STEAM R&E 결과 보고서
신호등 광원장치 소비전력의 효과적 절약방안에 관한 연구
연구활동 기간: 2014 5.1~10.11
연구 책임교사: 임종우(매화고)
공동 지도교사: 강선화(매화고)
연구 참여학생: 윤준혁(3학년)
양예찬(1학년)
차병근(1학년)
김지민(1학년)
1. 과제 개요
□ 연구목적
○ 연구동기
현재 본교 앞 교차로는 회전식 교차로로 인해 차량들의 교통에 차질이 생기고 신호등의 설치가 미비하여 많은 차량들이 무분별한 과속이나 신호위반 등을 하 여 학생들이 교통사고로 이어질 수 있는 위험한 상황에 놓여 있다.
실제로 국내의 차량용 신호등의 수는 413.453대이고, 보행자용 신호등의 수는 162,293대이지만 신호등의 설치 및 유지비용 부담 및 지속적인 전기소비량 등이 원인이 되어 신호등이 필요한 장소에 비해 설치량이 훨씬 더 부족하다.
따라서 위의 본교 앞 도로와 같이 기존 신호등을 개선하여 설치비용과 전기소 비량을 절감시키는 구조로 개선하여 여유비용을 발생시키고, 이를 통해 신호등 이 필요한 장소의 신호등 보급을 확대할 수 있도록 본 연구를 수행하게 되었다.
<사진 1. 실제 학교 앞 도로 사진>
○ 연구 목적
- 기존 차량용 신호등의 광원조사방법을 개선하여 유지비가 저렴한 신호등을 개발 할 수 있다.
- 기존 보행자용 신호등의 시간알림방법을 개선하여 제작비가 저렴한 신호등을 개발 할 수 있다.
- 유지비와 제작비가 저렴한 신호등을 개발하여 보다 많은 곳에 신호등을 보급할 수 있다.
사진 설치기준
보행등
-차량신호기가 설치된 교차로의 횡단보도로서 1일중 횡단보도의 가장 많은 통행량을 가지는 곳 (횡단보행자 (1시간): 150명)
-주로 번화가의 교차로, 역앞 등의 횡단보도로 설치 -차량신호만으로는 보행자에게 언제 통행권이 있는지 분별하기 어려울 경우
-차도의 폭이 16미터 이상인 교차로 또는 횡단보도에 서 차량신호가 변하더라도 보행자가 차도 내에 남을 때가 많은 경우
-어린이 보호구역 등 내 초등학교 또는 유치원 등의 주 출입문과 가장 가까운 거리에 위치한 횡단보도
□ 연구범위
○ 광원조사 방법을 가존 차량용 신호등에 프레넬 렌즈의 설치유무로 구분한다.
○ 시간알림방법에서 기존 보행자용 신호등보다 적은 양의 LED를 사용하여 제작한다.
○ 기존 신호등의 광원조사방법과 시간알림방법을 개선하여 보다 많은 수의 저렴한 신호등을 설치 및 보급한다.
2. 과제 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○ 신호등 관련 규정 1)신호등의 교통규정:
교통규정5.(5)조 : 착색렌즈를 사용하였을 때, 색상을 띄는 LED소자를 사용하는 교통 신호등은 시험기준 5.(4)항에 의거하여 시험하였을 때, 썬팬텀비가 다음 <표 1>의 수치 이상이 되어야 한다.
구분 썬팬텀비 기준
차량등 15 이상
자전거신호등, 보행등 8 이상
<표1> 썬팬텀비 기준
(1개의 신호등의 평균적인 소비전력량(1년 기준): 79,570W)
2)신호등의 설치기준
경보형 경보등
-차량신호기가 설치된 교차로의 횡단보도로서 1일중 횡단보 도의 가장 많은 통행량을 가지는 곳 (횡단보행자(1시간):
150명)
-주로 번화가의 교차로, 역앞 등의 횡단보도로 설치
-차량신호만으로는 보행자에게 언제 통행권이 있는지 분별 하기 어려울 경우
-차도의 폭이 16미터 이상인 교차로 또는 횡단보도에서 차량신호가 변하더라도 보행자가 차도 내에 남을 때가 많 은 경우
-어린이 보호구역 등 내 초등학교 또는 유치원 등의 주 출입문과 가장 가까운 거리에 위치한 횡단보도
○ 본 과제를 수행하게 된 이론적 배경 1)프레넬렌즈:
렌즈의 두께를 줄이기 위해 수개 또는 여러 개의 원 모양의 띠의 렌즈를 분할 제작하 여 각 띠에 프리즘 작용을 가지게 하여 상의 뒤틀림을 줄이기 위한 용도의 렌즈이다.
