KR20080109216A

KR20080109216A - 지그비와 시디엠에이를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조자동 통제 관리 시스템

Info

Publication number: KR20080109216A
Application number: KR1020070057273A
Authority: KR
Inventors: 이재민; 이춘일
Original assignee: 주식회사 디지탈 전자
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2008-12-17

Abstract

본 발명은 공동주택 저수조 관리에 관한 것으로서 대부분의 공동주택에서는 직수 보다는 저수조를 통과한 물을 사용함으로써 대단위 세대를 위한 물의 안정적 공급에는 효율적이지만 직수에 비하여 수질이 악화 될 가능성이 매우 높다. 때문에 저수조의 철저한 위생관리는 공동주택 수질보전의 가장 중요한 관건이므로 이를 보다 효과적으로 관리하기 위한 방안으로 각종 (10)센서를 이용하여 저수조의 상태를 실시간 모니터링하고 이 Data를 (70)Server PC에 저장하며, 기 설정한 설정치와 변동이 생기면 즉시 기 설정한 관리자 다수 인에게 핸드폰을 통한 긴급 상황을 전달한다. 이에 관리자는 원격지에서 저수조의 상황을 핸드폰을 통하여 수시 점검하며, 저수조에 긴급 상황 발생시 원격지에서 핸드폰을 통한 직접 조치를 할 수 있도록 함과 아울러 관리자 부재시 (30)컨트롤 제어기에서 자동으로 저수조의 기 설정 기준치 값으로 들어오도록 장비를 가동 후 기준치 값 안으로 들어오면 결과치를 관리자에게 재통보하는 시스템으로 저수조 관리를 보다 효율적으로 할 수 있게 하는 유비쿼터스 기반의 저수조 자동 통제 관리 시스템.

본 발명은 유비쿼터스 기반의 저수조 자동 통제 관리 시스템으로 지그비와 CDMA기술을 접목한 저수조 자동 통제 관리 시스템으로 저수조에 각종 (10)센서를 부착하여 저수조의 상태가 최적이 되도록 실시간 모니터링하며 기 입력된 저수조 상태와 실시간 모니터링 된 DATA와 비교하여 이상(저수조 오염, 저수위, 흘러넘침, 이상온도 등...)이 발생시 즉시 관리자에게 CDMA를 통한 핸드폰으로 기준치와 이상치를 통보를 하고 관리자의 조치를 기다린다. 그러나, 관리자의 조치가 없을시 관리자가 기 설정한 시간(1초~30분 대기시간) 동안에도 조치가 없을시 자동으로 이상 조치 처리를 행한다. 모든 조치를 수행한 후 다시 관리자에게 저수조의 상태(탁도, PH, 온도, 수위 등...)를 관리자에게 다시 통보하여 조치가 끝났음을 알려주는 Zigbee와 CDMA를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 자동 통제 관리 시스템.

유비쿼터스 제어, 지그비 제어, 저수조 원격제어, CDMA 제어, 센서Node, Node Controller

Description

지그비와 시디엠에이를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 자동 통제 관리 시스템{Feed tank automatic control executive system of Ubiquitous base that use Zigbee and CDMA}

도면 1은 본 발명에 의한 지그비와 CDMA를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 자동 통제 관리 시스템 블럭도.

도면 2는 본 발명에 의한 지그비와 CDMA를 이용한 저수조 자동 통제 관리 시스템의 개략적인 사용 상태를 보인 상태도.

도면 3은 본 발명에 의한 지그비와 CDMA를 이용한 저수조 자동 통제 관리 시스템의 개략적인 센서Node와 집중기(센서Node Controller) 및 PLC 제어 방법을 보여주는 시스템 구성도.

도면 4는 본 발명에 의한 지그비와 CDMA를 이용한 핸드폰 문자SMS 수신 방법에 대한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 각종 센서Node

11: 온도 센서Mode

12: 탁도 센서Node

13: PH 센서Node

14: 수위 센서Node

15: 누수 센서Node

20: 집중기(센서 Node Controller)

30: 시스템 제어기

31: 직류 전원공급기

40: CDMA Module(핸드폰 Module)

50: PLC 제어기

51: 직류 전원공급기

60: PLC 제어기

61: 모터 펌프

62: 상수 밸브

63: 하수 밸브

64: 자외선살균기

70: Server PC

80: 관리자 핸드폰

90: 시스템 제어BOX 표시기

100:시스템 제어BOX

본 발명은 Zigbee와 CDMA를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 통제 관리 시스템에 관한 것으로 저수조 내의 상황을 Zigbee 센서Node를 이용하여 실시간 모니터링하며, Server PC를 통한 실시간 모니터링 정보를 저장하고, 저수조의 상태가 최적의 상태와 비교, 판단하여 저수조의 상태가 항상 최적이 되도록 관리하는 유비 쿼터스 기반의 저수조 통제관리 시스템에 관한 것이다.

