KR102465508B1 - 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법 - Google Patents

그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상수도 스마트 물 관리(SWM ; Smart Water Management) 기술분야에 속하는 것으로, 상하수도 관로상 압력/유량/수질/수위 등 관망 관리, 하천 유역 수위/우량/수질 등 홍수 재난 및 수자원 관리 등 원거리에 분산, 운영 중인 각종 산업분야 소규모 설비 원격감시 제어분야에 적용 가능한 IoT 통신과 태양광, 풍력 등 그린(or 녹색) 에너지를 동력으로 구동되는 자가전원 구동방식의 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법과 관련된 기술이다.

Description

그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법{IoT-based low-power remote monitoring control method for smart water management using green energy}
본 발명은 태양광, 풍력 등 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상하수도 관로상 압력/유량/수질/수위 등 관망 관리, 하천 유역 수위/우량/수질 등 홍수 재난 및 수자원 관리 등 원거리에 분산, 운영 중인 각종 산업분야 소규모 설비 원격감시 제어분야에 적용 가능한 IoT 통신과 태양광, 풍력 등 그린(or 녹색) 에너지를 동력으로 구동되는 자가전원 구동방식의 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법과 관련된 기술이다. 이에, 본 발명은 상수도 스마트 물 관리(SWM ; Smart Water Management) 기술분야에 속한다.
4차 산업의 혁명으로 빠르게 성장하고 있는 정보통신기술(ICT), 사물인터넷(IoT), 빅 데이터, 인공지능(AI) 등과 같은 주요 기반 기술들이 종래의 물 관리 기술과 접목되면서 상수도 분야를 중심으로 스마트 물 관리(SWM ; Smart Water Management) 기술이 빠르게 확산되고 있는 추세이다.
상수도 분야에 있어 수돗물 생산과 공급체계에서 자동화 관련 기술개발이 활발하게 진행되고 있으며, 정보통신기술(ICT)을 활용한 실시간 원격감시제어 기술은 4차 산업혁명 이전에 이미 보편화 된 기술로, 광범위한 지역에 걸쳐 시설되어 있는 공급 관로를 대상으로 수량의 안정적 공급, 수질의 안전성 확보, 수압의 균등성 확보 등 공급 관로 유지관리 목표 달성을 위해 온라인 방식의 실시간 원격감시제어시스템을 구축하여 운영 중에 있다.
특히, 공급 관로 수압의 균등성 확보와 단수, 누수 등 수도 사고를 조기에 감지하기 위해서는 관로 주요지점의 적정 수압 유지여부에 대한 실시간 감시가 필수적이다.
이를 위한 기존 실시간 원격감시제어시스템은 공급 관로상 주요지점 및 분기점 맨홀 내부에 유량계, 전자식 압력계 등 센서를 설치하고 데이터 수집/전송장치(PLC or RTU), 무선모뎀, 서지보호기, UPS 등 부속장치로 구성된 현장제어반을 센서가 설치된 맨홀 인근에 설치하여 유/무선 통신망을 통해 중앙의 감시제어 서버에서 실시간 온라인 감시하는 방식이 보편적으로 활용되고 있으며, 내부 구성장치의 소비전력이 과다하여 현장제어반 구동전원은 상용전원을 동력으로 사용하고 있다.
그러나, 대부분의 상수도 관로는 도로, 하천변, 산악지형 등 접근이 용이하지 않고 전기, 통신 등 기반시설이 열악한 지역에 매설되어 실시간 원격감시시스템 도입에 필요한 설치공간 확보 및 전기수용의 자유롭지 못한 문제점과 시스템 구축비용이 과다하여 수요 대비 설치 수량이 미흡하고 유지 보수 비용이 지속 발생하는 단점이 있다.
이러한 방식은 IoT 통신망이 상용화 된 국내 상황을 감안할 때 이와 같은 수집 방식은 운영측면과 경제측면 모두 비효율적이며 개선이 시급한 상황이다.
