로 비상유도 소방방재 시스템의 기술적,

사회적 선진화 기틀 마련 할 수 있다.

소방방재 분야




- 지하철 및 대현 건축물 화재 발생 시 이용객들이 안정성 취약요소에 의한 대형사고 예방

기술 확보로 다중이용 시설의 소방방재 관리시스템의 지속적인 노하우를 확보 효율적인

재난 방지 시스템을 운용 할 수 있을 것으로 판단 됨.


화재발생외의 기타 비상사태 시 임의 조절 가능한 무선 시스템으로 지진, 폭우 등으로 인

한 비상 대피 시 활용

전쟁 및 국가 비상사태 발생 시 지하 공간을 이용한 안전 피난 유도라인으로의 효과적인

활용


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제5장 참고문헌

[1] LED 활용실기 (최신) 박문수 지음 갈채

[2] 고출력 LED 및 고체광원 조명기술 장우진 외 지음 | 아진(김근배)

[3] PSPICE를 이용한 회로설계 기초와 응용 백동철 지음 | 복두출판사

[4] 적외선으로 움직이는 PIC Robot 박동기 지음 | OHM사

[5] Basic Electric Circuit Analysis, David E.Johnson | Prentice Hall

[6] Electronic Devices and Circuit Theory, Robert L.Boylestad Louis Nashelsky |Prentice Hall

[7] 국립중앙과학박물관 www.science.go.kr

[8] 한국과학기술정보연구원　www.kisti.re.kr

[9] http://www.kitkorea.com

[10] http://www.avrmall.com/ishop/index.php

[11] http://www.terabank.co.kr

[12] http://www.eleparts.co.kr/shop/index.php

[13] http://www.devicemrt.co.kr/

[14] http://www.leocom.co.kr/

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제6장 부 록

제 1 절

특허 관련 서류

제 2 절

개발된 R형 수신기(GSI-X1)시스템 사용 설명서

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