KR101076774B1 - Submergence sensing device and method for submergence sensing using the same - Google Patents

Submergence sensing device and method for submergence sensing using the same Download PDF

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KR101076774B1
KR101076774B1 KR1020100137392A KR20100137392A KR101076774B1 KR 101076774 B1 KR101076774 B1 KR 101076774B1 KR 1020100137392 A KR1020100137392 A KR 1020100137392A KR 20100137392 A KR20100137392 A KR 20100137392A KR 101076774 B1 KR101076774 B1 KR 101076774B1
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immersion
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interrupt
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이재현
한창우
이대영
강기병
조태원
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 볼타전지 원리를 적용하여 이온화경향이 다른 두 금속전극간의 기전력을 이용함으로써 침수 감지시 신뢰성이 높고 내부식성이 강한 침수 감지 장치 및 그를 이용한 침수 감지 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 침수 감지 장치는 제품기구물 내에 서로 다른 이온화 경향을 갖고 이격되어 배치된 제1, 제2전극으로 구성된 센서부와; 기준 문턱전압(Vth) 설정부와 상기 제1, 제2전극의 전압차를 받아서 출력하는 저전력 연산앰프로 구성된 비교부; 및 상기 비교부의 출력을 인터럽트단자(Int) 또는 입출력단자(GPIO)로 받아서 침수감지를 제어하는 제어부로 구성된 것을 포함하고, 상술한 본 발명은 볼타전지 원리를 이용하여 센서부의 내부식성과 오염에 강하며, 저렴하고 안정적인 침수 감지 장치를 구현할 수 있으며, 볼타전지 원리를 이용한 센서부와 비교부 및 제어부만으로 순수한 물(증류수)를 제외한 물의 침수, 수위를 감지할 수 있으므로 소형화가 가능하다는 효과가 있다.The present invention is to provide a reliable and corrosion-resistant immersion detection device and a immersion detection method using the same by applying electromotive force between two metal electrodes with different ionization tendency by applying the voltaic battery principle, the immersion of the present invention The sensing device includes a sensor unit including first and second electrodes spaced apart from each other and having different ionization tendencies in the product apparatus; A comparator comprising a reference threshold voltage Vth setting unit and a low power operational amplifier for receiving and outputting a voltage difference between the first and second electrodes; And a control unit configured to receive the output of the comparison unit as an interrupt terminal (Int) or an input / output terminal (GPIO) to control the immersion detection. The present invention described above is resistant to corrosion and contamination of the sensor unit using a voltaic battery principle. In addition, it is possible to implement an inexpensive and stable immersion detection device, and it is possible to miniaturize because it can detect the immersion and level of water except pure water (distilled water) only by using the sensor unit, the comparison unit, and the controller using the voltaic battery principle.

Description

침수 감지 장치 및 그를 이용한 침수 감지 방법{SUBMERGENCE SENSING DEVICE AND METHOD FOR SUBMERGENCE SENSING USING THE SAME}Submersion detection device and submersion detection method using the same {SUBMERGENCE SENSING DEVICE AND METHOD FOR SUBMERGENCE SENSING USING THE SAME}

본 발명은 침수 및 수위 감지 장치에 관한 것으로, 특히 옥외, 야외 및 특정 현장의 침수지역 및 우기의 강우에 따른 침수가 발생하는 장소에 설치 운용하는 검침 시스템을 비롯한 다양한 기기에서 장기간 침수로 인한 부식 및 오염 문제없이 침수를 감지할 수 있는 침수 감지 장치 및 그를 이용한 침수 감지 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an inundation and water level detection device, and in particular, the corrosion caused by long-term immersion in a variety of devices, including a metering system installed and operated in the outdoor, outdoor and specific site inundation area and the place where the inundation occurs due to rainy rainfall The present invention relates to an immersion detection device capable of detecting immersion without contamination and a immersion detection method using the same.

일반적으로 도심지에서 전력설비는 도시 미관이나 안전성, 건물의 고층화 등에 따라 점차 지중화 되고 있는 추세이며, 그 비중이 날로 증대되고 있다.In general, electric power facilities in urban areas are gradually becoming underground due to urban aesthetics, safety, and high-rise buildings, and their weight is increasing day by day.

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.However, research and development is underway in the joint districts where underground lines are installed along with other facilities, but manholes, etc., still have to rely on manpower. Because it does not.

따라서, 맨홀은 외부인의 침입이나 사고 발생 등 유사시에도 즉시 확인이 불가능한 특징을 지니고 있다. 이런 난점을 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 쉽게 확인할 수 있는 시스템의 개발이 필수적이라 할 수 있다. Therefore, the manhole has a feature that can not be immediately confirmed even in case of emergency, such as intrusion or accident of outsiders. In order to overcome this difficulty and easily manage the manhole at a remote location, a sensor is installed to obtain the necessary information inside the manhole, and a remote alarm system of the manhole is provided so that the information detected by the sensor can be delivered to a point of interest. It is essential to develop a system that can easily check the current detection information of the manhole.

그리고, 종래의 수도미터기는 물의 흐름을 기계적으로 계량하여 이를 미터기 눈금으로 환산하여 표시하는 방법이 사용되고 있는데, 이러한 기계식 미터기는 검침원에 의한 개별 검침이 이루어져야 하는데, 이를 보완하기 위해 검침 내역을 관리자에게 송달할 수 있는 수단을 구비한 전자식 미터기가 개발되어 왔다.In addition, a conventional water meter is used to mechanically measure the flow of water and convert it to a meter scale. The mechanical meter has to be individually read by a meter reader. Electronic meters with means to enable this have been developed.

