KR102236089B1 - Data converter used in environmental management and operation method using the same - Google Patents

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Abstract

환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터 및 이의 동작방법이 개시된다. 본 발명의 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터는 센서와 통신하기 위한 센서 인터페이스; 액츄에이터와 통신하기 위한 액츄에이터 인터페이스; 상기 센서 인터페이스 및 액츄에이터 인터페이스와 정보 교환하며, 내부 프로세스의 스케줄링을 담당하는 메인 컨트롤 유닛; 상기 센서와 액츄에이터를 모니터링하면서 동작을 제어하도록 하는 애플리케이션 서비스 시스템과 상기 메인 컨트롤 유닛과의 통신을 위한 통신 인터페이스; 및 상기 센서 인터페이스, 액츄에이터 인터페이스 및 메인 컨트롤 유닛에 전원을 공급하는 파워 인터페이스를 포함한다. 센서들에 의한 환경 모니터링과 액츄에이터에 의한 환경 제어가 통합적으로 이루어지도록 하는 데이터 컨버터를 제공하여 해양, 호수, 양식장 등의 환경 변화에 능동적으로 대처할 수 있다. Disclosed are a data converter used for environmental management and a method of operating the same. The data converter used for environmental management of the present invention includes a sensor interface for communicating with a sensor; An actuator interface for communicating with the actuator; A main control unit that exchanges information with the sensor interface and the actuator interface, and is responsible for scheduling an internal process; A communication interface for communication with the main control unit and an application service system for controlling an operation while monitoring the sensor and the actuator; And a power interface supplying power to the sensor interface, the actuator interface, and the main control unit. By providing a data converter that integrates environmental monitoring by sensors and environmental control by actuators, it can actively cope with environmental changes such as oceans, lakes, and aquaculture.

Description

환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터 및 이의 동작방법{DATA CONVERTER USED IN ENVIRONMENTAL MANAGEMENT AND OPERATION METHOD USING THE SAME}Data converter used in environmental management and its operation method {DATA CONVERTER USED IN ENVIRONMENTAL MANAGEMENT AND OPERATION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 데이터 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트한 환경 관리를 위해서 다양한 환경센서와의 인터페이스를 통하여 환경정보를 수집하고, 환경을 제어하는 액츄에이터와 연결되어 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터 및 이의 동작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a data converter, and more particularly, to collect environmental information through an interface with various environmental sensors for smart environmental management, and is connected to an actuator that controls the environment to be used for environmental management, and its It relates to the operation method.

현재 해양, 호수, 양식장 등의 환경 감지 장치는 특정 영역에 수질 오염, 적조 발생, 수질의 수온, PH, 용존산소량, 질소량, 암모니아, 염도 변화 등의 환경 변화 등의 이상 징후가 발생할 경우, 그 이상 징후의 데이터를 전송하여 대처하도록 하고 있다.Currently, environmental sensing devices such as oceans, lakes, and aquaculture farms have abnormal signs such as environmental changes such as changes in water pollution, red tide, water temperature, PH, dissolved oxygen, nitrogen, ammonia, and salinity in a specific area. It is trying to respond by transmitting data of indications.

특히, 수산 양식장은 특정한 물고기나 해조류, 어패류 등을 인공적으로 길러서 번식시키고 있다. 이와 같은 양식장을 운영하고 관리함에 있어서는, 양식장 주변의 기상정보 및 양식수 변화와 같은 양식장 시설물의 센서들을 통한 모니터링이 중요하며, 이에 의한 대처가 중요하다. In particular, aquaculture farms artificially raise and reproduce specific fish, algae, and shellfish. In operating and managing such a farm, monitoring through sensors of farm facilities such as weather information and changes in the number of farms around the farm is important, and coping with this is important.

즉, 양식장의 경우에는 작은 성장환경의 변화에 따라서 성장속도가 달라지고, 심할 경우 폐사에 이르게 된다. 따라서, 환경의 변화에 따라서 현장에서는 산소공급기, 수차, 냉각기팬, 보일러, 사료공급기 등의 액츄에이터가 즉각적으로 환경 변화에 대응해야 한다.In other words, in the case of a farm, the growth rate varies according to small changes in the growing environment, and in severe cases, it leads to death. Accordingly, actuators such as oxygen feeders, water turbines, cooler fans, boilers, and feed feeders must immediately respond to environmental changes in the field according to changes in the environment.

그런데, 현장에서는 센서들에 의한 모니터링과 액츄에이터에 의한 제어가 개별적으로 이루어지고 있으며, 이러한 시설들을 통합적으로 관리하지 못하고 있는 실정이다.However, in the field, monitoring by sensors and control by actuators are performed individually, and such facilities are not managed in an integrated manner.

대한민국 등록특허 제10-0902880호Korean Patent Registration No. 10-0902880 대한민국 등록특허 제10-1626071호Korean Patent Registration No. 10-1626071 대한민국 등록특허 제10-1551735호Korean Patent Registration No. 10-1551735

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출한 것으로 그 목적은 센서들에 의한 모니터링과 액츄에이터에 의한 제어가 통합적으로 이루어지도록 하는 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터 및 이의 동작방법을 제공하는 것이다.The present invention has been conceived in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a data converter used for environmental management and an operating method thereof so that monitoring by sensors and control by an actuator are integrated.

상기한 과제해결을 위한 본 발명의 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터는 센서와 통신하기 위한 센서 인터페이스; 액츄에이터와 통신하기 위한 액츄에이터 인터페이스; 상기 센서 인터페이스 및 액츄에이터 인터페이스와 정보 교환하며, 내부 프로세스의 스케줄링을 담당하는 메인 컨트롤 유닛; 상기 센서와 액츄에이터를 모니터링하면서 동작을 제어하도록 하는 애플리케이션 서비스 시스템과 상기 메인 컨트롤 유닛과의 통신을 위한 통신 인터페이스; 및 상기 센서 인터페이스, 액츄에이터 인터페이스 및 메인 컨트롤 유닛에 전원을 공급하는 파워 인터페이스를 포함한다.The data converter used for environmental management of the present invention for solving the above problems includes a sensor interface for communicating with a sensor; An actuator interface for communicating with the actuator; A main control unit that exchanges information with the sensor interface and the actuator interface, and is responsible for scheduling an internal process; A communication interface for communication with the main control unit and an application service system for controlling an operation while monitoring the sensor and the actuator; And a power interface supplying power to the sensor interface, the actuator interface, and the main control unit.

본 발명에 있어서, 상기 데이터 컨버터는 복수 개 설치될 수 있으며, 동일한 그룹 내에 존재하는 각각의 컨버터는 MQTT 통신방식으로 환경 센싱값을 공유할 수 있다.In the present invention, a plurality of data converters may be installed, and each converter existing in the same group may share an environment sensing value through an MQTT communication method.

본 발명에 있어서, 상기 센서 인터페이스 또는 액츄에이터 인터페이스는, 상기 센서 또는 액츄에이터와의 통신을 위한 규격화된 데이터 인터페이스 모듈인 수신 인터페이스; 상기 수신 인터페이스와 연결되며, 센서 또는 액츄에이터와 호환되는 드라이버 정보를 활용하여 데이터 컨버터의 모드버스 통신 모듈과 정보교환이 가능하도록 하는 모드버스 드라이버; 및 상기 모드버스 드라이버와 연결되어서 상기 데이터 컨버터 내부의 각 모듈과 정보교환을 위한 통신 모듈인 모드버스 인터페이스로 구성될 수 있다.In the present invention, the sensor interface or actuator interface includes: a reception interface that is a standardized data interface module for communication with the sensor or actuator; A Modbus driver connected to the receiving interface and configured to exchange information with a Modbus communication module of a data converter by using driver information compatible with a sensor or an actuator; And a Modbus interface that is connected to the Modbus driver and is a communication module for exchanging information with each module inside the data converter.

본 발명에 있어서, 상기 메인 컨트롤 유닛은, 상기 데이터 컨버터와 외부 기기들과의 연결을 위한 기본 인터페이스 모듈인 GPIO; 상기 데이터 컨버터의 외부와 통신을 위한 통신 인터페이스; 상기 메인 컨트롤 유닛의 연산처리작업을 위한 CPU;상기 메인 컨트롤 유닛의 데이터를 저장하는 메모리 저장장치; 및 상기 메인 컨트롤 유닛과 상기 센서 및 액츄에이터와의 정보교환이 이루어지는 인터페이스 모듈을 포함하며, 상기 인터페이스 모듈은 시그널 프로세서와 연결되는데, 상기 시그널 프로세서는 각 통신 프로토콜에 적합한 통신을 지원하는 모듈이며, 상기 시그널 프로세스는 시그널 컨버터와 연결되는데, 시그널 컨버터는 파워 인터페이스와 연결되어서 외부기기와의 정상적 통신을 위한 전원규격을 지원하는 컨버터 모듈일 수 있다.In the present invention, the main control unit includes: a GPIO, which is a basic interface module for connecting the data converter and external devices; A communication interface for communicating with the outside of the data converter; A CPU for operation processing of the main control unit; a memory storage device for storing data of the main control unit; And an interface module for exchanging information between the main control unit and the sensor and actuator, wherein the interface module is connected to a signal processor, wherein the signal processor is a module supporting communication suitable for each communication protocol, and the signal The process is connected to a signal converter, and the signal converter may be a converter module connected to a power interface to support power standards for normal communication with external devices.

