KR100989933B1

KR100989933B1 - 맨홀 감시시스템의 안테나 구조

Info

Publication number: KR100989933B1
Application number: KR1020060019554A
Authority: KR
Inventors: 조중삼; 김영로; 유재식; 김영민; 윤준철
Original assignee: 한국전력공사; 김영로; 주식회사 이피아테크
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2010-10-26
Also published as: WO2007111411A1; KR20070089468A

Abstract

본 발명은 맨홀의 감시시스템의 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 맨홀 내부에 설치된 센서를 이용하여 맨홀의 위치, 상태 및 이력을 파악하고, 이를 무선통신모듈을 이용하여 외부로 무선 전송하기 위한 수집단말기 및 중계단말기의 안테나의 소형화 및 그 특성을 개선한 맨홀 감시시스템의 안테나 구조에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 맨홀내부에 설치된 센서와 연결되어, 상기 센서로부터 맨홀의 감지정보를 수집하는 복수의 수집단말기와,

상기 수집단말기로부터 수신 한 복수의 맨홀의 감지정보를 취합 및 정리하는 중계단말기와 상호간에 무선통신을 위한 안테나에 있어서, 상기 수집단말기의 하우징 내부에 안테나를 구비하고, 커넥터가 일면에 장착된 회로기판을 안테나와 일체로 구성하고, 상기 회로기판의 커넥터와 센서는 하우징을 관통하는 케이블로 연결된 것을 특징을 관통하는 케이블로 연결된 것을 특징적 구성으로 한다.

지중매설, 안테나, 수집단말기, 맨홀감시

Description

맨홀 감시시스템의 안테나 구조{A antenna structure for monitoring of manhole}

[도 1]은 본 발명에 따른 맨홀 감시용 무선시스템의 블록도.

[도 2]는 본 발명에 따른 맨홀 감시용 무선시스템의 수집단말기의 블록도.

[도 3]은 본 발명에 따른 맨홀 감시용 무선시스템의 중계단말기의 블록도.

[도 4]는 본 발명에 따른 맨홀 감시용 무선시스템의 서버의 블록도.

[도 5]는 본 발명에 따른 맨홀 감시용 무선시스템의 수집단말기의 단면 개념도.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

2: 개폐센서 4: 온도센서

6: 수위센서 8: 전원센서

10: 수집단말기 13: 수집단말기 안테나

20: 중계단말기 21: 중계단말기 안테나

30: 서버

100: 수집단말기 하우징

110: 회로기판

120: 커넥터 130: 케이블

140: 방수케이블

일반적으로 도심지에서 전력설비는 도시 미관이나 안전성, 건물의 고층화 등에 따라 점차 지중화 되고 있는 추세이며, 그 비중이 날로 증대되고 있다.

그러나 다른 설비와 함께 지중선로가 설치되어 있는 공동구에 대해서는 연구개발이 진행되고 있으나, 맨홀 등은 아직 인력에 의존할 수밖에 없는 데 그 이유는 환경이 열악하고 확인이나 순시 등을 위한 출입이 용이하지 않기 때문이다.

그리고 맨홀은 외부인의 침입이나 사고 발생 등 유사시에도 즉시 확인이 불가능한 특성이 있다.

따라서 이런 맨홀 관리의 어려운 점을 극복하고 원격지에서 맨홀을 용이하게 관리하기 위해서는 맨홀 내부에 필요한 정보를 얻을 수 있는 센서를 설치하고, 상기 센서에 의해 검출된 정보를 관할지점으로 전달할 수 있도록 하기 위해서 맨홀의 원격 경보시스템과 맨홀의 현재 감지정보를 관리자가 쉽게 확인할 수 있는 시스템의 개발이 필수적이다.

또한 맨홀 내부의 정보를 수집하고, 원격지에서 맨홀의 상태를 원격으로 관리할 수 있도록 외부의 중계 장치 또는 관제서버로 통신할 수 있도록 그 특성이 우수한 지중 매설 안테나의 개발이 필수적이라 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 제안된 것으로서,

첫째, 본 발명은 맨홀 내부의 수집단말기와 연결된 하우징의 내부에 안테나 및 회로기판을 포함하여 매립함으로써 배터리의 교체와 프로그램의 업그레이드 등의 유지보수를 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.