전자식 수도미터기의 경우 개별검침에 따른 과다한 인력운용에 대한 문제를 해결할 수 있는 반면, 검침인력이 직접 검침하지 않으므로, 정기적으로 수도미터기의 상황을 파악할 수 있는 잇점을 상실하게 되었다. 이러한 이유로 원격지에 설치된 수도미터기의 검침 내역 뿐만 아니라, 주변상황을 관리자가 파악할 수 있도록 하는 시스템이나 방법에 대한 요구가 계속되어 왔다. 전자식 수도 미터기의 경우 특히 침수에 대한 상황을 원격지 관리자가 실시간으로 인식할 수 있는 방안이 요구되었는데, 이는 전자식 수도미터기의 경우 침수시, 기기 파손과 누전에 의한 감전 등의 위험이 있기 때문이다.In the case of an electronic water meter, the problem of excessive manpower operation due to individual meter reading can be solved. However, since the metering manpower is not directly read, the water meter can lose the advantage of regularly checking the situation of the water meter. For this reason, there has been a continuous demand for a system or method for allowing a manager to grasp not only the meter reading of the remote water meter but also the surrounding situation. In the case of an electronic water meter, a plan for remote managers to recognize the situation of flooding in real time was required, because there is a risk of damage to the device and electric shock due to leakage when the electronic water meter is flooded.

상기와 같이 종래에는 맨홀 및 수도미터기를 무선 검침하는 장치의 장기간 침수로 인한 부식 및 오염 문제가 발생할 수 있으므로, 침수를 감지할 수 있는 장치의 개발이 요구되고 있다. As described above, since corrosion and contamination problems may occur due to prolonged immersion of a device for wirelessly reading a manhole and a water meter, development of a device capable of detecting immersion is required.

이에 따라서, 종래에는 침수를 감지할 수 있는 장치로, 다음과 같은 2가지의 방법이 제안된바 있다. Accordingly, in the related art, the following two methods have been proposed as devices capable of sensing inundation.

먼저, 종래의 제1방법은, 도 1에 도시한 바와 같이, 제품기구물 내에 이격되어 배치된 제1, 제2전극(11, 12)과, 제1전극(11)의 상태를 입력받아 침수 여부를 감지하는 MCU(13)로 구성된다. 미설명 부호 '10'은 침수 상태를 이해하기 쉽도록 물(전해질 용액)을 도면화한 것으로 필수 구성요소는 아니다. First, as shown in FIG. 1, the conventional first method receives the state of the first and second electrodes 11 and 12 and the first electrode 11 spaced apart from each other in the product appliance. It consists of the MCU (13) for detecting the. Reference numeral '10' is a drawing of water (electrolyte solution) for easy understanding of the immersion state and is not an essential component.

상술한 제1전극(11)은 MCU(13)의 입출력단자(GPIO) 또는 인터럽트(Int) 단자에 연결되고, 제1전극(11)과 전원 단자(VCC) 사이에는 풀업 저항이 배치되어 있으며, 제2전극(12)은 접지되어 있다. The first electrode 11 is connected to an input / output terminal (GPIO) or an interrupt (Int) terminal of the MCU 13, a pull-up resistor is disposed between the first electrode 11 and the power supply terminal (VCC), The second electrode 12 is grounded.

상기 종래의 제1방법에 따른 침수 감지 장치는 동종의 두 전극 즉, 제1, 제2전극(11, 12)간의 통전 또는 저항 변화를 이용하는 기술로, 침수로 제1, 제2전극(11, 12)이 물에 잠길 경우에는, 전극간에 저항값이 낮아져 제어부 즉, MCU(13)의 GPIO(General Purpose Input Output)가 "로우(Low)"로 되는 것을 감지하여 침수 여부를 감지한다. The immersion detection apparatus according to the first method of the related art is a technology using a current supply or resistance change between two electrodes of the same type, that is, the first and second electrodes 11 and 12. The immersion furnace first and second electrodes 11, When 12) is submerged in water, the resistance value between the electrodes is lowered, so that the general purpose input output (GPIO) of the control unit, that is, MCU 13, becomes "low" to detect whether or not it is flooded.

좀 더 자세하게는, 침수가 되지 않았을 때는 제1전극(11)은 저항을 통해 풀업되어 있고, 제2전극(12)은 접지되어 있어서, 제1, 제2전극(11, 12)은 VCC 전위차를 갖는다. More specifically, when no immersion is made, the first electrode 11 is pulled up through the resistor and the second electrode 12 is grounded, so that the first and second electrodes 11 and 12 have a VCC potential difference. Have

반면에, 침수가 되면, 제1, 제2전극(11, 12)에 전류가 흐르게 되어, 제 1, 제2전극(11, 12)에서 전기 분해 현상이 일어나고, 그에 따라 제1, 제2전극(11, 12)에 심한 부식이 발생하며, MCU(13)의 GPIO(General Purpose Input Output)에 "로우(Low)"신호가 감지된다. On the other hand, when submerged, electric current flows through the first and second electrodes 11 and 12, so that electrolysis occurs at the first and second electrodes 11 and 12, and thus, the first and second electrodes. Severe corrosion occurs at (11, 12), and a "low" signal is detected at the GPIO (General Purpose Input Output) of the MCU 13.

상기와 같이 장시간 완전방수를 요하는 장치에 상기 종래 제1방법에 따른 침수 감지 장치를 적용할 경우, 전극 부식에 의해 장치 내부에 물이 침투하여 장치 에 오류가 발생하고, 장치가 파손되는 문제를 일으키게 된다. When the immersion detection device according to the first method is applied to a device that requires perfect waterproof for a long time as described above, water penetrates into the device due to electrode corrosion, causing an error in the device, and causing damage to the device. Will be raised.

다음에, 종래 제2방법에 따른 침수 감지 장치는, 도 2에 도시한 바와 같이, 제품기구물 내에 배치된 습도센서(21)와, 상기 습도센서(21)를 제어하기 위한 MCU(22)로 구성된다. 습도센서(21)는 제1단은 MCU(22)의 입력단자에 연결되어 있고, 제2단은 접지되어 있다. 미설명 부호 '20'은 침수 상태를 이해하기 쉽도록 물(전해질 용액)을 도면화한 것으로 필수 구성요소는 아니다. Next, the water immersion detection apparatus according to the second method is composed of a humidity sensor 21 disposed in the product appliance, and the MCU 22 for controlling the humidity sensor 21, as shown in FIG. do. The humidity sensor 21 has a first end connected to the input terminal of the MCU 22, and the second end is grounded. Reference numeral '20' is a drawing of water (electrolyte solution) for easy understanding of the immersion state and is not an essential component.

