KR101665407B1 - 유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템 - Google Patents

유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감지기와 발신기, 카메라를 구비하고, 유무선 네트워크를 통해 하위단계의 유닛 및 상위단계의 감지시스템과 연결되어 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 지하터널이나 지하상가 등과 같이 유선 네트워크를 설치하기 어려운 지역에서도 안정적인 화재감지시스템을 구축할 수 있고, 감지기 연결수단 및 게이트웨이 역할을 동시에 하는 제2원격유닛을 적절하게 설치함으로써 장비의 효율적인 운용이 가능해지는 효과가 있다.

Description

유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템{AUTOMATIC FIRE DETECTING SYSTEM BASED ON IoT DEVICE VIA A WIRED AND WIRELESS NETWORK}
본 발명은 유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감지기와 발신기, 카메라를 구비하고, 유무선 네트워크를 통해 하위단계의 유닛 및 상위단계의 감지시스템과 연결되어 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건물에는 화재시 인명 피해를 줄이기 위해 화재 경보 시스템이 설치되어 있다. 이러한 화재 경보 시스템은 화재에 의해 발생하는 열, 연기, 화염 등을 감지하는 감지기를 통해 자동으로 화재를 발견하거나 화재 발견자에 의해 소정의 발신기가 조작된 경우, 경종, 사이렌 또는 표시등과 같은 경보장치를 통해 건물 내의 관계자 또는 거주자에게 경보를 발생하는 시스템이다.
자동화재 탐지설비는 화재의 초기현상을 자동적으로 탐지하여 당해 소방대상물의 관계자에게 화재의 발생을 통보하여 주는 수단이다. 자동화재 탐지설비가 직접적인 소화 활동을 하는 것은 아니지만, 화재의 조기발견에 의하여 초기 소화를 유효하게 할 수 있도록 유용한 정보를 제공하여 줌으로써 화재의 확대를 최소한으로 저지시킨다.
탐지설비에 사용되는 감지기는 검출 원리에 따라서 열식과 연기식, 화염식으로 대별된다. 감지기는 특정 공간의 이상 상황을 감지하여 수신기에 전달하고, 수신기는 관제시스템으로 정보를 전달한다. 발신기는 화재나 이상상황을 발견한 사람이 누름 버튼을 조작하여 수신기에 신호를 보내는 수단이며, 경보기는 음향이나 발광작용으로 화재 사실을 알려주는 수단이다.
일반적인 자동화재 탐지설비에 사용되는 수신기는 P형과 R형으로 구분된다.
도 1은 통상적인 P형 수신기의 연결상태를 나타낸 블럭도이며, 도 2는 통상적인 R형 수신기의 연결상태를 나타낸 블럭도이다.
도 1과 2에 도시된 바와 같이, P형 수신기(40)는 감지기(10)와 발신기(20)를 1:1 유선 신호케이블로 인터페이스 하는 방식이며, R형 수신기(50)는 감지기(10)와 발신기(20)를 1:1이 아닌 유선 통신케이블로 인터페이스 하는 방식이다.
이와 같은 종래기술의 자동화재탐지기는 유선 신호케이블을 개별적으로 모두 설치해야 하기 때문에 이로 인한 과다한 설치 비용이 소요된다. 특히 1:1 방식의 유선 신호케이블은 터널이나 지하철 대합실, 승강장 등에 모두 설치해야 하는데, 장거리 설치로 인해 전체 자동화재탐지기 설치에 드는 비용이 커지게 되는 문제가 있었다.