둘째, 맨홀 감시용으로 도로상에 지중 매설할 수 있도록 안테나의 소형화를 구현하는 것을 목적으로 한다.

셋째, 상기 안테나에서 모노폴 패치 안테나의 밑면에 복수의 핀(FIN)을 부착함으로써 전류경로를 증가시키는 것을 목적으로 한다.

넷째, 상기 수집단말기와 연결된 하우징의 내부에 안테나 및 회로기판을 포함하여 매립하여도 외부와의 차폐를 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 설명하도록 한다.

[도 1]은 본 발명에 따른 맨홀 감시용 무선시스템의 블록도이고, [도 2]는 본 발명에 따른 맨홀 감시용 수집단말기의 블록도이며, [도 3]은 본 발명에 따른 맨홀 감시용 중계단말기의 블록도이고, [도 4]는 본 발명에 따른 맨홀 감시용 서버의 블록도이다.

[도 1] 내지 [도 4]에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 맨홀 감시용 무선 시스템(이하, 발명의 상세한 설명에서는 "시스템"이라고 한다.)은 기본적으로 개폐센서(2), 수위센서(4), 온도센서(6) 및 터미널유닛을 포함하는 수집단말기(10)와, 중계단말기(20)와 서버(30) 등의 구성요소가 구비된다.

상기에 설명된 구성 이외의 구성도 추가될 수 있으나, 본 발명의 설명에 불필요한 부분은 생략하기로 한다.

상기의 구성요소를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 수집단말기(10)는

개폐센서(2), 수위센서(4) 및 온도센서(6) 중 적어도 하나 이상의 센서가 장착되고, 상기 센서를 이용하여 맨홀의 내부 상태를 감지하는 터미널유닛과,

상기 터미널유닛으로부터 센서에 의해 감지된 맨홀의 감지정보를 수집하고, 수집된 감지정보를 안테나(13)를 이용하여 중계단말기(20)로 전송하는 무선통신모듈(14)을 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 개폐센서(2)는 맨홀의 개폐여부를 감지하는 것으로, 레버식 리미트 스위치로 맨홀몸체에 고정되고, 롤러레버를 맨홀뚜껑이 누르고 있는 형태로 설치되어 맨홀뚜껑이 열리면 레버가 복귀하면서 스위치의 접점이 동작되는 구조로 이루어져 있다.

또한 상기 개폐선서(2)는 다이캐스팅의 견고한 케이스로 이루어져 외부의 충격을 흡수하게 되며, 상기 개폐센서의 내장 스위치는 2회로 쌍단 기본스위치로 이루어져 있고, 열에 강한 페놀(phenol)재질로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 개폐센서(2)는 내유, 내열 및 방진의 견고한 구조이며, 특히 기계적 강도가 우수한 특성이 있다.

또한 레버의 과동작방지와 긴 수명유지를 위해 설정위치표시가 부착되어 있어 장기간 안전사용이 가능한 특징이 있다.

그리고 상기 수위센서(4)는 맨홀 내부의 수위를 감지하는 것으로, 오뚜기식 레벨스위치로 이루어지되, 맨홀의 아래쪽에 설치되어 침수가 되면 아래로 늘어졌던 센서가 부력으로 바로서면서 내부의 스위치접점이 동작된다.

상기 수위센서(4)는 바람직하게는 합성수지로 이루어져 가볍고, 부식에 강한 구조로 이루어져 있다.

또한 상기 수위센서(4)는 플로트 스위치 내부가 택트(tact)스위치로 되어 있어 종래의 수은스위치에 비하여 견고한 특징이 있다.

그리고 상기 온도센서(6)는 맨홀 내부의 온도를 감지하기 위한 것으로, 일반적으로 상기 온도센서는 온도에 따라 저항 값이 변하는 다이오드 써미스터(diode thermister)인 TGA130B를 사용한다.

그러나 본 발명에 따른 온도센서(6)는 전류소모, 직진성 및 정밀도를 개선하기 위해 종래의 아날로그 방식이 아닌 디지털 온도센서인 스위스 SENSIRION사의 모델명 STH10을 채용하였다.

