KR20000056862A - 빌딩자동화시스템의 무선 온도 및 습도 센서 - Google Patents

Abstract

빌딩의 감지하고자 하는 위치에 설치되어, 온도 및 습도를 감지하여 무선으로 송신하는 온습도 센서의 무선송신부와, 상기 무선송신부로부터 수신된 온도 및 습도 데이터를 출력하는 온습도센서의 무선수신부를 가진 무선 온습도센서와; 컴퓨터 본체와 모니터로 구성되어 상기 무선 온습도 센서를 포함한 빌딩의 각종 장치들의 작동상태를 디스플레이하는 호스트와; 일측이 상기 호스트와 연결되고, 타측이 상기 무선 온습도센서를 포함한 각종 장치들과 연결되어, 무선온습도를 포함한 각종 장치들을 자동으로 제어하는 CPU모듈을 포함한 빌딩자동화시스템의 무선 온습도 센서에 관한 것으로서, 배선의 설치에 따른 빌딩내부의 인테리어 작업을 할 필요가 없기 때문에 실내의 인테리어를 훼손시키지 않을 뿐만 아니라, 온도 및 습도를 무선으로 송신하기 때문에 온습도 센서의 송신부를 소정 범위의 어떤 장소라도 이동이 간편하기 때문에 편의성을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

빌딩자동화시스템의 무선 온도 및 습도 센서{wireless sensor for sensing temperature and humidity in building automation system}

본 발명은 온습도센서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 빌딩내의 온도 및 습도를 감지하고, 감지된 온습도 데이터를 무선으로 전달하도록 한 빌딩자동화시스템의 무선 온도 및 습도 센서에 관한 것이다.

일반적으로, 빌딩에는 특정업무에 종사하거나 거주하는 사람들을 위한 각종장치들이 설치되어 있고, 관리자가 일일이 제어할 수 없기 때문에 이러한 빌딩의 장치들은 소정의 프로그래밍된 제어장치에 의해서 자동으로 제어하는 것이 대부분이다.

예를 들어서, 빌딩의 각종장치들에는 빌딩의 이용자를 해당 층으로 수직 이동시켜주는 엘리베이터, 지하 주차장과 같이 환기가 적절히 이뤄지지 않는 공간을 환기시켜주는 환기시스템, 빌딩의 각처로 공급되는 물을 저장하는 물탱크의 수위를 제어하는 수위조절 장치, 빌딩 내의 조명시설을 제어하는 조명장치 등이 있다. 이러한 장치들은 빌딩자동화시스템에 의해서 자동으로 제어되는데, 하나의 장치가 고유한 기능을 수행하기 위해서는 여러 가지 기능성 모듈이 필요하다.

이러한 모듈중에서 빌딩 내부의 상태를 검출하는 많은 종류의 센서가 사용되고, 이중에서 대표적인 것이 온도 및 습도를 감지하는 온습도 센서이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 일반적인 빌딩자동화시스템의 온습도 센서를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 빌딩자동화시스템에 온습도 센서가 연결된 상태를 나타낸 구성도로서, 빌딩의 각종장치들의 동작상태를 모니터에 디스플레이하고, 빌딩 관리자의 데이터 입력을 받을 수 있는 호스트(10)가 설치되어 있다. 이때, 호스트(10)는 컴퓨터 본체와 모니터, 그리고 키보드와 같은 입력수단으로 구성되어 있다.

상기 호스트(10)의 본체에는 이더넷 랜용 케이블(L1)이 접속되어 있고, 이 케이블을 통하여 CPU모듈(12)의 일측과 접속되어 있다. 이 CPU모듈(12)의 타측에는 시리얼통신용 케이블(L2)이 접속되어 있고, 이 시리얼 통신용 케이블을 통하여 빌딩의 각종장치와 접속되어 있다. 즉, 상기 CPU 모듈(12)은 온습도 센서(14), 제1 내지 제n 기능모듈(16)(18)(20)과 각각 접속되어 있는 것이며, 상기 기능모듈 간에도 시리얼 통신용 케이블(L2)로써 서로 접속되어 있다.

