KR101162067B1 - Pipe of underground manegement system using low-mai near field communication - Google Patents
Pipe of underground manegement system using low-mai near field communication Download PDFInfo
- Publication number
- KR101162067B1 KR101162067B1 KR1020110140164A KR20110140164A KR101162067B1 KR 101162067 B1 KR101162067 B1 KR 101162067B1 KR 1020110140164 A KR1020110140164 A KR 1020110140164A KR 20110140164 A KR20110140164 A KR 20110140164A KR 101162067 B1 KR101162067 B1 KR 101162067B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- water pipe
- unit
- mwcc
- magnetic field
- sensing
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 114
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 280
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 22
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 108010003272 Hyaluronate lyase Proteins 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
- H04B5/48—Transceivers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04Q—SELECTING
- H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W84/00—Network topologies
- H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04Q—SELECTING
- H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
- H04Q2209/50—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a mobile data collecting device, e.g. walk by or drive by
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 지중(地中)에 설치된 상하수관의 상태를 지상에서 모니터링할 수 있는 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an underground water pipe management device using low-interference magnetic field communication that can monitor the condition of water and sewage pipes installed in the ground.
무선통신기술에 대한 사회적인 수요가 늘어나고 통신기술이 점차 발전해가면서 휴대폰, 위성통신, 무선 LAN 등의 다양한 적용분야에 통신기술이 다양하게 적용되고 있으며, 특히 최근 기계, 전자, 통신 분야의 기술을 적용한 기반 시설물의 지능형 관리시스템의 연구가 진행되고 있다. As social demand for wireless communication technology increases and communication technology gradually develops, communication technology is applied to various applications such as mobile phones, satellite communication, wireless LAN, and so on. Research on intelligent management system of facilities is underway.
그러나 아직 지중(地中) 시설물에 대한 무선 센서 네트워크 시스템의 적용은 제한적인데, 이는 대부분의 무선 데이터 전송 기술에서 사용하는 전자기파는 지중 내 전파시 심각한 감쇄(attenuation) 현상이 발생하기 때문이다. However, the application of the wireless sensor network system to the underground facilities is still limited, because the electromagnetic waves used in most wireless data transmission technologies cause severe attenuation when propagating in the ground.
실제로 국외에서 무선 센서 네트워크 기반 관리 시스템을 지중 시설물에 설치하는 연구를 진행하고 있으나 아직은 이를 대기 중 무선 통신이 가능한 상하수도 관거 및 지하철 터널 일부 구간에만 적용하고 있는 실정이다. In fact, the study is being conducted to install a wireless sensor network based management system in underground facilities outside the country, but it is still applied to only a few sections of water and sewage conduits and subway tunnels where wireless communication is possible.
현재 이용되고 있는 무선통신 방식 중 ZigBee 무선통신 방식은 2.4GHz의 중심주파수 대역에서 250kbps의 전송속도를 제공하고, CSS/IR-UWB 무선통신방식은 2.4GHz의 중심주파수 대역에서 1Mbps의 전송속도를 제공하나, 이는 지중이나 수중에서 안정적인 무선통신 서비스를 제공하고 있지 않다. Among the wireless communication methods currently used, ZigBee wireless communication method provides 250kbps transmission speed in 2.4GHz center frequency band and CSS / IR-UWB wireless communication method provides 1Mbps transmission speed in 2.4GHz center frequency band. However, it does not provide stable wireless communication services in the ground or underwater.
또 다른 방법으로 고려해 볼 수 있는 것이 음파를 이용한 수중통신인 UWASNdlsep가 있는데, 이는 10-55kHz의 중심주파수에서 100bps 이하의 전송속도를 제공하므로 이러한 낮은 전송속도로는 실생활에 사용되는 데이터 전송량이 적어 상용화하기에는 무리가 있었다. Another method that can be considered is UWASNdlsep, which is an underwater communication using sound waves, which provides a transmission rate of less than 100bps at the center frequency of 10-55kHz, so it is commercialized due to the low amount of data used in real life at such a low transmission rate. There was a lot to do.
그리고, 사람들의 활동 및 가시영역 밖에 있는 지하의 상하수도관 설비들에 기존의 통신방식을 적용하기에는 전송속도, 통신장애로 인해 관리가 현실적으로 미흡하다.In addition, in order to apply the existing communication method to the underground water and sewage pipe facilities outside the people's activities and the visible area, management is insufficient due to transmission speed and communication failure.
즉, 상하수도관을 예를 들어보면 물이 목적지까지 도착되기 전에 땅속으로 새어나가는 양이 시점을 기준으로 약 50%가 넘는다고 한다. In other words, water and sewage pipes take, for example, about 50% of water leaks into the ground before it reaches its destination.
그러나 정확히 어디에서 물이 새는지에 대한 여부를 판가름하기가 쉽지 않아, 5년~10년 주기별로 지하공사를 통해 직접 누수여부를 체크하는 수동적인 방법밖에 없었다.However, it was not easy to determine exactly where the water leaked from, and there was only a manual way to check for leaks through underground construction every five to ten years.
그리고, 기존의 통신기술들은 데이터를 전자기파에 실어서 보내지만 전자기파는 수분에 의한 신호세기의 감쇠, 토양 속의 다양한 입자들에 의해 겪게 되는 다중 경로에 의한 감쇠 등의 이유로 안정적인 통신 서비스를 제공하지 못하는 문제점이 있다.In addition, existing communication technologies transmit data on electromagnetic waves, but electromagnetic waves cannot provide stable communication services due to attenuation of signal strength due to moisture and multipath attenuation caused by various particles in soil. There is this.
따라서, 지하의 상하수도관과 안정적으로 통신하면서 누수여부 및 이상여부를 체크할 수 있는 통신방식과 이에 따른 관리장치개발이 시급한 실정이다.
