KR101360773B1

KR101360773B1 - 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101360773B1
Application number: KR1020130110319A
Authority: KR
Inventors: 박석규; 곽병진
Original assignee: 리모트솔루션주식회사
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2014-02-13

Abstract

히트 소스와 밀착되어 집열하기 위한 하판; 미리 구비된 히트 싱크와 밀착되어 방열하기 위한 상판; 상기 상판과 하판 사이에 구비되어 상기 상판과 하판 간의 온도차를 감지하고, 상기 온도차에 의해 생성되는 전기 에너지를 수집하기 위한 열전 반도체; 상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전류를 측정하여 상기 상판 및 하판 간의 온도차를 감지하고, 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하고 판단 결과 소정 임계치 이상인 경우 알람 신호를 생성하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에 의해 생성된 알람 신호를 근거리 통신 방식으로 송신하는 근거리 통신 모듈; 상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전류에 의한 전기 에너지를 수집/저장하고 수집/저장된 전기 에너지를 상기 마이크로프로세서 및 근거리 통신 모듈에 공급하는 전력 공급 모듈을 구성한다.

Description

에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템 및 방법{SMART FIRE PREDICTING AND SENSING SYSTEM AND METHOD BASED ON ENERGY HARVESTING}

본 발명은 화재 예측 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 5년간의 통계를 볼 때 주택 화재는 전체 화재의 33.5%를 차지하고 있다. 그 중 인명 피해의 69%는 주택에서 발생하고 있다.

주택은 소방 대상물에 해당되지 않아 화재를 감지하고 진화할 수 있는 경보 장치나 소화 시설이 없는 경우가 많이 있다. 통계를 통해 알 수 있듯이 주택은 화재 발생의 감지에 매우 취약한 반면, 그로 인한 인명 피해가 크기 때문에 이에 대한 대책이 요구된다.

한편, 종래 주택 화재 원인의 대부분은 주방의 열기구를 이용하여 음식물을 취사할 때 발생하는 경우가 많은 것으로 나타나고 있다. 집을 비운 채로 음식물을 끓이다가 화재가 발생하는 사례도 많이 있다.

다른 한편, 종래에는 이러한 화재에 대응하여 화재 감지기가 많이 이용되고 있다.

즉, 종래에는 화재에 대응하기 위해 주로 화재를 감지하는 데에 초점이 맞추어져 있다. 즉, 화재 발생 후 화재에 의한 연기 등을 감지하여 화재 발생을 알리는 데에 주력하고 있다. 그러나, 이러한 화재가 발생한 후에는 이미 피해가 발생하고 있는 상태이며 그 피해가 순식간에 확대될 수 있는 문제점이 있다.

그러므로, 화재의 발생을 미리 예측 가능하다면, 미리 예측하여 사용자에게 알려주는 것이 바람직하다.

한편, 종래의 화재 감지기는 단품으로 개발되어 부착되는 경우가 많다. 화재 감지기에 별도의 배터리가 이용되고 있는데, 배터리의 전기가 다 소모되면 더 이상 동작하지 않아 화재 감지기로서의 기능을 상실하게 되는 문제점이 있다.

등록실용신안공보 20-0464821은 이와 같은 종래의 단독 화재 감지기의 일례로서, 배터리가 소모되면 더 이상 화재 감지가 불가능하게 될 수 있음을 알 수 있다.

그리고 등록특허공보 10-1082358은 제벡(seebeck) 효과를 이용한 열감시 장치를 개시하고 있다. 해당 선행기술은 화재 감지나 화재 예측을 위한 것이 아니라 콘센트나 전기 장치의 과열을 감지하기 위한 기술이다.

해당 선행기술은 온도가 올라가면 열 에너지로부터 전기 에너지로 변환되는 열전 소자를 이용하여 콘센트의 과열 여부를 감지/판단하고 이상 신호를 송출하도록 구성되어 있다.

해당 선행기술은 열전 현상 즉, 제벡(seebeck) 효과를 이용하여 과열을 감지하고 있으나, 이로 인해 화재를 미리 예측할 수는 없으며, 특히 취사라는 특수한 경우에 온도의 변화에 따라 화재 발생 가능성을 예측할 수는 없다.

