KR100958281B1 - 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템 - Google Patents

유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식품 설비에 설치된 센서들로부터 식품 설비의 위생 상태 정보를 검출하는 다수의 센서 노드와, 상기 센서 노드들에 의해 식품 설비의 위생 상태 정보를 취합하는 게이트웨이와, 상기 게이트웨이들로부터 취합된 위생 상태 정보를 전송받아 이를 관리하는 관제 서버를 포함하여 이루어지는 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템에 있어서, 상기 센서는 인체 위해도를 기준으로 인체 위해도가 가장 높은 제 1 가스를 검출하는 제 1 가스센서로부터 위해도가 가장 낮은 제 n 가스를 검출하는 제 n 가스 센서를 포함하는 n개의 가스 센서를 포함하고, 상기 센서 노드는 상기 n개의 가스 센서로부터 감지신호가 입력되고 이상 상황 발생 시 경보신호를 출력하는 데이터 입출력부, 상기 n개의 가스 센서에 구동 전압을 인가하는 센서 구동부, 상기 게이트웨이 또는 다른 센서 노드와 무선 데이터 통신을 수행하는 무선송수신부 및 교호 모드에서 상기 n개의 가스 센서가 상기 인체 위해도에 비례하도록 설정된 시간동안 교호적으로 활성화되도록 상기 센서 구동부를 제어하고, 교호 모드상태에서 상기 데이터 입출력부로부터 어느 하나의 가스 센서의 가스 감지 신호가 수신되면 동시 모드로 진입하여 나머지 n-1개의 가스 센서를 동시에 구동하도록 상기 센서 구동부를 제어하고, n개의 가스 센서로부터 수신되는 감지신호를 상기 무선 송수신부를 통해 상기 관제 서버로 전송하는 제어부를 포함하고, 상기 센서 구동부는 교호 모드에서 정상 구동전압보다 낮은 전압으로 상기 n개의 가스 센서를 구동하여 가스 검출 유무만을 판단하고, 동시 모드에서 는 정상 구동전압으로 상기 n개의 가스 센서를 구동하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 유비쿼터스 센서 네트워크를 식품 안전 관리 시스템에 접목하여 식품 설비의 온도, 습도, 공기질 등의 위해 요소를 효율적으로 관리할 수 있음과 아울러, 휴대형 센서 노드가 사용되고 센서 노드가 인체 위해 가스를 검출하기 위한 복수 개의 가스 센서를 구동하면서도 전력 소모를 최소화하여 전원(배터리) 사용 시간을 최대한 연장할 수 있는 효과가 있다.
식품, 설비, 위생, 안전, 센서, USN, 센서네트워크, 절전, 전력, 공기질.

Description

유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템{A System For Managing Food Safety Using Ubiquitous Sensor Network}
본 발명은 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 가스 센서와 연결된 센서 노드 특히 휴대형의 센서 노드에서 센서 구동을 위한 전력을 최소화하여 휴대형 센서 노드의 사용 시간을 극대화할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
현재 학교 급식소, 대형 식당 등의 대량의 식재료 및 완제품을 생산 및 관리하는 장소에서는 식재료 및 완제품을 보관 및 처리하는 식품설비 및 관련장소의 온도, 습도 등을 HACCP(Hazard Analysis And Critical Control Points)등의 위생관리 기준에 따라 관리하고 있다.
HACCP은 식품의 원재료 생산에서부터 제조, 가공, 보존, 유통단계를 거쳐 최종 소비자가 섭취하기 전까지의 각 단계에서 발생할 우려가 있는 위해요소를 규명하고, 이를 중점적으로 관리하기 위한 중요관리점을 결정하여 체계적이고 효율적인 관리로 식품의 안전성(safety)을 확보하기 위한 과학적인 위생관리체계이다.
HACCP은 위해분석(HA)과 중요관리점(CCP)으로 구성되어 있는데, HA는 위해가능성이 있는 요소를 찾아 분석·평가하는 것이며, CCP는 해당 위해 요소를 방지, 제거하고 안전성을 확보하기 위하여 중점적으로 다루어야 할 관리점을 의미한다.
현재, 식당이나 급식소와 같이 재료를 저장 및 조리하는 장소에서는 위생 기준에 따른 온도, 습도, 유통기한 등의 관리가 이루어지고 있다.