따라서, 상수도 관로 유지관리 주요 목표인 수압 균등성 확보에 필수적인 실시간 원격감시제어시스템 도입 확대를 위해, 가로등에 준하는 폴 형태의 현장제어반을 구성하여 설치공간을 최소화할 수 있고, IoT 기반 저전력 설계로 태양광 발전과 배터리에 의한 장치 구동이 가능하여 전기수용이 필요없는 설치가 간단하고 경제성을 갖춘 자가전원 구동방식의 IoT 기반 저전력 원격감시제어장치 개발이 필요하다.
국내 특허 등록번호 10-1700697호, 무선 원격감시 제어 시스템 및 방법.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 녹색에너지인 태양광 전원을 동력으로 동작이 가능한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법을 제공하기 위함이다.
본 발명은, IoT 무선 통신 기능을 지원하여 LTE 무선통신 및 유선통신 대비 비용을 절감하고 낙뢰 등의 외부요인에 취약한 점을 개선하는 상수도 스마트 물 관리용 IoT 통신 기반 저전력 원격감시 제어방법을 제공하기 위함이다.
본 발명은, 로그데이터 저장부에 계측데이터를 사용자가 미리 설정한 주기마다 저장하여 외부요인 또는 장치의 오류로 인해 결측데이터가 발생했을 경우 원격 감시 제어 시스템에 계측데이터를 요청하여 결측데이터를 보완할 수 있는 IoT 통신 기반 저전력 원격감시 제어방법을 제공하기 위함이다.
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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법은, 상하수도 관로상의 압력, 유량, 수질 등을 측정하고, 하천 유역의 수위, 우량, 수질을 측정할 수 있는 측정부; 상기 측정부와 신호 전송이 가능하게 전기적으로 연결되며, 측정 정보를 계측 제어하여 데이터를 수집할 수 있는 계측제어부; 상기 계측제어부에서 수집되는 테이터를 저장할 수 있는 저장부; 상기 저장부에 저장되는 테이터를 포함하여 상기 계측제어부에서 수집되는 데이터를 송수신할 수 있는 송수신부; 및 전원 공급을 위한 배터리와 태양광발전모듈 및 풍력발전모듈로 이루어지는 전원부;를 포함하고, 상기 계측제어부는: 소비전력을 최소화 하기 위해 데이터를 수집하도록 제어하는 수집 주기와, 데이터를 수집하여 전송하도록 제어하는 전송 주기를 별도로 관리하도록 제어하며, 평상 시 딥슬립(Deep sleep)모드를 유지하고, 측정 주기에 맞추어 스스로 웨이크업(wake-up)하여 측정부의 정보를 측정하여 저장하고 다시 딥슬립(Deep sleep)모드를 유지하도록 제어하며, 전송 주기가 아닌 경우에는 모뎀의 전원은 항상 차단되도록 제어하고, 상기 측정부의 고장 상태를 자체 진단할 수 있는 자가진단모드;를 더 포함하되, 상기 자가진단모드는: 상기 측정부로부터 측정한 미소 직류전압을 아나로그(Analog) 신호로 변환하며, 출력 전압이 1DCV 미만이고 특정값 이하일 경우 단선으로 판단하여 알람을 발생시키고, 압력 측정점의 상한과 하한을 설정한 후, 출력 전압이 설정된 해당 상한 혹은 하한을 초과한 순간 헌팅 데이터는 제외시키고, 상한 혹은 하한을 일정시간 유지할 경우 고장으로 판단하여 알람을 발생시키도록 제어하며, 배터리 전압이 최저 동작전압에 근접할 경우 10분마다 전압을 측정하고 최초 등록된 전압부터의 누적 시간도 함께 저장하며, 최초 저장 시간부터 현재까지 전압이 하강하고 있으며 누적 시간이 4시간 이상일 경우 슬립 모드 운영 상태로 자동 전환되도록 제어하되, 슬립 모드 운영 상태에서는, 9분마다 웨이크업하고 1분동안 모뎀 통신 상태를 유지시켜 원격 관제소에 데이터를 보내는 상태로 유지한 후 데이터를 송신하고, 전압을 측정 저장후 다시 슬립 모드로 진입하며, 10분 마다 웨이크업한 측정된 전압이 실시간 운영이 가능한 상태로 판단될 경우 자동으로 실시간 모드로 전환되도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 계측제어부는: 1분 주기의 데이터 수집을 위해 매분 마다 웨이크업 하여 데이터를 수집 후, 딥슬립 모드로 진입하도록 제어하고, 현재 수집 주기가 전송 주기일 경우에는 먼저 모뎀 전원 인가 후 데이터를 수집하며, 모뎀 접속 상태를 확인 후 데이터를 전송하고 딥슬립 모드 재진입하도록 제어하며, 전송 주기마다 이전에 수집된 데이터를 모두 전송하는 것이 바람직하다.
