KR20020065706A

KR20020065706A - 피씨에스 통신망을 이용한 원격 계측용 데이터로거의시간표준화방법

Info

Publication number: KR20020065706A
Application number: KR1020010005871A
Authority: KR
Inventors: 이종국
Original assignee: 주식회사 데이타 피씨에스
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2002-08-14

Abstract

본 발명은 현장과 멀리 떨어진 곳에서 현장 상황을 정확하게 모니터링하기위해 사용되어지는 원격 계측용 데이터로거의 시간표준화방법에 관한 것으로, GPS시간정보를 가진 PCS(이동전화)의 신호를 이용하여서 데이터로거(11) 내부의 시간칩(14)이 GPS시간정보에 의해 수시 보정되어지도록 함에 따라, 여러 곳에 흩어져 설치된 데이터로거(11)들로부터 정확한 시간에 대한 계측자료를 받아볼 수 있도록 함으로써 보다 정확한 계측이 가능해지도록 한다.

즉, 본 발명에서는 데이터 로거(11)에 내장된 PCS 무선모뎀(16)에 의해 GPS 시간정보를 PCS 기지국(30)으로부터 수시로 받아들이고, 이와 같이 수신되어진 GPS 시간정보는 싱글보드 컴퓨터(12)를 통해 시간칩(14)에 전달되어 시간정보가 보정되어지도록 함에 따라, 모든 데이터로거(11)에서는 항상 정확한 시간정보에 대한 계측값을 얻을 수 있도록 한다.

다시 말해, 본 발명에서는 PCS(이동전화)신호로부터 인공지능적으로 추출되어진 GPS 시간정보에 의해 데이터로거의 시간 칩(14)이 수시로 보정되어지도록 함으로서, 독자적으로 계측을 수행하던 현장 계측시스템들이 모두 통일적으로 동기화되어지도록 한다.

이에 따라, 데이터로거(11) 자체의 시간이 세계협정시간(UTC)으로 수정되어지므로, 각 지점에 설치된 여러 데이터로거(11)에서의 시간은 마치 한개의 시계에 의한 것처럼 일치되어진다.

Description

피씨에스 통신망을 이용한 원격 계측용 데이터로거의 시간표준화방법{The time standardizing method which is used at the remote measuring data logger using PCS network}

본 발명은 현장과 멀리 떨어진 곳에서 현장 상황을 정확하게 모니터링하기위해 사용되어지는 원격 계측용 데이터로거의 시간표준화방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 데이터로거에서의 시각 정보를 PCS에 의한 GPS 시각정보로부터 얻을 수 있도록 하여 지역별로 분포된 다수개의 데이터로거에 대해 시각정보의 계측값을 균일하게 적용할 수 있도록 함에 따라 보다 정확한 계측값을 얻을 수 있도록 한 것이다.

최근 수년동안 국내의 컴퓨터와 전자 정보통신, 인터넷 등 전체 사회의 정보통신 기간통신망이 급속하게 확대되고 통신의 패러다임이 무선 디지털 통신으로 구축되는 대변혁의 시대를 맞고 있다.

종래에는 현장계측 시스템은 현장 상황을 계측한 후, 유선이나 고가의 무선 텔레미터망을 사용하여 수십 ㎞내지는 수백 ㎞ 떨어진 현장 상황실에 전송하도록 되어 있어, 해양, 해안지역이나 강 하구 등과 같이 현장의 제반조건이 어려울 경우에는 유선을 이용하는데 많은 어려움이 있고, 텔레미터망을 이용할 경우 전송거리의 제한(10㎞ 이내)이나 전파에 노이즈가 섞이는 문제점이 빈번히 발생하였다.

또한 종래에는 고가의 자동제어 장비를 운용하면서도 현장 계측이 24시간동안 지속적으로 이루지지 않아 비효율적이고 비경제적인 문제점을 안고 있었다.

그리하여 보다 간편하고 현장 조건에 쉽게 적응하면서 계측 및 제어할 수 있는 시스템이 절실하게 요구되었으므로, 본 발명자는 오랜동안의 연구과정을 통하여 특허출원 제 2000-21972호(출원일 : 2000. 4. 25.)에서와 같은 PCS 통신망을 이용한 원격계측용 시스템을 제시한 바 있다.

