KR101219882B1 - 태양 에너지를 이용한 무선 지하수 모니터링 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 태양 에너지를 이용한 무선 지하수 모니터링 시스템은, 태양광 에너지를 이용하여 필요 전기를 공급하고, 원격지에서 무선으로 관측 데이터를 수신 받을 수 있도록 구성되어, 실시간으로 지하수의 수위 및 상태 변화 등을 신속하고 정확하게 관측하여 지하수 유지 관리 및 이용 효율성을 높일 수 있는 발명이다.

Description

태양 에너지를 이용한 무선 지하수 모니터링 시스템{Wireless type underwater monitering system using solar energy}
본 발명은 지하수의 상태, 수질, 수위 등을 계측하여 모니터링 하는 지하수 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 지하수는 강우의 일부가 지표로부터 토양의 틈새로 침입해서 물을 투과하지 않는 층에 이르러 고이는 물이다.
이러한 지하수는 주변의 공장, 주유소, 축산 농가 등의 폐수, 오염물질, 기타 여러 가지 원인에 의해 오염될 수 있다.
지하수의 오염 정도(또는 상태 변화)를 관측하기 위해서는, 지하수가 있는 해당 지역에 지하수 관정을 뚫고 관측 장비를 설치하여 현장에서 직접 관측하는 수동 관측 방법이 일반적으로 이용되고 있다.
수동 관측 방법은 일정한 시간간격을 두고 일일이 관측 기기들을 관정에 삽입하여 관측한 다음 관측 정보를 기록하고 있다.
하지만, 이와 같은 수동 관측 방법은, 현장에 장비를 설치하여 직접 관측하기 때문에 관측에 소요되는 비용은 적게 소요되나, 정기적 계측, 또는 간헐적 계측을 진행하기 때문에 연속적으로 지하수의 수위 및 상태 변화 등을 파악하기 어렵고, 이에 따라 지하수 계측 관리가 쉽지 않은 문제점이 있다.
특히, 현장에서 직접 관측하기 때문에 관측정이 한적한 외딴곳에 설치되어 있으면 원격지에서 지하수의 수질 및 수위을 측정하기가 쉽지 않아 지하수의 상태를 파악하는데 인력과 시간이 필요 이상으로 많이 소요되고, 지하수 상태 변화에 따라 신속하게 대응하는데도 한계가 있는 등 지하수의 유지 관리도 쉽지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양광 에너지를 이용하여 필요 전기를 공급하고, 원격지에서 무선으로 관측 데이터를 수신 받을 수 있도록 하여 지하수의 수위 및 상태 변화를 신속하고 정확하게 관측하여 지하수 유지 관리 및 이용 효율성을 높일 수 있도록 하는 태양 에너지를 이용한 무선 지하수 모니터링 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 태양 에너지를 이용한 무선 지하수 모니터링 시스템은, 관측정에 삽입되어 지하수의 수질, 상태, 수위 중 적어도 어느 하나 이상을 측정하는 지하수 측정기구와; 상기 지하수 측정기구로부터 무선 또는 유선으로 측정 결과를 전송받아 저장하고, 저장된 정보를 송출하는 자동계측 메인박스와; 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 자동계측 메인박스에 제공하는 태양광 전기공급장치와; 상기 자동계측 메인박스로부터 무선 송출된 정보를 수신하여 지하수의 수질, 상태, 수위를 모니터링 하는 모니터링 장비를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 지하수 측정기구는 수위 측정 기기, 전도도 측정 기기, pH 측정 기기 중 적어도 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 자동계측 메인박스는, 상기 지하수 측정기구로부터 측정 결과를 입력받아 기록하는 데이터 로거와, 상기 데이터 로거에 기록된 정보들을 상기 모니터링 장비에 무선 송출하는 텔레메터와, 상기 태양광 전기공급장치에서 전기 에너지의 공급이 일정량 이하로 떨어지면 자동계측 메인박스에 전원을 공급해주는 예비전원공급부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.
