KR101015388B1 - Apparatus for transmitting sensing data by wired and wireless communication - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존 유선망 시스템의 변경 작업 없이 무선망을 연동하여 사용할 수 있으며 다양한 센서를 수용할 수 있는 유무선 센서 데이터 전송장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wired / wireless sensor data transmission device that can be used in conjunction with a wireless network without changing the existing wired network system and can accommodate various sensors.

본 발명의 유무선 센서 데이터 전송장치는 인터페이스를 통해 전송된 센서의 전압값을 증폭하는 증폭기, 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 아날로그 디지탈 변환기와 아날로그 출력부로 분배하는 전압 분배기, 상기 아날로그 디지탈 변환기에서 변환된 디지탈 신호를 무선전송하는 무선모듈 및 상기 아날로그 디지탈 변환기에서 디지탈 신호를 무선모듈로 전송해주며 인터페이스, 증폭기의 제어를 담당하는 제어부를 포함함에 그 기술적 특징이 있다.The wired / wireless sensor data transmission device of the present invention includes an amplifier for amplifying a voltage value of a sensor transmitted through an interface, a voltage divider for distributing the signal amplified by the amplifier to an analog digital converter and an analog output unit, and a digital signal converted from the analog digital converter. The technical features include a wireless module for transmitting a signal wirelessly, and a control unit for transmitting a digital signal from the analog digital converter to the wireless module and controlling an interface and an amplifier.

무선 센서 네트워크, 센서, 전압, 인터페이스, 전압 분배기 Wireless Sensor Networks, Sensors, Voltage, Interfaces, Voltage Dividers

Description

유무선 센서 데이터 전송장치{Apparatus for transmitting sensing data by wired and wireless communication}Wired / wireless sensor data transmission device {Apparatus for transmitting sensing data by wired and wireless communication}

본 발명은 유무선 센서 데이터 전송장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 기존 유선망 시스템의 변경 작업 없이 무선망을 연동하여 사용할 수 있으며 다양한 센서를 수용할 수 있는 유무선 센서 데이터 전송장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wired / wireless sensor data transmission device, and more particularly, to a wired / wireless sensor data transmission device that can be used in conjunction with a wireless network without changing the existing wired network system and can accommodate various sensors.

최근 유비쿼터스(Ubiquitous)와 관련하여 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network)에 대한 관심 및 연구개발이 활발히 진행되고 있다.Recently, with respect to ubiquitous, interest and research and development for wireless sensor networks have been actively progressed.

일반적으로 센서 네트워크는 센서와 제어 데이터를 무선통신으로 송수신하는 센서노드, 상호 접속하기 위한 센서 네트워크 프로토콜 및 센서 네트워크를 기존의 네트워크망에 접속하기 위한 센서 서버로 구성된다.In general, the sensor network is composed of a sensor node for transmitting and receiving the sensor and control data in wireless communication, a sensor network protocol for interconnecting, and a sensor server for connecting the sensor network to an existing network.

USN(Ubiquitous Sensor Networks)을 구축하는 기본 단위는 센서, 연산, 무선통신 기능을 갖춘 센서노드들이다. 이러한 센서노드는 대부분 사람이 접근하기 어려운 작업환경에 설치 또는 살포되며, 내장된 알고리즘에 의해 자율적으로 측정한 데이터를 네트워크를 통해 서버로 전송한다.The basic units for constructing USN (Ubiquitous Sensor Networks) are sensor nodes with sensor, computation, and wireless communication functions. Most of these sensor nodes are installed or spread in inaccessible working environment, and autonomous measurement data is transmitted to the server through the network by the built-in algorithm.

한편, 유지관리계측 현장에서 무선 도입의 수단으로 USN을 적용한 다양한 무선 적용기술들이 시도되고 있다.On the other hand, various wireless application techniques using USN as a means of introducing wireless at the maintenance measurement site have been tried.

도 1은 종래의 유선기반 유지관리 계측시스템에 일반 무선시스템을 적용한 경우의 구성도이며 일례로서 교량의 유지관리 계측시스템을 나타낸 것이다.1 is a configuration diagram when a general wireless system is applied to a conventional wired-based maintenance measuring system, and shows a maintenance measuring system of a bridge as an example.

이하 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. 1.