여기에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 현장에서 발생한 자료를 수집하여 중앙제어부(20)에 전달하고 관계 시설물들을 자동 제어하도록 현장 계측제어부(10)와, 일반 컴퓨터(21)에 PCS 폰(22) 및 모뎀(23)이 장착되고 시스템 제어 소프트웨어가 구비되는 컴퓨터(21)를 통해 현장 계측제어부(10)가 상호 교신하는 중앙제어부(20)로 이루어져 현장 계측제어부(10)와 중앙제어부(20)는 PCS통신망 및 PSTN 유선망으로 연결되고, 상기 현장 계측제어부(10)는 소형 마이크로 콘트롤러 칩이 장착되는 데이터로거(11), 측정센서(13), GPS 수신기(15), PCS 무선모뎀(16), 자동 제어를 위한 모터(17), 현장영상을 획득하기 위한 디지털 카메라(18), 태양전지(19)를 포함하도록 구성되어져 있다.

따라서, 위와 같은 시스템을 건설현장등에 적용할 경우 멀리 떨어진 건설 현장에서 시시각각으로 변하는 현장 상황을 PCS 망을 이용하여 사무실에서 실시간으로 확인 및 제어가 가능하며, 가격이 저렴하고 시스템간의 호환성이 뛰어나므로 계측을 필요로 하는 모든 장소에 대해 쉽게 적용할 수 있게된다.

한편, 현장계측은 그 목적에 따라 환경, 건설, 기상, 해양등의 여러부류로 나누어지지만 공통적으로 시간에 대한 정보를 수집하여 시간변화에 따른 정보의 추이(推移)를 조사할 필요가 있다.

지금까지 이러한 시간자료는 현장 계측 시스템의 핵심 운영기기인 데이터로거(11)가 시간 칩(Time Clock)을 가지고 있어 여기서 시간자료를 얻어서 사용하고 있다. 그러나 이러한 시간 칩은 한달 이상의 장기간 계측을 수행할 경우 표준시간과는 수분에서 수 십분까지 편차가 생길 뿐 아니라 여러 지점에 각각 설치될 경우 각각의 데이터로거가 저마다 시간의 편차가 일정치 않아 획득된 현장자료의 질을 현저히 떨어뜨릴 뿐 아니라 완전히 쓸모 없게 되기도 한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 종래에는 되도록 정밀도가 높은 시간칩을 사용하여 오차 범위를 줄이려하였으나, 정밀도가 높은 시간칩일수록 고가이므로 시스템 구축비용이 비싸지게되는 문제점이 있으며, 시간칩이 아무리 정밀하더라도 장기간 사용하면 오차가 누적되므로 정기적으로 새로 세팅할 필요가 있는 것이다.

이처럼 데이터로거 사이의 시간오차는 광범위한 지역에 여러 개의 계측기를 설치해야 하는 현장계측 분야(환경, 기상, 해양 환경 등)에서는 매우 심각한 문제로 대두되고 있는 실정이다. 그 예로써 오염발생의 위험이 있는 하천에 수질 계측 시스템을 1㎞마다 10개를 설치했다고 가정하자, 만일 중간에 어떤 오염이 발생하였을 경우 각각의 시스템의 시간이 일치된 수질 계측 시스템은 획득된 자료로부터 오염발생 시간, 오염의 확산 속도와 영향, 오염발생 지점 등의 정보를 정확하게 얻을 수 있을 것이다. 하지만 각각의 시스템의 시간이 일정치 않은 경우 오염의 확산속도나 경향은 파악할 수 없을 뿐만 아니라 대략적인 오염 발생 시간과 지점을 추정하거나 오판할 수도 있어 획득된 현장 자료의 질을 저하시키는 결과를 낳게 된다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안해서 이루어진 것으로, 본 발명에서는 GPS시간정보를 가진 PCS(이동전화)의 신호를 이용하여서 데이터로거 내부의 시간칩이 GPS시간정보에 의해 수시 보정되어지도록 함에 따라, 여러 곳에 흩어져 설치된 데이터로거들로부터 정확한 시간에 대한 계측자료를 받아볼 수 있도록 함으로써 보다 정확한 계측이 가능해지도록 한다.

