KR102262463B1 - 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법 - Google Patents

인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인원 계수를 위한 대규모의 센서 장치의 센서 데이터를 수집 및 통합 관리하여 서버로 전송할 수 있도록 하여 대규모의 센서 데이터를 효율적으로 처리할 수 있도록 한 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법에 관한 것으로, 다수의 센서들로부터 아날로그 센서 데이터를 수집하는 마이크로 컨트롤러가 복수개 구비되는 SPI 슬레이브 모듈;와이파이를 통해 서버와 TCP/IP 통신을 하여 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러를 통하여 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 노드 MCU가 복수개 구비되는 SPI 마스터 모듈;SPI 마스터 모듈의 노드 MCU와 통신하여 주기적으로 데이터를 요청하고 수신하여 저장하는 서버;를 포함하는 것이다.

Description

인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법{System and Method for Collecting Sensor Data in Large Scale Sensors Networks for Sensor Mat}
본 발명은 센서 데이터 수집 및 처리에 관한 것으로, 구체적으로 인원 계수를 위한 대규모의 센서 장치의 센서 데이터를 수집 및 통합 관리하여 서버로 전송할 수 있도록 하여 대규모의 센서 데이터를 효율적으로 처리할 수 있도록 한 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법에 관한 것이다.
많은 종류의 센서들이 의료, 절전, 기후 등의 응용에 대규모로 활용되고 있으며, 2000년대 초반부터 대규모 무선센서 네트워크에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다.
이러한 연구들은 주로 저전력 환경에서 센서를 관리하는 방법, 네트워크 상에서 신뢰성 보장방법, 트래픽을 고려한 혼잡 제어 방법, 효율적인 다기능 센서 배치 방법 등에 관한 것으로 대규모 센서들로부터 데이터를 수집하기 위한 네트워크 노드 구성에 관한 연구는 미흡한 실정이다.
센서 네트워크는 유무선으로 연결된 다수의 센서 노드를 통하여 원격검침, 감시정찰, ITS(Intelligent Transport System) 및 텔레매틱스, 생태계 모니터링 등 다양한 서비스를 사용자에게 제공하는 기술로, 다양한 기술들이 접목된 컨버젼스 기술이다.
이러한 센서 네트워크 시스템에서는, 다양한 서비스를 제공하기 위해서 다양한 종류의 센서모듈을 센서 노드와 결합하여 사용하고 있는데, 최근 기술이 발전함에 따라서, 음향 센서, 가속도 센서, 자기 센서, 영상 센서 등과 같이 고속 샘플링 및 대용량 데이터를 필요로 하는 센서 모듈을 사용하는 서비스가 점점 증가하고 있다.
한편, 화석연료 고갈과 지구온난화 심화 및 원자력에너지의 위험성이 전 세계적인 환경문제로 대두됨에 따라 지속가능한 에너지 기술 개발의 필요성이 대두되고 있다.
일 예로, 신재생 에너지 기술의 일환으로 압전효과를 이용한 자가발전패널을 이용하여 실생활에 버려지는 운동에너지를 전기에너지로 전환해 사용하는 시스템이 영국에서 개발되어 사용되고 있다.
이와 같은 자가발전패널을 이용하여 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 시스템의 경우, 이동인구가 많은 장소에 패널을 설치하여 운영해야 효율적인 에너지 시스템을 구축할 수 있다.
다른 한편, 인원 계수 시스템은 문 주변에 적외선, 레이저 센서를 설치해야 하는 제한점과 동시에 다수의 인원이 출입하게 되면 인식을 하지 못하는 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하기 위한 방법으로 사용되는 있는 것이, 압전 센서들을 이용하여 매트를 구성하고, 매트 위를 보행자가 지나갈 때 매트 안에 있는 많은 수의 압전 센서들로부터 수집된 센싱 정보를 수집한 후 인원을 계수하기 위한 정보로 활용한다.
하지만 인원 계수에 사용되는 압전센서의 경우 아날로그 입출력을 가지고 있으며, 대규모 아날로그 데이터를 효과적으로 종합하여 처리하는 기술은 아직 찾아보기 어렵다.
인원 계수용 센서 매트의 경우 대규모의 센서에서 데이터들이 발생하게 되는데, 이 대규모의 데이터를 서버로 효과적으로 종합하지 못한다면 인원 계수의 정확도가 떨어지는 문제가 발생한다.