음식물의 경우에는 취사 과정에서 초기에는 가열에 의한 온도가 상승하는 단계, 이후 음식물이 익는 동안 온도가 일정 수준에서 유지되는 단계, 이후, 음식물이 다 익고 나면 가열에 의해 온도가 다시 상승하면서 음식물이 타는 단계를 거치는 것이 일반적이며, 그 이후에는 화재가 발생할 수 있는 단계로 넘어가기 때문이다.

이처럼 종래에는 가정 내 주방에서 취사 과정에서 화재가 발생할 수 있는 것을 예측할 수 있는 화재 예측 기기라든가 제백 효과를 이용한 화재 예측 기기는 개시된 바 없다.

대한민국특허청 등록실용신안공보 20-0464821 대한민국특허청 등록특허공보 10-1082358

본 발명의 목적은 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템은, 히트 소스(heat source)와 밀착되어 집열하기 위한 하판; 미리 구비된 히트 싱크(heat sink)와 밀착되어 방열하기 위한 상판; 상기 상판과 하판 사이에 구비되어 상기 상판과 하판 간의 온도차를 감지하고, 상기 온도차에 의해 생성되는 전기 에너지를 수집하기 위한 열전 반도체; 상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공(hole) 및 전자(electron)의 이동에 따른 전류를 측정하여 상기 상판 및 하판 간의 온도차를 감지하고, 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하고 판단 결과 소정 임계치 이상인 경우 알람(alarm) 신호를 생성하는 마이크로프로세서(microprocessor); 상기 마이크로프로세서에 의해 생성된 알람 신호를 근거리 통신 방식으로 송신하는 근거리 통신 모듈; 상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전류에 의한 전기 에너지를 수집/저장하고 수집/저장된 전기 에너지를 상기 마이크로프로세서 및 근거리 통신 모듈에 공급하는 전력 공급 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.

여기에서, 상기 마이크로프로세서는, 상기 상판 및 하판 간에 감지되는 온도차가 상승하는 시간대를 음식물이 초기 가열되는 구간으로 판단하고, 상기 온도차가 일정해지는 시간대를 상기 음식물이 익는 구간으로 판단하고, 상기 온도차가 재상승하는 시간대를 상기 음식물이 타기 시작하는 구간으로 판단하고, 상기 온도차의 상승율이 높아지는 시간대를 화재가 발생하는 구간으로 판단하고, 상기 화재가 발생하는 구간에서 알람 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 마이크로프로세서는, 상기 상판 및 하판 간에 감지되는 온도차가 상승하다가 온도차의 상승율이 높아지는 시간대에 화재가 발생하는 구간으로 판단하고, 상기 화재가 발생하는 구간에서 알람 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 근거리 통신 모듈로부터 알람 신호를 수신하고, 수신된 알람 신호에 따른 문자 메시지를 생성하여 사용자의 이동통신단말로 송신하는 인터넷 전화 단말기를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 방법은, 전력 공급 모듈이 히트 소스(heat source)가 밀착된 하판과 히트 싱크(heat sink)가 밀착된 상판 간의 온도차에 의해 열전 반도체에 생성된 전류에 의한 전기 에너지를 충전하여 마이크로프로세서(microprocessor) 및 근거리 통신 모듈로 공급하는 단계; 상기 마이크로프로세서가 히트 소스(heat source)가 밀착된 하판과 히트 싱크(heat sink)가 밀착된 상판 간의 온도차에 의해 열전 반도체에 생성된 전류를 측정하는 단계; 상기 마이크로프로세서가 상기 측정된 전류에 따른 상기 하판 및 상판 간의 온도차를 감지하는 단계; 상기 마이크로프로세서가 상기 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하는 단계; 상기 판단 결과 상기 소정 임계치 이상인 경우, 상기 마이크로프로세서가 알람(alarm) 신호를 생성하는 단계; 상기 근거리 통신 모듈이 상기 마이크로프로세서에 의해 생성된 알람 신호를 인터넷 전화 단말기로 송신하는 단계; 상기 인터넷 전화 단말기가 상기 근거리 통신 모듈로부터 알람 신호를 수신하고, 수신된 알람 신호에 따른 문자 메시지를 생성하여 사용자의 이동통신단말로 송신하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.