따라서 본 발명에 따른 온도센서(6)는 정밀하고 소비전력이 매우 적으며 상대습도도 측정할 수 있다.

그리고 상기 수집단말기(10)는 센서에서 발생한 상태 정보를 수집하고, 상기 센서들을 미소전류로 제어하는 저전력제어부(11); 및

상기 저전력제어부(11)로부터 센서에서 발생한 상태 정보를 안테나(13) 및 무선통신모듈(14)을 이용하여 중계단말기(20)와 무선 통신하는 마이크로컨트롤러(12)를 더 포함하여 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 인해 수집단말기(10)는 상기 센서를 이용하여 맨홀에서 발생하는 각종 감지정보를 수집하여 자신이 소속되어있는 중계단말기(20)에 즉시 소출력으로 무선 전송하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 수집단말기(10)는 각 센서에서 발생된 감지정보가 이 센서들을 미소한 전류로 제어하는 저전력제어부(11)를 통하여 마이크로컨트롤러(12)로 입력되면 마이크로컨트롤러(12)는 이 내용을 정리하여 상기 무선통신모듈(RF모듈)(14) 및 안테나(13)를 이용하여 중계단말기(20)로 전송하게 된다.

상기 수집단말기(10)의 터미널유닛의 내부에는 배터리(17)가 내장되어 있어 센서에 필요한 전원을 공급하게 되고, 상기 수집단말기(10)의 각 블록에 필요한 전원을 공급하게 된다.

여기서 배터리의 방전여부를 파악가능하게 하는 전원센서(8)를 더 구비하여, 상기 수집단말기(10)의 배터리(17)가 방전되면 관리자에게 통보됨으로써 배터리(17)의 방전으로 인한 수집단말기(10)의 작동불능상태를 예방할 수 있다.

여기서 상기 맨홀의 감지정보는 맨홀의 고유번호와, 온도센서에 의해 감지된 맨홀 내부의 온도 값과, 수위센서에 의해 감지된 맨홀 내부의 수위 값과, 개폐센서에 의해 감지된 맨홀 뚜껑의 개폐여부를 포함한다.

상기 수집단말기가 센서의 상태를 수집하는 구성에 대해 보다 상세히 설명하면, 마이크로컨트롤러(12)는 1초에 1회씩 1/1000초의 기간에 계폐 및 수위센서를 체크하고, 1분에 1회씩 전원센서를 이용하여 배터리의 잔량(바람직하게는 2.7V이하가 되면 즉시 중계단말기로 전송한다)을 체크하게 된다.

또한 온도센서로부터 10초에 1회씩 온도데이터를 읽어오게 되고, 개폐 및 수위센서가 동작하는 즉시 중계단말기로 동작여부를 전송하게 된다.

또한 온도가 60도 이상이 되면 즉시 중계단말기로 전송하고, 10초에 5도이상이 변하면 중계단말기로 전송하게 된다.

마지막으로, 24시간내에 아무런 동작여부가 발생되지 않으면 자신의 현재상 태를 중계단말기로 자동 전송하게 된다.

여기서 상기 수집단말기(10)는 우선 맨홀 내부에 센서들이 장착되어 있고, 상기 센서에 전원을 공급하는 배터리를 포함한 터미널유닛이 장착되어 있으며, 상기 센서와 케이블로 연결되어 센서를 제어하는 모든 회로구성(안테나를 포함함)은 모두 맨홀의 주위에 지중 매설되는 수집단말기(10)에 하우징에 내장된 구성을 갖는다.

따라서 상기 수집단말기의 하우징은 스테인리스스틸의 바닥판에 아세탈수지의 덮개로 제작되어 21 TON 의 압축하중에 전혀 손상이 없이 견뎠으며 1미터의 수심에 30분간 잠겨있어도 수분이 침투되지 않는 IP67등급의 방수로 장마 비에 맨홀이 침수 되어도 내부회로를 보호할 수 있게 구성되어 있다.

그리고 상기 마이크로컨트롤러(12)는 바람직하게는 ATmega16을 이용하는 데, 상기 ATmega16은 AVR RISC 구조에 기초한 저전력 CMOS형의 8비트 마이크로컨트롤러(12)이다.

