KR102476393B1 - 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템 - Google Patents

작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템은 작업 현장 내 센싱 데이터를 수신하는 입력부와, 센싱 데이터를 이용하여 유해가스 및 화재에 대한 모니터링을 수행하는 프로그램이 저장된 메모리 및 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하고, 프로세서는 기설정 크기 이하의 IoT 센서 모듈 내 장착되어 PoE(Power of Ethernet) 방식으로 전원을 공급받아 모니터링을 수행한다.

Description

작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템{IoT MONITORING SYSTEM FOR DETECTING HARMFUL GASES AND FIRES IN WORK FIELD}
본 발명은 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템에 관한 것이다.
종래 기술에 따르면, 현장 내 설치 공간의 제약, 설치 가격의 문제 등으로 인해, 농기계 창고 및 생산라인 공장(주요 농기계 보관을 목적으로 하는 작업 공간, 작업 현장)에서 농기계 안전 관리를 위한 모니터링 시스템 구축이 미비한 문제점이 있다.
농기계 창고 모니터링 시스템 구축을 위해서는 클라우드 기반으로 서버를 관리하여야 하는데, 운용 비용 및 네트워크 보안 문제로 인해 기업들은 자사 서버를 활용한다.
자동화재탐지설비는 화재에 의한 열, 연기 등을 초기에 감지하여 소방대상물의 관계자에게 화재가 발생한 것을 알려주는 설비인데, 종래 기술에 따르면 P-1급 수신기에 대한 가격적인 부담이 있고, 소방 관계자가 사용하기에 편리성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 농기계 창고를 포함하는 작업 현장에서 화재 및 가스 누출 등 안전사고 모니터링 시스템을 개발함에 있어서, 설치가 용이하고 실시간으로 데이터를 수집하고 분석하는 것이 가능하며 다수 관리자 간 동시 접근에 따른 보안 확보(데이터 무결성)가 가능한 저가형 IoT 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템은 작업 현장 내 센싱 데이터를 수신하는 입력부와, 센싱 데이터를 이용하여 유해가스 및 화재에 대한 모니터링을 수행하는 프로그램이 저장된 메모리 및 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하고, 프로세서는 기설정 크기 이하의 IoT 센서 모듈 내 장착되어 PoE(Power of Ethernet) 방식으로 전원을 공급받아 모니터링을 수행한다.
본 발명에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템은 PoE 방식으로 전원 공급 시 DC to DC 컨버팅을 수행하는 컨버터를 더 포함한다.
상기 입력부는 상기 IoT 센서 모듈의 확장 포트를 통해 수신되는 센서로부터 상기 센싱 데이터를 수신한다.
상기 프로세서는 이상 신호 발생 여부를 판단하여, 기준값 이내 범위의 상기 센싱 데이터에 대해서는 대기 모드로 진입하고, 상기 기준값을 초과하는 범위의 상기 센싱 데이터에 대해서는 서버 알림 전송 모드로 진입한다.
상기 프로세서는 협대역 사물 인터넷 통신 방식 및 PoE 방식 겸용 통신 펌웨어를 제공하며, 디버깅 핀을 통해 유무선 통신 모드가 변경되고, 유무선 통신망을 통해 펌웨어 설정 파라미터를 변경하며, 상기 IoT 센서 모듈의 추가 및 연동에 관한 파라미터를 관리한다.
상기 프로세서는 상기 PoE 유실 시 기설정 시간 내 상기 협대역 사물 인터넷 통신 방식의 무선망으로 전환하는 백업 네트워크 기능을 제공하고, 상기 PoE의 유선망 상태를 확인하여 재접속을 시도한다.
상기 프로세서는 상기 IoT 센서 모듈 및 서버 간의 인증 절차를 수행한다.
상기 프로세서는 MQTT 기반의 통신 인터페이스를 통해 기설정된 이벤트 발생에 따라 데이터 전송을 수행한다.
상기 프로세서는 모니터링 서비스 별 평균 요청 및 전달 빈도, 지속 시간, 리소스 사용량을 고려하여 자원을 동적으로 할당한다.