주로 등대의 빛을 평행광선으로 내보내기 위한 ‘집광렌즈’로 용이하게 사용한다.
2)LED(Light Eimitting Diode):
갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체 소자로,
p-n 접합구조를 이용하여 전자 또는 정공을 주입하여 이들의 재결합을 통해 발광시킨다.
3)빛의 굴절:
매질에 따라서 파동의 진행 속력이 달라지기 때문에 서로 다른 매질의 경계면을 통과하는 파동의 진행방향이 바뀌게 되는 현상이다.
(*빛과 소리 등과 같은 파동의 구체적인 종류와 무관하게 나타난다.)
4)빛의 조도:
어떤 면에서 투사되는 광속을 해당면의 면적으로 나눈 것을 말하고 조사되는 면의 생각하고 있는 점에서의 광속밀도이다. 국내에서는 단위 룩스(lux,기호:lx)를 사용한 다. 조도를 측정하는 식은 다음과 같다.
조도 측정거리 광속
5)빛의 광도:
광원으로부터 어떤 방향을 향해 단위입체각 안에 방출되는 광속(빛다발) 의 크기에 따라 그 방향에서의 광도를 결정한다.
즉, 광원으로부터 단위거리만큼 떨어진 곳에서 빛의 방향에 수직으로 놓인 단위면적 을 단위시간에 통과하는 빛의 양이다. 광도를 측정하는 식은 다음과 같다.
광도 조도
측정거리 6)허상현상:
햇빛이 신호등 면에 반사되는 경우, 등화 되어있는 신호지시 상의 색상 구분에 대한 명확성이 감소되어 운전자에게 혼란 또는 신호오인을 초래할 수 있는 현상이다.
7)역률현상:
전류가 얼마나 피상전력에 대한 유효전력의 비율이고 전기기기에서 실제로 걸리는 전압과 유효하게 일을 하는가 하는 0.9 이하의 비율을 의미한다.
○ 선행 연구
기술 및 논문 명 기술 및 논문 내용 도안
엘이디 신호등의 광량조절 제어장치(최홍관 , 2002)
LED 신호등의 광량조절 제어장치
LED면발광체를 갖는 교통 신호등(최 광철 . 2009)
다수의 광섬유가 다층구조를 갖는 투명구슬
전체에
연결되어LED면발광체를 갖는 신호등
에너지절약 횡단보도 신호등
(박 기종 , 2004 )
보행자가 드문 횡단보도 전용 신호등으로 사용하기
위하여 보행자 스스로 간단한 조작을 함으로써 자가발전을 하는 신호등
조광형 엘이디 교통신호등 (김종헌, 2005)
일몰 이후 교통신호등의 광도를 감소시켜 시인성을
개선하고 전력 소비를 절감할 수 있는 조광형
LED 교통신호등
□ 연구과제 선정과정
○ 선행연구를 통한 본 연구의 착안점
본 연구에서는 소비전력과 같은 에너지 절약을 위한 방법으로 사용한 광섬유의 구조 는 중심부에는 굴절율이 높은 유리, 외부는 굴절율이 낮은 유리로 빛의 전반사가 일어나게 하여 보다 적은 전력으로 비슷한 광도를 가지게 한다.
