KR100636708B1

KR100636708B1 - Remote weighting system of using zigbee protocol

Info

Publication number: KR100636708B1
Application number: KR1020060018162A
Authority: KR
Inventors: 장홍석
Original assignee: 장홍석
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2006-10-19

Abstract

A remote weighing system using the ZigBee protocol is provided to allow data transmission to be conducted through wireless communication between a load cell and an indicator unit, by using the ZigBee protocol, thereby quickly displaying overall data values related to the load of a loaded material in a lift or a crane. A ZigBee network load cell(100) detects the load of a loaded material, and loads measured data values on a ZigBee signal to send the ZigBee signal. An indicator unit(200) receives the data values transmitted from the ZigBee network load cell(100) through wireless communication by using the ZigBee protocol, displays data values calculated as the overall physical quantity and the respective data values transmitted from the load cell(100), and gives an alarm by a result signal outputted by comparing a limited load with a preset reference value.

Description

Remote weighing system using Zigbee protocol {REMOTE WEIGHTING SYSTEM OF USING ZIGBEE PROTOCOL}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지그비 프로토콜을 이용한 원격계량 시스템의 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a remote weighing system using a Zigbee protocol according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지그비 프로토콜을 이용한 원격계량 시스템의 블럭도.Figure 2 is a block diagram of a remote weighing system using the Zigbee protocol according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 각 로드셀에 어드레스가 할당되는 지그비 네트워크의 환경을 나타내는 모식도.3 is a schematic diagram showing an environment of a Zigbee network in which an address is assigned to each load cell according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명** Explanation of symbols on main parts of drawings *

100. 지그비 네트워크 로드셀 110. 로드셀 감지부100. Zigbee Network Load Cell 110. Load Cell Detector

120. 신호증폭부 130. A/D 변환부120. Signal Amplifier 130. A / D Converter

140. 통신부 150. 연산부140. Communication unit 150. Operation unit

160. 제어부 170. 전원부160. Control unit 170. Power supply unit

200. 인디케이터 수단 210. 지그비 신호 송수신부200. Indicator means 210. Zigbee signal transmission and reception unit

220. 제어부 230. 디스플레이부220. Control unit 230. Display unit

240. 릴레이 출력부 250. 전원부240. Relay output 250. Power supply

260. 경보음 출력부 270. RS232 출력부260. Alarm sound output 270. RS232 output

280. 4-20㎃ 출력부280. 4-20㎃ output

본 발명은 지그비 프로토콜을 이용한 원격계량 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리프트나 크레인의 적재물 하중제한을 로드셀로부터 감지하여 지그비 프로토콜을 이용한 무선 통신으로 데이터의 송·수신이 이루어지고, 크레인의 제한용량여부를 제어하여 이를 경보로써 작업자에게 알리도록 하는 지그비 프로토콜을 이용한 원격계량 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a remote weighing system using the ZigBee protocol, and more particularly, the load limit of the load of the lift or crane is sensed from the load cell to transmit and receive data by wireless communication using the ZigBee protocol, and the crane limited capacity. The present invention relates to a remote weighing system using the Zigbee protocol that controls whether or not to notify the operator by an alarm.

일반적으로 공사현장에서 사용되는 리프터나 크레인은 에너지원을 이용하여 동력을 발생시키고, 이때 발생되는 동력으로 화물을 운반, 적재를 가능하게 한 기계로써, 이는 작업자의 조작에 의해 모터를 제어하여 적재물 등을 이송시키도록 하는 이동수단으로 사용되고 있다.In general, lifters or cranes used in construction sites generate power by using energy sources, and transport and load cargoes using the power generated at this time. It is used as a moving means to transfer the.

이와 같은 종래의 리프터나 크레인은 모두 전기식으로써 리프터나 크레인의 적재물 하중제한을 모터로부터 발생되는 전류값을 콘트롤러가 읽어 들여 설정된 값과 비교한 후 모터에서 발생되는 제한 적재하중 전류값이 설정치보다 높을 경우에는 크레인 운전반 및 리프터 운전반을 제어하여 모터의 운전을 정지시키고 이를 경보로써 작업자에게 알리게 된다.All of these conventional lifters and cranes are electric. When the load limit of the lifter or crane is compared with the current value generated from the motor by the controller, and the limit load current value generated by the motor is higher than the set value. In the crane control panel and the lifter control panel to control the operation of the motor to stop and inform the worker by the alarm.

그러나, 이와 같은 종래 리프터 및 크레인은 모터에 공급되는 전원 및 환경조건의 많은 영향으로 제한 적재하중 설정이 어려울 뿐만 아니라 이로 인한 제한하 중 이상의 화물을 이동시에 화물의 파손, 크레인의 손상 등으로 갑작스런 커다란 인명피해를 야기시키게 된다.However, such a conventional lifter and crane are not only difficult to set the limit load due to the influence of the power and environmental conditions supplied to the motor, but also suddenly caused by the breakage of the cargo, damage to the crane, etc. It can cause human damage.

이러한 문제점을 해결하기 위해 로드셀과 인디케이터 수단를 유선으로 연결하여 데이터 값을 검출하는 방식이 제안되어 있으나, 이는 로드셀과 인디케이터 수단 간에 케이블을 설치해야되는 번거러움과 산업현장에서의 작업이 열악한 경우에는 케이블 설치 공사로 인한 안전사고의 발생 우려가 있고, 로드셀과 인디케이터 수단까지의 케이블 공사거리, 설치 조건 및 설치 환경이 항상 틀리기 때문에 이를 설치하는 비용과 인력의 낭비가 심하다는 문제점이 있었다.In order to solve these problems, a method of detecting data values by connecting the load cell and the indicator means by wire is proposed, but this is a troublesome work to install the cable between the load cell and the indicator means and when the work in the industrial site is poor. There is a concern that a safety accident occurs due to the cable construction distance, the installation conditions and the installation environment to the load cell and the indicator means are always wrong, there was a problem that the cost of installing it and waste of manpower is severe.

