KR100839141B1 - 듀얼 ｃｐｕ를 이용한 무선 ｐｄａ 다운형 초음파 유량계측장치 - Google Patents

듀얼 ｃｐｕ를 이용한 무선 ｐｄａ 다운형 초음파 유량계측장치 Download PDF

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Abstract

듀얼 CPU를 이용한 무선PDA 다운형 초음파 유량계측 장치에 관한 것으로서, 유체가 흐르는 관의 외부에 서로 반대쪽에 장착되는 초음파 발사부와 수신부를 포함하는 초음파센서; 상기 초음파센서의 초음파 발사시간을 제어하고, 초음파 수신시간을 전송받고, 상기 발수신간 지연시간을 계산하는 제1의 연산CPU; 상기 지연시간을 이용하여 상기 유체의 유속과 유량을 계산하는 제2의 연산CPU; 상기 유속과 유량을 포함하는 유량정보 프레임을 저장하는 메모리를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치를 이용하는 것에 의해, 2개의 저렴한 CPU를 이용하여 시간당 초음파 측정 횟수를 늘릴 수 있게 됨으로써, 보다 경제적이고 성능이 우수한 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치를 제공할 수 있다.
초음파, 유량, 계측, 듀얼 CPU, 이동단말기

Description

듀얼 ＣＰＵ를 이용한 무선 ＰＤＡ 다운형 초음파 유량계측 장치 { Ultrasonic flow measuring apparatus equipped with two cpu's, which downloads data to wireless PDA }
본 발명은 유체가 흐르는 관의 외부에 장착되어 초음파를 발사하고 수신하여 그 지연시간으로부터 유체의 유속과 유량을 계산하여 계측하는 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치에 관한 것이다.
또, 본 발명은 2개의 CPU를 장착하여, 초음파의 발사와 수신을 제어하여 지연시간을 계산하는 과정과 상기 지연시간을 이용하여 유체의 유속과 유량을 계산하는 과정을 나누어 병렬로 처리하는 것에 관한 것이다.
또, 본 발명은 유속과 유량 등 유량정보 프레임을 무선통신을 이용하여 이동단말기로 한 개씩 다운로드 시키는 것에 관한 것이다.
초음파유량계의 기본 원리는 이미 오래전에 도입되어 제품화되어 왔으며, 전자기술이 발전한 근래에 들어서 그 사용성과 적용성이 재인식 되어서 다양한 종류 의 제품으로 개발되고 있다. 특히, 상수, 하수, 폐수, 해수, 오일, 가스 등 그 적용분야도 한없이 확장되고 있는 실정이다.
초음파유량계의 가장 큰 장점은 관 내부에 아무런 장치가 없어서 압력손실이 전혀 없으며, 건식의 경우 관 손상 없이 관 외부에 센서를 부착해서 유량을 계측 할 수 있으므로 단수 없이 설치 및 유지 보수가 가능해서 산업 전반에 그 활용도가 더욱 커져 가는 상황이다.
먼저, 초음파유량계의 기본 원리를 도 1을 참조하여 설명하고자 한다.
초음파 유량계의 진동자는 도 1과 같이 유체가 흐르는 관로 또는 수로에 진동자 A와 B가 설치되어 신호를 서로 주고받을 수 있도록 구성되어 있다.
유속이 없을 경우에는 진동자 A에서 B로, B에서 A로 전파하는 시간 tab와 tba는 서로 같다. 이를 수식으로 표현하면 다음 [수식 1]과 같다.
[수식 1]
Figure 112008017587213-pat00001
그러나 도 1과 같이 유속이 있는 경우에는 A에서 B로 속도는 더욱 빨라져서 전파하는 시간은 감소하고, B에서 A로 전파하는 속도는 늦어지므로 시간은 증가한다. 이를 수식으로 표현하면 다음 [수식 2]와 같다.
[수식 2]
Figure 112008017587213-pat00002
따라서 시간차(
Figure 112008017587213-pat00003
)는 유체의 유속에 비례한다는 원리를 이용하여 유속 V를 구하면 [수식 2]에 의하여 음속 C에 무관한 식이 성립한다. 유속 V와 유량 Q를 수식으로 표현하면 다음 [수식 3]과 [수식 4]와 같다.