또한 LED광원으로부터의 빛을 다수의 광섬유와 연결된 다수개의 투명 구슬에 전달하 여 신호등 면에 면 발광이 고르게 발산될 수 있도록 제작하였다. 이에 집광성이 높은 프레넬 렌즈를 사용하여 적은 양의 LED로도 같은 밝기를 낼 수 있는 방안으로 효과적 인 신호등 광원장치의 소비전력 절약방안에 대해 구체적으로 생각하게 되었다.
○ 본 연구의 주제 선정
- 신호등 광원장치의 소비전력의 효과적 절약방안에 대한 연구
□ 연구 방법
○ 신호등의 광도측정용 실험장치 개발
○ 기존 발광다이오드 대비 동일 광도에서 소비전력이 70%수준인 발광 소자를 적용한 신호등 제작
○ 기존 발광 다이오드 신호등에 프레넬 렌즈를 접목 시킨 LED신호등 제작
□ 가설설정 및 실험설계
-가설
⓵ LED판에 오목거울이 부착하였을 때 빛의 반사로 조도 값이 증폭된다.
⓶ 오목거울 판이 설치된 LED판의 조도 값은 주위배경의 밝기에 영향을 받을 것이다.
⓷ 오목거울 판이 설치된 LED판의 조도 값은 조도계와 LED판이 이루는 각에 영항을 받을 것이다..
⓸ 오목거울 판이 설치도에 영향을 받을 것이다.
⓹ LED의 수와 전력소모량은 비례하다.
- 실험설계
시기 r&e 실험 계획 및 연구 계획
10월
국내에 설치된 신호등의 설치 개수 조사 및 신호등 유지비용 조사 실험장치인 “광도측정 장치”를 이용한 실험을 통해 프레넬의 효율 성 비교
실제 차량용 신호등을 구입하여 구체적으로 프레넬 렌즈 1차실험 진 행
11월
프레넬 렌즈 1차실험 및 2차실험 진행
보행자용 신호등의 발광다이오드 개수 대비 광도 비교 실험 진행 보행자용 신호등의 광도 대비 소비전력량 비교 실험 진행
12월
프레넬 렌즈 1,2차 실험과 보행자용 신호등의 발광 다이오드 개수 대비 광도 실험 및 광도 대비 소비전력량 비교 실험의 결과 분석과 기후에 따른 실험 진행후 최종 보고서 기록
<표1> 월별 r&e 실험 계획
성 명 연구 계획
윤준혁 남은 일정 관리 및 실험 결과 분석
이성진 실험 준비 및 결과 분석
양예찬 실험 준비 및 실험 실시
차병근 실험 준비 및 실험 실시
김지민 실험 결과 분석 및 자료정리
<표2> 팀 구성원 개인별 역할
□ 연구내용
○ 광원장치에 사용되는 반사갓의 반사 정도에 대한 실험 - 광도측정
○ 신호등에 적합한 반사 갓 모델 고안
- 반사 갓의 각도, 모양 등의 차이에 따른 광도 측정
○ 전반사의 원리를 적용한 LED등 커버 고안 - 광도 측정
○ 개선된 반사 갓을 통한 LED사용량을 줄여 신호등 전체의 소비전력량과 광도사이 관계 실험
- 기존 신호등의 소비전력양 대비 개선모델의 소비전력량 비교 - 줄어든 소비전력량 대비 전기요금 추론
□ 연구 활동 및 과정
○ 제작과정
-광도측정 장치 제작과정
⓵ 아크릴판 6개를 레이저 커팅기를 사용하여 옆면(1m×60cm) 4개와 윗면과 아랫면 (60cm×60cm)을 1개씩 제작한다.
(이때, 윗면에는 신호등의 크기와 모양에 맞는 구멍과 아랫면에는 조도센서의 크기에 맞는 구멍을 각 면의 구멍에 미리 제작한다.)
⓶ 1의 과정에 따라 준비된 6개의 판의 각각 한쪽면만 검은색 종이를 아크릴의 크기에 맞춰 제단하여 붙인다.
⓷ 검은색 종이로 덮힌 면이 장치의 내부가 되도록 글루건을 이용하여 6개의 판을 직육면체 모양으로 용접한다.
⓸ 용접 후, 조도센서를 아랫면의 정해진 구멍에 삽입한다.