구체적으로 인원 계수용 센서 매트의 경우 수십에서 수백 개의 아날로그 입출력을 필요로 하는 대규모 센서 네트워크 환경인데 대부분의 마이크로 컨트롤러는 아날로그 입출력을 6∼16개 정도 밖에 가지고 있지 않다.
이러한 경우 수백개의 아날로그 데이터를 수집하기 위해서는 마이크로 컨트롤러의 개수도 늘어날 수밖에 없는데, 이 경우 많아진 마이크로 컨트롤러들로부터 센서 데이터를 수집하는 방법이 비효율적이고 통신에 부담을 줄 수 있다.
따라서, 수백개가 넘는 대규모 환경에서의 아날로그 센서 데이터들을 효율적으로 수집하고, 통신에 부담을 주지 않고 적은 비용으로 처리할 수 있도록 하는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2010-0070567호 대한민국 공개특허 제10-2014-0119561호 대한민국 공개특허 제10-2010-0115595호
본 발명은 종래 기술의 센서 데이터 수집 및 처리 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입출력의 개수가 적은 마이크로 컨트롤러들을 여러 개 사용하여 대규모의 센서 환경에서 많은 수의 아날로그 센서 데이터를 효과적으로 종합하여 서버로 전달하는 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 인원 계수를 위한 대규모의 센서 장치의 센서 데이터를 수집 및 통합 관리하여 서버로 전송할 수 있도록 하여 대규모의 센서 데이터를 효율적으로 처리할 수 있도록 한 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 대규모의 센서 데이터를 효율적으로 전송 처리하여 고속 샘플링 및 대용량 데이터를 필요로 하는 서비스의 제공 및 고속 센서 모니터링이 가능하도록 한 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 수백개가 넘는 대규모 환경에서도 아날로그 센서 데이터들을 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 노드 MCU로 종합한 후 TCP/IP 통신을 이용하여 PC서버로 전송함으로써 효율적인 데이터 수집을 가능하게 하여 통신에 부담을 주지 않고 적은 비용으로 인원 계수용 센서 매트를 구현할 수 있도록 한 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 많은 수의 센서들을 다수의 마이크로 컨트롤러와 다수의 브릿지 노드를 두어 통신하는 방법을 제시하고, 센서 데이터 수집을 위한 효율적인 통신 시스템을 설계하고 구현할 수 있도록 한 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 SPI(Serial Peripheral Interface)를 사용한 통신을 이용하여 마이크로 컨트롤러들에게서 데이터를 수집하여 와이파이가 가능한 기기로 종합하여 인터넷을 통해 서버로 전송하여 인터넷 와이파이를 사용 가능한 환경이라면 아날로그 센서 데이터를 거리나 공간의 제약 없이 서버로 종합하는 효과적인 방법을 제공할 수 있도록 한 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치는 다수의 센서들로부터 아날로그 센서 데이터를 수집하는 마이크로 컨트롤러가 복수개 구비되는 SPI 슬레이브 모듈;와이파이를 통해 서버와 TCP/IP 통신을 하여 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러를 통하여 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 노드 MCU가 복수개 구비되는 SPI 마스터 모듈;SPI 마스터 모듈의 노드 MCU와 통신하여 주기적으로 데이터를 요청하고 수신하여 저장하는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, SPI 통신을 위한 연결에는 직렬 클록(SCK), 마스터 출력, 슬레이브 입력(MOSI), 마스터 입력-슬레이브 출력(MISO) 슬레이브 셀렉트(SS)의 4가지 논리 신호를 지정하여 사용하고, 먼저 SS를 LOW 신호로 출력하여 SPI 슬레이브 모듈을 선택하여 활성화하고, SCK를 통해 동기화하고 이 클럭에 MOSI, MISO핀을 통해 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 서버는, 센서 데이터 수집을 위하여 서버의 동작이 시작되면 서버 접속 대기 상태로 들어가도록 설정하는 서버 접속 모드 설정부와, 노드 MCU들의 서버 접속 요청을 받는 서버 접속 요청 신호 수신부와,지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속할 때까지 서버 접속 요청 신호 수신을 반복하여 지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속하였는지 판단하는 노드 MCU 접속 판단부와,지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속되면 접속한 모든 노드 MCU에 센서 데이터를 요청하는 센서 데이터 요청부와,센서 데이터 요청부에서 요청한 데이터를 수신하는 센서 데이터 수신부와,센서 데이터 수신부에서 수신되는 센서 데이터를 저장하는 센서 데이터 