상기 계측제어부는, 수집 주기 및 전송 주기에 따라 웨이크업 하도록 제어하고, 일정 프로세서 수행 후 딥슬립 모드로 진입하도록 제어하며, 딥슬립(Deep sleep)모드에서 웨이크업(wake-up)을 위해 인터럽트 활성화시키도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 계측제어부는: 지정된 주기 마다 딥슬립, 웨이크업, IO정보수집, 저장, 전송(Option) 및 딥슬립을 순차적으로 반복 제어하는 것이 바람직하다.
상기 계측제어부는: 딥슬립 상태에서 상하수도 유량, 압력, 수질 등에 이상 현상이 보이는 경우에는 사용자가 입력 채널을 지정함에 의해, 극히 짧은 주기로 웨이크업하여 지정된 입력 채널의 상태 변화에 따라 자동으로 IO정보수집, 저장, 전송하도록 제어하며, 전송 시 이상 여부를 함께 전송하도록 제어하고, 전송 후에는 실행 모드를 실시간 모드로 전환하되, 실시간 모드에서는 IO정보수집을 연속으로 실행하는 것이 바람직하다.
상기 계측제어부는: 수 초 이내의 웨이크업(Wake up) 주기로 극히 짧은 시간 동안 유량, 압력, 수질 등의 정보를 취득하여 1시간 이내의 이전 취득 정보와 비교하여 급격한 계측 데이터 변화 유지 여부를 분석하여 계측 데이터 정보의 이상 유무를 판단하고, 계측 데이터 정보에 이상이 발생시 송수신부에 전원을 공급하여 원격으로 상황실에 유량, 압력, 수질 등 계측 테이터 정보의 이상 유무를 전송한 이후 실시간 계측 모드로 자동 전환하는 것이 바람직하다.
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본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법에 의하면, 녹색에너지인 태양광 전원을 동력으로 동작이 가능한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 IoT 무선 통신 기능을 지원하여 LTE 무선통신 및 유선통신 대비 비용을 절감할 수 있는 효과가 있고, 로그데이터 저장부에 계측데이터를 사용자가 미리 설정한 주기마다 저장하여 외부요인 또는 장치의 오류로 인해 결측데이터가 발생했을 경우 원격 감시 제어 시스템에 계측데이터를 요청하여 결측데이터를 보완할 수 있도록 IoT 통신 기반 저전력 원격감시가 가능한 효과가 있다.
특히, 본 발명은 IoT 기반 저전력 설계로 태양광 발전과 배터리에 의한 장치 구동이 가능하여 전기수용이 어려운 장소에 간편하게 설치하여 운영할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법의 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법의 블록도이고,
도 3은 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법의 구성 요소들이 설치되는 케이싱의 상부에 태양광발전모듈 및 풍력발전모듈이 각각 설치되어 자연 환경에 따라 선택적으로 사용가능 한 일예를 보인 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법에서 초 저전력 구현을 위해 1분 주기 수집하고, 10분 주기 전송의 경우의 흐름도이고,
도 5는 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법에서 측정부의 회로 구성 및 단선 검출을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법에서 측정부의 ADC 신호 분석을 통한 센서 오류 검출 방안 예를 나타낸 도면이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 구성들은 직접적인 접촉이나 연결뿐만 아니라 구성과 구성 사이에 다른 구성을 통해 접촉이나 연결된 것도 같은 범위로 해석하도록 한다.