<광도측정용 실험장치 사진>
○ 실험과정
LED를 거울에 반사시킨 광도 값과 기존 LED 자체의 광도값이 약 80% 이상을 유지하 면서, 그 의 따른 최적화된 모델을 찾는 연구는 총 2가지의 실험과 총 6가지의 가설 설정으로 실험을 아래의 참여 인원의 연구에서의 역할에 따라서 진행되었다.
○ 1차 실험
- 조도계와 LED 판의 거리가 가까워질 수 록 LED의 조도 차가 커질 것이다.
- LED 판과 거울이 이루는 각이 90도 이하일 때 가장 높은 조도 값이 나타날 것이다.
- 2가지의 가설을 가지고 진행했던 첫 번째 실험에 대한 결과는 조도를 측정할 때 조도계와 LED 판의 거리가 일정 거리 이상으로 가면 같은 수치가 나오기 때문에 조도를 측정하는데 어려움이 있었다.
- 암막실험 장치에 조도센서를 설치한 후, 영점 조절을 한 뒤 거울의 각도의 따라 조도 변화를 측정하고, LED와 평면거울의 빛의 밝기가 가장 밝은 최적의 각도가 80도 이점을 찾아냈다.
○ 2차 실험
2차 실험은 총 4가지의 가설을 가지고 진행하였고 실험의 핵심은 1차 실험에서 LED판과 평면거울의 각도를 이용하여 즉 빛의 반사를 이용하여 빛의 밝기를 효과를 극대화 시키는 방법에 대해 측정하고 2차 실험에서는 오목 거울을 이용하여 LED 밝기증폭 효율 증대에 중점적으로 실험을 진행 하였다.
3. 연구 결과 및 향후 계획
□ 연구 결과
○ 1차 실험 결과: LED판 - 거울이 이루는 각도 탐색
배치각도 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40%
조도 값 34.2 54.2 72.3 65.4 48.8 26.4 25.7
상자 내부 2.5
<표3> LED판과 거울의 각도 사이의 조도값
→ 상자 내부에서 LED판의 배치각도가 80%일 때, 조도값이 72.3(lux)로 가장 값 이 높다는 것을 알 수 있다.
○ 2차 실험의 결과
- 오목거울의 빛을 모아주는 특성으로 인해 빛의 세기가 증폭되어 조도 값이 상 승한다.
- 주위 배경이 어두울 수 록 빛을 차단하며 흡수하고 반대의 경우인 주위 배경 이 밝을 때는 또 다른 빛의 영향으로 LED판의 조도 값이 더 높게 측정된다.
- LED광원의 빛은 산란되기 때문에 측정거리가 멀어질수록 조도계에 도달하 는 빛의 양이 적어지므로 LED판과 조도계 사이가 멀어질 수 록 조도 값이 낮게 측정된다.
-반사판이 없는 LED판에 부착된 오목반사판은 정면으로 더 많은 빛을 반사시 키지만 측면으로는 그 반사된 빛이 도달되지 않았음을 알 수 있었다.
-LED 한 개당 전력량을 측정하여 각 사용된 LED개수에 따라서 전력량을 계산 했다.
가설 설정 실험 결과
LED판에 오목거울이 부착하였을 때 빛의 반사로 조도 값이
증폭된다.
빛을 모으는 특성이 있는 오목거울을 사용하면, 빛을 증폭시키기 때문에 조도 값이 증폭됨
오목거울 판이 설치된 LED판의 조도 값은 주위배경의 밝기에 영향을 받을 것이다.
주위 배경이 어두울 수 록 빛을 차단하며 흡수하 지만, 주위 배경이 밝을 때 또 다른 빛의 영향으 로 LED판의 조도 값은 더 높게 측정 되었다.
오목거울 판이 설치된 LED판의 조도 값은 거리에 영향을 받을 것이다.
LED광원의 빛은 산란되기 때문에 거리가 멀 수 록 조도계에 도달하는 빛의 양이 적어지므로 LED판과 조도계 사이가 멀어질 수 록 조도 값은 낮게 측정 되었다,
오목거울 판이 설치된 LED판의 조도 값은 조도계와 LED판이 이 루는 각도에 영향을 받을 것이 다.