한편, 근래 각종 센서에서 수집한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크인 유비쿼터스 센서 네트워크가 활성화되어 있으며, 센서의 종류로는 온도, 가속도, 위치 정보, 압력, 지문, 가스 등 다양하게 존재한다. 최근에는 물류의 흐름을 파악하기 위하여 RFID(radio frequency identification) 기술을 이용하여 사물에 태그(tag)를 부착하여 각종 물류 정보의 흐름을 파악하는 기술도 등장하고 있다.
본 발명의 목적은 유비쿼터스 센서 네트워크를 식품 안전 관리 시스템에 접목하여 식품 설비의 온도, 습도, 공기질 등의 위해 요소를 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 특히, 휴대형 센서 노드가 사용되고 센서 노드가 인체 위해 가스를 검출하기 위한 복수 개의 가스 센서를 구동하면서도 전력 소모를 최소화하여 배터리 사용 시간을 연장할 수 있도록 하는 것이 주된 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 식품 설비에 설치된 센서들로부터 식품 설비의 위생 상태 정보를 검출하는 다수의 센서 노드와, 상기 센서 노드들에 의해 식품 설비의 위생 상태 정보를 취합하는 게이트웨이와, 상기 게이트웨이들로부터 취합된 위생 상태 정보를 전송받아 이를 관리하는 관제 서버를 포함하여 이루어지는 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템에 있어서, 상기 센서는 n개의 가스 센서를 포함하고, 상기 센서 노드는
상기 n개의 가스 센서로부터 감지신호가 입력되고 이상 상황 발생 시 경보신호를 출력하는 데이터 입출력부, 상기 n개의 가스 센서에 구동 전압을 인가하는 센 서 구동부, 상기 게이트웨이 또는 다른 센서 노드와 무선 데이터 통신을 수행하는 무선송수신부 및 교호 모드에서 상기 n개의 가스 센서가 상기 인체 위해도에 비례하도록 설정된 시간동안 교호적으로 활성화되도록 상기 센서 구동부를 제어하고, 교호 모드상태에서 상기 데이터 입출력부로부터 어느 하나의 가스 센서의 가스 감지 신호가 수신되면 동시 모드로 진입하여 나머지 n-1개의 가스 센서를 동시에 구동하도록 상기 센서 구동부를 제어하고, n개의 가스 센서로부터 수신되는 감지신호를 상기 무선 송수신부를 통해 상기 관제 서버로 전송하는 제어부를 포함하고, 상기 센서 구동부는 교호 모드에서 정상 구동전압보다 낮은 전압으로 상기 n개의 가스 센서를 구동하여 가스 검출 유무만을 판단하고, 동시 모드에서는 정상 구동전압으로 상기 n개의 가스 센서를 구동하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템이 제공된다.
여기서, 상기 가스센서는 일산화탄소 감지센서, 포름알데히드 감지센서, 이산화질소 감지센서, 오존 감지센서, 이산화탄소 감지센서 및 미세먼지 센서를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 전원을 공급하기 위한 전원부, 튀김 중심온도 감지를 위한 온도 센서, 상기 온도 센서를 구동하는 제어부, 상기 온도 센서의 출력단에 연결되어 상기 온도 센서에서 감지되는 온도가 기준값 이상인 경우 웨이크업 신호를 출력하는 웨이크업부, 상기 전원부와 제어부 간에 설치되고, 제어신호로 웨이크업부로부터 웨이크업 신호를 수신하는 경우 도통되어 전원부의 전원을 제어부로 공급하는 스위치부를 포함하는 튀김 중심온도 검출장치가 더 포함되는 것이 보다 바람직하다.
그리고, 상기 웨이크업부는 상기 온도 센서에 연결된 입력부의 전압과 기준 전압을 비교하여 High 또는 Low 값을 출력하는 비교기 회로로 구현될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 유비쿼터스 센서 네트워크를 식품 안전 관리 시스템에 접목하여 식품 설비의 온도, 습도, 공기질 등의 위해 요소를 효율적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 특히, 휴대형 센서 노드가 사용되고 센서 노드가 인체 위해 가스를 검출하기 위한 복수 개의 가스 센서를 구동하면서도 전력 소모를 최소화하여 전원(배터리) 사용 시간을 최대한 연장할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템은 관제 서버(10), 게이트웨이(30), 센서 노드(40) 및 튀김 중심온도 검출장치(50)를 포함하여 구성된다.
관제 서버(10)는 식품 안전 관리 서비스를 제공하는 회사에 구비된 컴퓨터로서 네트워크(20)를 통해 여러 장소에 설치된 다수의 게이트웨이(30)들과 연결되어 게이트웨이(30)에서 취합된 위생 상태 정보를 수신하여 관리하고, 식품 설비에 이상이 발생한 경우 이를 관리자에게 이메일이나 SMS로 통지하는 등의 기능을 수행한다.