여기에서, 상기 마이크로프로세서가 상기 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하는 단계에서, 상기 임계치 미만인 경우, 상기 상판 및 하판 간의 온도차가 상승하는 시간대를 음식물이 초기 가열되는 구간으로 판단하고, 상기 온도차가 일정해지는 시간대를 상기 음식물이 익는 구간으로 판단하고, 상기 온도차가 재상승하는 시간대를 상기 음식물이 타기 시작하는 구간으로 판단하고, 상기 온도차의 상승율이 높아지는 시간대를 화재가 발생하는 구간으로 판단하고, 상기 화재가 발생하는 구간에서 알람 신호를 생성하는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 마이크로프로세서가 상기 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하는 단계에서, 상기 임계치 미만인 경우, 상기 상판 및 하판 간의 온도차가 상승하다가 온도차의 상승율이 높아지는 시간대에 화재가 발생하는 구간으로 판단하고, 상기 화재가 발생하는 구간에서 알람 신호를 생성하는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

상기와 같은 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템 및 방법에 의하면, 가정 내 주방에서 제백(seebeck) 효과를 이용하여 취사에 의한 화재 발생 가능성을 예측하여 통보하여 주도록 구성됨으로써, 가정 내 주요 화재 원인에 의한 화재를 미연에 방지하고 대처할 수 있도록 돕는 효과가 있다.

또한, 별도의 배터리 없이 제백 효과에 의해 생성된 전기 에너지를 그대로 화재 예측 시스템에 이용함으로써, 배터리 방전에 의한 오작동이나 동작 불능의 문제점을 해결하는 효과가 있다.

또한, 취사 과정에서 가열에서부터 화재 발생시까지의 음식 용기의 온도 변화를 데이터화하고 이를 이용하여 화재 발생 가능성을 실시간으로 예측하는 알고리즘에 의해 화재가 발생하기 전에 미리 화재를 예측할 수 있는 효과가 있다.

특히, 위 알고리즘에서 정온식 연산과 차동식 연산을 병행하도록 구성됨으로써, 화재 발생 가능성이나 그 시점을 신속하게 연산하여 예측할 수 있는 효과가 있다.

또한, 화재 발생이 예측되면 그 알람 신호를 생성하여 가정 내 인터넷 전화 단말기로 송신하고, 인터넷 전화 단말기 내 전용 어플리케이션을 이용하여 화재 예측을 알리는 문자 메시지를 생성하여 사용자의 이동통신단말로 알려주도록 구성됨으로써, 사용자가 외부에 있더라도 실시간으로 이를 통보받을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템의 블록 구성도이다.
도 2a는 음식물의 온도 변화에 따른 화재 발생 구간을 나타내는 실험 데이터의 그래프이다.
도 2b는 음식물의 수분 양 및 온도 변화에 따른 일반적 화재 발생 구간을 나타내는 실험 데이터의 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 방법의 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅(energy harvesting) 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템(100)(이하, '스마트 화재 예측 감지 시스템'이라 함)은 하판(110), 히트 싱크(heat sink)(121)가 구비된 상판(120), 열전 반도체(130), 마이크로프로세서(microprocessor)(140), 근거리 통신 모듈(150), 전력 공급 모듈(160), 인터넷 전화 단말기(170)를 포함하도록 구성될 수 있다.

스마트 화재 예측 감지 시스템(100)은 가정 내 주방에서 음식 용기의 온도 변화를 열전 소자를 이용하여 실시간 감지하고, 음식 용기 내지는 음식물의 온도 변화에 따른 화재 발생 가능성을 실시간 예측하도록 구성된다.

또한, 취사 시 지벡 효과에 의해 생성되는 전기 에너지를 이용하여 마이크로프로세서(140) 및 근거리 통신 모듈(150)에 전력을 공급하도록 구성됨으로써, 배터리 방전에 따른 오작동이나 기능 상실을 방지할 수 있다.

또한, 음식물의 수분양에 따라 달리지는 음식물 내지는 음식 용기의 온도 변화를 통해 화재 발생 가능성을 예측하는 알고리즘을 생성하여 활용함으로써, 화재 발생 가능성의 정확도를 높일 수 있다.