또한, 로드셀과 인디케이터 수단 상호간에 RF나 블루투스 형태의 통신기술을 이용하여 로드셀의 검출된 데이터 값을 인디케이터 수단으로 전송하는 방식의 경우 산업현장에서 다양한 형태의 에러가 발생하게 되는데, 통상 400㎒의 주파수 대역을 사용하기 때문에 주파수의 혼선과 노이즈에 의해 빈번히 에러가 발생하게 되어 산업현장에서 사용하기 부적합한 실정이고, 하나의 로드셀에서 검출된 데이터 값이 인디케이터 수단상에 하나의 데이터로만 표시되기 때문에 정확한 데이터 값을 측정하기에는 부적합한 문제점이 있었다.In addition, in the case of transmitting the detected data value of the load cell to the indicator means by using a communication technology of the RF or Bluetooth type between the load cell and the indicator means, various types of errors occur in the industrial field, and the frequency of 400 MHz Because the band is used, errors frequently occur due to crosstalk and noise of the frequency, which is not suitable for use in the industrial field. Since the data value detected in one load cell is displayed as only one data on the indicator means, the correct data value There was an unsuitable problem to measure.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고비용과 인력이 낭비되는 크레인의 관리를 병렬 또는 독립형 무선센서망을 구축함으로서 합리적으로 관리하며 센서의 고장이나 오동작으로 인한 사고를 방지할 수 있는 원격계량 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been devised to solve the above problems, and by managing the crane, which is expensive and man-wasted, by establishing a parallel or independent wireless sensor network, it is reasonably managed to prevent accidents due to sensor failure or malfunction It is an object to provide a remote weighing system capable of doing so.

또한, 본 발명은 로드셀과 인디케이터 수단 장치를 이용하여 크레인의 무게 등을 측정할 수 있도록 하되, 지그비 프로토콜을 이용한 무선 통신환경을 통해 데이터 값의 안정된 전송과 다수 개의 로드셀을 통해 전체 물리량에 대한 데이터 값을 측정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention allows to measure the weight of the crane using the load cell and the indicator means device, the stable transmission of data values through the wireless communication environment using the Zigbee protocol and data values for the total physical quantity through a plurality of load cells The purpose is to make it possible to measure.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지그비 프로토콜을 이용한 원격계량 시스템을 구성함에 있어서, 적재물의 하중을 검출하여 이에 상응하는 전기적인 신호로 변환하는 로드셀 감지부와, 상기 로드셀 감지부의 출력신호를 일정 전압으로 증폭하는 신호증폭부와, 상기 신호증폭부에서 전송된 아날로그 신호를 제어부에서 인식할 수 있는 형태의 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부와, 상위 또는 하위 로드셀로부터 전송받은 지그비 신호에서 상기 로드셀에서 측정한 데이터값을 추출하고, 상기 추출된 데이터 값을 자신의 식별정보인 어드레스 정보와 함께 지그비 신호에 실어 상기 인디케이터 수단으로 전송하는 통신부와, 상기 통신부를 통하여 하위 로드셀이 접속되면 네트워크 패러미터를 이용하여 하위 로드셀에 할당하는 어드레스를 연산하는 연산부와, 상기 연산부에서 연산한 어드레스를 상기 하위 로드셀에 할당하는 제어부, 및 배터리 전원을 상기 각 구성의 동작에 필요한 전원으로 공급하는 전원부;로 이루어져 적재물의 하중을 검출하여 측정된 데이터 값을 지그비 신호에 실어 송신하는 지그비 네트워크 로드셀과;
상기 지그비 네트워크 로드셀에서 전송하는 지그비 신호를 지그비 프로토콜을 이용하여 수신하는 지그비 신호 송수신부와, 상기 수신된 지그비 신호로부터 로드셀에서 측정된 데이터 값을 디스플레이하는 디스플레이부와, 상기 디스플레이부에 전송된 데이터 값을 미리 설정된 기준값과 비교하여 결과신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부에서 각 로드셀의 데이터 값이 설정된 값에 비해 오버 로드되는 경우 릴레이가 작동하여 제어하는 릴레이 출력부와, 배터리 전원을 상기 각 구성의 동작에 필요한 전원으로 공급하는 전원부와, 상기 릴레이 출력부에서 전달받은 릴레이 신호에 의해 각 로드셀의 데이터 값이 설정된 값에 비해 오버 로드되는 경우 경보음을 발생하는 경보음 출력부와, 외부의 장치, 즉 컴퓨터 등과 연결이 될 수 있도록 하여 오버 로드 또는 경보가 발생하는 경우 이에 대한 데이터를 입력하여 컴퓨터를 통해 확인할 수 있도록 하는 RS232 출력부, 및 외부의 PLC와 출력기기를 제어할 수 있도록 4-20㎃ 출력부로 이루어진 인디케이터 수단;으로 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object in the construction of a remote weighing system using the Zigbee protocol according to an embodiment of the present invention, a load cell detection unit for detecting the load of the load and converting it into an electrical signal corresponding to the load cell, A signal amplifier for amplifying the output signal of the detector to a predetermined voltage, an A / D converter for converting an analog signal transmitted from the signal amplifier into a digital signal that can be recognized by the controller, and an upper or lower load cell A communication unit which extracts a data value measured by the load cell from the received Zigbee signal, and transmits the extracted data value along with address information, which is its own identification information, to the indicator means and transmits the data value to the indicator means; and a lower load cell through the communication unit. Is connected to the subordinate load cell using network parameters. A calculation unit for calculating a corresponding address, a control unit for allocating the address calculated by the operation unit to the lower load cell, and a power supply unit for supplying battery power to power required for the operation of each component; A Zigbee network load cell for transmitting a data value to a Zigbee signal;
A Zigbee signal transceiver for receiving a Zigbee signal transmitted from the Zigbee Network load cell using a Zigbee protocol, a display unit displaying a data value measured in the load cell from the received Zigbee signal, and a data value transmitted to the display unit A control unit for outputting a result signal by comparing with a preset reference value, a relay output unit for operating and controlling a relay when the data value of each load cell is overloaded by the control unit, and a battery power source according to the above configuration. A power supply unit for supplying power for operation, an alarm sound output unit for generating an alarm sound when the data value of each load cell is overloaded by a relay signal received from the relay output unit, and an external device; In other words, it can be connected to a computer And an indicator means composed of an RS232 output unit for inputting data about the alarm or an alarm and checking the data through a computer, and a 4-20 4 output unit for controlling an external PLC and an output device. It is done.