본 발명에 있어서, 상기 센서 또는 액츄에이터에 전원을 공급하는 파워인터페이스 사이에는 센서 또는 액츄에이터의 동작 전원을 선택적으로 공급하기 위한 선택기; 및 상기 센서 또는 액츄에이터의 통신측에서 사용되는 전원을 메인 컨트롤 유닛에 사용되는 신호전원으로 변환시키는 레벨 컨버터를 더 구비할 수 있다.In the present invention, between the power interface for supplying power to the sensor or actuator, a selector for selectively supplying the operating power of the sensor or actuator; And a level converter for converting power used at the communication side of the sensor or actuator into signal power used for the main control unit.

본 발명에 있어서, 상기 메인 컨트롤 유닛과 통신모듈 사이에 통신이 가능하도록 전원을 변환시키는 레벨 컨버터 및 통신컨버터를 더 구비할 수 있다.In the present invention, a level converter and a communication converter for converting power to enable communication between the main control unit and the communication module may be further provided.

상기한 다른 과제해결을 위한 본 발명의 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터의 동작방법은 컨버터 시스템 컨피그, 컨버터와 연결되는 센서 컨피그, 컨버터가 제어하는 액츄에이션 컨피그, 컨버터의 통신을 담당하는 네트워크 컨피그로 구성되는 컨피그 파일을 서버에 입력되는 컨피규레이션 입력단계; 상기 컨피그들 정보를 서버에서 네트워크 인터페이스를 이용하여 데이터 컨버터로 전달되는 단계; 상기 컨피그 파일을 참조하여 메인 컨트롤 유닛에서 컨버터 초기 가동상태를 부팅시키는 역할과 컨버터 내부 메모리 관리기능, 컨버터의 기능을 스케줄링하여 컨버터 시스템을 운영하는 기능을 하는 메인 컨트롤 단계; 상기 메인 컨트롤 유닛과 연결되는 센서 인터페이스에서 데이터 컨버터에 연결되는 센서와 통신을 위한 센서의 드라이버, 센서와의 통신에 활용되는 버퍼관리, 센싱 데이터 관리, 체계화된 라이브러리 구조 관리의 기능을 수행하는 센서 인터페이스 단계; 상기 메인 컨트롤 유닛과 연결되는 액츄에이터 인터페이스에서 액츄에이터를 조정하는 액츄에이터 인터페이스 단계; 상기 메인 컨트롤 유닛의 네트워크 인터페이스에서 외부서버 및 내부 모듈 간의 정보교환 기능을 수행하는 네트워크 인터페이스 단계를 포함한다.The operation method of the data converter used in the environment management of the present invention for solving the above other problems is composed of a converter system configuration, a sensor configuration connected to the converter, an actuation configuration controlled by the converter, and a network configuration responsible for communication of the converter. A configuration input step of inputting the configured configuration file to the server; Transferring the configurable information from a server to a data converter using a network interface; A main control step of operating a converter system by scheduling an initial operation state of the converter from the main control unit, a memory management function inside the converter, and a function of the converter by referring to the config file; Sensor interface that performs functions of sensor driver for communication with the sensor connected to the data converter from the sensor interface connected to the main control unit, buffer management used for communication with the sensor, sensing data management, and systematic library structure management step; An actuator interface step of adjusting an actuator at an actuator interface connected to the main control unit; And a network interface step of performing an information exchange function between an external server and an internal module at the network interface of the main control unit.

본 발명에 있어서, 상기 메인 컨트롤 단계는, 상기 컨피그(Configuration) 정보를 리드(Read)하여 데이터 컨버터를 부팅한는 단계; 상기 메인 컨트롤 유닛의 가동에 필요한 다수의 컨트롤 스레드(control thread)를 생성하는 단계; 상기 메인 컨트롤 유닛에서 각 부분별 컨트롤 모듈의 스케줄링을 수행하며, 뮤텍스 타이머(Mutex Timers) 방식으로 각 모듈을 동기화하며, 컨피그 정보를 참조 및 업데이트를 수행하는 단계; 및 상기 데이터 컨버터 내부를 로컬 스토리지 매니지먼트(Local Storage Managemnt)하여 로컬 스토리지(Local Storage)하는 단계를 포함할 수 있다.In the present invention, the main control step includes: booting the data converter by reading the configuration information; Creating a plurality of control threads required for operation of the main control unit; Performing scheduling of control modules for each part in the main control unit, synchronizing each module using a mutex timer method, and performing reference and update of config information; And performing local storage by performing local storage management inside the data converter.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 센서들에 의한 환경 모니터링과 액츄에이터에 의한 환경 제어가 통합적으로 이루어지도록 하는 데이터 컨버터를 제공하여 해양, 호수, 양식장 등의 환경 변화에 능동적으로 대처할 수 있다.According to the present invention having the configuration as described above, it is possible to actively cope with environmental changes such as oceans, lakes, and aquaculture by providing a data converter that integrates environmental monitoring by sensors and environmental control by actuators. .

또한, 본 발명의 데이터 컨버터는 규격화되고 체계화된 센서 및 액츄에이터 인터페이스를 제공하여, 센서 또는 액츄에이터 업체가 제공하는 드라이버 또는 내장 드라이버는 서로 구동되는 드라이버 형태가 다르더라도 시스템 구조는 통일된 형태의 구조로 구축하여 센서 또는 액츄에이터 드라이버 모듈정보를 단순 입력하면 센서 또는 액츄에이터가 연결될 수 있다.In addition, the data converter of the present invention provides a standardized and structured sensor and actuator interface, so that the driver or built-in driver provided by the sensor or actuator company is constructed in a unified structure even though the driver types that are driven from each other are different. Thus, simply by inputting the sensor or actuator driver module information, the sensor or actuator can be connected.

또한, 본 발명의 데이터 컨버터는 다양한 형태의 전원을 센서 또는 액츄에이터 장치와 통신모듈에서 제공하여 전원에 대한 범용성을 확보할 수 있다.In addition, the data converter of the present invention can secure versatility for power by providing various types of power from the sensor or actuator device and the communication module.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 컨버터를 나타내는 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인터넷을 통한 다중-컨버터(MULTI-CONVERTOR)를 나타내는 구조도이다.
도 3은 종래기술에 따른 일반적인 형태의 센서 인터페이스를 나타내는 구조이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 체계화된 센서 인터페이스를 나타내는 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 메인 컨트롤 유닛을 나타내는 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 센서에서 사용되는 전원제어유닛을 나타내는 구조이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 통신에서 사용되는 신호전원의 레벨 컨버팅을 나타내는 구조이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 컨버터의 구성관리 소프트웨어 및 동작방법을 나타내는 구조도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 서버 시스템에서 관리하는 컨버터 설정정보의 컨피규레이션 데이터 구조를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 메인 컨트롤(main control) 단계의 모듈별 동작을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 컨버터의 초기화 플로우(Initial Flow)를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 메인 루프 컨트롤을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 설계 제작을 위한 데이터 컨버터의 레이아웃이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 양식장에서 사용되는 컨버터 컨피규레이션 설정정보를 나타낸다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 양식장에서 사용되는 센서의 드라이버 구조를 나타낸다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 양식장에서 사용되는 액츄에이터의 드라이버 구조를 나타낸다.다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 양식동의 설정화면이다..
도 20는 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터의 설정화면이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 센서의 설정화면이다..
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 액츄에이터의 설정화면이다.
1 is a structural diagram showing a data converter according to an embodiment of the present invention.
2 is a structural diagram showing a multi-converter through the Internet according to an embodiment of the present invention.
3 is a structure showing a sensor interface of a general type according to the prior art.
4 is a structural diagram showing a structured sensor interface according to an embodiment of the present invention.
5 is a structural diagram showing a main control unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a structure showing a power control unit used in a sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a structure illustrating level conversion of signal power used in communication according to an embodiment of the present invention.
8 is a structural diagram showing configuration management software and an operating method of a data converter according to an embodiment of the present invention.
9 shows a configuration data structure of converter setting information managed by a server system according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating an operation of each module in a main control step according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating an initial flow of a data converter according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a main loop control according to an embodiment of the present invention.
13 is a layout of a data converter for design production according to an embodiment of the present invention.
14 shows converter configuration setting information used in a farm according to an embodiment of the present invention.
15 and 16 show a driver structure of a sensor used in a farm according to an embodiment of the present invention.
17 and 18 show a driver structure of an actuator used in a farm according to an embodiment of the present invention.
19 is a screen for setting a form building according to an embodiment of the present invention.
20 is a setting screen of a converter according to an embodiment of the present invention.
21 is a screen for setting a sensor according to an embodiment of the present invention.
22 is a setting screen of an actuator according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 컨버터를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a data converter according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 컨버터를 나타내는 구조도이다.1 is a structural diagram showing a data converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 데이터 컨버터(100)는 센서 인터페이스(120)를 통하여 센서(200)와 연결되며, 액츄에이터 인터페이스(130)를 통하여 액츄에이터(300)와 연결된다.Referring to FIG. 1, the data converter 100 is connected to the sensor 200 through the sensor interface 120 and the actuator 300 through the actuator interface 130.