유선망(20)은 각종 센서의 측정 데이터를 유선 케이블을 통해 데이터로거(29)로 전달한다. 도 1에는 센서의 예로 2축 경사계(21), 정적 변형율계(22), 1축 가속도계(23), 스트레인 게이지(24)를 예시적으로 나타내었다.The wired network 20 transmits measurement data of various sensors to the data logger 29 through a wired cable. In FIG. 1, a biaxial inclinometer 21, a static strain gauge 22, a monoaxial accelerometer 23, and a strain gauge 24 are illustrated as an example of the sensor.

무선망(10)은 유선망(20)과 별도의 센서, 예를 들어 정적 변형률계(11), 온도계(12)를 장착하며 이러한 센서에서 측정된 데어터는 송신모듈(15)을 통해 수신모듈(19)로 무선으로 전송된다.The wireless network 10 is equipped with a wired network 20 and a separate sensor, for example, a static strain meter 11, a thermometer 12, and the data measured by these sensors is transmitted to the receiving module 19 through the transmission module 15. Is sent wirelessly).

무선 LAN 표준인 IEEE 802.11a 및 802.11b는 각각 54Mbps 및 11Mbps의 전송 속도를 지원하나 대용량의 멀티미디어 데이터의 원활한 전송에는 한계가 존재하며 이를 극복하기 위하여 IEEE에서는 802.11g, 802.11n 등을 제안하고 있다.IEEE 802.11a and 802.11b, which are wireless LAN standards, support transmission rates of 54 Mbps and 11 Mbps, respectively. However, there is a limit to smooth transmission of a large amount of multimedia data. To overcome this problem, IEEE proposes 802.11g and 802.11n.

유선망 및 무선망에서 수신된 데이터를 통해 서버(30)는 교량 등의 이상 유무, 안전 진단 등의 작업을 수행할 수 있게 된다.Through the data received from the wired and wireless networks, the server 30 can perform tasks such as the presence of abnormalities such as bridges, safety diagnosis, and the like.

최근 무선 네트워크 기술의 발달로 종래의 유선망으로 이루어진 유지관리 계측 시스템 무선망을 통합하는 다양한 기술이 시도되고 있으나 기존의 유선망을 이용한 계측 시스템과 독립적인 형태로 이루어지고 있어, 별도의 센서를 추가로 설치 해야 하는 문제점과 통신 자원의 한계로 다양한 센서를 수용할 수 없는 문제가 있다.Recently, due to the development of wireless network technology, various techniques for integrating a wireless network with a maintenance measurement system made of a conventional wired network have been attempted. However, since it is made in a form independent of a conventional measurement system using a wired network, an additional sensor is additionally installed. There is a problem that can not accommodate a variety of sensors due to the problem and the limitation of communication resources.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 종래의 유선망을 이용한 유지관리 계측 시스템을 활용하여 별도의 설계변경 없이도 무선 모듈을 사용하여 기존 시스템과 연동이 가능한 유무선 센서 데이터 전송장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above is a wired / wireless sensor data transmission device that can be linked to the existing system using a wireless module without a separate design utilizing a conventional maintenance measurement system using a wired network. The purpose is to provide.

본 발명의 상기 목적은 인터페이스를 통해 전송된 센서의 전압값을 증폭하는 증폭기, 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 아날로그 디지탈 변환기와 아날로그 출력부로 분배하는 전압 분배기, 상기 아날로그 디지탈 변환기에서 변환된 디지탈 신호를 무선전송하는 무선모듈 및 상기 아날로그 디지탈 변환기에서 디지탈 신호를 무선모듈로 전송해주며 인터페이스, 증폭기의 제어를 담당하는 제어부를 포함하는 유무선 센서 데이터 전송장치에 의해 달성된다.An object of the present invention is to provide an amplifier for amplifying a voltage value of a sensor transmitted through an interface, a voltage divider for distributing the signal amplified by the amplifier to an analog digital converter and an analog output unit, and a digital signal converted from the analog digital converter. It is achieved by a wired / wireless sensor data transmission device including a wireless module for transmitting and a digital signal transmitted from the analog digital converter to a wireless module and including a control unit for controlling an interface and an amplifier.

또한, 상기 증폭기와 전압 분배기 사이에 필터를 더 포함할 수 있다.In addition, a filter may be further included between the amplifier and the voltage divider.

또한, 상기 무선모듈은 IEEE 802.11 a/g를 사용하여 통신하는 것이 바람직하다.In addition, the radio module preferably communicates using IEEE 802.11 a / g.