Therefore, there is an urgent need to develop a communication method and a management device that can check for leaks and abnormalities while stably communicating with underground water and sewage pipes.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 데이터를 지중에 매립된 수도관까지 신호의 방해를 받지 않는 자기장을 통해 안정적인 통신 서비스를 제공할 수 있고, 저전력 소비를 우선적으로 고려하여 물리계층 및 매체접근 계층 등의 시스템을 구축할 수 있으며, 여러 수도관 센싱용 MWSN부의 다중접속을 위하여 M-ary SS(spread spectrum) 방식에 의해 복수개의 확산코드를 할당받아 운용할 수 있고, 특히 자기장통신을 통하여 전송되는 데이터는 CDM(code division multiplexiong) 방식을 적용하여 간섭과 전송속도 및 전송량의 면에서 효율적이도록 구현할 수 있으며, 특히 간섭문제(MAI : Multiple Access Interference)를 해결하기 위하여 ZCD(zero correlation duration) 코드를 응용하여 적용시킬 수 있는 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
In order to solve the above problems, the present invention can provide a stable communication service through a magnetic field that does not interfere with the signal to the water pipe embedded in the ground, and the physical layer and the media access layer in consideration of low power consumption System can be constructed, and multiple spread codes can be allocated and operated by M-ary SS (spread spectrum) method for multiple access of MWSN units for water pipe sensing. Especially, data transmitted through magnetic field communication By applying CDM (code division multiplexiong) method, it can be implemented to be effective in terms of interference, transmission speed and transmission rate, and especially apply ZCD (zero correlation duration) code to solve the multiple access interference (MAI). To provide underground water pipe management device using low interference magnetic field communication All.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치는Underground water pipe management device using a low interference magnetic field communication according to the present invention to achieve the above object
지중(地中)에 매립된 수도관을 관리하는 지중 수도관 관리 장치에 있어서,In the underground water pipe management device for managing a water pipe embedded in the ground,
상기 지중 수도관 관리 장치는 지상의 차량 및 구조물 일측에 위치되어, 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크에서 통신 영역 안에 있는 수도관 센싱용 MWSN(Magnetic Wave Seonsor Node : MWSN)부와 접속되어 네트워크 토폴로지(topology) 망을 형성시킨 후, 수도관 센싱용 MWSN부로 수도관 상태를 체크하라는 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호를 보내고, 이에 따른 응답신호를 받아 수도관 모니터용 스마트폰으로 전송시키는 수도관 제어용 MWCC부(Magnetic Wave Communication Coordinator:MWCC)(100)와,The underground water pipe management device is located at one side of the vehicle and the structure on the ground, and is connected to a magnetic wave sensor node (MWSN) unit for sensing water pipes within a communication area in a magnetic field communication low frequency band wireless network to establish a network topology network. After forming, the water pipe check request signal and the water pipe blocking command signal to check the water pipe status to the water pipe sensing MWSN unit, and receives the response signal according to the water pipe control MWCC unit (Magnetic Wave Communication Coordinator: MWCC) 100,
수도관 내부 및 외부 일측에 복수개로 설치되어, 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도를 측정하여 센싱한 후, 수도관 제어용 MWCC부의 센싱요청신호에 따라 응답신호로서, 수도관 센싱신호를 수도관 제어용 MWCC부로 전송시키고, 수도관 관리용 MWCC부로부터 수도관차단명령신호를 수신받아, 수도관의 밸브를 자동으로 차단시키는 수도관 센싱용 MWSN(Magnetic Wave Seonsor Node : MWSN)부(200)와,A plurality of water pipes are installed inside and outside one side of the water pipe to measure the pressure, water level, temperature, and concentration of substances dissolved in the water, and then detect and measure the water pipe sensing signal as a response signal according to the sensing request signal of the water pipe control MWCC unit. MWSN (MWSN)
수도관 제어용 MWCC부(Magnetic Wave Communication Coordinator:MWCC)와 무선인터넷망으로 연결되어, 수도관 제어용 MWCC부로부터 전송된 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도에 관한 수도관 센싱신호를 수신받아 수도관의 누수여부 또는 오염여부를 모니터링한 후, 수도관의 누수량 또는 오염량이 설정된 한계값을 초과하는 경우에 상기 수도관 제어용 MWCC부로 수도관을 차단시키라는 수도관차단명령신호를 전송시키는 수도관 모니터용 스마트폰(300)로 이루어짐으로서 달성된다.
It is connected to MWCC part for water pipe control (MWCC) and wireless internet network, and receives water pipe sensing signal about pressure, water level, temperature, and concentration of substance dissolved in water from MWCC part for water pipe control. After monitoring the leak or contamination of the water pipe, the water pipe monitor smart phone for transmitting a water pipe block command signal to shut off the water pipe to the water pipe control MWCC unit when the amount of water leak or contamination exceeds the set limit value (300 Is achieved by
이상에서 설명드린 바와 같이, 본 발명에서는 자기장통신에 의하여 기존의 자기장통신의 장점을 그대로 유지하면서도 다양한 전송방식을 적용시켜 전송량을 향상시킬 수 있고, 지중에 매립된 수도관의 상태정보를 지상에서 원활하게 수신할 수 있으며, 지중의 수도관 일측에 설치되어 전력공급이 어렵거나 건전지의 교환이 용이하지 않은 환경에서 전력이 절감되므로 장기간 유지보수 없이 이용할 수 있는 좋은 효과가 있다.
As described above, the present invention can improve the transmission amount by applying various transmission methods while maintaining the advantages of the existing magnetic field communication by the magnetic field communication, and smoothly the ground state information of the water pipes buried in the ground It can be received and installed on one side of the underground water pipe, the power is reduced in an environment in which power supply is difficult or battery replacement is not easy, so there is a good effect that can be used without long-term maintenance.
도 1은 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치 중 수도관 제어용 MWCC부(100)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치 중 수도관 센싱용 MWSN부(200)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치 중 수도관 모니터용 스마트폰(300)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치에 적용되는 M-ary SS 방식의 송수신 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치에 적용되는 CDM 방식의 원리를 도시한 일실시예도,
도 7은 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치에 적용되는 ZCD 코드의 특성을 표현한 일실시예도,
도 8은 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치에 적용되는 ZCD 코드를 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치의 동작과정을 도시한 일실시예도.1 is a block diagram showing the components of the underground water
Figure 2 is a block diagram showing the components of the water pipe
3 is a block diagram showing the components of the water pipe sensing
Figure 4 is a block diagram showing the components of the water
5 is a configuration diagram of the transmission and reception of the M-ary SS method applied to the underground water pipe management device using a low interference magnetic field communication according to the present invention,
Figure 6 is an embodiment showing the principle of the CDM method applied to the underground water pipe management device using a low interference magnetic field communication according to the present invention,
7 is a diagram illustrating the characteristics of the ZCD code applied to the underground water pipe management device using the low interference magnetic field communication according to the present invention;
8 is a diagram illustrating a ZCD code applied to an underground water pipe management device using low interference magnetic field communication according to the present invention;
Figure 9 is an embodiment showing the operation of the underground water pipe management device using the low interference magnetic field communication according to the present invention.
먼저, 본 발명에 따른 자기장통신에 관해 설명한다.First, magnetic field communication according to the present invention will be described.
상기 자기장통신은 자기장 영역을 이용한 무선 통신 시스템으로 금속, 수중, 지중, 건물 붕괴 장해 등 극한 환경에서 무선 통신을 가능하게 하는 기술을 말한다.
The magnetic field communication is a wireless communication system using a magnetic field region refers to a technology that enables wireless communication in extreme environments such as metal, underwater, underground, building collapse obstacles.