첨부된 도 1은 본 발명의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 구성 요소들이 설치되는 케이싱의 상부에 태양광발전모듈 및 풍력발전모듈이 각각 설치되어 자연 환경에 따라 선택적으로 사용가능 한 일예를 보인 도면이고, 도 4는 본 발명에서 초 저전력 구현을 위해 1분 주기 수집하고, 10분 주기 전송의 경우의 흐름도이고, 도 5는 본 발명에서 측정부의 회로 구성 및 단선 검출을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에서 측정부의 ADC 신호 분석을 통한 센서 오류 검출 방안 예를 나타낸 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법은 상수도 공급 계통의 유량, 압력, 수질 등에 대한 데이터를 취득할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법은 배관의 내부에 흐르는 물로부터 유량, 수압, 수질 등에 대한 정보를 실시간으로 측정하여, 급격한 계측 데이터 변화(누수, 파손, 탁수 발생)를 관리자가 신속하게 대응할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법은 측정부(110)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 측정부(110)는 상하수도 관로상의 압력, 유량, 수질을 측정하고, 하천 유역의 수위, 우량, 수질을 측정할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 측정부(110)는 유량계, 압력계, 수질계, 펌프, 전동밸브, 우량계, 수위계 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법은 계측제어부(120)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 계측제어부(120)는 측정부(110)와 신호 전송이 가능하게 전기적으로 연결되며, 측정 정보를 계측 제어하여 데이터를 수집할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.
이러한 계측제어부(120)는 상기 측정부(110)의 디지털 신호 인출력, 아날로그 신호 입출력, 데이터 원격지 전송을 제어하는 주 제어부(122)와, 상기 전원부(150)의 배터리 충방전 관리와 딥슬립(Deep sleep) 및 웨이크업(wake-up)을 제어하는 보조 제어부(124)를 포함하는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법은 저장부(130)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 저장부(130)는 계측제어부(120)에서 수집되는 테이터를 저장할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법은 송수신부(140)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 송수신부(140)는 저장부(130)에 저장되는 테이터를 포함하여 상기 계측제어부(120)에서 수집되는 모든 데이터를 송수신할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.
이러한 송수신부(140)는 근거리 송수신이 가능한 블루투스 통신부(142)와, IoT 상용 무선 네트워크를 통해 원거리에 있는 관제센터와 송수신이 가능한 원격 송수신부(144)를 포함하는 것이 바람직하며, 블루투스 통신부를 이용한 사용자 인터페이스로 휴대폰이나 태블릿으로 작동 환경 설정 및 테이터 감시가 가능하다.
또한, 상기 송수신부(140)는 송수신 안테나를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법은 전원공급을 위한 전원부(150)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전원부(150)는 배터리(152)와 태양광발전모듈(154) 및 풍력발전모듈(156)로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 배터리는 2차 전지(리튬이온 또는 리튬폴리머)로 이루어짐이 좋고, 상기 태양광발전모듈(154) 및 풍력발전모듈(156)은 자연 환경에 따라 선택적으로 사용가능 하다. 즉, 맑은 날씨에는 태양광발전모듈(154)에 의해 전기를 생성하고, 바람이 많이 부는 날씨에는 풍력발전모듈(156)에 의해 전기를 생성할 수 있다.