또한, 알고리즘 상에서 소정 임계치 이상의 온도로 상승할 때 화재를 예측하는 정온식 연산 방식과 온도차의 상승율에 따라 화재를 예측하는 차동식 연산을 병행하도록 구성됨으로써, 연산 속도를 높이고 예측의 정확도를 높인다.

그리고 화재 발생이 예측되면 인터넷 전화 단말기(170)가 근거리 통신을 통해 알람 신호를 수신하고, 인터넷 전화 단말기(170)의 전용 어플리케이션이 문자 메시지를 통해 사용자에게 즉시 알릴 수 있도록 구성됨으로써, 사용자가 어디에 있든지 화재 발생 가능성을 실시간 확인할 수 있다.

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

하판(110)은 가스레인지나 핫코일(hot coil)과 같은 히트 소스(heat source) 상에 놓이거나 부착되어 집열하도록 구성된다.

상판(120)은 그 위에 히트 싱크(heat sink)(121)가 미리 구비되며, 하판(110)의 열을 히트 싱크(121)를 통해 방출하도록 구성된다. 이에 의해, 하판(110)에서 상판(120)으로 열의 이동이 원활하게 이루어진다.

히트 싱크(121)는 도 1에서 보듯이 그 단면적을 최대한 넓게 구성하여 열의 방출을 용이하게 하도록 구성된다.

열전 반도체(130)는 상판(120)과 하판(110) 간에 구비되어 상판(120)과 하판(110) 간의 온도차를 감지하기 위한 적어도 한 쌍의 P형 반도체 및 N형 반도체로 구성될 수 있다.

열전 반도체(130)는 제벡 효과에 따라 하판(110)과 상판(120)의 온도차 즉 열 에너지에 의해 P형 반도체에는 정공이 이동하고 N형 반도체에는 전자가 이동하여 전류를 생성한다. 즉, 전기 에너지가 생성된다.

이러한 전기 에너지는 열 에너지의 크기에 따라 그 양이 결정된다. 즉 온도차에 따라 비례하여 전류의 양이 커지므로, 전류의 양을 측정하여 온도차를 예상 내지는 측정하는 것이 가능하다.

한편, 열전 반도체(130)는 상판(120)과 하판(110) 간에 구비되어 히트 소스에 의한 전기 에너지를 수집하기 위한 적어도 한 쌍 이상의 P형 반도체 및 N형 반도체로 구성될 수 있다. 전기 에너지를 수집하기 위해서는 되도록 많은 쌍의 P형 반도체 및 N형 반도체가 구비되는 것이 바람직하다.

마이크로프로세서(140)는 상판(120) 및 하판(110)의 온도차에 의해 열전 반도체(130)에 생성되는 정공(hole) 및 전자(electron)의 이동에 따른 전류를 측정하도록 구성된다. 그리고 이에 의해, 상판(120) 및 하판(110) 간의 온도차를 감지하도록 구성될 수 있다.

한편, 마이크로프로세서(140)는 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하고 판단 결과 소정 임계치 이상인 경우 알람(alarm) 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이는 정온식 연산 방식에 따른 알고리즘으로서, 화재 발생 가능성이 높은 임계 온도에서는 무조건 화재 발생 가능성이 있음을 알려주는 것이 바람직하다.

여기에서, 알람 신호에는 온도차, 즉 온도나 그 시간, 그리고 감지된 위치 등의 다양한 정보가 포함되는 것이 바람직하다.

한편, 마이크로프로세서(140)는 차동식 연산 알고리즘에 따라 화재 발생을 예측할 수 있다.

차동식 연산 알고리즘을 설명하기 위해 도 2a 및 도 2b를 참조한다.

도 2a는 음식물의 온도 변화에 따른 화재 발생 구간을 나타내는 실험 데이터의 그래프이고, 도 2b는 음식물의 수분 양 및 온도 변화에 따른 일반적 화재 발생 구간을 나타내는 실험 데이터의 그래프이다.

도 2a를 참조하면, 음식물의 일반적인 온도 변화 구간을 나타낸다.

초기에는 음식물이 가열되어 온도가 상승하고, 그 이후에 음식물이 익는 동안에는 온도가 일정하게 유지되며, 그 이후 음식물이 타는 동안에는 온도가 다시 상승하며, 온도 상승률이 더 높아지면 화재가 발생할 가능성이 높아진다.

