KR101455355B1 - Method for Operating RF Energy Harvesting WSN Device with Selective Energy Storage - Google Patents

Method for Operating RF Energy Harvesting WSN Device with Selective Energy Storage Download PDF

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KR101455355B1 KR1020130062711A KR20130062711A KR101455355B1 KR 101455355 B1 KR101455355 B1 KR 101455355B1 KR 1020130062711 A KR1020130062711 A KR 1020130062711A KR 20130062711 A KR20130062711 A KR 20130062711A KR 101455355 B1 KR101455355 B1 KR 101455355B1
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송민환
원광호
이상신
김재호
안일엽
윤재석
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전자부품연구원
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Abstract

Provided is a method for operating an RF energy harvesting WSN device with a selective energy storage. The method for operating the device according to an embodiment of the present invention is controlled to store energy in at least one of a first storage and a second storage and executes communications operations separately by determining a determined energy mode. Therefore, the present invention can response rapidly in a low energy mode and execute many tasks in a large energy mode, thereby providing flexibility depending on the situation by a trade-off control between the energy usage and a response speed.

Description

선택형 에너지 저장소를 이용한 ＲＦ 에너지 전송기반 ＷＳＮ 디바이스의 운용방법{Method for Operating RF Energy Harvesting WSN Device with Selective Energy Storage}{METHOD FOR OPERATION OF RF ENERGY HARVESTING WSN DEVICE WITH SELECTED ENERGY STORAGE}

본 발명은 WSN(Wireless Sensor Node) 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 RF 에너지를 전기 에너지로 변환하여 사용하는 WSN 디바이스에 관한 것이다.
The present invention relates to a wireless sensor node (WSN) device, and more particularly, to a WSN device that converts RF energy into electrical energy for use.

WSN 디바이스의 가장 큰 이슈 중 하나는 전원공급 문제이다. 일반적으로, 배터리를 사용하는 WSN 디바이스는 필연적으로 배터리의 유한한 용량의 문제에 맞닥뜨리게 된다. 유한한 배터리는 배터리의 교체를 위한 유지보수의 문제를 발생시킨다.One of the biggest issues with WSN devices is power supply issues. In general, a battery-powered WSN device will inevitably face the problem of a finite capacity of the battery. Finite batteries cause maintenance problems for battery replacement.

이를 위해, Solar, Vibration 등으로부터 에너지를 획득하여 WSN 디바이스에 전원을 공급하는 시스템이 대안으로 연구되고 있다. 하지만 solar 에너지 및 vibration 에너지는 에너지 공급 환경으로부터의 영향이 매우 커서 획득되는 에너지가 안정적이지 않다.To this end, a system for supplying energy to a WSN device by acquiring energy from Solar, Vibration, and the like is being studied as an alternative. However, the solar energy and the vibration energy are very influential from the energy supply environment and the energy obtained is not stable.

RF 기반의 에너지 획득 기술은 이러한 단점을 극복할 수 있으며 WSN 디바이스가 접근하기 어려운 위험지역, 건물 벽 내부 등의 장소에서도 사용할 수 있어 의미 있는 대안이 될 수 있다 .RF-based energy acquisition technology can overcome these drawbacks and can be a meaningful alternative because it can be used in hazardous areas where the WSN device is difficult to access, inside a building wall, and so on.

그럼에도 불구하고, RF 에너지 하베스팅 WSN 디바이스는 거리에 따른 RF 채널에서의 큰 에너지 감쇠 및 최대 RF 파워 전송 제한으로 인해 결국 매우 작은 에너지를 획득하게 되며 이로 인해 WSN 디바이스는 파워 공급회로 설계와 사용에 매우 세심한 주의가 요구된다.Nonetheless, RF energy harvesting WSN devices eventually acquire very little energy due to large energy attenuation and maximum RF power transfer limitations in the RF channel along the distance, which makes the WSN device very useful for power supply circuit design and use Careful attention is required.

일반적인 RF 에너지 하베스팅 WSN 디바이스는 도 1에 도시된 바와 같이, RF/DC 컨버터(10), 부스트 레귤레이터(20), 에너지 컨트롤러(30), WSN 노드(40), 센서(150) 및 커패시터 C를 포함한다.A typical RF energy harvesting WSN device includes an RF / DC converter 10, a boost regulator 20, an energy controller 30, a WSN node 40, a sensor 150, and a capacitor C .

및 커패시터 C는 거의 무한대의 충/방전이 가능하여 긴 수명을 가질 수 있으며 넓은 온도에서 동작이 가능한 장점이 있다. 하지만 및 커패시터 C의 충전시간과 사용 가능한 에너지는 및 커패시터 C의 용량과 밀접히 관계되어있다.And the capacitor C can be charged / discharged almost infinitely so that it can have a long lifetime and can operate at a wide temperature. However, the charging time and available energy of the capacitor C and the capacitance of the capacitor C are closely related.