상기 종래 제2방법은 습도센서(21)를 이용하여 침수를 감지하는 것인데, 이와 같은 방법은, 여름 장마철에는 공기 중의 습도가 높아서 감지오류를 일으킬 우려가 있고, 상용 습도센서를 적용하므로 외부 의존도가 높아지고 기구 디자인 및 제작에 제약이 따르고 이로 인해 제작단가 상승과 큰 개발비용이 소요되는 문제가 있다.The conventional second method is to detect the inundation by using the humidity sensor 21, such a method, there is a risk of detection error due to the high humidity in the air during the summer rainy season, the external dependence because the commercial humidity sensor is applied There is a problem that the increase in the design and manufacturing of the mechanism, which leads to a rise in manufacturing cost and a large development cost.

본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 볼타전지 원리를 적용하여 이온화경향이 다른 두 금속전극간의 기전력을 이용함으로써 침수 감지시 신뢰성이 높고 내부식성이 강한 침수 감지 장치 및 그를 이용한 침수 감지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems according to the prior art, by applying the electromotive force between two metal electrodes having different ionization tendency by applying the voltaic battery principle, the immersion detection device having high reliability and corrosion resistance when immersion detection; The purpose is to provide a method for detecting flooding using the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 침수 감지 장치는 제품기구물 내에 서로 다른 이온화 경향을 갖고 이격되어 배치된 제1, 제2전극으로 구성된 센서부와; 기준 문턱전압(Vth) 설정부와 상기 제1, 제2전극의 전압차를 받아서 출력하는 저전력 연산앰프로 구성된 비교부; 및 상기 비교부의 출력을 인터럽트단자(Int) 또는 입출력단자(GPIO)로 받아서 침수감지를 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다. Immersion detection apparatus of the present invention for achieving the above object is a sensor unit consisting of first and second electrodes spaced apart from each other and having a different ionization tendency in the product appliance; A comparator comprising a reference threshold voltage Vth setting unit and a low power operational amplifier for receiving and outputting a voltage difference between the first and second electrodes; And a controller configured to control the flooding detection by receiving the output of the comparison unit as an interrupt terminal Int or an input / output terminal GPIO.

이때, 상기 제1, 제2전극 중, 이온화 경향이 큰 금속은 (-)극으로 작은 금속은 (+)극으로 사용하고, 상기 제1, 제2전극은 K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, Hg, Ag, Pt, Au 중 각각 이온화 경향이 다른 금속으로 구성한다. In this case, among the first and second electrodes, a metal having a high ionization tendency is used as a (-) electrode and a small metal as a (+) electrode, and the first and second electrodes are K, Ca, Na, Mg, Al And Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, Hg, Ag, Pt and Au, respectively, and are composed of metals having different ionization tendencies.

그리고, 상기 저전력 연산앰프의 제1입력단자(IN+)는 상기 제1전극과 연결되고, 제2입력단자(IN-)는 상기 기준 문턱전압(Vth) 설정부와 연결된다. The first input terminal IN + of the low power operational amplifier is connected to the first electrode, and the second input terminal IN− is connected to the reference threshold voltage Vth setting unit.

그리고, 상기 기준 문턱전압(Vth) 설정부는 전원전압단(VCC)과 접지전압단(VSS) 사이에 제1저항과 가변저항과 제2저항을 직렬 연결하여 구성되는 것이며, 상기 접지전압단에는 제2전극이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다. The reference threshold voltage Vth setting unit is configured by connecting a first resistor, a variable resistor, and a second resistor in series between the power supply voltage terminal VCC and the ground voltage terminal VSS. It is characterized in that the two electrodes are connected.

또한, 본 발명의 침수 감지 장치를 이용한 침수 감지 방법은, 상기 침수 감지 장치를 초기화하는 단계; 상기 침수여부의 판단 및 효율적인 감지방법을 위해 인터럽트(Interrupt) 방식에 의해 감지할지 폴링(polling) 방식에 의해 감지할지를 판별하는 단계; 상기 판별결과 상기 인터럽트(Interrupt) 방식이라고 판별되면, 침수감지 인터럽트 ISR(interrupt service routine)을 등록하고 인에이블 시킨 후 리턴하는 단계; 및 상기 판별결과 상기 폴링(polling) 방식이라고 판별되면, 폴링 인에이블(polling enable) 및 폴링(polling) 주기와 평균 개수를 세팅한 후, 상기 침수 감지 장치의 센서부를 리드(read)하고, 평균누적 개수인지 판별하고, 센서 샘플링 누적치의 평균을 계산하고, 침수 발생인지 판별한 후, 침수 발생이라고 판별되면 침수감지를 알리고 다시 상기 센서부를 리드하는 동작을 순차적으로 반복 진행하는 것을 특징으로 한다. In addition, the immersion detection method using the immersion detection device of the present invention, the step of initializing the immersion detection device; Determining whether to detect by an interrupt method or a polling method in order to determine whether the water is flooded and an efficient detection method; If it is determined that the interrupt method is the interrupt method, registering, enabling, and returning a flood detection interrupt interrupt service routine (ISR); And if it is determined that the polling method is the polling method, after setting a polling enable and polling period and an average number, the sensor unit of the immersion sensing device is read and an average accumulation is performed. After determining whether the number, the average of the cumulative sensor sampling value, and whether the immersion has occurred, if it is determined that the immersion occurs, it is characterized by repeating the operation of sequentially informing the detection of the immersion detection and the lead again.