자기장 영역이란 전자계가 안테나로부터 분리된 후 전자파가 되어 공간으로 전파되기 전까지의 거리를 말하며 안테나에서부터 λ(파장)/2π까지의 영역을 일컫는다. The magnetic field region refers to the distance from the antenna to the electromagnetic wave after it is separated from the antenna and propagates into the space, and refers to the region from the antenna to λ (wavelength) / 2π.
이 영역에서는 자기장의 세기가 전기장의 세기에 비해 상대적으로 아주 강하기에 전기장의 세기는 무시할 수 있으며 이 영역은 자기장의 특성을 강하게 갖는다. In this region, the strength of the magnetic field is relatively strong compared to that of the electric field, so the strength of the electric field can be neglected, and this region has strong magnetic field characteristics.
상기 자기장통신은 저주파(100KHz~수백Hz)를 이용해 물, 흙, 금속 등의 극한 환경에서도 무선통신이 가능한 특성을 가진다.The magnetic field communication has a characteristic that wireless communication is possible in extreme environments such as water, soil, and metal by using a low frequency (100 KHz to several hundred Hz).
즉, 전기장과 자기장의 물에서의 특성을 살펴보면, 전기장과 관련된 물의 유전율은 약 80 정도로써 공기의 80배 가량이 되고 자기장과 관련된 물의 투자율은 약 1로써 공기와 거의 유사한 값을 갖는다. In other words, the electric and magnetic fields in water have a dielectric constant of about 80, which is about 80 times that of air, and the magnetic permeability of water, which is about 1, is almost similar to that of air.
따라서 물 주변의 환경에서의 전기장은 공기 중의 전기장에 비해 80배 정도 신호의 감쇠가 크게 생기는데 반해서 자기장은 물 주변이나 공기 중이나 신호의 감쇠 차이가 거의 없다. Therefore, the electric field in the environment around the water generates 80 times greater signal attenuation than the electric field in the air, whereas the magnetic field has little difference in the attenuation of the signal around the water or in the air.
전기장과 자기장의 금속에서의 특성을 살펴보자면, 전자기파를 이용한 통신 시스템은 무선 주파수 자원의 부족으로 수 GHz대역을 사용하고 있는데 반해서 자기장통신 시스템은 수백 KHz의 저주파 대역을 사용하고 있다. As for the characteristics of the electric and magnetic fields of metals, the communication system using electromagnetic waves uses several GHz bands due to lack of radio frequency resources, while the magnetic field communication system uses low frequency bands of several hundred KHz.
이는 자기장통신 시스템의 신호가 기존의 통신 시스템의 신호에 비해 1,000배 가량 더 깊숙이 금속을 통과할 수 있다는 점을 보여준다. 그러나 전기장과는 달리 자기장은 금속표면에 Eddy current라는 전류를 야기시키는데 이는 유도한 자기장에 반하는 동작을 해 신호의 자기선 속을 차단한다.This shows that signals from magnetic field communication systems can pass through metals 1,000 times deeper than signals from conventional communication systems. Unlike electric fields, however, magnetic fields cause a current called Eddy current on the metal surface, which acts against the induced magnetic field, blocking the magnetic flux of the signal.
즉, 자기장을 이용한 통신의 경우 스킨 데쓰(skin depth) 외에 에디 커런트(eddy current)에 의한 방해를 받지만 자기장의 특성상 금속에 약간의 틈이라도 있게 되면 금속 건너편으로 자기에너지를 전달할 수 있는 특성을 가진다.That is, in the case of communication using a magnetic field, it is interrupted by eddy current in addition to skin depth, but has a characteristic of transferring magnetic energy across the metal when there is a slight gap in the metal due to the characteristics of the magnetic field.
이러한 자기장통신을 특성을 이용해서, 본 발명에서는 유량계, 유속계 등 지중관로 내의 유체의 흐름 및 기타 물리량을 측정하여 그 정보를 사용자에게 전달하는 자기장 통신 기반 지중시설물 관리 서비스를 제공할 수가 있다.
By utilizing such magnetic field communication, the present invention can provide a magnetic field communication-based underground facility management service that measures the flow of fluid in the underground pipeline, such as a flow meter and a flow meter, and other physical quantities, and transmits the information to the user.
또한, 본 발명에서 설명되는 수도관은 상수도관, 하수도관을 비롯하여 지중에 매립되거나 될 수 있는 모든 종류의 수도관을 포함한다.In addition, the water pipes described in the present invention include all kinds of water pipes that may be buried or underground, including water pipes and sewer pipes.
상기 수도관은 도전성 금속관에 외부에 부식을 방지하기 위한 재질이 코팅된 다.The water pipe is coated with a material for preventing corrosion on the outside of the conductive metal pipe.
여기서, 상기 수도관은 PLP(Polyethylene-coated Line Pipe)를 예로 들 수 있다. 그리고, 상기 수도관은 수도관과 동축을 이루면서 연통된 절연체가 소정 길이 단위(대략 300m~1km)로 개재되어 이 절연체에 의하여 인접 수도관과 전기적으로 절연된다. 이와 같이 절연체가 개재되어 전기적으로 구획된 상태로 수도관은 지중에 매설되어 예를 들면 물과 같은 유체를 전달한다.Here, the water pipe may be a polyethylene-coated line pipe (PLP). The water pipe is electrically insulated from the adjacent water pipe by an insulator connected in coaxiality with the water pipe in a predetermined length unit (about 300 m to 1 km). As such, the water pipe is buried in the ground with the insulation interposed therebetween to deliver a fluid such as water.
여기서, 수도관에서 소정 길이 단위로 절연체가 개재되는 이유는, 수도관의 부식을 촉진하는 부식전류가 수도관을 따라서 흐르고 또한 수도관의 방식을 위하여 방식전류가 수도관을 따라서 흐르게 되는데, 이러한 수도관의 부식 신호의 측정구획 단위별로절연체가 개재되어 이웃하는 방식 신호의 측정구획 사이에서 상호 신호간섭을 배제하기 위한 것이다.
Here, the reason why the insulator is interposed in the water pipe in a predetermined length unit is that a corrosion current for promoting corrosion of the water pipe flows along the water pipe, and an anticorrosive current flows along the water pipe for the way of the water pipe. The insulator is interposed in each partition unit to exclude mutual signal interference between measurement sections of neighboring signals.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 수도관 제어용 MWCC부(Magnetic Wave Communication Coordinator:MWCC)(100), 수도관 센싱용 MWSN(Magnetic Wave Seonsor Node : MWSN)부(200), 수도관 모니터용 스마트폰(300)으로 구성된다.