[수식 3]
Figure 112008017587213-pat00004
[수식 4]
Figure 112008017587213-pat00005
따라서 단면적 A는 이미 알려져 있으므로 유속 V만 구하면 유량 Q를 구할 수 있게 된다.
이와 같은 초음파 유량계측에 관한 기술의 일례가 [대한민국 등록특허 10-0110625(1996.10.2공개), "초음파 유량측정 방법과 장치"]에 개시되어 있다. 상기 선행기술은 기수(odd number)의 여러 현 선상에서 평균유속을 측정하여 유량을 산출하게끔 되어 있는 파이프용 초음파 다회선 유량측정방법으로서, 초음파 유량 계측에 관계된 기본 원리를 상세히 개시하고 있다. 참고로, 초음파 유량계측에서 오차를 줄이고 보다 정밀하게 계측하기 위한 기술의 다수예가 [대한민국 등록특허 10-0349504(2002.8.21.공개), "초음파 유속 측정장치"], [대한민국 등록특허 10-0532041(2005.11.29.공개), "콘덴서의 충방전 특성을 이용하여 측정 정밀도를 향상시킨유량 측정 장치"], [대한민국 등록특허 10-0562266(2006.3.22.공개), "초음파다회선유량계의 이중적분식 유속측정방법"]에 개시되어 있다.
다음으로, 상기 기술에 의하여 실시되는 초음파유량계의 처리속도에 대하여 도 2를 참조하여 설명하고자 한다.
상기 기술에 의하여 실시되는 초음파유량계의 가장 중요한 것 중의 하나는 처리속도를 향상시키는 것이다. 초음파유량계의 처리속도는 초음파로 측정하고 계산하는 연산속도의 향상과 계측된 유량정보를 다운로드하는 방식에 의해 달라질 수 있다. 참고로, 측정과 계측의 용어에 대하여 다르게 사용하고자 한다. 즉, 측정은 주로 초음파에 의해 센싱하는 것을 의미하고, 계측은 초음파에 의해 측정된 지연시 간을 통해 최종적으로 유속과 유량을 계산하는 것을 의미하는 것으로 한다. 측정과 계측의 구분은 초음파에 의한 직접 측정과 계산에 의한 유량 계측을 구분하기 위한 것이기 때문에, 크게 구분할 필요가 없는 경우에는 혼용하여 쓰기로 한다.
종래의 초음파유량계의 연산장치(CPU)는 도 2a에서 보는 바와 같이 초음파 발사제어 -> 초음파수신제어 -> 지연시간 계산 -> 속도 계산 -> 유량 계산 -> LCD 표시 제어 -> 입력키 제어 -> 아날로그 출력수단 제어 -> 통신 제어 -> 유량정보 저장 및 다운로드를 하나의 루틴으로 처음 단계부터 마지막 단계까지 순차적으로 수행하여 한 번의 유량계측을 완료한다. 그리고 다시 처음 단계부터 시작하여 마지막 단계까지 반복하여, 지속적으로 유량을 계측한다.
도 2b에서 보는 바와 같이, 유량정보를 다운로드 하지 않으면 1회 유량계측을 하기 위한 시간은 총 250ms가 소요된다. 즉, 각 단위작업별 수행시간을 모두 합하면 250ms이고, 모든 과정을 순차적으로 처리하는 방식이므로 전체 수행시간을 구하면 250ms이다. 따라서 초당 유량을 계측할 수 있는 횟수는 모두 4회가 된다. 그 이유는 250ms * 4회 = 1,000ms (= 1초) 이기 때문이다. 따라서 상기와 같은 종래의 방식은 5회선 초음파유량계의 경우 회선별 초음파 발사 횟수가 초당 4 ~ 5회로 제한될 수밖에 없다. 물론 연산장치(CPU)의 속도와 성능에 따라 연산속도는 달라질 수 있으므로 처리속도가 뛰어난 CPU를 사용하면 초당 초음파 발사 횟수를 증가시킬 수 있고 보다 자주 유량을 계측할 수 있을 것이다. 그러나 CPU는 산업용 32bit 마이크로프로세서를 사용하는 것이 보편적이므로 연산속도에 한계를 가질 수밖에 없으며, 더 빠른 고가의 CPU는 경제성 등의 이유로 사용되지 못하고 있다.