따라서 상기 ATmega16에 의해 명령어가 한 클럭 사이클 내에 수행되고 1 MIPS/MHz에 처리속도를 낼 수 있기 때문에 전력 소모를 최적화 할 수 있다.

여기서 상기 수집단말기(10)와 중계단말기(20) 간의 무선통신을 위한 무선통 신모듈(14)은 바람직하게는 CHIPCON사의 모델명 CC1020을 이용하여 무선송수신장치의 기본을 설계하고 ATMEL 사의 모델명 ATMEGA16 마이크로컨트롤러로 제어 펌웨어를 구현하게 된다.

또한 상기 무선통신모듈(14)은 바람직하게는 RF 424Mhz 대역의 주파수를 이용한 비 허가된 통신방식을 이용한다.

상기 수집단말기(10)와 무선통신모듈(14)을 이용하여 무선 통신하는 중계단말기(20)는 복수의 수집단말기(10)로부터 수신 한 복수의 맨홀의 감지정보를 취합 및 정리하고, 취합 및 정리 된 맨홀의 감지정보를 CDMA모듈을 이용하여 무선으로 서버(30)에 전송하기 위해 일정구역을 두고 설치되어 있다.

상기 중계단말기(20)는 바람직하게는 1대당 250개의 수집단말기를 관리 할 수 있도록 설계되어 있다.

상기 중계단말기(20)의 구성요소를 보다 상세히 설명하면 상기 중계단말기는

상기 수집단말기(10)로부터 전파신호의 형태로 수신 한 센서의 상태 정보를 수신 하는 안테나(13);

상기 이벤트신호의 전파신호를 데이터로 변환하는 무선통신모듈(14) 및 마이크로컨트롤러(12);

상기 마이크로컨트롤러(12)와 연결수단을 통해 연결되고, CDMA 안테나(26)를 이용하여 서버의 CDMA모듈(22)과 무선 통신하는 CDMA모듈(31); 및

상기 각 구성요소에 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 중계단말기(20)의 안테나(21)를 통하여 들어온 전파신호가 무선통신모듈(RF 모듈)(22)과 마이크로컨트롤러1(23-1)에서 데이터로 된다.

상기 데이터는 마이크로컨트롤러2(23-2)로 즉시 전달되고 그 내용은 다시 연결수단, 즉 RS232를 거처 CDMA 모듈(25) 및 안테나(26)를 이용하여 CDMA 공중 통신망을 통해서 서버(30)에 연결된다.

상기 마이크로컨트롤러1(23-1)은 무선통신모듈(22)을 제어하고 마이크로컨트롤러2(23-2)는 CDMA 모듈(25)을 제어한다.

상기와 같이 멀티 CPU를 사용하는 이유는 데이터전송의 신뢰도를 높이기 위함이다.

그리고 외부로부터 들어오는 데이터는 모두 인터럽트로 처리되므로 우선순위에 의하여 처리순서가 결정된다.

그러나 중계단말기(20)의 경우 어느 한쪽이라도 그 우선순위가 양보 될 수 없으므로 양쪽에 각각 별도의 마이크로컨트롤러를 사용하여 처리하고 서로는 병렬 핸드세이크 통신으로 연결한다.

상기 CDMA 모듈(25)은 BELLWAVE 사의 모델명 BSM-800/850을 이용하고. 상기 CDMA 모듈(25)은 CDMA 공중통신망을 이용하여 다이얼링으로 접속하고 일반 모듈과 마찬가지로 AT 커맨드를 사용하여 데이터를 전송한다.

여기서 상기 중계단말기(20)를 구동하기 위한 전원부는

태양 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지(27),

상기 태양전지(27)로부터 전기에너지를 공급받고 배터리(29)를 충전시키는 전원제어부(28); 및

상기 전원제어부(28)에 의해 충전된 전원으로 기기의 각 블록에 전원을 공급하는 배터리(29)를 포함하여 이루어진다.

상기 태양전지(27)의 경우 중계단말기(20)는 상전원의 연결이 용이하지 않은 전신주나 건물의 옥상 등에 설치되므로 자체발전이 필요하다.

따라서 본 발명의 전원부는 바람직하게는 Amorphous 솔라셀을 사용하여 전원을 해결하였다.

