KR100911180B1 - 실시간 전기 사용량 측정용 메쉬 센서 네트워크 측정모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각 전기 사용 기기와 전원 사이에 배치되어 각 기기별 전기 사용 데이터를 측정하는 하나 이상의 측정모듈로서, 전류량을 측정하는 전류량 센서와, 인접한 측정모듈과 송수신하기 위한 무선 송수신 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전기 사용량 측정모듈을 제공한다.

본 발명에 따르면, 소형의 단일 제품형태로 제작되어 그 구입 및 설치가 용이하고, 메쉬형 센서 네트워크 노드로서 기능하는 측정모듈을 제공하므로, 강인하고 신속하게 측정 데이터를 전송할 수 있도록 하고, 에너지 관리의 확산 및 보급에 많은 이점을 제공할 수 있다.

전류량 측정, 센서 네트워크, 에너지 관리

Description

실시간 전기 사용량 측정용 메쉬 센서 네트워크 측정모듈 {Mesh sensor network module for for real-time monitoring the quantity of energy}

도 1은 본 발명에 따른 측정모듈의 구조를 도시한 블럭도.

도 2는 본 발명에 따른 측정모듈의 외형을 도시한 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 측정모듈이 전원 콘센트 및 전기 사용 기기에 접속되는 방식을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 측정모듈이 상호 통신하여 메쉬형 센서 네트워크를 형성하는 것을 설명하기 위한 도면.

온실가스를 감소시키기 위한 기후변화협약 이후, 각 국가는 온실가스를 줄이기 위한 국가 전략을 수립/시행해야 하는 압력을 국제 사회로부터 받고 있다. 온실가스는 결국 에너지를 소비함으로 발생하는 결과물이므로, 온실가스를 줄이기 위한 근본적인 방법인 에너지의 소비를 줄이는 것이다.

기후변화협약에 능동적으로 대응하기 위한 에너지경영시스템(EMS)에 대한 관심이 에너지 소비량이 높은 나라를 중심으로 높아지고, 근래 들어서는 우리나라에서 도 각종 세미나가 개최되는 등, 에너지 소비 절감 및 바람직한 에너지 소비 행태로의 변화에 대한 관심이 높아지고 있다.

이러한 상황에서 전기에너지의 소비 절감 및 바람직한 전기 에너지 소비 행태로의 변화가 더욱 중요해지고 있다.

전기에너지는 그 자체의 이용에 있어서는 화석에너지와 달리 온실가스가 발생하지 않기 때문에 새로운 대체에너지가 개발되어 상용화되기 이전에는 공해 감소적 측면에서 전기에너지 사용 비율이 증가할 가능성이 크다. 예컨대, 휘발유나 경유와 같은 화석연료로 가는 종래의 자동차 대신에 전기자동차의 비율이 높아질 수 있다.

한편, 전기에너지의 생성에 있어서는 화력발전과 같은 경우 막대한 량의 화석연료가 소비되고 이산화탄소와 같은 온실가스가 다량으로 배출되며, 화력발전의 비율이 원자력이나 풍력, 조력발전에 비하여 현저히 높은 것이 현실정이다. 예컨대, 상대적으로 원자력 발전의 비율이 높은 우리나라의 경우에도 전기 발전량 중 화력발전의 비율이 58%를 넘는다.

따라서, 에너지의 이용 및 생성의 측면을 고려할 때, 에너지절감 및 온실가스등의 공해 감소를 위하여 현시점에서 가장 중요한 에너지 형태는 전기에너지라고 할 수 있다.

즉, 전기 사용의 소비를 감소시키고 전기 사용 행태를 바람직한 방향으로 유도하는 에너지관리적 측면의 접근이 필요하며, 전기에너지 관리를 위해서 가장 기본적이고 일차적으로 요구되는 것은 전기 사용량의 정확하고 구체적인 측정임은 당연하다.

그런데, 현재 가정과 기업을 포함하는 전기 수요처에서 자신들의 전기 에너지 사용 현황에 대하여 용이하고 구체적으로 파악할 수 있는 방법이나 수단이 마련되고 있지 못하다.

특히, 주야로 전기를 소비하며, 그 사용량의 비율도 현저히 높은 가정 내의 전기 에너지 사용량은 댁내의 거주자들에게 용이한 방식으로 그 정보를 제공하지 않는다. 따라서 댁내 거주자는 현재 자기가 사용하고 있는 전기의 사용량을 알지 못하고, 설사 기존의 계량기를 통해 댁내 전기 총사용량을 알더라도 댁내에서 전기를 가장 많이 소비하는 가전이 무엇인지, 가전들이 각각 어느 정도의 전기 에너지를 소비하는지에 대한 정보를 제공받을 수 없어서, 댁내 거주자들로 하여금 에너지를 줄여야겠다는 동기 부여를 강하게 유도하지 못하였다.