이때, 상기 침수감지 인터럽트 ISR은 침수감지를 위한 상기 센서부의 침수감지 신호를 리드(read)하여 이동평균 개수만큼 상기 비교부의 출력값을 샘플링하는 단계; 이동평균 개수의 상기 샘플링된 값의 평균을 계산하는 단계; 침수발생이 감지되었는지 판별하는 단계; 상기 침수가 발생되었다고 판별되면, 침수가 감지되었다고 알린 후, 인터럽트 방식으로 되돌아가는 단계; 및 상기 판별결과 침수가 발생되지 않았다고 판별되면, 상기 인터럽트 방식으로 되돌아 가는 동작을 진행하는 것을 특징으로 한다. In this case, the immersion detection interrupt ISR reads the immersion detection signal of the sensor unit for immersion detection and sampling the output value of the comparator by the number of moving averages; Calculating an average of the sampled values of the moving average number; Determining whether an immersion is detected; If it is determined that the immersion has occurred, returning to the interrupt method after notifying that the immersion has been detected; And if it is determined that the immersion has not occurred, the method returns to the interrupt method.

그리고, 상기 폴링 방식에서 상기 리드된 센서부의 침수감지 신호가 평균 누적 개수인지를 판별하여, 평균 누적 개수가 아니라고 판별되면 상기 침수감지장치의 상기 센서부를 리드하는 동작으로 재진입한다. In addition, the polling method determines whether the immersion detection signal of the led sensor unit is an average cumulative number, and if it is determined that the average cumulative number is not the average cumulative number, the sensor unit re-enters the sensor unit of the immersion sensing apparatus.

그리고, 상기 침수가 발생했는지를 판별하여, 침수가 발생되지 않았다고 판별되면, 상기 침수감지장치의 상기 센서부를 리드하는 동작으로 재진입한다. If it is determined that the immersion has occurred and it is determined that the immersion has not occurred, the process re-enters the operation to lead the sensor unit of the immersion sensing apparatus.

상술한 본 발명은 볼타전지 원리를 이용하여 센서부의 내부식성과 오염에 강하며, 저렴하고 안정적인 침수 감지 장치를 구현할 수 있다는 효과가 있다. The present invention described above has the effect of being resistant to corrosion and contamination of the sensor unit using a voltaic battery principle, and implementing an inexpensive and stable immersion sensing device.

또한, 볼타전지 원리를 이용한 센서부와 비교부 및 제어부만으로 순수한 물(증류수)를 제외한 물의 침수, 수위를 감지할 수 있으므로 소형화가 가능하다. In addition, since the sensor unit, the comparison unit, and the control unit using the voltaic battery principle can detect water ingress and water level except pure water (distilled water), miniaturization is possible.

도 1은 종래의 제1방법에 따른 침수 감지 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 종래의 제2방법에 따른 침수 감지 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 침수 감지 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4는 이온화 경향의 크기에 따라 복수개의 금속들을 배열한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 침수 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
1 is a block diagram showing an inundation detection apparatus according to the first method.
2 is a block diagram showing an inundation detection apparatus according to a second method.
3 is a block diagram showing an inundation detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram in which a plurality of metals are arranged according to the magnitude of the ionization tendency.
5 is a flowchart illustrating a flooding detection method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 무선원격검침 시스템에서 맨홀 및 수도미터 보호통 내에 설치되는 무선 검침 터미널의 침수상태 감지, 옥외에 침수지역 또는 침수가능지역에 설치 운용하는 기기의 침수 감지, 하천이나 강물의 수위 감지 등에 응용할 수 있는 침수 감지 장치 및 그를 이용한 침수 감지 방법에 관한 기술이다. The present invention can be applied to the detection of the flooding state of the wireless metering terminal installed in the manhole and water meter protection tube in the wireless remote meter reading system, the flooding detection of the device installed in the flooded or flooded area outdoors, the river or river water level detection The present invention relates to a submerged sensing device and a submerged sensing method using the same.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

본 발명에 따른 침수 감지 장치는 도 3에 도시한 바와 같이, 센서부(30)와 비교부(40)와 제어부(50)로 구성된다. As shown in FIG. 3, the immersion detection apparatus according to the present invention includes a sensor unit 30, a comparison unit 40, and a control unit 50.

상기 센서부(30)는 제품기구물 내에 서로 다른 이온화 경향을 갖고 이격되어 배치된 제1, 제2전극(32, 33)으로 구성된다. 미설명 부호 '31'은 물(전해질 용액)을 나타낸 것으로, 설치 환경에서의 침수 상태를 이해하기 쉽도록 도면화하여 나타낸 것일 뿐, 본 발명의 필수 구성요소는 아니다.The sensor unit 30 includes first and second electrodes 32 and 33 spaced apart from each other and having different ionization tendencies in the product appliance. Reference numeral '31' represents water (electrolyte solution), which is only a drawing for easy understanding of the immersion state in the installation environment, and is not an essential component of the present invention.

이때, 제1, 제2전극(32, 33)은 이온화 경향이 다른 금속으로 구성된 것으로, 이온화 경향이 큰 금속은 (-)극으로 작은 금속은 (+)극으로 사용하며, 선택한 금속에 따라 제1, 제2전극(32, 33)간의 기전력(전위차)은 다르게 발생된다. In this case, the first and second electrodes 32 and 33 are made of metals having different ionization tendencies, and the metal having a high ionization tendency is used as the negative electrode and the small metal is used as the positive electrode. The electromotive force (potential difference) between the first and second electrodes 32 and 33 is generated differently.

상기 제1, 제2전극(32, 33)으로 사용되는 금속들은 이온화 경향이 다른 금속으로 형성한다. The metals used as the first and second electrodes 32 and 33 are formed of metals having different ionization tendencies.

상기 제1, 제2전극(32, 33)으로 사용할 수 있는 금속 중, 이온화 경향이 큰 금속을 순서대로 제시하면, 도 4에 도시한 바와 같이, K > Ca > Na > Mg > Al> Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > Cu > Hg > Ag, Pt > Au이다. Among the metals that can be used for the first and second electrodes 32 and 33, metals having a high ionization tendency are sequentially presented, and as shown in FIG. 4, K> Ca> Na> Mg> Al> Zn> Fe> Ni> Sn> Pb> Cu> Hg> Ag, Pt> Au.

