KR101057807B1 - 유량 측정 장치 - Google Patents

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KR101057807B1
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송병훈
이형수
권영민
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전자부품연구원
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Abstract

본 발명은 유량 측정 장치의 각 구성 요소별로 독립적으로 전원 관리를 함으로써 에너지 효율을 높이는 유량 측정 장치를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 유량 측정 장치는 유량 센서를 제어하고, 유량 센서로부터 수신한 센서 데이터를 전처리하는 센서 데이터 처리부; 상기 센서 데이터 처리부가 센서 데이터를 전처리한 결과인 로우 데이터를 저장하는 센서 데이터 버퍼; 상기 센서 데이터 처리부를 제어하고, 상기 센서 데이터 버퍼에서 로우 데이터를 읽어와 가공하는 메인 제어부; 상기 메인 제어부가 로우 데이터를 가공한 결과인 가공 데이터를 저장하는 메인 데이터 버퍼; 상기 메인 데이터 버퍼에서 가공 데이터를 읽어와 무선 전송하는 통신부; 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 센서 데이터 처리부의 전원 사용량을 관리하는 센서 레이어 전원 관리부; 상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 메인 제어부의 전원 사용량을 관리하는 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부; 상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 통신부의 전원 사용량을 관리하는 통신 레이어 전원 관리부; 및 배터리 전원을 상기 센서 데이터 처리부, 상기 센서 데이터 버퍼, 상기 메인 제어부, 상기 메인 데이터 버퍼 및 상기 통신부에 공급하고, 상기 배터리 잔량 및 시간당 소모량을 모니터링하며, 상기 모니터링한 상기 배터리 잔량 및 시간당 소모량 정보를 이용하여 유량 측정 장치의 에너지 관리 정책을 결정하며, 상기 결정한 에너지 관리 정책 데이터를 상기 센서 레이어 전원 관리부, 상기 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부 및 상기 통신 레이어 전원 관리부에 각각 전달하는 상기 주전원 관리부를 포함하여 이루어진다.

Description

유량 측정 장치{flowmeter}
본 발명은 유량 측정 장치에 관한 것으로, 특히 배터리 전원을 관리하는 유량 측정 장치에 관한 것이다.
U-City로 대표되는 첨단 지능형 도시가 부각되면서 USN(유비쿼터스 센서 네트워크) 융합을 통한 첨단 시설물 관리 기술의 필요성이 높아지고 있다. 국가 주요 기반 시설물인 상수도, 하수도, 가스, 냉난방 그리고 유류 등을 관리하는 시설물인 유량계는 아날로그 기반에서 디지털 기반으로, 인력중심의 관리에서 원격 검침으로 발전하고 있지만 첨단 U-City를 위한 즉각적이고 입체적인 관리를 수행하기에는 부족한 부분이 많다.
도 1은 종래 유량 측정 장치의 논리적인 블록 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래 유량 측정 장치는 유량 센서(10), 센서 데이터 처리부(20), 메인 제어부(30), 통신부(40) 및 전원 공급부(50)를 포함하여 이루어질 수 있다.
유량 센서(10)는 유량, 유속을 측정하는 센서로서, 초음파 센서(또는 전자식 센서나 기계식 회전자), 온도 센서 및 압력 센서 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
센서 데이터 처리부(20)는 유량 센서(10)를 제어하고 유량 센서(10)로부터 수신한 센서 데이터를 전처리하는 구성으로서, 유량 센서(10)에 센서 구동을 위한 제어신호를 송신하고 유량 센서(10)로부터 센서 데이터를 수신하는 아날로그 회로, 아날로그 회로로부터 입력되는 센서 데이터를 A/D 변환하는 A/D 컨버터, A/D 컨버터로부터 입력되는 디지털 신호를 입력받아 순간 유량값 등을 계산하는 DSP(Digital signal processor), DSP로부터 입력되는 순간 유량값을 적산하는 적산기, DSP로부터 입력되는 제어 신호를 D/A 변환하여 아날로그 회로로 출력하는 D/A 컨버터를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 아날로그 회로는 유량 센서(10)가 초음파 센서를 포함하여 이루어진 경우, 초음파 발진 회로와 수신 신호 증폭 회로를 포함하여 이루어질 수 있다.
