KR101433081B1 - 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템은, 특정공간 내에 설치된 적어도 하나 이상의 전기기기의 소비전력을 제어하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에 있어서, 상기 전기기기의 소비전력을 제어하기 위한 데이터인 기초 상황정보를 감지하여 데이터를 수집하며, 센서네트워크 통신망을 통해 수집된 데이터를 송수신하는 센서노드부; 및 상기 센서노드부와 상기 센서네트워크 통신망을 통해 연결되어 상기 센서노드부로부터 전송된 데이터를 수신하여 취합하며, 상기 기초 상황정보의 데이터에 대응하여 미리 설정된 전력소비 기준에 따라 상기 전기기기의 작동상태를 제어하는 중앙관리부;를 포함하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템이 개시된다.
Description
본 발명은 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실·내외의 온도, 습도, 조도, 적외선 신호, 초음파 신호, 전력소비량, 전기기기별 운전상태, 특정공간별 사용 스케쥴 및 인원수 등의 기초 상황정보를 기초로 하여 미리 설정된 전력소비 기준에 따라 각 전기기기의 작동상태를 제어함으로써 소비전력량을 조절할 수 있는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에 관한 것이다.
최근 산업이 발전함에 따라 건물의 수가 늘어가고 있으며, 각 건물은 냉난방 및 시설의 운영에 많은 전기에너지를 사용하고 있다. 더욱이, 과도한 전력소비로 인하여 발전설비의 고장이 발생할 수 있으며, 그 결과로 대도시나 산업 현장에 대형 정전 사고 발생 위험이 초래하고 있다.
실 예로, 한국의 경우, 2009년과 같이 강추위가 계속되는 경우 전력예비율이 9%까지 떨어지면서 정부가 정해놓은 6%를 위협하고 있는 실정이며, 전력예비율이 6%까지 떨어질 경우 대규모 정전사태가 발생할 수 있으며 각종 산업생산이 위축될 수 있다.
또한, 천연자원을 이용한 화력(석탄, 석유, 천연가스)발전으로 인한 환경오염 발생 및 지구 온난화 가속되고 있는데, 현재 한국도 세계 9위의 온실가스 배출국으로써 온실가스 배출량의 약 27%가 전력 부문에서 발생하고 있다.
석유 10L로 발전을 할 경우 실제 4L의 기름만 전기 에너지로 전환되고 나머지 6L는 낭비되기 때문에 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있고, CO2 배출권 및 높은 전기요금(누진세)으로 인한 경제적 부담이 되며, 한국은 온실가스 규제에 따라 2013년 교토의정서 2차 감축 대상국이 될 것으로 예상됨에 따라서 CO2배출권을 수입해야 할 경우에 수출전략에 영향이 클 것이다.
현재 온실가스와 관련된 배출권 선물거래와 관련되어 시카고 기후거래소는 CO2 배출권 선물거래가 상장되어, 월 평균 26,900계약(일평균 1,400계약)이 거래되고 있으며 월간 거래대금은 1백 10만 달러에 이르고 있다.
한편, 전력소비가 많은 전기기기들이 비효율적으로 혹은 불필요하게 작동되는 경우가 허다하고, 사용하지 않더라도 대기전력이 계속적으로 낭비되고 있다. 한국에너지 시민연대에서 발표한 자료에 따르면 컴퓨터를 켜놓고 사용하지 않는 상태에서 낭비되는 비용이 컴퓨터 당 연간 2만 원 이상으로 한국의 경우 1천 5백만 가구로 가정할 때 연간 낭비되는 전력의 환산 금액은 가정마다 한 대의 컴퓨터가 있다고 가정할 때 약 3,000억 원 정도에 이르고 있다.
그리고, 대학에서 강의 시간 외에 컴퓨터, 에어컨, 히터, 빔 프로젝트 등이 작동하는 시간, 과도하게 낮게 혹은 높게 온도 설정으로 인한 가동시간 증가 혹은 소수의 인원이 큰 룸을 사용하고 있는 실정이다.
사무실의 경우에 점심시간이나 퇴근 시간 후에 에어컨 혹은 히터가 작동되는 경우 혹은 전등이 켜져 있는 경우에 경비가 관리하며, 실내 적정온도보다 높거나 낮음에도 불구하고 에어컨이나 히터가 가동되는 경우에 전력이 낭비되고 있다.
에어컨을 많이 사용하는 여름철이나 히터를 많이 사용하는 겨울철에 피크 전력 값이 급격히 올라가서 국가적으로는 전력 공급의 균형적 관리가 어렵고, 사업장 내에서 연간 전력소비량의 피크 전력 값을 기반으로 다음 해에 요금 책정 기준을 설정하기 때문에 사용자의 입장에서는 불필요하게 과다한 전력소비료를 지불하게 되는 상황이 초래하는 문제점이 있었다. 이것은 나라마다 차이가 있겠지만 공통의 문제점으로 노정되고 있다.
따라서, 상기와 같은 여러 가지 문제점에 비추어서 전력소비량의 체계적인 관리가 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 실·내외의 온도, 습도, 조도, 적외선 신호, 초음파 신호, 전력소비량, 전기기기별 운전상태, 특정공간별 사용 스케쥴 및 인원수 등의 기초 상황정보를 기초로 하여 미리 설정된 전력소비 기준에 따라 각 전기기기의 작동상태를 제어함으로써 소비전력량을 조절하여 막대한 양의 절전 및 전기요금 절약효과를 창출할 수 있는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템은, 특정공간 내에 설치된 적어도 하나 이상의 전기기기의 소비전력을 제어하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에 있어서, 상기 전기기기의 소비전력을 제어하기 위한 데이터인 기초 상황정보를 감지하여 데이터를 수집하며, 센서네트워크 통신망을 통해 수집된 데이터를 송수신하는 센서노드부; 및 상기 센서노드부와 상기 센서네트워크 통신망을 통해 연결되어 상기 센서노드부로부터 전송된 데이터를 수신하여 취합하며, 상기 기초 상황정보의 데이터에 대응하여 미리 설정된 전력소비 기준에 따라 상기 전기기기의 작동상태를 제어하는 중앙관리부;를 포함한다.