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 노드 MCU는, 센서 데이터 수집을 위하여 노드 MCU의 동작이 시작되면 와이파이 연결을 하는 와이파이 연결부와,와이파이 연결의 성공 여부를 판단하여 와이파이 연결을 계속 시도하도록 하는 와이파이 연결 판단부와,와이파이 연결이 이루어지면 서버 접속을 수행하는 서버 접속 처리부와,서버 접속 처리부에 의한 서버 접속이 이루어졌는지 판단하는 서버 접속 판단부와,서버 접속이 되면 서버의 요청 신호를 수신하기 위하여 통신 대기를 하도록 하는 통신 대기모드 설정부와,서버로부터 센서 데이터 요청신호를 수신하는 센서 데이터 요청신호 수신부와,서버로부터 센서 데이터 요청신호를 수신하면 SPI를 이용하여 센서 데이터들을 종합처리하는 센서 데이터 종합 처리부와,센서 데이터 종합 처리부에서 종합된 센서 데이터를 서버로 전송하는 센서 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 마이크로 컨트롤러는, 센서 데이터 수집을 위하여 마이크로 컨트롤러의 동작이 시작되면 노드 MCU의 센서 데이터 요청 대기를 하는 센서 데이터 요청 대기 설정부와,노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하는 센서 데이터 요청 수신부와,센서 데이터 요청 수신부가 노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하면 센서들로부터 센서 데이터를 수집하는 센서 데이터 수집부와,센서 데이터 수집부를 통하여 수집된 센서 데이터를 SPI를 통해 노드 MCU로 전송하는 센서 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 방법은 와이파이를 통해 서버와 TCP/IP 통신을 하여 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러를 통하여 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 노드 MCU가 복수개 구비되는 SPI 마스터 모듈을 구비하는 센서 데이터 수집 장치의 서버 제어를 위하여, 센서 데이터 수집을 위하여 서버의 동작이 시작되면 서버 접속 대기 상태로 들어가도록 설정하는 단계;노드 MCU들의 서버 접속 요청을 받는 단계;지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속할 때까지 서버 접속 요청 신호 수신을 반복하여 지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속하였는지 판단하는 단계;지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속되면 접속한 모든 노드 MCU에 센서 데이터를 요청하는 단계;센서 데이터 요청 단계에서 요청한 데이터를 수신하는 단계; 및 수신되는 센서 데이터를 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 방법은 와이파이를 통해 서버와 TCP/IP 통신을 하여 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러를 통하여 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 노드 MCU가 복수개 구비되는 SPI 마스터 모듈을 구비하는 센서 데이터 수집 장치의 노드 MCU 제어를 위하여, 센서 데이터 수집을 위하여 노드 MCU의 동작이 시작되면 와이파이 연결을 하는 단계;와이파이 연결이 이루어지면 서버 접속을 수행하는 단계;서버 접속이 이루어졌는지 판단하여 서버 접속이 되면 서버의 요청 신호를 수신하기 위하여 통신 대기를 하는 단계;서버로부터 센서 데이터 요청신호를 수신하는 단계;서버로부터 센서 데이터 요청신호를 수신하면 SPI를 이용하여 센서 데이터들을 종합처리하는 단계;종합 처리된 센서 데이터를 서버로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 방법은 와이파이를 통해 서버와 TCP/IP 통신을 하여 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러를 통하여 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 노드 MCU가 복수개 구비되는 SPI 마스터 모듈을 구비하는 센서 데이터 수집 장치의 마이크로 컨트롤러 제어를 위하여, 센서 데이터 수집을 위하여 마이크로 컨트롤러의 동작이 시작되면 노드 MCU의 센서 데이터 요청 대기를 하는 단계;노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하는 단계;노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하면 센서들로부터 센서 데이터를 수집하는 단계;수집된 센서 데이터를 SPI를 통해 노드 MCU로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 입출력의 개수가 적은 마이크로 컨트롤러들을 여러 개 사용하여 대규모의 센서 환경에서 많은 수의 아날로그 센서 데이터를 효과적으로 종합하여 서버로 전달하여 대규모 센서 환경에서의 통신 부담을 줄일 수 있다.