상기 센서 인터페이스(120) 및 액츄에이터 인터페이스(130)는 메인 컨트롤 유닛(110)와 정보교환하며, 메인 컨트롤 유닛(110)은 애플리케이션 서비스 시스템(400)과 통신 인터페이스(170)를 통하여 MQTT(350)로 연결된다.The sensor interface 120 and the actuator interface 130 exchange information with the main control unit 110, and the main control unit 110 is transferred to the MQTT 350 through the application service system 400 and the communication interface 170. Connected.

또한, 데이터 컨버터(100)에는 외부에서 전원을 공급받아서 메인 컨트롤 유닛(110), 센서(200) 및 액츄에이터(300)에 다양한 레벨의 전원을 공급할 수 있는 파워 인터페이스(140)를 구비한다.In addition, the data converter 100 is provided with a power interface 140 capable of supplying various levels of power to the main control unit 110, the sensor 200, and the actuator 300 by receiving power from the outside.

여기에서, 상기 센서(200)는 수온, DO, pH, 염도, 아질산, 암모니아 센서 등 양식장 환경에서 사용되는 각종 환경 센서들일 수 있다.Here, the sensor 200 may be various environmental sensors used in a farm environment such as water temperature, DO, pH, salinity, nitrous acid, and ammonia sensors.

상기 액츄에이터(300)는 온풍기, 에어콘, 수차, 산소공급기, 사료공급기 등 양식장 환경에 사용되는 각종 제어기기일 수 있다.The actuator 300 may be a variety of control devices used in a farm environment, such as a warmer, air conditioner, water wheel, oxygen supply, and feed supply.

파워 인터페이스(140)는 각종 센서 또는 액츄에이터에 필요한 전원을 공급하기 위한 전원 공급 모듈로서, 바람직하게는 3.5V, 5.0V, 12V, 24 V가 지원될 수 있다.The power interface 140 is a power supply module for supplying power required for various sensors or actuators, and preferably, 3.5V, 5.0V, 12V, and 24V may be supported.

메인 컨트롤 유닛(110)은 본 발명인 데이터 컨버터 시스템의 운영을 관장하는 처리장치로서 센서(200), 액츄에이터(300) 및 애플리케이션 서버 시스템(400)과의 정보교환역할과 내부 프로세스 스케줄링을 담당한다.The main control unit 110 is a processing device that manages the operation of the data converter system according to the present invention, and is responsible for information exchange between the sensor 200, the actuator 300, and the application server system 400 and internal process scheduling.

센서 인터페이스(120)는 데이터 컨버터(100)에 연결되는 각종 센서(200)와의 통신을 담당하는 모듈로서, RS232/485, 12C, 아날로그 프로토콜을 이용하여 센서(200)와 통신하고 내부 모듈과는 모드버스(Modbus) 통신 프로토콜을 이용하여 정보교환을 수행한다. 여기서 사용되는 드라이버는 각 센서업체가 제공하는 드라이버 또는 데이터 컨버터에 기본적으로 내장되는 드라이버를 사용할 수 있다. 센서업체가 제공하는 드라이버 또는 내장 드라이버는 서로 구동되는 드라이버 형태가 다르더라도 시스템 구조는 통일된 형태의 구조로 구축하여 드라이버 모듈을 단순 추가하면 센서가 연결될 수 있도록 개발된다.The sensor interface 120 is a module responsible for communication with various sensors 200 connected to the data converter 100, and communicates with the sensor 200 using RS232/485, 12C, and analog protocols, and the internal module is a mode Information exchange is performed using the Modbus communication protocol. The driver used here can be a driver provided by each sensor company or a driver built into the data converter. The driver or built-in driver provided by the sensor company is developed so that the sensor can be connected by simply adding a driver module by constructing the system structure in a unified structure even if the driver types are different from each other.

액츄에이터 인터페이스(130)는 데이터 컨버터(100)에 연결되는 각종 제어기인 액츄에이터(300)와의 통신을 담당하는 모듈로서, 내부 모듈과는 모드버스(Modbus) 통신 프로토콜을 이용하여 정보교환을 수행한다. 여기서 사용되는 드라이버는 각 센서업체가 제공하는 드라이버 또는 데이터 컨버터에 기본적으로 내장되는 드라이버를 사용할 수 있다. 센서업체가 제공하는 드라이버 또는 내장 드라이버는 서로 드라이버가 다르더라도 시스템 구조는 통일된 형태의 구조로 구축하여 드라이버 모듈을 단순 추가하면 센서가 연결될 수 있도록 개발된다.The actuator interface 130 is a module responsible for communication with the actuator 300, which is various controllers connected to the data converter 100, and exchanges information with the internal module using a Modbus communication protocol. The driver used here can be a driver provided by each sensor company or a driver built into the data converter. Even if the driver or the built-in driver provided by the sensor company is different from each other, the system structure is built in a unified structure, and a simple addition of a driver module is developed so that the sensor can be connected.

애플리케이션 서비스 시스템(400)는 외부에서 환경관리 서비스를 총괄하는 서버시스템으로 환경관리가 필요한 장소에 설치된 센서/액츄에이터(제어기)/사료공급기 등을 이용하여 적절한 환경관리 정책을 실행할 수 있는 기능이 제공된다.The application service system 400 is a server system that manages environmental management services from the outside, and provides a function to execute an appropriate environmental management policy using sensors/actuators (controllers)/feed feeders installed in places where environmental management is required. .

MQTT(350)는 데이터 컨버터(100) 애플리케이션 서비스 시스템(400)의 서버와 통신하는 프로토콜로서, 이더넷(TCP/IP) 위에 동작하는 종래의 MQTT 프로토콜을 사용한다.The MQTT 350 is a protocol for communicating with the server of the data converter 100 application service system 400, and uses a conventional MQTT protocol operating over Ethernet (TCP/IP).

상술한 본 발명의 데이터 컨버터(100)는 인터넷을 통하여 다수 개의 데이터 컨버터(100)가 하나의 애플리케이션 서버(400)와 연결될 수 있다.In the data converter 100 of the present invention described above, a plurality of data converters 100 may be connected to one application server 400 through the Internet.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인터넷을 통한 다중-컨버터(MULTI-CONVERTOR)를 나타내는 구조도이다.2 is a structural diagram showing a multi-converter through the Internet according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 데이터 컨버터(100)는 환경관리 정책을 실행하기 위하여 특정한 장소에 복수 개의 데이터 컨버터(100)가 설치되고, 각 컨버터(100)는 상호 MQTT(350) 프로토콜 통신방식으로 환경 센싱값들을 공유하고, 센싱값은 공유기(370)를 거쳐, 인터넷에 위치하는 애플리케이션 서비스 시스템(400)에서 설정된 환경에 맞게 저장되어 서비스할 수 있도록 구성된다.2, in the data converter 100 of the present invention, a plurality of data converters 100 are installed in a specific place in order to execute an environmental management policy, and each converter 100 is a mutual MQTT 350 protocol communication method. The environment sensing values are shared, and the sensing values are configured to be stored and serviced according to the environment set in the application service system 400 located on the Internet through the router 370.

애플리케이션 서비스 시스템(400)의 단말기능으로 각 컨버터(100)는 설정값 들을 관리할 수 있으며, 컨버터(100)를 그룹핑(Grouping)하여, 특정한 센서(200)에서 측정된 센싱들을 동일한 그룹(Group)에서는 공유할 수 있는 구조이다. 따라서, 데이터 컨버터(100)가 설치된 모든 장소에 설치되는 센서(200)의 수를 최소화할 수 있다.With the terminal capability of the application service system 400, each converter 100 can manage setting values, and by grouping the converters 100, sensing measured by a specific sensor 200 is the same group. It is a structure that can be shared. Accordingly, the number of sensors 200 installed in all places where the data converter 100 is installed can be minimized.