기업의 경우에도 사무실 같은 경우 구체적으로 각 기기의 전기사용량을 알지 못하며, 공장의 경우에도 기기의 정격소비전력 등으로 소비량을 예측하거나 가정할 뿐 각 기기별 실 사용량 데이터를 확보하지 못하는 경우가 대부분이다.

종래에 전기 사용량의 파악을 위한 몇몇 방식이 제안되고 있으나, 이들 방식은 가정 또는 기업 단위의 총사용량 정보만을 제공하고 있을 뿐, 개별 전기 사용 기기별 사용량 데이터를 제공하지 못하여 전기 에너지 절감이나 효율적 관리에 대한 기초 데이터를 제공하지 못하고 있다.

댁내의 전기 에너지 사용량을 댁내 거주자가 실시간으로 모니터링 하려면, 실외에 설치되어진 계량기 등을 살펴보아야 하는 등의 불편함으로 현실적으로 쉽지 않 은 일이었다. 더구나 댁내의 각각의 가전들의 전기 사용량을 실시간으로 확인할 수 있는 서비스와 시스템은 전무하다고 할 수 있다.

현실적으로 유선을 이용하여 실외에 설치되어져 있는 계량기에서 계측한 가구당 전기 총사용량을 유선 통신(시리얼, 이더넷 등)을 통해 댁내의 단말기에서 정보를 디스플레이 해 주는 정도의 기술이 가능하다.

하지만 유선을 통한 전기 사용량 모니터링 장비는, 신규 건물에서나 적용 가능한 시스템이고, 기 건설된 주택 등에서는 유선으로 설치된 시스템이 미화상 거부감을 주게 되어 상용화되기 곤란하다.

예컨대, 국내실용신안등록 제20-254736호는 전력선을 이용한 원격검침장치로서, 구체적으로는 아파트 등의 대규모 집단주택에서 소모되는 전기사용량, 수도사용량, 및/또는 가스사용량을 경비실 및 관리실에서 중간집계 및 검색할 수 있어서 아파트관리에 도움이 되며 또한 불필요한 자원의 낭비를 방지할 수 있는 전력선을 이용한 원격검침장치를 제공하고 있다.

다른 종래기술의 예로서, 국내특허등록 제10-358308호는 무선원격검침시스템을 개시하고 있는데, 구체적으로는 휴대용 검침단말기와 계량기간에 정확한 검침데이타를 송수신할 수 있도록 계량기에 무선데이타를 송신할 수 있는 장비를 마련하여 무선주파수변경이 가능하도록 하고 정전시 검침된 데이터를 재생시킬 수 있도록 하여 계량기측으로부터 전달되는 검침데이타를 휴대용 검침단말기를 통해 정확하게 전송받을 수 있도록 하는 효과를 제공하는 무선원격검침시스템을 제공하고 있다.

즉, 위 두 개의 예를 포함한 종래기술의 경우, 전기 사용량 데이터는 배전 단위별, 즉 계량기별로 측정되고 있을 뿐 각 전기 사용 기기별로 전기 사용량이 측정되고 있지 않아서 구체적인 전기 사용 행태를 파악할 수 없다.

이는 각 전기 사용 기기별 전기 사용량 측정의 어려움 때문에 기인한 것으로 판단된다.

전술한 문제를 해결하고자, 본 발명은 각 전기 사용 기기별로 전기 사용량 측정이 가능한 전류량 측정모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 사용의 편의성 및 보급성을 높이기 위하여 용이하게 장착/사용이 가능한 측정모듈을 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명은 각 전기 사용 기기와 전원 사이에 배치되어 각 기기별 전기 사용 데이터를 측정하는 하나 이상의 측정모듈로서, 전류량을 측정하는 전류량 센서와, 인접한 측정모듈과 송수신하기 위한 무선 송수신 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전기 사용량 측정모듈을 제공한다.

측정모듈의 전단부는 플러그 형태로 구성되고, 후단부는 콘센트 형태로 구성되어, 상기 전단부의 플러그 형태가 전원 콘센트에 끼워지고, 상기 후단부의 콘센트 형태에 상기 전기 사용 기기의 플러그가 끼워지는 방식으로 이용되도록 함으로써 이 용의 편의성을 향상시킨다.