본 발명에 따르면, 예기치 않은 정전 등 전력 확보가 불가능한 상황에서도, 허브에 장착된 UPS로 일정 시간 농기계 창고 등의 작업 현장에 대한 안전 모니터링(가스누출, 화재 등)이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 농기계 창고 등 작업 현장에 대한 안전 모니터링의 다양한 기능으로의 확장이 가능한 센서 플로그 앤드 플레이 기반의 초소형 확장 적용이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 확장 포트를 통해서 센서 추가가 가능한 초소형 확장 모듈 기술의 구현이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, PoE(Power over Ethernet) 방식으로 별도 내장 배터리가 불필요한 초소형 센서 모듈을 제공하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 초소형 미니 센서모듈(70x55x35mm 이하)을 농기계 창고 등 작업 현장 내에 자유롭게 설치 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 농기계 창고 모니터링 기능별 IoT 모듈 확장에 따른 메시지 오버헤드의 경량화가 가능한 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 기반의 초경량 저전력 IoT 프로토콜을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 AI-IoT 화재 감시 단말 디바이스를 도시한다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템을 도시하고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 AI-IoT 화재 감시 단말 디바이스를 도시한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 초소형 형태(70x55x35mm이하)의 IoT 센서모듈을 구현하고, PoE(Ethernet) 유선망 및 NB-IoT 무선망 통합 GW/SW를 구현하며, MQTT 경량화를 위한 QoS 부하 최적화모델을 구현한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모듈 초소형화를 통해, 농기계 창고 및 생산라인 공장(이하 본 발명의 적용을 목적으로 하는 주요 농기계 보관을 목적으로 하는 작업 공간으로서, 작업 현장으로 통칭함) 내 설치하는 안전사고 모니터링용 IoT 모듈에 따른 공간적 한계를 해소한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 작업현장 모니터링용 IoT 모듈 범용 확장성 확보를 위한 소프트웨어 개발 및 메시징 경량화가 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 블록체인 기반의 다수 작업자 및 서버 운영자 간 데이터 수집/분석 결과의 전달 과정에 대한 투명성 및 안정성 확보가 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 작업 현장 내에서의 화재 및 가스누출 등 안전사고 모니터링을 수행하되, 초경량 및 초소형 디바이스를 제공하여 설치가 용이하고, 실시간 데이터 수집 및 분석이 가능하며(초저지연), 다수 관리자 간 동시 접근에 따른 보안 확보(데이터 무결성)이 가능한 저가형 IoT 모니터링 시스템을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템은 작업 현장 내 센싱 데이터를 수신하는 입력부(110)와, 센싱 데이터를 이용하여 유해가스 및 화재에 대한 모니터링을 수행하는 프로그램이 저장된 메모리(120) 및 프로그램을 실행시키는 프로세서(130)를 포함하고, 프로세서(130)는 기설정 크기 이하의 IoT 센서 모듈 내 장착되어 PoE(Power of Ethernet) 방식으로 전원을 공급받아 모니터링을 수행한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 솔라비콘을 이용하여PoE 기반으로 베터리 없는 형태의 초소형 IoT 모듈을 구현하고, 유연성이 보장된 플랙서블 형태의 IoT모듈 제작이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템은 PoE 방식으로 전원 공급 시 전송되는 고전압을 버틸 수 있는 DC to DC 컨버팅을 수행하는 컨버터를 더 포함한다.
입력부(110)는 IoT 센서 모듈의 확장 포트를 통해 수신되는 센서로부터 센싱 데이터를 수신한다.
본 발명의 실시예에 따르면 단일 센서 모듈에 기능별 확장 설계가 가능하여, 6축 센서, 산소 센서 등 기능별 멀티 센서의 융합이 가능하다.
외부 확장 포트 설계를 통해 범용적인 센서 확장 지원이 가능하고, 기능별 센서 확장 가능한 I2C 통신 인터페이스 제공이 가능하다.
프로세서(130)는 이상 신호 발생 여부를 판단하여, 기준값 이내 범위의 센싱 데이터에 대해서는 대기 모드로 진입하고, 기준값을 초과하는 범위의 센싱 데이터에 대해서는 서버 알림 전송 모드로 진입한다.