또한, 종래의 초음파유량계는 계측된 유량정보들을 메모리에 저장하였다가 일괄적으로 유량정보를 처리하기 위한 단말기에 다운로드한다. 그러나 종래의 초음파유량계는 별도의 메모리를 제어하는 제어장치를 가지고 있지 않기 때문에, 초음파유량계의 CPU가 직접 저장된 유량정보를 상기 유량정보 처리단말기에 다운로드하는 것을 제어하여 그 동안에는 유량연산이 잠시 중지되는 문제점이 있다. 예컨대, 도 2c에서 보는 바와 같이, 최초(0ms)에 시작하여 250ms까지 1회의 유량계측이 이루어지고, 다시 240ms부터 500ms까지 2회째 유량계측이 이루어진다. 이때 단말기로부터 다운로드 요청이 들어오면, 연산장치(CPU)는 유량계측 루틴을 잠시 중단하고 메모리에 저장된 유량정보를 단말기에 다운로드하는 것을 제어한다. 도 2c와 같이 유량정보 다운로드가 150ms가 걸렸다면, 다운로드가 완성된 650ms부터 다시 900ms까지 250ms동안 3회째 유량계측이 이루어진다. 이후 과정은 앞서 본 바와 같이, 유량정보 다운로드의 요청이 있기 전까지 유량계측을 반복한다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2개의 CPU를 장착하여, 초음파의 발사와 수신을 제어하여 지연시간을 계산하는 과정과 상기 지연시간을 이용하여 유체의 유속과 유량을 계산하는 과정을 나누어 병렬로 처리하는 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제1의 연산CPU는 초음파센서로 측정하는 작업을 M회 수행하는 동안, 제2의 연산CPU는 M회 평균값으로 유량계산을 수행하고 남은 시간동안에 유량정보를 단말기로 다운로드하는 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 계측된 유량정보를 제2의 연산CPU가 유량계산을 수행하고 남은 시간동안만 다운로드하기 위하여, 유량정보를 프레임 단위로 구분하고 프레임 단위로 단말기로 다운시키는 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치에 관한 것으로서, 유체가 흐르는 관에 장착되어 초음파를 발수신하는 초음파센서; 상기 초음파센서의 초음파 발사시간을 제어하고 초음파 수신시간을 감지하여, 발수신간 지연시간을 계산하는 제1의 연산CPU; 상기 지연시간을 이용하여 상기 유체의 유량을 계산하는 제2의 연산CPU; 상기 유량을 포함하는 유량정보 프레임을 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치에 있어서, 상기 제1의 연산CPU는 초음파센서로 측정하고 지연시간을 계산하는 작업을 M회 수행하고, M개의 계산된 지연시간의 평균값을 구하여 상기 제2의 연산CPU에 전송하고, 상기 제2의 연산CPU는 제1의 연산CPU가 M회 작업을 하는 시간동안, 상기 평균값으로 유량계산과 기타 메인루틴을 수행하고, 남은 시간동안 다운로드 요청을 대기하고, 다운로드 요청이 있으면 남은 시간동안만 다운로드하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치에 있어서, 상기 제 1의 연산CPU가 M회의 작업을 완료하고 상기 지연시간의 평균값을 상기 제2의 연산CPU에 전송하는 시간과 상기 제2의 연산CPU가 1회의 작업을 완료하고 상기 지연시간의 평균값을 받는 시간이 서로 동기화되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치에 있어서, 외부 이동단말기와 연결하여 데이터를 다운시키는 통신부를 더 포함하고, 상기 제2의 연산CPU는 상기 메모리에 저장된 적어도 하나 이상의 유량정보 프레임들을 상기 통신부를 통하여 한 개씩 다운시키는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치에 있어서, 상기 유량정보 프레임은 연, 월, 일, 시, 분, 순시유량, 총적산, (+)적산, (-)적산, 유속, 압력, 수위, 제1압력, 제2압력을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치들로부터 유량정보 프레임을 다운로드하는 유량계측 이동단말기에 관한 것으로서, 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치들이 N개인 경우, 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치가 구비하는 메모리와 동일한 N개의 메모리; 무선통신을 하는 통신부; 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치들과 메모리를 각각 일대일 대응시키고, 각 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치로부터 유량정보 프레임을 다운로드하여 대응되는 상기 메로리에 저장하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한 