메인 제어부(30)는 센서 데이터 처리부(20)에서 전처리된 데이터(예, 순간 유량, 온도, 압력 등)를 가공(예컨대, 보정 유량, 열량, 적산 유량 등을 계산함)하고, 디스플레이, 키패드, 메모리 등과 같은 주변 기기를 제어한다.
통신부(40)는 메인 제어부(30)에 의해 가공된 데이터를 관제 서버로 전송하는 등 관제 서버와 데이터 통신을 수행하는 구성으로서, RS-232/485, 4-20mA, WiFi(와이파이) 또는 Bluetooth(블루투스)와 같은 통신 모듈과, 유선 또는 무선 PHY(물리계층), RF 안테나 및 증폭기를 포함하여 이루어질 수 있다.
전원 공급부(50)는 유량 측정 장치에 상시 전원을 공급하기 위한 구성으로서, 전원 안정화 회로 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 등록특허공보 제791319호에는 초음파 도플러 센서를 사용하여 하수도의 유량을 측정하는 하수관거용 초음파 도플러 유량계가 개시되어 있으며, 등록특허공보 제457454호에는 기계식 회전자에 의해 발생하는 펄스를 적산하여 유량을 측정하는 비교적 단순한 디지털 유량 측정 장치가 개시되어 있다. 이들 개시된 유량계 또한, 도 1과 유사한 논리적인 블록 구성으로 구분할 수 있다.
이상으로, 기존의 디지털 유량계는 상시 전원을 기반으로 동작하는 것이기 때문에 전원 문제에 있어서 비교적 자유롭다.
그러나, 기존의 디지털 유량계와 새롭게 개발되고 있는 USN 기반의 유량계의 가장 큰 차이점은 유선 통신에서 무선통신으로 기술이 발전하면서 유량계의 전원 공급 환경이 상시전원에서 배터리 방식으로 변화된 점이다. 또한, USN 기반의 유량계는 첨단 U-City를 위한 즉각적이고 입체적인 관리를 수행하기 위해, 기존의 유량계에 비해 더 많은 데이터를 처리하고 전송해야 하고 더 많은 시간을 깨어 있어야 한다. 따라서, USN 기반의 유량계는 기존보다 진보된 형태의 전원 관리 기술이 필요하다. 물론, 기존의 디지털 유량계도 전원 관리 기술이 사용되고 있지만 단순한 전원 안정화 회로나 일차적인 절전(power saving) 모드만을 지원하는 한계를 가지고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유량 측정 장치의 각 구성 요소별로 독립적으로 전원 관리를 함으로써 에너지 효율을 높이는 유량 측정 장치를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 유량 측정 장치는 유량 센서를 제어하고, 유량 센서로부터 수신한 센서 데이터를 전처리하는 센서 데이터 처리부; 상기 센서 데이터 처리부가 센서 데이터를 전처리한 결과인 로우 데이터를 저장하는 센서 데이터 버퍼; 상기 센서 데이터 처리부를 제어하고, 상기 센서 데이터 버퍼에서 로우 데이터를 읽어와 가공하는 메인 제어부; 상기 메인 제어부가 로우 데이터를 가공한 결과인 가공 데이터를 저장하는 메인 데이터 버퍼; 상기 메인 데이터 버퍼에서 가공 데이터를 읽어와 무선 전송하는 통신부; 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 센서 데이터 처리부의 전원 사용량을 관리하는 센서 레이어 전원 관리부; 상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 메인 제어부의 전원 사용량을 관리하는 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부; 상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 통신부의 전원 사용량을 관리하는 통신 레이어 전원 관리부; 및 배터리 전원을 상기 센서 데이터 처리부, 상기 센서 데이터 버퍼, 상기 메인 제어부, 상기 메인 데이터 버퍼 및 상기 통신부에 공급하고, 상기 배터리 잔량 및 시간당 소모량을 모니터링하며, 상기 모니터링한 상기 배터리 잔량 및 시간당 소모량 정보를 이용하여 유량 측정 장치의 에너지 관리 정책을 결정하며, 상기 결정한 에너지 관리 정책 데이터를 상기 센서 레이어 전원 관리부, 상기 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부 및 상기 통신 레이어 전원 관리부에 각각 전달하는 상기 주전원 관리부를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 주전원 관리부는 에너지 획득 장치가 획득한 에너지를 상기 배터리에 충전하며, 상기 에너지 획득 장치의 시간당 에너지 획득량을 모니터링하며, 상기 모니터링한 상기 배터리 잔량 및 시간당 소모량과 상기 시간당 에너지 획득량 정보를 이용하여 유량 측정 장치의 에너지 관리 정책을 결정한다.