이를 이용하여 차동식 연산에 의한 화재 예측이 가능해진다.

이에, 마이크로프로세서(140)는 상판(120) 및 하판(110) 간에 감지되는 온도차가 상승하는 시간대를 음식물이 초기 가열되는 구간으로 판단하고, 온도차가 일정해지는 시간대를 음식물이 익는 구간으로 판단하고, 온도차가 재상승하는 시간대를 음식물이 타기 시작하는 구간으로 판단하고, 온도차의 상승율이 높아지는 시간대를 화재가 발생하는 구간으로 판단하도록 구성될 수 있다.

이와 무관하게, 소정 임계치보다 온도차가 높아질 때는 무조건 화재 발생 가능성이 있는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 정온식 알고리즘과 차동식 알고리즘이 병행해서 수행될 수 있다.

이에, 마이크로프로세서(140)는 화재가 발생하는 구간에서 알람 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

다른 예로서, 도 2b를 참조하면, 음식물의 수분양에 따른 온도 변화 데이터가 나타나 있다. 음식물의 수분이 많고 양이 적을 때에는 초기 가열 구간, 익는 구간, 그리고 타는 구간의 온도 변화를 겪는다. 그리고 수분이 많지 않은 음식물 예를 들어 쌀은 지속적으로 온도가 상승하다가 온도 상승율이 높아지면 화재 발생 가능성이 높아진다. 그리고 수분도 많고 양도 많을 때에는 초기 가열 구간, 익는 구간, 타는 구간, 그리고 나서 온도 상승율이 높아지면 화재 발생 가능성이 높아지게 된다.

이러한 경우 어느 예에서도, 어느 정도의 임계치 이상의 온도가 되면 화재 발생 가능성이 높아지거나, 또는 온도가 재상승하다가 온도 상승율이 더 높아지면 화재 발생 구간으로 진입하게 됨을 알 수 있다.

이에, 마이크로프로세서(140)는 상판(120) 및 하판(110) 간에 감지되는 온도차가 상승하다가 온도차의 상승율이 높아지는 시간대에 화재가 발생하는 구간으로 판단하고, 화재가 발생하는 구간에서 알람 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 근거리 통신 모듈(150)은 마이크로프로세서(140)에 의해 생성된 알람 신호를 근거리 통신 방식으로 송신하도록 구성될 수 있다. 근거리 통신 방식은 와이파이(wifi)는 물론 지그비(zigbee), 블루투스(bluetooth) 등이 될 수 있다.

전력 공급 모듈(160)은 상판(120) 및 하판(110)의 온도차에 의해 열전 반도체(130)에 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전류에 의한 전기 에너지를 수집/저장하도록 구성될 수 있다.

그리고 전력 공급 모듈(160)은 수집/저장된 전기 에너지를 마이크로프로세서(140) 및 근거리 통신 모듈(150)에 실시간 공급하도록 구성될 수 있다.

인터넷 전화 단말기(170)는 근거리 통신 모듈(150)로부터 알람 신호를 수신하고, 수신된 알람 신호에 따른 문자 메시지를 생성하여 사용자의 이동통신단말(200)로 송신하도록 구성될 수 있다. 인터넷 전화 단말기(170)는 미리 설치된 전용 어플리케이션을 통해 알람 신호의 수신 및 문자 메시지의 생성을 할 수 있도록 구성된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 전력 공급 모듈(160)이 히트 소스(heat source)가 밀착된 하판(110)과 히트 싱크(heat sink)(121)가 밀착된 상판(120) 간의 온도차에 의해 열전 반도체(130)에 생성된 전류에 의한 전기 에너지를 충전하여 마이크로프로세서(microprocessor)(140) 및 근거리 통신 모듈(150)로 공급한다(S110).

다음으로, 마이크로프로세서(140)가 히트 소스(heat source)가 밀착된 하판(110)과 히트 싱크(heat sink)(121)가 밀착된 상판(120) 간의 온도차에 의해 열전 반도체(130)에 생성된 전류를 측정한다(S120).

다음으로, 마이크로프로세서(140)가 앞서 측정된 전류에 따른 하판(110) 및 상판(120) 간의 온도차를 감지한다(S130).

다음으로, 마이크로프로세서(140)가 앞서 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단한다(S140).