즉, 본 발명에서는 데이터 로거에 내장된 PCS 무선모뎀에 의해 GPS 시간정보를 PCS 기지국으로부터 수시로 받아들이고, 이와 같이 수신되어진 GPS 시간정보는 싱글보드 컴퓨터를 통해 시간칩에 전달되어 시간정보가 보정되어지도록 함에 따라, 모든 데이터로거에서는 항상 정확한 시간정보에 대한 계측값을 얻을 수 있도록 한다.

다시 말해, 본 발명의 목적은 PCS(이동전화)신호로부터 인공지능적으로 추출되어진 GPS 시간정보에 의해 데이터로거의 시간 칩이 수시로 보정되어지도록 함으로서, 독자적으로 계측을 수행하던 현장 계측시스템들이 모두 통일적으로 동기화되어지도록 하는데 있는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 데이터로거 자체의 시간이 세계협정시간(UTC)으로 수정되어지도록 하고, 각 지점에 설치되어진 여러 데이터로거에서의 시간이 마치 한개의 시계에 의한 것처럼 일치되어지도록 한다.

데이터로거에서의 시간 표준화 방법에 대한 기본 개념은, 데이터로거의 시간칩이 원자시각에 맞춰 동기화되는 GPS시각에 의하여 수시로 보정되도록 함으로써 데이터로거에서의 시각이 GPS 시각과 항상 일치되어지도록 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도1은 PCS 통신망을 이용한 원격계측용 시스템의 전체 구성도,

도2는 본 발명에 따른 데이터 로거만을 확대하여 도시한 사진,

도3은 본 발명에 따른 데이터 로거만을 확대하여 도시한 개략도,

도4는 본 발명에 따른 데이터 로거의 작동 상태를 설명하기 위한 기본 개념도,

도5는 본 발명에 따른 시간표준화 방법을 설명하기 위한 제어흐름도,

도6는 본 발명에 따른 데이터 로거의 사용예를 도시한 것으로서, 종래기술과 대비하여 도시한 사용예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 ; 현장 계측제어부11 ; 데이터로거

12 ; 싱글보드컴퓨터 13 ; 측정센서

14 ; 시간칩16 ; PCS 무선모뎀

20 ; 중앙제어부21 ; 컴퓨터

30 ; PCS 기지국

도2는 본 발명에 따른 데이터 로거만을 확대하여 도시한 사진이며, 도3은 본 발명에 따른 데이터 로거만을 확대하여 도시한 개략도이며, 도4는 본 발명에 따른 데이터 로거의 작동 상태를 설명하기 위한 기본 개념도이며, 도5는 본 발명에 따른 시간표준화 방법을 설명하기 위한 제어흐름도이며, 도6는 본 발명에 따른 데이터 로거의 사용예를 도시한 것으로서, 종래기술과 대비하여 도시한 사용예시도이다.

먼저, 도 2와 도 3에서 보면, 본 발명에 따른 데이터 로거에서는 각종 센서(도 2, 3에서는 도시 생략 --- 도 1의 13, 15번에 해당)에서 측정되어진 계측값을 중앙제어부(도 1의 20번에 해당)까지 전송할 수 있도록 하기위해, 싱글보드컴퓨터(12)와 PCS 무선모뎀(16)을 구비하고, 시간별 계측값을 전송하기 위해 시간칩(14)을 함께 구비하고있다.

싱글보드컴퓨터(12)는 PCS 무선모뎀(16)으로부터 수신된 정보를 시간칩(14)까지 전달할 수 있도록 하기 위해, 상기 PCS 무선모뎀(16)과 시간칩(14)과의 사이에 위치한다.

한편, PCS 무선모뎀(16)은 PCS 번호를 가진 일반 무선모뎀으로서, 일반적으로 인터넷이나 기타 데이터통신을 위해 개발되어진 신형 모뎀의 일종이라고 할 수 있으며, 데이터 통신을 위해 사용되는 것이라면 물론 그 종류에 제한을 받을 수 없겠으나 DT-1800 과 같은 기종이 주로 사용된다.