대한민국 공동주택의 경우 대부분이 식수원으로 이용하는 물은 지하수(池下水)나 상수(上水)를 통해서 저수조에 1차로 저장했다 이를 각 가정에 공급하는 구조를 취함으로 인하여 물의 공급에는 효율적이지만 직수를 사용하는 가정에 비하여 수질이 악화 될 가능성이 크다. 때문에 저수조의 관리에 관한 시스템 개발이 활발하게 연구되었으나 수질개선 부문보다는 대부분이 저수조의 수위를 감지하여 물의 부족분을 채워주거나 흘러넘침을 방지하는 것에 대한 것에 집중되어 있다. 최근에 들어서 수질오염 센서 개발에 의한 수질 오염부문의 감시와 수질개선을 위한 소독약품 투입기 등을 설치하여 수질이 일정수준 이하가 되면 고체형 글로리칼키 등을 투입하여 수질을 개선하는 기법들이 소개되고 있으며 특히나 최근에 들어서는 저수조의 효율적 관리를 위한 원격제어(유, 무선 또는 인트라넷에 의한 제어) 및 모니터링 기법의 개발로 인하여 종전에 관리자가 직접 수질의 상태를 점검하던 것을 일정부문 해소하였다. 하지만 여전히 모니터링 되는 정보를 관리자가 시스템 관리기의 표시장치 수치를 보거나 관리사무실에서 PC를 통해서 보여주는 수치를 보고 직접 조치를 하는 불편함이 있다.

최근에 특허 등재된 특허등록번호 제10-0689108호(2007년02월23일, 발명자 : 유재신, 발명의 명칭 : 실시간 모니터링이 가능한 저수조 자동 제어시스템)의 경우 저수조 관리 시스템을 관리자가 직접 시스템을 보고 조치를 하였던 것을 보조 제어 기에 유선으로 시스템 관리자의 PC와 연결하여 저수조의 온도와 수위, 약품 투입기의 유무 상태와 취수정과 저장탱크의 누수 여부, 과부하 상태를 실시간으로 감시함과 아울러 일별, 월별로 인터넷 등의 통신매체에 디스플레이시킴으로써 상, 하수도 사업부에서 보다 용이하게 모니터링 할 수 있는 실시간 모니터링이 가능한 저수조 자동 제어시스템을 제공하고 있으나 모니터링 정보를 관리자의 PC나 제어 시스템의 디스플레이에만 정보를 제공하기 때문에 관리자가 항상 모니터링 정보를 직접 확인하고서 장비를 가동하거나 이상상태에 대한 조치를 해야 한다는 단점을 지니고 있다. 때문에 야간이나 관리자 부재중에 문제가 생기는 문제에 대해서는 전혀 조치를 행할 수 없다. 이에 따라 이러한 문제점을 개선한 특허등록번호 제10-0593480-0000 (2006년06월19일, 발명자 : 학교법인 인하학원, 발명의 명칭 : 저수조 무선 통합 관리 시스템)의 경우 웹 기반으로 저수조 관리를 행하는 시스템으로 기존 저수조 관리를 인력에 의한 수동적 제어를 시스템관리로 전환하여 오차율 최소화, 저수조 소독약품 투입량을 최적화할 수 있도록 하였으며, 한 곳에서 통합관리가 가능하도록 하였다. 하지만 본 시스템의 경우 저수조의 수위와 소독약품 투입기의 투입 여부만 시스템 관리하기 때문에 다양한 저수조의 환경이 고려되지 못하여 약품투입시 수질의 상태를 파악하지 못하고 일정기간 상시 투여 방식을 취하고 있으며, 저수조의 수위관리에만 집중되어 있다. 때문에 저수조에 오염원이 발생했을 경우 이에 대하여 적절한 조치를 취할 수 없으며, 특히나 관리자가 모니터링 정보를 통해서 단순히 저수조 물의 과부족 부문에 대한 시스템 가동 상태를 알 수 있을 뿐 저수조 관리에는 비효율적인 면이 많이 존재한다.