이상 신호 발생 시 실시간으로 서버에 전송하는 알림 펌웨어를 제공하며, threshold값 범위 내 대기모드(standby-모드)와, 범위를 초과 시 서버 알림 전송모드(activity-모드) 기능을 포함하며, 이상신호 대기 및 전송 간 펌웨어 모드 변경 기능을 제공한다.
프로세서(130)는 협대역 사물 인터넷 통신 방식 및 PoE 방식 겸용 통신 펌웨어를 제공하며, 디버깅 핀을 통해 유무선 통신 모드가 변경되고, 유무선 통신망을 통해 펌웨어 설정 파라미터를 변경하며, IoT 센서 모듈의 추가 및 연동에 관한 파라미터를 관리한다.
본 발명의 실시예에 따르면, NB-IoT 및 PoE 겸용 통신 펌웨어에 관한 세부 기술 구현 방법이 있으며, NB-IoT(무선)/PoE(유선) 통신 방식 선택 기능, 유무선 통신모드 자동/수동 변경 기능, 디버깅 핀을 통한 유무선 통신모드 변경기능, 유무선 통신망을 통한 펌웨어 설정 파라미터 변경 및 수정기능, 초소형 IoT 센서모듈 추가 및 연동 가능한 설정 파라미터 관리 기능을 제공한다.
프로세서(130)는 PoE 유실 시 기설정 시간 내 상기 협대역 사물 인터넷 통신 방식의 무선망으로 전환하는 백업 네트워크 기능을 제공하고, PoE의 유선망 상태를 확인하여 재접속을 시도한다.
프로세서(130)는 IoT 센서 모듈 및 서버 간의 인증 절차를 수행한다.
PoE 유실 시 기설정 시간(예: 100ms) 내 NB-IoT 무선망 전환 가능한 백업 네트워크 기능을 제공하고, PoE 유선망 상태 확인(Keep-Alive메시지) 및 재접속 기능을 제공한다.
또한, 초소형 IoT모듈 확장(N개)에 따른 서버에서의 세션관리기능 구현 및 IoT모듈 및 서버 간(N:1) 서버 인증요청 및 인증세션 발급 절차 기능을 제공한다.
프로세서(130)는 MQTT 기반의 통신 인터페이스를 통해 기설정된 이벤트 발생에 따라 데이터 전송을 수행한다.
MQTT 기반 통신 인터페이스 구현과 관련하여, 설정 주기 및 농기계 창고 등 작업현장 모니터링을 위해 사전에 설정된 주요 이벤트(화재 감지, 가스 누출, 산소 포화도 범위 등) 발생에 따라 데이터 전송 가능한 Pub/Sub 및 브로커 간 메시지 절차 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 분산 유무선 센서 네트워크 환경에서의 블록체인 모델을 적용하기 위해 데이터를 동기화시키고, QoS의 보장이 가능하도록 분산 MQTT/MQTT-SN Broker 관리 기능이 제공된다.
프로세서(130)는 모니터링 서비스 별 평균 요청 및 전달 빈도, 지속 시간, 리소스 사용량을 고려하여 자원을 동적으로 할당한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모니터링 서비스별 평균 요청 및 전달빈도, 지속시간, 리소스 사용량 등을 고려한 동적 자원 할당 기능이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전송 메시지 부하 최적화를 위한 MQTT 최적 QoS(QoS:0~2) 모델 구현 방법을 제공하고, emqtt 오픈라이브러리를 사용한 MQTT 토픽 사용에서의 부하 최적화를 위한 shared subscription 기법 구현 방법을 제공한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 AI-IoT 화재 감시 단말 디바이스는 복합 가스 센싱 모듈(210), 불꽃 및 연기 감지 센서(220), 대기 순환 장치(230), IMU 센싱 모듈(240), 유무선 통신 모듈(250), 파워 충전 모듈(260), 레이저 DOE 기반 화재 유도 프로젝터(270) 및 장치 상태 등(280)을 포함한다.
복합 가스 센싱 모듈(210)은 산업 특성에 맞는 가스 센서가 적용되며, 온습도 센서가 탑재된다.
