KR102108932B1 - 시설물 계측 데이터 수집을 위한 IoT 기반 데이터로거 시스템 - Google Patents

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KR102108932B1 KR1020180146033A KR20180146033A KR102108932B1 KR 102108932 B1 KR102108932 B1 KR 102108932B1 KR 1020180146033 A KR1020180146033 A KR 1020180146033A KR 20180146033 A KR20180146033 A KR 20180146033A KR 102108932 B1 KR102108932 B1 KR 102108932B1
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Abstract

본 발명은 설치할 센서의 종류 또는 개수가 시설물의 분류, 종류, 형태 또는 규모에 따라 상이하더라도 시설물 계측에 필요한 센서를 연결하여 센서의 검출값을 수집하도록 용이하게 셋팅 마무리할 수 있고, 이종의 IoT 통신망에도 선택적으로 접속할 수 있도록 모듈화하여서, 기존 안전관리에 소홀하였던 소규모 사회기반시설물에도 저비용으로 간편하게 설치하여 운용할 수 있는 시설물 계측 데이터 수집을 위한 IoT 기반 데이터로거 시스템에 관한 것으로서, 종류가 다른 복수의 센서(10)를 연결할 센서 접속부(220)와, 망 구성이 상이한 복수의 IoT 통신망(20) 중에 선별하여 연결하기 위한 복수의 IoT 통신모듈용 슬롯(130)을 구비하고, 센서(10)를 연결하고 IoT 통신모듈(21)를 장착한 이후에, IoT 통신망(20)과 연결하여 클라우드서버(30)와 접속하는 과정, 연결한 센서(10)의 리스트를 생성하는 과정, 센서(10)를 통해 검출값을 얻을 시에 적용할 센서 설정값을 설정하는 과정, 센서별 알람 임계치를 설정하는 과정, 및 검출값의 전송 주기를 설정하는 과정을 포함한 초기화 셋팅 과정을 자동 수행하고, 센서 개수 및 센서 설치 위치에 따라 서브 데이터로거(200)를 근거리 무선 통신으로 메인 데이터로거(100)에 연결하여 확장 구성할 수 있게 한다.

Description

시설물 계측 데이터 수집을 위한 IoT 기반 데이터로거 시스템{Data logger system based on IoT for collecting measurement data of instrumentation}
본 발명은 설치할 센서의 종류 또는 개수가 시설물의 분류, 종류, 형태 또는 규모에 따라 상이하더라도 시설물 계측에 필요한 센서를 연결하여 센서의 검출값을 수집하도록 용이하게 셋팅 마무리할 수 있고, 이종의 IoT 통신망에도 선택적으로 접속할 수 있도록 모듈화하여서, 기존 안전관리에 소홀하였던 소규모 사회기반시설물에도 저비용으로 간편하게 설치하여 운용할 수 있는 시설물 계측 데이터 수집을 위한 IoT 기반 데이터로거 시스템에 관한 것이다.
사회기반시설물은 교량, 터널, 항만 시설물(갑문, 방파제, 파제제, 호안, 계류시설), 댐, 건축물, 하천 시설물(하구둑, 수문, 통문, 제방, 보, 배수펌프장), 상하수도, 옹벽/절토사면, 공동구 등으로 분류되고, 안전점검 대상으로 1종 및 2종 시설물을 법적으로 규정하기도 한다.
1종 및 2종 시설물은 '시설물의 안전관리에 관한 특별법'에 따라 관리하도록 법적으로 규정하고 있어서, 철저한 안전관리에 의해 무사고가 지속적으로 유지되고 있는 것으로 알려졌다.
그렇지만, 1,2종 이외의 소규모 시설물의 경우에는 법적 규정에서 벗어나 있어 안전관리에 소홀하였으며, 통계에 따르면 사고 건수가 소규모 사회기반시설물에 집중되는 것으로 보고되고 있다. 이에 따라, 1,2종 이외에 3종 시설물의 범위를 추가로 규정하여 안전점검 의무를 부여하는 법 개정도 추진되고 있다.
법적 규정을 따르기 위한 안전점검은 인력, 시간, 비용 등의 부담을 감수해야 하므로, 이러한 부담을 줄이기 위해서 시설물에 센서를 설치하고 원격에서 모니터링하는 시스템이 개발 사용되었다.
이러한 시스템은 시설물 현장에 구축하여 센서를 연결하게 한 데이터로거 시스템, 데이터로거 시스템에서 계측한 데이터를 전달받아 원격 감시하는 클라우드 서버, 로컬 시스템과 클라우드 서버 간의 연계를 위한 미들웨어, 및 통신망 연결을 위한 게이트웨이 등을 필수적으로 갖추어야 한다.
그런데, 시스템을 설치한 후 운용하려면, 설치 사용하는 센서의 종류에 맞게 서버 단에서 데이터베이스화하고 감시 관리할 수 있게 하여야 하고, 센서 종류별로 필요한 설정값을 개별적으로 지정하여 정상 작동 여부를 일일이 확인하여야 하고, 통신 신뢰도의 확보를 위한 복잡한 검증 과정을 수행하여야 하는 등의 부가적인 소프트웨적 설치 작업이 요구된다.
이러한 이유로, 1종 시설물 및 일부 2종 시설물에 설치하는 경우 설치 운용 비용 대비 효용성이 높지만, 2종에 속한 대부분의 시설물, 3종에 속한 모든 시설물, 및 1,2,3종 이외의 시설물에 설치 운용하기에는 그 효용성이 낮아서, 범용적으로 사용되고 있지 않았다.