따라서, 본 발명의 유무선 센서 데이터 전송장치는 기존 유선망 시스템의 변 경 작업 없이 무선망을 연동하여 사용할 수 있으며 다양한 센서를 수용할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the wired / wireless sensor data transmission device of the present invention can be used in conjunction with a wireless network without changing the existing wired network system, and can accommodate various sensors.

또한, 유선 유지관리 계측시스템에 무선방식을 적용할 때 일부 센서만 적용이 가능했던 문제와 기존 시스템과 별도로 동작하는 문제를 해결할 수 있다.In addition, when the wireless method is applied to the wired maintenance measurement system, it is possible to solve the problem that only some sensors were applicable and the problem of operating separately from the existing system.

또한, IEEE 802.11 a/g를 이용하여 통신자원 및 전송거리 문제를 해결할 수 있다.In addition, it is possible to solve the communication resource and transmission distance problem by using IEEE 802.11 a / g.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 유무선 센서 데이터 전송장치를 적용한 유지관리 계측 시스템의 구성도이며 일례로서 교량의 유지관리 계측 시스템을 나타낸 것이다.2 is a configuration diagram of a maintenance measurement system to which the wired / wireless sensor data transmission device of the present invention is applied and shows an example of a bridge maintenance measurement system.

기존의 유선망에 무선망을 통합시킨 구조로서, 각종 센서(110)는 온도, 압력, 스트레인, 속도, 변위, 음향, 진동 등의 각종 물리량을 측정하는 기기를 의미한다.As a structure incorporating a wireless network into an existing wired network, various sensors 110 refer to a device for measuring various physical quantities such as temperature, pressure, strain, speed, displacement, sound, and vibration.

도 2는 상기 센서(110)의 일례로서, 2축 경사계(110a), 정적 변형률계(110b), 1축 가속도계(110c) 및 스트레인 게이지(strain gauge, 110d)를 나타내었다.FIG. 2 shows a biaxial inclinometer 110a, a static strain gauge 110b, a monoaxial accelerometer 110c, and a strain gauge 110d as an example of the sensor 110. As shown in FIG.

상기 센서에서 측정된 데이터는 송신모듈(120)을 통해 데이터로거(130) 또는 수신모듈(140)으로 전송되며, 이를 바탕으로 서버(150) 또는 사용자 PC에 설치된 소프트웨어를 통해 교량의 이상 유무, 안전 상태 등을 판단하게 된다.The data measured by the sensor is transmitted to the data logger 130 or the receiving module 140 through the transmission module 120, based on this, the abnormality of the bridge through the software installed on the server 150 or the user PC, safety The state and the like are judged.

센서의 신호는 모두 전압의 변화를 검출하는 방식을 사용하는데, 저항의 변화를 측정하는 센서라도 이를 전압의 변화로 변환시켜 사용한다.All signals of the sensor use a method of detecting a change in voltage. Even a sensor measuring a change in resistance is converted to a change in voltage.

송신모듈(120)은 유선방식에 의한 송신과 무선방식에 의한 송신을 겸하도록 구성되어 있으며, 데이터로거(130)는 센서에서 측정되어 전송된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 작업 등을 수행하며 측정결과를 저장하는 작업 등을 수행할 수도 있다.The transmission module 120 is configured to serve as a wired transmission and a wireless transmission, and the data logger 130 performs the operation of converting an analog signal transmitted from a sensor to a digital signal. You can also save the results.

도 3은 본 발명의 유무선 센서 데이터 전송장치의 구성도, 즉 도 2의 송신모듈(120)의 구성을 보다 자세히 나타낸 것이다.3 is a block diagram of the wire / wireless sensor data transmission device of the present invention, that is, the configuration of the transmission module 120 of FIG.

이하 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. 3.

인터페이스(210)는 유선 커넥터를 통해 센서(도시하지 않음)에 연결되는데 센서의 종류에 관계없이 사용할 수 있는 공용 커넥터를 지원하도록 구성된다. 본 발명의 인터페이스(210)는 인터페이스 회로를 포함하는 의미로 사용한다.The interface 210 is connected to a sensor (not shown) through a wired connector and is configured to support a common connector that can be used regardless of the type of sensor. The interface 210 of the present invention is used to mean an interface circuit.