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그리고, 바람직하게, 상기 연산부는, 아래와 같은 식을 이용하여 상기 어드레스를 연산하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the computing unit is configured to calculate the address using the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

[수학식 2][Equation 2]

(상기 식에서 B_L은 네트워크 전체의 어드레스 크기, Ls는 어드레스 s을 가지는 지그비 네트워크의 레벨 넘버, Cskip_LS 는 각 하위 로드셀의 어드레스의 간격, Cm은 각 로드셀에 접속할 수 있는 로드셀(이하, 하위 로드셀이라고 한다)의 최대 개수, Lm은 트리 구조의 레벨의 최심(最深) 간격을 나타낸다.)(Where B _L is the address size of the entire network, Ls is the level number of the Zigbee network with address s, Cskip _LS is the address interval of each lower load cell, and Cm is a load cell that can be connected to each load cell (hereinafter referred to as a lower load cell). The maximum number, Lm, represents the deepest gap in the level of the tree structure.)

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이하, 도면을 참조하여 본 발명에 적용되는 지그비 프로토콜을 이용한 원격계량 시스템에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a remote weighing system using the Zigbee protocol applied to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지그비 프로토콜을 이용한 원격계량 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지그비 프로토콜을 이용 한 원격계량 시스템의 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 각 로드셀에 어드레스가 할당되는 지그비 네트워크의 환경을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic configuration diagram of a remote weighing system using a Zigbee protocol according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram of a remote weighing system using a Zigbee protocol according to an embodiment of the present invention, Figure 3 It is a schematic diagram which shows the environment of the Zigbee network to which an address is assigned to each load cell according to the present invention.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 적재물의 하중을 직접 검출하는 로드셀로 이루어져 데이터 값을 지그비 무선통신으로 송신하는 지그비 네트워크 로드셀(100)과, 각 로드셀에서 검출된 각각의 물리량 및 전체 물리량의 데이터 값을 무선으로 수신하여 디스플레이하고, 데이터 값에 따른 다양한 출력신호를 디스플레이하는 인디케이터 수단(200)으로 구성된다.As shown in Figures 1 and 2, the present invention comprises a ZigBee network load cell 100 consisting of a load cell for directly detecting the load of the load and transmitting data values to ZigBee wireless communication, and each physical quantity detected in each load cell and Indicator means 200 for wirelessly receiving and displaying data values of the entire physical quantity and displaying various output signals according to the data values.

여기서, 지그비(ZigBee)는 블루투스(bluetooth)와 비교하여 저전력화가 가능하고 또한 소프트웨어나 관련 부품의 사이즈를 소형화하는 것으로 비용을 블루투수의 2분의 1로 억제할 수 있는 무선 통신기술이다.Here, ZigBee is a wireless communication technology that can reduce power compared to Bluetooth and can reduce the cost to 1/2 of a blue pitcher by reducing the size of software and related components.

지그비에 관한 네트워크 표준 규격 v0.85[1]은, PAN(Personal Area Network)안에 모든 디바이스를 망라하는 클러스터 트리 구조(Cluster tree structure)을 정의해 있다. 이 클러스터 트리 구조에 가입하는 모든 로드셀에는 트리구조에 따르는 어드레스가 할당된다. 이 할당되는 어드레스는 지그비 네트워크 환경에서의 루팅(routing)이 사용된다.The ZigBee Network Standard Specification v0.85 [1] defines a cluster tree structure that encompasses all devices in a Personal Area Network (PAN). All load cells joining this cluster tree structure are assigned an address in accordance with the tree structure. This assigned address is used for routing in a Zigbee network environment.

이와 같이 지그비 프로토콜(ZigBee Protocol)을 이용한 상기 지그비 네트워크 로드셀(100)은 검출되어진 데이터 값을 인디케이터 수단(200)으로 무선 통신으로 데이터 값을 전송하는 장치로서, 로드셀 감지부(110), 신호증폭부(120), A/D 변환부(130), 통신부(140), 연산부(150), 제어부(160) 및 전원부(170)를 포함하여 이루어진다.As described above, the Zigbee network load cell 100 using the ZigBee protocol is a device for transmitting the detected data value to the indicator means 200 by wireless communication, and includes a load cell detector 110 and a signal amplifier. It includes the 120, the A / D conversion unit 130, the communication unit 140, the operation unit 150, the control unit 160 and the power supply unit 170.

상기 로드셀 감지부(110)는 크레인의 상부에 소정 개수의 로드셀(Load Cell)로 지지하여 무게 등을 측정할 수 있도록 한 것으로, 이러한 로드셀은 무게를 받으면 압축되거나 늘어나는 등 변형이 되는데, 이 변형량을 변형측정장치(스트레인 게이지)가 전기신호로 검출한 뒤 컴퓨터 장치에 의해 디지털 신호로 바꾸면 무게가 숫자로 나타난다.The load cell detection unit 110 is to support a predetermined number of load cells (Load Cell) on the top of the crane to measure the weight, etc., such a load cell is deformed, such as compression or stretching when the weight is received, the amount of deformation When a strain gauge (strain gauge) detects an electrical signal and then converts it into a digital signal by a computer device, the weight appears as a number.