또한, 안전점검을 위해 설치할 센서 종류도 시설물마다 상이하고, 설치 개수도 상이할 수 있으며, 시설물 규모 또는 시설물 설치 장소에 따라서도 센서 종류가 달라질 수 있어서, 각 시설물에 특화된 통신 규약 및 설치할 센서에 특화된 인터페이스를 따르도록 시스템을 구축하였으며, 이에, 각 시설물에 범용적으로 설치 운용할 수도 없었다.
KR 10-2016-0121706 A 2016.10.20.
따라서, 본 발명은 시설물 별로 설치할 센서의 종류가 상이하고 그 개수도 상이하더라도 시설물에 설치한 센서를 모두 연결하여 간편하게 셋팅할 수 있고, 어느 IoT 통신망이든 이용할 수 있게 하여서, 시설물의 분류, 종류, 형태, 규모 등과, 설치 사용할 센서의 종류, 개수 등과, 연결 가능한 IoT 통신망에 구애받지 아니하면서, 범용적으로 설치 운용할 수 있는 시설물 계측 데이터 수집을 위한 IOT 기반 데이터로거 시스템을 제공하는 데 목적을 둔다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 서로 다른 통신사에 의해 구축된 복수의 IoT 통신망(20) 중에 적어도 하나 이상의 IoT 통신망(20)에 접속되어 있고, 데이터로거와 통신할 시에 사용할 프로토콜이 사전에 약속되어 있고, 시설물 계측용으로 사용할 센서 종류를 모두 기록한 총 센서 리스트를 보유하며, 센서 교정값 및 센싱 시간차를 포함한 센서 설정값와, 알람의 기준이 되는 알람 임계치를 센서 종류별로 설정하고, 데이터로거에서 취합한 검출값의 전송 주기를 설정할 수 있게 구성한 클라우드서버(30)와 IoT 통신망(20)을 통해 통신하여, 시설물 계측용 센서(10)의 검출값을 취합하여 전송하기 위한 IoT 기반 데이터로거 시스템에 있어서, 종류가 다른 복수의 센서(10)를 각각 연결할 수 있게 한 복수의 센서 접속부(220), 근거리 무선 통신을 위한 무선 통신부(230), 자가진단을 위한 자가진단부(JTAG : Joint Test Action Group, 240), 및 연결된 센서(10)의 종류를 인지하여 얻는 센서의 실사용 센서 리스트를 근거리 무선 통신으로 전송하고, 연결된 센서(10)에 관련된 센서 설정값 및 알람 임계치를 근거리 무선 통신으로 전송받을 시에, 센서 설정값에 따라 취합한 센서(10)의 검출값, 알람 임계치에 따라 발생시킨 이벤트, 및 상기 자가진단부(240)의 자가진단 결과를 근거리 무선 통신으로 전송하게 제어하는 서브 제어부(210)를 구비한 서브 데이터로거(200); 및 종류가 다른 복수의 센서(10)를 각각 연결할 수 있게 한 복수의 센서 접속부(120), 서로 다른 IoT 통신망(20) 별로 마련되어 있어 클라우드서버(30)가 연결된 IoT 통신망(20) 접속용 IoT 통신모듈을 선택적으로 장착 사용하게 한 복수의 IoT 통신모듈용 슬롯(130), 자가진단을 위한 자가진단부(JTAG : Joint Test Action Group, 140), IoT 통신망(20) 별 통신 프로토콜 정보를 저장하여 둔 메모리(160), 상기 서브 데이터로거(200)와 근거리 무선 통신하기 위한 무선 통신부(170), 및 장착된 IoT 통신모듈에 대응되는 통신 프로토콜에 따라 IoT 통신망(20)에 접속하여 클라우드서버(30)와의 통신을 개설한 후, 상기 서브 데이터로거(200)에서 전송한 실사용 센서 리스트와 자체 연결된 센서(10)의 종류를 인지하여 얻는 실사용 센서 리스트를 구분하여 기록한 통합 센서 리스트를 클라우드서버(30)에 전달하여 센서 설정값, 알람 임계치 및 전송 주기를 서브 데이터로거(200)에서 필요한 센서 설정값 및 알람 임계치를 전달하고, 서브 데이터로거(200)에서 취합된 검출값, 이벤트 및 자가진단 결과를 전송 주기에 맞춰 전달받은 후, 자체에서 센서 설정값에 따라 취합한 센서(10)의 검출값, 알람 임계치에 따라 발생시킨 이벤트 및 상기 자가진단부(140)의 자가진단 결과와 구분되게 취합하여 클라우드서버(30)에게 전달하게 제어하는 메인 제어부(110)를 구비한 메인 데이터로거(100); 를 포함한다.
상기 IoT 통신모듈용 슬롯(130)은 LoRa 모듈용 슬롯, LTE-M 모듈용 슬롯 및 NB-IoT 모듈용 슬롯을 포함한다.
상기 센서 접속부(120, 220)는 센서에서 출력한 아날로그신호를 입력받아 디지털 데이터로서 검출값을 얻으며, 연결할 센서의 종류가 지정되어 있어, 연결된 위치로 센서 종류를 인지할 수 있는 복수의 아날로그신호 출력형 센서 접속부와, 센서에서 출력한 디지털신호를 입력받으며, 센서로부터 센서 기기번호를 입력받아 센서 종류를 인지할 수 있는 복수의 디지털신호 출력형 센서 접속부로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 시설물에 설치할 다양한 종류의 복수 센서를 각각 연결할 수 있고, 센서 개수 또는 센서 설치 위치에 따라 서브 데이터로거를 운용하면서도 연결한 센서의 종류를 자동으로 인지하여 리스트 관리할 수 있게 하며, IoT 통신망(20)과의 연결, 센서의 센싱값을 얻기 위한 설정, 알람 상황의 판단 기준에 대한 설정, 및 클라우드서버(30)와의 통신을 위한 설정도 자동으로 수행하므로, 어느 시설물이든 범용적으로 간편하게 설치 운용할 수 있다.
