KR101954098B1 - 기기부와 배터리부를 모듈화하고 방수방진 성능을 개선한 센서일체형 실외용 통신장비 - Google Patents

기기부와 배터리부를 모듈화하고 방수방진 성능을 개선한 센서일체형 실외용 통신장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서를 내장한 기기부와 방수방진 구조를 가진 배터리부 및 사용처의 환경에 따라 변화 가능한 지향/무지향 안테나를 내장한 안테나부로 모듈화한 실외용 통신장비로서 방수방진 성능을 향상시켜 극한 환경에서도 동작하고 초기 설치 및 관리가 용이하며, 추가 안테나로 신호 전송 거리를 증가시킨다. 또한 기존 센서와의 상호운용성이 가능하도록 외부 커넥터를 설계하여 실내 및 실외용 소형 통신장비를 개발하는 것을 목표로 한다.

Description

기기부와 배터리부를 모듈화하고 방수방진 성능을 개선한 센서일체형 실외용 통신장비 {Modularity and sensor integrated smart device with water and dust proofing}
본 명세서에서 게시되고 예시되며 청구된 장치는 일반적으로 실외에서 사용 가능한 통신장비에 관한 것이다. 특히, 구조적으로 기기부와 안테나부, 배터리부를 분리한 각각의 모듈화된 통신장비이고 기능적으로 방수방진 성능을 향상시키고 지향성 안테나를 추가하여 데이터 전송거리를 증가시키며 배터리를 추가하여 제품 수명을 늘림으로써 실외 사용 시 유용하게 한다. 또한, 외부 커넥터를 설계하여 기존 공정에 설치된 센서 정보도 활용할 수 있도록 함으로써 기존 장비와의 상호 운용이 가능하다.
저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy) 규격의 무선신호를 주기적으로 발생시키는 근거리용 소형 통신 장치인 비콘(Beacon)은 모바일 결제, 이벤트 쿠폰 발행, 실내 위치 측정 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 비콘 기술은 NFC(Near Field Communication), RFID(Radio-Frequency Identification)와 더불어 최근 사물인터넷(Internet of Things)기술의 핵심 트렌드로 평가 받고 있다.
비콘 서비스는 기본적으로 사용자의 위치를 인식하여 필요한 정보를 전송하는 것에 있다. 즉, 비콘이 설치된 구역에 진입하면 스마트폰으로 사용자 주변의 정보를 실시간으로 전송받을 수 있다.
외부 전원 공급 장치가 없는 곳에 비콘을 설치하는 경우 배터리 소모 속도가 매우 중요하다. 많은 장소에 뿌려져 사용되기 때문에 모든 비콘을 감시하며 배터리를 교체하기 쉽지 않다. 따라서 배터리 소모를 조절하거나, 추가 배터리를 장착하여 제품의 수명을 늘릴 필요가 있다.
그리고 실외에서 사용할 경우 눈, 바람, 비와 같은 기상조건에 견딜 수 있는 방수방진 케이스가 필요하며, 실외에서 사용하기 위해서는 신호 전송거리는 현재 발표된 최대 50미터보다 길어져야 할 뿐 아니라 신호를 한 방향으로 송신함으로써 수신기까지 도달하도록 해야 한다. 지금까지 출시된 대부분의 비콘은 실내 사용위주로 개발되어 외부 사용에 부적합하다는 문제가 있다.
또한 기존의 다양한 생산 공정에는 온습도, 화재경보 센서 등을 장착하여 설비를 관리하고 있는 곳이 많다. 하지만 모든 센서가 유선으로 연결되고 정보를 전송하기 때문에 초기 설치 비용이 과다하고 사용 중 장비를 교체 및 추가하는 과정에서 배전작업 등이 추가로 들어가는 번거로움이 발생하게 된다. 이러한 이유로 소규모 제조시설에서는 장비의 도입에 어려움을 느껴 안전사고에 노출되는 사례가 빈번하다. 또한 부분 요소별 교체가 불가능한 기존의 센서-비콘 일체형 장치의 경우는 프로그램을 다른 곳에 재사용 및 활용할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 보다 상세하게는 실외 사용에 적합한 저전력 블루투스 규격의 비콘(Bluetooth Low Energy Beacon)을 개발하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 센서와 블루투스 칩셋이 있는 기기부와 지향성 안테나를 추가함으로써 신호 전송 거리를 향상시킨 안테나부, 추가 배터리를 장착한 배터리부를 모듈화하여 다양한 장치에 쉽게 적용할 수 있는 재사용성과 사용 중 좀 더 성능이 좋은 개발 모듈로 쉽게 교체가 가능할 수 있도록 하고자 한다.
특히, 실외까지 사용 범위를 넓힐 수 있도록 최적화된 방수방진 케이스를 포함하는 저전력 블루투스 비콘 장치를 사용자에게 제공하고자 한다. 또한 외부 커넥터를 설계하여 본 발명품이 설치될 장소에서 기존에 사용 중이던 센서와 신호 송수신을 연동시키고 설비의 특성에 따라 추가할 센서는 본 발명품에 추가하여 사용 가능하도록 한다.