측정 모듈은 전기 사용 기기와 전원 사이의 전기적 접속을 중계하는 릴레이와, 측정된 전류량을 분석하여 이상 상태를 파악하거나 또는 외부로부터 전원 공급 차단 명령이 수신된 경우, 상기 전기 사용 기기의 전원 공급을 차단하도록 상기 릴레이를 제어하는 제어 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

측정모듈은 각각 고유한 식별자를 보유하고, 데이터 송수신시 상기 각 측정 모듈의 식별자를 포함하여 송수신하며, 인접한 다른 측정모듈 및 모니터 단말과 멀티-홉 지원 메쉬 네트워크를 형성하는 것이 바람직하다.

이하 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 측정모듈의 구조를 도시한 블록도이다.

도시된 바와 같이, 측정모듈(100)은 전류량 센서(101), MCU(102), 송신단(103), 수신단(104) 및 릴레이(105)를 포함한다.

전류량 센서(101)는 전기 사용 기기로 공급되는 전류를 측정하여 기기별 소비전력을 구하는 역할을 수행한다. 전원 콘센트로부터 전기 사용 기기로 공급되는 전류의 양을 측정할 수 있는 전류량 센서(101)를 통해 측정된 값은 MCU(102)내의 ADC를 통해 디지털화 된 후 송신단(103)을 통해 무선 전송하게 된다. 물론, 전류량 측정 센서의 출력 값이 디지털인 경우 MCU(102) 일반 포트를 통한 데이터 처리도 고려할 수 있다.

전류량이 측정되면 기기의 정격전압 정보를 참조하여 소비전력을 용이하게 구할 수 있는데, 소비전력 계산은 센서(101)에서 한 후 MCU(102)에 전달될 수도 있고, 센서(101)에서 전류량 데이터를 공급받아 MCU(102)에서 계산할 수도 있다.

MCU(102)는 전류량 센서, 송신단, 수신단, 릴레이 등 측정모듈내 각 구성요소의 상태를 파악하고 제어하는 역할을 수행한다. 측정된 전기 사용량을 송신단(103)을 통하여 외부의 모니터 단말(도 4의 150)로 전송하고, 모니터 단말(150)로부터의 명령을 수신단(104)을 통하여 수신한 후, 그에 따른 제어 동작(예컨대, 전원차단동작)을 수행하는 역할을 한다.

MCU(102)는 자체적으로 전기 사용량 패턴을 분석하여 과전류가 흐르는 등의 이상 상태를 감지한 경우 릴레이(105)를 제어하여 전기 사용 기기에 전원 공급을 중단토록 하거나, 또는 모니터 단말(140)로 이상 상태를 보고하여 모니터 단말(140)의 지시에 따라 전원 공급 여부를 결정하는 기능을 더 수행한다.

또한 전원의 차단 등은 원격지의 외부 시스템 또는 단말에서 모니터 단말(150)로 제어 명령을 전송하고, 모니터 단말(150)이 해당 측정모듈에 제어 명령을 전송함으로써 수행될 수 있음은 물론이다.

한편, 송신단(103) 및 수신단(104)은 모니터 단말(150)과 직접 통신하는데 이용될 수 있으나, 측정모듈(100~140)이 멀티-홉 방식의 네트워크에 포함되어 있을 경우 데이터를 중계하는 역할로 기능할 것이다.

릴레이(105)는 전원과 전기 사용 기기의 전기 접속의 차단/연결을 제어하는 역할을 한다. 즉, 평상시에는 전기 사용 기기와 전원의 전기 접속을 연결하는 상태를 유지하지만, 필요시 MCU(102)의 제어에 따라 전기 사용 기기로의 전원 공급을 차단하는 역할을 수행한다.

측정모듈(100)은 전원 콘센트에 연결되어 있으므로 별도의 배터리와 같은 전원공급장치는 필요하지 않다.

한편, 측정모듈(100)은 전기 사용 기기와 이들에 전기를 공급하는 전원의 사이에 설치되어 각 기기별 전기 사용량을 측정할 수 있도록 구성된다.

이를 위하여 측정모듈(100)은 도 2에 도시된 것처럼, 그 전단부는 플러그 형태로, 그 후단부는 콘센트 형태로 제작되어 전단부는 전원콘센트에 끼워지고, 후단부는 전기 사용 기기의 플러그를 끼우는 형태, 즉 일종의 어댑터 형태로 제작/설치되는 것이 바람직하다.

도 3은 측정모듈(100)이 장착되어 사용되는 방식을 도시한 도면이다.