둘째, 인원 계수를 위한 대규모의 센서 장치의 센서 데이터를 수집 및 통합 관리하여 서버로 전송할 수 있도록 하여 대규모의 센서 데이터를 효율적으로 처리할 수 있도록 한다.
셋째, 대규모의 센서 데이터를 효율적으로 전송 처리하여 고속 샘플링 및 대용량 데이터를 필요로 하는 서비스의 제공 및 고속 센서 모니터링이 가능하도록 한다.
넷째, 수백개가 넘는 대규모 환경에서도 아날로그 센서 데이터들을 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 노드 MCU로 종합한 후 TCP/IP 통신을 이용하여 PC서버로 전송함으로써 효율적인 데이터 수집을 가능하게 하여 통신에 부담을 주지 않고 적은 비용으로 인원 계수용 센서 매트를 구현할 수 있도록 한다.
다섯째, 많은 수의 센서들을 다수의 마이크로 컨트롤러와 다수의 브릿지 노드를 두어 통신하는 방법을 제시하여, 센서 데이터 수집을 위한 효율적인 통신 시스템을 설계하고 구현할 수 있도록 한다.
여섯째, SPI(Serial Peripheral Interface)를 사용한 통신을 이용하여 마이크로 컨트롤러들에게서 데이터를 수집하여 와이파이가 가능한 기기로 종합하여 인터넷을 통해 서버로 전송하는 것에 의해 인터넷 와이파이를 사용 가능한 환경이라면 아날로그 센서 데이터를 거리나 공간의 제약 없이 서버로 종합 처리할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 인원계수 모듈과 자가발전패널을 이용한 신재생 에너지 시스템의 일 예를 나타낸 구성도
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치의 구성 및 SPI 버스 구성도
도 3은 본 발명에 따른 서버의 상세 구성도
도 4는 본 발명에 따른 노드 MCU의 상세 구성도
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 컨트롤러의 상세 구성도
도 6은 본 발명에 따른 서버에서의 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 처리를 위한 동작 방법을 나타낸 플로우 차트
도 7은 본 발명에 따른 센서 모듈 중 SPI Master 역할을 하는 노드 MCU에서의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트
도 8은 본 발명에 따른 센서 모듈 중 SPI Slave 역할을 하는 마이크로 컨트롤러에서의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 인원계수 모듈과 자가발전패널을 이용한 신재생 에너지 시스템의 일 예를 나타낸 구성도이다.
본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법은 입출력의 개수가 적은 마이크로 컨트롤러들을 여러 개 사용하여 대규모의 센서 환경에서 많은 수의 아날로그 센서 데이터를 효과적으로 종합하여 서버로 전달하여 대규모의 센서 데이터를 효율적으로 처리할 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 대규모 센서 환경에서도 아날로그 센서 데이터들을 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 노드 MCU로 종합한 후 TCP/IP 통신을 이용하여 PC서버로 전송하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 SPI(Serial Peripheral Interface)를 사용한 통신을 이용하여 마이크로 컨트롤러들에게서 데이터를 수집하여 와이파이가 가능한 기기로 종합하여 인터넷을 통해 서버로 전송하는 것에 의해 인터넷 와이파이를 사용 가능한 환경이라면 아날로그 센서 데이터를 거리나 공간의 제약 없이 서버로 종합하여 전송할 수 있도록 하는 구성을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 인원계수 모듈과 자가발전패널을 이용한 신재생 에너지 시스템의 일 예를 나타낸 것으로, 본 발명이 적용되는 대상이 인원계수 모듈로 한정되지 않고, 대규모 센서 데이터 수집이 이루어지는 다른 기술에 적용될 수 있음은 당연하다.
그리고 본 발명에 적용되는 신재생 에너지 시스템은 분할 코일체를 갖는 코일판과 분할 자석을 갖는 왕복 이동형 자석판을 이용한 발전겸용 전동장치, 스위칭 배열과 충방전을 이용한 고효율 충전장치 및 발전겸용 전동장치와 고효율 충전장치를 연결할 컨트롤러를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명이 적용되는 인원계수 모듈의 일 예는 이동을 감지하는 센서부 모듈, 데이터를 전송하는 전송부 모듈 및 웹서버에 특정 영역의 주간별, 일별, 시간별 통과자 수 통계 처리를 위한 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치의 구성은 다음과 같다.
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치의 구성 및 SPI 버스 구성도이다.