또한 본 발명품은 기기부의 센서를 통하여 제조시설 및 환경 계측기에 부착하거나 사용자가 휴대하며 주변의 이상신호를 감지하는데 사용할 수 있다. 기존의 계측기에 비하여 초기 설치 비용이 저렴하고, 모듈화로 인하여 사용 중 장비 교체 및 수리가 간편해 진다. 본 발명품을 설치할 제조시설 내 기존에 설치되어 있던 센서는 외부커넥터로 연결하여 신호를 무선으로 서버 또는 클라우드로 전송하여 한 곳에서 정보를 관리할 수 있다.
1. 주요 소자의 기능별 모듈화 방법: 크게 기기부(20), 안테나부(10), 배터리부(30)의 기능으로 모듈화를 결정하고 Component-focus/Bottom-up 방식을 적용하고 key Component 중심으로 인터페이스 스펙을 결정하는 방향으로 모듈화 한다.
2. 신호 전송 거리 향상: 설치 장소와 사용 목적에 따라 지향 또는 무지향으로 전환 가능한 안테나(11)를 부착하여 기기부(20)의 센서(21)로부터 전송되는 데이터의 신호 도달 거리를 향상시킨다.
특히 벽면에 부착된 고정형 비콘의 경우 접촉면에 대한 신호 세기를 감소시키고 개방된 공간으로 송수신하는 신호의 세기를 증가시키는 등 안테나를 활용하여 신호의 방향과 속도 및 세기를 조절한다. 기기로부터 인입출 및 방향조절이 자유로운 안테나(11)를 추가함으로써 송수신 신호의 감도가 좋은 방향으로 안테나의 회전 위치가 설정되도록 할 수 있다.
3. 배터리(30): 저전력 블루투스 규격의 비콘은 주로 소형 배터리를 사용하고, 제품의 수명은 1~2년으로 알려져 있으나 신호 송수신 간격에 따라 배터리 소모에 차이가 있고, 시설 내 용도에 따라 센서와 안테나를 추가하는 경우 추가적인 전력 소모가 예상되므로 실제 사용기간은 단축될 것으로 예상된다.
따라서 사용 기간을 늘리기 위하여 작업장에서 사용하지 않는 경우 배터리 소모를 조절하거나 추가 배터리(32)를 장착할 필요가 있기 때문에 기본 배터리(31) 외에도 추가 배터리를 장착하여 배터리 수명을 연장한다.
추가적으로는 기기부(20)와 배터리부(30)는 분리되어 배터리 교체 시 기기부(20)를 외부로 노출시키지 않아도 되며, 기기부(20)와의 연결 구조는 실리콘으로 실링 처리(51)하여 방수방진 성능을 개선한다.
4. 케이스(50): 센서(21) 및 비콘의 칩셋(22), 방향 조절이 가능한 안테나(11), 추가 배터리(32)를 디바이스 내에 위치시켜 탈부착이 가능한 케이스(50)를 설계한다. 또한 방수방진의 케이스(50) 소재뿐만 아니라 케이스의 접합부위를 실리콘(51)으로 실링(sealing)가공하여 외부 기상조건으로부터 제품을 보호할 수 있다. 또한 커넥터(40) 연결 부위는 실리콘 덮개로 처리하여 방수 방진 성능을 유지한다.
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본 발명의 실외용 통신장비는 방수방진 케이스 소재 및 하우징 설계로 실외에서 사용가능하며, 내장된 안테나의 성능을 개선하여 데이터 신호 도달 거리를 증가시킨다. 또한 신호 전송주기 100m/s를 기준으로 제품의 사용 기간을 기존 제품 대비 2배(실제 가동기간은 신호주기에 따라 상이함) 향상한다. 배터리부와 기기부가 분리되는 구조적 특성상 배터리 교체 시 장비의 손상을 최소화할 수 있으므로 유지관리에 용이하며 다른 종류의 센서 교체가 가능하여 다양하게 활용할 수 있다.
도면 1. 모듈화된 통신장비 분해사시도
안테나부(10)와 기기부(20), 배터리부(30) 세 부분으로 모듈화된 통신장비로서,
도면 2. 통신장비 모듈별 분해 사시도
a) 설치장소의 환경요소에 따라 센서(21)의 종류를 변경 또는 추가할 수 있도록 한 기기부 사시도
b) 추가된 센서와 안테나에서 소모되는 전력을 보강하여 제품 수명을 연장하기 위하여 추가 배터리(32)를 장착한 배터리부(30) 사시도
도면 3.
방수방진 케이스(50) 분해사시도 및 정면도
도면 4.
방수방진 구조를 가지고 신호 송수신 방향에 따라 회전 및 인입출이 가능한 지향성 안테나(11)가 포함된 안테나부(10) 사시도
도 1 내지 도 4에는 본 발명에 따른 센서일체형 실외용 통신장비가 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센서일체형 실외용 통신장비는 설치 장소와 목적에 따라 지향 또는 무지향으로 전환 가능한 안테나(11,12)를 부착한 안테나부(10)와, 안테나부(10)와 연결되는 모듈 커넥터(40)를 보유하고 교체 가능한 센서(21)를 포함한 기기부(20)와, 기기부(20)와 연결되는 모듈 커넥터(40) 및 추가배터리(32)를 보유한 배터리부(30)와, 안테나부(10), 기기부(20) 및 배터리부(30)를 수용하며, 방수방진하는 케이스(50)를 포함한다.