또한, PC 또는 스마트폰과 같은 현장제어장치(500) 또는 인터넷을 통한 원격제어장치(600)에서는 센서(200)에서 센싱된 값들과 액츄에이터(300)의 동작상태를 모니터링 하거나 액츄에이터(300)를 직접 제어할 수 있는 기능을 포함한다.In addition, in the on-site control device 500 such as a PC or smartphone or the remote control device 600 through the Internet, the values sensed by the sensor 200 and the operating state of the actuator 300 are monitored or the actuator 300 is directly controlled. Includes controllable functions.

도 3은 종래기술에 따른 일반적인 형태의 센서 인터페이스를 나타내는 구조이다.3 is a structure showing a sensor interface of a general type according to the prior art.

도 3을 참조하면, 정해진 통신프로토콜을 이용하여 센서(200)에 전원을 공급하고, 또한 정해진 통신규격에 따라 센서(200)와 내부 모듈과의 정보교환을 위한 센서 인터페이스(20) 역할을 수행한다. 여기서, 상기 센서 인터페이스(20)는 RS232 프로토콜을 이용하여 센서(200)와 통신하고 내부 모듈과는 모드버스(Modbus, 150) 통신 프로토콜을 이용하여 정보교환을 수행하고 있다.Referring to FIG. 3, power is supplied to the sensor 200 using a predetermined communication protocol, and also serves as a sensor interface 20 for exchanging information between the sensor 200 and the internal module according to a predetermined communication standard. . Here, the sensor interface 20 communicates with the sensor 200 using an RS232 protocol, and exchanges information with an internal module using a Modbus (150) communication protocol.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 체계화된 센서 인터페이스(120)를 나타내는 구조도이다.4 is a structural diagram showing a structured sensor interface 120 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 도 3의 일반적인 구조와 비교하여, 체계화된 형태의 센서 인터페이스(120)로서, 센서(200)가 사용하는 통신프로토콜이 무엇이든지 데이터 컨버터(100)와 통신하는 구조를 규격화하여, 별도의 개발작업이 필요없이 센서(200)를 데이터 컨버터(100)에 연결할 수 있도록 체계화시킨 인터페이스 구조이다.Referring to FIG. 4, compared to the general structure of FIG. 3, the structure of communication with the data converter 100 is standardized as the sensor interface 120 in a structured form, regardless of the communication protocol used by the sensor 200. , It is an interface structure structured so that the sensor 200 can be connected to the data converter 100 without the need for a separate development work.

본 발명의 센서 인터페이스(120)는 수신 인터페이스(RX I/F, 121), 모드버스 드라이버(123), 및 모드버스 인터페이스(125)로 구성된다.The sensor interface 120 of the present invention is composed of a receiving interface (RX I/F, 121), a Modbus driver 123, and a Modbus interface 125.

수신 인터페이스(RX IF, 121)는 본 발명에서 구현한 것으로서, 센서(200)와의 통신을 위한 규격화된 데이터 인터페이스 모듈이다.The receiving interface (RX IF, 121) is implemented in the present invention, and is a standardized data interface module for communication with the sensor 200.

모드버스 드라이버(123)는 본 발명에서 구현한 것으로서, 센서업체가 제공하는 드라이버 정보를 활용하여 데이터 컨버터의 모드버스(Modbus, 150) 통신 모듈과 정보교환이 가능하도록 한다.The Modbus driver 123 is implemented in the present invention and enables information exchange with a Modbus (150) communication module of a data converter by using driver information provided by a sensor company.

모드버스 인터페이스(125)는 데이터 컨버터 내부의 각 모듈과 정보교환을 위해 개발된 통신 모듈이다.The Modbus interface 125 is a communication module developed to exchange information with each module inside the data converter.

도 3의 종래기술은 센서(200)에 따라서 특정한 정보교환방식(예컨대, RS-232)을 사용한다.The prior art of FIG. 3 uses a specific information exchange method (eg, RS-232) according to the sensor 200.

이에 반하여, 도 4의 본 발명의 센서 인터페이스(120)는 각각의 센서(200)가 사용하는 데이터 인터페이스 방식과 내부 모듈 간의 정보교환방식을 구분하고 체계화하여, 정보교환방식이 다른 다양한 기기를 사용할 경우(예컨대, RS-232C, 12C, Analog 등), 별도의 개발작업 필요없이 단순히 설정작업을 통해서 해당 센서(200)를 데이터 컨버터에 적용할 수 있다. 따라서, 모드버스(MODBUS, 150)에 전달되는 정보들은 규격화된 형태로 전달되기 때문에 시스템 사용범위의 확대와 유지보수의 편의성을 최대화할 수 있다.On the contrary, the sensor interface 120 of the present invention of FIG. 4 divides and systemizes the data interface method used by each sensor 200 and the information exchange method between internal modules, and when various devices with different information exchange methods are used. (For example, RS-232C, 12C, Analog, etc.), it is possible to apply the sensor 200 to the data converter through a simple setting operation without the need for separate development work. Therefore, since the information delivered to the MODBUS 150 is delivered in a standardized form, the system use range can be expanded and the convenience of maintenance can be maximized.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 메인 컨트롤 유닛(110)을 나타내는 구조도이다.5 is a structural diagram showing the main control unit 110 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 메인 컨트롤 유닛(110)은 GPIO(112), 블루투스 인터페이스(171), 와이파이 인터페이스(173), CPU(113), 메모리 저장장치(115), 인터페이스 모듈(116)을 구비한다.Referring to FIG. 5, the main control unit 110 includes a GPIO 112, a Bluetooth interface 171, a WiFi interface 173, a CPU 113, a memory storage device 115, and an interface module 116. .

GPIO(112)는 컨버터와 기기들과의 연결을 위한 기본 인터페이스 모듈이다.The GPIO 112 is a basic interface module for connecting the converter and devices.

블루투스 인터페이스(BLE I/F, 171)는 블루투스 통신을 위한 모듈이며, RF24 인터페이스(172)는 RF 무선통신을 위한 모듈이며, 와이파이 인터페이스(Wifi I/F, 173)는 무선통신을 위한 모듈로서, 통신 인터페이스이다.The Bluetooth interface (BLE I/F, 171) is a module for Bluetooth communication, the RF24 interface 172 is a module for RF wireless communication, and the WiFi interface (Wifi I/F, 173) is a module for wireless communication, It is a communication interface.

CPU(113)는 메인 장치 동작을 위한 모든 연산처리작업을 수행한다.The CPU 113 performs all arithmetic processing tasks for the operation of the main device.

메모리 저장장치(115)는 램(RAM)과 롬(ROM) 등으로 이루어진 저장장치이다.The memory storage device 115 is a storage device including RAM and ROM.

인터페이스 모듈(116)은 본 발명에서 구현한 것으로서, 메인 컨트롤 유닛(110)에 설치된 통신을 위한 인터페이스 모듈로 메인 컨트롤 유닛(110)에서 실행되는 컨버터 기능은 인터페이스 모듈을 통해서 센서(200) 및 액츄에이터(300)와의 정보교환이 이루어진다.The interface module 116 is implemented in the present invention, and is an interface module for communication installed in the main control unit 110. The converter function executed in the main control unit 110 is performed by the sensor 200 and the actuator through the interface module. 300).

상기 인터페이스 모듈(116)은 시그널 프로세서(Signal Processor,117)와 연결되는데, 시그널 프로세서(117)는 각 통신 프로토콜에 적합한 통신을 지원하는 모듈이다.The interface module 116 is connected to a signal processor 117, which is a module supporting communication suitable for each communication protocol.

상기 시그널 프로세서(117)는 시그널 컨버터(Signal Convertor, 118)와 연결되는데, 시그널 컨버터(118)는 파워 인터페이스(Power I/F, 140)와 연결되어서 외부기기와의 정상적 통신을 위한 전원규격을 지원하는 컨버터 모듈이다.The signal processor 117 is connected to a signal converter (118), and the signal converter 118 is connected to a power interface (Power I/F, 140) to support power standards for normal communication with external devices. It is a converter module.