예를 들어, Cu와 Sn 금속을 사용할 경우, Cu는 (+)극으로 Sn은 (-)극으로 사용되는데, 이때, 제1전극(32)은 Cu를 사용하고, 제2전극(33)은 Sn을 사용할 수 있다. 상기 Cu와 Sn으로 구성된 제1, 제2전극(32, 33)을 전해질 용액(물)에 담그면 전극간에 기전력이 0.8~1.8[V] 정도 발생된다. For example, when Cu and Sn metals are used, Cu is used as a positive electrode and Sn is used as a negative electrode. In this case, the first electrode 32 uses Cu and the second electrode 33 Sn can be used. When the first and second electrodes 32 and 33 composed of Cu and Sn are immersed in an electrolyte solution (water), an electromotive force is generated about 0.8 to 1.8 [V] between the electrodes.

상기와 같이 제1, 제2전극(32, 33)을 구비한 센서부(30)는 볼타전지의 원리를 이용하여 구성한 것이며, 제1, 제2전극(32, 33)은 상기의 Sn과 Cu 금속 외에도 이온화 경향이 다른 금속들을 사용하여 구성할 수 있다. As described above, the sensor unit 30 including the first and second electrodes 32 and 33 is configured using the principle of the voltaic battery, and the first and second electrodes 32 and 33 are the Sn and Cu described above. In addition to metals, metals with different ionization tendencies may be used.

그리고, 비교부(40)는 상기 제1, 제2전극(32, 33)의 전압차를 받아서 출력하는 저전력 연산앰프(41)와, 기준 문턱전압(Vth) 설정부(42)로 구성된다. The comparator 40 includes a low power operational amplifier 41 that receives and outputs a voltage difference between the first and second electrodes 32 and 33, and a reference threshold voltage Vth setting unit 42.

상기 저전력 연산앰프(41)의 제1입력단자(IN+)는 제1전극(32)과 연결되고, 제2입력단자(IN-)는 기준 문턱전압(Vth) 설정부(42)와 연결된다. The first input terminal IN + of the low power operational amplifier 41 is connected to the first electrode 32, and the second input terminal IN− is connected to the reference threshold voltage Vth setting unit 42.

상기 기준 문턱전압(Vth) 설정부(42)는 전원전압단(VCC)과 접지전압단(VSS) 사이에 제1저항(R1)과 가변저항(RV)과 제2저항(R2)을 직렬 연결하여 구성되는 것이며, 접지전압단에는 제2전극(33)이 연결되어 있다.The reference threshold voltage Vth setting unit 42 connects a first resistor R1, a variable resistor RV and a second resistor R2 between a power supply voltage terminal VCC and a ground voltage terminal VSS. The second electrode 33 is connected to the ground voltage terminal.

상기에서 침수여부 판단을 위해서는 제1, 제2전극(32, 33)의 발생 전위차를 참고하여 안정적인 비교부(40)의 기준 문턱전압(Vth)을 결정해야 한다. 예를 들어, 센서부(30)의 센서전극인 제1, 제2전극(32, 33)이 전해질 용액에 잠겼을 경우에 전위차가 0.8V 정도라면, 문턱전압(Vth)은 0.5V 정도로 설정하면 안정적으로 감지가 가능하게 된다. In order to determine whether the immersion is in the above, the reference threshold voltage Vth of the stable comparator 40 should be determined by referring to the generation potential difference between the first and second electrodes 32 and 33. For example, when the potential difference is about 0.8V when the first and second electrodes 32 and 33, which are the sensor electrodes of the sensor unit 30, are immersed in the electrolyte solution, the threshold voltage Vth is set to about 0.5V. Can be detected.

다음에, 제어부(50)는 비교부(40)의 출력을 인터럽트단자(Int) 또는 입출력단자(GPIO)로 받아 구동하는 MCU(50)로 구성된다. Next, the controller 50 is composed of an MCU 50 that receives the output of the comparator 40 as an interrupt terminal Int or an input / output terminal GPIO and drives the same.

상기 제어부(50)는 센서전극 즉, 제1, 제2전극(32, 33)으로부터 침수 감지신호가 발생되었을 때, 즉시, 오류없이 침수여부를 감지하고 적절한 기능을 수행하기 위한 것이다. 좀 더 자세하게는, 상기 비교부(40)로 부터 침수 감지신호가 발생되었을 때, 제어부(50)의 처리방법은 침수여부의 판단 및 효율적인 감지방법을 위한 운용목적에 따라 다를 수 있는데, 인터럽트에 의한 감지방법과, 일정주기로 비교출력을 폴링(polling)하여 판단하는 폴링에 의한 감지 방법이 있다. When the immersion detection signal is generated from the sensor electrodes, that is, the first and second electrodes 32 and 33, the controller 50 immediately detects the immersion without error and performs an appropriate function. More specifically, when the immersion detection signal is generated from the comparison unit 40, the processing method of the controller 50 may vary depending on the purpose of operation for the determination of the immersion and efficient detection method, by the interrupt There is a sensing method and a sensing method by polling to determine by polling a comparison output at a predetermined period.

일반적으로, 인터럽트(interrupt)는 작동 중인 기기에 예기치 않은 문제가 발생한 경우 CPU(중앙처리장치:Central Processing Unit) 자체가 하드웨어적으로 상태를 체크하여 변화에 대응하는 것을 말한다. 인터럽트가 발생하면 그 순간 운영체계 내의 제어프로그램에 있는 인터럽트 처리 루틴(routine)이 작동하여 응급사태를 해결하고 인터럽트가 생기기 이전의 상태로 복귀시킨다. In general, an interrupt means that a CPU (Central Processing Unit) itself checks a state in hardware and responds to a change when an unexpected problem occurs in a running device. When an interrupt occurs, an interrupt handling routine in the control program within the operating system is activated to resolve the emergency and return to the state before the interrupt occurred.