다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치에 의하면, 2개의 CPU를 장착하여, 초음파의 측정과 유량의 계산을 나누어 병렬로 처리함으로써, 시간당 초음파 측정 횟수를 늘릴 수 있게 하는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치에 의하면, 제1의 연산CPU는 초음파센서로 측정하는 동안, 제2의 연산CPU가 유량을 계산하고 남은시간동안만 유량정보를 다운로드하고, 이를 위해 유량정보를 프레임 단위로 이동단말기로 다운시킴으로써, 유량정보를 다운시키는 동안에도 초음파로 측정하고 유량을 계측할 수 있는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치에 의하면, 1개의 고성능 CPU를 장착하는 것보다 2개의 저렴한 CPU를 장착함으로써, 보다 경제적이고 성능이 우수한 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치를 제공할 수 있는 효과가 얻어진다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명하 는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 유량계측을 하기 위한 전체 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치(20)는 유체가 흐르는 관(10)의 외벽에 설치된다. 초음파센서(21)는 상기 관(10)의 외벽에 반대방향에서 마주보고 설치되어 서로 초음파를 발사하고 수신하게 된다. 앞서 살펴본 바와 같이, 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치(20)는 초음파의 발수신의 시간차를 이용하여 유량을 계산하여 그 결과를 이동단말기(30)에 무선으로 다운로드한다. 상기 이동단말기(30)는 유량정보를 입력받아 처리하기 위한 단말기로서, 노트북, 무선PDA 등이 될 수 있다. 상기 이동단말기(30)들은 본 분야에 통상으로 사용되는 공지기술이므로 구체적 설시는 생략한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치는 초음파센서(21), 제1의 연산CPU(22), 제2의 연산CPU(23), 메모리(25)로 구성된다. 또, 표시장치(24), 통신부(26), 아날로그 출력수단(27), 입력키(28)를 추가로 구성할 수 있다.
상기 초음파센서(21)는 유체가 흐르는 관에 장착되어 초음파를 발사하고 수 신한다. 이를 위해 상기 초음파센서(21)는 상기 관의 외부에 서로 반대쪽에 장착되는 2개의 진동자를 포함한다. 상기 진동자는 초음파를 발생하게 하여 서로 주고 받을 수 있도록 구성된다.
상기 제1의 연산CPU(22)는 상기 초음파센서의 초음파 발사시간을 제어하고 초음파 수신시간을 감지하여, 발수신간 지연시간을 계산한다. 상기 발수신간 지연시간은 곧 초음파 발사를 제어한 시간과 초음파 수신을 감지한 시간간의 차이를 말하며, 상기 초음파센서(21)의 한 쪽 진동자에서 다른 쪽 진동자로의 발수신간 지연시간과 그 반대로의 발수신간 지연시간을 동시에 구한다. 상기 지연시간은 앞서 살펴본 초음파 전파시간을 의미한다.
상기 제2의 연산CPU(23)는 상기 지연시간을 이용하여 상기 유체의 유량을 계산한다. 상기 지연시간, 즉, 초음파 전파시간만 알면, 앞서 본 [식 3]에 의하여, 유속 V를 구할 수 있고 유속을 구하면, 앞서 본 [식 4]에 의하여, 유량 Q를 구할 수 있다. 이를 연산하는 것이 제2의 연산CPU이다.
본 발명에 따른 2개의 연산CPU를 이용하여 처리속도가 개선되는 것을 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 연산CPU가 각각 작업을 처리하는 과정을 설명하는 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제1의 연산CPU와 제2의 연산CPU가 단위작업을 처리하는 시간에 관한 테이블을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 연산CPU가 시간의 흐름에 따라 병렬로 처리하는 단위 작업을 도시한 타임테이블이다.
도 5에서 보는 바와 같이, 제 1의 연산CPU(22)는 초음파발사제어(S50) -> 초음파수신제어(S51) -> 지연시간 계산(S52)을 하는 서브루틴만 연산하고 그 결과를 메인루틴과 통신한다. 또 제 2의 연산CPU(23)는 서브루틴 통신(S42) -> 유속계산(S43) -> 유량계산(S44) -> LCD 표시제어(S45) -> 입력키 제어(S46) -> 아날로그 출력수단 제어(S47) -> 통신 제어(S48) -> 유량정보 저장 및 다운로드(S49)를 수행하는 메인루틴만 수행한다. 즉, 보급형 CPU 2개를 사용해서 역할분담을 함으로써, 연산속도 및 안정성을 향상시킨 것이다.