이러한 안테나부(10)와 기기부(20)와 배터리부(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이 각각 단위 형태로 마련되어 예컨대, 모듈화되어, 각각 해체 또는 상호 조립할 수 있게 된다. 따라서, 안테나부(10)와 기기부(20)는 안테나부(10)와 기기부(20) 사이에 배치된 모듈 커넥터(41)에 의해 상호 조립됨과 동시에, 기기부(20)와 배터리부(30) 또한 기기부(20)와 배터리부(30) 사이에 배치된 모듈 커넥터(41)에 의해 상호 조립된다.
안테나부(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 신호 송수신방향에 따라 회전 및 인출입 가능한 지향성 안테나(11)와, 무지향성 안테나(12)를 부착하여, 기기부(20)의 센서로부터 전송되는 데이터의 신호 전송 거리를 향상시킨다.
기기부(20)는 도 2의 a)에 도시된 바와 같이, 설치되는 장소의 환경요소에 따라 센서(21)의 종류를 변경 또는 추가할 수 있도록 마련되어 있다. 또한, 기기부(20)는 센서(21)의 신호를 전송하기 위한 블루투스 칩셋(22)이 마련되어 있다.
배터리부(30)는 기본 배터리(31) 이외에, 추가센서(21)와 안테나(11)로 인한 전력소모에 대비하여 추가 배터리(32)를 장착하고, 기기부(20)와 배터리부(30)는 분리되어 배터리 교체 시 기기부(20)를 외부로 노출시키지 않아도 되며, 기기부(20)와의 연결 구조는 실리콘 실링(51) 처리하여 방수방진 성능을 가진다. 또한, 배터리부(30)의 하단에는 외부 입출력 커넥터(41)를 마련하여, 본 발명에 따른 센서일체형 실외용 통신장비가 설치될 제조시설 내의 기존에 설치되어 있던 센서가 외부 입출력 커넥터(41)에 연결되어, 신호를 무선으로 서버 또는 클라우드로 전송하여 한 곳에서 정보를 관리할 수도 있다.
케이스(50)는 방수방진 및 내충격성을 가지며, 배터리부(30)와 기기부(20)를 수용한다. 이로써, 배터리부(30)와 기기부(20)는 외부로 노출하지 않게 된다. 본 케이스는 방수 방진 효과 뿐 아니라, 사용기간 동안 작동 점검이 가능하도록 간편하고 신속하게 해체 및 조립, 배터리 교체가 가능한 구조의 통신기기를 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 센서일체형 실외용 통신장비는 안테나부(10), 기기부(20), 배터리부(30)가 기능별로 구별되어, 각각 해체 또는 조립가능하도록 모듈화됨으로써, 기존의 계측기에 비하여 초기 설치 비용이 저렴하고, 모듈화로 인하여 사용 중 장비 교체 및 수리가 간편해진다.
일 실시예로서, 도 2의 c)의 좌측에 도시된 바와 같이, 안테나부(10)의 하단에 기기부(20)를 조립하고, 기기부(20)의 하단에 배터리부(30)를 조립하여, 안테나부(10)와 기기부(20)와 배터리부(30)가 조립된 센서일체형 실외용 통신장비를 구현할 수 있다.
다른 실시예로서, 도 2의 c)의 우측에 도시된 바와 같이, 기기부(20)의 하단에 배터리부(30)를 조립하여, 기기부(20)와 배터리부(30)가 조립된 센서일체형 실외용 통신장비를 구현할 수도 있다.
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10: 안테나부
11: 지향성 안테나
12: 무지향성 안테나
20: 기기부
21: 센서
22: 블루투스 칩셋
30: 배터리부
31: 기본배터리
32: 추가배터리
40: 모듈 커넥터
41: 외부 입출력 커넥터
50: 방수방진 및 내충격 케이스
51: 실리콘 실링(sealing)

Claims (4)

  1. 설치 장소와 목적에 따라 지향 또는 무지향으로 전환 가능한 안테나(11,12)를 부착한 안테나부(10);
    상기 안테나부(10)와 연결되는 모듈 커넥터(40)를 보유하고 교체 가능한 센서(21)를 포함한 기기부(20);
    상기 기기부(20)와 연결되는 모듈 커넥터(40) 및 추가배터리(32)를 보유한 배터리부(30); 및
    상기 안테나부(10), 상기 기기부(20) 및 상기 배터리부(30)를 수용하며, 방수방진하는 케이스(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서일체형 실외용 통신장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나부(10)와 상기 기기부(20)와 상기 배터리부(30)는 각각 단위 형태로 마련되어, 각각 해체 또는 상호 조립되는 것을 특징으로 하는 센서일체형 실외용 통신장비.
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  4. 삭제
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