일반적으로, 프로그래밍 방식에는 인터럽트 방식과 폴링(polling) 방식이 있는데 인터럽트 방식을 사용하면 두 가지 이상의 프로세서(processor:처리장치)를 동시에 수행할 수 있고, 이상(異常) 현상을 쉽게 파악할 수 있어 훨씬 효율적이다.Generally, there are interrupt methods and polling methods, which can be used to execute two or more processors at the same time, and to make it easier to identify abnormalities. to be.

상기와 같은 이유로 상기 인터럽트에 의한 방법을 사용하면, 침수발생 즉시 상태보고 및 해당조치를 빠르게 할 수 있으며, 저전력으로 운용하기에도 유리한 장점이 있다. Using the interrupt-based method for the same reason, it is possible to quickly report the status and the corresponding action immediately upon the inundation occurs, it is advantageous to operate at low power.

그리고, 폴링(polling) 방법의 경우는, 제어부(50)가 항상 일정한 간격으로 비교부 출력을 읽어보고 침수여부를 판단해야 하는 것으로, 최소 폴링 주기만큼 기다려야 침수여부를 알 수 있다. 이러한 경우에는 폴링 주기와 소모전류 2가지 요인의 타협점이 필요한데 폴링주기를 짧게 하여 비교출력을 자주 읽어 처리하게 되면 침수 여부는 빨리 알 수 있다. 그러나, 그만큼 제어부(50)가 전류를 많이 소모하게 되며, 폴링(polling) 주기만큼 기다려야 한다. In the polling method, the controller 50 always reads the output of the comparator at regular intervals and determines whether it is flooded. In such a case, a compromise between two factors, polling cycle and current consumption, is required. If the polling cycle is shortened and the comparison output is frequently read, the flooding can be quickly known. However, the controller 50 consumes a lot of current, and must wait for a polling period.

상기에서 침수 감지시 오류를 최소화하기 위하여 수회~수십회 정도 비교출력을 샘플링하여 평균을 취해 사용한다. 그리고, 제1, 제2전극(32, 33)이 침수발생 수위 경계치에서 왔다갔다하는 핑퐁(Ping-pong) 현상이 발생하게 되는데 이로 인해 MCU(50)에 부담을 주거나 폴링 처리시 감지결과가 흔들리는 현상이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해서 통상적인 슈미트 트리거(히스테리시스) 기법을 적용할 수 있다. In order to minimize the error in detecting the flooding, the comparative output is sampled several times to several ten times and averaged. In addition, a ping-pong phenomenon occurs in which the first and second electrodes 32 and 33 move back and forth from the immersion water level threshold, which causes a burden on the MCU 50 or a detection result during the polling process. Shaking may occur. To solve this problem, a conventional Schmitt trigger (hysteresis) technique can be applied.

상기와 같이 본 발명은 적용 장치의 기구 외부에 이온화 경향이 다른 두 가지 금속전극 즉, 제1, 제2전극(32, 33)을 부착하고, 기구 내부의 감지회로부에 연결하는 것이며, 이러한 구성을 갖는 제안방식은 전해질 용액에 이온화 경향이 다른 두 금속전극을 담그면 전극간에 일정 전압의 기전력이 발생되는 볼타전지의 원리를 적용하는 것으로, 발생된 기전력의 전위차를 검출하면 침수/수위를 알 수 있다. As described above, the present invention attaches two metal electrodes having different ionization tendencies, namely, first and second electrodes 32 and 33 to the outside of the apparatus of the application device, and connects them to the sensing circuit unit inside the apparatus. The proposed method is to apply the principle of voltaic battery in which electromotive force of a certain voltage is generated when two metal electrodes having different ionization tendency are immersed in the electrolyte solution. When the potential difference of the generated electromotive force is detected, the immersion / water level can be known.

그리고, 발생된 전위차를 감지하는 방법은 일정기준전압을 문턱전압으로 두고 비교부(40)에서 비교하여 기준전압이상일 경우 침수상태로 감지하는 방법을 사용한다. In addition, the method of detecting the generated potential difference uses a method of detecting a submerged state when the reference voltage is higher than the reference voltage by comparing the constant reference voltage with a threshold voltage.

이어, 상기 비교부(40)로 부터 침수 감지신호가 발생되었을 때, 제어부(50)의 침수감지를 위한 처리방법을 살펴보면 다음과 같다. Subsequently, when the immersion detection signal is generated from the comparator 40, the processing method for the immersion detection of the controller 50 is as follows.

먼저, 도 5에 도시한 바와 같이, 침수감지 기능을 위한 초기화 단계를 준비한다.(S51) 이때, 침수감지 기능을 초기화시킨다는 것은 상기 침수 감지 장치가 원활하게 구동하도록 그 시스템을 초기화한다는 것이다. First, as shown in Figure 5, prepare an initialization step for the immersion detection function (S51) At this time, to initialize the immersion detection function is to initialize the system so that the immersion detection device is running smoothly.

상기와 같이 초기화 단계를 준비한 후에는 침수여부의 판단 및 효율적인 감지방법을 위해 인터럽트(Interrupt) 방식에 의해 감지되는지 폴링(polling) 방식에 의해 감지되는지를 판별한다.(S52)After preparing the initialization step as described above, it is determined whether the detection by the interrupt (polling) method or the polling (polling) method for determining whether the flooding and efficient detection method (S52).

판별결과, 인터럽트(Interrupt) 방식이라고 판별되면, 침수감지 인터럽트 ISR(interrupt service routine)을 등록하고 인에이블 시킨다.(S53)As a result of the determination, if it is determined that the system is an interrupt system, the flood detection interrupt ISR (Interrupt Service Routine) is registered and enabled (S53).

이후에 리턴(return) 동작을 수행한다.(S54)Thereafter, a return operation is performed (S54).