즉, 상기 로드셀 감지부(110)는 외부로부터 일정한 힘을 받는 경우 각 로드셀의 탄성변화에 의해 표면계에 부착된 스트레인 게이지의 저항 변화를 측정함으로써 힘의 크기를 전기적인 신호로 바꾸어 신호증폭부(120)로 전송할 수 있도록 한다.That is, when the load cell detecting unit 110 receives a predetermined force from the outside, the load cell detecting unit 110 measures the resistance change of the strain gauge attached to the surface gauge by the elastic change of each load cell, thereby changing the magnitude of the force into an electrical signal to convert the signal amplification unit ( 120).

상기 신호증폭부(120)는 로드셀 감지부(110)의 각 로드셀에서 전송된 전기적인 신호가 극히 미세하므로 제어부(160)에서 인식할 수 있을 정도의 크기로 증폭하는데, 상기 로드셀의 전기적인 신호는 OP177[AMP]를 통해 아날로그적으로 전압 0~ 5V로 증폭하여 A/D 변환부(130)로 전송된다.The signal amplifier 120 amplifies the electric signal transmitted from each load cell of the load cell detector 110 to a size that can be recognized by the controller 160 because the electric signal is extremely fine. It is amplified to the voltage 0 ~ 5V through OP177 [AMP] and transmitted to the A / D converter 130.

상기 A/D 변환부(130)는 신호증폭부(120)에서 전송된 아날로그 신호를 제어부(160)에 인식할 수 있는 형태인 디지털 신호로 변환하되, 16bit의 연산으로 처리하여 0 ~ 65535의 디지털 신호로 변환하여 제어부(160)로 전송된다.The A / D converter 130 converts the analog signal transmitted from the signal amplifier 120 into a digital signal that can be recognized by the controller 160, and processes it by 16-bit operation so that the digital signal is 0 to 65535. The signal is converted into a signal and transmitted to the controller 160.

상기 통신부(140)는 상위 또는 하위 로드셀에 접속하고, 후술되는 인디케이터 수단(200)과 통신을 행하는 역할을 한다. 구체적으로 IEEE802.15.4. 규격에 의한 통신을 할 수가 있다. 상기 지그비 네트워크를 이용한 통신 가능거리는 100 ~ 500m 이다.The communication unit 140 connects to an upper or lower load cell and performs communication with the indicator means 200 described later. Specifically, IEEE802.15.4. Communication by standard is available. Communication distance using the Zigbee network is 100 ~ 500m.

또한, 상기 통신부(140)는 지그비 프로토콜의 센서 네트워크를 활용하면 보다 다양한 무선 센서망을 활용이 가능하다. 예를 들면 지그비 센서망 자체로의 라우팅(Routing)이 가능해 무선 네트워크망의 영역에서 멀리 떨어져 있는 경우 지그비 센서망 자체로의 라우팅(Routing)으로 원격지의 로드셀 데이터 값을 지그비 노드들을 통해 전송하게 할 수 있다. 즉, 매트릭스(Matrix)구조로 로드셀들을 설치하고, 필요 데이터 값을 전송시 액세스 포인트(Acess Point)에 연결된 지그비 전파 반경 외의 로드셀이라 하더라도 중간에 위치한 로드셀들을 통해 측정된 데이터 값을 전송할 수 있다.In addition, the communication unit 140 may utilize a variety of wireless sensor networks by utilizing the sensor network of the Zigbee protocol. For example, routing to the ZigBee sensor network itself is possible, so that when it is far from the area of the wireless network, routing to the ZigBee sensor network itself can transmit remote load cell data values through the ZigBee nodes. have. That is, load cells may be installed in a matrix structure, and data values measured through load cells positioned in the middle may be transmitted even when load cells other than a Zigbee propagation radius connected to an access point are transmitted when necessary data values are transmitted.

또한, 상기 통신부(140)는 2.45㎓ 주파수 대역에서 16채널을 지원하여 많은 로드셀들을 수용할 수 있어 통신부하가 걸리지 않게 된다.In addition, the communication unit 140 supports 16 channels in the 2.45 GHz frequency band to accommodate many load cells so that the communication load is not applied.

다음으로, 상기 연산부(150)는 네트워크 패러미터를 이용하여 상기 통신부(120)에 접속되는 하위 로드셀에 할당되는 어드레스(adress)를 구한다. Next, the operation unit 150 obtains an address assigned to a lower load cell connected to the communication unit 120 using network parameters.

각 로드셀에 어드레스 할당을 위해서 지그비 네트워크 전체의 크기를 고려하여, 2개의 네트워크 패러미터 Cm 및 Lm을 정의한다. 여기서 Cm이란, 각 로드셀에 접속할 수 있는 로드셀(이하, 하위 로드셀이라고 한다)의 최대 개수를 나타내고, Lm은 트리 구조의 레벨의 최심(最深) 때를 나타낸다.Two network parameters Cm and Lm are defined in consideration of the size of the entire Zigbee network for address assignment to each load cell. Here, Cm represents the maximum number of load cells (hereinafter referred to as lower load cells) that can be connected to each load cell, and Lm represents the deepest time of the tree structure level.

상기 연산부(150)에서 어드레스 배당 방법은, 어드레스가 각 로드셀에 할당된다. 이 경우 지그비 코디네이터는 각 로드셀에 하위 로드셀이 접속되는 것을 고려하여 어드레스를 할당한다. In the address allocation method in the operation unit 150, an address is assigned to each load cell. In this case, the Zigbee coordinator assigns an address in consideration of the connection of the lower load cell to each load cell.