KR 10-2011-0101014 A
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 유선과 무선 네트워크를 동시에 사용하여 화재감지정보에 대한 데이터를 송수신하고, 감지기 등과 연결되는 최종 말단의 제1원격유닛과 상위의 제2원격유닛을 유무선 네트워크로 연결하고, 원격유닛에 카메라를 설치하여 화재 발생 사실을 영상으로 확인할 수 있도록 하는 유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 유무선 통신기능을 활용하여 제1원격유닛과 제2원격유닛의 가동 상태를 원격에서 확인하고, 고장이 발생했을 때 어느 원격유닛인지를 실시간으로 정확하게 확인할 수 있도록 하는 유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 화재 사실을 감지하여 원격지의 관제시스템(200)에 유무선 통신 네트워크를 통해 전달하는 자동화재감지시스템(100)으로서, 현장정보 입력수단과 유선통신 네트워크로 연결되며, 상기 현장정보 입력수단으로부터 입력되는 화재 경보 신호를 수신하는 제1원격유닛(102)과; 상기 현장정보 입력수단과 유선통신 네트워크로 연결되며, 상기 제1원격유닛(102)과 무선통신 네트워크로 연결되며, 상기 현장정보 입력수단 또는 상기 제1원격유닛(102)으로부터 전송되는 화재 경보 신호를 수신하는 제2원격유닛(104)과; 상기 제2원격유닛(104)과 유선통신 네트워크 또는 무선통신 네트워크로 연결되며, 상기 제2원격유닛(104)으로부터 전달되는 화재 경보 신호를 수신하여 원격지의 관제시스템(200)에 전달하는 자동화재수신기(106);를 포함하며, 상기 현장정보 입력수단은 열, 연기, 화염 중의 하나를 감지하여 화재 발생 여부를 확인하는 감지기(10), 화재 발견자가 조작하여 화재 발생 신호를 전송하는 발신기(20), 화재 현장의 영상을 촬영하는 카메라(30) 중의 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 제1원격유닛(102)은 구성요소의 동작을 제어하며, 신호의 변환과 처리 동작을 수행하는 유닛제어부(102-1)와; 유선통신 네트워크를 통해 상기 현장정보 입력수단으로부터 전송되는 신호를 상기 유닛제어부(102-1)에 전달하는 입출력 컨트롤러(102-3)와; 무선통신 네트워크를 통해 상기 제2원격유닛(104)과 연결되도록 하는 Wi-Fi통신모듈(102-4), 지그비통신모듈(102-5) 및 RF통신모듈(102-6);을 포함한다.
상기 제2원격유닛(104)은 구성요소의 동작을 제어하며, 신호의 변환과 처리 동작을 수행하는 유닛제어부(104-1)와; 유선통신 네트워크를 통해 상기 현장정보 입력수단으로부터 전송되는 신호를 상기 유닛제어부(104-1)에 전달하는 입출력 컨트롤러(104-3)와; 무선통신 네트워크를 통해 상기 제2원격유닛(104) 또는 상기 자동화재수신기(106)와 연결되도록 하는 Wi-Fi통신모듈(104-4), 지그비통신모듈(104-5) 및 RF통신모듈(104-6)과; 유선통신 네트워크를 통해 상기 자동화재수신기(106)와 연결되도록 하는 RS-232/RS-485 방식의 시리얼모듈(104-7), RJ-45 방식의 이더넷모듈(104-8), A/D출력모듈(104-9);을 포함한다.
본 발명에 따르면 지하터널이나 지하상가 등과 같이 유선 네트워크를 설치하기 어려운 지역에서도 안정적인 화재감지시스템을 구축할 수 있고, 감지기 연결수단 및 게이트웨이 역할을 동시에 하는 제2원격유닛을 적절하게 설치함으로써 장비의 효율적인 운용이 가능해지는 효과가 있다.
또한 사물인터넷(IoT)과 임베디드 컴퓨터를 기반으로 한 화재감지시스템을 구성하여 화재 발생사실 및 위치를 신속하고 정확하게 파악할 수 있으며, 영상을 함께 활용하여 경보사실을 전파할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 통상적인 P형 수신기의 연결상태를 나타낸 블럭도.
도 2는 통상적인 R형 수신기의 연결상태를 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동화재감지시스템의 구성과 연결상태를 나타낸 블럭도.
도 4는 제1원격유닛의 구성과 연결상태를 나타낸 블럭도.
도 5는 제2원격유닛의 구성과 연결상태를 나타낸 블럭도.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템"(이하, '자동화재감지시스템'이라 함)을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동화재감지시스템의 구성과 연결상태를 나타낸 블럭도이며, 도 4는 제1원격유닛의 구성과 연결상태를 나타낸 블럭도, 도 5는 제2원격유닛의 구성과 연결상태를 나타낸 블럭도이다.