WSN 디바이스가 많은 에너지를 사용하면 큰 및 커패시터 용량이 필요하지만 충전시간이 길어 디바이스 응답 시간이 길어지게 된다는 문제가 있다. 반면, 적은 커패시터 용량을 선택하면 응답 시간은 짧지만 사용 가능한 에너지가 매우 작다는 문제가 있다.
When a WSN device uses a lot of energy, a large capacitor capacity is required, but a long charging time leads to a long device response time. On the other hand, selecting a small capacitor capacitance has a problem that the response time is short but the available energy is very small.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 서로 다른 용량의 에너지 저장소를 선택적으로 이용하여 상황에 맞게 에너지 저장량을 선택할 수 있도록 한 WSN 디바이스 및 그의 에너지 저장소 선택방법을 제공함에 있다.
It is an object of the present invention to provide a WSN device capable of selecting an energy storage amount according to a situation by selectively using energy storage of different capacities, .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 디바이스의 운용방법은, 에너지가 저장되는 제1 저장소 및 제2 저장소 중 적어도 하나에 에너지가 저장되도록 제어하는 단계; 상기 제어단계에 의해 결정된 에너지 모드를 판단하는 단계; 상기 에너지 모드가 제1 에너지 모드로 판단되면, 제1 통신 동작을 수행하는 단계; 및 상기 에너지 모드가 제2 에너지 모드로 판단되면, 제2 통신 동작을 수행하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of operating a device, comprising: controlling energy to be stored in at least one of a first storage and a second storage in which energy is stored; Determining an energy mode determined by the control step; Performing a first communication operation when the energy mode is determined to be a first energy mode; And performing a second communication operation when the energy mode is determined to be the second energy mode.

그리고, 상기 제1 에너지 모드는, 상기 제1 저장소에만 에너지가 저장되는 모드이고, 상기 제2 에너지 모드는, 상기 제1 저장소와 상기 제2 저장소 모두에 에너지가 저장되는 모드일 수 있다.In addition, the first energy mode may be a mode in which energy is stored only in the first reservoir, and the second energy mode may be a mode in which energy is stored in both the first reservoir and the second reservoir.

또한, 상기 제1 통신 동작에 소요되는 에너지는, 상기 제2 통신 동작에 소요되는 에너지 보다 적을 수 있다.In addition, the energy required for the first communication operation may be less than the energy required for the second communication operation.

그리고, 상기 제1 통신 동작은, 디바이스 정보를 전송하는 통신 동작이고, 상기 제2 통신 동작은, 센싱 데이터를 생성하여 전송하는 통신 동작일 수 있다.The first communication operation may be a communication operation for transmitting device information, and the second communication operation may be a communication operation for generating and transmitting sensing data.

또한, 상기 판단단계는, 상기 제1 통신 동작과 상기 제2 통신 동작을 수행하는 노드에 에너지가 공급된 경우에 상기 노드에 의해 수행될 수 있다.Further, the determining step may be performed by the node when energy is supplied to the node performing the first communication operation and the second communication operation.

그리고, 상기 제1 저장소는 제1 커패시터이고, 상기 제2 저장소는 제2 커패시터이며, 상기 제어단계는, 상기 제2 커패시터를 개방시켜 상기 제1 커패시터에만 에너지가 저장되도록 제어하거나, 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터를 병렬로 연결하여 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터 모두에 에너지가 저장되도록 제어할 수 있다.Wherein the first storage is a first capacitor and the second storage is a second capacitor, and the controlling step includes opening the second capacitor so that energy is stored only in the first capacitor, And the second capacitor are connected in parallel so that energy is stored in both the first capacitor and the second capacitor.

또한, 상기 제어단계는, 상기 제2 커패시터를 상기 제1 커패시터에 병렬로 연결하거나 상기 제2 커패시터를 개방시키는 스위치의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터를 연결하거나 상기 제2 커패시터를 개방시키고, 상기 판단단계는, 상기 스위치의 스위칭 상태로부터 상기 에너지 모드를 판단할 수 있다.The controlling step may control the switching operation of the switch that connects the second capacitor to the first capacitor in parallel or opens the second capacitor to connect the first capacitor and the second capacitor, 2 capacitor is opened, and the determining step may determine the energy mode from the switching state of the switch.

그리고, 상기 제어단계는, 상기 노드에 에너지가 공급되지 않는 동안에는, 상기 스위치의 스위칭 상태를 유지시킬 수 있다.And, the control step may maintain the switching state of the switch while no energy is supplied to the node.