예를 들면, 상기 연산부(150)는 자신의 어드레스가 s인 경우, 처음에 접속되 는 로드셀에 어드레스 s+1을 할당한다. 2 번째에 접속되는 로드셀의 어드레스에는 s+1+_CskipLs 이라고 할당한다. 그 뒤 접속되는 로드셀의 어드레스는 s+1+2·_CskipLs이라고 할당한다. 즉, Cm 번째에 접속되는 로드셀의 어드레스는 s+1+(Cm-1)·_CskipLs 이 된다. 여기에서 _CskipLs은 아래와 같은 식으로 표현할 수 있다For example, when its address is s, the operation unit 150 allocates the address s + 1 to the load cell to be initially connected. The address of the load cell to be connected second is assigned s + 1 + _CskipLs . The address of the load cell to be connected _thereafter is assigned as s + 1 + 2 · _CskipLs . That is, the address of the load cell connected to the Cm th is s + 1 + (Cm-1) _CskipLs Becomes Where _CskipLs can be expressed as

[수학식 1][Equation 1]

상기 수학식 중, _BL은 네트워크 전체의 어드레스 크기를 의미하며, _Ls는 어드레스 s을 가지는 지그비 네트워크의 레벨 넘버를 의미한다. 여기에서 _BL은 Cm 및 Lm을 이용하고 아래와 같은 식을 이용하고 연산한다. In the above equation, _BL denotes an address size of the entire network, and _Ls denotes a level number of a Zigbee network having an address s. Here, _BL uses Cm and Lm and calculates using the following equation.

[수학식 2][Equation 2]

연산부(150)는 자신이 정의한 Cm 및 Lm을 각 로드셀에 준다. 이것에 의해 각 로드셀도 자신의 하위 로드셀에 대하여 상기의 방식으로 어드레스를 할당한다.The calculation unit 150 gives Cm and Lm defined by the load cell to each load cell. As a result, each load cell also assigns an address to its own lower load cell in the above manner.

도 3은 상기의 방식으로 각 로드셀에 어드레스가 할당되는 지그비 네트워크의 환경을 나타내는 모식도이다.3 is a schematic diagram showing an environment of a Zigbee network in which an address is assigned to each load cell in the above manner.

도 3에 의하면, 로드셀 A가 최상위 지그비 코오디네이터가 된다. 로드셀 A의 어드레스는 0이 되고, Cm 및 Lm은 각각 4에 정의된다. 한편, 로드셀 A에는 하위 로드셀 B,C,D가 접속된다.According to FIG. 3, the load cell A becomes the highest Zigbee coordinator. The address of load cell A becomes 0, and Cm and Lm are defined in four, respectively. On the other hand, the lower load cells B, C, and D are connected to the load cell A.

수학식 2에 의하면, 최상위 지그비 코오디네이터로 사용 가능한 어드레스 전체의 크기 _BL은 341이 된다. 이것을 이용하여 수학식 1에 의한 연산을 행한다면, 최상위 지그비 코오디네이터의 Cskip는 85이 된다. 이것에 의해 하위 로드셀 B,C,D 각각의 어드레스는 85의 간격을 가진다. 구체적으로, 처음에 접속되는 로드셀 B의 어드레스는 1이 되고, 2 번째에 접속되는 로드셀 C의 어드레스는 86, 3 번째에 접속되는 로드셀 D에는 171의 어드레스가 할당된다.According to Equation 2, the size _BL of the entire address that can be used as the highest Zigbee coordinator is 341. If this operation is performed using the equation (1), the highest Zigbee coordinator has a Cskip of 85. As a result, the addresses of the lower load cells B, C, and D have an interval of 85 degrees. Specifically, the address of load cell B connected first is 1, the address of load cell C connected second is 86, and the address 171 is assigned to load cell D connected third.

한편, 수학식 2를 이용하고 제1의 레벨(Ls=1)에 속하는 로드셀 B,C,D의 Cskip을 연산하면 21이 된다. 이것에 의해, 제2의 레벨(Ls)에 속하는 로드셀 E ~ J 각각의 어드레스는 21의 간격을 가진다.On the other hand, if Equation 2 is used and Cskip of load cells B, C, and D belonging to the first level (Ls = 1) is calculated, 21 is obtained. As a result, the addresses of the load cells E to J belonging to the second level Ls have an interval of 21.

도 3의 어드레스 배당 방식은 지그비 네트워크 전체의 각 로드셀에는 고정한 Cm 및 Lm을 사용되어 어드레스가 할당된다. 즉, 각 로드셀은 자신의 상위 로드셀로부터 Cm 및 Lm을 수취한 뒤, 상기 수학식 1,2를 이용하여 자신의 하위 로드셀의 어드레스를 할당한다.In the address allocation method of Fig. 3, each load cell of the entire Zigbee network is assigned an address using fixed Cm and Lm. That is, each load cell receives Cm and Lm from its upper load cell, and then assigns an address of its lower load cell using Equations 1 and 2 above.

다음으로, 상기 제어부(160)는 A/D 변환부(130)에서 연산 처리된 0 ~ 65535의 데이터 값을 수신하여 통신부(140)를 통해 지그비 신호로 인디케이터 수단(200)으로 전송할 수 있도록 하되, 상기 연산부(150)로부터 산출한 어드레스를 각 하위 로드셀의 접속 순서에 따라 할당하고, 할당된 어드레스를 측정값과 함께 전송할 수 있도록 해당 구성장치에 제어신호를 인가하여 제어할 수 있도록 한다.Next, the control unit 160 receives a data value of 0 ~ 65535 calculated by the A / D conversion unit 130 to be transmitted to the indicator means 200 as a Zigbee signal through the communication unit 140, The address calculated from the operation unit 150 may be allocated according to the connection order of each subordinate load cell, and a control signal may be applied to the corresponding configuration apparatus so as to transmit the allocated address together with the measured value.