상기한 바와 같은 온습도 센서의 세부적 구성을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 온습도 센서의 세부적 구성을 나타낸 구성도로서, 빌딩의 온도를 감지하는 온도센서(14a)와, 빌딩의 습도를 감지하는 습도센서(14b)가 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환해주는 A/D 컨버터(14c)의 입력단에 접속되어 있다. 상기 A/D 컨버터(14c)의 출력단은 다른 장치와의 인터페이스를 위한 인터페이스부(14d)와 접속되어 있고, 이 인터페이스부(14d)는 로컬버스와 연결되어 있다.

이러한 구성을 가진 온습도 센서의 동작을 설명하면 다음과 같다.

우선, 온도센서(14a)는 빌딩 내의 온도를 감지하여 전기적 아나로그 신호를 상기 A/D 컨버터(14c)로 전달하고, 습도센서(14b)도 이와 유사하게 빌딩 내의 습도를 감지하여 전기적 아나로그 신호를 상기 A/D 컨버터(14c)로 전달한다. 상기 온도 및 습도에 대한 아나로그 전기적 신호를 입력받은 A/D 컨버터(14c)는 아나로그 전기 신호를 샘플링하여 그에 상응하는 디지털 전기 신호로 변환해준다. 디지털로 변환된 전기신호는 인터페이스부(14d)로 전달되고, 인터페이스부(14d)는 다른 장치나 다른 시스템과 데이터를 주고받을 수 있는 형태의 신호로써 로컬버스로 전송한다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 빌딩자동화시스템의 온습도 센서는 유선으로 연결되어 있고, 온습도 센서는 실내에서 사용되는 것이 대부분이기 때문에 긴거리의 배선이 인테리어를 손상시키는 단점이 있다.

또한, 빌딩 내부의 인테리어와 어울리는 디자인과 배선이 필요하지 않는 센서가 요청되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 극복하기 위하여 실내의 인테리어를 손상시키지 않을 뿐만 아니라, 휴대용으로도 사용할 수 있는 무선 온습도 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 빌딩자동화시스템의 각종 장치들의 연결 상태를 나타낸 구성도.

도 2는 도 1에 도시된 온습도 센서의 내부구조를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온습도 센서의 송신부의 내부구조를 나타낸 구성도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온습도 센서의 수신부의 내부구조를 나타낸 구성도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 무선 온습도 센서가 빌딩자동화시스템에 접속되어 있는 것을 나타낸 구성도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

34 - 온습도 센서의 송신부34a - 온도센서

34b - 습도센서34c - A/D 컨버터

34d - 데이터처리부34e - 무선송신부

34f - 제1 안테나34g - 배터리

36 - 온습도 센서의 수신부36a - 제2 안테나

36b - 무선수신부36c - 데이터처리부

36d - 인터페이스부36e - 전원부

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 빌딩의 온도 및 습도를 감지하여 무선으로 송수신하는 빌딩자동화시스템의 무선 온습도센서로서, 빌딩의 감지하고자 하는 위치에 설치되어, 온도 및 습도를 감지하여 무선으로 송신하는 온습도 센서의 무선송신부와, 상기 무선송신부로부터 수신된 온도 및 습도 데이터를 출력하는 온습도센서의 무선수신부를 가진 무선 온습도센서와; 컴퓨터 본체와 모니터로 구성되어 상기 무선 온습도 센서를 포함한 빌딩의 각종 장치들의 작동상태를 디스플레이하는 호스트와; 일측이 상기 호스트와 연결되고, 타측이 상기 무선 온습도센서를 포함한 각종 장치들과 연결되어, 무선온습도를 포함한 각종 장치들을 자동으로 제어하는 CPU모듈을 포함한 빌딩자동화시스템의 무선 온습도 센서를 제공하는 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빌딩자동화시스템의 무선온습도 센서의 송신부의 내부구성을 나타낸 구성도로서, 온도 및 습도를 감지하고자 하는 위치에 온도센서(34a)와 습도센서(34b)가 각각 설치되어 있고, 상기 온도센서(34a) 및 습도센서(34b)와 각각 연결되어 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 컨버터(Analog to Digital Converter; 이하, A/D 컨버터라 칭함, 34c)가 설치되어 있다. 바람직하게, 본 실시예에서 사용된 온도센서는 pt1000을 사용하고, 온도에 따른 저항값의 변화의 폭이 미세하기 때문에 차동 증폭회로를 이용해서 0∼3 V로 변환한 다음, A/D 변환 입력 신호를 만든다.