또한, 수신되는 RF 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 제1 저장소 및 상기 제2 저장소 중 적어도 하나에 공급하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include converting received RF energy into electrical energy and supplying the electrical energy to at least one of the first storage and the second storage.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 디바이스는, 에너지가 저장되는 제1 저장소; 에너지가 저장되는 제2 저장소; 상기 제1 저장소 및 제2 저장소 중 적어도 하나에 에너지가 저장되도록 제어하는 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러에 의해 결정된 에너지 모드가 제1 에너지 모드로 판단되면 제1 통신 동작을 수행하고, 상기 에너지 모드가 제2 에너지 모드로 판단되면 제2 통신 동작을 수행하는 노드;를 포함한다.
Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, a device includes: a first storage in which energy is stored; A second storage for storing energy; A controller for controlling energy to be stored in at least one of the first reservoir and the second reservoir; And a node performing a first communication operation when the energy mode determined by the controller is determined to be the first energy mode and a second communication operation when the energy mode is determined to be the second energy mode.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 작은 에너지가 필요한 경우에는 작은 저장소를 사용하여 빠른 응답 특성을 얻을 수 있고, 큰 에너지가 필요한 경우에는 큰 저장소를 사용하여 WSN 노드가 많은 동작을 수행할 수 있도록, 상황에 따른 적응적인 운용이 가능해진다.As described above, according to the present invention, when a small energy is required, a quick response characteristic can be obtained using a small storage, and when a large energy is required, a large storage can be used so that a WSN node can perform many operations , Adaptive operation according to the situation becomes possible.

즉, 적은 에너지 모드에서는 빠른 응답으로, 큰 에너지 모드에서는 많은 작업을 수행할 수 있어, 에너지 사용량과 응답속도 간의 trade-off 조절을 통해 상황에 맞는 유연성을 확보할 수 있다.
That is, it can perform a lot of work in the energy mode with a fast response in the low energy mode, and it can secure the flexibility according to the situation through the trade-off control between the energy consumption and the response speed.

도 1은 일반적인 RF 에너지 하베스팅 WSN 디바이스의 블럭도,
도 2는 에너지 컨트롤러에 의한 부스트 레귤레이터 동작 제어 방법의 설명에 제공되는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 WSN 디바이스의 블럭도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 WSN 디바이스의 블럭도, 그리고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 WSN 디바이스의 운용방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.1 is a block diagram of a typical RF energy harvesting WSN device,
FIG. 2 is a diagram provided for explaining a method of controlling a boost regulator operation by an energy controller,
3 is a block diagram of a WSN device according to one embodiment of the present invention,
4 is a block diagram of a WSN device according to another embodiment of the present invention,
5 is a flowchart provided in the description of a method of operating a WSN device according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 WSN(Wireless Sensor Node) 디바이스의 블럭도이다. 본 실시예에 따른 WSN 디바이스는 RF 에너지를 전송받아 전기 에너지로 변환하여 전원으로 이용하는 RF 에너지 하베스팅 디바이스(RF Energy Harvesting Device)이다.3 is a block diagram of a wireless sensor node (WSN) device according to an embodiment of the present invention. The WSN device according to the present embodiment is an RF Energy Harvesting Device that receives RF energy and converts it into electrical energy and uses it as a power source.

변환된 전기 에너지는 에너지 저장소에 저장되는데, 본 실시예에 따른 WSN 디바이스는 상황에 맞게 에너지 저장소의 크기를 선택/설정할 수 있다. 구체적으로, 많은 에너지가 필요한 동작을 수행하여야 하는 경우, 에너지 저장소의 크기를 크게 설정하여 많은 에너지를 확보할 수 있도록 한다. 반면, 적은 에너지가 필요한 동작을 수행하여야 하는 경우, 에너지 저장소의 크기를 작게 설정하여 빠른 응답(빈번한 동작)이 가능하도록 한다.The converted electrical energy is stored in the energy storage, where the WSN device according to the present embodiment can select / set the size of the energy storage to suit the situation. Specifically, when it is necessary to perform an operation requiring a large amount of energy, it is possible to secure a large amount of energy by setting a large size of the energy storage. On the other hand, if it is necessary to perform an operation requiring a small amount of energy, the size of the energy storage is set small so that quick response (frequent operation) is possible.

즉, 본 실시예에 따른 WSN 디바이스는 에너지 사용량과 응답속도 간의 trade-off를 조절하는 기능을 갖는다. 이와 같은 기능을 수행하는 본 실시예에 따른 WSN 디바이스는, 도 3에 도시된 바와 같이, RF/DC 컨버터(110), 부스트 레귤레이터(120), 에너지 컨트롤러(130), WSN 노드(140), 센서(150), CSMALL, CBIG, N-FET, CMEMORY 및 CMEMORY 컨트롤러(160)를 포함한다.That is, the WSN device according to the present embodiment has a function of controlling the trade-off between energy consumption and response speed. 3, the WSN device according to the present embodiment performing such a function includes an RF / DC converter 110, a boost regulator 120, an energy controller 130, a WSN node 140, C- SMALL , C- BIG , N-FET, C MEMORY and C MEMORY controller 160.