여기서, 상기 기초 상황정보는, 실·내외의 온도, 습도, 조도, 적외선 신호, 초음파 신호, 광 신호, 열감지 신호, 적외선 신호, 모션감지 신호, 전력소비량, 전자기기별 운전상태, 특정공간별 사용 스케쥴 및 특정공간별 인원수 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서노드부는, 상기 실외에 장착되어 외부온도를 감지하는 온도센서를 구비하며, 상기 센서네트워크 통신망을 통해 수집된 외부온도 데이터를 송수신하는 외부온도 센서노드와, 상기 실·내외의 출입구 일측에 장착되되, 초음파 신호를 발산하여 상기 출입구로 출입하는 사람을 감지하는 초음파 센서를 구비하며, 상기 센서네트워크 통신망을 통해 수집된 초음파 신호 데이터를 송수신하는 출입확인 센서노드와, 상기 실내에 장착되어 내부온도를 감지하는 온도센서를 구비하며, 상기 센서네트워크 통신망을 통해 수집된 내부온도 데이터를 송수신하는 내부온도 센서노드 및, 상기 전기기기와 연결되어 상기 전기기기의 전력소비량을 측정하는 전력센서를 구비하고, 상기 센서네트워크 통신망을 통해 수집된 전력소비량 데이터를 송수신하며, 외부로부터 전원을 인가받아 상기 전기기기에 전원(Vcc)을 전달하는 전력제어 센서노드 중 적어도 하나 이상의 센서노드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서노드부는, 상기 외부온도 센서노드, 출입확인 센서노드, 내부온도 센서노드, 조도 센서노드 및 전력제어 센서노드 중 적어도 하나 이상의 센서노드에서 감지된 기초 상황정보를 수신하여, 다른 센서노드로 라우팅(Routing)하여 전송하는 센서 통신모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력제어 센서노드는, 상기 전력센서에서 감지한 상기 전기기기의 현재 전력소비량 데이터를 기초로 하여 상기 전기기기의 작동상태를 판단하며, 상기 전기기기가 가동하지 않는 것으로 판단하는 경우, 상기 전기기기로 전달되는 전원을 차단하여 상기 전기기기의 대기전력(Standby Power)의 소비를 차단할 수 있다.
또한, 상기 전력제어 센서노드는, 상기 기초 상황정보의 데이터에 대응하여 미리 설정된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 작동상태를 결정하는 제어설정값이 저장된 별도의 메모리부를 구비하여, 상기 특정공간에 설치된 전기기기를 상기 중앙관리부의 제어없이 개별적으로 상기 전기기기의 작동상태를 제어 가능하다.
또한, 상기 중앙관리부부는, 상기 센서노드부에서 감지된 기초 상황정보를 수신하여 저장하며, 상기 기초 상황정보의 데이터에 대응하여 미리 설정된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 상기 전기기기의 작동상태를 결정하는 제어설정값이 저장된 데이터베이스와, 상기 센서노드부의 작동을 제어하며, 수신된 기초 상황정보에 대응하여 상기 데이터베이스에 저장된 전력소비 기준 데이터 및 상기 제어설정값을 기준으로 상기 전기기기의 작동상태를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터베이스에는 상기 특정공간의 크기별 적정인원 설정값이 저장되며, 상기 제어부는, 상기 출입확인 센서노드의 감지된 정보를 기초로 하여 상기 특정공간 내에 인원이 없는 것으로 판단하는 경우에는 상기 전기기기로 공급되는 전원을 차단하며, 상기 특정공간 내의 인원수가 상기 적정인원 설정값보다 작을 경우에는 상기 전기기기의 작동을 제어할 수 있다.
또한, 상기 중앙관리부는, 상기 센서노드부에서 감지된 기초 상황정보를 디스플레이장치에 표시하되, 상기 센서노드부가 장착된 일정 공간별 현황, 누적 데이터 현황 및 전체 데이터 현황을 포함하여 표시하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터베이스는, 상기 전기기기의 일정 전력소비량별 대응하는 CO2 배출량 데이터를 저장하며, 상기 출력부는, 상기 전기기기의 전력소비량 현황과 함께 CO2 배출량 현황을 표시할 수 있다.
또한, 상기 출력부는, 상기 특정공간 또는 상기 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템이 운용되는 건물의 중앙홀, 입구에 전광판 형태로 구비되어, 상기 전기기기별, 특정공간별 전력소비량과 CO2 배출량 현황이 표시될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 센서네트워크 통신망을 통해 신호연결되는 근거리 사용자 단말에 입력되는 사용자 입력 신호에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 제어설정값을 편집 또는 수정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 원거리에 위치하며 상기 센서네트워크 통신망을 통해 원거리 신호연결되는 이동통신 단말에 입력되는 사용자 입력 신호에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 제어설정값을 편집 또는 수정할 수 있다.
또한, 상기 이동통신 단말에는 상기 센서네트워크 통신망과 신호연결하는 프로세싱을 포함하여, 상기 제어설정값을 편집 또는 수정할 있도록 프로그래밍된 응용프로그램을 설치 및 저장되며, 각 전기기기의 개별적인 작동현황 및 특정공간별 환경 현황을 포함한 상기 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템의 전반적인 작동현황 등을 디스플레이할 수 있다.
또한, 상기 중앙관리부는, 상기 특정공간 내에 설치된 전기기기의 전력소비량 데이터를 기초로 하여 현재 전력소비량이 상기 미리 설정된 전력소비 기준 중 피크전력 임계치를 초과하는 경우, 상기 전기기기로 전달되는 전원을 차단하여 상기 전기기기의 소비전력을 차단할 수 있다.
또한, 상기 중앙관리부는, 상기 전기기기의 사용용도, 설치된 위치 또는 상기 전기기기의 종류별로 각 전기기기로 전달되는 전원을 차단하는 우선순위 테이터가 저장되며, 상기 전기기기의 현재 전력소비량이 상기 피크전력 임계치를 초과하는 경우, 상기 우선순위 데이터에 따라 순차적으로 각 전기기기로 전달되는 전원을 차단할 수 있다.
또한, 상기 전기기기는, 상기 실내의 온도를 조절하는 냉방기 및 난방기 등의 공조기기를 포함하며, 상기 중앙관리부는, 상기 센서노드부에서 감지된 기초 상황정보에 기초하여 상기 공조기기의 작동상태를 제어할 수 있다.
또한, 상기 중앙관리부는, 상기 전기기기의 작동 설정시간 데이터를 저장하며, 상기 작동 설정시간 데이터에 따라 스케쥴링하여 정해진 시간 동안에만 상기 전기기기가 작동하도록 전원을 전달할 수 있다.
한편, 상기 전력제어 센서노드는, 외부로부터 전원이 인가되는 AC전원부와, 상기 AC전원부에 인가된 AC전원을 정류하여 DC전원으로 변환하는 정류부와, 상기 전기기기와 전기적으로 연결되어 상기 전기기기의 전력소비량을 실시간 측정하는 전력센서와, 상기 전기기기의 구동과 신호전달 기능을 수행하는 전원차단부와, 전력제어 센서노드의 작동을 구현하는 마이크로콘트롤러(MCU) 및, 수집된 전력량 데이터를 송수신하는 통신용IC를 포함하여 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에 의하면,
첫째, 설정된 전력소비 기준에 따라 각 전기기기의 작동상태가 자동제어되므로 용이하게 전력소비량을 조절할 수 있으며, 더 나아가 상기 전력소비량에 대한 체계적인 관리가 가능하다.
둘째, 전기기기의 현재 운전되고 있는 동작상태를 확인하여 해당 전기기기가 가동되지 않는 경우, 전기기기로 전달되는 전원을 완전 차단할 수 있으므로 소비전력(="사용 중 낭비전력" : 전기기기가 켜져있으나 실제로는 이를 사용하지 않음으로 하여 해당 전기기기의 소비전력 전체가 낭비되는 상태) 및 OFF 후 대기전력의 소비를 감소시킬 수 있다.
셋째, 원거리에 위치한 이동통신 단말에 입력되는 사용자 입력 신호로 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 제어설정값을 편집 또는 수정할 수 있으므로 사용자 편의를 극대화할 수 있다.