판단 결과 소정 임계치 이상인 경우, 마이크로프로세서(140)가 알람(alarm) 신호를 생성한다(S150).

판단 결과 소정 임계치 미만인 경우, 마이크로프로세서(140)는 상판(120) 및 하판(110) 간의 온도차가 상승하는지 판단하고(S141), 온도차가 상승하는 시간대를 음식물이 초기 가열되는 구간으로 판단하도록 구성될 수 있다.

그리고 나서, 마이크로프로세서(140)는 상판(120) 및 하판(110) 간의 온도차의 상승률이 상승하는지 판단하고(S142), 온도차 상승률이 상승하면 바로 화재 발생 구간에 진입한 것으로 판단하여 알람 신호를 생성한다(S150). 이는 음식물에 수분이 많지 않은 쌀이 그 예에 해당될 수 있다.

그러나, 온도차 상승률이 상승하지 않으면, 마이크로프로세서(140)는 온도차가 일정하게 유지되는지 판단하고(S143), 온도차가 일정하게 유지되지 않으면, 온도차가 소정 임계치에 도달했는지 다시 판단하고(S140), 도달하면 바로 화재 발생 구간에 진입한 것으로 판단하여 알람 신호를 생성한다(S150).

그러나, 온도차가 일정하게 유지되는 경우에는, 마이크로프로세서(140)는 온도차가 다시 재상승하는지 판단하고(S144), 온도차가 재상승하지 않으면, 온도차가 소정 임계치에 도달했는지 다시 판단하고(S140), 도달하면 바로 화재 발생 구간에 진입한 것으로 판단하여 알람 신호를 생성한다(S150).

그러나, 온도차가 재상승하는 경우에는, 온도차 상승률이 더 상승하는지 판단하고(S145), 온도차 상승률이 더 상승하지는 않으면, 온도차가 소정 임계치에 도달했는지 다시 판단하고(S140), 도달하면 바로 화재 발생 구간에 진입한 것으로 판단하여 알람 신호를 생성한다(S150).

그러나, 온도차 상승률이 더 급격하게 상승하면, 마이크로프로세서(140)는 화재 발생 구간에 진입한 것으로 판단하여 알람 신호를 생성한다(S150).

이처럼 정온식 알고리즘과 차동식 알고리즘이 병행하여 수행된다.

다음으로, 근거리 통신 모듈(150)이 마이크로프로세서(140)에 의해 생성된 알람 신호를 인터넷 전화 단말기(170)로 송신한다(S160).

다음으로, 인터넷 전화 단말기(170)가 근거리 통신 모듈(150)로부터 알람 신호를 수신하고, 수신된 알람 신호에 따른 문자 메시지를 생성하여 사용자의 이동통신단말(200)로 송신한다(S170).

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110: 하판 120: 상판
121: 히트 싱크 130: 열전 반도체
140: 마이크로프로세서 150: 근거리 통신 모듈
160: 전력 공급 모듈 170: 인터넷 전화 단말기