인터페이스(210)를 통해 들어온 센서 데이터는 증폭기(Amplifier, 220)를 통해 증폭되며 전압 분배기(230)를 통해 전압값을 1/2은 아나로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, 240)로 나머지 1/2은 아날로그 출력부(290)으로 전송된다.The sensor data entered through the interface 210 is amplified by the amplifier 220, and the voltage value 1/2 is converted to the analog to digital converter 240 through the voltage divider 230. 2 is transmitted to the analog output unit 290.

증폭기(220)는 입력증폭기와 1배~2000배 정도의 이득률을 보이는 이득 가변증폭기로 구성되는 것이 바람직하며, 제어부(250)에 의해 이득값의 선택이 조정된다.The amplifier 220 is preferably composed of an input amplifier and a gain variable amplifier having a gain ratio of 1 to 2000 times, and the selection of the gain value is adjusted by the controller 250.

아날로그 디지털 변환기(240)를 거쳐 변환된 디지털 신호는 제어부(CPU, 250)를 거쳐 무선모듈(260)을 통해 무선으로 전송된다. The digital signal converted through the analog-to-digital converter 240 is wirelessly transmitted through the wireless module 260 via the controller 250.

제어부(250)는 시스템 각 부분을 제어하고 데이터의 처리를 지시하는데, 특정 전압값에 따라 특정 센서를 선택할 수 있도록 입력되어 있으며, 전압값에 따른 선택 신호를 인터페이스(210)에 보내며, 이득 가변 증폭기에 이득값의 선택을 조정하는 신호를 보내주는 작업 등을 수행한다.The controller 250 controls each part of the system and instructs processing of data. The controller 250 is input to select a specific sensor according to a specific voltage value, sends a selection signal according to the voltage value to the interface 210, and a gain variable amplifier. Send a signal to adjust the selection of the gain value.

센서는 그 종류와 특성에 따라서 각기 다른 측정조건을 필요로 한다. 예를 들어, 저항값의 변화를 나타내는 센서인 스트레인 게이지가 있고 전압을 입력받았을 때 미세 전압(μV) 형태로 출력하는 변위계, 12V 이상의 전위차를 요구하는 기울기 센서 등이 있다.Sensors require different measurement conditions depending on their type and characteristics. For example, there is a strain gauge which is a sensor indicating a change in resistance value, a displacement meter that outputs a fine voltage (μV) when a voltage is input, and a tilt sensor requiring a potential difference of 12V or more.

제어부(250)는 이러한 각기 다른 센서들을 제어하는 센서 제어 신호를 인터페이스(210)에 보내 측정조건을 만족시키도록 한다.The control unit 250 sends a sensor control signal for controlling these different sensors to the interface 210 to satisfy the measurement conditions.

무선전송은 RF 전송방식을 사용하며, IEEE 802.11 a/g 인터페이스 방식을 사용함으로써, 초당 60Hz 이상의 데이터 전송을 요구하는 센서 데이터 중 동적 계측 데이터를 수용할 수 있으며 10Km 이상의 전송거리를 확보할 수 있다.Wireless transmission uses RF transmission method, and by using IEEE 802.11 a / g interface method, it can accommodate dynamic measurement data among sensor data requiring data transmission of 60Hz or more per second and secure transmission distance of 10Km or more.

한편, 동적 계측 데이터는 5GHz 대역으로 전송함으로써 2.4GHz 대역을 사용하는 센서 데이터 중 정적 계측 데이터와의 간섭을 피할 수 있으며, 초당 1KHz 이상의 샘플링으로 계측 데이터를 전송할 수 있다.Meanwhile, by transmitting the dynamic measurement data in the 5 GHz band, interference with the static measurement data among the sensor data using the 2.4 GHz band can be avoided, and the measurement data can be transmitted at a sampling rate of 1 KHz or more per second.

한편, 아날로그 출력부(290)로 전송된 아날로그 신호는 유선 커넥터를 통해 전송되며, 데어터로거를 통해 디지털로 변환되고 사용자 PC, 서버 등에 설치된 소프트웨어에 의해 교량의 이상유무 등을 진단하게 된다.On the other hand, the analog signal transmitted to the analog output unit 290 is transmitted through a wired connector, it is converted into a digital through the data logger and diagnosed the abnormality of the bridge by software installed in the user PC, server, and the like.