도 1은 메인 데이터로거(100) 및 서브 데이터로거(200)로 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반 데이터로거 시스템의 설치 운용 상태를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 메인 데이터로거(100)의 블록 구성도.
도 3은 서브 데이터로거(200)의 블록 구성도.
도 4는 IoT 기반 데이터로거 시스템(100, 200)의 초기 셋팅 과정을 위한 정보 흐름을 보여주는 도면.
본 발명에 따른 IoT 기반 데이터로거 시스템은 이 기종의 IoT 통신모듈(21)을 선별적으로 장착 사용하기 위한 IoT 통신모듈용 슬롯(130), 종류가 다양하면서 복수 개의 센서를 연결할 수 있는 센서 접속부(120) 및 센서 검출값을 취합 전송하기 위한 데이터로거 기능을 하나의 장치로 모듈화하여 구현한 메인 데이터로거(100)와, 센서 설치 위치 및 설치 개수에 따라 추가 설치하여 메인 데이터로거(100)와 연계 동작되게 한 서브 데이터로거(200)를 포함하며, 장착한 IoT 통신모듈(21)이 접속할 수 있는 IoT 통신망과의 연결 과정, 연결한 센서의 리스트 등록 과정, 클라우드서버(30)와 통신하기 위한 규칙 설정 과정, 클라우드서버(30)에서 요구되는 센싱 주기에 맞춰 정확한 센서 검출값을 얻기 위한 사전 설정 과정 등을 포함한 제반 초기화 셋팅 과정을 자동으로 수행하게 구성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
도 1은 메인 데이터로거(100)와 복수 서브 데이터로거(200)로 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반 데이터로거 시스템의 구성도이며, IoT 통신망(20)을 통해 클라우드서버(30)와 연계시켜 구성할 수 있음을 보여준다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 메인 데이터로거(100)는 복수의 시설물 계측용 센서(10)를 복수의 센서 접속부(120) 중에 맞는 것을 선택하여 하나씩 연결하게 되어 있고, 복수의 IoT 통신모듈용 슬롯(130) 중에 이용할 IoT 통신망(20)에 대응되는 슬롯에 IoT 통신모듈(21)을 장착하여 IoT 통신망(20)을 통해 클라우드서버(30)와 통신할 수 있게 되어 있다.
상기 서브 데이터로거(200)는 복수의 시설물 계측용 센서(10)를 복수의 센서 접속부(120) 중에 맞는 것을 선택하여 하나씩 연결하게 되어 있고, 메인 데이터로거(100)와는 근거리 무선 통신으로 연결하게 되어 있으며, 메인 데이터로거(100)와 멀리 이격된 위치에 설치된 센서(10)를 연결하거나 또는 센서의 개수가 메인 데이터로거(100)에 연결할 수 있는 개수를 초과하는 경우에 설치하는 것으로서, 예시적으로 2개를 설치하는 것으로 도시하였으나, 1개일 수도 있고 3개 이상일 수도 있다.
이와 같이 상기 메인 데이터로거(100) 및 서브 데이터로거(200)를 포함하는 IoT 기반 데이터로거 시스템은 메인 데이터로거(100)에 장착한 IoT 통신모듈(21)의 기종에 따라 선택된 IoT 통신망(20)을 통해 클라우드서버(30)와 연결되고, 클라우드서버(30)의 도움을 받아 초기화 셋팅 과정을 자동 수행하고, 이후 센서(10) 검출값을 취합하여 클라우드서버(30)에 전달하는 데이터로거 기능을 수행한다.
IoT 통신망(20)은 IoT(사물인터넷) 전용망으로서, 서로 다른 통신사에 의해 각자 구축하고 있으며, 예를 들어, 대한민국 내에는 SKT 측에서 구축한 LoRa(Long Range) 통신망과, KT 측에서 상용 통신모듈을 출시한 LTE-M 통신망과, LG U+ 측에 통신모듈 및 서비스를 제공하는 NB-IoT(Narrow Band IoT) 통신망이 있다.
그런데, 이용 가능하게 구축한 IoT 통신망(20)이 시설물 설치 지역에 따라 달라질 수 있으므로, 상기 메인 데이터로거(100)는 어느 IoT 통신망(20)이든 통신 서비스를 이용할 IoT 통신망(20)의 IoT 통신모듈(21)를 선택하여 장착 사용하도록 복수 개로 구비된다. 즉, 이종의 IoT 통신모듈(21)을 삽입 장착할 수 있게 한다.
상기 클라우드서버(30)는 상기 메인 데이터로거(100)를 통해 수집한 센서 검출값을 분석하며 시설물을 원격 감시하는 서버로서, 본 발명의 실시를 위해서, 다음과 같이 구성되는 것으로 한다.
첫째, 상기 클라우드서버(30)는 서로 다른 통신사에 의해 구축된 복수의 IoT 통신망(20) 중에 적어도 하나 이상의 IoT 통신망(20)에 접속되어 있다.