본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치는 대규모 센서들로부터 데이터를 수집하기 위한 통신 시스템을 마이크로 컨트롤러, 브릿지노드, PC 서버를 이용하여 구성한다.
일 예로, 마이크로 컨트롤러로는 아두이노 Mini를 사용하고, 브릿지 노드로는 Node MCU를 사용한다. 아두이노 Mini와 Node MCU 사이의 통신은 SPI 프로토콜을 사용한다.
Node MCU는 SPI 통신의 Master 역할을 수행하고, 아두이노 Mini는 SPI 통신의 Slave역할을 수행하여 통신 시스템을 구축한다.
Master는 데이터를 요청받게 되면 SPI를 통해 연결되어 있는 SPI Slave들과 통신하여 데이터를 수신한다. SPI Slave들은 SPI Master의 요청을 받아 주기적으로 모듈의 아날로그 데이터를 읽어들이고, SPI Master와 SPI 통신을 수행하여 아날로그 데이터를 PC 서버로 전송하게된다. 하나의 서버는 다수 개의 SPI Master를 제어하며, 하나의 SPI Master는 다수 개의 SPI Slave를 제어하여 기능을 수행한다.
구체적으로 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치는 도 2a에서와 같이, 다수의 센서들로부터 아날로그 센서 데이터를 수집하는 마이크로 컨트롤러(300)가 복수개 구비되는 SPI 슬레이브 모듈과, 와이파이를 통해 서버(100)와 TCP 통신을 하여 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러(300)를 통하여 수집된 센서 데이터를 서버(100)로 전송하는 노드 MCU(200)가 복수개 구비되는 SPI 마스터 모듈과, SPI 마스터 모듈의 노드 MCU(200)와 통신하여 주기적으로 데이터를 요청하고 수신하여 저장하는 서버(100)를 포함한다.
서버(100)는 SPI Master 역할을 하는 노드 MCU(200)에 TCP통신으로 데이터를 요청한다.
서버(100)에 접속해 있는 노드 MCU(200)는 SPI를 통해 연결되어있는 다수의 마이크로 컨트롤러(300)에 아날로그 센서 데이터를 요청한다. 이때 마이크로 컨트롤러(300)는 수집하고 있던 아날로그 센서 데이터를 SPI를 통해 노드 MCU(200)에 전송한다.
노드 MCU(200)에서는 요청한 센서 데이터를 수신하여 서버(100)로 전송하는 방법을 통해 대규모 센서 데이터를 서버(100)로 종합할 수 있다.
그리고 SPI는 직렬 주변기기 인터베이스 버스로 모토로라(Motorola)에서 처음으로 만들어졌으며 현재 다양한 임베디드 시스템에서 널리 이용되고 있다.
다른 인터페이스보다 단순성과 우수한 성능으로 선호도가 높은 편이다. SPI 통신은 전이중 통신이며 마스터와 슬레이브 간의 통신 프로토콜로 3선 또는 4선을 이용하는 직렬 동기식 프로토콜으로 SPI 버스 구성은 도 2b에서와 같다.
SPI 연결에는 직렬 클록(SCK), 마스터 출력, 슬레이브 입력(MOSI), 마스터 입력-슬레이브 출력(MISO) 슬레이브 셀렉트(SS) 의 4가지 논리 신호를 지정하여 사용한다.
SPI통신의 동작 방법은 먼저 SS를 LOW 신호로 출력하여 Slave를 선택하여 활성화한다. 그런 후 SCK를 통해 동기화하고 이 클럭에 MOSI, MISO핀을 통해 데이터를 송수신 하는 방식이다.
슬레이브 셀렉트(SS)는 Digital I/O 핀의 개수만큼 늘릴 수 있기 때문에, 많은 수의 센서를 제어하기에 적합하다.
본 발명에 따른 서버(100)의 상세 구성은 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 서버의 상세 구성도이다.
본 발명에 따른 서버(100)는 도 3에서와 같이, 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집을 위하여 서버(100)의 동작이 시작되면 서버 접속 대기 상태로 들어가도록 설정하는 서버 접속 모드 설정부(31)와, 노드 MCU들의 서버 접속 요청을 받는 서버 접속 요청 신호 수신부(32)와, 지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속할 때까지 서버 접속 요청 신호 수신을 반복하여 지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속하였는지 판단하는 노드 MCU 접속 판단부(33)와, 지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속되면 접속한 모든 노드 MCU에 센서 데이터를 요청하는 센서 데이터 요청부(34)와, 센서 데이터 요청부(34)에서 요청한 데이터를 수신하는 센서 데이터 수신부(35)와, 센서 데이터 수신부(35)에서 수신되는 센서 데이터를 저장하는 센서 데이터 저장부(36)를 포함한다.