본 발명에 따른 태양 에너지를 이용한 무선 지하수 모니터링 시스템은, 태양광 에너지를 이용하여 필요 전기를 공급하고, 원격지에서 무선으로 관측 데이터를 수신 받을 수 있도록 구성되기 때문에 실시간으로 지하수의 수위 및 상태 변화 등을 정확하게 관측하여 지하수 유지 관리 및 이용 효율성을 높일 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 에너지를 이용한 무선 지하수 모니터링 시스템이 도시된 개략적인 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에서, 자동계측 메인박스의 일 실시예의 구성을 보여주는 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에서, 태양전지 패널을 이용한 전원 공급 시스템을 보여주는 블록 구성도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 에너지를 이용한 무선 지하수 모니터링 시스템이 도시된 전체 구성도로서, 본 발명의 시스템은 관측정(10)에 삽입되어 지하수의 수질, 상태, 수위 등을 측정하는 지하수 측정기구(20)와, 이 지하수 측정기구(20)로부터 유선 또는 무선으로 측정 결과를 전송받아 저장하고 저장된 정보를 송출하는 자동계측 메인박스(30)와, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 자동계측 메인박스(30)에 제공하는 태양광 전기공급장치(40)와, 자동계측 메인박스(30)로부터 무선 송출된 정보를 수신하여 지하수의 수질, 상태, 수위를 모니터링 하는 모니터링 장비(50)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 시스템은, 지하수의 수위, 전도도, 산성도(pH), 온도 등을 정해진 시간 간격에 따라 주기적으로 측정하여 측정한 모든 데이터값들을 근거리는 물론 원격지로 무선으로 전송하여 원격지에서도 상기 모니터링 장비(50)를 이용하여 지하수의 수질, 상태, 수위 등의 관측 데이터를 확인하여 지하수의 상태 및 변동 상황을 지속적으로 관리할 수 있도록 구성된다.
이하, 본 발명의 시스템은 구성하는 주요 구성 부분에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 지하수 측정기구(20)는, 관측정(10) 내에 삽입되어 지하수에 직간접적으로 접촉됨으로써, 지하수 수위, 전기 전도도, 산성도, 온도 등을 측정할 수 있도록 구성되는데, 공지의 수위 측정 기기, 전도도 측정 기기, pH 측정 기기, 온도 측정 기기 등이 통합되어 구성되거나, 개별적으로 구비되어 지하수의 상태를 관측할 수 있도록 구성된다.
이와 같은 지하수 측정기구(20)는 지하수의 수위, 전기 전도도(Electric Conuctivity), 산성도(pH), 온도 등을 주기적으로 자동 측정하여 측정된 관측 데이터를 상기 자동계측 메인박스(30)에 입력할 수 있도록 구성된다. 이때 지하수 측정기구(20)는 유선 또는 무선으로 자동계측 메인박스(30)에 데이터를 입력할 수 있도록 구성된다.
다음, 자동계측 메인박스(30)는, 도 2를 참조하면, 앞서 설명한 지하수 측정기구(20)로부터 측정 결과를 입력받아 기록하는 데이터 로거(32)와, 이 데이터 로거(32)에 기록된 정보들을 상기 모니터링 장비(50)에 무선 송출하는 텔레메터(34)와, 상기 태양광 전기공급장치(40)에서 전기 에너지의 공급이 일정량 이하로 떨어지면 자동계측 메인박스(30)에 전원을 공급해주는 예비전원공급부(38)로 구성되는 것이 바람직하다.
여기서 데이터 로거(32)는 지하수 측정기구(20)와 유선 또는 무선으로 관측 데이터를 전송받아 관측 결과를 기록하도록 구성되고, 텔레메터(34)는 데이터 통신 기기로서 데이터 로거(32)에 기록된 정보를 비롯하여 여러 관측 데이터를 상기 모니터링 장비(50)에 전송해주는 기능을 하게 된다.
이러한 데이터 로거(32) 및 텔레메터(34)는 널리 공지되어 있으므로 보다 구체적인 설명은 생략한다.
예비전원공급부(38)는 아래에서 태양광 전기공급장치(40)를 설명할 때 자세히 설명한다.
도 2에서 도면 부호 36은 본 발명의 시스템을 제어하는 제어부를 나타내고, 39는 지하수의 상태가 정상 기준치에서 벗어났을 경우에 이를 알려주는 경보계일 수 있다. 경보계는 반드시 필요한 구성은 아니며 필요에 따라 생략 가능하다.
한편, 자동계측 메인박스(30)에는 상기 지하수 측정기구(20)를 조작 관리할 수 있는 측정 기구제어반이 구비될 수 있다. 이와 함께 계측 상태를 알려주는 디스플레에 장치 및 본 발명의 시스템을 조작 관리하는 조작 관리기기도 구비될 수 있다.
다음, 태양광 전기공급장치(40)는, 도 3을 참조하면, 태양전지모듈(42), 컨버터(44), 축전지(46), 측정기(48) 및 제어부(36)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 태양광 전기공급장치(40)는 통상적으로 이용하는 태양전지패널 즉, 태양전지모듈(42)을 이용하여 태양광 에너지를 수집하여 전기 에너지로 변환하는 장치이다.
컨버터(44)는 태양전지모듈(42)로부터 생성되는 태양광 전원을 직류 전원에서 교류 전원으로 변환한다.
축전지(46)에는 컨버터(44)에 의하여 변환되는 교류전원(즉, 태양광 전원)이 저장된다.