이 PCS 무선모뎀(16)은 일반 PCS전화기처럼 고유의 전화번호를 가지고 있으며, 사용할 때마다 정해진 데이터통신 요금을 지불한다. 그리고 이 모뎀에 GPS 시간정보를 보내주는 PCS 기지국(30)은 각 통신사의 기존 기지국을 말하며, 이 시간정보는 PCS전화기와 무선모뎀을 통틀어 모든 PCS번호를 가진 기기에 공통적으로 보내어 지는 정보이다.

한편, 데이터로거(11)는 현장 계측기를 운영하는 핵심 구성부품으로서, 획득된 현장자료를 필터링하고 디지털화하거나 기타 계측기를 제어, 운영하는 두뇌역할을 한다. 또한 일반적으로 이 데이터로거(11)는 각각 시간 칩(Realtime Chip)(14)을 가지고 있어 획득된 자료에 시간정보를 부여하게 된다. PCS 무선모뎀(16)으로부터 GPS 시간정보를 획득하여 데이터로거(11)내의 시간 칩(14)의 시간을 GPS 시간정보로 보정하는 것은 모두 데이터로거(11) 내부의 초소형 싱글보드 컴퓨터(12)에서 소프트웨어적으로 이루어진다.

시간칩(Realtime Chip)(14)으로는 여러종류의 칩이 사용될 수 있겠으나, 일반적으로 데이터로거 등에 사용되는 칩은 원형모형의 Serial Timekeeping Chip이라 불리는 DS1202, DS1202s 등이 주로 사용된다. 이 시간 칩(14)들은 시간정보를 제공하기 위해 사용되는 것으로서, 비교적 정밀하나 미세한 오차를 가지므로 시간정보를 정기적으로 재세팅해 주어야 정확한 값을 얻을 수 있다.

싱글보드 컴퓨터(PIC모듈)(12)는 일종의 칩이라 할 만큼 소형이며, BASIC 언어로 움직이는 싱글보드 컴퓨터이다. 데이터로거(11)의 운영 및 제어를 위한 소프트웨어를 기억시킬 수 있어 전체적인 시스템 제어를 하고 있다.

도4는 본 발명에 따른 데이터 로거의 작동 상태를 설명하기 위한 기본 개념도로서, 계측을 필요로 하는 장소에 여러개 설치되어진 데이터로거(11a)(11b)들은 각각 PCS 무선모뎀(16a)(16b)에 의해 GPS 시간정보를 PCS 기지국(30)으로부터 수신하게되고, 수신된 GPS 시간정보에 의해 데이터로거(11a)(11b)의 시간정보가 표준화(동기화)되어지므로, 각 데이터로거(11a)에서는 시간오차가 포함되지 않은 정확한 계측값을 얻을 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 시간 표준화 방법에 대해 좀 더 상세히 설명하자면 다음과 같다.

(1) 제1단계 : 제 1단계는 PCS무선모뎀(16)의 GPS시간정보 획득 단계로서, PCS 무선모뎀(16)에서는 PCS기지국(30)으로부터 항상 GPS시간정보를 수신받는다. 이러한 시간정보를 획득하기 위해 데이터로거(11)의 싱글보드 컴퓨터(12)에서는 PCS무선모뎀(16)에 "AT+Time?"(PCS무선모뎀 종류나 PCS사업자에 따라 다른 명령을 사용할 수 있음)이라는 명령을 전달하며, 이와 같이 PCS 무선모뎀(16)에 명령을 전달하면 PCS 무선모뎀(16)에서 보유중이던 GPS 시간정보는 싱글보드 컴퓨터(12)로 전달되어진다. 이 때 획득된 시간정보의 형태는 yymmdd(년/월/일) HHMMSS(시/분/초)로 구성되어 있다.

(2) 제2단계 : 제 2단계는 데이터로거내의 시간 칩 보정 단계로서, 데이터로거(11)의 싱글보드 컴퓨터(12)에서 획득한 GPS 시간정보는 획득됨과 동시에 데이터로거(11)의 시간을 결정하는 시간 칩(14)에 전달되며, 이와 같이 GPS 시간정보가 전달됨으로서 데이터로거(11)의 시간정보는 GPS시간과 동일하게 보정되어진다.

여러지점에 흩어져 있는 데이터로거(11)가 이러한 과정을 매일 1회씩 실행하도록 구성하여 각각의 데이터 로거(11)가 GPS시간과 일치하도록 한다.