둘째, 상기 클라우드서버(30)는 시설물 계측용으로 사용할 센서의 종류를 모두 기록한 총 센서 리스트(31)를 보유한다. 즉, 시설물은 교량, 터널, 항만 시설물(갑문, 방파제, 파제제, 호안, 계류시설), 댐, 건축물, 하천 시설물(하구둑, 수문, 통문, 제방, 보, 배수펌프장), 상하수도, 옹벽/절토사면, 공동구 등으로 구분할 수 있고, 원격 감시를 위해 사용할 센서(10) 종류도 상이할 수 있으므로, 시설물 계측용으로 사용할 센서(10)의 모든 종류를 총 센서 리스트(31)에 기록 작성하여, 상기 클라우드서버(30)에 저장하여 두는 것이다.
이때의 총 센서 리스트(31)는 센서(10) 종류별 데이터 규격, 센서(10) 종류별 설정값, 및 센서(10) 종류별 알람 임계치를 포함한다. 여기서, 센서(10) 종류별 설정값은 센서(10)의 캘리브레이션(calibraion) 또는 센서(10) 검출값의 보정을 위한 교정값의 디폴트 값 및 센서(10)를 통해 검출값을 얻는 주기를 의미하는 센싱 시간차의 디폴트 값을 포함한다. 알람 임계치는 알람 이벤트를 발생시키는 기준이 되는 검출값이며, 단계적 알람 이벤트 발생을 위해서 크기가 다른 복수의 값으로 정해져도 좋다.
셋째, 상기 클라우드서버(30)는 본 발명에 따른 IoT 기반 데이터로거 시스템의 초기화 셋팅 과정을 지원하기 위한 설정부(32)를 구비한다.
상기 설정부(32)는 상기 메인 데이터로거(100)에서 검출값을 전송하는 주기인 전송 주기를 설정할 수 있다.
또한, 상기 설정부(32)는 본 발명에 따른 IoT 기반 데이터로거 시스템에 연결된 센서(10) 별로 센서 설정값(교정값 및 센싱 시간차) 및 알람 임계치를 설정한다. 물론, 교정값 및 센싱 시간차는 디폴트 값을 대신하여 본 발명에 따른 IoT 기반 데이터로거 시스템을 설치할 시에 연결한 센서(10) 종류별로 수정할 수 있게 한다. 알람 임계치도 센서(10) 별로 수정할 수 있게 한다.
넷째, 상기 클라우드서버(30)는 상기 메인 데이터로거(100)와 데이터 통신할 시에 사용할 프로토콜이 정해져 있다. 물론, 상기 메인 데이터로거(100)는 상기 클라우드서버(30)와 사전 약속된 동일 프로토콜을 이용하여 데이터 통신하게 구성된다.
이와 같이 구성되는 상기 클라우드서버(30)를 본 발명에 따른 IoT 기반 데이터로거 시스템의 일 구성요소로 하여도 좋지만, 발명의 실시 예 설명에서는 메인 데이터로거(100) 및 서브 데이터로거(200)으로 IoT 기반 데이터로거 시스템을 구성하는 것으로 설명한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반 데이터로거 시스템을 구성하는 메인 데이터로거(100) 및 서브 데이터로거(200)에 대해서 도 2 내지 도 4를 참조하며 상세하게 설명한다.
도 2는 메인 데이터로거(100)의 블록 구성도이다.
도 3은 서브 데이터로거(200)의 블록 구성도이다.
도 4는 IoT 기반 데이터로거 시스템(100, 200)의 초기화 셋팅 과정을 위한 정보 흐름을 보여주는 도면이다.
상기 메인 데이터로거(100)는 서로 다른 복수의 센서(10)를 각각 일대일 연결할 수 있게 한 복수의 센서 접속부(120), 서로 다른 IoT 통신망(20) 별로 마련되어 IoT 통신망(20) 별로 사용되는 IoT 통신모듈(21)의 장착 위치가 지정되어 있어서, 클라우드서버(30)가 연결된 IoT 통신망(20) 접속용 IoT 통신모듈을 선택적으로 장착 사용하게 한 복수의 IoT 통신모듈용 슬롯(130), 메인 데이터로거(100)의 자가진단을 위한 자가진단부(JTAG : Joint Test Action Group, 140), 메인 데이터로거(100)의 동작에 필요한 전기를 공급 관리(power management)하는 전원부(150), 메인 데이터로거(100)의 동작에 필요한 정보와 센서(10)를 통해 얻은 검출값을 임시 저장하여 두는 메모리(160), 상기 서브 데이터로거(200)와의 근거리 무선 통신을 위한 근거리 무선 통신부(170), 및 메인 데이터로거(100)의 제반 동작을 제어하기 위한 메인 제어부(110)를 포함하여 구성된다.
복수 개로 구비하는 상기 센서 접속부(120)는 각각 연결할 수 있는 센서(10)의 종류가 특정되어 있다.
변형률계, 경사계, 간극수압계, 변위계, 응력계, 광변형센서, 지중변위계, 균열계, 철근계, 수위계, 토압계, 침하계, 가속도계, 온도계, 습도계, 로드셀, 스트레인게이지 등의 센서(10) 중에 시설물의 분류에 따라 사용할 센서(10)의 종류가 상이할 수 있다.
그렇지만, 센서(10)는 센서(10)에서 출력되는 검출신호의 유형별로 분류하여, 아날로그신호 출력형 센서와 디지털신호 출력형 센서로 분류할 수 있다. 그리고, 아날로그신호 출력형 센서는 전압의 크기 변화로 검출신호를 나타내는 전압형 센서, 전류의 크기 변화로 검출신호를 나타내는 전류형 센서, 저항의 크기 변화로 검출신호를 나타내는 저항형 센서, 주파수의 변화로 검출신호를 나타내는 주파수형 센서, 정전용량의 변화로 검출신호를 나타내는 정전형 센서, 등이 있다.