본 발명의 데이터 컨버터(100)는 센서(200) 및 액츄에이터(300) 장치와 통신모듈에서 다양한 전원이 사용되며, 이의 전원을 변환할 필요가 있다.In the data converter 100 of the present invention, various power sources are used in the sensor 200 and the actuator 300 device and the communication module, and it is necessary to convert the power thereof.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 센서(200)에서 사용되는 전원제어유닛을 나타내는 구조이다.6 is a structure showing a power control unit used in the sensor 200 according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 데이터 컨버터에 연결되는 센서(200)에 4가지 동작전원을 선택적으로 공급하기 위한 구조로서, 파워 인터페이스(140)와 연결된 선택기(Selector, 141)에서 4가지 전원을 선택적으로 센서(200)에 공급하며, 센서(200)의 통신측에서 사용되는 전원(예컨대 5V)이 레벨 컨버터(Level Concertor, 145)에 의하여 메인 컨트롤 유닛(100)의 GPIO(112)에서 사용되는 3.3V의 신호전원으로 변환시키는 구조를 나타낸다.Referring to FIG. 6, as a structure for selectively supplying four operating powers to a sensor 200 connected to a data converter, four power sources are selectively selected from a selector 141 connected to the power interface 140. The power supply (e.g. 5V) used on the communication side of the sensor 200 is supplied to the 200 and is 3.3V used in the GPIO 112 of the main control unit 100 by a level converter 145. It shows a structure that converts to signal power.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 통신에서 사용되는 신호전원의 레벨 컨버팅을 나타내는 구조이다.7 is a structure illustrating level conversion of signal power used in communication according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 5V 규격의 Modbus 485 통신모듈(155)과 3.3V 규격의 메인 컨트롤 유닛(110)의 통신 인터페이스(170) 사이에 통신이 가능하도록 레벨 컨버터(151) 및 통신컨버터(152)를 채택한 구조이다. Referring to FIG. 7, a level converter 151 and a communication converter 152 can communicate between a 5V standard Modbus 485 communication module 155 and a communication interface 170 of a 3.3V standard main control unit 110. It is a structure that adopts.

도 1 내지 도 7에서 상술한 컨버터의 기능을 수행하기 위하여는 각 구성에서 관리할 수 있는 소프트웨어 및 이를 이용한 동작방법이 필요하다.In order to perform the functions of the converter described in FIGS. 1 to 7, software that can be managed in each configuration and an operation method using the same are required.

이하, 데이터 컨버터의 동작방법에 관하여 설명한다.Hereinafter, a method of operating the data converter will be described.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 컨버터의 구성관리 소프트웨어 및 동작방법을 나타내는 구조도이다. 8 is a structural diagram showing a configuration management software and an operating method of a data converter according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 데이터 컨버터의 소프트웨어(S/W) 및 이의 동작방법은 메인 컨트롤 단계(1110), 센서 인터페이스 단계(1120), 액츄에이터 인터페이스 단계(1130), 네트워크 인터페이스 단계(1170), 및 규격화된 데이터 인터페이스인 컨피규레이션 입력단계(1180, 또는 컨피그)로 구성된다.Referring to FIG. 8, the software (S/W) of the data converter and its operation method are the main control step 1110, the sensor interface step 1120, the actuator interface step 1130, the network interface step 1170, and standardization. It consists of a configuration input step (1180, or configuration) which is a data interface.

메인 컨트롤 단계(1110)은 컨피규레이션 입력단계(1180)의 컨피그 파일을 참조하여 컨버터 초기 가동상태를 부팅시키는 역할과 컨버터 내부 메모리 관리기능, 컨버터의 각 기능을 스케줄링하여 컨버터 시스템을 운영하는 기능을 담당한다.The main control step 1110 refers to the configuration file in the configuration input step 1180 to boot the initial operation state of the converter, manages the internal memory of the converter, and schedules each function of the converter to operate the converter system. .

센서 인터페이스 단계(1120)는 데이터 컨버터에 연결되는 센서와 통신을 위한 센서의 드라이버, 센서와의 통신에 활용되는 버퍼관리, 센싱 데이터 관리, 체계화된 라이브러리 구조 관리 등의 기능을 담당한다.The sensor interface step 1120 is responsible for functions such as sensor driver for communication with the sensor connected to the data converter, buffer management used for communication with the sensor, sensing data management, and systematic library structure management.

액츄에이터 인터페이스 단계(1130)는 액츄에이터를 조정하기 위한 모듈로서, 예컨대 온/오프(On/Off), 입력/출력(Input/Output)의 동작방향, PWM(Pulse With Modulation) 속도제어, 레벨 컨트롤(Level Control) 등의 기능을 수행한다.The actuator interface step 1130 is a module for adjusting the actuator, for example, on/off, input/output operation direction, PWM (Pulse With Modulation) speed control, level control (Level Control) and so on.

네트워크 인터페이스 단계(1170)는 외부서버 및 내부 모듈 간의 정보교환 기능을 수행하는 모듈로서, 서버와의 통신은 MQTT 방식의 프로토콜을 이용하여 제이슨(JSON) 메시지 형태로 정보를 교환한다. 또한, 통신을 위한 네트워크 관리 기능을 수행한다.The network interface step 1170 is a module that performs an information exchange function between an external server and an internal module. Communication with the server exchanges information in the form of a Jason message using an MQTT protocol. It also performs network management functions for communication.

컨피규레이션 입력단계(1180)은 컨버터 시스템 컨피그(1181), 컨버터와 연결되는 센서 컨피그(1183), 컨버터가 제어하는 액츄에이션 컨피그(1185), 컨버터의 통신을 담당하는 네트워크 컨피그(1187)로 구성되는 파일을 서버에 입력한다. 컨피규레이션 정보는 서버에 보관되어 컨버터로 전달되며, 전달되는 형태는 제이슨(JSON) 파일 형태이다. 컨피규레이션 정보의 관리는 서비스 시스템을 총괄하는 서버에서 수행한다.The configuration input step 1180 is a file consisting of a converter system configuration 1181, a sensor configuration 1183 connected to the converter, an actuation configuration 1185 controlled by the converter, and a network configuration 1187 responsible for communication of the converter. Into the server. The configuration information is stored in the server and transmitted to the converter, and the transmitted form is in the form of a Jason file. The management of configuration information is performed by the server in charge of the service system.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 서버 시스템에서 관리하는 컨버터 설정정보의 컨피규레이션 데이터 구조를 나타낸다.9 shows a configuration data structure of converter setting information managed by a server system according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 컨버터 컨피규레이션(converter_config)은 시스템 컨피그(.system_config), 센서 컨피그(.sensot-config), 액츄에이터 컨피그(.actuator_config), 네트워크 컨피그(.network_congfig)로 구성된다.Referring to FIG. 9, the converter configuration (converter_config) is composed of a system configuration (.system_config), a sensor configuration (.sensot-config), an actuator configuration (.actuator_config), and a network configuration (.network_congfig).

시스템 컨피그(.system_config)는 데이터 컨버터를 정의하고 구분하기 위한 설정정보를 포함한다.The system config (.system_config) includes configuration information for defining and classifying data converters.

센서 컨피그(.sensor_config)는 데이터 컨버터에 연결되는 센서 구분정보 및 센서의 통신규격, 데이터 포멧(format), 센서관리정보 등을 포함한다.The sensor config (.sensor_config) includes sensor identification information connected to the data converter, sensor communication standards, data format, and sensor management information.

액츄에이터 컨피그(.actuator_config)는 데이터 컨버터가 제어하는 제어기를 구분하고, 제어기의 동작 규격 등을 정의하는 정보를 포함한다.The actuator config (.actuator_config) identifies the controller controlled by the data converter and includes information defining the operation standard of the controller.

네트워크 컨피그(.network_config)는 데이터 컨버터가 사용하는 네트워크 정보를 포함한다.The network config (.network_config) contains network information used by the data converter.

각각의 컨피규레이션(_config) 영역에는 추가로 사용할 수 있는 리저브드(reserved) 공간을 확보하여 향후 확장이 가능하도록 설계한다.Each configuration (_config) area is designed to be expanded in the future by securing a reserved space that can be used additionally.

이하, 컨피그 파일에 의하여 디지털 컨버터 시스템의 작동에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the digital converter system will be described using the config file.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 메인 컨트롤(main control) 단계의 모듈별 동작을 나타내는 도면이다. 컨피그 파일에 의한 메인 컨트롤이다.10 is a diagram illustrating an operation of each module in a main control step according to an embodiment of the present invention. This is the main control by the config file.

도 10을 참조하면, ① 부트(Boot): 컨피그(Configuration) 정보를 리드(Read)하여 데이터 컨버터를 부팅한다.(S1001)Referring to FIG. 10, ① Boot: The data converter is booted by reading configuration information (S1001).

다음으로, ② 메인 컨트롤 모듈의 가동에 필요한 각종 컨트롤 스레드(control thread)를 생성한다. (S1002)Next, ② Create various control threads necessary for the operation of the main control module. (S1002)

다음으로, ③ 메인 컨트롤(Main Control)에서는 각 부분별 컨트롤 모듈의 스케줄링을 수행하며, 뮤텍스 타이머(Mutex Timers) 방식으로 각 모듈을 동기화하며, 컨피그 정보를 참조 및 업데이트를 수행한다. (S1003)Next, ③ Main Control performs scheduling of control modules for each part, synchronizes each module with a mutex timer method, and performs reference and update of config information. (S1003)

다음으로, ④ 데이터 컨버터 내부를 로컬 스토리지 매니지먼트(Local Storage Managemnt)하여 로컬 스토리지(Local Storage)한다.(S1004)Next, ④ local storage management inside the data converter to perform local storage (S1004).

