KR101224636B1 - 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템 - Google Patents

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KR101224636B1 KR1020110002555A KR20110002555A KR101224636B1 KR 101224636 B1 KR101224636 B1 KR 101224636B1 KR 1020110002555 A KR1020110002555 A KR 1020110002555A KR 20110002555 A KR20110002555 A KR 20110002555A KR 101224636 B1 KR101224636 B1 KR 101224636B1
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    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Abstract

본 발명은 전력 소모를 낮추고, 자외선 지수를 포함한 기상 정보를 실시간으로 제공하는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템에 관한 것으로, 기상 요소들을 관측하는 기상 측정 센서부, 하나의 광학 센서에 밴드패스 광학 필터를 슬라이드식으로 변경하여 자외선 A, 자외선 B 및 자외선 C 중 어느 하나를 측정하는 UV 측정 센서부, 기상 측정 센서부와 UV 측정 센서부가 측정한 태양광의 복사 에너지 온도를 1차 칼로리 값으로 환산하고, UV 측정 센서부의 출력신호를 미리 만들어진 칼로리 테이블과 비교하여 2차 칼로리 값으로 치환한 후, 평균하여 일사량을 측정하는 일사량 측정 센서부, 기상 측정 센서부와 일사량 측정 센서부의 신호를 증폭하고 변환하는 디지털 신호 변환기, 기상 측정 센서부의 출력 신호를 증폭하고 안정화시키는 디지털 신호 입출력기, 각 센서부를 통합 관리 및 제어하며, 측정 데이터를 디지털 신호 변환기와 디지털 신호 입출력기를 통해 전기적 신호로 입력받아 기상 정보를 수집 및 분석 처리하는 시스템 제어부 및 시스템 제어부의 제어 신호에 의해 각 부의 구동에 필요한 전류를 공급하는 전원부를 포함한다.

Description

실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템{A real time low power remote control meteorological observation system}
본 발명은 기상관측 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 소모를 낮추고, 자외선 지수를 포함한 기상 정보를 실시간으로 제공하는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 기상관측 시스템은 대기의 상태 혹은 대기중에 발생하는 현상을 알기 위해 여러 가지 기상요소들을 측정하는 시스템이다. 기상 요소 중 태양광은 가시광선, 자외선, 적외선으로 구성되며, 자외선(Ultraviolet: UV)은 자외선 A, B, C로 나뉜다. 자외선 A, B는 피부노화, 피부암, 피부염, 주름, 주근깨 등을 유발시키는 원인 중 하나로 알려져 있다. 자외선 C는 염색체 변이를 일으킬 수 있으며, 눈의 각막을 해치는 등 해로운 영향을 미치지만 성층권의 오존에 의해 거의 모두 흡수된다. 따라서, 사람들에게 기상관측 시스템을 통해 수집된 신뢰성 있는 자외선(A,B) 지수 및 기상 정보 자료를 제공하는 것이 필요하다.
그러나 현실적으로는 날씨 변화에 따라 기상관측 시스템의 측정 정확도가 낮아지고, 지속적인 정보의 제공이 어려운 것이 현실이다. 또한, 관측 및 분석을 위한 장치들의 복잡한 구성으로 인해 시스템이 차지하는 공간적 부피가 크고, 측정 센서 등 고가의 장치들 때문에 경제적 비용 부담이 큰 것도 사실이다. 또한, 높은 전력 소모량 때문에 시스템 유지관리 측면에서 효율성이 낮다는 것도 문제점이다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원격제어를 통해 실시간 기상관측 및 자외선 A, B의 측정이 가능하고, 정확도 높은 정보를 기존의 통신망을 통해 상시 제공할 수 있는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템 및 자외선 센서를 제공함을 그 목적으로 한다.
나아가 본 발명은 태양광의 파장 영역 중 자외선 고유의 파장 영역만을 정밀하게 측정 가능한 자외선 A, B 센서를 제공함을 목적으로 한다.