또한, 상기 주전원 관리부의 모니터링 결과 상기 시간당 에너지 획득량보다 상기 시간당 에너지 소모량이 많은 경우, 상기 센서 레이어 전원 관리부, 상기 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부 및 상기 통신 레이어 전원 관리부는 각각, 상기 센서 데이터 처리부, 상기 메인 제어부 및 상기 통신부를 절전 모드로 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 센서 레이어 전원 관리부는 상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 유량 센서의 유량 측정 주기를 조정(예컨대, 초당 4회 유량 측정에서 2회 측정으로 유량 측정 주기를 감소시킴)하여 상기 센서 데이터 처리부의 전원 사용량을 관리할 수 있다.
또한, 상기 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부는 상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 로우 데이터의 가공 주기를 조정(예컨대, 시간 단위로 가공하던 것을 일 단위 가공으로 조정함)하여 상기 메인 제어부의 전원 사용량을 관리할 수 있다.
또한, 상기 통신 레이어 전원 관리부는 상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 가공 데이터의 무선 전송 주기(예컨대, 시간 단위로 무선 전송하던 것을 일 단위 무선 전송으로 조정함)를 조정하여 상기 통신부의 전원 사용량을 관리할 수 있다.
또한, 상기 통신부는 USN(유비쿼터스 센서 네트워크) 중계 노드의 기능을 수행하는 것일 수 있다. 그렇다고 한다면, 상기 통신 레이어 전원 관리부는 상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 데이터 중계 여부를 결정(예컨대, 배터리 잔량 부족인 경우 중계 요구에 응답하지 아니함)하여 상기 통신부의 전원 사용량을 관리할 수 있다.
본 발명의 유량 측정 장치에 따르면, USN 기반 유량계를 세 단계의 레이어로 구분하고 각 레이어 전원 관리의 독립성을 보장함으로써 배터리 동작환경에서 에너지 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 본 발명은 기존의 에너지 문제를 극복하고 지능형 시설물 관리 시스템의 기반이 되는 USN 기반 유량계의 확산에 기여할 것으로 기대된다.
또한, 논리적으로 분리된 레이어는 유량계의 복잡도가 증가하더라도 레이어별 재설계를 통해 시스템의 활용성을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 측정 장치의 논리적인 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 저전력 USN 유량계 시스템의 네트워크 구성도이다.
이하에는 첨부한 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 유량 측정 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명에서 제안된 유량 측정 장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 센서 레이어(100; Sensor Layer), 메인 컨트롤 레이어(200; Main Control Layer) 및 통신 레이어(300; Communication Layer)로 구성된다. 각각의 레이어는 기존의 기능 중심의 논리적인 블록에서 확장된 개념으로서, 독립적으로 파워 관리를 하는 부전원 관리부(SUB-PM(Power Management))와 데이터 버퍼를 포함한다.
구체적으로, 센서 레이어(100)는 유량계 데이터를 획득하기 위한 레이어로서, 유량 센서(110), 센서 데이터 처리부(120), 센서 데이터 버퍼(130) 및 센서 레이어 전원 관리부(140)를 포함할 수 있다.
유량 센서(110)는 유량, 유속을 측정하는 센서로서, 초음파 센서(또는 전자식 센서나 기계식 회전자), 온도 센서 및 압력 센서 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
센서 데이터 처리부(120)는 유량 센서(110)를 제어하고, 유량 센서(110)로부터 수신한 센서 데이터를 전처리하여 센서 데이터 버퍼(130)에 기록하는 구성으로서, 유량 센서(110)에 센서 구동을 위한 제어신호를 송신하고 유량 센서(110)로부터 센서 데이터를 수신하는 아날로그 회로, 아날로그 회로로부터 입력되는 센서 데이터를 A/D 변환하는 A/D 컨버터, A/D 컨버터로부터 입력되는 디지털 신호를 입력받아 순간 유량값 등을 계산하는 DSP(Digital signal processor), DSP로부터 입력되는 순간 유량값을 적산하는 적산기, DSP로부터 입력되는 제어 신호를 D/A 변환하여 아날로그 회로로 출력하는 D/A 컨버터를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 아날로그 회로는 유량 센서(110)가 초음파 센서를 포함하여 이루어진 경우, 초음파 발진 회로와 수신 신호 증폭 회로를 포함하여 이루어질 수 있다.