1 is a block diagram showing the components of the underground water pipe management device (1) using low interference magnetic field communication according to the present invention, which is a water pipe control MWCC (Magnetic Wave Communication Coordinator: MWCC) (100), water pipe MWSN (MWSN)
먼저, 본 발명에 따른 수도관 제어용 MWCC부(Magnetic Wave Communication Coordinator:MWCC)(100)에 관해 설명한다.First, the MWCC unit (Magnetic Wave Communication Coordinator (MWCC)) 100 for water pipe control according to the present invention will be described.
상기 수도관 제어용 MWCC부(Magnetic Wave Communication Coordinator:MWCC)(100)은 지상의 차량 및 구조물 일측에 위치되어, 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크에서 통신 영역 안에 있는 수도관 센싱용 MWSN(Magnetic Wave Seonsor Node : MWSN)부와 접속되어 네트워크 토폴로지(topology) 망을 형성시킨 후, 수도관 센싱용 MWSN부로 수도관 상태를 체크하라는 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호를 보내고, 이에 따른 응답신호를 받아 수도관 모니터용 스마트폰으로 전송시키는 역할을 한다.The MWCC (Magnetic Wave Communication Coordinator (MWCC)) 100 for controlling water pipes is located on one side of a vehicle and structure on the ground, and a magnetic wave communication MWSN (MWSN) for sensing water pipes in a communication area in a magnetic field communication low frequency band wireless network. After connecting to the network to form a network topology (topology) network, water pipe check request signal and water pipe blocking command signal to check the water pipe status to the water pipe sensing MWSN unit, and receives the response signal according to the transmission to the smartphone for water pipe monitor It plays a role.
이는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 몸체(110), 마이크로컨트롤유닛(MCU)(120), 자기장통신용 디지털모듈(130), 자기장통신용 아날로그모듈(140), 위치인식모듈(150), 자기통신용 루프안테나(160)로 구성된다.
1 and 2, the
첫째, 본 발명에 따른 몸체(110)에 관해 설명한다.First, the
상기 몸체(110)는 사각 박스형상으로 이루어져, 외압으로부터 각 기기를 보호하는 역할을 한다.The
이는 사각박스형상 이외에도, 삼각, 오각, 별형, 원형으로 형성된다.In addition to the rectangular box shape, it is formed into a triangular, pentagonal, star, and circular shape.
재질은 알루미늄 합금재질로 이루어진다.
The material is made of aluminum alloy.
둘째, 본 발명에 따른 마이크로컨트롤유닛(MCU)(120)에 관해 설명한다.Second, the microcontrol unit (MCU) 120 according to the present invention will be described.
상기 마이크로컨트롤유닛(MCU)(120)은 몸체 내부에 위치되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 위치인식모듈을 통해 수도관 센싱용 MWSN부의 위치를 체크한 후, 위치가 체크된 수도관 센싱용 MWSN부로 자기장 통신을 위한 데이터링크 계층 프로토콜을 수행해서 수도관 센싱용 MWSN부로 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호를 출력시키도록 제어하는 역할을 한다.The micro control unit (MCU) 120 is located inside the body, while controlling the overall operation of each device, after checking the position of the water pipe sensing MWSN through the position recognition module, the water pipe sensing MWSN is checked the position By performing the data link layer protocol for the magnetic field communication to the MWSN unit for water pipe sensing serves to control to output the water pipe check request signal and the water pipe blocking command signal.
본 발명에 따른 마이크로컨트롤유닛(MCU)(120)은 기존의 자기장통신의 단점인 적은 전송량 및 간섭문제를 개선하기 위하여 데이터의 변복조방식 및 전송방식으로서, M-ary SS 방식, CDM 방식을 적용시킨다.
The microcontrol unit (MCU) 120 according to the present invention applies the M-ary SS method and the CDM method as a modulation / demodulation method and a transmission method of data in order to improve a small transmission amount and an interference problem, which are disadvantages of the existing magnetic field communication. .
상기 M-ary SS(spread sepctrum) 방식은 직교확산코드시퀀스들의 집합과 함께 변조되어지는 시스템으로서, M=2m 을 갖는 확산 시퀀스들의 특정한 시퀀스로서, 사용자가 복수 개의 확산코드를 할당받아 운용하는 방식이다. 도 5는 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치에 적용되는 M-ary SS 방식의 송수신 구성도인데 이를 참고하면 전송을 위한 변복조 방식을 확인할 수 있다. The M-ary spread sepctrum (SS) scheme is a system that is modulated with a set of orthogonal spreading code sequences, and is a particular sequence of spreading sequences having M = 2 m, and a user is assigned and operated with a plurality of spreading codes. . 5 is a transmission and reception configuration diagram of an M-ary SS method applied to an underground water pipe management device using low interference magnetic field communication according to the present invention.
즉, 전송하고자 하는 정보비트를 수 비트단위로 구분한 후 정보 비트값의 경우의 수와 일치하는 코드 수를 갖는 확산코드를 준비한 후 정보비트의 패턴에 응해서 복수개의 부호수열 중 매칭되는 코드 한 개를 송신하는 방식이다. 이 방식은 직접확산방식(DS-SS) 방식에 비해 데이터 전송속도가 향상되는데, 비트단위가 아닌 심벌단위로 전송되고, 수신단에서 직교확산코드를 가지는 시퀀스를 한번에 상호관계로 취해주므로 고속의 데이터전송이 가능하면서 오류확률에 대한 신뢰성도 보장된다. That is, after dividing the information bits to be transmitted in units of a few bits, preparing a spreading code having a code number that matches the number of information bit values, and then matching one code among a plurality of code sequences according to the information bit pattern. It is a way to transmit. This method improves the data transmission speed compared to the direct spread method (DS-SS), which is transmitted in symbol units instead of bit units, and the receiver takes a sequence having an orthogonal spreading code at a time and thus provides high-speed data transmission. This is possible and the reliability of the error probability is also guaranteed.
그리고, 상기 확산코드는 ZCD(zero correlation duration)확산코드의 이용하여 구성된다.The spreading code is constructed using a zero correlation duration (ZCD) spreading code.
즉, 기존에 사용하던 확산코드로서 하다마드-왈쉬(hadamard-warsh)코드 또는 OVSF(orthogonal variable spreading factor)코드 등은 직교특성이 오로지 코드간의 동기가 확립된 시점에서만 유지된다는 한계점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 2진의 ZCD 확산코드를 이용하는 저간섭 자기장통신을 구현한다.
In other words, the Hadamard-warsh code or the orthogonal variable spreading factor (OVSF) code, which is a conventional spreading code, is used to overcome the limitation that orthogonality is maintained only when the synchronization between the codes is established. The invention implements low interference magnetic field communication using binary ZCD spreading codes.