즉, 측정모듈(100)은 전원 콘센트와 냉장고 등의 전기 사용 기기 사이에 배치되는데, 플러그-인 방식을 채택하여 매우 간편하게 설치될 수 있다. 이럼으로써, 일반인들도 측정모듈(100)의 구입 및 설치를 용이하게 할 수 있게 됨으로써 전기 사용량 모니터링 시스템의 보급, 확산을 꾀할 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 측정모듈은 냉장고나 TV 등과 같은 기기들에 내장되어 그 서비스를 제공하는 형태나 건물 벽에 설치된 콘센트에 결합되어 고정된 형태가 아니라, 전기 사용 기기의 플러그와 전기 콘센트 사이에 결합하는 형태의 모듈로서 일반 마트와 같은 생필품 형태로 구매가 가능한 타입으로 제작될 수 있다.

또한 측정모듈(100)은 착탈이 용이하므로, 전기 사용 모니터링 시스템의 구성 이나 구조의 변경을 매우 유연하게 한다.

도 4는 본 발명에 따른 측정모듈(100~140)이 측정한 데이터를 취합하고 관리할 수 있도록 구성된 실시간 전기 사용량 모니터링 시스템의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 세탁기, 스탠드, 냉장고, 오디오 등 각 전기 사용 기기별로 전기 사용량 측정모듈(100~140)이 할당되어 배치된다.

모니터 단말(150)은 각 측정모듈이 측정한 전기 사용 데이터를 취합/관리하고 분석하여 이를 사용자에게 제공하는 역할을 수행한다.

측정모듈(110~140)은 전술한 측정모듈(100)과 동일한 구성을 가진다.

도시된 바와 같이 각 측정모듈(100~140) 및 모니터 단말(150)은 메쉬형 무선 센서 네트워크로 상호 연결되어 있다.

도 4에서 굵은 점선 화살표는 현재의 데이터 경로를 표시하며, 가는 점선은 데이터 경로상의 장애물 등으로 인하여 데이터 전송이 불량할 때에 우회할 수 있는 예비 데이터 경로이다.

굵은 점선 화살표로 표시되는 데이터 경로로부터 당업자라면 능히 짐작할 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 실시예에서 데이터의 전송은 멀티-홉 방식으로 진행된다.

즉, 세탁기의 전기 사용 데이터가 측정모듈(100)에서 측정되면, 측정모듈(140)을 경유하여 모니터 단말(150)로 측정데이터가 전달되거나, 또는 측정모듈(110), 측정모듈(120), 측정모듈(140)을 경유하여 모니터 단말(150)로 데이터가 전달된다.

이럼으로써, 측정모듈(100)이 모니터 단말(150)과 매우 이격되어 있고, 중간에 전파 간섭이나 차단물이 있더라도, 이러한 장애에도 불구하고 측정모듈(100)은 자신이 측정한 데이터를 높은 신뢰도하에 모니터 단말(150)로 전송할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 무선 센서 네트워크가 구성하는 네트워크 방식은 일방적인 트리 방식의 네트워크가 아니라, 신뢰성을 보장할 수 있는 메쉬 네트워크 방식을 채택함으로써, 측정 대상 공간내의 방과 방 사이에 있는 문과 같은 장애물들로 인해 무선 네트워크 연결이 단락될 수도 있는 가능성을 줄여주어 더욱 신뢰성 높은 데이터 전송이 가능하게 된다.

도 4에 도시된 것처럼 굵은 점선 화살표는 측정모듈(100~140) 상호간 및 모니터 단말(150) 현재의 무선 연결 경로를 의미하고, 가는 점선은 가상의 예비 연결 경로를 의미한다. 굵은 점선 화살표 경로를 통해 측정 데이터는 모니터 단말(150)로 전송되게 된다. 만약 상황에 따라 굵은 점선 화살표 경로가 차단되어지는 경우 가는 점선으로 표현된 예비 경로 중 적합한 경로로 절체가 이루어져 더욱 안전하게 측정 데이터를 전송할 수 있게 되며, 모니터 단말(150)은 실시간으로 각 전기 사용 기기별 전기 사용량을 파악할 수 있다.

측정모듈은 각각 고유한 식별자를 보유하고, 데이터 송수신시 상기 각 측정 모듈의 식별자를 포함하여 송수신하며, 상기 모니터 단말을 최종 수신지로 하여 상기 측정된 데이터를 송신한다.

모니터 단말(150)은 각 측정모듈의 식별자와 해당 측정모듈이 측정하는 전기 사용 기기를 매칭시킨 후, 수신된 측정 데이터로부터 어떤 전기 사용 기기의 데이터 인지를 파악할 수 있다.