나아가 본 발명은 기상 관측 시스템의 전력 소모량을 낮추고, 유지관리의 효율성을 높이는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따르면, 기상 요소들을 관측하는 기상 측정 센서부, 하나의 광학 센서에 밴드패스 광학 필터를 슬라이드식으로 변경하여 자외선 A, 자외선 B 및 자외선 C 중 어느 하나를 측정하는 UV 측정 센서부, 상기 기상 측정 센서부와 상기 UV 측정 센서부가 측정한 태양광의 복사 에너지 온도를 1차 칼로리 값으로 환산하고, 상기 UV 측정 센서부의 출력신호를 미리 만들어진 칼로리 테이블과 비교하여 2차 칼로리 값으로 치환한 후, 평균하여 일사량을 측정하는 일사량 측정 센서부, 상기 기상 측정 센서부와 상기 일사량 측정 센서부의 신호를 증폭하고 변환하는 디지털 신호 변환기, 상기 기상 측정 센서부의 출력 신호를 증폭하고 안정화시키는 디지털 신호 입출력기, 상기 각 센서부를 통합 관리 및 제어하며, 측정 데이터를 상기 디지털 신호 변환기와 상기 디지털 신호 입출력기를 통해 전기적 신호로 입력받아 기상 정보를 수집 및 분석 처리하는 시스템 제어부 및 상기 시스템 제어부의 제어 신호에 의해 각 부의 구동에 필요한 전류를 공급하는 전원부를 포함한다.
추가적인 일 실시예에 따르면, 전원부는 태양광의 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 태양전지와, 태양광 추적 및 전류 공급을 제어하는 컨트롤러와, 전기를 충전하는 충전기와, 컨트롤러의 제어 신호에 따라 야간에 충전된 전류를 각 부에 공급하는 파워서플라이로 구성된다.
나아가 일 양상에 따르면, 시스템 제어부로부터 수집 및 가공된 정보를 관리 서버와 송수신하는 데이터 송수신부와 산불 혹은 구조 요청이 필요한 긴급한 상황 발생시 데이터 송수신부를 통해 관리 서버 또는 외부 사람에게 알릴 수 있는 긴급상황 알림 장치를 더 포함한다.
위에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 기상 측정 및 화재감지 센서를 통해 기상 정보 제공이 가능하고, 태양광의 파장 영역 중 자외선 A, B의 파장 영역을 측정하는 자외선 A, B 센서에 의해 정확한 자외선 지수의 측정이 가능하다.
나아가 태양광을 이용해 구동에 필요한 전원 공급이 이루어짐으로써, 기상 관측 시스템의 전력 소모량을 낮출 수 있고, 수집 및 가공된 기상 정보와 자외선 지수를 기존의 통신망을 통해 관리 서버로 전송하기 때문에 별도의 시설확충 또는 통신망 개설이 불필요하다.
나아가 긴급상황 알림 장치를 통해 산불 혹은 구조 요청이 필요한 긴급한 상황 발생시 외부에 정보 제공이 가능하기 때문에 자연 재해 예방 및 인명 재해 예방 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템 및 자외선 센서의 개략적인 블럭도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른, 일사량 도출 알고리즘을 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전원부를 상세하게 설명한 블럭도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템 및 자외선 센서의 개략적인 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템은 기상 요소들을 관측하는 기상 측정 센서부(101), 태양광의 파장 영역 중 315nm~400nm의 파장 영역에 해당하는 자외선 A와 280nm~315nm의 파장 영역에 해당하는 자외선 B를 측정하는 UV 측정 센서부(102), 기상 측정 센서부(101)와 UV 측정 센서부(102)의 출력신호를 통해 일사량을 측정하는 일사량 측정 센서부(103), 일사량 측정 센서부(103) 및 UV 측정 센서부(102)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호 변환기(104), 입력된 기상 측정 센서부(101)의 출력 신호를 안정화시켜 출력하는 디지털 신호 입출력기(105), 각 센서부를 관리 및 제어하며, 데이터를 디지털 신호 변환기(104)와 디지털 신호 입출력기(105)를 통해 전기적 신호로 입력받아 정보를 수집 및 가공 처리하는 시스템 제어부(106), 시스템 제어부(106)의 제어 신호에 의해 태양광으로부터 각 부의 구동에 필요한 전류를 공급하는 전원부(109)를 포함한다.