또한, 상기 태양광발전모듈(154) 및 풍력발전모듈(156)은 케이싱(100)의 상부에 설치되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 케이싱(100)은 본 발명의 구성 요소들이 설치되는 것으로, 하단은 지면에 고정될 수 있는 형상 일례로, 직육면체의 형상으로 형성될 수 있고, 상단은 태양광발전모듈(154) 혹은 풍력발전모듈(156)이 설치될 수 있는 직육면체의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 측정부(110)는 압력계, 유량계, 전동밸브 및 센서 등이 설치될 수 있으며, 각각의 계측기 및 센서로부터 입력된 계측 데이터를 생성한다.
본 발명에 따른 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법은, 전술한 측정부(110)와 계측제어부(120), 저장부(130), 송수신부(140) 및 전원부(150)를 포함하고, 상기 계측제어부(120)는 소비전력을 최소화 하기 위해 데이터를 수집하도록 제어하는 수집 주기와, 데이터를 수집하여 전송하도록 제어하는 전송 주기를 별도로 관리하도록 제어하며, 평상 시 딥슬립(Deep sleep)모드를 유지하고, 측정 주기에 맞추어 스스로 웨이크업(wake-up)하여 측정부의 정보를 측정하여 저장하고 다시 딥슬립(Deep sleep)모드를 유지하도록 제어하며, 전송 주기가 아닌 경우에는 모뎀의 전원은 항상 차단되도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 계측제어부(120)는 1분 주기의 데이터 수집을 위해 매분 마다 웨이크업 하여 데이터를 수집 후, 딥슬립 모드로 진입하도록 제어하는 것이 바람직하고, 현재 수집 주기가 전송 주기일 경우에는 먼저 모뎀 전원 인가 후 데이터를 수집하며, 모뎀 접속 상태를 확인 후 데이터를 전송하고 딥슬립 모드 재진입하도록 제어하며, 전송 주기마다 이전에 수집된 데이터를 모두 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 계측제어부(120)는 수집 주기 및 전송 주기에 따라 웨이크업 하도록 제어하고, 일정 프로세서 수행 후 딥슬립 모드로 진입하도록 제어하며, 딥슬립(Deep sleep)모드에서 웨이크업(wake-up)을 위해 인터럽트 활성화시키도록 제어하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 계측제어부(120)는 지정된 주기 마다 딥슬립, 웨이크업, IO정보수집, 저장, 전송(Option) 및 딥슬립을 순차적으로 반복 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 딥슬립 운영 모드에서는 수초 주기로 자동 웨이크업하여 측정부(110)를 통해 수집된 유량, 압력, 수질 등 계측 데이터에 이상 현상이 보이는 경우에는 사용자가 입력 채널을 지정함에 의해, 딥슬립 상태에서 지정된 입력 채널의 상태 변화에 따라 자동으로 웨이크업, IO정보수집, 저장, 전송하도록 제어하며, 전송 시 이상 여부를 함께 전송하도록 제어하고, 전송 후에는 실행 모드를 실시간 모드로 전환하되, 실시간 모드에서는 IO정보수집을 연속으로 실행하는 것이 바람직하다.
또한, 배터리 상태가 지정된 하한 레벨 이상일 경우에는 실시간 모드를 유지하고, 원격 관제센터에서 이상 여부를 인지 후 운영모드를 딥슬립 모드로 전환할 경우 딥슬립 모드로 절체되도록 제어하여 초절전 모드로 구현할 수 있다.
본 발명의 제어방법은, 상기 계측제어부에서 측정부의 고장 상태를 자체 진단할 수 있는 자가진단모드를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 자가진단모드는 상기 측정부(110) 기기 및 계측센서로부터 측정한 미소 직류전압을 아나로그(Analog) 신호로 변환하며, 측정부의 출력 전압이 1DCV 미만이면 단선으로 판단하여 알람을 발생시키고, 압력 측정점의 상한과 하한을 설정한 후, 측정부의 출력 전압이 설정된 해당 상한 혹은 하한을 초과한 순간 헌팅 데이터는 제외시키고, 상한 혹은 하한을 일정시간 유지할 경우 압력센서의 고장으로 판단하여 알람을 발생시키는 것이 바람직하다.