상기 전원부(170)는 배터리 전원 또는 AC 전원을 상기 각 구성의 동작에 필요한 전원으로 공급한다. 전원으로는 3V의 소형 배터리를 사용하여 그 수명이 5 ~ 7년간 장시간 사용할 수 있다.The power supply unit 170 supplies battery power or AC power as power required for the operation of each component. As a power source, it uses a small 3V battery and its life can be used for a long time for 5 to 7 years.

한편, 본 발명에 따른 상기 인디케이터 수단(200)은 지그비 네트워크 로드셀(100)로부터 무선 통신으로 전송된 어드레스 정보 및 데이터 값을 수신하여 디스플레이되게 하는 장치로서, 지그비 신호 송수신부(210), 제어부(220), 디스플레이부(230), 릴레이 출력부(240), 전원부(250)로 이루어진다.On the other hand, the indicator means 200 according to the present invention is a device for receiving and displaying the address information and data values transmitted from the Zigbee network load cell 100 by wireless communication, the Zigbee signal transceiver 210, the controller 220 ), A display unit 230, a relay output unit 240, and a power supply unit 250.

상기 지그비 신호 송수신부(210)는 지그비 프로토콜을 통해 무선 통신이 가능하도록 하여 가용 주파수 대역인 2.45㎓에서 송수신할 수 있는 지그비 칩을 장착하여 사용하는데, 상기 지그비 네트워크 로드셀(100)로부터 무선 통신으로 전송되는 데이터 값 및 어드레스 정보를 수신하여 제어부(220)로 전송한다.The Zigbee signal transmission and reception unit 210 is equipped with a Zigbee chip that can transmit and receive at 2.45 GHz, which is an available frequency band to enable wireless communication through the Zigbee protocol, and transmits from the Zigbee network load cell 100 to wireless communication The data value and the address information are received and transmitted to the controller 220.

상기 제어부(220)는 마이크로프로세서를 이용하여 지그비 네트워크 로드셀(100)로부터 전송된 데이터 값 및 어드레스 정보를 디스플레이하되, 디스플레이부(230)에 각 로드셀에서 검출된 데이터 값을 합산 값인 전체 데이터 값을 산출하여 디스플레이될 수 있도록 하고, 상기 디스플레이부(230)에 디스플레이된 데이터 값의 결과를 가지고 릴레이 출력부(240)에 제어신호를 인가하여 그에 따른 출력신호를 내보내도록 제어한다.The controller 220 displays a data value and address information transmitted from the Zigbee network load cell 100 using a microprocessor, and calculates the total data value which is the sum of the data values detected in each load cell on the display 230. The control signal is applied to the relay output unit 240 with the result of the data value displayed on the display unit 230 to control the output signal.

상기 디스플레이부(230)는 로드셀 감지부(110)의 로드셀에서 검출된 데이터 값을 제어부(220)에서 연산 처리하여 로드셀에서 검출된 데이터 값의 합산 값을 산출하여 전체 데이터 값을 디스플레이될 수 있도록 한다.The display unit 230 calculates the total value of the data values detected by the load cell by arithmetic processing the data value detected by the load cell of the load cell detector 110 to display the entire data value. .

상기 릴레이 출력부(240)는 로드셀의 표시 값이 설정된 값보다 커서 오버 로드(Over Load)될 경우, 디스플레이부(230)의 릴레이가 작동하여 전원 차단 또는 마그네틱 홀딩 등을 통해 무게를 제어할 수 있도록 한다.When the display value of the load cell is overloaded because the display value of the load cell is greater than the set value, the relay output unit 240 operates the relay of the display unit 230 to control the weight through power cut off or magnetic holding. do.

상기 전원부(250)는 배터리 전원으로 상기 인디케이터 수단(200)의 각 구성의 동작에 필요한 전원으로 공급한다. The power supply unit 250 supplies battery power to power required for the operation of each component of the indicator means 200.

한편, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 있어서, 상기 인디케이터 수단(200)은 경보음 출력부(260)와, S232 출력부(270)는 4-20㎃ 출력부(280)를 더 포함한다.On the other hand, in another preferred embodiment of the present invention, the indicator means 200 is an alarm sound output unit 260, S232 output unit 270 further comprises a 4-20 kHz output unit 280.

상기 경보음 출력부(260)는 부저를 형성하여 각 로드셀의 표시 값이 설정된 값보다 커서 오버 로드되는 경우 부저가 작동하여 경보음을 발생할 수 있도록 한다.The alarm sound output unit 260 forms a buzzer so that when the display value of each load cell is larger than the set value, the buzzer operates to generate an alarm sound.

상기 RS232 출력부(270)는 외부의 장치, 즉 컴퓨터 등과 연결이 될 수 있도록 하여 오버 로드 또는 경보가 발생하는 경우 이에 대한 데이터를 입력하여 컴퓨터를 통해 확인할 수 있도록 하며, 상기 4-20㎃ 출력부(280)는 외부의 PLC와 출력기기를 제어할 수 있도록 한다.The RS232 output unit 270 may be connected to an external device, that is, a computer, so that when an overload or an alarm occurs, the RS232 output unit 270 may input data about it and check it through a computer. 280 allows to control the external PLC and the output device.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 의해 구성된 지그비 프로토콜을 이용한 원격계량 시스템의 작용에 대하여 상세히 설명한다.The operation of the remote weighing system using the Zigbee protocol configured according to an embodiment of the present invention as described above will be described in detail.