또한, 상기 습도센서에서 검출된 전압과, 그 변화의 폭이 미세하기 때문에, 차동 증폭회로를 이용해서 0∼3 V로 변환한 다음, A/D 입력신호를 만든다.

이 A/D 컨버터는 디지털화된 온도 및 습도 데이터를 변조시키는 데이터처리부(34d)와 접속되어 있고, 이 데이터처리부(34d)는 신호파를 반송파에 실어보내는 기능을 수행하는 무선송신부(34e)와 접속되어 있다. 또한, 상기 무선송신부(34e)는 양호한 무선 데이터의 송신을 위해 안테나(34f)와 접속되어 있다.

이와같은 구성을 가진 온습도 센서의 무선송신부의 기능 및 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 온도센서(34a)는 온도를 감지하여 아나로그 전기신호를 출력하고, 상기 습도 센서(34b)는 습도를 감지하여 아나로그 전기신호를 출력한다. 온도 및 습도의 아나로그 전기신호를 전달받은 A/D 컨버터(34c)는 아나로그값을 디지털값으로 변환한 다음, 상기 데이터처리부(34d)로 디지털화된 온도 및 습도 데이터를 전달한다. 디지털화된 온도 및 습도 데이터를 입력받은 데이터처리부(34d)는 디지털화된 온도 및 습도 데이터를 무선으로 송신하기 위하여 변조 과정을 수행한다. 변조된 온도 및 습도 데이터는 제1 안테나(34f)를 통하여 공기중으로 송신된다. 이때, 이러한 데이터를 변조시키는 기본적인 개념은 반송파에 송신하려는 신호파를 실어서 송신하고, 수신된 데이터는 반송파와 신호파가 혼합된 상태이기 때문에 복조 단계를 통해 반송파를 제거하고, 신호파에서 원래의 온도 및 습도 데이터만 전달하게 된다.

여기서, 무선 송신하려는 데이터를 변조하는 방법에는 크게 아나로그 변조와 디지털 변조가 있는데, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

전달하고자 하는 신호의 주파수 대역이 매체의 성질에 맞지 않을 경우에, 이 신호의 주파수 대역을 옮겨서 전송해야 한다. 예를 들어, 사람의 목소리를 라디오 방송을 통해서 전송하고자 하면, 음성신호의 주파수 대역을 라지오 전파에서 사용되는 주파수 대역으로 옮겨 주어야 한다. 변조(Modulation)는 전송하려고 하는 신호를 보다 높은 주파수 대역의 반송신호(Carrier Signal)에 싣는 과정이다. 변조를 거친 신호에서는 주파수 대역의 반송신호(Carrier Signal)에 싣는 과정이다. 변조를 거친 신호에서는 주파수대역만이 이동되었을 뿐, 원래의 내용(정보)은 그대로 보존된다. 이때, 전송하려는 신호를 기저대신호(baseband signal 혹은 modulating signal)라고 하며, 변조의 결과로 얻어진 신호를 변조된 신호(modulated signal)라고 한다.

변조는 아날로그변조와 디지털변조로 구분되는데, 기저대 신호가 아날로그이면 아날로그변조, 디지털이면 디지털변조라고 한다. 또한, 변조기술은 변조에 의해 바뀌게 되는 신호의 3가지요소 - 진폭(amplitude), 주파수(frequency), 위상(phase)-에 따라 다음과 같이 분류된다.

진폭변조(Amplitude Modulation ; AM)는 기저대의 신호에 따라 반송신호의 진폭만을 변화시키는 방법이고, 주파수변조(Frequency Modulation ; FM)는 기저대의 신호에 따라 반송신호의 순간 주파수만을 변화시키는 방법이며, 위상변조(Phase Modulation ; PM)는 기저대의 신호에 따라 반송신호의 순간위상만을 변화시키는 방법이다.