게이트웨이(30)는 다수의 센서 노드와 결합되어 각 센서 노드(40)들에서 검출된 센싱 정보를 취합하여 관제 서버(10)로 전송하는 기능을 수행한다.
센서 노드(40)는 게이트웨이(30)와 식품 설비에 설치된 센서들 간에 설치되어 식품 설비의 위생 상태 정보를 검출하여 게이트웨이(30) 또는 인접한 센서노드로 전송하는 것으로서, 게이트웨이(30)와 다른 인접한 센서 노드들과 무선망을 통해 결합된다. 또한, 센서 노드(40)는 구동전원을 인가하여 각 센서(61, 63, 65)들을 구동하게 되는데, 이 중 가스센서(65)에 있어서는 n개의 가스센서들을 동시에 구동하지 않고, n개의 가스센서들이 교호적으로 동작하는 즉, 매 순간 n개의 가스센서 중 1개의 가스센서만이 일정 시간동안 동작하고 일정 시간 경과 후에는 다음 순번의 가스센서가 동작하는 교호모드와 교호모드에서 동작 중 어느 하나의 가스센서에서 일정량 이상의 가스가 검출되는 경우 모든 가스센서를 구동하는 동시모드의 2가지 모드를 구비하여 가스센서 구동을 위한 전력을 최소화할 수 있도록 하는 것이 특징적인 구성이다. 이러한 교호모드와 동시모드의 구동방식은 n개의 가스 센서들 중 어느 하나에서 특정 가스가 감지되는 경우 오염 가스가 유입된 것으로서 다른 위해 가스도 검출될 가능성이 많을 것이라는 확률에 근거한 것이다.
튀김 중심온도 검출장치(50)는 튀김솥에서 튀겨지는 튀김의 중심온도를 검출하기 위한 장치로서 일종의 센서 노드로 볼 수 있다.
센서는 식품 설비의 위생 상태나 안전 상태 관리를 위한 각종 물리량을 검출하는 센서일 수 있으며, 도 1에서는 주요한 센서로서 온도센서(61), 습도센서(63) 및 가스센서(65)가 예시되어 있다.
이 중 가스센서(65)는 식품 설비의 공기질을 검출하기 위한 것으로서, 일산화탄소 감지센서, 포름알데히드 감지센서, 이산화질소 감지센서, 오존 감지센서, 이산화탄소 감지센서 및 미세먼지 센서 등을 포함한다.
본 발명에서는 가스센서(65)들을 인체 위해도에 따라 등급을 구분하여 교번 모드에서 각 가스 센서들이 구동되는 시간을 각각 다르게 하도록 하였다. 예를 들면, 상기 예시한 가스들을 인체 위해도가 높은 순서에 따라 일산화탄소, 포름알데히드, 오존, 이산화질소, 이산화탄소, 미세먼지 등으로 나타낼 수 있고 이에 따라 가스센서의 구동시간을 달리하도록 할 수 있다.
도 2는 도 1의 센서노드의 세부 구성 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 센서노드(40)는 세부적으로 데이터 입출력부(41), 센서 구동부(43), 무선 송수신부(45), 표시부(47) 및 제어부(49)를 포함하여 구성된다.
데이터 입출력부(41)는 각 센서(61, 63, 65)로부터 감지신호가 입력되고 이상 상황 발생 시 경보신호를 출력하는 것으로서, 도시되어 있지는 않으나, 시리얼 통신을 위한 시리얼통신부와, 디지털 데이터의 입/출력 및 아날로그 데이터의 입력이 가능한 범용입출력부를 포함한다.
센서 구동부(43)는 각 센서(61, 63, 65)에 전원을 공급하여 각 센서(61, 63, 65)를 구동하는 것으로서, 가스센서(65)를 구동하는 특징적인 구성에 대해서는 제어부(49)의 제어에 따라 각 가스센서들을 교호적으로 구동하거나 동시에 구동하게 되며, 교호 모드에서는 정상 구동전압보다 낮은 전압으로 n개의 가스 센서를 구동하여 가스 검출 유무만을 판단하고, 정확한 가스량 검출이 요구되는 동시 모드에서만 정상 구동전압으로 n개의 가스 센서를 구동하여 전력 소모를 최소화하는 것이 바람직하다.