Claims

삭제
히트 소스(heat source)와 밀착되어 집열하기 위한 하판;
미리 구비된 히트 싱크(heat sink)와 밀착되어 방열하기 위한 상판;
상기 상판과 하판 사이에 구비되어 상기 상판과 하판 간의 온도차를 감지하고, 상기 온도차에 의해 생성되는 전기 에너지를 수집하기 위한 열전 반도체;
상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공(hole) 및 전자(electron)의 이동에 따른 전류를 측정하여 상기 상판 및 하판 간의 온도차를 감지하고, 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하고 판단 결과 소정 임계치 이상인 경우 알람(alarm) 신호를 생성하는 마이크로프로세서(microprocessor);
상기 마이크로프로세서에 의해 생성된 알람 신호를 근거리 통신 방식으로 송신하는 근거리 통신 모듈;
상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전류에 의한 전기 에너지를 수집/저장하고 수집/저장된 전기 에너지를 상기 마이크로프로세서 및 근거리 통신 모듈에 공급하는 전력 공급 모듈을 포함하고,
상기 마이크로프로세서는,
상기 상판 및 하판 간에 감지되는 온도차가 상승하는 시간대를 음식물이 초기 가열되는 구간으로 판단하고, 상기 온도차가 일정해지는 시간대를 상기 음식물이 익는 구간으로 판단하고, 상기 온도차가 재상승하는 시간대를 상기 음식물이 타기 시작하는 구간으로 판단하고, 상기 온도차의 상승율이 높아지는 시간대를 화재가 발생하는 구간으로 판단하고, 상기 화재가 발생하는 구간에서 알람 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템.
히트 소스(heat source)와 밀착되어 집열하기 위한 하판;
미리 구비된 히트 싱크(heat sink)와 밀착되어 방열하기 위한 상판;
상기 상판과 하판 사이에 구비되어 상기 상판과 하판 간의 온도차를 감지하고, 상기 온도차에 의해 생성되는 전기 에너지를 수집하기 위한 열전 반도체;
상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공(hole) 및 전자(electron)의 이동에 따른 전류를 측정하여 상기 상판 및 하판 간의 온도차를 감지하고, 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하고 판단 결과 소정 임계치 이상인 경우 알람(alarm) 신호를 생성하는 마이크로프로세서(microprocessor);
상기 마이크로프로세서에 의해 생성된 알람 신호를 근거리 통신 방식으로 송신하는 근거리 통신 모듈;
상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전류에 의한 전기 에너지를 수집/저장하고 수집/저장된 전기 에너지를 상기 마이크로프로세서 및 근거리 통신 모듈에 공급하는 전력 공급 모듈을 포함하고,
상기 마이크로프로세서는,
상기 상판 및 하판 간에 감지되는 온도차가 상승하다가 온도차의 상승율이 높아지는 시간대에 화재가 발생하는 구간으로 판단하고, 상기 화재가 발생하는 구간에서 알람 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 시스템.
삭제
전력 공급 모듈이 히트 소스(heat source)가 밀착된 하판과 히트 싱크(heat sink)가 밀착된 상판 간의 온도차에 의해 열전 반도체에 생성된 전류에 의한 전기 에너지를 충전하여 마이크로프로세서(microprocessor) 및 근거리 통신 모듈로 공급하는 단계;
상기 마이크로프로세서가 히트 소스(heat source)가 밀착된 하판과 히트 싱크(heat sink)가 밀착된 상판 간의 온도차에 의해 열전 반도체에 생성된 전류를 측정하는 단계;
상기 마이크로프로세서가 상기 측정된 전류에 따른 상기 하판 및 상판 간의 온도차를 감지하는 단계;
상기 마이크로프로세서가 상기 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하는 단계;
상기 판단 결과 상기 소정 임계치 이상인 경우, 상기 마이크로프로세서가 알람(alarm) 신호를 생성하는 단계;
상기 근거리 통신 모듈이 상기 마이크로프로세서에 의해 생성된 알람 신호를 인터넷 전화 단말기로 송신하는 단계;
상기 인터넷 전화 단말기가 상기 근거리 통신 모듈로부터 알람 신호를 수신하고, 수신된 알람 신호에 따른 문자 메시지를 생성하여 사용자의 이동통신단말로 송신하는 단계를 포함하는 에너지 하베스팅(energy harvesting) 기반 스마트 화재 예측 감지 방법.
제5항에 있어서, 상기 마이크로프로세서가 상기 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하는 단계에서, 상기 임계치 미만인 경우,
상기 상판 및 하판 간의 온도차가 상승하는 시간대를 음식물이 초기 가열되는 구간으로 판단하고, 상기 온도차가 일정해지는 시간대를 상기 음식물이 익는 구간으로 판단하고, 상기 온도차가 재상승하는 시간대를 상기 음식물이 타기 시작하는 구간으로 판단하고, 상기 온도차의 상승율이 높아지는 시간대를 화재가 발생하는 구간으로 판단하고, 상기 화재가 발생하는 구간에서 알람 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 방법.
제5항에 있어서, 상기 마이크로프로세서가 상기 감지된 온도차가 소정 임계치 이상인지 판단하는 단계에서, 상기 임계치 미만인 경우,
상기 상판 및 하판 간의 온도차가 상승하다가 온도차의 상승율이 높아지는 시간대에 화재가 발생하는 구간으로 판단하고, 상기 화재가 발생하는 구간에서 알람 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기반 스마트 화재 예측 감지 방법.