센서 데이터 버퍼(130)는 센서 데이터 처리부(120)가 센서 데이터를 전처리한 결과인 로우 데이터를 저장한다.
센서 레이어 전원 관리부(140)는 후술하게 될 주전원 관리부(240)가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 센서 데이터 처리부(120)의 전원 사용량을 관리한다. 예컨대, 유량 센서(110)의 유량 측정 주기 즉, 샘플링 비율(sampling rate)을 조정하거나 센서 데이터 처리부(120)를 절전 모드로 동작시킴으로써 전원 사용량을 관리한다.
일반적으로, 센서 데이터 처리부(120)는 유량 센서(110)의 실시간 측정 결과 유량의 변동이 거의 없는 경우, 샘플링 비율을 예컨대, 초당 4회 유량 측정에서 2회 측정으로 감소시켜 전력 소모를 줄인다. 반면, 유량이 급격히 변동하는 경우에는 샘플링 비율을 증가시켜 정밀한 유량 데이터를 획득한다. 이때, 주전원 관리부(240)가 배터리 잔량 부족이나 이상 등을 알려온다면, 센서 레이어 전원 관리부(140)는 전력 소모를 최소화하기 위하여, 샘플링 비율을 증가시키지 아니하거나 오히려 감소시키도록 센서 데이터 처리부(120)를 제어한다. 즉, 센서 레이어 전원관리부(140)는 유량 변동률보다 에너지 관리 정책을 우선시하여 센서 데이터 처리부(120)를 동작시킨다.
메인 컨트롤 레이어(200)는 센서 레이어(100)에서 획득한 유량계 데이터의 프로세싱 및 센서 레이어(100)의 제어와 부가 기능(정보 디스플레이, 키 입력, 유선 통신 제어, etc)을 수행하는 것으로서, 메인 제어부(210), 메인 데이터 버퍼(220), 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부(230), 주전원 관리부(240), 배터리(250) 및 에너지 획득 장치(260; Energy Harvest System)를 포함할 수 있다.
메인 제어부(210)는 센서 데이터 처리부(120)를 제어하고, 센서 데이터 처리부(120)에서 전처리된 데이터(예, 순간 유량, 온도, 압력 등)를 센서 데이터 버퍼(130)에서 읽어와 가공(예컨대, 보정 유량, 열량, 적산 유량 등을 계산함)하여 메인 데이터 버퍼(220)에 기록하고, 디스플레이, 키패드, 메모리 등과 같은 주변 기기를 제어한다. 여기서, 메모리에는 유량 계산을 위한 관 구경 값, 저전력 구동을 위한 각 레이어의 절전 모드 조건 정보 및 최대/최소 샘플링 비율 등이 저장되어 있다.
메인 데이터 버퍼(220)는 메인 제어부(210)가 로우 데이터를 가공한 결과인 가공 데이터를 저장한다.
메인 컨트롤 레이어 전원 관리부(230)는 주전원 관리부(240)가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 메인 제어부(210)의 전원 사용량을 관리한다. 예컨대, 로우 데이터의 가공 주기 즉, 로우 데이터를 센서 데이터 버퍼(130)에서 읽어와 가공하여 메인 데이터 버퍼(220)에 저장하는 주기를 조정(예컨대, 시간 단위로 가공하던 것을 일 단위 가공으로 조정함)하거나 메인 제어부(210)를 절전 모드로 동작시킴으로써 전원 사용량을 관리한다.
메인 컨트롤 레이어(200)는 관제 서버가 요구하는 다양한 유량 측정 조건에 따라 동작한다. 일반적인 경우 관제 서버는 유량 측정 장치에 시간 혹은 일 단위로 데이터를 요구한다. 따라서, 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부(230)는 거의 대부분의 시간 동안 메인 제어부(210)를 절전 모드로 동작시킨다. 단, 관제 서버가 유량에 대한 정밀 진단을 요구하는 경우, 메인 제어부(210)는 분 또는 초 단위로 로우 데이터를 가공하여 메인 데이터 버퍼(220)에 저장한다. 이때, 주전원 관리부(240)가 배터리 잔량 부족이나 이상 등을 알려온다면, 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부(230)는 메인 제어부(210)를 강제로 절전 모드로 동작시킨다. 다시 말해, 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부(230)는 관제 서버의 요구보다 에너지 관리 정책을 우선시하여 메인 제어부(210)를 동작시킨다.