무선 송수신부(45)는 게이트웨이(30) 또는 다른 센서 노드(40)와 무선 데이터 통신을 수행하는 것으로서, 본 발명의 일 실시예로 채택한 Zigbee의 경우 IEEE802.15.4 표준을 기반으로 데이터 송수신이 이루어지도록 구성될 수 있다.
제어부(49)는 데이터입출력부(41)를 통해 연결되는 식품 설비의 수집정보를 전송받아 이를 게이트웨이(30)로 전송하거나 설정된 제어정보에 따라 이상 상황으로 인식될 경우 경보신호를 생성하여 이를 해당 식품 설비로 출력하는 것이다.
또한, 제어부(49)는 가스센서 구동 제어방식에 있어서, 교호 모드에서 n개의 가스 센서(65)가 상기 인체 위해도에 비례하도록 설정된 시간동안 교호적으로 활성화되도록 센서 구동부(43)를 제어하고, 교호 모드상태에서 데이터 입출력부(41)로부터 어느 하나의 가스 센서의 가스 감지 신호가 수신되면 동시 모드로 진입하여 나머지 n-1개의 가스 센서를 동시에 구동하도록 하는 것이 특징이다.
도 3은 도 1의 튀김 중심온도 검출장치의 전원공급부의 구성을 도시한 부분 블록도로서, 무배선 방식의 휴대형 튀김 중심온도 검출장치가 미사용시에 슬립모드에서 동작하여 전력 소모를 최소화할 수 있도록 하는 절전 방식에 관한 것이다.
그리고, 도 3에서는 설명의 간단을 위하여 튀김 중심온도 검출장치의 구성 요소 중에서 전원공급부의 구성만을 도시한 것으로서 본체 부분은 제어부(57)만이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 튀김 중심온도 검출장치(50)는 전원을 공급하기 위한 전원부(51), 튀김 중심온도 감지를 위한 온도 센서(53), 온도 센서(53)를 구동하는 제어부(57), 온도 센서(53)의 출력단에 연결되어 온도 센서에서 감지되는 온도가 기준값 이상인 경우 웨이크업 신호를 출력하는 웨이크업부(55) 및 전원부(51)와 제어부(57) 간에 설치되고, 제어신호로 웨이크업부(55)로부터 웨이크업 신호를 수신하는 경우 도통되어 전원부(51)의 전원을 제어부(57)로 공급하는 스위치부(SW)를 포함하여 구성된다.
즉, 튀김 중심온도 검출장치(50)가 사용되지 않은 경우에는 스위치부(SW)가 개방되어 있는 상태이므로 전원부(51)의 전원이 본체측으로 공급되지 않으므로 모든 기능이 비활성화되는 슬립 모드에서 동작하게 되고, 튀김 중심온도 검출을 위해 니들 형태의 온도 센서(53)가 고온의 튀김 중심측으로 삽입되는 경우 온도에 따라 저항이 가변되는 온도 센서(53)의 특성상 온도센서(53)와 연결된 웨이크업부(55)의 입력전압이 변화되고, 웨이크업부(55)가 이를 감지하여 웨이크업 신호를 출력하여 본체의 동작을 활성화시키게 된다.
여기서, 웨이크업부(55)는 온도 센서(53)에 연결된 입력부의 전압과 기준 전압을 비교하여 High 또는 Low 값을 출력하는 비교기 회로로 구현이 가능하고, 이러한 비교기 회로를 채택하는 경우 전력 소모가 거의 없는 장점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 가스 센서 구동 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 우선, n개의 가스 센서들이 교호모드로 진입하면, 각 가스센서가 교호적으로 구동된다(S400, S410). 즉, 인체 위해도에 따라 순번과 가동 시간이 결정되면, 결정된 순번대로 돌아가면서 정해진 가동 시간동안 각 가스 센서들이 동작한다. 예를 들면, 인체위험도가 가장 높은 가스를 검출하는 1번 가스센서부터 인체위험도가 가장 낮은 가스를 검출하는 5번 가스센서까지 5개의 가스센서가 구비되고, 각 가스센서의 가동시간이 각각, 60초, 50초, 40초, 30초, 20초라고 하면, 5개의 가스센서는 200초를 주기로 설정된 가동시간만큼 교호적으로 구동된다. 이때, 교호모드에서는 정상 구동전압보다 낮은 전압으로 n개의 가스 센서를 구동하여 가스 검출 유무만을 판단하여 전력 소모를 최소화하는 것이 특징이다.