또한, 같은 신호를 같은 반송파로 변조하더라도, 그 방법에 따라서 변조된 신호의 형태는 다르게 된다. 변조되어 전달된 신호로부터 반송신호를 제거하면 기저대 신호를 얻게되고, 이 과정을 복조(Demodulation)라고 한다.

그리고, 변조가 필요한 이유에는 여러 가지가 있다. 무선통신에서 변조과정을 거치지 않은 낮은 주파수의 기저대 신호를 직접 보내면 수신측의 안테나의 크기가 수 킬로미터에 달해야 하는 문제가 생긴다. 또한, 변조를 하는 가장 큰 이유는 변조를 통하면, 주파수 분할 다중화가 가능해져, 하나의 매체를 통하여 여러정보를 동시에 전송할 수 있기 때문이다.

이러한 변조방식중에서 본 실시예에서 사용된 변조 방식은 디지털 변조방식이고, 주파수 대역은 400∼500MHz이며, 바람직한 주파수 대역은 447MHz이다.

상술한 바와 같이 무선송신된 온도 및 습도 데이터를 수신하는 온습도 센서의 수신부를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온습도 센서의 수신부의 세부적 구성을 나타낸 구성도로서, 제2 안테나(36a)가 설치되어 있고, 제2 안테나(36a)는 무선수신부(36b)와 연결되어 있다. 또한, 상기 무선수신부(36b)는 데이터처리부(36c)와 연결되어 있고, 데이터처리부(36c)는 인터페이스부(36d)와 접속되어 있다. 그리고, 상기 무선수신부(36b), 데이터처리부(36c), 인터페이스부(36d)에 전원을 공급하기 위한 전원부(36e)가 각각 접속되어 있다.

이와같은 구성을 가진 온습도 센서의 수신부의 세부적 기능 및 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 제2 안테나(36a)는 무선으로 송신된 데이터를 공기중에서 캡쳐하기 위한 것으로서, 공기중을 통해서 전달되는 여러 가지 전파들을 포획하고, 상기 무선수신부(36b)는 제2 안테나(36a)에 잡힌 여러 가지 전파들중에 온도 및 습도 데이터가 있는지 없는지를 검사하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 데이터처리부(36c)는 무선수신부(36b)에서 전달한 데이터에서 반송파를 제거하여 원래의 신호파로 복원시키는 기능을 수행하고, 상기 인터페이스부(36d)는 다른 시스템과의 통신에 적합하도록 데이터 방식을 변환하는 기능을 수행한다. 그리고, 상기 무선수신부(36b)와, 데이터처리부(36c)와, 인터페이스부(36d)에 각각 접속되어 소정의 전원을 공급하는 전원부(36e)가 설치되어 있다.

여기서, 상기 제1 및 제2 안테나에서 데이터의 송수신이 원활하게 이뤄지는 것이면 무엇이나 가능하지만, 본 실시예에서 사용된 안테나는 내부에 코일이 감겨진 봉형의 전방향 안테나이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 무선 온습도 센서가 빌딩자동화시스템에 장치된 연결 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 온습도 센서가 빌딩자동화시스템에 장된 상태를 나타낸 구성도로서, 빌딩에 설치된 각종 장치들의 동작 상태를 디스플레이하고, 사용자가 소정의 설정치를 입력할 수 있는 호스트(10)가 설치되어 있다. 이 호스트(10)는 이더넷 랜 케이블을 통해서 CPU 모듈(12)과 연결되어 있고, 이 CPU모듈(12)은 시리얼통신용 케이블을 통해 빌딩 내의 각종 장치들 즉, 무선온습도 센서의 수신부(36)와 제1 내지 제n 기능모듈(16)(18)(20)과 각각 접속되어 있다.

이와같은 구성을 가진 빌딩자동화시스템의 세부적인 각각의 기능 및 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기한 바와 같은 무선 온습도센서는 빌딩자동화시스템에 수신부(36)만이 접속되어 있고, 송신부(34)는 온도 및 습도를 측정하고자 하는 장소에 설치하면 된다. 그리고, 상기 제1 내지 제n 기능모듈(16)(18)(20)은 빌딩의 운영에 필요한 엘리베이터, 공기조화기, 난방시스템과 같은 것이고, 빌딩의 규모와 환경에 따라 다양한 형태의 장치들이 설치된다.