RF/DC 컨버터(110)는 수신되는 RF 에너지를 전기 에너지로 변환한다. RF/DC 컨버터(110)에 의해 생성된 전기 에너지는, 에너지 저장소로 기능하는 CSMALL와 CBIG에 저장된다.The RF / DC converter 110 converts the received RF energy into electric energy. The electrical energy generated by the RF / DC converter 110 is stored in C SMALL and C BIG , which function as energy storage.

보다 구체적으로 전기 에너지는, CSMALL에만 저장될 수 있고, CSMALL와 CBIG 모두에 저장될 수도 있다. 저장되는 C는, 후술할 CMEMORY 컨트롤러(160)에 의해 결정된다.More specifically, electrical energy, can be stored SMALL C only, and may be stored on the C SMALL and BIG C. The stored C is determined by the C MEMORY controller 160 to be described later.

CSMALL는 작은 용량의 커패시터로, 1000㎌의 전해 커패시터로 구현가능하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. CBIG는 큰 용량의 커패시터로, 10mF의 슈퍼 커패시터로 구현가능하지만, 이 역시 이에 한정되는 것은 아니다.C SMALL is a small capacity capacitor and can be implemented with an electrolytic capacitor of 1000V, but is not limited thereto. C BIG is a large capacitance capacitor, which can be implemented as a 10mF supercapacitor, but this is not so limited.

부스트 레귤레이터(120)는 CSMALL/CBIG에 저장된 전기 에너지의 전압을 증폭 및 레귤레이팅하여, WSN 노드(140)에 공급한다.The boost regulator 120 amplifies and regulates the voltage of the electric energy stored in C SMALL / C BIG and supplies it to the WSN node 140.

에너지 컨트롤러(130)는 부스트 레귤레이터(120)의 동작을 제어한다. 구체적으로 에너지 컨트롤러(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이 CSMALL/CBIG에 저장된 전기 에너지의 전압이 VMAX에 도달한 경우에 부스트 레귤레이터(120)가 동작하도록 제어하는 한편, 도 2에 도시된 바와 같이 CSMALL/CBIG에 저장된 전기 에너지의 전압이 VMin으로 떨어진 경우에 부스트 레귤레이터(120)가 동작을 중지하도록 제어한다.The energy controller 130 controls the operation of the boost regulator 120. Specifically, the energy controller 130 controls the boost regulator 120 to operate when the voltage of the electric energy stored in the C SMALL / C BIG reaches V MAX as shown in FIG. 2, while FIG. 2 And controls the boost regulator 120 to stop operating when the voltage of the electric energy stored in the C SMALL / C BIG drops to V Min as shown.

VMAX과 VMin은 에너지가 모드에 따라 상이하다. 구체적으로, CSMALL와 CBIG 모두에 전기 에너지가 저장되는 Big 에너지 모드의 VMAX과 VMin는, CSMALL에만 전기 에너지가 저장되는 Small 에너지 모드의 VMAX과 VMin 보다 작다.V MAX and V Min differ in energy depending on mode. Specifically, V MAX and V MIN in the Big energy mode where electrical energy is stored in both C SMALL and C BIG are smaller than V MAX and V Min in the Small energy mode where electrical energy is stored only in C SMALL .

CMEMORY 컨트롤러(160)는 전기 에너지가 저장되는 C를 결정하는데, 이 결정은 후술할 WSN 노드(140)의 선택에 따른다.The C MEMORY controller 160 determines C where electrical energy is stored, which is determined by the selection of the WSN node 140 to be described later.

구체적으로, WSN 노드(140)가 Big 에너지 모드를 선택한 경우, CMEMORY 컨트롤러(160)는 CSMALL와 CBIG 모두에 전기 에너지가 저장되도록 제어한다. 이를 위해, CMEMORY 컨트롤러(160)는 CMEMORY에 전하를 공급/충전하여 N-FET를 턴-온시켜, CSMALL와 CBIG를 병렬로 연결함으로서, CSMALL와 CBIG 모두에 전기 에너지가 저장되도록 한다. 이 경우, 전체 커패시턴스는 "CSMALL + CBIG"가 된다.Specifically, when the WSN node 140 selects the Big energy mode, the C MEMORY controller 160 controls the electric energy to be stored in both C SMALL and C BIG . To this end, the C MEMORY controller 160 charges and charges the C MEMORY to turn on the N-FET and connect C SMALL and C BIG in parallel so that both C SMALL and C BIG store electrical energy . In this case, the total capacitance becomes "C SMALL + C BIG ".