상기 ZCD 확산코드는 확산코드의 주기가 N인 경우 그 값이 4부터 2의 배수로 계속 확장이 가능하기 때문에 코드발생기의 구현이 용이하다. 또한 ZCD(zero correlation duration)라는 일정시간과 구간 동안에서는 연속적으로 확산신호간의 직교성이 유지되므로, 다중접속간섭이나 멀티패스에 의한 지연파가 발생되는 BER(bit error rate)문제를 해소시켜 준다. When the period of the spreading code is N, the ZCD spreading code can be easily extended to a multiple of 4 to 2, so that the code generator can be easily implemented. In addition, since orthogonality between spreading signals is continuously maintained for a predetermined time and a period called a zero correlation duration (ZCD), a BER (bit error rate) problem that delay waves caused by multiple access interference or multipath is solved.
실제로 CDM 방식에서 전송신호는 다중접속 환경하에서 확산코드들의 직교특성붕괴로 인한 MAI뿐만 아니라 MPI(multi-path interference)까지 겪게 되는 문제점을 ZCD 확산코드를 사용함으로서 해소가 가능하다.In fact, in the CDM scheme, the transmission signal can be solved by using the ZCD spreading code in a multi-access environment, which causes not only MAI due to the orthogonal collapse of spreading codes but also multi-path interference (MPI).
도 7은 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치에 적용되는 ZCD 코드의 특성을 표현한 모식도이며, 도 8은 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치에 적용되는 ZCD 코드의 예이다. 7 is a schematic diagram representing the characteristics of the ZCD code applied to the underground water pipe management device using the low interference magnetic field communication according to the present invention, Figure 8 is a ZCD applied to the underground water pipe management device using a low interference magnetic field communication according to the present invention This is an example of code.
도 7과 같이 N=64일 경우 33칩 구간동안 ACF의 사이드러브와 CCF가 연속적으로 0의 값이 되는 ZCD 특성이 유지되는 것을 확인할 수 있다. 도 8에서는 주기 64칩의 이진 ZCD코드 페어와 6개의 코드로 이루어진 주기 32칩의 이지ZCD코드세트를 확인할 수 있다. 여기서 (+)는 1, (-)는 -1을 의미한다.
As shown in FIG. 7, when N = 64, it can be seen that the ZCD characteristic in which the sidelove of the ACF and the CCF become 0 continuously during the 33 chip period is maintained. In FIG. 8, a binary ZCD code pair having a period of 64 chips and an easy ZCD code set having a period of 32 chips consisting of six codes can be seen. Here, (+) means 1 and (-) means -1.
상기 CDM(code division multiplexiong) 방식은 코드분할 다중접속으로서, 터데이터를 디지털화한 다음 그것을 가용한 전체 대역폭에 걸쳐 확산시켜 전송시키는 방식에 해당한다. 송신 주파수가 광대역이므로 다중 경로 신호에 의한 주파수 선택성 페이딩에 강하다.The code division multiplexing (CDM) scheme is a code division multiple access, which corresponds to a scheme of digitizing data and then spreading it over the entire available bandwidth. Since the transmission frequency is wideband, it is strong in frequency selective fading by a multipath signal.
도 6은 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치에 적용되는 CDM 방식의 원리를 설명한 모식도이며, 이를 통하여 데이터 코드가 변복조 되는 과정을 이해할 수 있다.
Figure 6 is a schematic diagram illustrating the principle of the CDM method applied to the underground water pipe management device using the low interference magnetic field communication according to the present invention, it can be understood that the process of the data code is modulated and demodulated.
셋째, 본 발명에 따른 자기장통신용 디지털모듈(130)에 관해 설명한다.Third, the digital module for magnetic field communication according to the present invention will be described.
상기 자기장통신용 디지털모듈(130)은 마이크로컨트롤유닛(MCU) 일측에 연결되어 수도관 센싱용 MWSN부로 출력되는 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호, 그리고, 수도관 센싱용 MWSN부로 전송된 응답신호의 패킷을 구성하고 분해시킨 후, 에러를 체크하고, 데이터 소스를 코딩 및 디코딩시키는 역할을 한다.The
이는 패킷구성부, 에러체크 코드 생성부, 데이터 소스 생성부, 모듈레이션부, 패킷분해부, 에러체크 코드 체크부, 데이터 소스 디코딩부, 디모듈레이션부로 구성된다.
It consists of a packet construction unit, an error check code generation unit, a data source generation unit, a modulation unit, a packet decomposition unit, an error check code check unit, a data source decoding unit, and a demodulation unit.
넷째, 본 발명에 따른 자기장통신용 아날로그모듈(140)에 관해 설명한다.Fourth, the analog module for
상기 자기장통신용 아날로그모듈(140)은 낮은 주파수의 자기장을 형성시키도록 자기통신용 루프안테나와 저주파 신호로 매칭시킨 후, 수도관 센싱용 MWSN부로 송신되는 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호를 증폭시켜 자기통신용 루프안테나로 전달시키고, 자기통신용 루프안테나로부터 수신되는 수도관 센싱용 MWSN부의 응답신호를 증폭시켜 자기장통신용 디지털모듈로 전달시키는 역할을 한다.The magnetic field
이는 송신부(141), 수신부(142), 안테나 연결부(143)로 구성된다.It is composed of a
상기 송신부(141)는 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호를 전달받아 아날로그 증폭기를 통해 증폭시키고, 저대역통과필터(Low Pass Filter : LPF)를 통해 저주파 신호로 생성시켜 자기통신용 루프안테나로 전달시키는 역할을 한다.The
상기 수신부(142)는 자기통신용 루프안테나로부터 수신되는 수도관 센싱용 MWSN부의 응답신호를 전달받아 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier : LNA)로 증폭시키고, 저대역통과필터(Low Pass Filter : LPF)를 통해 저주파 신호로 낮추어 A/D컨버터(Analog-to-Digital Converter : ADC)를 통해 자기장통신용 디지털모듈로 전달시키는 역할을 한다.
The receiving
상기 안테나 연결부(143)는 자기통신용 루프안테나와 연결되도록 저주파신호로 매칭시키고, 해당 신호를 송신신호 및 수신신호로 변환시키는 역할을 한다.
The
다섯째, 본 발명에 따른 위치인식모듈(150)에 관해 설명한다.Fifth, the
상기 위치인식모듈(150)은 수도관 센싱용 MWSN부에 미리 설정된 식별 ID를 통해 해당 수도관 센싱용 MWSN부의 위치를 인식시키는 역할을 한다.The
이는 위치 인식을 담당하는 부분으로서, 자기통신용 루프안테나로부터 전달되는 수신신호를 바탕으로 위치 인식 알고리즘엔진을 수행시킨다.This part is responsible for location recognition, and performs the location recognition algorithm engine based on the received signal transmitted from the loop antenna for self communication.