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 컨버터의 초기화 플로우(Initial Flow)를 나타내는 도면이다. 데이터 컨버터 내부의 각 모듈에 대한 초기화 작업을 수행한다. 초기화 작업 수행시, 각 모듈은 해당 컨피그 데이터 구조(Configuration Data Structure)를 참조하여 초기화한다.11 is a diagram illustrating an initial flow of a data converter according to an embodiment of the present invention. Initializes each module inside the data converter. When performing initialization, each module is initialized by referring to the corresponding Configuration Data Structure.

도 11을 참조하면, ① 컨피그 파일(config_file)을 리드(read)하고 데이터 구조를 설정한다.(S1101)Referring to FIG. 11, ① read a config file (config_file) and set a data structure (S1101)

다음으로, ② MQTT를 초기화하고 연결한다.(S1102) 따라서, 네트워크를 제어한다.Next, ② initialize and connect MQTT. (S1102) Therefore, control the network.

다음으로, ③ 모드버스(MODBUS)를 초기화하고 연결한다.(S1103) 따라서, 모드버스(MODBUS)를 제어한다.Next, ③ Initialize and connect the Modbus. (S1103) Therefore, it controls the Modbus.

다음으로, ④ 액츄에이터 스레드를 생성하고 초기화한다.(S1104) 따라서, 제어기기의 모터를 제어한다.Next, ④ create and initialize an actuator thread. (S1104) Therefore, the motor of the controller is controlled.

다음으로, ⑤ 매니지먼트를 생성하고, 초기화한다.(S1105) 따라서, 매니지먼트하여, 로컬 제어한다.Next, (5) management is generated and initialized. (S1105) Therefore, management is performed and local control is performed.

다음으로, ⑥ 컨피그 스레드를 생성하다.(S1106) 따라서, 컨피규레이션하여 컨피그 파일과 연동한다.Next, ⑥ create a configuration thread. (S1106) Therefore, configure and link with the configuration file.

다음으로, ⑦ 테스트 스레드를 생성한다.(S1107) 따라서, 모듈 테스트를 한다. 모듈 테스트 부분은 CLI(Command Line Interface) 형태로 각 모듈을 시험할 수 있는 스레드(thread)를 생성한다.Next, 7) a test thread is created. (S1107) Therefore, a module test is performed. The module test part creates a thread that can test each module in the form of a command line interface (CLI).

여기서, 루프 및 스레드 동기화(Loop and Thread Synchronization)하여 여러 컨트롤 스레드(Control Thread) 간 크리티컬 섹션(critical section)에 대해 순차적 사용을 보장하여 데이터 무결성을 유지한다.Here, loop and thread synchronization is performed to ensure sequential use of critical sections between multiple control threads to maintain data integrity.

도 12은 본 발명의 일실시예에 따른 메인 루프 컨트롤을 나타내는 도면이다.12 is a diagram illustrating a main loop control according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 데이터 컨버터는 TCP/IP 네트워크를 통하여 서버와의 통신으로 다음과 같은 종류의 스레드(thread)를 통하여 고유의 기능을 수행한다.Referring to FIG. 12, a data converter communicates with a server through a TCP/IP network and performs its own function through the following types of threads.

① 컨피규레이션 스레드(Configuration Thread): 서버의 컨피규레이션(Configuration) 정보를 리드(read)하여 데이터 컨버터에 전달한다.① Configuration Thread: Reads the server's configuration information and delivers it to the data converter.

② 로컬 컨트롤 스레드(Local Control Thread): 사용자가 데이터 컨버터를 사용하기 위하여 서비스 단말기를 사용하여 센서를 모니터링하거나, 제어기를 동작시키는 역할을 수행한다.② Local Control Thread: In order for the user to use the data converter, it monitors the sensor using the service terminal or operates the controller.

③ 로컬 테스트 스레드(Local Test Thread): 데이터 컨버터 내부의 각 부문별 모듈을 시험할 수 있는 역할을 수행한다.③ Local Test Thread: It plays the role of testing modules for each section inside the data converter.

본 발명의 루프 컨트롤은 MQTT 루프(1201), 센서 루프(1202), 모드 체크 루프(1203)로 이루어진다.The loop control of the present invention consists of an MQTT loop 1201, a sensor loop 1202, and a mode check loop 1203.

MQTT 루프(MQTT Loop, 1201)는 서비스 시스템 서버와 정보교환을 위한 통신을 담당하는 모듈의 루프이다.The MQTT loop (MQTT Loop, 1201) is a loop of a module in charge of communication for information exchange with the service system server.

센서 루프(Sensor Loop, 1202)는 데이터 컨버터에 연결된 각종 센서에서 송신하는 센싱값을 수신하여 서버로 전달하는 역할을 하는 모듈의 루프이다.The sensor loop (1202) is a loop of a module that receives sensing values transmitted from various sensors connected to the data converter and transmits them to the server.

모드 체크 루프(Mode Check Loop, 1203)는 데이터 컨버터에 연결된 액츄에이터(제어기)를 동작시키기 위하여 자동 또는 수동으로 동작상황을 점검하고 수행모드를 전환하는 역할을 수행하는 루프이다.The Mode Check Loop 1203 is a loop that automatically or manually checks the operation status and converts the execution mode to operate the actuator (controller) connected to the data converter.

한편, 오토 컨트롤 스레드(Auto Control Thread, 1204)와 액츄에이터 스레드(Actuator Thread, 1205)를 더 구비할 수 있다.Meanwhile, an auto control thread 1204 and an actuator thread 1205 may be further provided.

오토 컨트롤 스레드(1204)는 서비스 시스템에 저장된 자동동작 설정에 의하여 자동으로 액츄에이터(제어기)를 동작시키는 역할을 수행하는 스레드이다.The auto control thread 1204 is a thread that automatically operates an actuator (controller) according to an automatic operation setting stored in the service system.

액츄에이터 스레드(1205)는 데이터 컨버터에 연결된 액츄에이터(제어기)를 사용자가 단말 시스템에서 직접 제어할 수 있는 역할을 수행하는 스레드이다.The actuator thread 1205 is a thread that plays a role of allowing a user to directly control an actuator (controller) connected to a data converter from a terminal system.

상술한 데이터 컨버터 및 이의 동작방법은 다양한 레이아웃으로 구현될 수 있다.The above-described data converter and its operation method can be implemented in various layouts.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 설계 제작을 위한 데이터 컨버터의 레이아웃이다.13 is a layout of a data converter for design production according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 데이터 컨버터(100)에는 센서 인터페이스(120) 및 액츄에이터 인터페이스(130)를 통하여 각각 센서(200) 및 액츄에이터(300)와 연결된다.Referring to FIG. 13, the data converter 100 is connected to the sensor 200 and the actuator 300 through a sensor interface 120 and an actuator interface 130, respectively.

상기 센서 인터페이스(120) 및 액츄에이터 인터페이스(130)는 메인 컨트롤 유닛(110)와 정보교환하며, 메인 컨트롤 유닛(110)은 외부와의 통신을 위한 다양한 통신 유닛을 구비한다.The sensor interface 120 and the actuator interface 130 exchange information with the main control unit 110, and the main control unit 110 includes various communication units for communication with the outside.

또한, 데이터 컨버터(100)에는 외부에서 전원을 공급받아서 메인 컨트롤 유닛(110), 센서(200) 및 액츄에이터(300)에 다양한 레벨의 전원을 공급할 수 있는 파워 인터페이스(140)를 구비한다.In addition, the data converter 100 is provided with a power interface 140 capable of supplying various levels of power to the main control unit 110, the sensor 200, and the actuator 300 by receiving power from the outside.

이하, 본 발명의 데이터 컨버터가 실제로 사용 실시예를 설명한다. 구체적으로, 양식장에서 사용되는 경우이다.Hereinafter, an embodiment in which the data converter of the present invention is actually used will be described. Specifically, it is used in aquaculture.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 양식장에서 사용되는 컨버터 컨피규레이션 설정정보를 나타낸다.14 shows converter configuration setting information used in a farm according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 제이슨(JASON) 파일 형태로 시스템 컨피그, 센서 컨피그, 액츄에이터 컨피그, 네트워크 컨피그의 각각에 대하여 환경을 설정할 수 있다.Referring to FIG. 14, environments can be set for each of a system config, a sensor config, an actuator config, and a network config in the form of a Jason file.