추가적인 일 양상에 따르면, 본 발명은 시스템 제어부(106)로부터 수집 및 가공된 정보를 관리 서버에 송수신하는 데이터 송수신부(107), 긴급상황 발생시 데이터 송수신부(107)를 통해 관리 서버 또는 외부 사람에게 알릴 수 있는 긴급상황 알림 장치(108)를 더 포함한다.
도시된 일 실시예에 있어서, 기상 측정 센서부(101)는 기상 정보의 제공을 위해 온도, 습도, 기압, 풍속, 풍향 등과 같은 기상 요소들을 측정하는 센서들로 구성되며, 화재를 감지할 수 있는 화재 감지 센서를 추가하고 있다. 기상관측을 위한 기상 요소들의 측정 센서 기술 자체는 다양하게 소개되고 있다. 화재 감지 센서는 화재 발생시 불꽃에서 발생 되는 185nm~260nm의 고유 파장 영역을 광전자 증배관을 이용해 측정한다. 또한, 측정값을 전기적 신호로 디지털 신호 입출력기(105)에 출력한다. 여기서, 광전자 증배관은 주로 가시광선을 검출하는 진공관으로 2차 전자의 방출을 이용하여 미소한 광전자의 전자류를 증폭하는데 쓰인다. 트랜지스터나 진공관을 이용할 때보다 잡음이 적으므로 미약한 빛을 검출할 때 쓰인다.
도시된 일 실시예에 있어서, UV 측정 센서부(102)는 태양광의 파장 영역 중 315nm~400nm의 파장 영역에 해당하는 자외선 A를 측정하는 고감도 반도체 UV-A 센서, 280nm~315nm의 파장 영역에 해당하는 자외선 B를 측정하는 고감도 반도체 UV-B 센서로 구성된다. UV-A, B 센서를 통한 자외선 측정값은 아날로그 미세 전압이고, 디지털 신호 변환기(104)에 출력된다. UV-A, UV-B 센서는 스펙트럼 측정 방식의 센서와 단일 칩 반도체 센서의 조합으로 이루어질 수 있고, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 반도체 포토 센서 하나를 가지고 자외선 A, B, C를 모두 측정가능하도록 구현할 수 있다.
이는 센서 앞에 자외선 A, B, C 밴드패스 광학필터를 슬라이드식으로 교체함으로써 가능하다. 따라서, 하나의 센서로 원하는 파장 영역을 측정할 수 있다. UV 측정 센서부(102)는 자외선에 해당하는 특정 파장 영역만을 측정하는 센서들로 구성되기 때문에 100nm~850nm의 파장 영역을 0.5nm 단위로 측정하는 고가의 스펙트럼미터가 불필요하다. 따라서, 기상관측 시스템 및 자외선 센서의 효율을 증대시킴과 동시에 경제적 부담을 감소시킨다.
도시된 일 실시예에 있어서, 일사량 측정 센서부(103)는 태양광으로부터 전달되는 1분 동안의 복사량을 측정한다. 일사량은 태양광선에서 직각으로 놓인 센서에 1분 동안의 복사량 측정으로 얻어질 수 있고, 공기가 없다고 가정했을 때, 일사량은 매분 1.94 칼로리이며, 이것을 태양상수라 한다. 또한, 자외선 지수 및 온도 값을 태양 상수로 환산하여 열량을 계산하면 일사량을 추정할 수 있다. 이는 시스템 제어부(106)의 알고리즘을 통해 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 일사량 도출 알고리즘을 설명하는 순서도이다. 도시된 순서도에 따른 일사량 값은 기상 측정 센서부(101)의 온도센서(201)를 통한 온도 측정값(202)을 1차 칼로리로 환산(203)하고, UV 측정 센서부(102)의 UV-A, UV-B 센서(204)를 통한 자외선 지수 측정값(205)을 칼로리 테이블과 비교(206)하여 2차 칼로리로 환산(207)한다. 아울러, 1차 칼로리와 2차 칼로리의 평균값(208)을 도출하고 이 평균값이 일사량 측정값이 된다.