즉, 자기통신용 루프안테나에서 수신된 수도관 센싱용 MWSN부 중 미리 설정된 식별 ID에 해당하는 수도관 센싱용 MWSN부가 맞는지 체크한 후, 수도관 센싱용 MWSN부의 위치신호를 A/D 컨버터, 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier : LNA), 저대역통과필터를 거쳐 마이크로컨트롤유닛(MCU)(120)의 입력단자로 출력시킨다.
That is, after checking whether the MWSN part for water pipe sensing corresponding to a predetermined identification ID among the MWSN parts for water pipe sensing received from the loop antenna for self communication is correct, the position signal of the MWSN part for water pipe sensing is converted into an A / D converter and a low noise amplifier (Low Noise). Amplifier is output to the input terminal of the microcontrol unit (MCU) 120 through an LNA) and a low pass filter.
여섯째, 본 발명에 따른 자기통신용 루프안테나(160)에 관해 설명한다.Sixth, a
상기 자기통신용 루프안테나(160)는 자기장 통신용 아날로그모듈을 통해 낮은 주파수의 자기장을 형성시킨 후, 수도관 센싱용 MWSN부로 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호를 송신시키고, 수도관 센싱용 MWSN부로부터 수도관 센싱용 MWSN부의 응답신호를 수신시키는 역할을 한다.
The
다음으로, 본 발명에 따른 수도관 센싱용 MWSN(Magnetic Wave Seonsor Node : MWSN)부(200)에 관해 설명한다.Next, the MWSN (200) for water pipe sensing according to the present invention will be described.
상기 수도관 센싱용 MWSN(Magnetic Wave Seonsor Node : MWSN)부(200)는 수도관 내부 및 외부 일측에 복수개로 설치되어, 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도를 측정하여 센싱한 후, 수도관 제어용 MWCC부의 센싱요청신호에 따라 응답신호로서, 수도관 센싱신호를 수도관 제어용 MWCC부로 전송시키고, 수도관 관리용 MWCC부로부터 수도관차단명령신호를 수신받아, 수도관의 밸브를 자동으로 차단시키는 역할을 한다.The MWSN (MWSN)
이는 도 3에 도시한 바와 같이, 자기장통신수신부(210), 센서부(220), 수도관밸브자동차단부(230), 자기장통신송신부(240)로 구성된다.
As shown in FIG. 3, the magnetic field
상기 자기장통신수신부(210)는 낮은 주파수의 자기장을 형성시키는 수도관 제어용 MWCC부의 자기통신용 루프안테나와 매칭된 후, 수도관 제어용 MWCC부의 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호를 수신받는 역할을 한다.
The magnetic field
상기 센서부(220)는 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도를 측정하여 센싱하는 역할을 한다. 이는 압력센서, 수위센서, 온도센서, 수질센서가 구성된다.
The
상기 수도관밸브자동차단부(230)는 수도관 관리용 MWCC부로부터 수도관차단명령신호를 수신받아, 수도관의 밸브를 자동으로 차단시키는 역할을 한다.
The water pipe valve auto shut off 230 receives a water pipe shutoff command signal from the water pipe management MWCC unit, and serves to automatically shut off the valve of the water pipe.
상기 자기장통신송신부(240)는 수도관 제어용 MWCC부의 센싱요청신호에 따른 응답신호로서, 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도를 측정한 수도관 센싱신호를 수도관 제어용 MWCC부로 전송시키는 역할을 한다.
The magnetic
다음으로, 본 발명에 따른 수도관 모니터용 스마트폰(300)에 관해 설명한다.Next, the
상기 수도관 모니터용 스마트폰(300)은 수도관 제어용 MWCC부(Magnetic Wave Communication Coordinator:MWCC)와 무선인터넷망으로 연결되어, 수도관 제어용 MWCC부로부터 전송된 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도에 관한 수도관 센싱신호를 수신받아 수도관의 누수여부 또는 오염여부를 모니터링한 후, 수도관의 누수량 또는 오염량이 설정된 한계값을 초과하는 경우에 상기 수도관 제어용 MWCC부로 수도관을 차단시키라는 수도관차단명령신호를 전송시키는 역할을 한다.The water pipe monitor
이는 도 4에 도시한 바와 같이, WiFi 통신모듈(310), 메모리부(320), 수도관누수연산부(330), 수도관오염연산부(340), 영상데이터 변환부(350), 수도관통제제어부(360)로 구성된다.
As shown in FIG. 4, the
상기 WiFi 통신모듈(310)은 수도관 제어용 MWCC부와 WiFi망을 통해 서로 연결되어, 양방향 데이터 통신이 되도록 통신연결시킨다.
The
상기 메모리부(320)는 WiFi 통신모듈을 통해 수도관 제어용 MWCC부로부터 전송된 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도에 관한 수도관 센싱신호를 1차 저장하는 역할을 한다.
The
상기 수도관누수연산부(330)는 메모리부에 저장된 수도관의 압력, 수위, 온도를 추출해서 미리 설정된 기준누수데이터량과 비교한 후, 이를 수치화해서 수도관 누수여부를 체크하는 역할을 한다.
The water pipe
상기 수도관오염연산부(340)는 메모리부에 저장된 수도관의 수중에 녹아 있는 물질의 농도를 추출해서 미리 설정된 기준오염데이터량과 비교한 후, 이를 수치화해서 수도관 오염여부를 체크하는 역할을 한다.
The water pipe
상기 영상데이터 변환부(350)는 수도관누수연산부의 수치화데이터와, 수도관오염연산부의 수치화데이터에다가, 수도관 센싱용 MWSN의 위치데이터를 부가시켜 수도관의 현재위치를 3D 가상이미지로 활성화시키는 역할을 한다.
The
상기 수도관통제제어부(360)는 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 수도관누수연산부로부터 전달된 수도관의 누수량 또는 수도관오염연산부로부터 전달된 수도관의 오염량이 설정된 한계값을 초과하는 경우에 상기 수도관 제어용 MWCC부로 수도관을 차단시키라는 수도관차단명령신호를 전송시키도록 제어하는 역할을 한다.The water pipe
이는 WiFi 통신모듈(310)을 통해 상하수도공사의 중앙통제서버로 수도관 누수가 발생된 현재위치를 실시간으로 통보하는 기능을 수행한다.
This performs a function of notifying in real time the current position of the water pipe leak to the central control server of the water and sewage construction through the
이하, 본 발명에 따른 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
Hereinafter, a detailed operation process of the underground water pipe management device using the low interference magnetic field communication according to the present invention will be described.
먼저, 수도관 제어용 MWCC부(100)에서 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크에서 통신 영역 안에 있는 수도관 센싱용 MWSN(Magnetic Wave Seonsor Node : MWSN)부와 접속되어 네트워크 토폴로지(topology) 망을 형성시킨다.