도 15 및 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 양식장에서 사용되는 센서의 드라이버 구조를 나타낸다.15 and 16 show a driver structure of a sensor used in a farm according to an embodiment of the present invention.

도 15 및 도 16을 참조하면, 센서의 종류, 모델형, 계측 데이터, 계측 시간, 인터페이스, 동작 주기 등을 정의할 수 있다.15 and 16, it is possible to define a sensor type, model type, measurement data, measurement time, interface, operation period, and the like.

도 17 및 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 양식장에서 사용되는 액츄에이터의 드라이버 구조를 나타낸다.17 and 18 show a driver structure of an actuator used in a farm according to an embodiment of the present invention.

도 17 및 도 18을 참조하면, 액츄에이터의 종류, 모델명, 접점방식, 정역방향, 동작주기, 모터 속도 등을 정의할 수 있다.Referring to FIGS. 17 and 18, the actuator type, model name, contact method, forward/reverse direction, operation cycle, motor speed, and the like can be defined.

상술한 바와 같이 정의된 데이터 컨버터는 양식장에서 센서 및 액츄에이터와 연결되어서 설치되며, 사용자 단말기에서 현장제어 또는 원격제어가 가능하다.The data converter defined as described above is installed by being connected to sensors and actuators in a farm, and field control or remote control is possible from a user terminal.

도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 양식동의 설정화면이다.19 is a screen for setting a form building according to an embodiment of the present invention.

도 19를 참조하면, 관리자는 로그인 아이디로 양식장을 구분하여 접근할 수 있으며, 양식장에서는 대부분 여러 개의 양식동이 건축되어 있으며, 양식동에는 양식 수조가 여러 개 있는 경우가 대부분이다.Referring to FIG. 19, an administrator can access a farm by a login ID. Most of the farms have several farms built, and in most of the farms there are several farms.

도 20는 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터의 설정화면이다.20 is a setting screen of a converter according to an embodiment of the present invention.

도 20을 참조하면, 양식동에 설치된 컨버터를 정의한다.Referring to FIG. 20, a converter installed in a form building is defined.

도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 센서의 설정화면이다.21 is a configuration screen of a sensor according to an embodiment of the present invention.

도 21을 참조하면, 컨버터에 연결되는 다양한 센서를 정의한다.Referring to FIG. 21, various sensors connected to the converter are defined.

도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 액츄에이터의 설정화면이다.22 is a setting screen of an actuator according to an embodiment of the present invention.

도 22를 참조하면, 컨버터에 연결되는 다양한 액츄에이터를 정의한다.Referring to FIG. 22, various actuators connected to the converter are defined.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 도면 및 상세한 설명에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.The present invention described above is not limited by the foregoing drawings and detailed description, and various modifications and changes by those skilled in the art within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. It goes without saying that it is also included within the scope of the present invention.

100: 데이터 컨버터 110: 메인 컨트롤 유닛
30, 120: 센서 인터페이스 121: 수신 인터페이스
123: 모드버스 드라이버 125: 모드버스 인터페이스
130: 액츄에이터 인터페이스 140: 파워 인터페이스
141: 선택기 145, 151: 레벨 컨버터
150: 모드버스 152: 통신 컨버터
155: 통신 모듈 170: 통신 인터페이스
200: 센서 300: 액츄에이터
350: MQTT 400: 애플리케이션 서버
500: 현장제어장치 600: 원격제어장치
100: data converter 110: main control unit
30, 120: sensor interface 121: receiving interface
123: Modbus driver 125: Modbus interface
130: actuator interface 140: power interface
141: selector 145, 151: level converter
150: Modbus 152: communication converter
155: communication module 170: communication interface
200: sensor 300: actuator
350: MQTT 400: application server
500: field control device 600: remote control device

Claims (10)