넷째, 상기 미리 설정된 전력소비 기준에 피크전력 임계치를 포함하여 피크전력량을 제한할 수 있음은 물론, 데이터베이스에 전기기기의 작동 설정시간 데이터를 저장하여 미리 설정된 시간에 한하여 전기기기를 작동시킬 수 있으므로 전력소비료를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 USN 기반의 전력제어 시스템의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2a는 본 발명에 따른 전력제어 센서노드의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2b는 본 발명에 따른 외부온도 센서노드의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2c는 본 발명에 따른 출입확인 센서노드의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2d는 본 발명에 따른 내부온도 센서노드의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2e는 본 발명에 따른 센서 통신모듈의 구성을 나타낸 블럭도,
도 3a는 본 발명에 따른 센서노드부가 센서네트워크를 형성한 상태를 나타낸 구성도,
도 3b는 본 발명에 따른 디스플레이부에 전력소비량 및 전기기기의 동작상태가 출력되는 화면 예시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 USN 기반의 전력제어 시스템에서 중앙관리부의 위치, 센서노드부의 신호 통달거리에 따른 센서네트워크에서 신호전달 체계를나타낸 예시도,
도 4c는 본 발명에 따른 USN 기반의 전력제어 시스템에서 이동통신 단말이 센서네트워크에 신호연결되는 신호전달 체계를 나타낸 예시도,
5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 디스플레이부에 출력되는 다양한 정보를 나타낸 화면 예시도,
도 6a는 본 발명에 따른 전력제어 센서노드의 전원 공급 및 차단회로 구성을 나타낸 회로도,
도 6b는 본 발명에 따른 전력제어 센서노드의 외부구성을 나타낸 사시도 및 정면도이며,
도 7은 본 발명에 따른 내부온도 센서노드 및 중앙관리부의 동작에 따라 전기기기의 동작상태를 제어하는 순서를 나타낸 순서도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 전력제어 센서노드의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2b는 본 발명에 따른 외부온도 센서노드의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2c는 본 발명에 따른 출입확인 센서노드의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2d는 본 발명에 따른 내부온도 센서노드의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2e는 본 발명에 따른 센서 통신모듈의 구성을 나타낸 블럭도,
도 3a는 본 발명에 따른 센서노드부가 센서네트워크를 형성한 상태를 나타낸 구성도,
도 3b는 본 발명에 따른 디스플레이부에 전력소비량 및 전기기기의 동작상태가 출력되는 화면 예시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 USN 기반의 전력제어 시스템에서 중앙관리부의 위치, 센서노드부의 신호 통달거리에 따른 센서네트워크에서 신호전달 체계를나타낸 예시도,
도 4c는 본 발명에 따른 USN 기반의 전력제어 시스템에서 이동통신 단말이 센서네트워크에 신호연결되는 신호전달 체계를 나타낸 예시도,
5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 디스플레이부에 출력되는 다양한 정보를 나타낸 화면 예시도,
도 6a는 본 발명에 따른 전력제어 센서노드의 전원 공급 및 차단회로 구성을 나타낸 회로도,
도 6b는 본 발명에 따른 전력제어 센서노드의 외부구성을 나타낸 사시도 및 정면도이며,
도 7은 본 발명에 따른 내부온도 센서노드 및 중앙관리부의 동작에 따라 전기기기의 동작상태를 제어하는 순서를 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템의 구성을 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템은 특정공간 내에 설치된 적어도 하나 이상의 전기기기의 소비전력을 제어하기 위해 센서노드부(110) 및 중앙관리부(130)를 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 특정공간은 전력을 이용하여 작동하는 전기기기가 설치된 장소를 의미하며, 가정, 사무실, 강의실 및 사업장 등 전기기기가 설치 및 운용되는 장소를 모두 포함한다. 또한, 공간적인 의미에서 하나의 방(호실), 하나의 층, 하나의 건물 등 일정범위를 갖는 구역을 의미하며, 시스템이 적용되는 구성에 따라서 공간의 범위는 달라질 수 있다.
또한, 상기 전기기기는 전력을 이용하여 동작되는 기기로서, 에어컨, 선풍기, 온풍기, 히터, 조명기구, 전산기기, 냉장고, TV, 세탁기, 복사기, 복합기, 팩스 및 프로젝터 등 상기 특정공간에 설치되는 모든 전기장치를 의미하며, 상기 특정공간에 설치되는 모든 전기기기를 대상으로 하거나 상기 모든 전기기기 중 전력사용량이 큰 일부 전기기기만을 대상으로 할 수도 있다.
상기 센서노드부(110)는, 실·내외의 온도, 습도, 조도, 적외선 신호, 초음파 신호, 광 신호, 열감지 신호, 적외선 신호, 모션감지 신호, 전력소비량, 전자기기별 운전상태, 특정공간별 사용 스케쥴 및 특정공간별 인원수 등의 기초 상황정보를 감지하여 데이터를 수집하며, 센서네트워크 통신망(120)을 통해 수집된 데이터를 송수신하며, 외부온도 센서노드(112), 출입확인 센서노드(113), 내부온도 센서노드(114), 전력제어 센서노드(115) 및 센서 통신모듈(111)을 포함하여 구비된다.
상기 외부온도 센서노드(112)는, 외부온도를 감지하도록 실외에 설치되어 외부온도 데이터를 수집하고 센서네트워크 통신망(120)을 통해 수집된 외부온도 데이터를 송수신하며, 도 2b에 도시된 바와 같이, 외부온도 센서노드(112)에 전원을 공급하는 배터리, 외부온도 센서노드(112)가 설치된 주변의 온도를 감지하는 온도센서, 외부온도 센서노드(112)의 작동을 구현하는 마이크로콘트롤러(MCU) 및 감지된 외부온도 데이터를 송수신하는 통신용IC을 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 외부온도 센서노드(112)에서 수집된 정보는 다른 센서노드(113,114,115) 및 센서 통신모듈(111) 중 최적의 경로를 따라 중앙관리부(130)로 전달되는데, 상기 중앙관리부(130)는 전달된 외부온도 데이터를 취합하여 내부온도를 증감시키기 위한 비교 데이터로 이용할 수 있다.
상기 출입확인 센서노드(113)는, 실·내외의 출입구로 출입하는 사람을 감지하도록 상기 출입구 일측에 설치되되, 초음파를 발산하여 출입하는 사람의 움직임을 검출하고 센서네트워크 통신망(120)을 통해 검출하여 수집된 초음파 데이터를 송수신하며, 도 2c에 도시된 바와 같이, 출입확인 센서노드(113)에 전원을 제공하는 배터리, 출입확인 센서노드(113)가 설치된 출입구 주변으로 초음파를 발산하여 초음파의 특성으로 상기 출입구로 출입하는 사람을 감지하는 초음파 센서, 상기 출입확인 센서노드(113)의 작동을 구현하는 마이크로콘트롤러(MCU) 및 수집된 초음파 데이터를 송수신하는 통신용IC를 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 출입확인 센서노드(113)에서 수집된 정보는 다른 센서노드(112,114,115) 및 센서 통신모듈(111) 중 최적의 경로를 따라 중앙관리부(130)로 전달되는데, 상기 중앙관리부(130)는 전달된 초음파 신호 데이터를 취합하여 특정 구역 내부의 인원수를 산출하기 위한 기초 데이터로 이용할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 특정공간에 위치하는 사람의 인원수를 파악하기 위해서는 출입구의 양측 즉, 2개의 출입확인 센서노드(113)가 특정공간의 내부 및 외부에 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 중앙관리부(130)의 제어부(131)는 상기 2개의 출입확인 센서노드(113)에서 감지되는 초음파 신호의 순서 및 시각에 따라 상기 특정공간의 내부에 있는 사람이 외부로 나갔는지 아니면 외부의 사람이 특정공간 내부로 들어왔는지를 판단할 수 있는 것이다.