주전원 관리부(240)는 배터리(250) 전원을 센서 데이터 처리부(120), 센서 데이터 버퍼(130), 메인 제어부(210), 메인 데이터 버퍼(220) 및 후술하게 될 통신부(310)에 안정적으로 공급한다.
또한, 주전원 관리부(240)는 배터리(250) 잔량 및 시간당 소모량을 실시간 모니터링한다.
또한, 주전원 관리부(240)는 에너지 획득 장치(260)가 있는 경우 시간당 에너지 획득량을 모니터링하고, 에너지 획득 장치(260)가 획득한 에너지를 배터리(250)에 충전한다.
또한, 주전원 관리부(240)는 모니터링한 배터리 잔량 및 시간당 소모량과 나아가, 시간당 에너지 획득량 정보를 이용하여 유량 측정 장치의 에너지 관리 정책을 결정한다.
또한, 주전원 관리부(240)는 에너지 관리 정책 데이터를 센서 레이어 전원 관리부(140), 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부(240) 및 후술하게 될 통신 레이어 전원 관리부(320)에 각각 전달한다.
에너지 획득 장치(260)는 예컨대, 배관 내에 설치되어 배관을 통해 흐르는 유체의 역학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 회전 계자형 또는 회전 전기자형 발전기가 될 수 있다.
통신 레이어(300)는 유량계 데이터의 무선 전송을 담당하는 레이어로서, 통신부(310) 및 통신 레이어 전원 관리부(320)를 포함할 수 있다.
통신부(310)는 메인 제어부(210)에 의해 가공된 데이터를 메인 데이터 버퍼(220)에서 읽어와 관제 서버로 무선 전송하는 등 관제 서버와 데이터 통신을 수행하는 구성으로서, WiFi(와이파이) 또는 Bluetooth(블루투스)와 같은 통신 모듈과, 무선 PHY(물리계층), RF 안테나 및 증폭기를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 통신부(310)는 USN 중계 노드의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 다른 유량 측정 장치가 측정한 유량계 데이터를 또 다른 유량 측정 장치나 관제 서버 혹은 데이터 수집 장치로 중계해 줄 수 있다.
또한, 통신부(310)는 통신 레이어 전원 관리부(320)의 제어에 따라 RF 파워 컨트롤과 에너지 인식 라우팅 등의 저전력 통신 알고리즘을 수행하여 에너지 효율을 높인다.
통신 레이어 전원 관리부(320)는 주전원 관리부(240)가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 통신부(310)의 전원 사용량을 관리한다. 예컨대, 가공 데이터의 무선 전송 주기 즉, 가공 데이터를 메인 데이터 버퍼(220)에서 읽어와 관제 서버로 무선 전송하는 주기를 조정(예컨대, 시간 단위로 가공 데이터 리딩(reading)/무선 전송하던 것을 일 단위로 조정함)하거나 통신부(310)를 절전 모드로 동작시킴으로써 전원 사용량을 관리한다.
일반적으로, 관제 서버는 유량 측정 장치에 시간 혹은 일 단위로 데이터를 요구한다. 따라서, 통신 레이어 전원 관리부(320)는 거의 대부분의 시간 동안 통신부(310)를 절전 모드로 동작시킨다. 단, 관제 서버가 유량에 대한 정밀 진단을 요구하는 경우, 통신부(310)는 분 또는 초 단위로 메인 데이터 버퍼(220)에서 로우 데이터를 읽어와 관제 서버로 전송한다. 이때, 주전원 관리부(240)가 배터리 잔량 부족이나 이상 등을 알려온다면, 통신 레이어 전원 관리부(320)는 전력 소모를 최소화하기 위하여, 관제 서버의 데이터 요구를 무시하고, 시간 혹은 일 단위로 가공 데이터를 한꺼번에 무선 전송하도록 통신부(310)를 제어한다. 다시 말해, 통신 레이어 전원 관리부(320)는 관제 서버의 요구보다 에너지 관리 정책을 우선시하여 통신부(310)를 동작시킨다.