한편, 도 3에는 도시하지 않았으나, 증폭기(220)와 전압 분배기(230) 사이에 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 필터는 노이즈 등의 제거를 위해 설치되며 로우패스필터(Low pass filter) 또는 하이패스필터(High pass filter), 밴드패스필터(Band pass filter) 등이 포함될 수 있으나 로우패스필터가 바람직하다.Although not shown in FIG. 3, a filter may be further included between the amplifier 220 and the voltage divider 230. The filter is installed to remove noise and may include a low pass filter, a high pass filter, a band pass filter, and the like, but a low pass filter is preferable.

본 발명의 유무선 센서 데이터 전송장치는 기존 유선망 시스템의 변경 작업 없이 무선망을 연동하여 사용할 수 있으며 다양한 센서를 수용할 수 있는 효과가 있다.Wired and wireless sensor data transmission device of the present invention can be used in conjunction with a wireless network without changing the existing wired network system and has the effect that can accommodate a variety of sensors.

또한, IEEE 802.11 a/g를 이용하여 통신자원 및 전송거리 문제를 해결할 수 있다.In addition, it is possible to solve the communication resource and transmission distance problem by using IEEE 802.11 a / g.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양 한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

본 발명은 하천, 만, 운하 등에 설치된 구조물, 교량 등의 이상 유무, 안전관리 등을 위한 유지관리 계측분야는 물론 각종 이종의 센서의 측정값을 유무선 방식으로 전송하여 통합적으로 관리하고자 하는 모든 산업분야에 사용할 수 있다.The present invention is in any industrial field to integrate and manage the measurement values of various heterogeneous sensors as well as maintenance measurement field for the structure, bridges, etc. installed in rivers, bays, canals, safety management, etc. Can be used for

도 1은 종래의 유선기반 유지관리 계측시스템에 일반 무선시스템을 적용한 경우의 구성도이다.1 is a configuration diagram in which a general wireless system is applied to a conventional wired-based maintenance measuring system.

도 2는 본 발명의 유무선 센서 데이터 전송장치를 적용한 유지관리 계측 시스템의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a maintenance measurement system to which the wired / wireless sensor data transmission device of the present invention is applied.

도 3은 본 발명의 유무선 센서 데이터 전송장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a wired and wireless sensor data transmission device of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

210 : 인터페이스 220 : 증폭기210: interface 220: amplifier

230 : 전압 분배기 240 : 아날로그 디지털 변환기(ADC)230: voltage divider 240: analog-to-digital converter (ADC)

250 : 제어부 260 : 무선모듈250: control unit 260: wireless module

290 : 아날로그 출력부290: analog output

Claims (3)

삭제delete 삭제delete 인터페이스를 통해 전송된 센서의 전압값을 증폭하는 증폭기;An amplifier for amplifying the voltage value of the sensor transmitted through the interface; 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 아날로그 디지탈 변환기와 아날로그 출력부로 분배하는 전압 분배기;A voltage divider for distributing the signal amplified by the amplifier to an analog digital converter and an analog output unit; 상기 아날로그 디지탈 변환기에서 변환된 디지탈 신호를 무선전송하는 무선모듈; 및A wireless module for wirelessly transmitting the digital signal converted by the analog digital converter; And 상기 아날로그 디지탈 변환기에서 디지탈 신호를 무선모듈로 전송해주며 인터페이스, 증폭기의 제어를 담당하는 제어부로 구성되되,The analog digital converter transmits a digital signal to a wireless module and is composed of a controller for controlling an interface and an amplifier. 상기 제어부는 전압값에 따라 센서를 선택할 수 있는 선택 신호와, 센서의 종류와 특성에 따른 측정조건을 만족시키는 센서 제어 신호를 상기 인터페이스를 통해 출력하며,The controller outputs a selection signal for selecting a sensor according to a voltage value and a sensor control signal satisfying a measurement condition according to the type and characteristic of the sensor through the interface. 상기 무선모듈은 초당 1KHz 이상의 샘플링으로 센서 데이터를 전송하고, 초당 60Hz 이상 데이터 전송 속도와 5GHz 대역으로 센서 데이터 중 동적 계측 데이터를 전송하는 IEEE 802.11 a/g를 사용함을 특징으로 하는 유무선 센서 데이터 전송장치.The wireless module transmits sensor data at a sampling rate of 1KHz or more per second, and uses IEEE 802.11 a / g to transmit dynamic measurement data among sensor data at a data transmission speed of 60Hz or more per second and 5GHz band. .
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