ISR은 인터럽트 방식에서, 프로세서에 중대한 상황과 기타 사용자가 정의하는 상황을 번호로 매겨놓는 것으로, 인터럽트 방식으로 구동할 일이 발생하면 현재의 작업을 중단하고 우선 처리하기 위한 것이다. In interrupt mode, ISRs are numbered for critical and other user-defined situations in the processor. When an interrupt occurs, it interrupts the current task and takes precedence.

상기 침수감지 ISR의 흐름도를 부연하면, 먼저, 침수감지장치의 센서부(30)의 침수감지 신호를 리드(read)하여 이동평균 개수만큼 상기 비교부의 출력값을 샘플링한다.(S56)If the flow chart of the immersion detection ISR is further described, first, the immersion detection signal of the sensor unit 30 of the immersion detection device is read, and the output value of the comparison unit is sampled by the number of moving averages (S56).

이후에, 이동평균 개수의 샘플링된 값의 평균을 계산한다.(S57)Thereafter, the average of the sampled values of the number of moving averages is calculated (S57).

다음에, 침수발생이 감지되었는지 판별한다.(S58)Next, it is determined whether or not flooding is detected. (S58)

판별결과, 침수가 발생되었다고 판별되면, 침수가 감지되었다고 알리고(S59), 인터럽트 발생 이전 단계로 되돌아간다.(S60) As a result of the determination, if it is determined that the immersion has occurred, it is notified that the immersion has been detected (S59), and the process returns to the step before the interrupt generation (S60).

또한, 상기 판별결과 침수가 발생되지 않았다고 판별되면, 곧바로 인터럽트 방식으로 되돌아 가는 동작을 진행한다.(S60) If it is determined that the immersion has not occurred, the operation immediately returns to the interrupt method. (S60)

그리고, 상기 인터럽트 방식인지 폴링 방식인지의 판별결과 폴링(polling) 방식이라고 판별되면, 폴링 인에이블(polling enable) 및 폴링(polling) 주기와 평균 개수를 세팅한다.(S61)If it is determined that the polling method is the polling method or the polling method, the polling enable and polling periods and the average number are set (S61).

이후에, 침수감지장치의 상기 센서부(30)의 침수감지 신호를 리드(read)한다.(S62)Thereafter, the immersion detection signal of the sensor unit 30 of the immersion detection device is read (S62).

다음에, 리드된 센서부(30)의 침수감지 신호가 평균 누적 개수인지를 판별한다.(S63)Next, it is determined whether or not the number of submerged detection signals of the read sensor unit 30 is an average cumulative number (S63).

판별결과 평균 누적 개수이면 센서부(30)의 샘플링 누적치의 평균을 계산한다.(S64) 그리고, 판별결과 평균 누적 개수가 아니라고 판별되면 침수감지장치의 상기 센서부(30)를 리드하는 동작으로 재진입한다. If the determination result is an average cumulative number, the average of the cumulative sampling values of the sensor unit 30 is calculated (S64). If the determination result is not the average cumulative number, the determination result is re-entry into the operation of reading the sensor unit 30 of the immersion sensing device. do.

그리고, 센서부(30)의 샘플링 누적치의 평균을 계산한 다음에는, 침수가 발생했는지를 판별한다.(S65)Then, after calculating the average of the cumulative sampling values of the sensor unit 30, it is determined whether or not immersion has occurred. (S65)

이후에 침수가 발생했는지 판별하여 침수가 발생되었다고 판별되면, 침수감지 알림 신호를 출력한다.(S66) 그리고, 침수가 발생되지 않았다고 판별되면, 침수감지장치의 상기 센서부(30)를 리드하는 동작으로 재진입한다. Subsequently, if it is determined that immersion has occurred and it is determined that immersion has occurred, an immersion detection notification signal is output. (S66) If it is determined that immersion has not occurred, the sensor unit 30 of the immersion detection apparatus is read. Re-enter

상기와 같이 센서부(30)의 제1, 제2전극(32, 33)이 침수 수위 경계치 근처에 있을 때 완전침수가 되기전까지는 침수 상태가 왔다갔다 흔들리는 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 현상을 필터링하기 위해 일정시간 간격으로 수회정도 누적하고 평균을 취하여 안정적인 침수정보를 얻는다. As described above, when the first and second electrodes 32 and 33 of the sensor unit 30 are near the immersion water level threshold, the immersion state may swing back and forth until complete immersion. To filter, we accumulate several times at regular time intervals and average them to obtain stable flood information.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아니다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 예에 의해서가 아니라 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Accordingly, the scope of the invention should be defined by the claims rather than by the examples described.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
30 : 센서부 31 : 물(전해질용액)
32 : 제1전극 33 : 제2전극
40 : 비교부 41 : 저전력 연산앰프
42 : 기준 문턱전압(Vth) 설정부 50 : 제어부
* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
30: sensor unit 31: water (electrolyte solution)
32: first electrode 33: second electrode
40: comparator 41: low power operational amplifier
42: reference threshold voltage (Vth) setting unit 50: control unit

Claims (9)