반사판이 없을 LED판에 부착된 오목반사판은 정면으로 더 많은 빛을 반사시키지만 측면으로는 그 반사된 빛이 도달되지 않았음을 알 수 있었 다.
LED의 수와 전력소모량은 비례 하다.
LED 한 개당 전력량을 측정하여 각 사용된 LED 개수에 따라서 전력량을 계산했다.
○ 예상했던 결과가 나오지 않게 된 이유, 자체 분석
- LED판에 오목거울을 부착 하였을 때 빛의 반사로 조도 값이 증폭되었다. (현 재 도로에서 사용되는 신호등의 경우, 태양빛이 신호등 면에 반사되어 신호지시 를 알아볼 수 없는 허상현상(썬팬텀현상)을 방지하기 위한 특정 썬팬텀비(차량 용: 15) 이상의 시험기준에 통과한 것이다. 그러나 현 연구에서는 오목거울을 사 용하기에 태양빛에 반사될 시 신호지시를 알아 볼 수 없다는 문제가 있다.)
- LED 광원 내 반사 갓의 반사 각도와 모양의 최적화된 모델에 대한 연구를 중 점으로 3차 실험계획
○ 3차 실험의 결과 녹색(100%)
-전체
녹색(100%) 테두리부
차단
녹색(100%) 중앙부
차단
녹색(50%) -전체
녹색(50%) 테두리부
차단
녹색(50%) 중앙부
차단 0 915 0 323 0 385 0 451 0 183 0 264 30 915 5 322 5 383 5 452 5 181 5 265 60 915 10 321 10 381 10 453 10 179 10 266
<표3> 신호등 녹색 LED 개수 대비 실험결과(조도)
→ 위의 실험결과 중앙부를 차단하였을 시 빛의 조도가 테두리부를 차단하였을 때보다 높다는 것을 알 수 있다.
적색(100%) -전체
적색(100%) 테두리부
차단
적색(100%) 중앙부
차단
적색(50%) -전체
적색(50%) 중앙부
차단
적색(50%) 테두리부
차단 0 755 0 362 0 509 0 314 0 131 0 175 30 754 5 365 5 515 5 312 5 130 5 174 60 761 10 366 10 517 10 312 10 130 10 174 <표4> 신호등 적색 LED 개수 대비 실험결과(조도)
→ 위의 실험결과 중앙부를 차단하였을 시 빛의 조도가 테두리부를 차단하였을 때보다 높다는 것을 알 수 있다.
녹색(100%) -전체
녹색(100%) 테두리부 차단
녹색(100%) 중앙부 차단
녹색(50%) -전체
녹색(50%) 테두리부 차단
녹색(50%) 중앙부 차단 0 0.7×10³ 0 0.2×10² 0 0.1×10² 0 0.1×10² 0 0.3×10² 0 0.2×10² 30 0.7×10³ 5 0.2×10² 5 0.1×10² 5 0.1×10² 5 0.3×10² 5 0.2×10² 60 0.7×10³ 10 0.2×10² 10 0.1×10² 10 0.1×10² 10 0.3×10² 10 0.2×10² 적색(100%)
-전체
적색(100%) 테두리부 차단
적색(100%) 중앙부 차단
적색(50%) -전체
적색(50%) 테두리부 차단
적색(50%) 중앙부 차단 0 0.9×10³ 0 0.1×10² 0 0.1×10² 0 0.2×10² 0 0.5×10² 0 0.4×10² 30 0.9×10³ 5 0.1×10² 5 0.1×10² 5 0.2×10² 5 0.5×10² 5 0.4×10²
60 0.9×10³ 10 0.1×10² 10 0.1×10² 10 0.2×10² 10 0.5×10² 10
0.4×10²