상기와 같이 구성된 중계단말기(20)는 멀티프로세서가 채용되어 수집단말기(10) 통신과 서버(30) 통신의 충돌이 전혀 없이 운용될 수 있으며 태양전지와 CDMA 모듈 및 안테나의 채용으로 설치장소에 대한 제한이 없게 된다.

따라서 가장 최적의 전파전송 조건의 위치에 설치하므로 탁월한 통신 중계기능을 확보 할 수 있다.

또한 PIFA(Planer Inverting F Antenna)안테나가 채용되어 중계 장치의 생명인 통신의 신뢰도를 충분히 제고하였다.

여기서 상기 중계단말기는 서버에 자신의 상태와 수집단말기의 상태를 주기 적으로 보고하게 되는 데, 수집단말기로부터 24시간 이내에 통신이 이루어지지 않으면 서버에 수집단말기의 고장을 보고하게 되고, 수집단말기로부터 아무런 감지정보가 전송되지 않아도 24시간에 1회씩 자신의 시간정보를 서버에 전송하여, 중계단말기가 정상임을 확인하게 된다.

또한 후술하는 서버로부터 시간정보를 전송받고 이를 이용하여 자신의 시간을 정정하는 기능을 수행한다.

또한 서버로부터 수집명령을 전송받으면 수집단말기와의 최종 통신내용을 서버에 리포트 한다.

그리고 상기 중계단말기(20)와 CDMA 모듈(31)을 이용하여 무선 통신하는 서버(30)는

상기 중계단말기로부터 CDMA 안테나(31)를 이용하여 맨홀의 감지정보를 수신 하는 CDMA 모듈(31);

상기 CDMA 모듈(31)으로부터 수신 된 맨홀의 감지정보를 저장하는 저장부;

전자지도상에서 맨홀의 위치를 표시하기 위한 지도데이터가 저장된 지도데이터저장부(36);

상기 맨홀의 감지정보를 지도데이터저장부(36)의 전자지도를 이용하여 표출하도록 제어하는 중앙제어부(35); 및

상기 맨홀의 감지정보에 해당하는 경보음을 발생시키는 경보수단(34)을 포함하여 이루어진다.

[도 5]에 도시된 바와 같이, 여기서 수집단말기와, 중계단말기 상호간의 무선통신을 위한 상기 수집단말기의 안테나는

수집단말기의 하우징 내부에 안테나를 구비하고,

커넥터가 일면에 장착된 회로기판을 안테나와 일체로 구성하고,

상기 회로기판의 커넥터와 센서는 하우징을 관통하는 케이블로 연결된다.

따라서 상기와 같이 구성된 수집단말기(10)는 맨홀의 내부에 위치하고, 상기 수집단말기와 케이블로 연결되어 맨홀 주변에 지중 매설되는 하우징은 회로기판(110)이 포함되어 매립되므로, 상기 수집단말기(10)의 내부에 장착된 배터리(17)의 교체와 프로그램의 업그레이드 등 유지보수를 위하여 별도의 연결케이블단자함을 맨홀 내부에 설계 하고 모든 인터페이스가 가능하게 된다.

상기 하우징(100)은 스테인리스 바닥판(101)과 아세탈수지 덮개(102)로 이루어지며, 상기 스테인리스 바닥판(101)에 관통되는 케이블(130)의 외주에는 스테인리스 바닥판(101)과의 차폐를 위해 방수케이블(140)에 의해 둘러싸이게 된다.

상기 수집단말기(10)의 안테나(13) 및 중계단말기(20)의 안테나(21)는 기본적으로 구성이 동일하다.

여기서 상기 안테나(13)는 바람직하게는 맨홀 내부의 정보를 외부의 수집 장치로 무선 전송할 수 있도록 저부피, 저자세인 마이크로스트립 패치 안테나를 이용 하게 된다.

이때 수집단말기와 중계단말기 간의 무선통신 주파수 대역인 425MHz 대의 낮은 주파수에서는 반파장 패치 안테나가 매우 크므로 실용성이 없어 안테나의 소형화가 매우 힘들다.

따라서 안테나의 소형화를 위해 고유전율의 유전체가 사용되지만, 유전 손실로 인한 이득 및 방사효율의 저하가 발생하므로 패치 구조의 변형을 통한 소형화 가 필요하다.