본 발명에 따른 노드 MCU의 상세 구성은 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 노드 MCU의 상세 구성도이다.
본 발명에 따른 노드 MCU(200)는 도 4에서와 같이, 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집을 위하여 노드 MCU(200)의 동작이 시작되면 와이파이 연결을 하는 와이파이 연결부(41)와, 와이파이 연결의 성공 여부를 판단하여 와이파이 연결을 계속 시도하도록 하는 와이파이 연결 판단부(42)와, 와이파이 연결이 이루어지면 서버(100) 접속을 수행하는 서버 접속 처리부(43)와, 서버 접속 처리부(43)에 의한 서버 접속이 이루어졌는지 판단하는 서버 접속 판단부(44)와, 서버 접속이 되면 서버의 요청 신호를 수신하기 위하여 통신 대기를 하도록 하는 통신 대기모드 설정부(45)와, 서버로부터 센서 데이터 요청신호를 수신하는 센서 데이터 요청신호 수신부(46)와, 서버로부터 센서 데이터 요청신호를 수신하면 SPI를 이용하여 센서 데이터들을 종합처리하는 센서 데이터 종합 처리부(47)와, 센서 데이터 종합 처리부(47)에서 종합된 센서 데이터를 서버로 전송하는 센서 데이터 전송부(48)를 포함한다.
본 발명에 따른 마이크로 컨트롤러의 상세 구성은 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 컨트롤러의 상세 구성도이다.
본 발명에 따른 마이크로 컨트롤러(300)는 도 5에서와 같이, 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집을 위하여 마이크로 컨트롤러(300)의 동작이 시작되면 노드 MCU(200)의 센서 데이터 요청 대기를 하는 센서 데이터 요청 대기 설정부(51)와, 노드 MCU(200)의 센서 데이터 요청 신호를 수신하는 센서 데이터 요청 수신부(52)와, 센서 데이터 요청 수신부(52)가 노드 MCU(200)의 센서 데이터 요청 신호를 수신하면 센서들로부터 센서 데이터를 수집하는 센서 데이터 수집부(53)와, 센서 데이터 수집부(53)를 통하여 수집된 센서 데이터를 SPI를 통해 노드 MCU(200)로 전송하는 센서 데이터 전송부(54)를 포함한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 서버에서의 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 처리를 위한 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6은 서버가 시작되고 아날로그 센서 데이터를 수신하는 흐름을 나타낸 것으로, 서버(100)는 시작되면 먼저 서버 접속 대기(S601) 상태로 들어간다.
노드 MCU(200)들의 서버 접속 요청을 받고(S602) 지정된 개수의 노드 MCU(200)가 모두 서버(100)에 접속할 때까지 반복한다.(S603)
모두 접속되면 접속한 모든 노드 MCU(200)에 데이터를 요청한다.(S604)
요청한 데이터를 수신하면(S605) 센서 데이터를 저장(S606)하고 다시 센서 데이터 요청 부분으로 돌아간다.
도 7은 본 발명에 따른 센서 모듈 중 SPI Master 역할을 하는 노드 MCU에서의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 7은 노드 MCU가 시작되고 노드 MCU에서 데이터 요청을 수신했을 때 마이크로 컨트롤러에게 데이터를 요청하여 수신하고, 서버에 전송하기까지의 흐름을 나타낸 것이다.