도 4에 도시된 바와 같이, CMEMORY 컨트롤러(160)는 스위치로 구현가능한데, WSN 노드(140)가 Big 에너지 모드를 선택한 경우 접점을 'a' 단자에 이동시키고, 그에 연결된 WSN 노드(140)의 단자를 논리 레벨 High로 유지시킴으로써, 전하를 WSN 노드(140)에서 CMEMORY으로 공급하여 충전시킨다.4, the C MEMORY controller 160 can be implemented as a switch. When the WSN node 140 selects the Big energy mode, the C MEMORY controller 160 moves the contact to the 'a' terminal, and the WSN node 140 By keeping the terminal at the logic high level, charge is supplied from the WSN node 140 to C MEMORY and charged.

CMEMORY가 충전된 이후, CMEMORY 컨트롤러(160)는 접점을 'b' 단자로 이동시켜, WSN 노드(140)에 에너지가 공급되지 않는 동안에도 CMEMORY의 충전상태를 유지시킴으로써, 궁극적으로는 WSN 디바이스의 Big 에너지 모드를 유지시킨다.After the C MEMORY is charged, the C MEMORY controller 160 moves the contact to the 'b' terminal to maintain the charge state of the C MEMORY while the WSN node 140 is not energized, Maintains the device's Big energy mode.

반면, WSN 노드(140)가 Small 에너지 모드를 선택한 경우, CMEMORY 컨트롤러(160)는 CSMALL에만 전기 에너지가 저장되도록 제어한다. 이를 위해, CMEMORY 컨트롤러(160)는 CMEMORY에 저장된 전하를 방전시켜 N-FET를 턴-오프시킴으로써, CBIG이 개방(open) 되도록 하여, CSMALL에만 전기 에너지가 저장되도록 한다. 이 경우, 전체 커패시턴스는 "CSMALL"이다.On the other hand, when the WSN node 140 selects the small energy mode, the C MEMORY controller 160 controls the electric energy to be stored only in the C SMALL . To this end, the C MEMORY controller 160 discharges the charge stored in the C MEMORY to turn off the N-FET so that the C BIG is opened so that the electrical energy is stored only in the C SMALL . In this case, the total capacitance is "C SMALL & quot ;.

도 4에 도시된 바와 같이 CMEMORY 컨트롤러(160)가 스위치로 구현된 경우, WSN 노드(140)가 Small 에너지 모드를 선택한 경우 접점을 'a' 단자에 이동시키고, 그에 연결된 WSN 노드(140)의 단자를 논리 레벨 Low로 전환시킴으로써, CMEMORY에 저장된 전하가 WSN 노드(140)로 유출되도록 하여 방전시킨다.4, when the C MEMORY controller 160 is implemented as a switch, when the WSN node 140 selects the small energy mode, the contact is moved to the 'a' terminal, and the WSN node 140 By switching the terminal to the logic level Low, the charge stored in the C MEMORY is discharged to the WSN node 140 and discharged.

CMEMORY가 방전된 이후, CMEMORY 컨트롤러(160)는 접점을 'b' 단자로 이동시켜, WSN 노드(140)에 에너지가 공급되지 않는 동안에도 CMEMORY의 방전상태를 유지시킴으로써, 궁극적으로는 WSN 디바이스의 Small 에너지 모드를 유지시킨다.After the C MEMORY is discharged, the C MEMORY controller 160 moves the contact to the 'b' terminal to maintain the discharge state of the C MEMORY even while no energy is supplied to the WSN node 140, Maintains the small energy mode of the device.

WSN 노드(140)는 에너지 모드를 선택하고, 선택된 에너지 모드에 따라 CSMALL/CBIG에 전기 에너지가 저장되도록 CMEMORY 컨트롤러(160)를 제어하는 한편, 부스트 레귤레이터(120)로부터 전기 에너지가 공급받아 필요한 작업을 수행한다. 수행하는 작업은 에너지 모드에 따라 다르다. 이하에서, WSN 노드(140)에 의한 WSN 디바이스 운용과정에 대해 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.The WSN node 140 selects the energy mode and controls the C MEMORY controller 160 to store the electrical energy in the C SMALL / C BIG according to the selected energy mode, while receiving the electrical energy from the boost regulator 120 Perform the necessary tasks. The work done depends on the energy mode. Hereinafter, the process of operating the WSN device by the WSN node 140 will be described in detail with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 WSN 디바이스의 운용방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.5 is a flowchart provided in the description of a method of operating a WSN device according to another embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 부스트 레귤레이터(120)로부터 전기 에너지를 공급받아 파워-온 되면(S210), WSN 노드(140)는 CMEMORY 컨트롤러(160)를 통해 CMEMORY를 읽어(S220), 에너지 모드를 파악한다(S230).5, the received supply of electrical energy from the boost regulator 120, a power-when-on (S210), WSN nodes 140 to read the C MEMORY through C MEMORY controller (160) (S220), the energy Mode is recognized (S230).