불꽃 및 연기 감지 센서(220)은 분자 광학 방식이 적용될 수 있고, 카메라 방식으로 감지를 수행할 수 있다.
대기 순환 장치(230)는 내부 소형 팬을 통해 가스 센싱을 최적화한다.
IMU 센싱 모듈(240)은 가속도, 자이로 센서, 마그네토, 알벽 센서를 포함한다.
유무선 통신 모듈(250)은 LTE M Cat1 IoT 모듈로서, PoE 기반 100MBps 이더넷, 실시간 RS485 제어 통신을 지원한다.
파워 충전 모듈(260)은 내부 리튬 이온 배터리를 장착하며, UPS 지원 에너지 보조 전원을 지원하고, 솔라패널 기반으로 에너지 충전을 수행한다.
레이저 DOE 기반 화재 유도 프로젝터(270)는 레이저 기반의 화재 대피 디스플레이를 제공한다.
장치 상태 등(280)은 장치의 상태 모니터링 LED이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 방법은 컴퓨터 시스템에서 구현되거나, 또는 기록매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 적어도 하나 이상의 프로세서와, 메모리와, 사용자 입력 장치와, 데이터 통신 버스와, 사용자 출력 장치와, 저장소를 포함할 수 있다. 전술한 각각의 구성 요소는 데이터 통신 버스를 통해 데이터 통신을 한다.
컴퓨터 시스템은 네트워크에 커플링된 네트워크 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 프로세서는 중앙처리 장치(central processing unit (CPU))이거나, 혹은 메모리 및/또는 저장소에 저장된 명령어를 처리하는 반도체 장치일 수 있다.
메모리 및 저장소는 다양한 형태의 휘발성 혹은 비휘발성 저장매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 메모리는 ROM 및 RAM을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 방법은 컴퓨터에서 실행 가능한 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 방법이 컴퓨터 장치에서 수행될 때, 컴퓨터로 판독 가능한 명령어들이 본 발명에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 방법을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.

Claims (9)

  1. 작업 현장 내 센싱 데이터를 수신하는 입력부;
    상기 센싱 데이터를 이용하여 유해가스 및 화재에 대한 모니터링을 수행하는 프로그램이 저장된 메모리; 및
    상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 기설정 크기 이하의 IoT 센서 모듈 내 장착되어 PoE(Power of Ethernet) 방식으로 전원을 공급받아 상기 모니터링을 수행하고,
    상기 프로세서는 협대역 사물 인터넷 통신 방식 및 PoE 방식 겸용 통신 펌웨어를 제공하며, 디버깅 핀을 통해 유무선 통신 모드가 변경되고, 상기 PoE 유실 시 100ms 내 상기 협대역 사물 인터넷 통신 방식의 무선망으로 전환하는 백업 네트워크 기능을 제공하고, 상기 PoE의 유선망 상태를 확인하여 재접속을 시도하고, 유무선 통신망을 통해 펌웨어 설정 파라미터를 변경하며, 상기 IoT 센서 모듈의 추가 및 연동에 관한 파라미터를 관리하고,
    상기 프로세서는 MQTT 기반의 통신 인터페이스를 통해 화재 감지, 가스 누출, 산소 포화도 범위에 따라 데이터 전송을 수행하되, 모니터링 서비스 별 평균 요청 및 전달 빈도, 지속 시간, 리소스 사용량을 고려하여 자원을 동적으로 할당하는 것
    인 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PoE 방식으로 전원 공급 시 DC to DC 컨버팅을 수행하는 컨버터를 더 포함하는 것
    인 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는 상기 IoT 센서 모듈의 확장 포트를 통해 수신되는 센서로부터 상기 센싱 데이터를 수신하는 것
    인 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 이상 신호 발생 여부를 판단하여, 기준값 이내 범위의 상기 센싱 데이터에 대해서는 대기 모드로 진입하고, 상기 기준값을 초과하는 범위의 상기 센싱 데이터에 대해서는 서버 알림 전송 모드로 진입하는 것
    인 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 IoT 센서 모듈 및 서버 간의 인증 절차를 수행하는 것
    인 작업 현장에서 유해가스와 화재를 감지하는 IoT 모니터링 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
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