먼저, 노드 MCU(200)는 시작하면 와이파이에 연결한다.(S701~702)
와이파이에 연결한 후 위 서버(100)에 접속한다.(S703~S704)
서버(100)접속되면 서버(100)의 요청에 대기하고(S705), 서버(100)의 데이터 요청을 수신하면(S706) SPI를 이용하여 센서 데이터들을 종합한다.(S707)
그 후 종합된 센서 데이터를 서버(100)로 전송하고(S708), 다시 서버의 요청을 기다리는 상태로 돌아간다.(S705)
도 8은 본 발명에 따른 센서 모듈 중 SPI Slave 역할을 하는 마이크로 컨트롤러에서의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 8은 SPI를 이용하여 센서데이터들을 종합할 때 SPI Slave 역할을 하는 마이크로 컨트롤러들의 흐름을 나타낸 것으로, 먼저, 마이크로 컨트롤러(300)는 시작하면 노드 MCU(200)의 센서 데이터 요청에 대기한다.(S801)
요청을 수신하면(S802) 아날로그 센서 데이터를 수집하고(S803) SPI를 통해 노드 MCU(200)로 센서 데이터를 전송한다.(S804)
이상에서 설명한 본 발명에 따른 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치 및 방법은 많은 수의 센서들을 다수의 마이크로 컨트롤러와 다수의 브릿지 노드를 두어 통신하는 방법을 제시하고, 센서 데이터 수집을 위한 효율적인 통신 시스템을 설계하고 구현할 수 있도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100. 서버
200. 노드 MCU
300. 마이크로 컨트롤러

Claims (8)

  1. 다수의 센서들로부터 아날로그 센서 데이터를 수집하는 마이크로 컨트롤러가 복수개 구비되는 SPI 슬레이브 모듈;
    와이파이를 통해 서버와 TCP/IP 통신을 하여 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러를 통하여 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 노드 MCU가 복수개 구비되는 SPI 마스터 모듈;
    SPI 마스터 모듈의 노드 MCU와 통신하여 주기적으로 데이터를 요청하고 수신하여 저장하는 서버;를 포함하고,
    상기 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러는,센서 데이터 수집을 위하여 마이크로 컨트롤러의 동작이 시작되면 노드 MCU의 센서 데이터 요청 대기를 하는 센서 데이터 요청 대기 설정부와,노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하는 센서 데이터 요청 수신부와, 센서 데이터 요청 수신부가 노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하면 센서들로부터 센서 데이터를 수집하는 센서 데이터 수집부와,센서 데이터 수집부를 통하여 수집된 센서 데이터를 SPI를 통해 노드 MCU로 전송하는 센서 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, SPI 통신을 위한 연결에는 직렬 클록(SCK), 마스터 출력, 슬레이브 입력(MOSI), 마스터 입력-슬레이브 출력(MISO) 슬레이브 셀렉트(SS)의 4가지 논리 신호를 지정하여 사용하고,
    먼저 SS를 LOW 신호로 출력하여 SPI 슬레이브 모듈을 선택하여 활성화하고,
    SCK를 통해 동기화하고 이 클럭에 MOSI, MISO핀을 통해 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 서버는,
    센서 데이터 수집을 위하여 서버의 동작이 시작되면 서버 접속 대기 상태로 들어가도록 설정하는 서버 접속 모드 설정부와,
    노드 MCU들의 서버 접속 요청을 받는 서버 접속 요청 신호 수신부와,
    지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속할 때까지 서버 접속 요청 신호 수신을 반복하여 지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속하였는지 판단하는 노드 MCU 접속 판단부와,
    지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속되면 접속한 모든 노드 MCU에 센서 데이터를 요청하는 센서 데이터 요청부와,
    센서 데이터 요청부에서 요청한 데이터를 수신하는 센서 데이터 수신부와,
    센서 데이터 수신부에서 수신되는 센서 데이터를 저장하는 센서 데이터 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 노드 MCU는,
    센서 데이터 수집을 위하여 노드 MCU의 동작이 시작되면 와이파이 연결을 하는 와이파이 연결부와,
    와이파이 연결의 성공 여부를 판단하여 와이파이 연결을 계속 시도하도록 하는 와이파이 연결 판단부와,
    와이파이 연결이 이루어지면 서버 접속을 수행하는 서버 접속 처리부와,
    서버 접속 처리부에 의한 서버 접속이 이루어졌는지 판단하는 서버 접속 판단부와,
    서버 접속이 되면 서버의 요청 신호를 수신하기 위하여 통신 대기를 하도록 하는 통신 대기모드 설정부와,
    서버로부터 센서 데이터 요청신호를 수신하는 센서 데이터 요청신호 수신부와,
    서버로부터 센서 데이터 요청신호를 수신하면 SPI를 이용하여 센서 데이터들을 종합처리하는 센서 데이터 종합 처리부와,
    센서 데이터 종합 처리부에서 종합된 센서 데이터를 서버로 전송하는 센서 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 장치.
