KR101312068B1 - 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 조선 및 해양플랜트 산업현장과 같은 아웃도어에서도 자석 등을 이용하여 추적하고자 하는 물체에 부착하여 원격지에서 물체의 위치를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 배터리, 외부전력, 솔라셀을 이용하여 충전모듈을 충전함으로써 장치 자체의 전력을 이용하여 장기간 사용할 수 있으며, 방수, 방습, 방충 기능을 가지고 있어 아웃도어에서 사용하기에 적합할 뿐만 아니라, 가속도 센서의 동작 임계치를 설정하되, 바람이나 주위의 이동물체에 의한 간접적인 영향을 배제할 수 있도록 필터를 설계함으로써, 오차를 최소화하고 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 배터리; 상기 배터리와 외부전력 및 솔라셀과 전기적으로 연결되어 충전되는 충전모듈; 상기 충전모듈로부터 전력을 공급받아 물체 이동시 발생하는 가속도 값을 인식하여 가속도 신호를 생성하되, 물체의 위치이동에 대한 이벤트가 발생하여 기 설정된 동작 임계치를 초과할 경우에만 가속도 신호를 생성하는 가속도 센서; 상기 충전모듈로부터 전력을 공급받아 상기 가속도 센서로부터 전송된 가속도 신호를 처리하는 CPU; 현재 물체의 위치좌표를 수신하여 상기 CPU에 전송하는 GPS 수신기; 상기 충전모듈로부터 전력을 공급받으며, 상기 CPU와 전기적으로 연결되어 상기 CPU에 의해 처리된 가속도 신호와 GPS 좌표 및 ID를 전송하는 통신모듈; 및 상기 CPU와 전기적으로 연결되어 상기 가속도 센서로부터 전송된 가속도 신호를 포함한 데이터를 저장하고 기기 자체의 ID를 저장하는 메모리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치를 제공한다.

Description

위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치{Stand alone type location tracking device transferring location data remotely}
본 발명은 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 조선 및 해양플랜트 산업현장과 같은 아웃도어에서도 자석 등을 이용하여 추적하고자 하는 물체에 부착하여 원격지에서 물체의 위치를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 배터리, 외부전력, 솔라셀을 이용하여 충전모듈을 충전함으로써 장치 자체의 전력을 이용하여 장기간 사용할 수 있으며, 방수, 방습, 방충 기능을 가지고 있어 아웃도어에서 사용하기에 적합할 뿐만 아니라, 가속도 센서의 동작 임계치를 설정하되, 바람이나 주위의 이동물체에 의한 간접적인 영향을 배제할 수 있도록 필터를 설계함으로써, 오차를 최소화하고 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치에 관한 것이다.
현재의 생산관리 체계는 기존의 소품종 대량생산에서 다품종 소량생산으로 변화해가고 있다. 또한, 생산거점이 글로벌화되어 가면서 개발과 생산 및 판매가 복잡 다변화되어 가고 있다.
제품의 경쟁력을 갖추기 위해서는 이러한 체계를 잘 이해하고 발전시켜서 관리하는 것이 무엇보다도 중요하다. 일례로, 생산체계에서 공정별 모니터링 및 생산량 예측이 가능해야 단가가 낮은 시점을 원재료 구매시점으로 결정할 수 있다.
이를 위한 모니터링 방법 중 하나로 제품에 고유의 아이디를 부여하고, 단계별로 이러한 아이디를 인식하는 방법이 사용되고 있다. 제품별로 고유의 아이디를 부여하는 것은 자산관리 측면에서도 중요한 의미를 갖게 된다.
이러한 생산 모니터링 시스템은 인도어(Indoor)에서 컨베이어 벨트를 통해서 이동하거나 파렛타이징(palletizing) 형태로 모니터링 되는 것이 대부분이다.