예를 들어 설명하면, 내부의 출입확인 센서노드(113)에서 사람의 움직임이 감지된 후 이어서 외부의 출입확인 센서노드(113)에서 사람의 움직임이 감지된 경우에는 내부의 사람이 외부로 나간 상황이며, 외부의 출입확인 센서노드(113)에서 사람의 움직임이 감지된 후 이어서 내부의 출입확인 센서노드(113)에서 사람의 움직임이 감지된 경우에는 외부의 사람이 상기 특정공간의 내부로 들어온 상황인 것으로 판단할 수 있다.
따라서, 상기 출원확인 센서노드(113)에서 감지한 정보를 통해 내외부 출입현황 및 내부 인원수를 판단할 수 있으며, 이러한 내부 인원수 정보를 바탕으로 하여 내부에 인원이 없는 상황에서 전기기기가 동작되는 경우, 또는 특정공간 내의 인원이 미리 정해진 인원수(전기기기를 사용하기 위한 최소 인원수)보다 적은 인원이 감지될 경우에는 중앙관리부(130)를 통해 상기 전기기기의 동작을 제한하거나, 특정공간을 사용하기로 예정된(스케줄링) 인원들의 대표자에게 이러한 내용을 안내 및 경고할 수 있다.
여기서, 상기 출입확인 센서노드(113)에서 사람의 움직임을 감지하는 수단으로서 초음파 신호를 이용한 초음파 센서를 예를 들어 설명하였으나, 이에 국한되는 것은 아니며 상기 초음파 센서 외에 적외선 센서, 레이더 센서 및 열감지 모션센서 등이 이용될 수 있음은 물론이다.
상기 내부온도 센서노드(114)는, 실내온도를 감지하도록 실내에 설치되어 내부온도 데이터를 수집하고 센서네트워크 통신망(120)을 통해 수집된 내부온도 데이터를 송수신하며, 도 2d에 도시된 바와 같이, 내부온도 센서노드(114)에 전원을 공급하는 배터리, 내부온도 센서노드(114)가 설치된 주변의 온도를 감지하는 온도센서, 내부온도 센서노드(114)의 작동을 구현하는 마이크로콘트롤러(MCU) 및 감지된 내부온도 데이터를 송수신하는 통신용IC을 포함하여 구비된다.
전력제어 센서노드(115)는, 상기 전기기기와 연결되어 전기기기의 전력소비량 데이터를 수집하고 센서네트워크 통신망(120)을 통해 수집된 전력소비량 데이터를 송수신하며, 외부로부터 전원(Vcc)을 인가받아 상기 전기기기에 전원을 전달한다.
또한, 상기 전력센서에서 감지한 상기 전기기기의 현재 전력소비량 데이터를 기초로 하여 상기 전기기기의 작동상태를 판단하며, 상기 전기기기가 가동하지 않는 것으로 판단하는 경우, 상기 전기기기로 전달되는 전원을 차단하여 상기 전기기기의 소비전력(="사용 중 낭비전력" : 전기기기가 켜져있으나 실제로는 이를 사용하지 않음으로 하여 해당 전기기기의 소비전력 전체가 낭비되는 상태)과 대기전력(Standby Power : 전기기기가 OFF 되었으나 전원플러그를 뽑지 않음으로 하여 낭비되는 전력)의 소비를 완전 차단할 수 있다.
더불어, 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 전력제어 센서노드(115)는, 외부로부터 전원이 인가되는 AC전원부와, 상기 AC전원부에 인가된 AC전원을 정류하여 DC전원으로 변환하는 정류부와, 상기 전기기기와 전기적으로 연결되어 상기 전기기기의 전력소비량을 실시간 측정하는 전력센서와, 상기 전기기기의 구동과 신호전달 기능을 수행하는 전원차단부와, 전력제어 센서노드(115)의 작동을 구현하는 마이크로콘트롤러(MCU) 및 수집된 전력량 데이터를 송수신하는 통신용IC를 포함하여 구비된다. 상기 전원차단부는 릴레이, 트라이악 및 SSR 등의 소자가 이용될 수 있다.
여기서, 전력제어 센서노드(115)는, 적외선을 발산하여 상기 적외선 특성에 따라 전기기기에 신호를 전달하는 적외선 센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 적외선 센서를 통해 리모콘 콘트롤러 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 전기기기는 상기 전력제어 센서노드(115)을 통해 전원을 공급받으므로, 상기 전력제어 센서노드(115)가 제어되는 상태에 따라 전원을 공급받거나 차단될 수도 있다.
여기서, 상기 전기기기로 전원을 공급 또는 차단하는 상기 전력제어 센서노드(115)의 작동원리를 설명한다.
여기서, 상기 전기기기로 전원을 공급 또는 차단하는 상기 전력제어 센서노드(115)의 작동원리를 설명한다.
먼저, 상기 전력제어 센서노드(115)에서 실시간으로 상기 전기기기의 전력사용량을 측정하며 측정된 전력사용량 정보는 센서네트워크 통신망(120)를 통해 중앙관리부(130)로 전송되어 데이터베이스부(132)에 저장된다. 이때, 상기 데이터베이스부(132)에는 평상시 상기 전기기기가 동작하지 않는 대기상태일 때와 전기기기가 동작하는 실행상태일 때의 전력사용량 정보가 함께 저장된다.
이후, 상기 전력센서에서 측정된 전력사용량의 크기가 상기 실행상태일 때의 전력사용량의 크기에서 대기상태일 때의 전력사용량의 크기로 변화하게 되며, 미리 설정된 제한 시간 내에 상기 전력사용량의 크기 변화가 없을 경우, 상기 마이크로 콘트롤러는 상기 전기기기로 전달되는 전원을 차단함으로써 상기 전기기기에 의한 대기전력 소모를 차단할 수 있다.
한편, 상기 전력제어 센서노드(115)는, 상기 중앙관리부(130)의 제어에 의해, 상기 중앙관리부(130)의 데이터베이스부(132)에 저장되어 있는 상기 특정공간의 사용스케줄이나, 특정공간의 크기 및 인원수에 따른 지능적인 제어. 상기 전기기기의 작동계획의 변화(예,작동시간 : 10:00 ~ 10:30) 및 상기 전기기기에서 소비하는 전력의 크기가 피크전력을 초과하려 할 때 등과 같은 상황에서 상기 전기기기를 컨트롤하게 된다.