본 발명의 자동화재감지시스템(100)은 종래기술에서와 같이, 자동으로 화재를 감지하거나 화재사실을 발견자에 의해 입력하도록 하는 감지기(10) 및 발신기(20)와 연결된다. 감지기(10) 및 발신기(20)로부터 전달된 신호는 자동화재감지시스템(100)을 통해 원격지의 관제시스템(200)에 전달된다. 관제시스템(200)은 소방서나 경찰, 병원, 응급구조센터 등에 신호를 전달하여 화재의 진압과 인명구조 등의 활동이 이루어지도록 한다.
본 발명의 자동화재감지시스템(100)이 종래기술의 감지시스템과 다른 점 중의 하나는 카메라(30)를 이용하여 현장의 영상을 촬영하고, 촬영된 현장영상을 수신 및 관제시스템(200)에 전달하여 폭넓은 정보의 제공이 가능해지도록 하는 것이다.
또한 자동화재감지시스템(100)을 구성하는 제1원격유닛(102)과 제2원격유닛(104)에 아날로그 데이터 센싱 기능과 유무선 통신기능을 일체화하고, 임베디드 컴퓨터를 내장하여 개별적인 IP주소를 부여함으로써 사물인터넷(IoT; Internet of Things) 기반의 데이터 통신이 가능하도록 하는 것이다.
제1원격유닛(102)과 제2원격유닛(104), 자동화재수신기(106)는 임베디드 컴퓨터를 내장하고 있으며, IoT 또는 WSN(Wireless Sensor Network) 기반의 게이트웨이로 동작하면서 상위 또는 하위에서 전달되는 데이터를 다른 곳으로 전송한다.
본 발명에 포함되는 제1원격유닛(102)과 제2원격유닛(104)은 감지기(10)나 발신기(20), 카메라(30)와 유무선 네트워크를 통해 연결되어 데이터를 송수신하는 것은 동일하지만 원격유닛과의 연결 여부가 다르다. 즉, 감지기(10)나 발신기(20), 카메라(30)로부터 입력되는 신호를 상위의 자동화재수신기(106)에만 전달하는 것을 제1원격유닛(102)이라고 정의한다. 그리고 감지기(10)나 발신기(20), 카메라(30)뿐만 아니라 제1원격유닛(102)으로부터 입력되는 신호를 상위의 자동화재수신기(106)에 전달하는 게이트웨이 역할을 하는 것을 제2원격유닛(104)이라고 정의한다.
제2원격유닛(104)은 하위의 제1원격유닛(102)으로부터 전달된 신호를 자동화재수신기(106)에 전달하는 것과 함께, 자체적으로 화재 발생사실을 감지하여 자동화재수신기(106)로 전달하기도 한다.
자동화재수신기(106)는 제1원격유닛(102) 또는 제2원격유닛(104)으로부터 전달된 경보신호를 수신하여 화재 발생사실을 확인하고, 원격지의 관제시스템(200)에 확인된 사실을 전달한다. 관제시스템(200)은 종합상황실에 설치된 시스템으로서, 관리자에 의해 필요한 기관에 정보가 전달되도록 한다.
다음으로 도 4와 5를 참조하여 제1원격유닛(102)과 제2원격유닛(104)의 구성 및 연결상태를 설명한다.
제1원격유닛(102)에는 구성요소의 동작을 제어하며, 신호의 변환과 처리 동작을 수행하는 유닛제어부(102-1)가 설치된다.
유닛제어부(102-1)는 리눅스, 안드로이드, 임베디드 윈도우 등의 OS를 구비한다. 그리고 지그비 통신을 위한 컨트롤러와 센서정보 수집용 소프트웨어를 구비한다.
현장정보 입력수단(감지기, 발신기, 카메라)은 다채널로 구성된 인터페이스(102-2)를 통해 입출력 컨트롤러(102-3)에 신호를 전송한다. 입출력 컨트롤러(102-3)는 디지털/아날로그 신호를 입력받을 수 있도록 구성되며, 펄스데이터 및 범용센서 데이터를 수신하여 유닛제어부(102-1)에 전달한다.
현장정보 입력수단과 인터페이스(102-2)는 케이블로 연결되는 유선통신 네트워크를 사용하는 것이 일반적이다.
제1원격유닛(102)에는 무선통신 네트워크에 접속하도록 하는 모듈이 설치되는데, Wi-Fi통신모듈(102-4), 지그비통신모듈(102-5), RF통신모듈(102-6)이 대표적인 구성이다.