S210단계에서 부스트 레귤레이터(120)로부터 WSN 노드(140)에 전기 에너지가 공급되는 경우는, CSMALL/CBIG에 저장된 전기 에너지의 전압이 VMAX에 도달한 경우이다.When electric energy is supplied from the boost regulator 120 to the WSN node 140 in step S210, the voltage of the electric energy stored in the C SMALL / C BIG reaches V MAX .

S220단계에서, WSN 노드(140)는 스위치로 구현된 CMEMORY 컨트롤러(160)의 접점을 'a' 단자로 이동시켜, CMEMORY의 충전상태(논리레벨 High/Low)를 파악한다. CMEMORY가 충전된 상태로 논리레벨 High인 경우(N-FET가 턴-온 상태인 경우), S230단계에서 WSN 노드(140)는 에너지 모드를 Big 에너지 모드로 판단한다.In step S220, the WSN node 140 moves the contact of the C MEMORY controller 160 implemented by the switch to the terminal 'a' to determine the charge state (logic level High / Low) of the C MEMORY . When the C MEMORY is in the charged state and the logic level is high (the N-FET is in the turn-on state), the WSN node 140 determines that the energy mode is the Big energy mode in step S230.

에너지 모드가 Big 에너지 모드로 판단되면(S230-Yes), WSN 노드(140)는 센서(150)를 동작시켜 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 센싱 데이터를 외부(인접 디바이스, 게이트 웨이 또는 서버)로 전송한다(S240).When the energy mode is determined to be the Big energy mode (S230-Yes), the WSN node 140 operates the sensor 150 to generate sensing data, and transmits the sensing data to an external device (a neighboring device, a gateway, or a server) (S240).

데이터 센싱과 전송에는 많은 전기 에너지가 필요하므로, WSN 노드(140)는 Big 에너지 모드에서 이들을 수행한다.Since much energy is required for data sensing and transmission, the WSN node 140 performs them in the Big energy mode.

이후, WSN 노드(140)는 에너지 모드를 Small 에너지 모드로 전환시킨다(S250). S250단계에 의해, CMEMORY 컨트롤러(160)는 CSMALL에만 전기 에너지가 저장되도록 제어한다.Thereafter, the WSN node 140 converts the energy mode to the small energy mode (S250). In step S250, the C MEMORY controller 160 controls the electric energy to be stored only in the C SMALL .

S240단계와 S250단계가 수행되면, CSMALL와 CBIG에 저장된 전기 에너지의 전압이 VMin으로 떨어져, 에너지 컨트롤러(130)에 의해 부스트 레귤레이터(120)가 동작을 중지하여, WSN 노드(140)에 전기 에너지 공급이 중단되며, 이에 의해 WSN 노드(140)는 파워-오프 된다(S260).When steps S240 and S250 are performed, the voltage of the electric energy stored in C SMALL and C BIG falls to V Min , the energy controller 130 stops the operation of the boost regulator 120, The electrical energy supply is stopped, thereby causing the WSN node 140 to be powered off (S260).

한편, S220단계를 수행한 결과, CMEMORY가 방전된 상태로 논리레벨 Low인 경우(N-FET가 턴-오프 상태인 경우), S230단계에서 WSN 노드(140)는 에너지 모드를 Small 에너지 모드로 판단한다.Meanwhile, if it is determined in step S220 that the C MEMORY is discharged and the logic level is low (the N-FET is in the turn-off state), the WSN node 140 sets the energy mode to the small energy mode .

에너지 모드가 Small 에너지 모드로 판단되면(S230-No), WSN 노드(140)는 WSN 디바이스 정보만을 외부(인접 디바이스, 게이트 웨이 또는 서버)로 전송한다(S270).If the energy mode is determined to be the small energy mode (S230-No), the WSN node 140 transmits only the WSN device information to the external device (neighboring device, gateway, or server) (S270).

디바이스 정보 전송에는 전기 에너지가 많이 필요 없으므로, WSN 노드(140)는 Small 에너지 모드에서 이를 수행한다.The WSN node 140 does this in the Small energy mode because there is not much electrical energy required to transfer the device information.

이후, WSN 노드(140)는 에너지 모드를 Big 에너지 모드로 전환시킨다(S280). S280단계에 의해, CMEMORY 컨트롤러(160)는 CBIG와 CSMALL 모두에 전기 에너지가 저장되도록 제어한다.Thereafter, the WSN node 140 converts the energy mode to the Big energy mode (S280). In step S280, the C MEMORY controller 160 controls the electric energy to be stored in both C BIG and C SMALL .