이러한 계측제어부는 소비전력을 최소화 하기 위해 평상 시 딥슬립(Deep sleep)모드를 유지하고, 측정 주기에 맞추어 스스로 웨이크업(wake-up)하여 압력정보를 측정하여 저장하고 다시 딥슬립(Deep sleep)모드를 유지하여 전류 손실을 최소화하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제어방법은 측정부의 고장 상태를 자체 진단하고 자동 알람 기능을 갖도록 구성될 수 있다.
도 5는 측정부 회로 구성 및 단선 검출을 나타낸 도면이다.
단선검출은 목표 제품이 측정부로부터 측정한 미소 직류전압을 아나로그(Analog) 신호로 변환하고, 계측제어부는 전압(1~5V(DC)을 측정하여 계측정보를 산출한다. 이때, 구성된 회로에서 단선이 발생할 경우 계측제어부에는 1V(DC) 이하의 전압이 측정되는데, 이를 수 mV(DC) 단위로 측정하도록 회로를 설계하여 측정값이 특정값 이하의 경우 단선으로 인지하고 알람을 발생시킨다.
즉, 측정부의 출력 전압을 감시하여 1DCV 미만의 상황에서 단선 여부 판단하고, 알람을 발생하게 구성할 수 있다.
도 6은 ADC 신호 분석을 통한 센서 오류 검출 방안 예를 나타낸 도면이다.
측정부의 고장(오동작) 검출은 설치된 압력 측정점의 상한과 하한을 설정하고 해당 상하한선을 일정시간 유지 할 경우 센서 고장으로 판단하고 알람 발생할 수 있다. 즉, 순간 헌팅은 매우 적은 빈도이지만 발생 가능한 경우이며, 이는 S/W 알고리즘으로 필터링 처리하고, 그 외 상,하한 구간헌팅의 경우는 센서 기능에 문제가 있는 것으로 판단하여 점검하는 것이 바람직하다.
여기서, 상하한은 사용자가 지정한 계측 데이터의 유효범위이고, 상하한을 초과한 순간 헌팅 데이터는 제외시키며, 상한 또는 하한을 특정시간 동안 유지하는 경우 센서 오동작으로 판단하여 알람을 발생한다. 즉, 설정된 데이터 상하한 정보와 계측치의 비교와 변화량 분석으로 센서의 고장을 검출하게 된다.
특히, 본 발명의 제어방법은 배터리 수명 최대화를 위한 제어 및 송수신부 초절전 모드 구현할 수 있다. 예컨대, 계측제어부에서 계측제어부의 MCU를 초절전 모드로 설계 반영하여 계측 순간을 제외한 전체 대기시간의 소비 전력을 최소화 할 수 있다. 예를 들어, 소비전력을 최소화 하기 위해 내부 모뎀의 전원 차단 및 평상 시 딥슬립(Deep sleep)모드를 유지하고, 측정 주기에 맞추어 스스로 웨이크업(wake-up)하여 측정부(110) 기기 및 계측센서로부터 계측정보를 측정하여 저장하고 다시 딥슬립(Deep sleep)모드를 유지하는 것이 바람직하다. 사용 예로서, 매 1분 측정 주기의 경우 0.5초 이내 동안만 압력을 측정, 저장하고 나머지 시간동안은 절전모드로 운영하는 것이 바람직하다.
본 발명은 딥슬립 모드 운영시 초 저전력 모드로 사용할 수 있고, 외부 전원이 공급되는 경우 공급된 외부 전원(메인 전원)으로 배터리를 충전하고, 메인 전원 이상시 배터리를 이용해 운영할 수 있다.
또한, 본 발명은 디지탈 입력 신호를 위한 DC24V 출력 기능을 갖는다. 즉, 디지탈 입력을 감지하기 위해서는 입력 채널에 특정 전압이 인가되어야 하는데, 이를 위해 기존 제품군에서는 별도(추가)의 전원장치(SMPS 등)에서 출력되는 전원을 이용하였으나, 본 발명은 DC24V 출력 기능을 이용하여 디지털 입력 신호용으로 활용할 수 있다.