즉, 제 1의 연산CPU(22)는 초음파로 측정하여 지연시간을 계산하고, 제 2의 연산CPU(23)는 계산된 지연시간을 받아 와서 유속과 유량을 계산한다. 특히, 제 1의 연산CPU(22)는 초음파로 측정하여 지연시간을 계산하는 작업을 M회 반복하고(N은 1이상의 정수이다), 그 M개의 지연시간에 대한 평균값을 제 2의 연산CPU(23)에 넘긴다.
한편, 제 2의 연산CPU(22)는 제 1의 연산CPU(22)에서 넘긴 평균한 지연시간에 대해 유속과 유량을 계산한다. 또, 제 2의 연산CPU(22)는 계산된 유량은 LCD표시장치(24)에 표시하고, 그 유량정보를 만들어 메모리(25)에 저장한다. 또, 제 2의 연산CPU(22)는 외부 단말기로부터 다운로드 요청이 있으면, 메모리(25)에 저장된 유량정보를 프레임 단위로 전송한다. 제 2의 연산CPU(22)는 이러한 작업을 1회의 유량을 계산할 때 행하는 작업으로 수행하고, 이 작업을 계속 반복하여 유량정보를 생성하여 메모리에 저장한다. 그런데 제 2의 연산CPU(22)는 상기의 작업들을 제 1의 연산CPU(22)가 M번의 초음파 측정을 하는 동안에 끝내야 한다. 즉, 제 2의 연산 CPU(22)는 제 1의 연산CPU(22)가 넘겨주는 지연시간에 대해 중단없이 유량을 계산해야 하므로, 제 1의 연산CPU(22)가 다음번 지연시간을 넘겨줄 때까지 모든 작업을 마무리 해야 한다. 따라서 제 1의 연산CPU(22)가 평균값을 내기위해 초음파를 측정하는 횟수인 M은 충분히 크게 잡아야 한다.
다음으로, 단위작업에 따른 제 1의 연산CPU(22)와 제 2의 연산CPU(23)가 어떻게 병렬로 처리되는지를 도 6과 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6a에서 보는 바와 같이, 제 1의 연산CPU(22)에서 수행하는 서브루틴의 총 수행시간은 합계 50ms이다. 즉, 초당 초음파로 측정하여 지연시간을 구하는 횟수는 모두 20회가 가능하다. 그 이유는 50ms * 20회 = 1,000ms (= 1초) 이기 때문이다. 제 1의 연산CPU(22)는 위와 같이 1초에 20회의 지연시간을 구하여 그 평균값을 제2의 연산CPU(23)에 전송한다. 초당 20회를 측정하여 평균값을 구하였으므로, 초음파에 의한 측정오차를 줄일 수 있다.
또한, 도 6b에서 보는 바와 같이, 제 2의 연산CPU(23)에서 수행되는 메인루틴의 수행시간은 모두 200ms이다. 즉, 제 2의 연산CPU(23)는 초음파에 의해 측정되고 구해진 20회의 지연시간에 대한 평균값을 가지고 유량을 계산한다. 그러면, 제 1의 연산CPU(22)가 20회의 지연시간을 측정하는 동안(즉, 1초 동안), 유량을 계산하고 기타 메인루틴을 처리하고 남은 시간은 800ms가 된다. 이 800ms동안 제 2의 연산CPU(23)는 이동단말기(30)로부터의 다운로드 요청을 대기하고, 만약 다운로드 요청이 있으면, 그 시간동안 메모리(25)에 저장된 유량정보를 이동단말기(30)에 다 운로드한다. 만약 다운로드할 유량정보가 많아서 남은시간, 예컨대, 800ms로 부족한 경우에는 일단 남은시간동안만 다운로드 한다. 그리고 제 1의 연산CPU(22)가 넘겨주는 지연시간에 대해 유량정보를 생성하고 기타 작업을 수행한 후에 남는 800ms동안 나머지 유량정보를 다운로드한다.