측정기(48)는 축전지(46)에 저장되는 태양광 전원의 충전량을 실시간으로 측정한다.
제어부(36)는 측정기(48)에 의하여 측정된 태양광 전원의 충전량이 사전에 설정하여 둔 설정치를 초과하면(충전량이 충분하면) 축전지(46)에 저장된 태양광 전원을 자동계측 메인박스(30)에 제공하고, 그 측정된 태양광 전원의 충전량이 설정치 이하이면(예를 들어, 흐린 날씨 등으로 태양광 발전이 원활히 이루어지지 않아 충전량이 불충분하면) 상기 예비전원공급부(38)에서 자동계측 메인박스(30)에 예비전원을 공급할 수 있도록 제어할 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 예비전원공급부(38)는 상용 전원 또는 별도 구비된 배터리일 수 있다.
한편, 상기에서 축전지(46), 측정기(48) 등은 반드시 필요한 구성은 아니며, 이때에는 상기 제어부에서 태양전지모듈(42)로부터의 출력전압을 사전에 설정하여 둔 설정치와 실시간으로 비교, 태양전지모듈(42)의 출력전압이 설정치를 초과한 것으로 판단되면 컨버터(44)를 거친 태양광 전원을 자동계측 메인박스(30)에 공급하고, 반대로 태양전지모듈(42)의 출력전압이 설정치 이하이면 예비전원공급부(38)에서 자동계측 메인박스(30)에 공급한다. 물론, 이러한 제어부(36)는 이렇게 작동시키기 위한 비교부 및 스위치를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 지하수 측정기구(20)에도 태양광 전기공급장치(40) 또는 예비전원공급부(38)에서, 필요한 전기 에너지를 공급할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
다음, 모니터링 장비(50)는, 상기 자동계측 메인박스(30)의 텔레메터(34)에서 무선 송출된 정보를 수신 받아, 지하수 측정 데이터를 관리자에게 디스플레이 시켜주는 장비이다.
이러한 모니터링 장비(50)는, 데이터 수신기를 비롯하여, 데이터 저장 유닛, 데이터 제어 유닛, 데이터 디스플레이 유닛 등이 포함되어 구성되는 것이 바람직하다.
또한 모니터링 장비(50)에는 무선으로 자동계측 메인박스(30)의 제반 제어기구들을 제어하여 본 발명의 시스템을 조작 관리할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 관측정에 삽입되어 지하수의 수질, 상태, 수위 중 적어도 어느 하나 이상을 측정하는 지하수 측정기구와;
    상기 지하수 측정기구로부터 유선 또는 무선으로 측정 결과를 전송받아 저장하고, 저장된 정보를 송출하는 자동계측 메인박스와;
    태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 자동계측 메인박스에 태양광 전원을 공급하는 태양광 전기공급장치와;
    상기 자동계측 메인박스로부터 무선 송출된 정보를 수신하여 지하수의 수질, 상태, 수위를 모니터링하는 모니터링 장비를 포함하고,
    상기 자동계측 메인박스는 지하수 측정기구로부터 측정결과를 입력받아 기록하는 데이터 로거, 이 데이터 로거에 기록된 정보들을 모니터링장비에 무선 송출하는 텔레메터, 상기 태양광 전기공급장치에서 태양광 전원의 충전량이 일정량 이하로 떨어지면 자동계측 메인박스에 예비전원을 공급하는 예비전원공급부로 구성되며,
    상기 태양광 전기공급장치는 태양광 에너지를 수집하여 전기에너지로 변환하여 태양광 전원을 생성하는 태양전지모듈, 태양전지모듈에서 생성된 태양광 전원을 직류전원에서 교류전원으로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터에 의해 변환되는 교류전원이 저장되는 축전지, 상기 축전지에 저장된 태양광 전원의 충전량을 실시간으로 측정하는 측정기, 및 상기 축전지에 저장된 태양광 전원의 충전량에 따라 상기 태양전지모듈의 태양광 전원과 상기 예비전원공급부의 예비전원을 상기 자동계측 메인박스 측으로 선택적으로 공급하도록 제어하는 제어부로 구성되고,
    상기 제어부는 상기 측정기에 의해 측정된 태양광 전원의 충전량이 사전에 설정된 설정치를 초과하면 축전지에 저장된 태양광 전원을 자동계측 메인박스측으로 공급하고, 상기 측정기에 의해 측정된 태양광 전원의 충전량이 설정치 이하이면 예비전원공급부의 예비전원을 자동계측 메인박스에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지를 이용한 무선 지하수 모니터링 시스템.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 지하수 측정기구는 수위 측정 기기, 전도도 측정 기기, pH 측정 기기 중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 태양 에너지를 이용한 무선 지하수 모니터링 시스템.
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