특히, 본 발명은 배터리 충방전 및 셀 밸런싱 컨트롤을 포함한 이중 전원시스템의 구축이 가능하다. 즉, 입력전원을 태양열 패널 또는 DC12V의 사용이 가능하고, 평상시 입력전원으로 동작하여 배터리를 충전하며, 입력전원이 차단되거나 문제가 발생할 경우 배터리 전원으로 동작하게 된다.
또한, 본 발명은 지능형 저전력 관리 기능을 이용한 실시간 운영 및 슬립모드 운영 자동 전환 기능을 갖는다. 예컨대, 원격 실시간 정보 수집이 필요한 경우 태양열 전지와 배터리만으로 상시 운전해야 되므로, 태양열 전지로 충전된 배터리를 이용해 동작하는 본 발명의 장치는 최저 동작전압이 있으며, 태양열 충전이 불가한 경우(연속적 부족일 경우) 결국은 완전 방전으로 동작 불능 상태에 도달하게 되는데, 부족이 연속일 경우 전력을 관리하는 보조 MCU는 배터리 전압이 최저 동작전압에 근접할 경우 10분마다 전압을 측정하고 최초 등록된 전압부터의 누적 시간도 함께 저장하게 된다.
최초 저장 시간부터 현재까지 전압이 하강하고 있으며 누적 시간이 4시간 이상일 경우 자동 슬립 모드 운영 상태로 전환되고, 슬립 모드 운영상태에서는 9분마다 웨이크업하고 1분동안 모뎀 통신 상태를 유지시켜 원격 관제소에 데이터를 보내는 상태로 유지한 후 데이터를 송신하고, 전압을 측정 저장후 다시 슬립 모드로 진입하며, 10분 마다 웨이크업한 측정된 전압이 실시간 운영이 가능한 상태로 판단될 경우 자동으로 실시간 모드로 전환되도록 제어된다.
이에, 본 발명은 IoT 기반 저전력 설계로 태양광 발전과 배터리에 의한 장치 구동이 가능하여 전기수용이 어려운 장소에 간편하게 설치하여 운영할 수 있는 특징이 있다.
이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.
110 - 측정부 120 - 계측제어부
130 - 저장부 140 - 송수신부
150 - 전원부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법에 있어서,
    상하수도 관로상의 압력, 유량 계측정보와 하천 유역의 수위, 우량, 수질을 측정할 수 있는 측정부;
    상기 측정부와 신호 전송이 가능하게 전기적으로 연결되며, 측정 정보를 계측 제어하여 데이터를 수집할 수 있는 계측제어부;
    상기 계측제어부에서 수집되는 테이터를 저장할 수 있는 저장부;
    상기 저장부에 저장되는 테이터를 포함하여 상기 계측제어부에서 수집되는 데이터를 송수신할 수 있는 송수신부; 및
    전원 공급을 위한 배터리와 태양광발전모듈 및 풍력발전모듈을 포함하는, 그린에너지 발전 출력을 입력 받는 전원부;를 포함하고,
    상기 계측제어부는:
    소비전력을 최소화 하기 위해 데이터를 수집하도록 제어하는 수집 주기와, 데이터를 수집하여 전송하도록 제어하는 전송 주기를 별도로 관리하도록 제어하되,
    평상 시 딥슬립(Deep sleep)모드를 유지하고, 측정 주기에 맞추어 스스로 웨이크업(wake-up)하여 측정부의 정보를 측정하여 저장하고 다시 딥슬립(Deep sleep)모드를 유지하도록 제어하며, 전송 주기가 아닌 경우에는 모뎀의 전원은 항상 차단되도록 제어하고,
    상기 측정부의 고장 상태를 자체 진단할 수 있는 자가진단모드;를 더 포함하되,
    상기 자가진단모드는:
    상기 측정부로부터 측정한 미소 직류전압을 아나로그(Analog) 신호로 변환하며, 출력 전압이 1DCV 미만이고 특정값 이하일 경우 단선으로 판단하여 알람을 발생시키고,