본 발명의 구체적인 실시 예에서는 센서(10)에서 출력되는 검출신호의 유형에 따라 전압형 센서, 전류형 센서, 및 디지털신호 출력형 센서로 분류한 후 각 분류의 센서를 일대일 연결할 수 있도록 하기 위해서, 전압형 센서 접속부(121), 전류형 센서 접속부(122) 및 디지털신호 출력형 센서 접속부(123)로 구분되는 복수의 센서 접속부(110)를 구비한다.
물론, 전압형 센서 접속부(121) 및 전류형 센서 접속부(122)에 더하여, 저항형 센서, 주파수형 센서 또는 정전형 센서를 연결하기 위한 아날로그신호 출력형 센서 접속부를 추가할 수도 있다.
한편, 본 발명의 구체적인 실시 예에서는 전압형 센서 접속부(121), 전류형 센서 접속부(122) 및 디지털신호 출력형 센서 접속부(123)를 각각 복수 개로 구비하여서, 동일 분류에 속한 여러 개수의 센서(10)도 연결할 수 있게 한다.
여기서, 전압형 센서 접속부(121)는 전압형 센서가 연결되어 입력받는 전압 신호를 증폭하는 전압 증폭회로(121a)와, 증폭한 신호를 디지털 센싱 데이터로 변환하는 ADC(121b)를 포함하여서, 디지털 검출값을 얻는다.
전류형 센서 접속부(122)는 전류형 센서가 연결되어 입력받는 전류 신호를 전압 신호로 변환하며 증폭하는 전류-전압 변환 증폭회로(122a)와, 증폭한 신호를 디지털 센싱 데이터로 변환하는 ADC(122b)를 포함하여서, 디지털 검출값을 얻는다.
디지털신호 출력형 센서 접속부(123)는 디지털신호 출력형 센서에 사용되는 다양한 인터페이스를 고려하여, I2C, UART, GPIO, LAN, USB와 같은 다양한 규격의 인터페이스를 갖추도록 복수 개로 구비한다.
이와 같이 전압형 센서 접속부(121), 전류형 센서 접속부(122) 및 디지털신호 출력형 센서 접속부(123)는 연결할 센서(10)로부터 디지털 검출값을 얻을 수 있도록 연결할 센서(10)의 타입에 맞게 구성된다.
여기서, 각각 복수 개로 구비한 전압형 센서 접속부(121) 및 전류형 센서 접속부(122)는 연결할 센서(10)의 종류가 특정되어 있어서, 센서(10)를 연결할 시에 특정된 접속부에 맞춰 연결하게 한다. 예를 들어, 전압형 센서로 분류된 센서라 하더라도, 복수 전압형 센서 접속부(121) 중 연결할 수 있는 접속부를 센서 종류에 따라 미리 정하여 두고, 그 전압형 센서 접속부(121)는 그 센서에 특화되게 구성하는 것이다. 전류형 센서 전속부(122)는 마찬가지로 연결할 센서에 특화되게 구성한다.
복수 개로 구비되는 상기 IoT 통신모듈용 슬롯(130)은 IoT 통신모듈을 삽탈 가능한 슬롯으로 구성하되, 서로 다른 통신사에 의해 구축된 IoT 통신망(20) 별로 사용하는 IoT 통신모듈을 일대일 탈착할 수 있도록 복수로 구비하여서, 이용할 IoT 통신망(20)의 IoT 통신모듈을 대응되는 슬롯에 삽입 장착하게 한다. 대한민국의 경우에, LoRa, LTE-M 및 NB-IoT 통신망이 이미 구축되어있어 LoRa 모듈용 슬롯(131), LTE-M 모듈용 슬롯(132) 및 NB-IoT 모듈용 슬롯(133)이 구비된다.
상기 메모리(160)는 검출값을 전송할 클라우드서버(30)와의 통신을 위한 프로토콜 정보와, IoT 통신망(20) 별 통신 프로토콜 정보를 저장시켜 두고, 클라우드서버(30)와 사전 약속된 센서 종류별 데이터 규격을 저장시켜 두며, 클라우드서버(30)에서 전송한 정보도 저장시켜 사용할 수 있게 한다. 또한, 상기 메모리(160)는 센서(10)에 의해 얻게 되는 검출값을 일반적인 데이터로거처럼 임시 저장시켜 두어서, 저장한 검출값을 전송 주기에 맞춰 클라우드서버(30)에 전송할 수 있게 한다.
여기서, 프로토콜 정보는 메인 데이터로거(100)와 클라우드서버(30) 간의 효율적 데이터 전달을 위한 통신 규약으로서, 데이터 영역에 정보를 담아 전송할 패킷의 규격을 상기 클라우드서버(30)와의 사전 약속 하에 사용하여야 하므로, 그 패킷의 규격을 포함하게 되고, 또한, IoT 통신망(20)의 통신 규약을 따라야만 하므로, 각 IoT 통신망(20) 별로 저장하여 둔다.
센서 종류별 데이터 규격은 센서(10)의 종류별로 데이터 규격이 상이할 수 있으므로, 센서(10) 별로 정한 데이터 규격에 따라 검출값을 생성하게 하고, 이러한 검출값을 클라우드서버(30)에서 데이터 규격에 따라 인지하게 하는 것이다. 이러한 데이터 규격은 센서(10) 종류별로 다르게 표현되는 검출값의 표출 형태를 나타내는 데이터 유형을 포함한다.