한편, 조선 및 해양 플랜트 산업에서는 아이디를 부여하고 관리하기가 매우 어렵다는 한계가 존재한다. 또한, 대부분의 원재료가 철강이므로 RFID를 이용하는 것은 원천적으로 기술한계가 있다. 뿐만 아니라, 제품이 야드에 장시간 방치되는 상황이 발생하며 제품의 위치 또한 정해져 있는 것이 아니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 꾸준히 연구 개발이 진행되어 왔으나, 별다른 해결책이 제시되지 못하고 있는 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 조선 및 해양플랜트 산업현장과 같은 아웃도어에서도 원격지에서 물체의 위치를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 장치 자체의 전력을 이용하여 장기간 사용할 수 있으며, 방수, 방습, 방충을 확보하여 아웃도어에서 사용하기에 적합할 뿐만 아니라, 오차를 최소화하고 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치는 배터리; 상기 배터리와 외부전력 및 솔라셀과 전기적으로 연결되어 충전되는 충전모듈; 상기 충전모듈로부터 전력을 공급받아 물체 이동시 발생하는 가속도 값을 인식하여 가속도 신호를 생성하되, 물체의 위치이동에 대한 이벤트가 발생하여 기 설정된 동작 임계치를 초과할 경우에만 가속도 신호를 생성하는 가속도 센서; 상기 충전모듈로부터 전력을 공급받아 상기 가속도 센서로부터 전송된 가속도 신호를 처리하는 CPU; 현재 물체의 위치좌표를 수신하여 상기 CPU에 전송하는 GPS 수신기; 상기 충전모듈로부터 전력을 공급받으며, 상기 CPU와 전기적으로 연결되어 상기 CPU에 의해 처리된 가속도 신호와 GPS 좌표 및 ID를 전송하는 통신모듈; 및 상기 CPU와 전기적으로 연결되어 상기 가속도 센서로부터 전송된 가속도 신호를 포함한 데이터를 저장하고 기기 자체의 ID를 저장하는 메모리모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가속도 센서는 크레인을 통한 제품 이동에 따른 기기 자체의 이동, 이동차를 이용한 장소 이동을 포함한 경우를 위치변화로 인식하여 상기 동작 임계치를 초과하는 스타트 이벤트(start event)로 작동되고, 강풍으로 인한 상기 솔라셀의 진동, 지면의 진동, 작업자의 부주의에 의한 충격을 포함한 경우를 위치변화가 아닌 경우로 인식하여 상기 동작 임계치 이하인 슬립 모드(sleep mode)로 작동되도록 필터가 설계될 수 있다.
또한, 상기 가속도 센서가 스타트 이벤트로 작동될 경우 상기 통신모듈은 상기 ID, 충전모듈의 파워출력상태, GPS 좌표, 처리된 가속도 신호를 원격지로 전송하고, 상기 가속도 센서가 슬립 모드로 작동될 경우 상기 통신모듈은 전송을 수행하지 않고 상기 가속도 센서만 슬립 모드로 작동할 수 있다.
본 발명에 의하면 조선 및 해양플랜트 산업현장과 같은 아웃도어에서도 자석 등을 이용하여 추적하고자 하는 물체에 부착하여 원격지에서 물체의 위치를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 배터리, 외부전력, 솔라셀을 이용하여 충전모듈을 충전함으로써 장치 자체의 전력을 이용하여 장기간 사용할 수 있으며, 방수, 방습, 방충 기능을 가지고 있어 아웃도어에서 사용하기에 적합한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 가속도 센서의 동작 임계치를 설정하되, 바람이나 주위의 이동물체에 의한 간접적인 영향을 배제할 수 있도록 필터를 설계함으로써, 오차를 최소화하고 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치의 개념도,
도 2는 도 1에 기반한 하드웨어 구성도,
도 3은 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치의 알고리즘도,
도 4는 원격지 등에서 확인하는 모니터링 화면을 도시한 것이다.
제품별로 고유의 ID를 부여하여 공정별 모니터링이 가능하도록 하고 생산량을 예측할 수 있도록 하며, 자산관리를 용이하게 수행하도록 하되, 인도어(Indoor)뿐만 아니라 조선 및 해양플랜트 산업과 같이 제품이 야드에 장시간 방치되는 아웃도어(Outdoor) 상황에서도 제품의 위치를 실시간으로 파악할 수 있도록 하기 위해, 본 발명의 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치는 다음과 같은 요구사항을 갖는다.
첫째, 아웃도어에서 자석 등을 이용하여 추적하고자 하는 물체에 부착 가능하여야 한다.