Wi-Fi통신모듈(102-4)과 지그비통신모듈(102-5)은 근거리 무선통신 기술로서 주로 2.4㎓ 대역의 무선통신망을 형성한다. 그리고, RF통신모듈(102-6)은 다이버시티 효과를 위한 424㎒ 또는 447㎒ 대역의 무선통신 기술을 활용한다.
무선통신모듈(Wi-Fi통신모듈, 지그비통신모듈, RF통신모듈)은 제2원격유닛(104)과 통신망을 형성하여 화재사실에 대한 신호를 송수신하는 기능을 수행한다.
시리얼모듈(102-7)과 이더넷모듈(102-8)은 각각 RS-232 방식 또는 RJ-45 방식의 케이블과 연결되어 신호를 주고받는데, 필요한 경우에 자동화재수신기(106)와 유선으로 연결되어 통신을 할 수 있도록 해준다.
배터리(102-9)는 외부의 전원공급부(300)로부터 공급되는 전력을 저장하며, SMPS(102-10)를 통해 자동화재감지시스템(100)의 동작에 필요한 전력을 공급해준다.
본 발명의 배터리(102-9)는 정전시 장비를 운용할 수 있는 전력을 공급하기 위해서 충전을 하며, 과충전 보호회로와 역류 방지회로를 통하여 충전과정에서 배터리에 손상이 일어나지 않도록 한다.
배터리(102-9)는 충분한 충전용량을 가질 수 있도록 리튬이온 배터리 또는 리튬폴리머 배터리를 사용하는 것이 바람직하다.
유닛제어부(102-1) 또는 전압감시부(102-11)는 배터리의 현재 전압을 수시로 확인하며, 일정 수준 이하로 전압이 떨어지면 방전이 되는 것을 막기 위하여 제1원격유닛(102)의 전원을 강제로 오프시킨다.
제1원격유닛(102) 또는 제2원격유닛(104)에 연결된 감지기(10), 발신기(20), 카메라(30)가 화재발생 사실을 확인하면, 인터페이스(102-2)를 통해 제1원격유닛(102) 또는 제2원격유닛(104)으로 신호를 전달한다. 전달되는 신호에는 신호를 전달하는 장비의 위치를 확인할 수 있는 정보(IP주소 등)가 함께 포함된다.
제2원격유닛(104)은 제1원격유닛(102)으로부터 화재 감지신호를 받거나, 자체적으로 연결된 감지수단이 화재사실을 감지한 경우, 유선통신(이더넷, RS-232/RS-485, 시그널케이블(Signal Cable) 등)이나 무선통신(Wi-Fi, 지그비, RF통신)을 통해 자동화재수신기(106)에 전달한다.
경우에 따라서는 감지기(10)나 발신기(20)로부터 화재사실을 경보하는 신호가 수신된 경우에 해당 지역을 촬영하는 카메라(30)를 작동시켜 현장의 상황을 영상으로 확인하는 방법을 사용할 수도 있다.
제2원격유닛(104)이 무선통신을 통해 신호를 전달하는 경우, 복수의 제2원격유닛(104)과 연결되는 무선공유기(도면 미도시)에 신호를 전송할 수도 있다.
제2원격유닛의 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1원격유닛(102)의 구성과 거의 동일한 구성으로 이루어진다. 제2원격유닛(104)에도 유닛제어부(104-1), 인터페이스(104-2), 입출력 컨트롤러(104-3), Wi-Fi통신모듈(104-4), 지그비통신모듈(104-5), RF통신모듈(104-6)이 설치되어 유무선 통신망을 형성한다. 또한 시리얼모듈(104-7)과 이더넷모듈(104-8), A/D출력모듈(104-9)을 통해 데이터를 송수신할 수 있다.
배터리(104-10)의 관리를 위한 SMPS(104-11), 전압감시부(104-12)의 구성도 제1원격유닛(102)에서와 동일하다.
단, 제1원격유닛(102)에서와는 달리, 제2원격유닛(104)의 시리얼모듈(104-7)과 이더넷모듈(104-8), A/D출력모듈(104-9)은 자동화재수신기(106)와 연결되어 데이터를 송수신한다. 또한 Wi-Fi통신모듈(104-4), 지그비통신모듈(104-5), RF통신모듈(104-6)은 자동화재수신기(106) 또는 제1원격유닛(102)과 무선통신을 통해 데이터를 송수신한다.