상기 근거리 무선 통신부(170)는 거리상으로 떨어지게 설치한 서브 데이터로거(200)와의 통신을 위한 무선 통신모듈로서, 다양한 근거리 무선통신 방식이 있지만, 시설물의 규모에 따라 보장하여 할 통신 범위 및 전력 소모량을 고려하여 Zigbee 모듈 또는 LoRa 모듈로 구성하는 것이 좋다.
상기 전원부(150)는 배터리의 전기 또는 외부에서 수급하는 전기를 공급하여 메인 데이터로거(100)를 동작하게 한다. 그런데, 시설물은 외부로부터 전기를 받기 어려운 경우가 많으므로, 내부에 배터리를 장착하여 배터리 전기를 사용하게 하고, 대신에, 장시간 사용할 수 있도록 저전력 관리를 위한 PMIC(power management integrated circuit)을 갖추는 것이 좋다.
상기 자가진단부(140)는 제어부(110)에 연결되는 것으로 도시하여 메인 제어부(110)의 활성화 상태를 테스트할 수 있게 하는 것으로 도시하였지만, 이외에도, 센서 접속부(120)의 동작 상태, IoT 통신모듈용 슬롯(130)에 연결한 IoT 통신모듈(21)의 동작상태, 전원부(150)의 전원 공급 상태, 근거리 무선 통신부(170)의 동작 상태도 테스트하여 정상적으로 동작하는지 확인하며, 공지의 기술인 JTAG(Joint Test Action Group)를 활용하여 구성할 수 있다.
상기 메인 제어부(110)는 각종 센서(10)를 센서 접속부(120)에 연결하고 클라우드서버(30)가 연결된 IoT 통신망(20) 접속용 IoT 통신모듈(21)을 IoT 통신모듈용 슬롯(130)에 연결한 후 메인 데이터로거(100)를 가동시켰을 시에, 초기화 셋팅 과정을 위한 제반 동작을 제어하여 초기화 셋팅 과정을 완료하고, 이후 센서(10)의 검출값을 취합하여 상기 클라우드서버(30)에 전송하는 데이터로거 기능을 수행하도록 제어한다.
초기화 셋팅 과정에 대해서는 하기에서 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
상기 서브 데이터로거(200)는 상기 메인 데이터로거(100)와 동일하게 전압형 센서 접속부(221), 전류형 센서 접속부(222) 및 디지털신호 출력형 센서 접속부(223)를 포함하는 센서 접속부(220)와, 근거리 무선 통신을 위한 근거리 무선 통신부(230)와, 자가진단을 위한 자가진단부(240)와, 전원 공급 및 관리를 위한 전원부(250)와, 데이터 저장 공간으로서의 메모리(260)를 구비하지만, 메모리(260)에 저장하여 두는 데이터에 있어서 차이 나고, 서브 데이터로거(200)의 제반 동작을 제어하기 위한 서브 제어부(210)에 있어서도 차이 난다.
즉, 메모리(260)에는 클라우드서버(30)와 사전 약속된 센서 종류별 데이터 규격을 저장시켜 두고, 상기 메인 데이터로거(100)에서 전송한 정보를 저장시켜 사용할 수 있게 한다. 물론, 상기 메모리(260)는 데이터로거 기능을 위한 임시 저장공간으로 활용된다.
그리고, 상기 서브 제어부(210)는 서브 데이터로거(200)가 가동될 시에 상기 메인 데이터로거(100)에 의해 수행되는 초기화 셋팅 과정에 협조하여야 하므로, 메인 데이터로거(100)와 상호 인식하는 과정을 수행하여 근거리 무선 통신으로 연결되게 하고, 연결된 각종 센서(10)의 종류를 인지하여 연결된 센서(10) 종류 및 센서(10) 식별번호를 기록한 실사용 센서 리스트를 작성하며, 이후, 서브 데이터로거(200) 기기번호 및 실사용 센서 리스트를 상기 메인 데이터로거(100)에 전달한다.
여기서, 센서(10) 종류를 인지하는 방식은 센서 접속부(120)의 종류에 따라 달라진다. 복수의 아날로그신호 출력형 센서 접속부(121, 122)는 각각 연결할 수 있는 센서 종류가 지정되어 있으므로, 아날로그신호 출력형 센서 접속부(121, 122) 별로 미리 할당하여둔 순번으로 센서 종류를 인지하고, 그 순번을 센서 식별번호로 하면 된다. 복수의 디지털신호 출력형 센서 접속부(123)는 센서(10) 식별번호(예를 들어, 센서 제조시에 부여된 기기번호)를 센서(10)로부터 디지털데이터로 받을 수 있으므로, 그 기기번호로 센서 종류를 인지하고, 디지털신호 출력형 센서 접속부(123) 별로 미리 할당하여둔 순번을 센서 식별번호로 하면 된다. 물론, 아날로그신호 출력형 센서 접속부(121, 122) 및 디지털신호 출력형 센서 접속부(123)에 부여된 순번은 상기 메모리(260)에 미리 저장하여 둔다.
그리고, 상기 서브 제어부(210)는 연결된 센서(10)에 관련된 센서 설정값 및 알람 임계치를 상기 메인 데이터로거(100)에서 수행되는 초기화 셋팅 과정의 절차에 따라 근거리 무선 통신으로 전송받게 되면, 초기화 셋팅 과정이 완료된 상태이므로, 시설물 계측 데이터의 수집을 위한 데이터로거 기능을 수행한다.