둘째, 장치 자체의 전력을 이용하여 6개월 이상 사용할 수 있어야 한다. 이를 위해 본 발명에서는 솔라셀을 이용한 충전방식과 인가된 DC전원을 이용한다.
셋째, 방수, 방습, 방충기능을 가지고 있어야 하며 최소한 IP64 등급 이상의 내구성을 필요로 한다.
넷째, 바람, 주위 이동물체의 간접적 영향을 고려하여 위치이동을 인식하기 위한 임계치 설정 및 필터 설계가 필요하다.
이러한 요구사항을 만족시키기 위해 본 발명은 아래와 같은 구성을 취하고 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치의 개념도이고, 도 2는 도 1에 기반한 하드웨어 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치는, 도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리(10), 제1 커넥터(12), 제2 커넥터(14), 외부 입출력 포트(16), 충전모듈(20), 가속도 센서(30), CPU(40), GPS 수신기(50), 통신모듈(60), 및 메모리(70)를 포함하여 이루어진다.
배터리(10)는 충전모듈(20)에 전력을 공급한다. 일례로 배터리(10)는 5.5V 리튬폴리머전지를 사용할 수 있으며, 여기서 배터리의 종류를 한정하는 것은 아니다.
제1 커넥터(12)는 솔라셀 충전입력과 배터리가 연결되는 커넥터이다.
제2 커넥터(14)는 GPS 수신기(50)가 연결되는 커넥터이다.
외부 입출력 포트(16)는 다양한 기능의 소자들과 연결될 수 있으며, 본 발명의 독립형 위치인식장치에 확장성을 제공한다.
충전모듈(20)은 배터리(10)와 외부전력 및 솔라셀과 전기적으로 연결되어 충전됨으로써 전력을 저장한다. 충전모듈(20)은 가속도 센서(30), CPU(40), GPS 수신기(50), 통신모듈(60), 메모리(70) 등의 구동을 위한 전력을 공급한다.
가속도 센서(30)는 충전모듈(20)로부터 전력을 공급받아 물체 이동시 발생하는 가속도 값을 인식하여 가속도 신호를 생성한다. 가속도 센서(30)는 물체의 위치이동에 대한 이벤트가 발생하여 기 설정된 동작 임계치를 초과할 경우에만 가속도 신호를 생성한다. 즉, 가속도 센서(30)는 물체의 이동시 발생하는 센서값을 인식하여 이동전과 이동후의 위치 데이터 값을 전송하기 위한 스위치로 작용한다. 야드에서 조립전의 부품들은 대부분의 시간을 고정된 위치에서 보내기 때문에, 위치이동에 대한 이벤트(예컨대 start event)가 발생할 경우에만 장치를 작동시키는 것이 한정된 자원을 활용하는 방법이다.
일례로, 가속도 센서(30)의 동작 임계치는 다음과 같이 설정될 수 있으며, 이와 같이 작동하도록 필터가 설계될 수 있다.
가속도 센서(30)는 크레인을 통한 제품 이동에 따른 기기 자체의 이동, 이동차를 이용한 장소 이동을 포함한 경우를 위치변화로 인식하여 동작 임계치를 초과하는 스타트 이벤트(start event)로 작동될 수 있다.
반면, 가속도 센서(30)는 강풍으로 인한 솔라셀의 진동, 지면의 진동, 작업자의 부주의에 의한 충격을 포함한 경우를 위치변화가 아닌 경우로 인식하여 동작 임계치 이하인 슬립 모드(sleep mode)로 작동될 수 있다.
이와 같은 2가지 위치변화에 대한 이벤트를 가속도 센서의 신호처리를 이용해서 구분해야 하며, 현장 환경이 다양하기 때문에 현장 적응형 필터를 내장하는 방법과 사용자의 설정에 의한 필터 적용이 가능하다.
CPU(40)는 충전모듈(20)로부터 전력을 공급받아 가속도 센서(30)로부터 전송된 가속도 신호를 처리한다. 일례로 CPU(40)로는 저전력에서 16비트의 속도를 지원하는 MSP430 이 사용될 수 있으며, 여기서 CPU의 종류를 한정하는 것은 아니다.