First, the water pipe
이어서, 수도관 제어용 MWCC부(100)에서 수도관 센싱용 MWSN부로 수도관 상태를 체크하라는 수도관체크요청신호를 송신시킨다.
Subsequently, the water pipe check request signal is transmitted from the water pipe
이어서, 수도관 센싱용 MWSN부에서 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도를 측정하여 센싱한 후, 수도관 제어용 MWCC부의 센싱요청신호에 따라 응답신호로서, 수도관 센싱신호를 수도관 제어용 MWCC부로 전송시킨다.
Subsequently, after measuring and sensing the pressure, water level, temperature, and the concentration of substances dissolved in the water in the water pipe sensing MWSN unit, the water pipe sensing signal is a response signal according to the sensing request signal of the water pipe control MWCC unit. Send to negative.
이어서, 수도관 제어용 MWCC부(100)에서 센싱요청신호에 따른 응답신호를 수신받아 수도관 모니터용 스마트폰으로 전송시킨다.
Subsequently, the water pipe
이어서, 수도관 모니터용 스마트폰에서 수도관 제어용 MWCC부로부터 전송된 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도에 관한 수도관 센싱신호를 수신받아 수도관의 누수여부 또는 오염여부를 모니터링한다.Subsequently, the water pipe monitoring smart phone receives the water pipe sensing signal regarding the pressure, water level, temperature, and concentration of the substance dissolved in the water pipe transmitted from the water pipe control MWCC unit to monitor whether the water pipe is leaked or contaminated.
이때, 수도관의 누수량 또는 오염량이 설정된 한계값을 초과하는 경우에 상기 수도관 제어용 MWCC부로 수도관을 차단시키라는 수도관차단명령신호를 전송시킨다.At this time, when the amount of leakage or contamination of the water pipe exceeds the set limit value, the water pipe block command signal to the water pipe control MWCC unit to shut off the water pipe is transmitted.
그리고, WiFi 통신모듈(310)을 통해 상하수도공사의 중앙통제서버로 수도관 누수가 발생된 현재위치를 실시간으로 통보하는 기능을 수행한다.
Then, the
끝으로, 수도관 센싱용 MWSN부에서 수도관차단명령신호를 수신받으면, 수도관밸브자동차단부를 통해 수도관의 밸브를 자동으로 차단시킨다.
Finally, when receiving the water pipe blocking command signal from the water pipe sensing MWSN unit, the valve of the water pipe through the water pipe valve auto shut off automatically.
100 : 수도관 제어용 MWCC부 110 : 몸체
120 : 마이크로컨트롤유닛(MCU) 130 : 자기장통신용 디지털모듈
140 : 자기장통신용 아날로그모듈 150 : 위치인식모듈
160 : 자기통신용 루프안테나 200 : 수도관 센싱용 MWSN부
300 : 수도관 모니터용 스마트폰100: water pipe control MWCC part 110: body
120: microcontrol unit (MCU) 130: digital module for magnetic field communication
140: analog module for magnetic field communication 150: position recognition module
160: loop antenna for magnetic communication 200: MWSN unit for water pipe sensing
300: smartphone for water pipe monitor
Claims (5)
상기 지중 수도관 관리 장치는 지상의 차량 및 구조물 일측에 위치되어, 자기장 통신 저주파 대역 무선 네트워크에서 통신 영역 안에 있는 수도관 센싱용 MWSN(Magnetic Wave Seonsor Node : MWSN)부와 접속되어 네트워크 토폴로지(topology) 망을 형성시킨 후, 수도관 센싱용 MWSN부로 수도관 상태를 체크하라는 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호를 보내고, 이에 따른 응답신호를 받아 수도관 모니터용 스마트폰으로 전송시키도록 몸체(110), 마이크로컨트롤유닛(MCU)(120), 자기장통신용 디지털모듈(130), 자기장통신용 아날로그모듈(140), 위치인식모듈(150)로 이루어진 수도관 제어용 MWCC부(Magnetic Wave Communication Coordinator:MWCC)(100)와,
수도관 내부 및 외부 일측에 복수개로 설치되어, 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도를 측정하여 센싱한 후, 수도관 제어용 MWCC부의 센싱요청신호에 따라 응답신호로서, 수도관 센싱신호를 수도관 제어용 MWCC부로 전송시키고, 수도관 관리용 MWCC부로부터 수도관차단명령신호를 수신받아, 수도관의 밸브를 자동으로 차단시키는 수도관 센싱용 MWSN(Magnetic Wave Seonsor Node : MWSN)부(200)와,
수도관 제어용 MWCC부(Magnetic Wave Communication Coordinator:MWCC)와 무선인터넷망으로 연결되어, 수도관 제어용 MWCC부로부터 전송된 수도관의 압력, 수위, 온도, 수중에 녹아 있는 물질의 농도에 관한 수도관 센싱신호를 수신받아 수도관의 누수여부 또는 오염여부를 모니터링한 후, 수도관의 누수량 또는 오염량이 설정된 한계값을 초과하는 경우에 상기 수도관 제어용 MWCC부로 수도관을 차단시키라는 수도관차단명령신호를 전송시키는 수도관 모니터용 스마트폰(300)이 포함되어 구성되는 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리 장치에 있어서,
상기 수도관 제어용 MWCC부(Magnetic Wave Communication Coordinator:MWCC)(100)는
상기 자기장 통신용 아날로그모듈을 통해 낮은 주파수의 자기장을 형성시킨 후, 수도관 센싱용 MWSN부로 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호를 송신시키고, 수도관 센싱용 MWSN부로부터 수도관 센싱용 MWSN부의 응답신호를 수신시키는 자기통신용 루프안테나(160)가 포함되어 구성되고,
상기 수도관 센싱용 MWSN부는 자기장통신수신부(210)를 통해 낮은 주파수의 자기장을 형성시키는 수도관 제어용 MWCC부의 자기통신용 루프안테나와 매칭된 후, 수도관 제어용 MWCC부의 수도관체크요청신호와 수도관차단명령신호를 수신받고, 수도관밸브자동차단부(230)를 통해 수도관 관리용 MWCC부로부터 수도관차단명령신호를 수신받아, 수도관의 밸브를 자동으로 차단시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 저간섭 자기장통신을 이용한 지중 수도관 관리 장치.It consists of a underground water pipe management device for managing water pipes buried in the ground,
The underground water pipe management device is located at one side of the vehicle and the structure on the ground, and is connected to a magnetic wave sensor node (MWSN) unit for sensing water pipes within a communication area in a magnetic field communication low frequency band wireless network to establish a network topology network. After forming, the water pipe check request signal and the water pipe blocking command signal to check the water pipe status to the water pipe sensing MWSN unit, and receives the response signal according to the body 110, the microcontrol unit to transmit to the smartphone for water pipe monitor ( MCU) (120), magnetic field communication digital module 130, magnetic field communication analog module 140, position recognition module 150 for water pipe control MWCC (Magnetic Wave Communication Coordinator: MWCC) (100),
A plurality of water pipes are installed inside and outside one side of the water pipe to measure the pressure, water level, temperature, and concentration of substances dissolved in the water, and then detect and measure the water pipe sensing signal as a response signal according to the sensing request signal of the water pipe control MWCC unit. MWSN (MWSN) unit 200 for water pipe sensing for transmitting to the water pipe control MWCC unit and receiving a water pipe shutoff command signal from the water pipe management MWCC unit to automatically shut off the valve of the water pipe;
It is connected to MWCC part for water pipe control (MWCC) and wireless internet network, and receives water pipe sensing signal about pressure, water level, temperature, and concentration of substance dissolved in water from MWCC part for water pipe control. After monitoring the leak or contamination of the water pipe, the water pipe monitor smart phone for transmitting a water pipe block command signal to shut off the water pipe to the water pipe control MWCC unit when the amount of water leak or contamination exceeds the set limit value (300 In the underground water pipe management device using a low interference magnetic field communication is configured to include,
MWCC unit for controlling the water pipe (Magnetic Wave Communication Coordinator: MWCC) (100)