    압력 측정점의 상한과 하한을 설정한 후, 출력 전압이 설정된 해당 상한 혹은 하한을 초과한 순간 헌팅 데이터는 제외시키고, 상한 혹은 하한을 일정시간 유지할 경우 고장으로 판단하여 알람을 발생시키도록 제어하며,
    배터리 전압이 최저 동작전압에 근접할 경우 10분마다 전압을 측정하고 최초 등록된 전압부터의 누적 시간도 함께 저장하며, 최초 저장 시간부터 현재까지 전압이 하강하고 있으며 누적 시간이 4시간 이상일 경우 슬립 모드 운영 상태로 자동 전환되도록 제어하되,
    슬립 모드 운영 상태에서는, 9분마다 웨이크업하고 1분동안 모뎀 통신 상태를 유지시켜 원격 관제소에 데이터를 보내는 상태로 유지한 후 데이터를 송신하고, 전압을 측정 저장후 다시 슬립 모드로 진입하며, 10분 마다 웨이크업한 측정된 전압이 실시간 운영이 가능한 상태로 판단될 경우 자동으로 실시간 모드로 전환되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 계측제어부는:
    1분 주기의 데이터 수집을 위해 매분 마다 웨이크업 하여 데이터를 수집 후, 딥슬립 모드로 진입하도록 제어하고, 현재 수집 주기가 전송 주기일 경우에는 먼저 모뎀 전원 인가 후 데이터를 수집하며, 모뎀 접속 상태를 확인 후 데이터를 전송하고 딥슬립 모드 재진입하도록 제어하며, 전송 주기마다 이전에 수집된 데이터를 모두 전송하는 것을 특징으로 하는 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 계측제어부는,
    수집 주기 및 전송 주기에 따라 웨이크업 하도록 제어하고, 일정 프로세서 수행 후 딥슬립 모드로 진입하도록 제어하며, 딥슬립(Deep sleep)모드에서 웨이크업(wake-up)을 위해 인터럽트 활성화시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 계측제어부는:
    지정된 주기 마다 딥슬립, 웨이크업, IO정보수집, 저장, 전송(Option) 및 딥슬립을 순차적으로 반복 제어하는 것을 특징으로 하는 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 계측제어부는:
    딥슬립 상태에서 측정부를 통해 수집된 유량, 압력, 수질에 대한 계측데이터에 이상 현상이 보이는 경우에는 사용자가 입력 채널을 지정함에 의해, 딥슬립 상태에서 극히 짧은 주기의 웨이크업 및 순간 압력 측정으로 지정된 입력 채널의 상태 변화에 따라 자동으로 IO정보수집, 저장, 전송하도록 제어하며, 전송 시 이상 여부를 함께 전송하도록 제어하고, 전송 후에는 실행 모드를 실시간 모드로 전환하되, 실시간 모드에서는 IO정보수집을 연속으로 실행하는 것을 특징으로 하는 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 계측제어부는:
    수십 초 이내의 웨이크업(Wake up) 주기로 극히 짧은 시간 동안 유량, 압력, 수질에 대한 정보를 취득하여 1시간 이내의 이전 취득 정보와 비교하여 급격한 계측 데이터 변화 유지 여부를 분석하여 계측 데이터 정보의 이상 유무를 판단하고, 계측 데이터 정보에 이상이 발생시 송수신부에 전원을 공급하여 원격으로 상황실에 유량, 압력, 수질에 대한 계측 데이터 정보의 이상 유무를 전송한 이후 실시간 계측 모드로 자동 전환하는 것을 특징으로 하는 그린에너지를 이용한 상수도 스마트 물 관리용 IoT 기반 저전력 원격감시 제어방법.
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