<표5> <표3>, <표4>의 조도 값을 광도로 변환한 실험결과(광도)
신호등(녹색)-100%, 테두리부 차단 신호등(녹색)-100%, 중심부 차단
신호등(녹색)-100%(전체) 신호등(녹색)-50%, 중심부 차단
신호등(녹색)-50%, 테두리부 차단 신호등(녹색)-50%(전체)
신호등(적색)-100%,중심부 차단 신호등(적색)-100%, 테두리부 차단
신호등(적색)-100%(전체) 신호등(적색)-50%, 중앙부 차단
신호등(적색)-50%, 테두리부 차단 신호등(적색)-50%(전체)
신호등(청색)-100%,중심부 차단 신호등(청색)-100%, 테두리부 차단
신호등(청색)-100%(전체) 신호등(청색)-50%, 중앙부 차단
신호등(청색)-50%, 테두리부 차단 신호등(청색)-50%(전체)
신호등(적색)-100%,중심부 차단 신호등(적색)-100%, 테두리부 차단
신호등(적색)-100%(전체) 신호등(적색)-50%, 중앙부 차단
신호등(적색)-50%, 테두리부 차단 신호등(적색)-50%(전체)
100% 50%
암막 상자 사용
사용하지
않음 중심부 테두리 부 사용하지
않음 중심부 테두리 부
프레 넬렌 즈사 용
사용 하지 않음
사용
사용 하지 않음
사용
사용 하지 않음
사용
사용 하지 않음
사용
사용 하지 않음
사용
사용 하지 않음
사용
녹색 신호 등
실험 완료
실험 예정
실험 완료
실험 예정
실험 완료
실험 예정
실험 완료
실험 예정
실험 완료
실험 예정
실험 완료
실험 예정 적색
신호 등
실험 완료
실험 예정
실험 완료
실험 예정
실험 완료
실험 예정
실험 완료
실험 예정
실험 완료
실험 예정
실험 완료
실험 예정
<표6> 프레넬 렌즈 1차실험 결과
○ 시행착오
-프레넬 렌즈 실험에서 처음은 프레넬 렌즈 사용에 따른 1차실험 진행을 계획했 지만 불투명한 재질의 프레넬 렌즈가 빛을 모아주는 역할을 제대로 이행하는데 어려움을 겪어 프레넬 렌즈를 이용하지 않는 LED개수 실험을 먼저 진행하게 되 었다.
따라서 투명도가 높은 재질의 프레넬 렌즈를 구한후에 프레넬 렌즈 2차실험을 계획하여 수행하게 되었다.
○ 프레넬 렌즈 2차실험
녹색 (100%) 녹색 (100%)
-프레넬 렌즈사용 녹색(40%) 녹색(40%)
-프레넬 렌즈사용
0 764.6 0 755.6 0 442.1 0 764.6
5 696.3 5 762.9 5 459.2 5 768.8
10 689.5 10 765.7 10 464.4 10 768.8
적색(100%) 적색(100%)
렌즈사용 적색40 적색40렌즈사용
0 531.9 0 585.9 0 364.1 0 616.1
5 531.3 5 585.9 5 362.2 5 614.9
10 528.2 10 584.9 10 362.1 10 614.4
→ 위의 실험결과를 통해 프레넬렌즈를 사용할 경우 조도값이 더 높다는 것을 알 수 있다.
○ 보행자용 신호등 제작 - 신호등 제작과정
기존 신호등 기판에 정해진 형태에 따라 led를 각 부분으로 나누어 납땜한다.
각 부분의 납땜한 부분의 LED가 정상적으로 작동하는지 부분별로 점검한다.
아두이노 장치를 사용하여 나누어진 각 부분이 시간차를 두고 순서대로 led가 점등되도록 한다.
전체 신호등의 led가 시간차에 따라 마지막에 신호등 led 전원의 100% 시행 순 서까지 제대로 작동하는지 점검한다.