양식장 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터에 있어서,
적어도 하나의 센서-상기 적어도 하나의 센서는 수온, 용존산소량(DO), pH, 염도, 아질산 및 암모니아센서 중 적어도 하나를 포함하는 양식장 환경에서 사용되는 환경 센서임-와 통신하기 위한 센서 인터페이스;
적어도 하나의 액츄에이터-상기 적어도 하나의 액츄에이터는 온풍기, 에어콘, 수차, 산소공급기 및 사료공급기 중 적어도 하나의 양식장 환경에 사용되는 제어기기임-와 통신하기 위한 액츄에이터 인터페이스;
상기 센서 인터페이스 및 상기 액츄에이터 인터페이스와 정보 교환하며, 내부 프로세스의 스케줄링을 담당하는 메인 컨트롤 유닛;
상기 적어도 하나의 센서와 상기 적어도 하나의 액츄에이터를 모니터링하면서 상기 적어도 하나의 액츄에이터의 동작을 제어하도록 하는 애플리케이션 서비스 시스템과 상기 메인 컨트롤 유닛과의 통신을 위한 통신 인터페이스; 및
상기 센서 인터페이스, 상기 액츄에이터 인터페이스 및 상기 메인 컨트롤 유닛에 전원을 공급하는 파워 인터페이스를 포함하되,
상기 파워 인터페이스는 상기 적어도 하나의 센서에 복수의 동작 전원을 선택적으로 공급하며,
양식장에서 사용되는 컨버터 컨피규레이션 설정정보-여기서, 상기 컨버터 컨피규레이션 설정정보는 컨버터 시스템 컨피그, 상기 데이터 컨버터와 연결되는 센서 컨피그, 상기 데이터 컨버터가 제어하는 액츄에이션 컨피그, 및 상기 데이터 컨버터의 통신을 담당하는 네트워크 컨피그 중 적어도 하나를 포함함-를 이용하여 양식장 환경 관리를 위한 환경 설정이 이루어지고,
상기 데이터 컨버터는 상기 적어도 하나의 센서에 의한 모니터링과 상기 적어도 하나의 액츄에이터에 의한 제어가 통합적으로 이루어지도록 하는 것
을 특징으로 하는 양식장 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터.
In the data converter used to manage the farm environment,
A sensor interface for communicating with at least one sensor-the at least one sensor is an environmental sensor used in a farm environment including at least one of water temperature, dissolved oxygen (DO), pH, salinity, nitrous acid, and ammonia sensor;
An actuator interface for communicating with at least one actuator-the at least one actuator is a controller used in at least one of a warmer, an air conditioner, a water wheel, an oxygen supply and a feed supply;
A main control unit that exchanges information with the sensor interface and the actuator interface, and is responsible for scheduling an internal process;
A communication interface for communication with the main control unit and an application service system for controlling an operation of the at least one actuator while monitoring the at least one sensor and the at least one actuator; And
Including a power interface for supplying power to the sensor interface, the actuator interface and the main control unit,
The power interface selectively supplies a plurality of operating power to the at least one sensor,
Converter configuration setting information used in a farm-Here, the converter configuration setting information includes a converter system configuration, a sensor configuration connected to the data converter, an actuation configuration controlled by the data converter, and a network responsible for communication of the data converter. Including at least one of the config- is used to set up the environment for management of the farm environment,
The data converter is configured to integrate monitoring by the at least one sensor and control by the at least one actuator.
Data converter used for management of aquaculture environment, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 데이터 컨버터는 양식장 마다 복수 개 설치되며, 동일한 그룹 내에 존재하는 각각의 컨버터는 MQTT 통신방식으로 환경 센싱값을 공유하는 것을 특징으로 하는 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터.
The method of claim 1,
A data converter used for environmental management, characterized in that a plurality of data converters are installed for each farm, and each converter existing in the same group shares environmental sensing values through an MQTT communication method.
제1항에 있어서,
상기 센서 인터페이스 또는 액츄에이터 인터페이스는,
상기 센서 또는 액츄에이터와의 통신을 위한 규격화된 데이터 인터페이스 모듈인 수신 인터페이스;
상기 수신 인터페이스와 연결되며, 센서 또는 액츄에이터와 호환되는 드라이버 정보를 활용하여 데이터 컨버터의 모드버스 통신 모듈과 정보교환이 가능하도록 하는 모드버스 드라이버; 및
상기 모드버스 드라이버와 연결되어서 상기 데이터 컨버터 내부의 각 모듈과 정보교환을 위한 통신 모듈인 모드버스 인터페이스로 구성되는 것을 특징으로 하는 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터.
The method of claim 1,
The sensor interface or actuator interface,
A reception interface which is a standardized data interface module for communication with the sensor or actuator;
A Modbus driver connected to the receiving interface and configured to exchange information with a Modbus communication module of a data converter by using driver information compatible with a sensor or an actuator; And
The data converter used for environment management, characterized in that configured as a Modbus interface, which is a communication module for information exchange with each module inside the data converter by being connected to the Modbus driver.
제1항에 있어서,
상기 메인 컨트롤 유닛은,
상기 데이터 컨버터와 외부 기기들과의 연결을 위한 기본 인터페이스 모듈인 GPIO;
상기 데이터 컨버터의 외부와 통신을 위한 통신 인터페이스;
상기 메인 컨트롤 유닛의 연산처리작업을 위한 CPU;
상기 메인 컨트롤 유닛의 데이터를 저장하는 메모리 저장장치; 및
상기 메인 컨트롤 유닛과 상기 센서 및 액츄에이터와의 정보교환이 이루어지는 인터페이스 모듈을 포함하며,
상기 인터페이스 모듈은 시그널 프로세서와 연결되는데, 상기 시그널 프로세서는 각 통신 프로토콜에 적합한 통신을 지원하는 모듈이며,
상기 시그널 프로세서는 시그널 컨버터와 연결되는데, 시그널 컨버터는 파워 인터페이스와 연결되어서 외부기기와의 정상적 통신을 위한 전원규격을 지원하는 컨버터 모듈인 것을 특징으로 하는 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터.
The method of claim 1,
The main control unit,
GPIO, which is a basic interface module for connecting the data converter and external devices;
A communication interface for communicating with the outside of the data converter;
A CPU for operation processing of the main control unit;
A memory storage device for storing data of the main control unit; And
And an interface module for exchanging information between the main control unit and the sensor and actuator,
The interface module is connected to a signal processor, the signal processor is a module that supports communication suitable for each communication protocol,
The signal processor is connected to a signal converter, wherein the signal converter is a converter module connected to a power interface to support a power standard for normal communication with an external device.
제1항에 있어서,
상기 센서 또는 액츄에이터에 전원을 공급하는 파워인터페이스 사이에는 센서 또는 액츄에이터의 동작 전원을 선택적으로 공급하기 위한 선택기; 및
상기 센서 또는 액츄에이터의 통신측에서 사용되는 전원을 메인 컨트롤 유닛에 사용되는 신호전원으로 변환시키는 레벨 컨버터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터.
The method of claim 1,
A selector for selectively supplying operating power of the sensor or actuator between the power interfaces supplying power to the sensor or actuator; And
And a level converter for converting power used at the communication side of the sensor or actuator into signal power used for the main control unit.
제1항에 있어서,
상기 메인 컨트롤 유닛과 통신모듈 사이에 통신이 가능하도록 전원을 변환시키는 레벨 컨버터 및 통신컨버터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터.
The method of claim 1,
And a level converter and a communication converter for converting power to enable communication between the main control unit and the communication module.
제1항에 있어서, 상기 데이터 컨버터의 설정값들은 상기 애플리케이션 서비스 시스템의 단말 기능으로 관리되는 것을 특징으로 하는 양식장 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터. The data converter according to claim 1, wherein the setting values of the data converter are managed by a terminal function of the application service system. 양식장 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터의 동작 방법에 있어서,
컨버터 시스템 컨피그, 상기 데이터 컨버터와 연결되는 센서 컨피그, 상기 데이터 컨버터가 제어하는 액츄에이션 컨피그, 상기 데이터 컨버터의 통신을 담당하는 네트워크 컨피그로 구성되는 컨피그 파일을 서버에 입력되는 컨피규레이션 입력단계;
상기 컨버터 시스템 컨피그, 센서 컨피그, 액츄에이션 컨피그, 및 네트워크 컨피그로 이루어진 컨피그들 정보를 서버에서 네트워크 인터페이스를 이용하여 상기 데이터 컨버터로 전달되는 단계;
상기 컨피그들 파일을 참조하여 메인 컨트롤 유닛에서 상기 데이터 컨버터 초기 가동상태를 부팅시키는 역할과 상기 데이터 컨버터 내부 메모리 관리기능, 상기 데이터 컨버터의 기능을 스케줄링하여 컨버터 시스템을 운영하는 기능을 하는 메인 컨트롤 단계;
상기 메인 컨트롤 유닛과 연결되는 센서 인터페이스에서 상기 데이터 컨버터에 연결되는 센서와 통신을 위한 센서의 드라이버, 센서와의 통신에 활용되는 버퍼관리,
센싱 데이터 관리, 체계화된 라이브러리 구조 관리의 기능을 수행하는 센서 인터페이스 단계;
상기 메인 컨트롤 유닛과 연결되는 액츄에이터 인터페이스에서 액츄에이터를 조정하는 액츄에이터 인터페이스 단계; 및
상기 메인 컨트롤 유닛의 네트워크 인터페이스에서 외부서버 및 내부 모듈 간의 정보교환 기능을 수행하는 네트워크 인터페이스 단계를 포함하되,
상기 양식장에서 사용되는 컨버터 컨피규레이션 설정정보-여기서, 상기 컨버터 컨피규레이션 설정정보는 상기 컨버터 시스템 컨피그, 상기 센서 컨피그, 상기 액츄에이션 컨피그, 및 상기 네트워크 컨피그 중 적어도 하나를 포함함-를 이용하여 양식장 환경 관리를 위한 환경 설정이 이루어지고,
상기 데이터 컨버터는 적어도 하나의 센서-상기 적어도 하나의 센서는 수온, 용존산소량(DO), pH, 염도, 아질산 및 암모니아센서 중 적어도 하나를 포함하는 양식장 환경에서 사용되는 환경 센서임-에 의한 모니터링과 적어도 하나의 액츄에이터-상기 적어도 하나의 액츄에이터는 온풍기, 에어콘, 수차, 산소공급기 및 사료공급기 중 적어도 하나의 양식장 환경에 사용되는 제어기기임-에 의한 제어가 통합적으로 이루어지도록 하는 것
을 특징으로 하는 양식장 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터의 동작방법.
In the operating method of the data converter used in the management of the farm environment,
A configuration input step of inputting a configuration file consisting of a converter system configuration, a sensor configuration connected to the data converter, an actuation configuration controlled by the data converter, and a network configuration in charge of communication of the data converter to a server;
Transferring configurable information consisting of the converter system config, sensor config, actuation config, and network config from a server to the data converter using a network interface;
A main control step of operating a converter system by scheduling an initial operation state of the data converter, a memory management function inside the data converter, and a function of the data converter in a main control unit with reference to the config file;
Sensor driver for communication with the sensor connected to the data converter at the sensor interface connected to the main control unit, buffer management used for communication with the sensor,
A sensor interface step of performing a function of sensing data management and systematic library structure management;
An actuator interface step of adjusting an actuator at an actuator interface connected to the main control unit; And
Including a network interface step of performing an information exchange function between the external server and the internal module in the network interface of the main control unit,
The converter configuration setting information used in the farm-Here, the converter configuration setting information includes at least one of the converter system configuration, the sensor configuration, the actuation configuration, and the network configuration. Environment settings are made,
The data converter is monitored by at least one sensor-the at least one sensor is an environmental sensor used in a farm environment including at least one of water temperature, dissolved oxygen (DO), pH, salinity, nitrous acid and ammonia sensors- Control by at least one actuator-the at least one actuator is a controller used in the environment of at least one of a warmer, an air conditioner, a water wheel, an oxygen supplier, and a feed feeder-to allow integrated control.
The operating method of the data converter used in the management of the farm environment, characterized in that.
제8항에 있어서,
상기 메인 컨트롤 단계는,
상기 컨피그들 정보를 리드(Read)하여 데이터 컨버터를 부팅 하는 단계;
상기 메인 컨트롤 유닛의 가동에 필요한 다수의 컨트롤 스레드(control thread)를 생성하는 단계;
상기 메인 컨트롤 유닛에서 각 부분별 컨트롤 모듈의 스케줄링을 수행하며,
뮤텍스 타이머(Mutex Timers) 방식으로 각 모듈을 동기화하며, 상기 컨피그들 정보를 참조 및 업데이트를 수행하는 단계; 및
상기 데이터 컨버터 내부를 로컬 스토리지 매니지먼트(Local Storage Managemnt)하여 로컬 스토리지(Local Storage)하는 단계를 포함하는 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터의 동작방법.
The method of claim 8,
The main control step,
Booting a data converter by reading the configurable information;
Creating a plurality of control threads required for operation of the main control unit;
The main control unit performs scheduling of control modules for each part,
Synchronizing each module using a mutex timer method, and referring and updating the config information; And
A method of operating a data converter used for environment management, comprising the step of performing local storage by performing local storage management inside the data converter.
제8항에 있어서,
상기 데이터 컨버터의 설정값들은 애플리케이션 서비스 시스템의 단말 기능으로 관리되는 것을 특징으로 하는 양식장 환경 관리에 사용되는 데이터 컨버터의 동작방법.
The method of claim 8,
A method of operating a data converter used for management of a farm environment, characterized in that the set values of the data converter are managed by a terminal function of an application service system.
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