After forming a low frequency magnetic field through the analog module for magnetic field communication, the water pipe check request signal and the water pipe blocking command signal are transmitted to the water pipe sensing MWSN unit, and the response signal of the water pipe sensing MWSN unit is received from the water pipe sensing MWSN unit. Self-communication loop antenna 160 is configured to include,
The water pipe sensing MWSN unit is matched with a magnetic communication loop antenna for water pipe control MWCC unit to form a low frequency magnetic field through the magnetic field communication receiving unit 210, and receives the water pipe check request signal and the water pipe block command signal for the water pipe control MWCC unit Receiving a water pipe shutoff command signal from the water pipe management MWCC unit through the water pipe valve auto shut off unit 230, the underground water pipe management device using a low interference magnetic field communication, characterized in that configured to automatically shut off the valve of the water pipe.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110140164A KR101162067B1 (en) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | Pipe of underground manegement system using low-mai near field communication |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110140164A KR101162067B1 (en) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | Pipe of underground manegement system using low-mai near field communication |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101162067B1 true KR101162067B1 (en) | 2012-07-03 |
Family
ID=46716190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110140164A KR101162067B1 (en) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | Pipe of underground manegement system using low-mai near field communication |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101162067B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101999480B1 (en) * | 2018-03-21 | 2019-07-11 | 울산과학기술원 | Wireless communication apparatus and method |
| KR102161441B1 (en) * | 2019-12-24 | 2020-10-05 | 양영철 | Undersea tunnel system for decreasing typhoon, hurricane and tornado disaster |
| KR102346376B1 (en) * | 2021-06-14 | 2022-01-03 | (주)로그프레트코리아 | Water supply and drainage pipes leakage detection system based on magnetic field communication for automating determination of maintenance needs due to leaks and aging of buried pipes |
-
2011
- 2011-12-22 KR KR1020110140164A patent/KR101162067B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "이진 ZCD확산코드를 이용한 저간섭 CDMA 시스템에 관한 연구", 차재상, 조명?전기설비학회논문지 제18권 제4호, pp. 149-154, 2007.7.* |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101999480B1 (en) * | 2018-03-21 | 2019-07-11 | 울산과학기술원 | Wireless communication apparatus and method |
| KR102161441B1 (en) * | 2019-12-24 | 2020-10-05 | 양영철 | Undersea tunnel system for decreasing typhoon, hurricane and tornado disaster |
| WO2021133031A1 (en) * | 2019-12-24 | 2021-07-01 | 양영철 | Undersea tunnel system for reducing typhoon, hurricane, and tornado disasters |
| KR102346376B1 (en) * | 2021-06-14 | 2022-01-03 | (주)로그프레트코리아 | Water supply and drainage pipes leakage detection system based on magnetic field communication for automating determination of maintenance needs due to leaks and aging of buried pipes |
| WO2022265160A1 (en) * | 2021-06-14 | 2022-12-22 | (주)로그프레트코리아 | Magnetic field communication-based water and sewage leak detection system for automating maintenance determination according to leak and deterioration of buried pipeline |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9621203B2 (en) | Medium communication system using log detector amplifier | |
| Guibene et al. | Evaluation of LPWAN technologies for smart cities: River monitoring use-case | |
| Usman et al. | Evolution of communication technologies for smart grid applications | |
| DE502007001828D1 (en) | Data acquisition and control system with data transmission over radio links and electrical energy distribution networks and method therefor | |
| Kisseleff et al. | Interference polarization in magnetic induction based wireless underground sensor networks | |
| Zhou et al. | LoRa-Hybrid: A LoRaWAN Based multihop solution for regional microgrid | |
| KR101162067B1 (en) | Pipe of underground manegement system using low-mai near field communication | |
| JP2012518952A5 (en) | ||
| CN101159449A (en) | Communication method in low-voltage network carrier communication system | |
| Murdyantoro et al. | A review of LoRa technology and its potential use for rural development in Indonesia | |
| Adedeji et al. | IoT-based smart water network management: Challenges and future trend | |
| Joseph et al. | Awa: Using water distribution systems to transmit data | |
| Asano et al. | A pseudo-TDMA MAC protocol using randomly determined transmission times for landslide prediction wireless sensor networks | |
| US20120094701A1 (en) | Communication Arrangement For Transmission Of Communication Signals Along A Pipe Line | |
| RayChowdhury et al. | New approach for localization and smart data transmission inside underground mine environment | |
| Silva et al. | Strategic frequency adaptation for mid-range magnetic induction-based wireless underground sensor networks | |
| KR101179456B1 (en) | System for monitering duplex pipe line | |
| D'Aloia et al. | An innovative LPWA network scheme to increase system reliability in remote monitoring | |
| CN102386961A (en) | Method for establishing satellite overlap communication link based on TDCS (Train Operation Dispatching Command System) | |
| KR101167264B1 (en) | Smartpipe and underground facilities manegement scada system using the same | |
| Nasir et al. | PipeSense: A framework architecture for in-pipe water monitoring system | |
| CN204141257U (en) | A kind of wireless sound wave oil and gas pipes monitoring system | |
| KR20140046540A (en) | Method for relay selection and power setting | |
| Meybodi et al. | Magneto-inductive communication among pumps in a district heating system | |
| CN112994743B (en) | Remote communication device shared by direct current and carrier wave |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150422 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160607 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170601 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180607 Year of fee payment: 7 |