또한, 상기 CPU모듈(12)은 빌딩에 설치된 각종 장치들을 소정의 설정치에 따라 자동으로 제어하는 기능을 수행한다.

그리고, 상기 호스트(10)는 컴퓨터본체와 모니터, 그리고 키보드, 마우스와 같은 입력수단으로 구성되어 상기 각종장치들의 동작상황을 모니터에 디스플레이하고, 빌딩의 관리자가 입력하거나 변경한 설정치에 따른 제어명령을 상기 CPU모듈(12)로 전달하는 기능을 수행한다.

한편, 상기 호스트(10)와 CPU모듈(12)은 이더넷랜 케이블로써 접속되어 있고, 상기 CPU모듈(12)과 무선 온습도센서의 수신부(36), 제1 내지 제n 기능모듈(16)(18)(20)은 각각 시리얼통신용 케이블로써 접속되어 있다. 따라서, 상기 호스트(10)는 상기 이더넷랜상에서 같은 건물의 동일 네트웍 그룹의 시스템 뿐만 아니라, TCP/IP 프로토콜을 이용하여 멀리 떨어진 위치 즉, 전세계와 데이터를 주고받을 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 무선 온습도센서는 절전모드를 지원하고 있는데, 하드웨어 기술과 소프트웨어 기술이 결합된 것이다.

하드웨어로서는 2개의 CPU를 사용하는데, 하나의 CPU는 데이터의 송수신과 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 데이터처리를 담당하고, 다른 CPU는 낮은 주파수로 동작하고, 소모전류가 10㎂ 이하로 설계되어 있다.

즉, 상기 CPU는 롬(ROM), 램(RAM), A/D 컨버터가 내장된 PIC14000, P12C508을 사용하는데, 정상모드에는 PIC14000을 사용하고, 절전모드에는 P12C508을 사용한다.

그리고, 소프트웨어로서는 송신시간에 따라 전류의 소모량에 비례하기 때문에 최소한의 시간으로 최대의 정보를 에러없이 보낼수 있도록 설계된 프로그램을 사용한다.

이와같이, 전원으로 건전지를 사용하고, 온습도센서와 감지된 신호를 처리하여 무선으로 송수신하여 전원과 통신을 위한 어떠한 배선도 필요치 않을 뿐만 아니라, 무선으로 데이터를 전송할 경우 이를 다시 아나로그 신호로 변환하여 기존의 계측기기들에서도 특별한 회로의 수정 없이 사용할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 바람직한 양태에 따르면 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 배선의 설치에 따른 빌딩내부의 인테리어 작업을 할 필요가 없기 때문에 실내의 인테리어를 훼손시키지 않는 장점이 있다.

둘째, 온도 및 습도를 무선으로 송신하기 때문에 온습도 센서의 송신부를 소정 범위의 어떤 장소라도 이동이 간편하기 때문에 편의성을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 빌딩의 온도 및 습도를 감지하여 무선으로 송수신하는 빌딩자동화시스템으로서,

   빌딩의 감지하고자 하는 위치에 설치되어, 온도 및 습도를 감지하여 무선으로 송신하는 온습도 센서의 무선송신부와, 상기 무선송신부로부터 수신된 온도 및 습도 데이터를 출력하는 온습도센서의 무선수신부를 가진 무선 온습도센서와,

   컴퓨터 본체와 모니터로 구성되어 상기 무선 온습도 센서를 포함한 빌딩의 각종 장치들의 작동상태를 디스플레이하는 호스트와,

   일측이 상기 호스트와 연결되고, 타측이 상기 무선 온습도센서를 포함한 각종 장치들과 연결되어, 무선온습도를 포함한 각종 장치들을 자동으로 제어하는 CPU모듈을 포함한 빌딩자동화시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 무선온습도 센서의 변조방식은 디지털 진폭 변조이고, 사용하는 주파수 대역은 400∼500MHz인 빌딩자동화시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 온도센서는 온도에 따라 저항이 변하는 저항형이고, 전류를 흘린 상태에서 기준 전류와 비교해서 온도를 측정하는 빌딩자동화시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나는 임피던스가 50Ω이고, 내부에 코일이 감겨진 봉형인 아파트자동제어시스템.