도 7을 참조하면, 제 1의 연산CPU(22)와 제2의 연산CPU(23)가 시간에 따라 어떻게 병렬로 처리되는지를 보다 쉽게 알 수 있다. 도 7에서 보는 바와 같이, 제 1의 연산CPU(22)가 20회 동안 초음파를 측정하고 지연시간을 계산하는 동안, 제 2의 연산CPU(23)는 지연시간을 가지고 유속/유량을 계산하고 기타 루틴을 수행하고 남은 시간동안 다운로드 작업을 수행한다. 도 7에서, 제 2의 연산CPU(23)가 제 1의 연산CPU(22)로부터 평균한 지연시간을 받는 때는 0ms와 1000ms이고, 이 때 제 2의 연산CPU(23)가 받는 지연시간은 받는 때의 직전에 제 1의 연산CPU(22)가 구한 지연시간들의 평균값이다.
따라서, 상기 실시예에 보듯, 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치(20)에 의하면, 최대 초당 20회까지 초음파를 발수신할 수 있기 때문에, 종래의 기술에 비해 5배 많이 초음파를 측정하므로 오차를 줄일 수 있게 된다. 따라서 순간 유동 변환가 많은 곳, 와류가 심한 곳, 기포가 많은 곳 등 오차가 크게 나올 수 있는 유체의 흐름에 대하여, 자주 초음파 유량을 측정함으로써, 오차가 큰 장소에서도 안정적으로 유량을 계산할 수 있는 효과가 있다. 또한, 제 1의 연산CPU(22)가 계속 초음파로 측정하는 동안에, 제2의 연산CPU(23)가 다운로드 작업을 수행하므로, 끊김 이 없이 지속적으로 유량을 계측할 수 있는 효과가 있다.
그리고 앞서 예시된 제1의 연산CPU(22)의 측정 횟수는 20회로 한정한 것이 아니고, 현장에서의 상황이나 유량계측장치의 최적화 환경에 따라 얼마든지 변경이 가능하다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치(20)의 구성 중 메모리(25)에 대해 설명한다.
상기 메모리(25)는 상기 유량을 포함하는 유량정보 프레임을 저장한다. 제2의 연산CPU는 상기 지연시간을 이용하여 상기 유체의 유량을 계산하고 나면, 상기 유량에 해당하는 연, 월, 일, 시, 분, 순시유량, 총적산, (+)적산, (-)적산, 유속, 압력 또는 수위 등을 유량정보 프레임으로 구성하여 메모리(25)에 저장한다. 총적산, 적산 등은 바로 이전 계측유량에 대한 적산에 새로 계측된 유량을 누적하여 계산된 결과값이다. 결과적으로 한번의 유량이 계측될 때마다 하나의 유량정보 프레임이 형성되어 상기 메모리(25)에 계속 저장된다.
상기 표시장치(24)는 LCD로 구현되고, 상기 제2의 연산CPU는 상기 유량정보 프레임의 내용 중 일부를 상기 표시장치(24)에 표시한다. 이것은 계측된 유량을 즉석에 육안으로 확인하기 위한 것으로서, 바로 확인이 필요한 최소 정보만 표시한다. 예컨대, 상기 표시장치(24)에 유량만 표시한 것으로 간단히 구성하는 것이 바람직하나, 보다 큰 LCD를 구비하여 유량 이외에 유속이나 적산, 시간 등을 추가로 표시하는 실시예가 가능하다.
상기 통신부(26)는 외부 이동단말기(30)와 연결하여 데이터를 다운로드한다. 특히, 상기 제2의 연산CPU는 상기 메모리에 저장된 적어도 하나 이상의 유량정보 프레임들을 상기 통신부(26)를 통하여 한 개씩 다운로드한다. 또한 상기 통신부(26)는 RS-232C 또는 485 표준규격에 의하여 통신을 수행한다.