볼타전지의 원리를 적용하도록 제품기구물 내에 서로 다른 이온화 경향을 갖고 이격되어 배치된 제1, 제2전극으로 구성된 센서부와;
전원전압단(VCC)과 접지전압단(VSS) 사이에 제1저항과 가변저항과 제2저항을 직렬 연결하여 구성되고, 상기 접지전압단에는 상기 제2전극이 연결되어 있는 기준 문턱전압(Vth) 설정부와, 상기 제1, 제2전극의 전압차가 문턱전압(Vth) 이상일 경우, 침수감지 신호를 출력하는 저전력 연산앰프로 구성된 비교부; 및
상기 비교부의 출력을 인터럽트단자(Int) 또는 입출력단자(GPIO)로 받아서 침수감지를 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 침수 감지 장치.
A sensor unit comprising first and second electrodes spaced apart from each other and having different ionization tendencies in the product appliance to apply the principle of a voltaic battery;
The first resistor, the variable resistor and the second resistor are connected in series between the power supply voltage terminal VCC and the ground voltage terminal VSS, and the reference threshold voltage Vth to which the second electrode is connected is connected to the ground voltage terminal. A comparison unit including a setting unit and a low power operational amplifier for outputting a submersion detection signal when the voltage difference between the first and second electrodes is equal to or greater than a threshold voltage Vth; And
And a control unit configured to control the flooding detection by receiving the output of the comparing unit as an interrupt terminal (Int) or an input / output terminal (GPIO).
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2전극 중, 이온화 경향이 큰 금속은 (-)극으로 작은 금속은 (+)극으로 사용하는 것을 특징으로 하는 침수 감지 장치.
The method of claim 1,
In the first and second electrodes, a metal having a high ionization tendency is a negative electrode and a small metal is used as a positive electrode.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2전극은 K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, Hg, Ag, Pt, Au 중 이온화 경향이 다른 금속으로 구성하는 것을 특징으로 하는 침수 감지 장치.
The method of claim 1,
The first and second electrodes are made of a metal having a different ionization tendency among K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, Hg, Ag, Pt and Au. Immersion detection device.
제1항에 있어서,
상기 저전력 연산앰프의 제1입력단자(IN+)는 상기 제1전극과 연결되고, 제2입력단자(IN-)는 상기 기준 문턱전압(Vth) 설정부와 연결되는 것을 특징으로 하는 침수 감지 장치.
The method of claim 1,
And a first input terminal (IN +) of the low power operational amplifier is connected to the first electrode, and a second input terminal (IN-) is connected to the reference threshold voltage (Vth) setting unit.
삭제delete 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 제시된 침수 감지 장치를 이용하여 침수 감지를 하는 방법에 있어서,
상기 침수 감지 기능을 초기화하는 단계;
침수여부의 판단 및 효율적인 감지방법을 위해 인터럽트(Interrupt) 방식에 의해 감지할지 폴링(polling) 방식에 의해 감지할지를 판별하는 단계;
상기 판별결과 상기 인터럽트(Interrupt) 방식이라고 판별되면, 침수감지 인터럽트 ISR(interrupt service routine)을 등록하고 인에이블 시킨 후 리턴하는 단계; 및
상기 판별결과 상기 폴링(polling) 방식이라고 판별되면, 폴링 인에이블(polling enable) 및 폴링(polling) 주기와 평균 개수를 세팅한 후, 상기 침수 감지 장치의 센서부를 리드(read)하고, 평균누적 개수인지 판별하고, 센서 샘플링 누적치의 평균을 계산하고, 침수 발생인지 판별한 후, 침수 발생이라고 판별되면 침수감지를 알리고 다시 상기 센서부를 리드하는 동작을 순차적으로 반복 진행하는 것을 특징으로 하는 침수 감지 장치를 이용한 침수 감지 방법.
In the method of detecting the immersion using the immersion detection device according to any one of claims 1 to 4,
Initializing the flood detection function;
Determining whether to detect by an interrupt method or a polling method in order to determine whether the water is flooded and an efficient detection method;
If it is determined that the interrupt method is the interrupt method, registering, enabling, and returning a flood detection interrupt interrupt service routine (ISR); And
If it is determined that the polling method is the polling method, after setting a polling enable and polling period and an average number, the sensor unit of the immersion sensing device is read and an average accumulation number is set. And determining the average of the sensor sampling cumulative values, determining whether or not the inundation occurs, and if it is determined that the inundation has occurred, informing the inundation detection and repeatedly leading the sensor unit. Immersion detection method using.
제6항에 있어서,
상기 침수감지 인터럽트 ISR은 침수감지를 위한 상기 센서부의 침수감지 신호를 리드(read)하여 이동평균 개수만큼 상기 비교부의 출력값을 샘플링하는 단계;
이동평균 개수의 상기 샘플링된 값의 평균을 계산하는 단계;
침수발생이 감지되었는지 판별하는 단계;
상기 침수가 발생되었다고 판별되면, 침수가 감지되었다고 알린 후, 인터럽트 방식으로 되돌아가는 단계; 및
상기 판별결과 침수가 발생되지 않았다고 판별되면, 상기 인터럽트 방식으로 되돌아 가는 동작을 진행하는 것을 특징으로 하는 침수 감지 장치를 이용한 침수 감지 방법.
The method of claim 6,
The immersion detection interrupt ISR reads the immersion detection signal of the sensor unit for immersion detection and sampling the output value of the comparator by the number of moving averages;
Calculating an average of the sampled values of the moving average number;
Determining whether an immersion is detected;
If it is determined that the immersion has occurred, returning to the interrupt method after notifying that the immersion has been detected; And
And if it is determined that the immersion has not occurred, the immersion detection method using the immersion detection apparatus, characterized in that to return to the interrupt method.
제6항에 있어서,
상기 폴링 방식에서 상기 리드된 센서부의 침수감지 신호가 평균 누적 개수인지를 판별하여, 평균 누적 개수가 아니라고 판별되면 상기 침수감지장치의 상기 센서부를 리드하는 동작으로 재진입하는 것을 특징으로 하는 침수 감지 장치를 이용한 침수 감지 방법.
The method of claim 6,
In the polling method, the immersion detection signal of the sensor part is determined as the average cumulative number, and if it is determined that it is not the average cumulative number, the immersion sensing device, characterized in that the re-entry operation to lead the sensor unit of the immersion sensing device. Immersion detection method using.
제6항에 있어서,
상기 침수가 발생했는지를 판별하여, 침수가 발생되지 않았다고 판별되면, 상기 침수감지장치의 상기 센서부를 리드하는 동작으로 재진입하는 것을 특징으로 하는 침수 감지 장치를 이용한 침수 감지 방법.
The method of claim 6,
Determining whether the immersion has occurred, and if it is determined that the immersion has not occurred, the immersion detection method using the immersion detection apparatus, characterized in that the re-entry in the operation of leading the sensor unit of the immersion sensing device.
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