GPS 수신기(50)는 현재 물체의 위치좌표를 수신하여 CPU(40)에 전송한다. 일례로, GPS 수신기는 위치오차 3m 이내의 데이터를 처리하여 데이터 전송 프레임으로 업로드(upload)할 수 있으며, 여기서 GPS 수신기의 위치오차를 한정하는 것은 아니다.
통신모듈(60)은 충전모듈(20)로부터 전력을 공급받으며, CPU(40)와 전기적으로 연결되어 CPU(40)에 의해 처리된 가속도 신호와 GPS 좌표 및 ID를 원격지 등에 전송한다. 일례로, 통신모듈로는 3G 모듈 또는 wireless 모듈이 적용가능하며, 여기서 통신모듈의 종류를 한정하는 것은 아니다.
가속도 센서(30)가 스타트 이벤트로 작동될 경우, 통신모듈(60)은 기기 자체의 ID, 충전모듈(20)의 파워출력상태(장치의 전원상태), GPS 좌표, 처리된 가속도 신호 등을 원격지로 전송한다.
반면, 가속도 센서(30)가 슬립 모드로 작동할 경우, 통신모듈(60)은 전송을 수행하지 않으며, 가속도 센서(30)만 슬립 모드로 작동하게 된다.
메모리(70)는 CPU(40)와 전기적으로 연결되어 가속도 센서(30)로부터 전송된 가속도 신호를 포함한 데이터를 저장하고, 기기 자체의 ID를 저장한다. 메모리(70)는 각종 센서데이터를 처리하기 위한 메모리 버퍼로 활용된다.
도 3은 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치의 알고리즘도이고, 도 4는 원격지 등에서 확인하는 모니터링 화면을 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 먼저 메모리 로딩 후 장치연결을 확인한다.
다음으로, ID, GPS, Power, 통신모듈의 세팅이 이루어지고, 이러한 단계들의 이상유무를 확인하여 이상이 있을 경우에는 로그(Log)파일의 갱신과 저장을 반복하여, 원하는 로그파일값이 되면 슬립모드를 종료한다. 본 발명은 조선 및 해양플랜트 산업과 같이 아웃도어에 적용가능하므로 혹한과 같은 환경에서 무리없이 작동되어야 한다. 혹한 환경 등에서는 부팅이 이루어지지 않을 수 있으므로, 이와 같이 한 싸이클을 돌면서 정상작동 여부를 체크하게 된다.
이상이 없는 것으로 확인되면 가속도 센서가 동작한다. 가속도 센서의 동작 전에 동작 임계치가 설정되어야 하며, 이에 대해서는 상술한 바 있다.
가속도 센서가 동작하면 화이트노이즈 인식필터가 동작하게 되며, 인식필터의 동작 전에 필터세팅값이 설정된다. 이를 통해 필터가 생성되면 저전력 슬립모드 상태가 되고, 필터가 생성되지 않으면 로그파일의 갱신과 저장이 다시 반복된다.
저전력 슬립모드에서는 상기에서 언급한 바와 같이 가속도 센서만 동작하고, 가속도 센서의 동작 임계치를 초과하는 위치 변경이 이루어진 경우 스타트 이벤트가 발생하여 통신모듈이 GPS, Node ID, 데이터 등을 원격지 등으로 전송하고, 동작 임계치를 초과하지 않는 위치 변경이 이루어진 경우 저전력 슬립모드가 유지된다.