이에 따라 본 발명의 수집단말기(10)의 안테나(13)는 반파장 마이크로스트립 패치 안테나의 패치 중앙을 그라운드로 접지시킨 PIFA(Planer Inverting F Antenna)형의 1/4파장 모노폴 패치 안테나로 이루어진다.

여기서 중계단말기의 안테나는 항상 수집단말기에 비해 높은 곳에 설치되므로, 전류경로를 증가시킴으로써 가시적인 공진 길이 증가로 인한 공진주파수의 하향을 유도하기 위해 상기 모노폴 패치 안테나의 밑면에 복수의 핀(FIN)을 부착하게 된다.

상기와 같은 안테나의 성능실험을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

상기 1/4파장 모노폴 패치 안테나는 패치안테나폭을 결정하기 위해 안테나의 길이는 주파수에 의하여 결정되나 폭의 영향을 알기 위하여 다음과 같이 시험하였다.

급전점과 주파수를 고정시키고 안테나의 폭을 조금씩 줄여보았더니 40mm 이 상에서는 공진 주파주의 변화가 적으나 그 이하가 되면 급격히 증가 한다. 따라서 패치의 폭은 50mm 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 핀의 간격과 수량에 대해 설펴보면 핀 간격은 파장의 3/100 이상이 되어야 안테나 전류경로가 비월하지 않으므로 22.5mm 이상이 되어야 하나 실험결과 17.5mm 까지 문제가 없었다.

또한 반파장으로 하였을 때 12개까지 포화되지 않았다. 따라서 1/4파장 모 노폴패치의 핀은 6개로 구성한다.

그리고 안테나와 접지면과의 거리는 거리가 멀면 방사 저항이 낮아지고 가까우면 커지므로 기구적 사항을 고려하여 20.0mm 로 구성한다.

그리고 안테나의 급전점 결정에 대해 살펴보면 급전점은 안테나의 접지점에 가까울수록 방사 저항이 낮고 유도성을 가지며 멀어지면 저항이 높고 용량성을 갖는다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 수집단말기의 안테나에 대한 통달거리 실험을 살펴보면 다음과 같다.

수집단말기의 송수신장치 모두 10mW 출력과 424.7500MHz의 비허가소출력무선을 사용하였으며 양쪽 모두 반파장 FIN 부착 패치안테나를 채용하여 시험하였다.

(1) 가시통달거리테스트

경기도 양수리 철길 건널목과 강 건너 남양주군 종합촬영소 앞까지 약 4,700 미터의 통신이 에러 없이 통신되는 것을 확인하였다.

만일 가시거리가 더 확보되었다면 5,000 미터이상도 가능하였으리라 예상된다.

(2) 시내통달거리테스트

(주)이피아테크와 주변 간을 테스트해본결과 약 400 미터의 통신이 가능하였다.

(주)이피아테크의 건물이 3층으로 낮고 주변의 고층건물과 전철역 고가 등으로 조건이 나빠서 통달거리는 가시거리 통달시험에 비하여 현저하게 축소됨을 알 수 있다.

본 발명의 무선통신모듈의 이론상 가시통달거리는 12Km이나 실제로는 주변 여건상 약 5Km가 실현되었다.

시내 통달거리가 현저히 축소되었으나 시험조건상의 문제일 뿐이고 실제로 중계단말기를 10층 이상 고층에 설치하고 안테나를 하향조정하면 800 m이상은 충분히 확보되리라 예상된다. 그러나 전파는 주변 여건에 따른 변수가 많으므로 지속적인 시험과 연구로 개선해야 할 것이다.

따라서 본 발명에서 제안한 PIFA(Planer Inverted F Antenna)안테나는 소형이며 주변 영향을 적게 받는 신뢰성이 확보된 안테나이다.

일반적인 선형안테나는 접지면 이나 금속판이 가까이 있으면 전혀 안테나로써의 역할을 못하는 반면 본 안테나는 접지면의 영향을 받지 않으므로 특히 땅에 매립을 하여도 성능을 유지하며 철판, 콘크리트 벽 등에도 적용할 수 있다.

상기 중계단말기(20)와 서버(30)는 바람직하게는 CDMA 모듈(25, 31)을 이용하여 서로 848Mhz 대역의 무선통신을 하게 된다.