도시된 일실시예에 있어서, 디지털 신호 변환기(104)는 복수의 입출력 포트를 구비하고 UV 측정 센서부(102) 및 일사량 측정 센서부(103)의 아날로그 미세 전압을 전기적 신호로 입력받아 디지털 신호로 변환하여 시스템 제어부(106)로 출력하며, 각 센서의 신호를 증폭하는 증폭기를 포함한다.
도시된 일실시예에 있어서, 디지털 신호 입출력기(105)는 복수의 디지털 신호 입출력 포트를 구비하고, 기상 측정 센서부(101)의 신호를 입력받아 시스템 제어부(106)로 출력하며 각 센서의 신호를 증폭하는 증폭하는 증폭기를 포함한다.
도시된 일 실시예에 있어서, 시스템 제어부(106)는 복수의 디지털 입출력 보트를 구비하고, 각 센서부의 센서들을 통합 관리 및 제어하며, 각 센서를 통한 측정값 즉, 데이터를 디지털 신호 변환기(104) 및 디지털 신호 입출력기(105)를 통해 전기적 신호로 입력받아 기상 정보를 수집 및 분석 처리하여 데이터 송신부(107)로 출력한다. 또한, 데이터 송수신부(107)와 관리 서버의 제어 신호를 송수신하며 시스템과 각 센서 및 전원부(109)를 제어 및 관리한다. 시스템 제어부(106)는 ROM, RAM 회로를 내장하고 초소형 컴퓨터의 역할을 수행한다.
도시된 일 실시예에 있어서, 데이터 송수신부(107)는 시스템 제어부(106)에서 수집 및 분석 처리된 정보들을 TCP/IP 통신 프로토콜을 사용하여 다수의 사람들에게 실시간 제공할 수 있도록 관리 서버와 신호를 송수신한다. 또한, 관리 서버로부터의 시스템 원격 제어 신호 및 센서 제어 신호를 시스템 제어부(106)에 출력한다. TCP/IP 통신 방식을 사용하기 때문에 새로운 통신망 구축이 불필요하며, 이에 따라 비용 절감효과를 가질 수 있다.
도시된 일 실시예에 있어서, 긴급 상황 알림 장치(108)는 산불 혹은 구조 요청이 필요한 긴급한 상황 발생시 데이터 송수신부(107)의 통신망을 이용해 외부에 정보를 제공한다. 긴급 상황 알림 장치(108)는 비상벨, 음성 통화 및 화상 통화 수단 등 여러 가지 수단으로 구현이 가능하다. 또한. 긴급 상황 발생시 시스템 제어부(106)와 긴급상황 신호를 송수신하여 자연 재해 예방 및 인명 재해 예방에 큰 효과를 가진다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전원부를 상세하게 설명한 블럭도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전원부(109)는 태양광의 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 태양전지(301), 태양전지(301)의 효율을 높일 수 있도록 태양광 추적 및 전류 공급을 제어하는 컨트롤러(302), 태양전지(301)를 통해 발생한 전기 에너지를 충전하는 충전기(303), 컨트롤러(302)의 제어 신호에 따라 야간에 충전기(303)에 충전된 전류를 각 부에 공급하는 파워서플라이(304)로 구성된다.
도시된 일 실시예에 있어서, 태양전지(301)의 기술 자체는 여러 가지 방법으로 소개되고 있고, 다양한 크기 및 형태로 구현이 가능하다.
도시된 일 실시예에 있어서, 컨트롤러(302)는 태양광의 방향에 따라 태양전지(301)의 좌우 움직임 및 상하 각도 조절을 제어함으로써, 많은 양의 전기 에너지를 발생시키고 태양전지(301)의 효율을 높일 수 있도록 한다.