본 발명에 의한 지그비 프로토콜을 이용한 원격계량 시스템의 사용범위는 리 프트나 크레인의 적재물의 하중 등을 측정하는데 사용될 수 있지만, 본 실시예에서는 크레인에 의해 운반되는 적재물의 하중을 측정하는 것을 예시로 하여 본 발명의 작용에 대하여 상세히 설명한다.The range of use of the remote weighing system using the Zigbee protocol according to the present invention can be used to measure the load of the lift or the load of the crane, but in the present embodiment by measuring the load of the load carried by the crane The operation of the present invention will be described in detail.

지그비 네트워크 로드셀(100), 인디케이터 수단(200)에 전원이 공급되면, 각 장치의 제어부는 초기화된 상태에서 대기모드를 유지하면서 크레인의 소정 위치에 설치된 로드셀 감지부(110)의 각 로드셀이 하중을 받게 되면, 로드셀 감지부(110)의 탄성변화를 스트레인 게이지에서 변화되는 저항을 측정하여 적재물의 하중을 검출할 수 있도록 한 후, 하중의 크기를 전기적인 신호로 변환하는데, 상기 로드셀 감지부(110)의 각 로드셀에서 보내오는 전기적인 신호는 극히 미세하므로, 신호증폭부(120)에서 아날로그적으로 증폭하여 일정 전압으로 유지될 수 있도록 한다.When the power is supplied to the Zigbee network load cell 100 and the indicator means 200, the control unit of each device maintains the standby mode in the initialized state, each load cell of the load cell detection unit 110 installed at a predetermined position of the crane loads the load When received, the elastic change of the load cell detection unit 110 to measure the resistance changes in the strain gauge to detect the load of the load, and then converts the magnitude of the load into an electrical signal, the load cell detection unit 110 Since the electrical signal from each load cell of the) is extremely fine, the signal amplification unit 120 amplifies analog so that it can be maintained at a constant voltage.

상기 신호증폭부(120)에서 증폭된 아날로그 신호는 A/D 변환부(130)를 통해 16bit 연산으로 처리되어 제어부(160)에서 인식할 수 있는 바이너리화된 연산 값인 0 ~ 65535의 디지털 신호로 변환하여 제어부(160)로 전송하고, 상기 제어부(160)는 통신부(140)에 제어신호를 인가하여 로드셀 감지부(110)의 각 로드셀에서 감지된 데이터 값을 무선 통신방식으로 인디케이터 수단(200)으로 전송할 수 있도록 한다.The analog signal amplified by the signal amplifier 120 is processed into a 16-bit operation through the A / D converter 130 and converted into a digital signal of 0 to 65535 which is a binary value that can be recognized by the controller 160. The controller 160 transmits a control signal to the communication unit 140 to transmit the data value detected by each load cell of the load cell detector 110 to the indicator means 200 in a wireless communication manner. Allow to transmit.

또한, 연산부(150)는 네트워크 패러미터를 이용하여 상기 통신부(120)에 접속되는 하위 로드셀에 할당되는 어드레스(adress) 정보를 구하고, 각 로드셀의 어드레스 정보를 통신부(150)에 전달하여 지그비 신호로 함께 전달될 수 있도록 한다.In addition, the operation unit 150 obtains address information allocated to lower load cells connected to the communication unit 120 using network parameters, and transfers address information of each load cell to the communication unit 150 together with a Zigbee signal. To be delivered.

상기 인디케이터 수단(200)은 지그비 신호 송수신부(210)를 통해 지그비 네 트워크 로드셀(100)로부터 전송되는 적재물의 데이터 값 및 어드레스 정보를 수신한 후, 상기 적재물의 데이터 값 및 어드레스 정보를 디스플레이하되, 제어부(220)는 디스플레이부(230)에 제어신호를 인가하여 어드레스 정보에 따른 각 로드셀에서 검출된 데이터 값은 연산 처리된 합산 값인 적재물의 하중에 대한 전체 데이터 값을 디스플레이될 수 있도록 제어한다.The indicator means 200 receives the data value and address information of the load transmitted from the Zigbee network load cell 100 through the Zigbee signal transmission and reception unit 210, and then displays the data value and address information of the load, The controller 220 applies a control signal to the display 230 to control the data value detected in each load cell according to the address information to display the total data value of the load of the load, which is a calculated value.

상기와 같이 디스플레이부(230)에 데이터 값이 디스플레이되면, 데이터의 디스플레이된 값의 결과를 통해 각종 출력을 내보낼 수 있게 되는데, 각 로드셀의 표시된 값이 기 설정된 값보다 커서 오버 로드가 된 경우, 릴레이 출력부(240)를 통해 릴레이가 작동하여 전원을 차단하거나 마그네틱을 홀딩하여 더 이상의 작동이 되지 않게 제어할 수 있도록 하며, 이때 경보음 출력부(260)를 통해 부저가 작동하여 경보음을 발생할 수 있도록 한다.When the data value is displayed on the display 230 as described above, it is possible to export various outputs through the result of the displayed value of the data, if the displayed value of each load cell is greater than the preset value, the overload relay Through the output unit 240, the relay is operated to cut off the power or hold the magnetic so that it can be controlled so that no further operation is performed, and at this time, the buzzer may operate through the alarm sound output unit 260 to generate an alarm sound. Make sure

상기와 같이 오버 로드로 인해 릴레이 출력 및 경보음 출력이 발생하는 경우 RS232 출력부(270)를 통해 연결된 외부의 컴퓨터에 오버 로드 횟수 또는 경보음 발생 횟수 등에 대한 정보를 입력할 수 있도록 하고, 4-20㎃ 출력부(280)를 통해 외부의 PLC와 기타 출력장치를 제어할 수 있도록 출력신호를 발생한다.When the relay output and the alarm sound output occurs due to the overload as described above, it is possible to input information on the number of overloads or the number of alarm sounds, etc. to an external computer connected through the RS232 output unit 270, 4- An output signal is generated to control an external PLC and other output devices through the 20 kHz output unit 280.