즉, 연결된 센서(10)의 검출값을 센서 설정값에 따라 획득하고, 획득한 검출값이 알람 임계치에 도달하면 이벤트를 발생시키는 센싱 동작을 수행하며, 상기 자가진단부(240)를 기설정 일정 또는 일정 주기로 가동시켜 자가진단 결과를 얻는다.
연결된 센서(10)의 검출값은 실사용 센서 리스트에 기록된 값으로 식별하도록 취합 정리한 후, 상기 메인 데이터로거(100)의 지시에 따른 전송 주기에 맞춰 상기 메인 데이터로거(100)에 전달하고, 이벤트는 발생 즉시 상기 메인 데이터로거(100)에 전달하고, 자가진단 결과도 생성 즉시 상기 메인 데이터로거(100)에 전달하면 된다.
다음으로, IoT 통신모듈(21)을 장착하고 각종 센서(10) 연결한 상기 메인 데이터로거(100)를 가동시켰을 시에 상기 메인 제어부(110)에 의해 수행되는 초기화 셋팅 과정을 상기 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 메인 제어부(110)는 장착한 IoT 통신모듈(21)의 기종에 대응되는 통신 프로토콜에 따라 IoT 통신망(20)에 연결하여(1), 클라우드서버(30)와의 데이터 통신을 위한 통신로를 개설한다.
다음으로, 상기 메인 제어부(110)는 자체 연결된 센서(10)의 종류를 인지하여 실사용 센서 리스트를 작성하고(2), 근거리 무선 통신으로 서브 데이터로거(200)를 탐색하여 감지될 시에 상호 인지하여 서브 데이터로거(200)와 근거리 무선 통신하게 한 후, 서브 데이터로거(200)에 요청하여 서브 데이터로거(200)에 연결된 센서의 실사용 센서 리스트를 전달받으며(3), 작성한 실사용 센서 리스트와 전달받은 실사용 센서 리스트를 구분하며 취합 기록한 통합 센서 리스트를 생성한다. 여기서의 센서 종류 인지와 실사용 센서 리스트 작성은 상기 서브 데이터로거(200)에서 설명한 방식과 동일한 방식으로 수행하므로, 중복 설명을 생략한다. 통합 센서 리스트는 메인 데이터로거(100)에서 작성된 실사용 센서 리스트를 메인 데이터로거(100) 기기번호로 구분하고, 서브 데이터로거(200)에서 작성된 실사용 센서 리스트를 서브 데이터로거(200) 기기번호로 구분하도록 취합 정리하여 작성한 리스트이다.
이와 같이 작성한 통합 센서 리스트는 IoT 통신망(20)을 통해 클라우드서버(30)에 전달한다(4).
클라우드서버(30)는 상기한 바와 같이 총 센서 리스트(31)를 갖고 있으므로, 통합 센서 리스트에 포함된 센서의 설정값 및 알람 임계치를 총 센서 리스트(31)에서 불러들여 통합 센서 리스트에 매칭시킨 센서 관리 리스트를 작성하고 보관 관리하며, 다른 시설물에 설치한 IoT 기반 데이터로거 시스템과의 전송 주기를 고려하여 적절한 전송 주기(또는 전송 일정)를 선정한다. 물론, 설정값, 알람 임계치 또는 전송 주기는 서버 관리자에 의해서나 아니면 추후 수신하는 센서 검출값에 근거하여 수정할 수 있게 하여도 좋다.
이와 같은 센서별 설정값 및 알람 임계치와, 전송 주기는 메인 데이터로거(100)에 전달되고(5), 메인 데이터로거(100)의 메인 제어부(110)는 센서별 설정값 및 알람 임계치 중에서 자체의 실사용 센서 리스트에 있는 센서에 관련된 설정값 및 알라 임계치를 실사용 센서 리스트에 추가 기재하여 보관 관리하고, 전송 주기를 적용하여 전송 일정을 세운다(6).
서브 데이터로거(200)에서 필요한 센서 설정값 및 알람 임계치, 즉, 서브 데이터로거(200)의 실사용 센서 리스트에 기록된 센서에 관련된 설정값 및 알람 임계치를 서브 데이터로거(200)에 전달하여 사용하게 한다(7).
이와 같이 수행하여 초기화 셋팅 과정을 완료한다.
이후에는 전송 주기에 따른 전송 일정에 따라 데이터로거 기능을 수행한다.
즉, 메인 제어부(110)는 자체에서 센서 설정값에 따라 센서(10) 검출값을 획득하여 임시 저장하고, 전송 주기에 따른 전송 일정에 맞추어, 서브 데이터로거(200)에게 요청하여 서브 데이터로거(200)에서 획득한 센서(10) 검출값을 전송받고, 자체 임시 저장한 센서별 검출값과 전송받은 센서별 검출값을 구분되게 취합한 후 클라우드서버(30)에 전달한다. 이에, 클라우드서버(30)는 메인 데이터로거(100)의 센서별 검출값과 서브 데이터로거(200)의 센서별 검출값을 구분하여 분석 관리할 수 있다.
또한, 메인 제어부(110)는 자가진단부(140)의 자가진단 결과와 서브 데이터로거(200)의 자가진단부(140)의 자가진단 결과를 자체 일정에 따라 취합하여, 클라우드서버(30)에 전달한다. 여기서의 일정은 상기 전송 주기에 맞추어도 좋으며, 이 경우에는 검출값과 자가진단 결과를 포함한 패킷을 구성하여 클라우드서버(30)에 전달한다.