상기 중앙관리부(130)는 상기 데이터베이스부에 저장된 기초 상황정보 및 상기 특정공간의 전기기기에 작동과 관련된 기초 데이터에 따라, 센서네트워크 통신망(120)을 통해 상기 전력제어 센서노드(115)로 제어신호를 전송하며, 제어신호를 수신한 전력제어 센서노드(115)는 구성된 마이크로 콘트롤러(MCU)를 통해 상기 제어신호를 분석하게 되고, 분석된 결과에 대한 지시를 해당회로(도 6a 참고)에 High 또는 Low 신호를 보내게 된다.
여기서, 상기 High 신호일 경우에는 전원을 지속적으로 공급하게 되며, Low일 경우에는 전원을 차단한다.
또한, 상기 전력제어 센서노드(115)는, 도 6b에 도시된 바와 같이 일측에는 전기기기의 전원플러그를 삽입하여 전원을 공급하는 전원콘센트에 삽입되어 전원을 전달받는 전원삽입부(115-1)와, 상기 전기기기의 전원플러그가 삽입되어 상기 전기기기로 전원을 전달하는 전원플러그 삽입부(115-2) 및, 전력제어 센서노드(115)의 동작상태를 나타내는 표시부를 포함하여 구비될 수 있다.
상기 표시부는, 상기 전력제어 센서노드(115)에서 실시간 측정된 전기기기의 전력사용량 현황, 미리 설정된 제한시간 정보 등 상기 전력제어 센서노드(115)의 동작 상태 및 제어설정값의 정보를 나타내는 화면창(115-3)과, 상기 전력제어 센서노드(115)의 현재 동작상태를 나타내는 동작상태 표시램프(115-4)가 구비될 수 있다.
상기 동작상태 표시램프(115-4)는 상기 전력제어 센서노드(115)에 의해 전원공급이 차단될 경우에는 적색램프, 전원공급이 원활할 경우에는 청색램프 및, 에러 또는 고장여부를 나타내는 황색램프 등으로 구분하여 현재 제어되고 있는 상태를 나타낼 수 있다. 도면에는 적색, 청색 및 황색 등 세 개의 표시램프가 구비되는 것으로 도시하였으나, 이에 국한되는 것은 아니며 색변환 램프를 이용하여 하나의 램프를 통해 동작상태에 따라 상기 적색, 청색 및 황색을 표시할 수도 있다.
또한, 상기 중앙관리부(130)의 데이터베이스부(132)에는 계절별 또는 일자별로 설정된 적정온도 데이터 및 적정온도별 전기기기의 동작제어 설정값이 저장되며, 상기 내부온도 센서노드(114)를 통해 감지된 특정공간의 현재 내부 온도 정보는 센서네트워크를 통해 중앙관리부(130)로 전송되어 상기 데이터베이스부(132)에 저장된다.
상기 중앙관리부(130)의 제어부(131)는, 상기 내부온도 센서노드(114)에서 실시간으로 전송되는 현재 내부온도 정보와 상기 적정온도 데이터를 비교하여, 상기 전기기기가 불필요하게 가동되고 있을 경우, 해당 전기기기의 제조회사의 리모트 데이터코드(온도데이터)를 전송하여 내부온도 센서노드(114)에 부착된 리모콘부를 이용하여 상기 전기기기의 작동상태를 제어하게 된다.
여기서, 최초에 중앙관리부(130)에서 전송받은 데이터코드는 내부온도 센서노드(114)에 저장하여 불필요한 트래픽잼을 감소시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전력제어 센서노드(115)는, 상기 기초 상황정보의 데이터에 대응하여 미리 설정된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 작동상태를 결정하는 제어설정값이 저장된 별도의 메모리부를 구비하여, 상기 특정공간에 설치된 전기기기를 상기 중앙관리부(130)의 제어없이 개별적으로 제어 가능하도록 구비되는 것이 바람직하다.
상기 센서 통신모듈(111)은, 상기 외부온도 센서노드(112), 출입확인 센서노드(113), 내부온도 센서노드(114) 및 전력제어 센서노드(115) 중 적어도 하나 이상의 센서노드에서 감지된 기초 상황정보를 수신하여, 수신된 기초 상황정보를 다른 센서노드로 라우팅하여 전송함으로써 상기 기초 상황정보에 대한 데이터가 상기 중앙관리부(130)로 전달하며, 도 2e에 도시된 바와 같이 센서 통신모듈(111)에 전원을 공급하는 배터리, 각 센서노드로부터 전달된 기초 상황정보 데이터를 수신하며, 수신된 상기 기초 상황정보 데이터를 타 센서노드 또는 중앙관리부(130)로 송수신하는 통신용IC 및, 센서 통신모듈(111)의 작동을 구현하는 마이크로콘트롤러(MCU)를 포함하여 구비된다.
이와 같은 센서노드부(110)는, 도 3a에 도시된 바와 같이 복수의 센서노드(112,113,114,115) 및 하나 이상의 센서 통신모듈(111)이 상호 조합되어 하나의 센서네트워크 통신망을 구현하며, 하나의 센서노드로부터 수집된 데이터는 가장 근접한 센서노드 또는 라우팅되어 선택된 최적경로상의 센서노드로 전달되어 최종적으로 중앙관리부(130)로 전달한다.
여기서, 도 3a는 3층이라는 특정공간 내에서 301호라는 일부공간에 설치된 전기기기(에어컨)의 소비전력을 제어하기 위해 센서노드부(110)의 각 센서노드(112,112,113,114) 및 센서 통신모듈(111)가 센서네트워크를 형성한 실시예의 상태를 나타낸 구성도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 외부온도 센서노드(112)는 실외 즉, 건물외부에 설치되, 출입확인 센서노드(113)는 각 호의 출입구 내부 및 외부 등 각각 1개가 설치되며, 내부온도 센서노드(114)는 301호의 내부에 전력제어 센서노드(115)는 301호의 내부 중 해당 전기기기인 에어컨과 전기적으로 연결되어 설치된다.
또한, 각 센서노드(112,112,113,114) 및 센서 통신모듈(111)로부터 기초 상황정보 데이터를 전달받는 중앙관리부(130)는 상기 301호의 맞은 편 호에 위치한 것으로 예시하였다.
먼저, 외부온도 센서노드(112)에서 감지된 외부온도 데이터는 점선 표시와 같이 가장 근접한 3개의 센서 통신모듈(111)을 거쳐 중앙관리부(130)로 전송된다.
또한, 301호의 출입구에 장착된 출입확인 센서노드(113) 중 외부의 출입확인 센서노드(113)에서 감지된 초음파 신호는 가장 근접한 센서 통신모듈(111) 또는 라우팅(Routing)되어 최적의 경로로 설정된 센서 통신모듈(111)을 통해 상기 중앙관리부(130)로 전송된다.
더불어, 내부온도 센서노드(114)에서 감지된 301호의 내부온도 데이터와 전력제어 센서노드(115)에서 측정된 에어컨의 전력소비량 데이터는, 각각 근접한 전력제어 센서노드(115) 또는 출입확인 센서노드(113)를 거쳐 복도에 설치된 센서 통신모듈(111)을 통해 중앙관리부(130)로 전달된다.
또한, 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에는 상술한 센서 통실모듈(111), 외부온도 센서노드(112), 출입확인 센서노드(113), 내부온도 센서노드(114) 및 전력제어 센서노드(115) 외에 상기 특정공간의 내부 또는 외부의 조도를 감지하여 중앙관리부(130)로 감지된 내외부 조도정보를 송신하는 조도 센서노드를 더 포함하여 구비될 수 있다.