상기 인디케이터 수단(200)은 지그비 신호 송수신부(210)를 통해 지그비 네트워크 로드셀(100)로부터 전송된 데이터 값이 디스플레이되면, 제어부(220)는 디스플레이부(230)에 디스플레이된 적재물의 하중에 대한 전체 데이터 값을 표시하도록 한다.When the indicator means 200 displays the data value transmitted from the Zigbee network load cell 100 through the Zigbee signal transceiver 210, the controller 220 controls the overall load of the load displayed on the display 230. Display the data value.

이상과 같이 본 발명은 지그비 프로토콜을 이용하여 지그비 네트워크 로드셀 (100)에 의해 검출된 적재물의 하중에 대한 데이터 값을 무선 통신방식으로 인디케이터 수단(200)으로 전송하여 데이터 값을 디스플레이될 수 있도록 하되, 적재물의 하중을 측정함에 있어 지그비 네트워크 로드셀(110)을 이용하여 각 로드셀에서 측정된 데이터 값을 연산 처리한 합산 값인 전체 데이터 값을 디스플레이될 수 있도록 하여 적재물의 전체 하중에 대한 데이터 값을 측정할 수 있도록 한 것이다.As described above, the present invention transmits the data value of the load of the load detected by the Zigbee network load cell 100 to the indicator means 200 in a wireless communication method using the Zigbee protocol so that the data value can be displayed. In measuring the load of the load, the ZigBee network load cell 110 can be used to display the total data value, which is the sum of the calculated data values of each load cell, to measure the data value of the total load of the load. It would be.

지금까지는 본 발명의 특정한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 청구범위에 기재된 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 상술한 바와 같이 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 한정하는 것이 아니라 예시한 것으로 해석되어야 한다.The present invention has been described with reference to specific embodiments of the present invention, but it is apparent that various modifications and changes can be made as described above without departing from the technical spirit described in the claims of the present invention. Accordingly, the detailed description of the invention and the accompanying drawings should be construed as illustrative rather than limiting to the spirit of the invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 리프트나 크레인의 적재물 하중에 대한 전체 데이터 값을 신속하게 디스플레이할 수 있도록 로드셀과 인디케이터 수단 상호간에 지그비 프로토콜을 이용하여 무선 통신으로 데이터 전송이 이루어지도록 하여, 로드셀과 인디케이터 수단 상호간의 유선으로 연결되는 케이블 공사로 인한 인력의 낭비와 비용 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention allows the data transmission to be performed by wireless communication using the Zigbee protocol between the load cell and the indicator means so that the entire data value of the load of the lift or crane can be displayed quickly, the load cell and the indicator There is an effect that can reduce the waste of labor and the cost burden due to the cable construction that is connected by wire between the means.

또한, 본 발명은 지그비 프로토콜을 이용하여 저소비 전력, 저가격의 로드셀을 고밀도로 배치하여 배터리 전지를 이용해 수개월에서 수년 이상 동작시킬 수 있으며, 대규모 네트워크를 구축할 수 있어 네트워크에 참가하는데 소요되는 시간이 블루투스보다 크게 단축할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can use a ZigBee protocol to deploy a low-power, low-cost load cell with a high density to operate for months to years or more using a battery cell, and to build a large network, the time required to join the network is Bluetooth There is an effect that can be greatly shortened.

Claims

The control unit recognizes a load cell detector that detects a load of a load and converts it into an electrical signal corresponding thereto, a signal amplifier that amplifies the output signal of the load cell detector to a predetermined voltage, and an analog signal transmitted from the signal amplifier. An A / D conversion unit for converting a digital signal into a digital format and a Zigbee signal received from an upper or lower load cell, and extracting a data value measured by the load cell, and converting the extracted data value into an address as its identification information. A communication unit carrying a Zigbee signal along with the information and transmitting the information to the indicator means; an operation unit calculating an address allocated to a lower load cell using a network parameter when the lower load cell is connected through the communication unit; and an address calculated by the operation unit. Control unit assigned to lower load cell, and battery A power supply section for supplying the power necessary for the operation of the above-mentioned respective structures; ZigBee network load cell that consists of transmitting the data values measured by detecting the weight of the load carried on a Zigbee signal, and;

A Zigbee signal transceiver for receiving a Zigbee signal transmitted from the Zigbee Network load cell using a Zigbee protocol, a display unit displaying a data value measured in the load cell from the received Zigbee signal, and a data value transmitted to the display unit A control unit for outputting a result signal by comparing with a preset reference value, a relay output unit for operating and controlling a relay when the data value of each load cell is overloaded by the control unit, and a battery power source according to the above configuration. A power supply unit for supplying power for operation, an alarm sound output unit for generating an alarm sound when the data value of each load cell is overloaded by a relay signal received from the relay output unit, and an external device; That is, it can be connected to a computer It is composed of an RS232 output unit for inputting data on a burr load or an alarm to check through a computer, and an indicator means comprising 4-20 ㎃ output unit for controlling an external PLC and an output device. Remote weighing system using Zigbee protocol.

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The method of claim 1, wherein the operation unit,

Remote weighing system using the Zigbee protocol, characterized in that for calculating the address using the following equation.

[Equation 1]

[Equation 2]

(Where B _L is the address size of the entire network, Ls is the level number of the Zigbee network with address s, Cskip _LS is the address interval of each lower load cell, and Cm is a load cell that can be connected to each load cell (hereinafter referred to as a lower load cell). The maximum number, Lm, represents the deepest gap in the level of the tree structure.)

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