도 4를 참조하면, 원격지 등에서는 통신모듈의 데이터 전송에 의해 Node ID, 파워출력 상태값, 장치 연결상태(GPS, 통신모듈, 파워, 가속도 센서 등), GPS 데이터, 가속도 센서의 x, y, z 축의 진폭이 모니터링된다. 또한, 가속도 센서의 작동타임과 진폭을 설정할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 - 배터리 12 - 제1 커넥터
14 - 제2 커넥터 16 - 외부 입출력 포트
20 - 충전모듈 30 - 가속도 센서
40 - CPU 50 - GPS 수신기
60 - 통신모듈 70 - 메모리

Claims (3)

  1. 배터리;
    상기 배터리와 외부전력 및 솔라셀과 전기적으로 연결되어 충전되는 충전모듈;
    상기 충전모듈로부터 전력을 공급받아 물체 이동시 발생하는 가속도 값을 인식하여 가속도 신호를 생성하되, 물체의 위치이동에 대한 이벤트가 발생하여 기 설정된 동작 임계치를 초과할 경우에만 가속도 신호를 생성하는 가속도 센서;
    상기 충전모듈로부터 전력을 공급받아 상기 가속도 센서로부터 전송된 가속도 신호를 처리하는 CPU;
    현재 물체의 위치좌표를 수신하여 상기 CPU에 전송하는 GPS 수신기;
    상기 충전모듈로부터 전력을 공급받으며, 상기 CPU와 전기적으로 연결되어 상기 CPU에 의해 처리된 가속도 신호와 GPS 좌표 및 ID를 전송하는 통신모듈; 및
    상기 CPU와 전기적으로 연결되어 상기 가속도 센서로부터 전송된 가속도 신호를 포함한 데이터를 저장하고 기기 자체의 ID를 저장하는 메모리모듈
    을 포함하고,
    상기 가속도 센서는 크레인을 통한 제품 이동에 따른 기기 자체의 이동, 이동차를 이용한 장소 이동을 포함한 경우를 위치변화로 인식하여 상기 동작 임계치를 초과하는 스타트 이벤트(start event)로 작동되고,
    강풍으로 인한 상기 솔라셀의 진동, 지면의 진동, 작업자의 부주의에 의한 충격을 포함한 경우를 위치변화가 아닌 경우로 인식하여 상기 동작 임계치 이하인 슬립 모드(sleep mode)로 작동되도록 필터가 설계되며,
    상기 가속도 센서가 스타트 이벤트로 작동될 경우 상기 통신모듈은 상기 ID, 충전모듈의 파워출력상태, GPS 좌표, 처리된 가속도 신호를 원격지로 전송하고,
    상기 가속도 센서가 슬립 모드로 작동될 경우 상기 통신모듈은 전송을 수행하지 않고 상기 가속도 센서만 슬립 모드로 작동하며,
    상기 메모리 로딩 후 ID, GPS, 상기 통신모듈의 세팅이 이루어지고 세팅에 이상이 있을 경우 로그(Log) 파일의 갱신과 저장을 반복하여 원하는 로그파일값이 되면 슬립 모드를 종료하며,
    세팅에 이상이 없을 경우 동작 임계치가 설정된 상기 가속도 센서가 동작하고, 상기 가속도 센서가 동작하면 필터 세팅값이 설정된 화이트노이즈 인식필터가 동작하고, 필터가 생성되면 슬립 모드 상태가 되고 필터가 생성되지 않으면 로그파일의 갱신과 저장이 다시 반복되고,
    슬립모드에서는 상기 가속도 센서만 동작하고, 상기 가속도 센서의 동작 임계치를 초과하는 위치 변경이 이루어진 경우 스타트 이벤트가 발생하여 상기 통신모듈이 GPS, Node ID, 데이터를 원격지로 전송하고 동작 임계치를 초과하지 않는 위치변경이 이루어진 경우 슬립 모드가 유지되며,
    원격지에서는 상기 통신모듈의 데이터 전송에 의해 Node ID, 파워출력 상대값, GPS, 상기 통신모듈, 파워, 상기 가속도 센서의 장치 연결상태, GPS 데이터, 상기 가속도 센서의 x, y, z 축의 진폭이 모니터링되고, 상기 가속도 센서의 작동타임과 진폭을 설정하는 것을 특징으로 하는 위치데이터를 원격으로 전송하는 독립형 위치인식장치.



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CN103776429A (zh) * 2014-01-10 2014-05-07 綦声波 一种用于海洋探测设备回收的信标装置及其运行方法
KR101857576B1 (ko) * 2017-11-01 2018-05-14 주식회사 로탈 조선소 모니터링용 위치 인식 장치

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KR20080093598A (ko) * 2007-04-17 2008-10-22 엘지이노텍 주식회사 Ｇｐｓ기반 지그비 모듈 및 그 동작방법

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