즉, 저장된 유량정보를 다운로드하는 종래의 방식은 저장된 모든 유량정보를 한꺼번에 다운로드하였다. 따라서 유량정보를 다운로드하는 동안에는 CPU가 다른 연산을 할 수가 없기 때문에, 유량 연산이 잠시 중지될 수밖에 없는 구조였다. 이에 반해 본 발명에 따른 일실시예는 상기 유량정보를 다운로드할 때, 전체 유량정보를 한꺼번에 다운로드 하는 것이 아니라 저장 유량정보를 1개의 유량정보 프레임(frame)단위로 다운로드를 하도록 하였다. 따라서 유량정보를 제한된 시간동안 한꺼번에 모두 다운로드를 할 수 없는 경우에는 그 시간동안 다운로드를 할 수 있는 양만 다운로드를 하는 것이 가능해졌다. 예를 들면, 1개의 유량정보 프레임을 다운로드를 하는데 걸리는 시간이 1ms이고, 메모리(25)에 저장된 유량정보 프레임의 개수가 8,000개인 경우를 가정하자. 이때, 한꺼번에 다운로드를 한다면, 8,000ms가 필요하다. 따라서 앞선 본 발명의 일실시예의 예시에서 제2의 연산CPU가 메인루틴을 수행하고 남는 시간인 800ms동안에 모든 유량정보 프레임을 다운로드할 수 없기 때문에 한번에 800개씩 10번에 나누어 다운로드를 한다. 이렇게 하면, 저장된 유량정보를 이동단말기(30)로 다운로드하는 동안에도, 다른 연산을 계속 할 수 있도록 하여 유량 연산이 정지되는 일이 없도록 한 것이 특징이다.
상기 아날로그 출력수단(27)은 종래의 유량계에서 보편적으로 이용되는 아날로그 방식으로 출력하기 위한 수단으로서, 제2의 연산CPU(23)에 의해 직접 제어되어 별도의 제어수단을 갖추지 않았다. 아날로그 출력수단(27)은 보편적인 사용을 지원하기 위하여 아날로그 출력도 지원하기 위함이다. 즉, 계측된 유량값을 최소일 때는 4mA, 최대일 때 20mA의 전류세기로 변환하여 출력한다. 따라서 상기 아날로그 출력수단(27)은 디지털-아날로그 컨버터의 회로를 포함하고 있다. 종래의 유량계에는 CPU가 1개이고 다른 작업으로 많은 시간을 소비하므로, 상기 아날로그 출력수단을 직접 제어하지 못하고 별도의 제어수단을 부가하였다. 그러나 제2의 연산CPU(23)는 시간적 여유가 있으므로, 제2의 연산CPU(23)가 직접 처리하도록 회로를 구성하고 별도의 제어수단을 제거하여 제조비용을 낮추었다.
상기 입력키(28)는 제 1의 연산CPU(22)가 초음파 측정 횟수 등 유량계의 작동에 관련한 선택사항들을 입력하기 위한 수단이다. 특히, 입력키(28)는 제1의 연산CPU(22)가 지연시간을 평균하기 위하여 초음파로 측정하는 횟수인 M의 값을 입력받는다. 제2의 연산CPU(23)는 메인루틴을 반복할 때마다 입력키(28)에 의한 선택사항의 변경이 있는가를 체크하여, 변경사항이 있으면 이를 반영하여 변경한다. 따라서 제2의 연산CPU(23)는 상기 입력키(28)에 의해 M의 값이 입력되면, 제1의 연산CPU(22)가 상기 M회 작업을 수행하여 평균값을 내도록 하고, 제 1의 연산CPU(22)에 의해 M회 작업이후에 동기될 수 있도록 자신도 유량정보 다운로드 또는 대기시간을 조정한다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 이동단말기(30)의 구성에 대해 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이동단말기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8에서 보는 바와 같이, 상기 이동단말기(30)는 단말기 메모리(31), 단말기 통신부(32), 단말기 제어부(33)를 포함한다.
상기 이동단말기(30)는 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치들로부터 유량정보 프레임을 다운로드하여 필요한 처리를 하는 단말기로서, 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치들이 N개인 경우, 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치가 구비하는 메모리와 동일한 메모리로서 N개를 구비한다. 이것은 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치와 메모리를 일대일 대응하여 각각의 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치(20)의 메모리(25)에 저장된 유량정보 프레임을 상기 이동단말기(30)의 단말기 메모리(31)로 다운로드하기 위한 것이다.
상기 단말기 메모리(31)의 일실시예로서 플래시메모리를 이용한다.
상기 단말기 통신부(32)는 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치로부터 데이터를 다운로드하기 위한 무선통신을 한다. 특히, 상기 단말기 통신부(32)는 RS-232C 또는 485 표준규격에 의하여 통신하는 것을 특징으로 한다.