S270단계와 S280단계가 수행되면, CSMALL에 저장된 전기 에너지의 전압이 VMin으로 떨어져, 에너지 컨트롤러(130)에 의해 부스트 레귤레이터(120)가 동작을 중지하여, WSN 노드(140)에 전기 에너지 공급이 중단되며, 이에 의해 WSN 노드(140)는 파워-오프 된다(S260).When the steps S270 and S280 are performed, the voltage of the electric energy stored in the C SMALL drops to V Min , the energy controller 130 stops the operation of the boost regulator 120, and the electric energy is supplied to the WSN node 140 The WSN node 140 is powered off (S260).

지금까지, 에너지 저장소를 동적으로 운용할 수 있는 WSN 디바이스와 그 운용방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.Up to now, a WSN device capable of dynamically operating an energy storage and a method for operating the WSN device have been described in detail with preferred embodiments.

위 실시예에서는 에너지 저장소가 2개인 것으로 도시하고 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위해 든 일 예에 불과하다. 에너지 저장소가 3개 이상인 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 도 4에서 빗금친 부분의 참조부호 "170"을 다수 개로 구현할 수 있으며, 추가되는 커패시터의 용량은 동일 또는 다르게 할 수 있다.In the above embodiment, two energy storage units are illustrated and explained, but these are merely examples for convenience of explanation. The technical idea of the present invention can be applied even when there are three or more energy stores. For example, in FIG. 3 and FIG. 4, reference numeral 170 of a hatched portion can be implemented in a plurality of units, and capacities of added capacitors can be the same or different.

또한, 위 실시예에서 CBIG만을 선택하는 경우는 고려하지 않았으나, 이를 가능하게 구현하는 경우 역시 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다.In addition, although the case of selecting only C BIG in the above embodiment is not considered, it is needless to say that the technical idea of the present invention can also be applied when it is possible to implement it.

아울러, WSN 디바이스 운용과정에서 Big 에너지 모드와 Small 에너지 모드를 번차례로 수행하는 것으로 구현하였으나, 이 역시 이해와 설명의 편의를 위해 상정한 일 예에 불과하다. 모든 전환 방식은 필요와 사양에 따라 다양하게 구현가능하다. 예를 들어, "Big 에너지 모드 1회 수행 -> Small 에너지 모드 5회 수행 -> Big 에너지 모드 1회 수행 -> Small 에너지 모드 5회 수행 -> ... "으로 구현가능하며, 이 규칙은 도 4에 도시된 EEPROM(170)을 이용하여 저장/관리 가능하다.In addition, we have implemented Big Energy mode and Small energy mode in order to implement WSN device, but this is just one example for convenience of understanding and explanation. All conversion methods can be implemented variously according to needs and specifications. For example, it can be implemented as "Big energy mode 1 time -> Small energy mode 5 times -> Big energy mode 1 time -> Small energy mode 5 times -> ..." 4 by using the EEPROM 170 shown in FIG.

또한, 도 5에 도시된 WSN 디바이스 운용에서, 에너지 모드 판단을 위해 CMEMORY를 참조하였는데, 이와 다르게 구현 가능하다. 예를 들어, EEPROM(170)에 현재 에너지 모드를 저장하고, WSN 노드(140)가 이를 참조하여 에너지 모드를 판단하는 것으로 구현할 수도 있다.Further, in the WSN device operation shown in Fig. 5, C MEMORY is referred to for energy mode judgment, which can be implemented differently. For example, the present energy mode may be stored in the EEPROM 170, and the WSN node 140 may refer to the energy mode to determine the energy mode.

또한, 본 발명의 기술적 사상은, WSN 디바이스 이외의 다른 디바이스에도 적용 가능하며, RF 충전 방식이 아닌 자기장 충전 방식의 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.The technical idea of the present invention can be applied to devices other than the WSN device, and can be applied to a magnetic charging method other than an RF charging method.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

110 : RF/DC 컨버터 120 : 부스트 레귤레이터
130 : 에너지 컨트롤러 140 : WSN 노드
150 : 센서 160 : CMEMORY 컨트롤러
170 : EEPROM
CSMALL CBIG
N-FET CMEMORY 110: RF / DC converter 120: Boost regulator
130: Energy controller 140: WSN node
150: sensor 160: CMEMORY controller
170: EEPROM
CSMALL CBIG
N-FET CMEMORY

Claims (10)