한편, 모니터 단말(150)은 원격지의 관리센터, 컴퓨팅 단말 등과 연결되어 외부로 전기 사용량 데이터를 전송하거나, 또는 관리센터 등으로부터 제어명령을 수신할 수 있다.

또한 원격지의 관리센터는 둘 이상의 모니터 단말(150)로부터 전기 사용량 데이터를 수신하고 이들에게 제어명령을 전송함으로써 광역적으로 전기 사용량이 정밀하고 구체적으로 관리될 수 있도록 구성될 수 있다.

이상, 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본발명의 구성에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 지나지 않는 것으로서 당해 기술 분야에 통상적인 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능함은 물론이다.

따라서 이러한 변형 및 수정 양태는 이하에 기재된 특허청구범위에 속함이 명백하다.

본 발명에 따르면, 각 전기 사용 기기별에 착탈이 용이한 전류량 측정모듈을 제공함으로써, 가구별 또는 기업별로 제공되는 전기의 총사용량에 대한 정보를 더욱 세분화하여 각각의 전기 사용 기기들이 소비하고 있는 전기의 양에 대한 정보를 제공할 수 있다.

이럼으로써, 사용자는 현재 자기가 사용하고 있는 기기별 에너지 소비 패턴을 이해할 수 있어 에너지를 절약하거나 낭비되는 전기 사용을 방지할 수 있고, 나아가 에너지 효율이 떨어지는 제품의 사용을 지양하게 되어 에너지 절약에 크게 이바지 할 수 있다.

또한 본 발명의 측정모듈은 에너지 절약 이외에도 전열기구(난로, 다리미, 인두 등)와 같은 안전을 위협할 수 있는 제품들의 안전장치로도 사용이 가능하다. 즉, 외부에 나와 있는 경우 댁내의 전기 사용을 웹 서비스등을 통해 확인하여 측정모듈을 통하여 전원 공급 여부를 제어함으로써 부적절한 전기 사용 상태를 방지할 수 있다.

특히, 본 발명의 측정모듈은 소형의 단일 제품형태로 제작되어 그 구입 및 설치가 용이하고, 메쉬형 센서 네트워크 노드의 일종이므로, 강인하고 신속하게 측정 데이터를 전송할 수 있도록 함으로써, 에너지 관리의 확산 및 보급에 많은 이점을 제공할 수 있다.

Claims (10)

1. 각 전기 사용 기기와 전원 사이에 배치되어 각 기기별 전기 사용 데이터를 측정하는 하나 이상의 측정모듈로서,

   전류량을 측정하는 전류량 센서와,

   인접한 측정모듈과 송수신하기 위한 무선 송수신 수단과,

   상기 전기 사용 기기와 전원 사이의 전기적 접속을 중계하는 릴레이와,

   상기 측정된 전류량을 분석하여 이상 상태를 파악하거나 또는 외부로부터 전원 공급 차단 명령이 수신된 경우, 상기 전기 사용 기기의 전원 공급을 차단하도록 상기 릴레이를 제어하는 제어 수단과,

   현재 설정된 네트워크 경로에 장애가 발생할 경우, 대체 경로를 라우팅하는 라우팅 수단을 포함하되,

   상기 측정모듈은

   전단부는 플러그 형태로 구성되고, 후단부는 콘센트 형태로 구성되어, 상기 전단부의 플러그 형태가 전원 콘센트에 끼워지고, 상기 후단부의 콘센트 형태에 상기 전기 사용 기기의 플러그가 끼워지며,

   고유한 식별자를 보유하고, 데이터 송수신시 상기 측정 모듈의 고유한 식별자를 포함하여 송수신하며,

   인접한 다른 측정모듈 및 모니터 단말과 멀티-홉 지원 메쉬 네트워크를 형성하고, 현재 설정된 네트워크 경로에 장애가 발생할 경우 상기 라우팅 수단을 통해 상기 메쉬 네트워크의 경로 중 대체 경로를 라우팅하여, 상기 모니터 단말을 최종 수신지로 상기 측정된 데이터를 송신하는 것을 특징으로 하는 실시간 전기 사용량 측정모듈.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 기재된 측정모듈을 둘 이상 포함하여 메쉬 네트워크를 통하여 전기 사용량 데이터를 취합 관리하는 실시간 전기 사용량 모니터링 시스템.
10. 제9항에 기재된 전기 사용량 모니터링 시스템을 둘 이상 연결하여 광역적으로 전기 사용량을 관리하는 실시간 광역 전기 사용량 관제 센터.

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