교호 모드에서 동작 중 n개의 가스 센서(65) 중 어느 하나의 센서에서 가스가 검출되면 위험 가스가 발생한 것으로 판단하여 동시모드로 진입하고, 가스가 검출되지 않는 경우 교호 모드에서 가스센서가 구동된다(S420).
동시모드에 진입하면, n개의 가스센서들이 모두 구동되어 n개의 가스 발생 유무 및 가스 발생량 정밀 측정이 이루어지고, 가스 검출량이 기준값 이상인 경우 경보를 발생하게 된다(S430).
동시모드에 진입한 후 일정시간 동안 가스 검출이 없는 경우에는 다시 교호모드로 진입하여 절전 모드로 진입하게 된다.
상기의 실시예에서 휴대형 센서노드의 전력 소모를 최소화하기 위한 특징적인 구성은 다음의 3가지로 정리할 수 있다.
1. 가스 검출 유무만을 판단하는 경우에는 각 가스센서들을 교호적으로 구동하여 가스센서 구동을 위한 전력 소비 최소화
2. 가스 검출 유무만을 판단하는 교호모드에서는 저전압으로 센서 구동
3. 미사용중에는 슬립모드에서 동작하다가 센서 사용이 감지되는 경우에만 활성화되어 동작
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 센서노드의 세부 구성 블록도이다.
도 3은 도 1의 튀김 중심온도 검출장치의 전원공급부의 구성을 도시한 부분 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 가스 센서 구동 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
<주요도면부호에 관한 설명>
10 : 관제서버 20 : 네트워크
30 : 게이트웨이 40 : 센서노드
41 : 데이터 입출력부 43 : 센서 구동부
45 : 무선 송수신부 47 : 표시부
49 : 제어부 50 : 튀김중심온도 검출장치
51 : 전원부 53 : 온도센서
55 : 웨이크업부 57 : 제어부
61 : 온도센서 63 : 습도센서
65 : 가스센서 SW : 스위치부

Claims (4)

  1. 식품 설비에 설치된 센서들로부터 식품설비의 온도, 습도, 공기질 정보를 포함하는 위생 상태 정보를 검출하는 다수의 센서 노드;
    전원을 공급하기 위한 전원부, 튀김 중심온도 감지를 위한 온도 센서, 상기 온도 센서를 구동하는 제어부, 상기 온도 센서의 출력단에 연결되어 상기 온도 센서에서 감지되는 온도가 기준값 이상인 경우 웨이크업 신호를 출력하는 것으로서, 상기 온도 센서에 연결된 입력부의 전압과 기준 전압을 비교하여 하이(High) 또는 로우(Low) 값을 출력하는 비교기 회로로 구현되는 웨이크업부, 상기 전원부와 제어부 간에 설치되고, 제어신호로 웨이크업부로부터 웨이크업 신호를 수신하는 경우 도통되어 전원부의 전원을 제어부로 공급하는 스위치부를 포함하는 튀김 중심온도 검출장치;
    상기 센서 노드들 및 튀김 중심온도 검출장치에 의해 식품 설비의 위생 상태 정보를 취합하는 게이트웨이;
    상기 게이트웨이들로부터 취합된 위생 상태 정보를 전송받아 이를 관리하는 관제 서버를 포함되,
    상기 센서는 n개의 가스 센서를 포함하고,
    상기 센서 노드는 상기 n개의 가스 센서로부터 감지신호가 입력되고 이상 상황 발생 시 경보신호를 출력하는 데이터 입출력부, 상기 n개의 가스 센서에 구동 전압을 인가하는 센서 구동부, 상기 게이트웨이 또는 다른 센서 노드와 무선 데이터 통신을 수행하는 무선송수신부 및 교호 모드에서 상기 n개의 가스 센서가 인체 위해도에 비례하도록 설정된 시간동안 교호적으로 활성화되도록 상기 센서 구동부를 제어하고, 교호 모드상태에서 상기 데이터 입출력부로부터 어느 하나의 가스 센서의 가스 감지 신호가 수신되면 동시 모드로 진입하여 나머지 n-1개의 가스 센서를 동시에 구동하도록 상기 센서 구동부를 제어하고, n개의 가스 센서로부터 수신되는 감지신호를 상기 무선 송수신부를 통해 상기 관제 서버로 전송하는 제어부를 포함하며,
    상기 센서 구동부는 교호 모드에서 정상 구동전압보다 낮은 전압으로 상기 n개의 가스 센서를 구동하여 가스 검출 유무만을 판단하고, 동시 모드에서는 정상 구동전압으로 상기 n개의 가스 센서를 구동하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 식품 안전 관리 시스템.
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