이와 같이 본 발명에서는, PCS 기지국으로부터 수신된 GPS 시간정보에 의해 여러개의 데이터로거들에 대해 시간정보를 균일하게 적용할 수 있으므로, 모든 데이터로거에서는 GPS 시간과 일치된 조건하에서 현장계측을 정확하게 수행할 수 있는 것이다. 이에 따라 기대되는 효과는 다음과 같다.

(1) 획득되는 현장자료의 질적 향상

현장 자료의 질이라 함은 센서로부터 획득되는 자료의 정확성을 주로 말하며, 이러한 자료들은 대부분 계측을 수행한 시간과 함께 하나의 현장 자료로 남게 된다. 그러나 만일 센서로부터 높은 정밀성을 가진 자료를 획득하였더라도 수행된 시간이 정확한 시간이 아니라면 그 자료의 질은 계측목적에 따라 현저히 저하될 수 있으므로 데이터로거(11)의 시간 표준화는 획득된 현장자료의 정확성을 보장하는 효과가 있다고 할 수 있다.

(2) 다 지점 원격 계측에서의 효과

최근에는 계측기술의 발전으로 인하여 여러 종류의 무선 계측시스템이 개발되었다. 현재까지 라디오 주파수(R/F)를 위한 방법, 인공위성통신을 이용하는 방법 및 PCS(이동전화)를 이용하는 방법 등이 그 대표적인 예이다. 이러한 첨단 계측장비들도 여러 지점에 무인 설치 및 가동을 하였을 경우 현장자료 획득시간의 편차는 어쩔 수 없는 현실로 받아들이고 있다. 지금까지 설명한 시간표준화 방법은 이처럼 여러 지점에 무인 설치 및 가동중인 현장 계측시스템에서 가장 큰 효과가 있을 것으로 기대하고 있다.

예를들면, 우리나라 전 해안에 걸쳐 조위, 파고, 수질 등의 자료를 무인자동으로 수집할 경우 각 계측기의 시간을 세계협정시(UTC)에 맞추어 마치 하나의 시계로 구동되는 것처럼 통일시킬 수 있다. 따라서 보다 정확한 현장계측이 가능케 되는 것이다. (도 6 참조)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는, GPS시간정보를 가진 PCS(이동전화)의 신호를 이용하여서 데이터로거(11) 내부의 시간칩(14)이 GPS시간정보에 의해 수시 보정되어지도록 함에 따라, 여러 곳에 흩어져 설치된 데이터로거(11)들로부터 정확한 시간에 대한 계측자료를 받아볼 수 있도록 함으로써 보다 정확한 계측이 가능해지도록 한다.

Claims

각종 센서에서 측정되어진 계측값을 중앙제어부(20)까지 전송할 수 있도록 하기위해 그 내부에는 싱글보드컴퓨터(12)와 PCS 무선모뎀(16)이 구비되고, 시간별 계측값을 전송하기 위해 시간칩(14)도 함께 구비되어진 PCS를 이용한 현장 계측용 데이터로거에서 사용되는 시간표준화방법에 있어서,

상기 데이터로거에서는 PCS 무선모뎀(16)을 통해 PCS 기지국으로부터 GPS 시간 정보를 수신하고, 싱글보드컴퓨터(12)에서 상기 PCS 무선모뎀(16)에 수신되어진 GPS 시간정보를 요구하면 이 GPS 시간정보는 상기 싱글보드컴퓨터(12)를 경유하여 시간칩(14)에 전송되며, 시간칩(14)에서는 새로 전송된 GPS 시간정보에 의하여 데이터로거의 시간정보가 보정되어지는 것을 특징으로 하는 PCS를 이용한 현장 계측용 데이터로거에서 사용되는 시간표준화방법.
제1항에 있어서, 상기 싱글보드 컴퓨터(12)에서 PCS무선모뎀(16)에 대해 현재 시각을 알려달라는 내용의 명령을 전달하면, 상기 PCS 무선모뎀(16)에서는 보유중이던 GPS 시간정보를 싱글보드 컴퓨터(12)에 전달하는 것을 특징으로 하는 PCS를 이용한 현장 계측용 데이터로거에서 사용되는 시간표준화방법.