  5. 삭제
  6. SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러는, 센서 데이터 수집을 위하여 마이크로 컨트롤러의 동작이 시작되면 노드 MCU의 센서 데이터 요청 대기를 하는 센서 데이터 요청 대기 설정부와,노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하는 센서 데이터 요청 수신부와, 센서 데이터 요청 수신부가 노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하면 센서들로부터 센서 데이터를 수집하는 센서 데이터 수집부와,센서 데이터 수집부를 통하여 수집된 센서 데이터를 SPI를 통해 노드 MCU로 전송하는 센서 데이터 전송부를 포함하고, 와이파이를 통해 서버와 TCP/IP 통신을 하여 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러를 통하여 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 노드 MCU가 복수개 구비되는 SPI 마스터 모듈을 구비하는 센서 데이터 수집 장치의 서버 제어를 위하여,
    센서 데이터 수집을 위하여 서버의 동작이 시작되면 서버 접속 대기 상태로 들어가도록 설정하는 단계;
    노드 MCU들의 서버 접속 요청을 받는 단계;
    지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속할 때까지 서버 접속 요청 신호 수신을 반복하여 지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속하였는지 판단하는 단계;
    지정된 개수의 노드 MCU가 모두 서버에 접속되면 접속한 모든 노드 MCU에 센서 데이터를 요청하는 단계;
    센서 데이터 요청 단계에서 요청한 데이터를 수신하는 단계; 및 수신되는 센서 데이터를 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 방법.
  7. SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러는, 센서 데이터 수집을 위하여 마이크로 컨트롤러의 동작이 시작되면 노드 MCU의 센서 데이터 요청 대기를 하는 센서 데이터 요청 대기 설정부와,노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하는 센서 데이터 요청 수신부와, 센서 데이터 요청 수신부가 노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하면 센서들로부터 센서 데이터를 수집하는 센서 데이터 수집부와,센서 데이터 수집부를 통하여 수집된 센서 데이터를 SPI를 통해 노드 MCU로 전송하는 센서 데이터 전송부를 포함하고, 와이파이를 통해 서버와 TCP/IP 통신을 하여 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러를 통하여 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 노드 MCU가 복수개 구비되는 SPI 마스터 모듈을 구비하는 센서 데이터 수집 장치의 노드 MCU 제어를 위하여,
    센서 데이터 수집을 위하여 노드 MCU의 동작이 시작되면 와이파이 연결을 하는 단계;
    와이파이 연결이 이루어지면 서버 접속을 수행하는 단계;
    서버 접속이 이루어졌는지 판단하여 서버 접속이 되면 서버의 요청 신호를 수신하기 위하여 통신 대기를 하는 단계;
    서버로부터 센서 데이터 요청신호를 수신하는 단계;
    서버로부터 센서 데이터 요청신호를 수신하면 SPI를 이용하여 센서 데이터들을 종합처리하는 단계;
    종합 처리된 센서 데이터를 서버로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 방법.
  8. SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러는, 센서 데이터 수집을 위하여 마이크로 컨트롤러의 동작이 시작되면 노드 MCU의 센서 데이터 요청 대기를 하는 센서 데이터 요청 대기 설정부와,노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하는 센서 데이터 요청 수신부와, 센서 데이터 요청 수신부가 노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하면 센서들로부터 센서 데이터를 수집하는 센서 데이터 수집부와,센서 데이터 수집부를 통하여 수집된 센서 데이터를 SPI를 통해 노드 MCU로 전송하는 센서 데이터 전송부를 포함하고, 와이파이를 통해 서버와 TCP/IP 통신을 하여 SPI 슬레이브 모듈의 마이크로 컨트롤러를 통하여 SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신을 통해 수집된 센서 데이터를 서버로 전송하는 노드 MCU가 복수개 구비되는 SPI 마스터 모듈을 구비하는 센서 데이터 수집 장치의 마이크로 컨트롤러 제어를 위하여,
    센서 데이터 수집을 위하여 마이크로 컨트롤러의 동작이 시작되면 노드 MCU의 센서 데이터 요청 대기를 하는 단계;
    노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하는 단계;
    노드 MCU의 센서 데이터 요청 신호를 수신하면 센서들로부터 센서 데이터를 수집하는 단계;
    수집된 센서 데이터를 SPI를 통해 노드 MCU로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인원 계수용 센서매트를 위한 대규모 센서 데이터 수집 방법.

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