한편, 주전원 관리부(240)가 결정하는 에너지 관리 정책은 일 예로, 다음과 같은 3단계로 결정될 수 있다.
1. 안정 단계(Good): 배터리의 잔량이 충분할 경우 또는 시간당 소모량보다 획득량이 많아 배터리가 충전되고 있는 경우
2. 주의 단계(Poor): 배터리의 잔량은 충분하나 시간당 획득량보다 소모량이 많아 배터리가 방전되고 있는 경우
3. 경고 단계(Warning): 배터리의 교환 주기가 되었거나 배터리의 잔량이 부족하고 시간당 획득량보다 소모량이 많을 경우
이와 같은 에너지 관리 정책에 따라 각 레이어의 부전원 관리부는 다음과 같이 동작할 수 있다.
먼저, 센서 레이어 전원 관리부(140)의 동작 예에 대해서 설명한다.
1. 에너지 관리 정책이 Good인 경우
- 유량이 급격히 변하는 경우 정상적으로 샘플링 비율을 증가시킨다.
4회/sec -> 10회/sec
2. 에너지 관리 정책이 Poor인 경우
- 유량의 급격한 변동이 있는 경우라도 절전 모드에 우선권을 두고 최소한으로 샘플링 비율을 증가시킨다.
4회/sec -> 7회/sec
3. 에너지 관리 정책이 Warning인 경우
-최대한의 절전 모드상태를 유지하고 최소한의 유량 샘플링을 수행한다.
4회/sec -> 1회/sec
다음으로, 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부(230)의 동작 예에 대해서 설명한다.
1. 에너지 관리 정책이 Good인 경우
- 필요한 경우 센서 데이터 버퍼(130)에 저장되어 있는 로우 데이터를 적극적으로 처리하여 정밀한 가공 데이터를 생성하고, 이를 메인 데이터 버퍼(220)에 저장하도록 한다. 에너지가 풍부하므로, 절전 모드보다 데이터 가공에 중점을 두어 운영한다.
2. 에너지 관리 정책이 Poor인 경우
- 센서 데이터 버퍼(130)에 로우 데이터가 가득 찰 때까지 메인 제어부(210)를 대기시킨다. 로우 데이터를 한꺼번에 읽어와 처리하도록 한다. 데이터 가공보단 에너지 절약에 중점을 두어 운영한다.
3. 에너지 관리 정책이 Warning인 경우
- 센서 데이터 버퍼(130)가 가득 차서 로우 데이터를 읽어버리는 한이 있더라도 에너지 절약에 중점을 두어 운영한다.
다음으로, 통신 레이어 전원 관리부(320)의 동작 예에 대해서 설명한다.
1. 에너지 관리 정책이 Good인 경우
- 가능한 자주 메인 데이터 버퍼(220)에 저장되어 있는 가공 데이터를 처리하여 관제 서버로 전송하도록 한다. 에너지 자원이 풍부하므로 다른 센서 노드(유량 측정 장치)의 데이터도 적극적으로 중계해서 USN 전체의 에너지 효율을 높인다.
2. 에너지 관리 정책이 Poor인 경우
- 메인 데이터 버퍼(220)에 가공 데이터가 가득 찰 때까지 통신부(210)를 대기시킨다. 가공 데이터를 한꺼번에 읽어와 처리하도록 한다. 데이터 가공보단 에너지 절약에 중점을 두어 운영한다. 또한, 다른 센서 노드의 중계 요구에 대해 응답하지 아니한다.
