RFID 기반 선불 전력계

본 논문은 말레이시아를 중심으로 전력 사용량 관리에 대한 요구가 증가함에 따라, RFID 기술을 활용한 선불형 전력계 시스템을 설계·구현하고 그 성능을 검증한다. 서론에서는 기존 선불 전력계가 ‘읽기 전용’ RFID 카드를 사용해 충전 금액을 고정하고, 금액별로 서로 다른 카드를 발급해야 하는 불편함을 지적한다. 이를 해결하기 위해 ‘읽기‑쓰기’ RFID 카드를 채택하고, PC와 MAX232 인터페이스를 통해 카드에 직접 금액 데이터를 기록하는 충전 시스템을 개발한다. 충전 GUI는 사용자가 원하는 금액을 입력하면 해당 금액이 RFID 카드에 쓰여 저장된다. 설계 파트에서는 전력계 하드웨어 구성을 상세히 설명한다. 240 V AC 전원을 12 V AC로 변압한 뒤, 브리지 정류와 평활 커패시터를 이용해 DC 전원을 만들고, 5 V 레귤레이터를 통해 마이크로컨트롤러(예: AT89C51), LCD, 릴레이, MAX232, GSM 모뎀 등에 전원을 공급한다. RFID 리더가 카드 정보를 읽어 마이크로컨트롤러에 전달하면, MCU는 전류 센싱 회로에서 얻은 전압값을 사전 보정 테이블과 매핑해 실제 전류(I)를 계산하고, P = 240 × I 로 전력을 산출한다. 사용자는 LCD에 현재 전력 소비와 남은 금액을 실시간으로 확인할 수 있다. 잔액이 설정된 임계값 이하가 되면 부저가 울리고, GSM 모뎀을 통해 사전에 등록된 휴대폰 번호로 “잔액 부족” SMS가 전송된다. 또한, 전력 차감이 완료되면 릴레이가 차단돼 부하에 전원이 차단된다. 알고리즘 흐름도(그림 5)에서는 I/O 포트 초기화, RFID 카드 읽기, 전력·잔액 계산, 부저·릴레이·SMS 제어 순서를 보여준다. 전류 센싱은 샤운트 저항과 트랜스포머를 이용한 전압 변환 방식으로 구현되었으며, 전압‑전류 관계 V = I·R_shunt 로 계산한다. 실험에서는 60 W, 25 W, 15 W 전구를 부하로 사용해 동일 RM 5 금액을 충전한 뒤 차단 시간을 측정하였다. 결과는 전력 소비가 클수록 차감 속도가 빨라 60 W 부하가 30 초, 25 W 부하가 40 초, 15 W 부하가 45 초 후에 전원이 차단되는 것을 확인했다. 전류 센싱 회로의 출력 전압은 각각 3.5 V, 2.2 V, 1.2 V 로 측정되었으며, 이는 해당 부하 전류 250 mA, 104.2 mA, 62.5 mA에 대응한다. 결론에서는 제안된 RFID 기반 선불 전력계가 충전·소비·알림 전 과정을 자동화함으로써 사용자가 전력 사용량을 직접 제어하고, 잔액 부족 시 즉시 알림을 받을 수 있음을 강조한다. 또한, 시스템의 보안 취약점(데이터 암호화 부재)과 하드웨어 비용(전압 레귤레이터·MAX232·GSM 모뎀) 등을 언급하고, 향후 연구 방향으로 AES 암호화, 저전력 MCU, 클라우드 기반 원격 모니터링, 그리고 전력 품질 측정 기능 추가 등을 제시한다.