도시된 일 실시예에 있어서, 충전기(303)는 주간에 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템 및 자외선 센서의 구동에 소모되고 남은 여분의 전류를 충전하여 태양광이 없는 야간에 전류를 공급할 수 있도록 한다. 주간의 전류 충전과 야간의 전류 공급은 컨트롤러(302)의 제어 신호에 의해 이루어진다.
도시된 일 실시예에 있어서, 파워 서플라이(304)는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템 및 자외선 센서에 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 전류를 안정화시켜 공급한다.
101: 기상 측정 센서부
102: UV 측정 센서부
103: 일사량 측정 센서부
104: 디지털 신호 변환기
105: 디지털 신호 입출력기
106: 시스템 제어부
107: 데이터 송수신부
108: 긴급상황 알림 장치
109: 전원부
201: 온도센서
202: 온도 측정값
203: 1차 칼로리 환산
204: UV-A, UV-B 센서
205: 자외선 지수 측정값
206: 칼로리 테이블과 비교
207: 2차 칼로리 환산
208: 1, 2차 칼로리 평균값
301: 태양전지
302: 컨트롤러
303: 충전기
304: 파워 서플라이

Claims (9)

  1. 기상 요소들을 관측하는 기상 측정 센서부;
    하나의 광학 센서에 밴드패스 광학 필터를 슬라이드식으로 변경하여 자외선 A, 자외선 B 및 자외선 C 중 어느 하나를 측정하는 UV 측정 센서부;
    상기 기상 측정 센서부와 상기 UV 측정 센서부가 측정한 태양광의 복사 에너지 온도를 1차 칼로리 값으로 환산하고, 상기 UV 측정 센서부의 출력신호를 미리 만들어진 칼로리 테이블과 비교하여 2차 칼로리 값으로 치환한 후, 평균하여 일사량을 측정하는 일사량 측정 센서부;
    상기 기상 측정 센서부와 상기 일사량 측정 센서부의 신호를 증폭하고 변환하는 디지털 신호 변환기;
    상기 기상 측정 센서부의 출력 신호를 증폭하고 안정화시키는 디지털 신호 입출력기;
    상기 각 센서부를 통합 관리 및 제어하며, 측정 데이터를 상기 디지털 신호 변환기와 상기 디지털 신호 입출력기를 통해 전기적 신호로 입력받아 기상 정보를 수집 및 분석 처리하는 시스템 제어부; 및
    상기 시스템 제어부의 제어 신호에 의해 각 부의 구동에 필요한 전류를 공급하는 전원부;를 포함하는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기상 측정 센서부는,
    기상 상태의 정보 수집을 위해 온도, 기압, 습도, 풍향, 풍속을 측정할 수 있는 센서들로 구성된 것을 특징으로 하는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 기상 측정 센서부는,
    화재시 불꽃에서 발생되는 185nm~260nm의 고유 파장 영역을 광전자 증배관을 이용해 측정하는 화재감지 센서를 더 포함하는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, UV 측정 센서부는,
    자외선 A를 측정하는 UV-A 센서와, 자외선 B를 측정하는 UV-B 센서로 구성된 것을 특징으로 하는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템은,
    상기 시스템 제어부로부터 수집 및 가공된 정보를 관리 서버와 송수신하는 데이터 송수신부를 더 포함하는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템은,
    긴급한 상황 발생시 상기 데이터 송수신부를 통해 상기 관리 서버 또는 외부에 알릴 수 있는 긴급상황 알림 장치를 더 포함하는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 전원부는,
    빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 태양전지와, 상기 태양전지의 효율을 높일 수 있도록 태양광 추적 및 전류 공급을 제어하는 컨트롤러와, 전기를 충전하는 충전기와, 상기 컨트롤러의 제어 신호에 따라 야간에 상기 충전기에 충전된 전류를 각 부에 공급하는 파워서플라이로 구성된 것을 특징으로 하는 실시간 저전력 원격제어 기상관측 시스템.
  9. 삭제
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