또한, 메인 제어부(110)는 자체에서 이벤트를 발생시킨 경우, 및 서브 데이터로거(200)에서 이벤트를 발생시킨 경우 중에 어느 경우이든 이벤트를 발생 즉시 클라우드서버(30)에 전달한다.
10 : 센서
20 : IoT 통신망 21 : IoT 통신모듈
30 : 클라우드서버
100 : 메인 데이터로거
110 : 메인 제어부
120 : 센서 접속부 121 : 전압형 센서 접속부
122 : 전류형 센서 접속부 123 : 디지털신호 출력형 센서 접속부
130 : IoT 통신모듈용 슬롯 131 : LoRa 모듈용 슬롯
132 : LTE-M 모듈용 슬롯 133 : NB-IoT 모듈용 슬롯
140 : 자가진단부(JTAG : Joint Test Action Group)
150 : 전원부(power management)
160 : 메모리
170 : 근거리 무선 통신부
200 : 서브 데이터로거
210 : 서브 제어부
220 : 센서 접속부 221 : 전압형 센서 접속부
222 : 전류형 센서 접속부 223 : 디지털 출력형 센서 접속부
230 : 근거리 무선 통신부
240 : 자가진단부(JTAG : Joint Test Action Group)
250 : 전원부(power management)
260 : 메모리

Claims (3)

  1. 서로 다른 통신사에 의해 구축된 복수의 IoT 통신망(20) 중에 적어도 하나 이상의 IoT 통신망(20)에 접속되어 있고, 데이터로거와 통신할 시에 사용할 프로토콜이 사전에 약속되어 있고, 시설물 계측용으로 사용할 센서 종류를 모두 기록한 총 센서 리스트를 보유하며, 센서 교정값 및 센싱 시간차를 포함한 센서 설정값와, 알람의 기준이 되는 알람 임계치를 센서 종류별로 설정하고, 데이터로거에서 취합한 검출값의 전송 주기를 설정할 수 있게 구성한 클라우드서버(30)와 IoT 통신망(20)을 통해 통신하여, 시설물 계측용 센서(10)의 검출값을 취합하여 전송하기 위한 IoT 기반 데이터로거 시스템에 있어서,
    종류가 다른 복수의 센서(10)를 각각 연결할 수 있게 한 복수의 센서 접속부(220), 근거리 무선 통신을 위한 무선 통신부(230), 자가진단을 위한 자가진단부(JTAG : Joint Test Action Group, 240), 및 연결된 센서(10)의 종류를 인지하여 얻는 센서의 실사용 센서 리스트를 근거리 무선 통신으로 전송하고, 연결된 센서(10)에 관련된 센서 설정값 및 알람 임계치를 근거리 무선 통신으로 전송받을 시에, 센서 설정값에 따라 취합한 센서(10)의 검출값, 알람 임계치에 따라 발생시킨 이벤트, 및 상기 자가진단부(240)의 자가진단 결과를 근거리 무선 통신으로 전송하게 제어하는 서브 제어부(210)를 구비한 서브 데이터로거(200); 및
    종류가 다른 복수의 센서(10)를 각각 연결할 수 있게 한 복수의 센서 접속부(120), 서로 다른 IoT 통신망(20) 별로 마련되어 있어 클라우드서버(30)가 연결된 IoT 통신망(20) 접속용 IoT 통신모듈을 선택적으로 장착 사용하게 한 복수의 IoT 통신모듈용 슬롯(130), 자가진단을 위한 자가진단부(JTAG : Joint Test Action Group, 140), IoT 통신망(20) 별 통신 프로토콜 정보를 저장하여 둔 메모리(160), 상기 서브 데이터로거(200)와 근거리 무선 통신하기 위한 무선 통신부(170), 및 장착된 IoT 통신모듈에 대응되는 통신 프로토콜에 따라 IoT 통신망(20)에 접속하여 클라우드서버(30)와의 통신을 개설한 후, 상기 서브 데이터로거(200)에서 전송한 실사용 센서 리스트와 자체 연결된 센서(10)의 종류를 인지하여 얻는 실사용 센서 리스트를 구분하여 기록한 통합 센서 리스트를 클라우드서버(30)에 전달하여 센서 설정값, 알람 임계치 및 전송 주기를 서브 데이터로거(200)에서 필요한 센서 설정값 및 알람 임계치를 전달하고, 서브 데이터로거(200)에서 취합된 검출값, 이벤트 및 자가진단 결과를 전송 주기에 맞춰 전달받은 후, 자체에서 센서 설정값에 따라 취합한 센서(10)의 검출값, 알람 임계치에 따라 발생시킨 이벤트 및 상기 자가진단부(140)의 자가진단 결과와 구분되게 취합하여 클라우드서버(30)에게 전달하게 제어하는 메인 제어부(110)를 구비한 메인 데이터로거(100);
    를 포함하는
    IoT 기반 데이터로거 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 IoT 통신모듈용 슬롯(130)은
    LoRa 모듈용 슬롯, LTE-M 모듈용 슬롯 및 NB-IoT 모듈용 슬롯을 포함하는
    IoT 기반 데이터로거 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 접속부(120, 220)는
    센서에서 출력한 아날로그신호를 입력받아 디지털 데이터로서 검출값을 얻으며, 연결할 센서의 종류가 지정되어 있어, 연결된 위치로 센서 종류를 인지할 수 있는 복수의 아날로그신호 출력형 센서 접속부와, 센서에서 출력한 디지털신호를 입력받으며, 센서로부터 센서 기기번호를 입력받아 센서 종류를 인지할 수 있는 복수의 디지털신호 출력형 센서 접속부로 구성되는
    IoT 기반 데이터로거 시스템.
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