제1원격유닛(102)과 제2원격유닛(104)의 통신, 제2원격유닛(104)과 자동화재수신기(106)의 통신을 무선통신 방식을 사용함으로써 유선통신망의 설치가 어려운 터널이나 산간, 고층건물 등에도 필요한 장소에 자동화재감시장치를 설치할 수 있다. 그리고 무선통신 방식을 통해 화재현장의 정보를 실시간으로 빠르게 전달할 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 감지기 20 : 발신기
30 : 카메라 40 : P형 수신기
50 : R형 수신기 100 : 자동화재감지시스템
102 : 제1원격유닛 104 : 제2원격유닛
200 : 관제시스템 300 : 전원공급부

Claims (3)

  1. 화재 사실을 감지하여 원격지의 관제시스템(200)에 유무선 통신 네트워크를 통해 전달하는 자동화재감지시스템(100)으로서,
    현장정보 입력수단과 유선통신 네트워크로 연결되며, 상기 현장정보 입력수단으로부터 입력되는 화재 경보 신호를 수신하는 제1원격유닛(102)과;
    상기 현장정보 입력수단과 유선통신 네트워크로 연결되며, 상기 제1원격유닛(102)과 무선통신 네트워크로 연결되며, 상기 현장정보 입력수단 또는 상기 제1원격유닛(102)으로부터 전송되는 화재 경보 신호를 수신하는 제2원격유닛(104)과;
    상기 제2원격유닛(104)과 유선통신 네트워크 또는 무선통신 네트워크로 연결되며, 상기 제2원격유닛(104)으로부터 전달되는 화재 경보 신호를 수신하여 원격지의 관제시스템(200)에 전달하는 자동화재수신기(106);를 포함하며,
    상기 현장정보 입력수단은 열, 연기, 화염 중의 하나를 감지하여 화재 발생 여부를 확인하는 감지기(10), 화재 발견자가 조작하여 화재 발생 신호를 전송하는 발신기(20), 화재 현장의 영상을 촬영하는 카메라(30) 중의 어느 하나 이상이며,
    상기 무선통신 네트워크는 Wi-Fi, 지그비, RF통신 중의 어느 하나를 통신방식으로 사용하는 네트워크이며,
    상기 제2원격유닛(104)으로부터 상기 자동화재수신기(106)에 전달되는 화재 경보 신호에는 상기 제1원격유닛(102)에 연결된 현장정보 입력수단이 감지하여 전달한 화재 발생 신호와, 상기 제2원격유닛(104)에 연결된 현장정보 입력수단이 감지하여 전달한 화재 발생 신호가 모두 포함되는 것을 특징으로 하는, 유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1원격유닛(102)은
    구성요소의 동작을 제어하며, 신호의 변환과 처리 동작을 수행하는 유닛제어부(102-1)와;
    유선통신 네트워크를 통해 상기 현장정보 입력수단으로부터 전송되는 신호를 상기 유닛제어부(102-1)에 전달하는 입출력 컨트롤러(102-3)와;
    무선통신 네트워크를 통해 상기 제2원격유닛(104)과 연결되도록 하는 Wi-Fi통신모듈(102-4), 지그비통신모듈(102-5) 및 RF통신모듈(102-6);을 포함하는, 유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2원격유닛(104)은
    구성요소의 동작을 제어하며, 신호의 변환과 처리 동작을 수행하는 유닛제어부(104-1)와;
    유선통신 네트워크를 통해 상기 현장정보 입력수단으로부터 전송되는 신호를 상기 유닛제어부(104-1)에 전달하는 입출력 컨트롤러(104-3)와;
    무선통신 네트워크를 통해 상기 제2원격유닛(104) 또는 상기 자동화재수신기(106)와 연결되도록 하는 Wi-Fi통신모듈(104-4), 지그비통신모듈(104-5) 및 RF통신모듈(104-6)과;
    유선통신 네트워크를 통해 상기 자동화재수신기(106)와 연결되도록 하는 RS-232/RS-485 방식의 시리얼모듈(104-7), RJ-45 방식의 이더넷모듈(104-8), A/D출력모듈(104-9);을 포함하는, 유무선 네트워크를 통한 사물인터넷 기반의 자동화재감지시스템.
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