이러한 조도 센서노드의 내외부 조도정보를 이용하여 조명장치를 제어함으로써, 외부조도에 대비하여 상기 특정공간의 적정 내부조도를 조절할 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 중앙관리부(130)는, 상기 센서노드부(110)와 상기 센서네트워크 통신망(120)을 통해 연결되어 상기 센서노드부(110)로부터 전송된 데이터를 수신하여 취합하며, 상기 기초 상황정보의 데이터에 대응하여 미리 설정된 전력소비 기준에 따라 상기 전기기기의 작동상태를 제어하는 기능을 한다.
여기서, 상기 전력소비 기준은 정부에서 제시하고 있는 에너지절약 기준에 기초하여 정해질 수 있다.
또한, 상기 중앙관리부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 센서노드부(110)에서 감지된 기초 상황정보를 수신하여 저장하며, 상기 기초 상황정보의 데이터에 대응하여 미리 설정된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 상기 전기기기의 작동상태를 결정하는 제어설정값이 저장된 데이터베이스(132)와, 상기 센서노드부(110)의 작동을 제어하며, 수신된 기초 상황정보에 대응하여 상기 데이터베이스(132)에 저장된 전력소비 기준 데이터 및 상기 제어설정값을 기준으로 상기 전기기기의 작동상태를 제어하는 제어부(131)를 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 미리 설정된 전력소비 기준 데이터는, 본 발명의 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에 의해 전력소비량을 절감하기 위해 각 전기기기에서 소비될 수 있는 전력소비 한계치에 대한 데이터이며, 상기 제어설정값은 상기 전력소비 한계치에 대응하여 상기 각 전기기기에 전원을 전달할 것인지 차단할 것인지에 대해 미리 정해진 설정값을 의미한다.
더불어, 상기 중앙관리부(130)는, 상기 센서노드부(110)에서 감지된 기초 상황정보를 디스플레이장치에 표시하되, 상기 센서노드부(110)가 장착된 일정 공간별 현황, 누적 데이터 현황 및 전체 데이터 현황을 포함하여 표시하는 출력부(133)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 디스플레이부는 상기 출력부(133)의 출력신호에 따라 상기 각 현황을 근거리 사용자단말(140) 또는 이동통신 단말(150)에 표시하는 장치를 의미한다. 도 3a는 3층이라는 특정공간을 예시로 한 디스플레이부의 화면 예시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이부에는 건물전체 소비전력량, 3층 전체 소비전력량 및 각 호별 설치된 전기기기(에어컨, 히터 및 기타)의 동작상태(On 또는 Off)를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부는,도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 사용자의 위치에 따라 특정공간 중 해당 일정구역에 대한 정보 또는 특정공간 전체에 대한 대양한 출력정보를 제공할 수 있다.
상기 데이터베이스(132)는, 상기 전기기기의 일정 전력소비량별 대응하는 CO2 배출량 데이터를 저장하며, 상기 출력부(133)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 전기기기 전력소비량 현황과 함께 상기 CO2 배출량 현황을 표시하도록 구비되는 것이 바람직하다.
상기 CO2 배출량 데이터는, 소비전력당 단위 CO2 배출량을 계산해둔 데이터로서 상기 CO2 배출량 데이터를 사용자들에게 표시함으로써 에너지 절약 및 환경보호에 대한 경각심을 고취시킬 수 있다.
또한, 상기 출력부(133)는, 상기 특정공간 또는 상기 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템이 운용되는 건물의 중앙홀, 입구에 전광판 형태로 구비되어, 상기 전기기기별, 특정공간별 전력소비량과 CO2 배출량 현황이 표시될 수 있다.
이로 인하여, CO2 저감량을 실시간으로 계산하여 표시되는 특정공간별 즉, 각 호실, 층, 건물의 중앙홀, 입구 등에 설치된 전광판을 확인함으로써 전력소비와 환경운동을 연계하여 참여도를 높일 수 있다.
더불어, 상기 제어부(131)는, 상기 센서네트워크 통신망(120)을 통해 신호연결되는 근거리 사용자단말(140)에 입력되는 사용자 입력 신호에 따라 상기 데이터베이스(132)에 저장된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 제어설정값을 편집 또는 수정하도록 구비되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제어부(131)는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 센서네트워크 통신망(120)을 통해 원거리에서 신호 연결되는 이동통신 단말(150)에 입력되는 사용자 입력 신호에 따라 상기 데이터베이스(132)에 저장된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 제어설정값을 편집 또는 수정하도록 구비될 수도 있다.
이때, 상기 이동통신 단말(150)에는 상기 센서네트워크 통신망(120)과 신호연결하는 프로세싱을 포함하여, 상기 제어설정값을 편집 또는 수정할 있도록 프로그래밍된 응용프로그램을 설치 및 저장함으로써, 각 전기기기의 개별적인 작동현황 및 특정공간별 환경 현황을 포함한 상기 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템의 전반적인 작동현황 등을 확인할 수 있음은 물론이다.
따라서, 사용자는 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템을 중앙 제어하는 관리실 및 중앙통제실 등에 근거리 위치하여, 전기기기가 설치된 각 장소별로 수집된 기초 상황정보에 근거하여 각 전기기기에 전원을 공급하거나 차단할 수 있으며, 원거리에서 상기 중앙관리부(130)에 신호연결되는 이동통신 단말(150)을 통해 상기 전기기기가 설치된 각 장소별로 수집된 기초 상황정보에 근거하여 각 전기기기에 전원을 공급하거나 차단할 수 있다.
여기서, 상기 근거리는 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에 형성된 센서네트워크 통신망(120)의 신호통달 거리에 포함되는 위치를 의미하며, 상기 원거리는 상기 센서네트워크 통신망(120)의 신호통달 거리에 포함되지 않으나 이동통신 기지국, 이통통신 라우터 및 센서네트워크 서버의 구성을 통해 상기 센서네트워크 통신망(120)에 신호연결될 수 있는 위치를 의미한다.
즉, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에서는, 중앙관리부(130)가 설치된 위치 및 각 센서노드(112,112,113,114) 및 센서 통신모듈(111)의 신호 통달거리 및 이동통신 단말(150)을 통한 제어유무에 따라 게이트웨이, 기지국, 라우터 및 센서네트워크 서버를 통해 특정공간의 범위를 다양하게 확장 및 축소할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템은 상술한 바와 같은 센서노드부(110) 및 중앙관리부(130)를 포함하는 구성에 의해 특정공간 내에 설치된 전기기기의 동작상태를 제어함으로써 전력소비량을 절감할 수 있는 방식은 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템은 현재 동작되고 있지 않은 전기기기를 대상으로 해당 전기기기로 공급되는 전원을 차단함으로써 대기전력의 소비를 차단하여 전력소비량을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템은 미리 설정된 피크전력 임계치를 초과하여 전력을 소비하고 있는 전기기기를 대상으로 하여 해당 전기기기로 공급되는 전원을 차단함으로써 피크전력 임계치 이상으로 피크전력량이 소비되어 과다한 전력소비료가 책정되지 않도록 구비될 수 있다.