에너지가 저장되는 제1 저장소 및 제2 저장소 중 적어도 하나에 에너지가 저장되도록 제어하는 단계;
상기 제어단계에 의해 결정된 에너지 모드를 판단하는 단계;
상기 에너지 모드가 제1 에너지 모드로 판단되면, 제1 통신 동작을 수행하는 단계; 및
상기 에너지 모드가 제2 에너지 모드로 판단되면, 제2 통신 동작을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 운용방법.
Controlling energy to be stored in at least one of a first reservoir and a second reservoir where energy is stored;
Determining an energy mode determined by the control step;
Performing a first communication operation when the energy mode is determined to be a first energy mode; And
And performing a second communication operation when the energy mode is determined to be the second energy mode.
제 1항에 있어서,
상기 제1 에너지 모드는, 상기 제1 저장소에만 에너지가 저장되는 모드이고,
상기 제2 에너지 모드는, 상기 제1 저장소와 상기 제2 저장소 모두에 에너지가 저장되는 모드인 것을 특징으로 하는 디바이스의 운용방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first energy mode is a mode in which energy is stored only in the first storage,
Wherein the second energy mode is a mode in which energy is stored in both the first and second reservoirs.
제 2항에 있어서,
상기 제1 통신 동작에 소요되는 에너지는,
상기 제2 통신 동작에 소요되는 에너지 보다 적은 것을 특징으로 하는 디바이스의 운용방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the energy required for the first communication operation is &
Is less than the energy required for the second communication operation.
제 3항에 있어서,
상기 제1 통신 동작은,
디바이스 정보를 전송하는 통신 동작이고,
상기 제2 통신 동작은,
센싱 데이터를 생성하여 전송하는 통신 동작인 것을 특징으로 하는 디바이스의 운용방법.
The method of claim 3,
Wherein the first communication operation comprises:
A communication operation for transmitting device information,
Wherein the second communication operation comprises:
And generating sensing data and transmitting the sensed data.
제 1항에 있어서,
상기 판단단계는,
상기 제1 통신 동작과 상기 제2 통신 동작을 수행하는 노드에 에너지가 공급된 경우에 상기 노드에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 디바이스의 운용방법.
The method according to claim 1,
Wherein,
Is performed by the node when energy is supplied to the node performing the first communication operation and the second communication operation.
제 5항에 있어서,
상기 제1 저장소는 제1 커패시터이고,
상기 제2 저장소는 제2 커패시터이며,
상기 제어단계는,
상기 제2 커패시터를 개방시켜 상기 제1 커패시터에만 에너지가 저장되도록 제어하거나,
상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터를 병렬로 연결하여 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터 모두에 에너지가 저장되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 운용방법.
6. The method of claim 5,
The first reservoir is a first capacitor,
The second reservoir is a second capacitor,
Wherein the control step comprises:
Controlling the energy stored in the first capacitor only by opening the second capacitor,
Wherein the first capacitor and the second capacitor are connected in parallel so that energy is stored in both the first capacitor and the second capacitor.
제 6항에 있어서,
상기 제어단계는,
상기 제2 커패시터를 상기 제1 커패시터에 병렬로 연결하거나 상기 제2 커패시터를 개방시키는 스위치의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터를 연결하거나 상기 제2 커패시터를 개방시키고,
상기 판단단계는,
상기 스위치의 스위칭 상태로부터 상기 에너지 모드를 판단하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 운용방법.
The method according to claim 6,
Wherein the control step comprises:
Controlling a switching operation of a switch for connecting the second capacitor in parallel with the first capacitor or opening the second capacitor to connect the first capacitor and the second capacitor or to open the second capacitor,
Wherein,
And the energy mode is determined from the switching state of the switch.
제 7항에 있어서,
상기 제어단계는,
상기 노드에 에너지가 공급되지 않는 동안에는, 상기 스위치의 스위칭 상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 디바이스의 운용방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the control step comprises:
And maintains the switching state of the switch while the node is not energized.
제 1항에 있어서,
상기 제어단계는,
수신되는 RF 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 제1 저장소 및 상기 제2 저장소 중 적어도 하나에 공급하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 운용방법.
The method according to claim 1,
Wherein the control step comprises:
And converts the received RF energy to electrical energy and supplies the electrical energy to at least one of the first storage and the second storage.
에너지가 저장되는 제1 저장소;
에너지가 저장되는 제2 저장소;
상기 제1 저장소 및 제2 저장소 중 적어도 하나에 에너지가 저장되도록 제어하는 컨트롤러; 및
상기 컨트롤러에 의해 결정된 에너지 모드가 제1 에너지 모드로 판단되면 제1 통신 동작을 수행하고, 상기 에너지 모드가 제2 에너지 모드로 판단되면 제2 통신 동작을 수행하는 노드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
A first storage for storing energy;
A second storage for storing energy;
A controller for controlling energy to be stored in at least one of the first reservoir and the second reservoir; And
And a node performing a first communication operation when the energy mode determined by the controller is determined to be the first energy mode and a second communication operation when the energy mode is determined to be the second energy mode device.
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