상기 단말기 제어부(33)는 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치들과 메모리를 각각 일대일 대응시키고, 각 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치로부터 유량정보 프레임을 다운로드하여 대응되는 상기 메로리에 저장하도록 제어한다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 초음파유량계를 만드는 분야에 적용이 가능하고, 그 응용분야도 상수, 하수, 폐수, 해수, 오일, 가스 등 관에 흐르는 유체의 유량을 계측하는 데에는 어느 곳에도 적용이 가능하다.
도 1은 종래의 초음파를 이용하여 유량을 계측하는 원리를 설명하는 도면이다.
도 2a는 종래의 초음파유량계의 연산장치(CPU)가 처리하는 과정을 설명한 흐름도이다.
도 2b는 종래의 초음파유량계의 연산장치(CPU)가 처리하는 세부과정의 처리시간에 대한 표이다.
도 2c는 종래의 초음파유량계의 연산장치(CPU)가 시간의 흐름에 따라 처리하는 과정을 설명한 타임테이블이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 유량계측을 하기 위한 전체 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 연산CPU가 각각 작업을 처리하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 제1의 연산CPU가 단위작업을 처리하는 시간에 관한 테이블이다.
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 제2의 연산CPU가 단위작업을 처리하는 시간에 관한 테이블이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 연산CPU가 시간의 흐름에 따라 병렬로 처리하는 단위 작업을 도시한 타임테이블이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이동단말기의 구성을 도시한 블록도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 유체가 흐르는 관 20 : 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치
21 : 초음파센서 22 : 제1의 연산CPU
23 : 제2의 연산CPU 24 : 표시장치
25 : 메모리 26 : 통신부
30 : 이동단말기 31 : 단말기 제어부
32 : 단말기 메모리 33 : 단말기 통신부

Claims (6)

  1. 유체가 흐르는 관에 장착되어 초음파를 발수신하는 초음파센서;
    상기 초음파센서의 초음파 발사시간을 제어하고 초음파 수신시간을 감지하여, 발수신간 지연시간을 계산하는 제1의 연산CPU;
    상기 지연시간을 이용하여 상기 유체의 유량을 계산하는 제2의 연산CPU;
    상기 유량을 포함하는 유량정보 프레임을 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1의 연산CPU는 초음파센서로 측정하고 지연시간을 계산하는 작업을 M회 수행하고, M개의 계산된 지연시간의 평균값을 구하여 상기 제2의 연산CPU에 전송하고,
    상기 제2의 연산CPU는 제1의 연산CPU가 M회 작업을 하는 시간동안, 상기 평균값으로 유량계산과 기타 메인루틴을 수행하고, 남은 시간동안 다운로드 요청을 대기하고, 다운로드 요청이 있으면 남은 시간동안만 다운로드하는 것을 특징으로 하는 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1의 연산CPU가 M회의 작업을 완료하고 상기 지연시간의 평균값을 상기 제2의 연산CPU에 전송하는 시간과 상기 제2의 연산CPU가 1회의 작업을 완료하고 상기 지연시간의 평균값을 받는 시간이 서로 동기화되는 것을 특징으로 하는 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    외부 이동단말기와 연결하여 데이터를 다운로드하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 제2의 연산CPU는 상기 메모리에 저장된 적어도 하나 이상의 유량정보 프레임들을 상기 통신부를 통하여 한 개씩 다운로드하는 것을 특징으로 하는 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유량정보 프레임은
    연, 월, 일, 시, 분, 순시유량, 총적산, (+)적산, (-)적산, 유속, 압력, 수위, 제1압력, 제2압력을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치로부터 유량정보 프레임을 다운로드하는 유량계측 이동단말기에 있어서,
    상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치가 N개인 경우, 상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치가 구비하는 메모리와 동일한 N개의 단말기 메모리;
    상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치와 무선통신을 하는 단말기 통신부;
    상기 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치들과 단말기 메모리를 각각 일대일 대응시키고, 각 무선 PDA 다운형 초음파 유량계측 장치로부터 유량정보 프레임 을 다운로드하여 대응되는 상기 단말기 메모리에 저장하도록 제어하는 단말기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량계측 이동단말기.
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