여기서, 일반적으로 단위 전력소비량별 요금은 연간 전력소비량의 피크전력 값을 기반으로 다음 해에 요금 책정 기준이 설정되는데, 이러한 피크전력값을 제한하기 위해여, 상기 중앙관리부(130)에서, 상기 특정공간 내에 설치된 전기기기의 전력소비량 데이터를 기초로 하여 현재 전력소비량이 미리 설정된 전력소비 기준 중 피크전력 임계치를 초과하는 경우, 상기 전기기기로 전달되는 전원을 차단하여 상기 전기기기의 소비전력을 차단할 수 있는 것이다.
이때, 상기 중앙관리부(130)의 데이터베이스(132)에는, 상기 전기기기의 사용용도, 설치된 위치 또는 상기 전기기기의 종류별로 각 전기기기로 전달되는 전원을 차단하는 우선순위 데이터가 저장되며, 상기 제어부(131)는, 특정공간 내에 설치된 모든 전기기기의 전체 전력소비량이 상기 피크 전력 임계치를 초과하는 경우, 상기 우선순위 데이터에 따라 순차적으로 각 전기기기로 전달되는 전원을 차단하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에 의해 제어되는 전기기기의 범위에는 실내의 온도를 조절하는 냉방기 및 난방기 등의 공조기기가 포함될 수 있는 데, 상기 중앙관리부(130)의 제어부(131)는 상기 센서노드부(110)에서 감지된 기초 상황정보(보다 구체적으로는 외부온도 센서노드(112) 및 내부온도 센서노드(114)으로부터 감지된 외부온도 데이터 및 내부온도 데이터)에 기초하여 상기 공조기기의 작동상태를 제어할 수 있다.
여기서, 일반적으로 여름 또는 겨울 시기의 경우에, 건물에 설치된 전기기기 중 가장 많은 소비전력을 요구로 하는 전기기기에는 에어컨, 선풍기 등의 냉방기 및 온풍기, 히터 등의 난방기가 그 대상이 될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템은 상기 냉방기 및 난방기 등의 공조기기의 작동을 제어함으로써 여름 또는 겨울 시기의 소비전력량을 절감할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템은 특정공간별 또는 전기기기의 용도별로 미리 설정된 스케쥴링에 의해 정해진 시간 동안에만 해당 전기기기가 작동되도록 중앙관리부(130)가 상기 특정공간별(룸, 층 또는 건물 전체) 또는 전기기기별로 전원공급 제어 또는 전원차단 제어함으로써 소비전력량을 절감할 수 있다.
이는, 중앙관리부(130)의 데이터베이스(132)에는 특정공간별 또는 전기기기별로 해당 전기기기가 동작되어야 하는 작동 설정시간 데이터 즉, 스케쥴링 데이터가 저장되는데, 상기 제어부(131)는 상기 작동 설정시간 데이터에 따라 스케쥴링하여 정해진 시간 동안에만 상기 전기기기가 작동하도록 전원을 전달하는 구성을 통해 구현할 수 있다.
예를 들어, 상기 전기기기가 복사기인 경우 한 번 전원을 켜면 예열하는 시간이 소요되기 때문에 복사기를 사용하는 시간(스케쥴링)을 고려하여, 퇴근시간인 오후 9시 이후부터는 대기전력을 차단하고 출근시간인 오전 8시에 대기전력을 연결하도록 구비됨으로써 사용자의 편의를 극대화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템은, 지자체가 운영하는 공공장소에서 작동되는 전기기기의 제어에 적용할 수 있는데, 예를 들어, 공공장소에 배치된 다수의 가로등에 각 센서노드를 장착하여 센서네트워크를 구축하고, 통합관제 센터에서 가로등의 개별적 제어, 장소별 그룹제어, 지역별 그룹제어 및 도시 전체의 제어 등을 시간에 따라 통합적으로 전력제어를 할 수 있도록 시스템을 구성할 수도 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템의 구성을 통하여, 설정된 전력소비 기준에 따라 각 전기기기의 작동상태가 자동제어되므로 용이하게 전력소비량을 조절할 수 있으며, 더 나아가 상기 전력소비량에 대한 체계적인 관리가 가능함은 물론, 전기기기의 현재 운전되고 있는 동작상태를 확인하여 해당 전기기기가 가동되지 않는 경우, 전기기기로 전달되는 전원을 차단할 수 있으므로, 대기전력의 소비를 감소시킬 수 있다.
또한, 원거리에 위치한 이동통신 단말(150)에 입력되는 사용자 입력 신호로 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 제어설정값을 편집 또는 수정할 수 있으므로, 사용자 편의를 극대화할 수 있으며, 미리 설정된 전력소비 기준에 피크전력 임계치를 포함하여 피크전력량을 제한할 수 있음은 물론, 데이터베이스에 전기기기의 작동 설정시간 데이터를 저장하여 미리 설정된 시간에 한하여 전기기기를 작동시킬 수 있으므로 전력소비료를 절감할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
110...센서노드부 111...센서 통신모듈
112...외부온도 센서노드 113...출입확인 센서노드
114...내부온도 센서노드 115...전력제어 센서노드
120...센서네트워크 통신망 130...중앙관리부
131...제어부 132...데이터베이스
133...출력부
112...외부온도 센서노드 113...출입확인 센서노드
114...내부온도 센서노드 115...전력제어 센서노드
120...센서네트워크 통신망 130...중앙관리부
131...제어부 132...데이터베이스
133...출력부
Claims (19)
- 삭제
- 특정공간 내에 설치된 적어도 하나 이상의 전기기기의 소비전력을 제어하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템에 있어서,
상기 전기기기의 소비전력을 제어하기 위한 데이터인 기초 상황정보를 감지하여 데이터를 수집하며, 센서네트워크 통신망(120)을 통해 수집된 데이터를 송수신하는 센서노드부(110); 및
상기 센서노드부(110)와 상기 센서네트워크 통신망(120)을 통해 연결되어 상기 센서노드부(110)로부터 전송된 데이터를 수신하여 취합하며, 상기 기초 상황정보의 데이터에 대응하여 미리 설정된 전력소비 기준에 따라 상기 전기기기의 작동상태를 제어하는 중앙관리부(130);를 포함하되,
상기 기초 상황정보는,
실·내외의 온도, 습도, 조도, 적외선 신호, 초음파 신호, 광 신호, 열감지 신호, 적외선 신호, 모션감지 신호, 전력소비량, 전자기기별 운전상태, 특정공간별 사용 스케쥴 및 특정공간별 인원수 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 포함하고,
상기 센서노드부(110)는,
상기 실·내외의 출입구 일측에 장착되되, 초음파 신호를 발산하여 상기 출입구로 출입하는 사람을 감지하는 초음파 센서를 구비하며, 상기 센서네트워크 통신망(120)을 통해 수집된 초음파 신호 데이터를 송수신하는 출입확인 센서노드(113);를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 센서노드부(110)는,
상기 실외에 장착되어 외부온도를 감지하는 온도센서를 구비하며, 상기 센서네트워크 통신망(120)을 통해 수집된 외부온도 데이터를 송수신하는 외부온도 센서노드(112)와,
상기 실내에 장착되어 내부온도를 감지하는 온도센서를 구비하며, 상기 센서네트워크 통신망(120)을 통해 수집된 내부온도 데이터를 송수신하는 내부온도 센서노드(114) 및,
상기 전기기기와 연결되어 상기 전기기기의 전력소비량을 측정하는 전력센서를 구비하고, 상기 센서네트워크 통신망(120)을 통해 수집된 전력소비량 데이터를 송수신하며, 외부로부터 전원을 인가받아 상기 전기기기에 전원(Vcc)을 전달하는 전력제어 센서노드(115) 중 적어도 하나 이상의 센서노드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 3항에 있어서,
상기 센서노드부(110)는,
상기 외부온도 센서노드(112), 출입확인 센서노드(113), 내부온도 센서노드(114), 조도 센서노드 및 전력제어 센서노드(115) 중 적어도 하나 이상의 센서노드에서 감지된 기초 상황정보를 수신하여, 다른 센서노드로 라우팅(Routing)하여 전송하는 센서 통신모듈(111)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 3항에 있어서,