- 신호등 작동 순서 사진
1단계 2단계 3단계
➔ ➔
전원 공급 0% (시행 전) 전원 공급 25% 시행 전원 공급 50% 시행
4단계 5단계
➔
전원 공급 75% 시행 전원 공급 100% 시행
□ 결론 및 제언 ○연구 결론
1) 차량용신호등의 led개수에 따른 조도값의 변화 실험
차량용 신호등 led의 개수가 많아질수록 빛의 세기가 증가하여 조도값이 커졌 다. 그리고 신호등의 led차단 부분에 따라 테두리 부 차단 시보다 중앙부 차단시 의 조도값이 크게 나왔기 때문에 신호등의 테두리 부를 차단하는 것이 중앙부를 차단하는 것에 비해 더 조도값이 감소하는 것을 알 수 있다.
2) 보행자용 신호등 제작
기존의 보행자용 신호등을 이용하여 일정한 형태에 따라 led를 납땜한 뒤, 아두 이노를 통해 신호등의 led전원이 순서대로 점등되도록 제작하였다.
3)프레넬 사용 유무에 따른 조도값 변화 실험
4) 신호등의 소비전력량 감소
차량용 신호등의 led의 개수를 줄이고 줄어든 led를 대신d 프레넬 렌즈를 설치함으로서 지속적으로 소비되는 전력량을 감소시킬 수 있게 하였다.
○제언
현재에도 전기는 많은 장소와 여러 분야에서 쓰이고 있다. 하지만 우리 생활 에서 필요한 전기 에너지를 함부로 낭비되고 있는 에너지 자원 문제를 그대로 방치하다가는 에너지 부족 및 소멸 등의 심각한 문제가 닥칠 우려가 있다. 이러 한 문제점을 해결해가기 위해서는 낭비되고 있는 전기 에너지를 절약할 수 있는 방안들을 활용하여 실천하는 것이 중요하다. 위의 연구방안 이외에도 시중에서
다른 효과적인 전기 에너지 절약 방안에 대한 해결책들을 실천한다면 전기 에너 지를 보다 더 오랫동안 유지하며 사용할 수 있을 것이다.
□ 향후계획
○향후 연구 계획
1) 프레넬 렌즈의 투명도에 따른 신호등의 조도값 변화 실험
프레넬 렌즈 1차실험에서 투명도에 따른 빛의 세기의 차이가 크다는 문제점으로 시행착오를 겪은 후, 2차실험에서 투명도가 높은 프레넬 렌즈를 사용하여 조도값이 증폭하는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 2차실험의 프레넬 렌즈의 투명도 이상의 프레넬 렌즈들을 이용하여 프레넬 렌즈의 투명도에 따른 조도값의 크기 및 각 프레넬 렌즈의 변화량 차이를 비교할 수 있게 진행할 예정이다.
2) 기존 보행자용 신호등과 개선한 보행자용 신호등의 효율성 비교 실험
기존 보행자용 신호등과 개선한 보행자용 신호등의 조도값을 비교하고 시간차에 따라 신호등의 led의 개수를 증가시킴에 따라 기존 신호등에 비해 전력소비량을 줄일 수 있는 개선한 보행자용 신호등의 효율성을 입증하기 위한 실험을 진행할 예정이다.
○ STEAM 학습측면
Science 광도측정 장치 제작 및 조도값 환산 등의 본 연구의 이론적 배경 및 실험과정에 기초과학이 중심을 이루고 있다.
Technology 만능기판에 칩LED를 납땜하여 신호등을 제작한 과정 자체가 기술적인 요소에 해당된다.
Engineering
차량용 신호등을 제작하는 과정과 보행자용 신호등을 아두이 노 기기를 사용하여 제작하는 과정에서 전자 공학적 기술이 사용되었다.
Art
보행자용 신호등이 시간차에 따라 순서대로 led전원이 점차 점등되도록 아두이노를 제작하는 과정에서 미적감각을 향상 시켰다.
Mathematics
각 실험에 따라 조도 값을 광도 값으로 변환시키는 과정을 통해 실험 데이터 정리 및 실험 전과 후의 결과 비교과정에 서 수학적인 요소가 포함되었다.
４. 참고문헌
◎ 경찰청《교통사고 통계(2014년도)》
◎ KS규격열람
◎ 네이버 전문정보
◎ 네이버 지식백과
◎ 키프리스