여기서 상기 서버의 CDMA 모듈(25, 31)의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 상기 CDMA 모듈(31)은 RF 송신부, RF 수신부 및 모드 전환부로 이루어지는 데, 상기 RF 송신부는 트랜시버 모듈(Transceiver Module)로부터 데이터를 수집하고 이에 대한 Acknowledge를 무선으로 송출 처리하는 부분이며, 상기 RF 수신부는 트랜시버 모듈(Transceiver Module)로부터 데이터를 수집하고 수집된 data를 가공하여 CDMA 인터페이스(interface)부로 데이터를 송출 처리하는 부분이다.

그리고 상기 모드 전환부는 RF 송/수신에 대하여 수신 모드에서 송신 모드로 전환하고 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 사용된다.

상기와 같은 구성으로 인해 상기 중앙제어부(35)가 중계단말기로부터 수신 한 맨홀의 감지정보를 모니터와 같은 표시부(37)를 이용하여 표출하게 되고, 경보수단(34)을 이용하여 경보음을 발생시키게 되는 것이다.

여기서 상기 표시부(37)는 지도데이터저장부(36)의 전자지도를 이용하여 맨홀의 고유번호에 대한 현재위치를 표시할 수 있다.

여기서 상기 중앙제어부(35)가 경보수단(34)을 이용하여 경보음을 울리는 시기는 중계단말기(20)로부터 수집단말기(10)의 감지정보를 수신 하면 관리자에게 맨홀의 고유번호에 따른 위치 및 감지정보를 전송 및 표시하고 경보음을 발생시키게 된다.

또한 상기 저장부(33)를 이용하여 수신 된 각각의 맨홀에 대한 감지정보를 저장하여 이력을 관리하게 되고, 중계단말기(20)로부터 24시간 이내에 통신이 두절 되면 중계단말기(20)가 고장임을 인지하고 경보음을 발생시켜 서버 관리자에게 알려주게 된다.

또한 중계단말기(20)로부터 전송된 시간데이터가 5분 이상 틀리면 중계단말기에 시간정정명령을 내리게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 맨홀 감시용 무선시스템의 동작과정을 보다 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 수집단말기(10)와 연결된 개폐센서(2), 온도센서(4) 및 수위센서(6)는 맨홀의 뚜껑개폐여부, 온도 및 수위 및 전원센서(8)에 의해 감지된 수집단말기(10)에 내장된 배터리(17)의 방전여부를 포함하는 감지정보를 수집하게 된다.

상기 감지정보는 수집단말기(10)에 의해 수집되어, 상기 수집단말기(10)의 무선통신모듈(14) 및 안테나(15)에 의해 중계단말기(20)로 전송된다.

이에 따라, 상기 중계단말기(20)는 수집단말기(10)로부터 수신 한 맨홀의 감지정보를 취합 및 정리하여 이를 CDMA모듈(25) 및 CDMA 안테나(26)을 이용하여 CDMA 통신망을 통해서 서버(30)로 맨홀의 감지정보를 전송하게 된다.

상기 중계단말기로(20)부터 맨홀의 감지정보를 CDMA모듈을 이용하여 수신 한 서버는 맨홀의 감지정보를 모니터와 같은 표시수단을 이용하여 실시간으로 표시함으로써 각각의 맨홀의 위치에 대한 현재 상태 및 정상동작여부를 실시간으로 관리자에게 알려줄 수 있는 것이다.

여기서 상기 중계단말기로(20)와 서버(30)간의 무선통신을 수행하는 통신모 듈은 CDMA 모듈 및 CDMA 안테나뿐만 아니라 기타 무선통신이 가능한 모든 수단을 이용하여도 본 발명에 따른 목적은 같을 것이다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명에 따르면,

첫째, 본 발명은 상기 수집단말기와 케이블로 연결된 하우징 내부에 안테나를 구비하고, 커넥터가 일면에 장착된 회로기판을 안테나와 일체로 구성하고, 상기 회로기판의 커넥터와 수집단말기는 하우징을 관통하는 케이블로 연결하게 된다.