상기 전력제어 센서노드(115)는,
상기 전력센서에서 감지한 상기 전기기기의 현재 전력소비량 데이터를 기초로 하여 상기 전기기기의 작동상태를 판단하며,
상기 전기기기가 가동하지 않는 것으로 판단하는 경우, 상기 전기기기로 전달되는 전원을 차단하여 상기 전기기기의 대기전력(Standby Power)의 소비를 차단하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 5항에 있어서,
상기 전력제어 센서노드(115)는,
상기 기초 상황정보의 데이터에 대응하여 미리 설정된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 작동상태를 결정하는 제어설정값이 저장된 별도의 메모리부를 구비하여, 상기 특정공간에 설치된 전기기기를 상기 중앙관리부(130)의 제어없이 개별적으로 상기 전기기기의 작동상태를 제어 가능한 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 3항에 있어서,
상기 중앙관리부(130)부는,
상기 센서노드부(110)에서 감지된 기초 상황정보를 수신하여 저장하며, 상기 기초 상황정보의 데이터에 대응하여 미리 설정된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 상기 전기기기의 작동상태를 결정하는 제어설정값이 저장된 데이터베이스(132)와,
상기 센서노드부(110)의 작동을 제어하며, 수신된 기초 상황정보에 대응하여 상기 데이터베이스(132)에 저장된 전력소비 기준 데이터 및 상기 제어설정값을 기준으로 상기 전기기기의 작동상태를 제어하는 제어부(131)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 7항에 있어서,
상기 데이터베이스(132)에는 상기 특정공간의 크기별 적정인원 설정값이 저장되며,
상기 제어부(131)는, 상기 출입확인 센서노드(113)의 감지된 정보를 기초로 하여 상기 특정공간 내에 인원이 없는 것으로 판단하는 경우에는 상기 전기기기로 공급되는 전원을 차단하며, 상기 특정공간 내의 인원수가 상기 적정인원 설정값보다 작을 경우에는 상기 전기기기의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 7항에 있어서,
상기 중앙관리부(130)는,
상기 센서노드부(110)에서 감지된 기초 상황정보를 디스플레이장치에 표시하되, 상기 센서노드부(110)가 장착된 일정 공간별 현황, 누적 데이터 현황 및 전체 데이터 현황을 포함하여 표시하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 9항에 있어서,
상기 데이터베이스(132)는, 상기 전기기기의 일정 전력소비량별 대응하는 CO2 배출량 데이터를 저장하며,
상기 출력부는, 상기 전기기기의 전력소비량 현황과 함께 CO2 배출량 현황을 표시하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 10항에 있어서,
상기 출력부는,
상기 특정공간 또는 상기 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템이 운용되는 건물의 중앙홀, 입구에 전광판 형태로 구비되어, 상기 전기기기별, 특정공간별 전력소비량과 CO2 배출량 현황이 표시되는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 7항에 있어서,
상기 제어부(131)는,
상기 센서네트워크 통신망(120)을 통해 신호연결되는 근거리 사용자 단말(140)에 입력되는 사용자 입력 신호에 따라 상기 데이터베이스(132)에 저장된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 제어설정값을 편집 또는 수정하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 7항에 있어서,
상기 제어부(131)는,
원거리에 위치하며 상기 센서네트워크 통신망(120)을 통해 원거리 신호연결되는 이동통신 단말(150)에 입력되는 사용자 입력 신호에 따라 상기 데이터베이스(132)에 저장된 전력소비 기준 데이터 및 상기 전력소비 기준 데이터별 전기기기의 제어설정값을 편집 또는 수정하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 13항에 있어서,
상기 이동통신 단말(150)에는 상기 센서네트워크 통신망(120)과 신호연결하는 프로세싱을 포함하여, 상기 제어설정값을 편집 또는 수정할 있도록 프로그래밍된 응용프로그램을 설치 및 저장되며,
각 전기기기의 개별적인 작동현황 및 특정공간별 환경 현황을 포함한 상기 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템의 전반적인 작동현황 등을 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 2항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중앙관리부(130)는,
상기 특정공간 내에 설치된 전기기기의 전력소비량 데이터를 기초로 하여 현재 전력소비량이 상기 미리 설정된 전력소비 기준 중 피크전력 임계치를 초과하는 경우, 상기 전기기기로 전달되는 전원을 차단하여 상기 전기기기의 소비전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 15항에 있어서,
상기 중앙관리부(130)는,
상기 전기기기의 사용용도, 설치된 위치 또는 상기 전기기기의 종류별로 각 전기기기로 전달되는 전원을 차단하는 우선순위 테이터가 저장되며,
상기 전기기기의 현재 전력소비량이 상기 피크전력 임계치를 초과하는 경우, 상기 우선순위 데이터에 따라 순차적으로 각 전기기기로 전달되는 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 2항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기기기는, 상기 실내의 온도를 조절하는 냉방기 및 난방기 등의 공조기기를 포함하며,
상기 중앙관리부(130)는, 상기 센서노드부(110)에서 감지된 기초 상황정보에 기초하여 상기 공조기기의 작동상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 2항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중앙관리부(130)는,
상기 전기기기의 작동 설정시간 데이터를 저장하며, 상기 작동 설정시간 데이터에 따라 스케쥴링하여 정해진 시간 동안에만 상기 전기기기가 작동하도록 전원을 전달하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템. - 제 3항에 있어서,
상기 전력제어 센서노드(115)는,
외부로부터 전원이 인가되는 AC전원부와,
상기 AC전원부에 인가된 AC전원을 정류하여 DC전원으로 변환하는 정류부와,
상기 전기기기와 전기적으로 연결되어 상기 전기기기의 전력소비량을 실시간 측정하는 전력센서와,
상기 전기기기의 구동과 신호전달 기능을 수행하는 전원차단부와,
전력제어 센서노드(115)의 작동을 구현하는 마이크로콘트롤러(MCU) 및,
수집된 전력량 데이터를 송수신하는 통신용IC를 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 센서네트워크 기반의 전력제어 시스템.
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Legal Events
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20130506 Patent event code: PE09021S01D |
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Comment text: Final Notice of Reason for Refusal Patent event date: 20131114 Patent event code: PE09021S02D |
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