3. 에너지 관리 정책이 Warning인 경우
- 메인 데이터 버퍼(220)가 가득 차서 가공 데이터를 읽어버리는 한이 있더라도 에너지 절약에 중점을 두어 운영한다. 즉, 가공 데이터의 신뢰도가 떨어지는 한이 있더라도 가공 데이터를 지속적으로 무선 전송할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 저전력 USN 유량계 시스템의 네트워크 구성인바, 도 3에 도시한 바와 같이 저전력 USN 유량계 시스템은 본 발명에 따른 유량 측정 장치, 유량 측정 장치와 통신하여 유량 데이터를 수집하는 데이터 수집 장치, 유량 측정 장치와 데이터 수집 장치를 총괄 관제하는 지능형 관제 서버를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 유량 측정 장치는 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
100: 센서 레이어
110: 유량 센서 120 센서 데이터 처리부
130: 센서 데이터 버퍼 140: 센서 레이어 전원 관리부
200: 메인 컨트롤 레이어
210: 메인 제어부 220: 메인 데이터 버퍼
230: 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부
240: 주전원 관리부 250: 배터리
260: 에너지 획득 장치
300: 통신 레이어
310: 통신부 320: 통신 레이어 전원 관리부

Claims (7)

  1. 유량 센서를 제어하고, 유량 센서로부터 수신한 센서 데이터를 전처리하는 센서 데이터 처리부;
    상기 센서 데이터 처리부가 센서 데이터를 전처리한 결과인 로우 데이터를 저장하는 센서 데이터 버퍼;
    상기 센서 데이터 처리부를 제어하고, 상기 센서 데이터 버퍼에서 로우 데이터를 읽어와 가공하는 메인 제어부;
    상기 메인 제어부가 로우 데이터를 가공한 결과인 가공 데이터를 저장하는 메인 데이터 버퍼;
    상기 메인 데이터 버퍼에서 가공 데이터를 읽어와 무선 전송하는 통신부;
    주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 센서 데이터 처리부의 전원 사용량을 관리하는 센서 레이어 전원 관리부;
    상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 메인 제어부의 전원 사용량을 관리하는 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부;
    상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 통신부의 전원 사용량을 관리하는 통신 레이어 전원 관리부; 및
    배터리 전원을 상기 센서 데이터 처리부, 상기 센서 데이터 버퍼, 상기 메인 제어부, 상기 메인 데이터 버퍼 및 상기 통신부에 공급하고, 상기 배터리 잔량 및 시간당 소모량을 모니터링하며, 상기 모니터링한 상기 배터리 잔량 및 시간당 소모량 정보를 이용하여 유량 측정 장치의 에너지 관리 정책을 결정하며, 상기 결정한 에너지 관리 정책 데이터를 상기 센서 레이어 전원 관리부, 상기 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부 및 상기 통신 레이어 전원 관리부에 각각 전달하는 상기 주전원 관리부를 포함하여 이루어진 유량 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주전원 관리부는,
    배터리의 전원을 상기 센서 데이터 처리부, 상기 센서 데이터 버퍼, 상기 메인 제어부, 상기 메인 데이터 버퍼 및 상기 통신부에 공급하고, 에너지 획득 장치가 획득한 에너지를 상기 배터리에 충전하며, 상기 배터리 잔량 및 시간당 소모량과 상기 에너지 획득 장치의 시간당 에너지 획득량을 모니터링하며, 상기 모니터링한 상기 배터리 잔량 및 시간당 소모량과 상기 시간당 에너지 획득량 정보를 이용하여 유량 측정 장치의 에너지 관리 정책을 결정하며, 상기 결정한 에너지 관리 정책 데이터를 상기 센서 레이어 전원 관리부, 상기 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부 및 상기 통신 레이어 전원 관리부에 각각 전달하는 것임을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주전원 관리부의 모니터링 결과 상기 시간당 에너지 획득량보다 상기 시간당 에너지 소모량이 많은 경우,
    상기 센서 레이어 전원 관리부, 상기 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부 및 상기 통신 레이어 전원 관리부는 각각, 상기 센서 데이터 처리부, 상기 메인 제어부 및 상기 통신부를 절전 모드로 동작시키는 것임을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 센서 레이어 전원 관리부는,
    상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 유량 센서의 유량 측정 주기를 조정하여 상기 센서 데이터 처리부의 전원 사용량을 관리하는 것임을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 메인 컨트롤 레이어 전원 관리부는,
    상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 로우 데이터의 가공 주기를 조정하여 상기 메인 제어부의 전원 사용량을 관리하는 것임을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 통신 레이어 전원 관리부는,
    상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 상기 가공 데이터의 무선 전송 주기를 조정하여 상기 통신부의 전원 사용량을 관리하는 것임을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 통신부는 USN(유비쿼터스 센서 네트워크) 중계 노드의 기능을 수행하는 것이되,
    상기 통신 레이어 전원 관리부는 상기 주전원 관리부가 결정한 에너지 관리 정책에 따라 데이터 중계 여부를 결정하여 상기 통신부의 전원 사용량을 관리하는 것임을 특징으로 하는 유량 측정 장치.
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