따라서 수집단말기의 내부에 안테나 및 회로기판을 포함하여 매립하여도 배터리의 교체와 프로그램의 업그레이드 등 유지보수를 위하여 별도의 연결케이블단자함을 맨홀 내부에 설계 하고 모든 인터페이스가 가능한 효과가 있다.

둘째, 상기 안테나는 반파장 마이크로스트립 패치 안테나의 패치 중앙을 그라운드로 접지시킨 PIFA(Planer Inverting F Antenna)형의 1/4파장 모노폴 패치 안테나로 이루어지게 된다.

따라서 맨홀 감시용으로 도로상 지중 매설 안테나의 소형화가 가능한 효과가 있다.

셋째, 상기 안테나는 모노폴 패치 안테나의 밑면에 복수의 핀(FIN)를 부착함으로써 전류경로를 증가시킴으로써 가시적인 공진 길이 증가로 인한 공진주파수의 하향을 유도하는 효과가 있다.

넷째, 상기 수집단말기와 연결된 하우징에 관통되는 케이블의 외주에는 방수케이블에 의해 둘러싸이게 구성함으로써, 상기 수집단말기의 하우징이 지중매설 되어도 외부와 차폐가능하게 하는 효과가 있다.

Claims

맨홀내부에 설치된 센서와 연결되어, 상기 센서로부터 맨홀의 감지정보를 수집하는 복수의 수집단말기와,

상기 수집단말기로부터 수신 한 복수의 맨홀의 감지정보를 취합 및 정리하는 중계단말기와 상호간에 무선통신을 위한 안테나에 있어서,

상기 수집단말기의 하우징 내부에 안테나를 구비하고,

커넥터가 일면에 장착된 회로기판을 안테나와 일체로 구성하고,

상기 회로기판의 커넥터와 센서는 하우징을 관통하는 케이블로 연결된 것을 특징으로 하는 맨홀 감시시스템의 안테나 구조.
제1항에 있어서,

상기 수집단말기 및 중계단말기의 안테나는

반파장 마이크로스트립 패치 안테나의 패치 중앙을 그라운드로 접지시킨 PIFA(Planer Inverting F Antenna)형의 1/4파장 모노폴 패치 안테나로 이루어진 것을 특징으로 하는 맨홀 감시시스템의 안테나 구조.
제2항에 있어서,

상기 모노폴 패치 안테나의 밑면에 전류경로를 증가시킴으로써 가시적인 공진 길이 증가로 인한 공진주파수의 하향을 유도하기 위해 복수의 핀(FIN)을 부착한 것을 특징으로 하는 맨홀 감시시스템의 안테나 구조.
제3항에 있어서,

상기 모노폴 패치 안테나의 패치의 폭은 50mm 내외인 것을 특징으로 하는 맨홀 감시시스템의 안테나 구조.
제4항에 있어서,

상기 모노폴 패치 안테나의 핀과 핀의 간격은 17.5mm - 22.5mm의 범위로 이루어지고,

상기 핀의 개수는 6개인 것을 특징으로 하는 맨홀 감시시스템의 안테나 구조.
제3항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 모노폴 패치 안테나와 접지면 과의 간격은 20.0mm 내외인 것을 특징으 로 하는 맨홀 감시시스템의 안테나 구조.
제1항에 있어서,

상기 하우징에 관통되는 케이블의 외주에는 하우징과의 차폐를 위해 방수케이블에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 맨홀 감시시스템의 안테나 구조.
맨홀내부에 설치된 센서와 연결되어, 상기 센서로부터 맨홀의 감지정보를 수집하는 복수의 수집단말기와,

상기 수집단말기로부터 수신 한 복수의 맨홀의 감지정보를 취합 및 정리하는 중계단말기와 상호간에 무선통신을 위한 안테나를 포함하고,

상기 수집단말기의 하우징은 강성 및 방수 기능을 가질 수 있도록 스테인리스스틸의 바닥판에 아세탈수지의 덮개로 제작되며,

상기 수집단말기의 하우징 내부에 안테나를 구비하고,

커넥터가 일면에 장착된 회로기판을 안테나와 일체로 구성하며,

상기 회로기판의 커넥터와 센서는 하우징을 관통하는 케이블로 연결된 것을 특징으로 하는 맨홀 감시용 무선 시스템.