앞서 언급한 실시간 모니터링이 가능한 저수조관리 시스템이나 저수조 무선 통합 관리 시스템의 경우 수질의 상태를 파악할 수 없슴으로 인하여 실제 약품 투입시기를 알 수 없어서 관리자가 직접 수질 상태를 점검하거나 일정기간 상시 투입 방법을 취하고 있다. 때문에 긴급한 수질 오염시 이에 대한 대처를 전혀 취할 수 없으며, 관리자가 항상 저수조를 모니터링 해야 하는 불편함이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로, 저수조의 관리를 효과적으로 하기 위하여 인력으로 관리되는 것을 자동 시스템 제어에 의한 정량적 수치 제어로 저수조 수질 상태를 정확히 파악하여 오염원을 차단, 살균하는 것과 저수조 안의 긴급 상황(수질오염, 흘러넘침, 저수조 이상온도 등...) 발생시 기 설정한 다수의 관리자 CDMA 핸드폰에 저수조의 상황을 긴급 호출하여 관리자가 원격지에서 CDMA 핸드폰을 통하여 저수조 상태를 확인하고 핸드폰으로 저수조 제어를 할 수 있으며 관리자 부재시(무응답 1초~30분 설정) Server PC에서 자동으로 제어 시스템을 가동 저수조의 상태가 최적이 되도록 한 후 설정치 기준값에 도달했을 경우 이를 관리자 핸드폰에 조치내용 및 저수조의 실시간 모니터링 정보를 문자SMS로 발송한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 저수조 내부의 수질 상태를 파악할 수 있도록 하기 위한 탁도센서, PH센서, 온도센서와 수위를 관리하기 위한 수위센서, 누수센서를 Zigbee Node로 접목하고, Zigbee 센서Node에서 들어오는 정보를 실시간으로 센싱하기 위한 센서Node Controller와, 이 수집된 정보를 시스템제어기에 전송하면 시스템 제어기에서는 이 정보를 디스플레이에 실시간 표시하며, 기 설정한 수치와 수집된 정보를 비교, 판단하여 설정치의 수치와 차이가 발생시 적절한 조치를 취하기 위한 시스템 제어기를 포함하며, 시스템 제어기에 기 설정한 다수의 관리자에게 긴급 CDMA 문자SMS를 발송과 관리자의 핸드폰을 통한 저수조 관리 장비의 제어를 위한 CDMA Module과 모터펌프, 솔레노이드밸브, 자외선 살균기 등의 가동을 위한 PLC제어기와 시스템 제어기, PLC 제어기의 기동을 위한 직류 전원공급기, 전체 시스템 관리를 위한 Server PC 등을 포함하여 구성한다. 각 제어기 의 통신을 위해서는 무선(Zigbee, CDMA) 및 유선(RS-232, RS-485, USB)이 사용된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 Zigbee와 CDMA를 이용한 유비쿼터스기반의 저수조 자동 통제 관리 시스템에 대하여 상세히 설명한다.

도면 1은 본 발명에 의한 지그비와 CDMA를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 자동 통제 관리 시스템 블럭도로써 저수조 안의 배치된 수질의 상태를 파악하기 위해 (11)온도 센서Mote, (12)탁도 센서Mote, (13)PH 센서Mote로 구성되며, 저수조 안의 결빙과 이상 상승을 측정하기 위한 온도 센서, 수질의 상태를 정량적 측정을 위한 탁도 센서, PH 센서를 Zigbee Node에 장착하여 실시간 정보를 (20)집중기(센서 Node Controller)에 전송한다. 저수조의 수위에 관한 정보 수집을 위해서는 (14)수위 센서Mote가 이용되며, 저수조의 누수를 측정하기 위해 (15)누수 센서Mote를 이용한다. 수위 센서로는 볼탑과 초음파 센서를 이용하여 이중 수위 감시를 한다. 저수조의 수질과 수위를 실시간 센싱한 정보는 (20)집중기(Zigbee 센서 Node Controller)에게 전송되며, 이 정보를 Zigbee 센서 Node Controller에서는 순차적으로 센서 Mote에서 보내는 신호를 읽고, 읽은 신호를 (30)시스템 제어기에 전송한다. 시스템 제어기에 들어온 신호는 Microprocessor에 의해서 Sensing별 수치값을 Server PC에 실시간 전송하고, (90)표시기에 디스플레이한다.

Sensing된 신호가 Microprocesssor에서 기 입력한 설정값과 항상 비교하고 있다가 설정값이 벗어날 경우 즉시 기 입력된 신호로 (40)CDMA Module를 통하여 (80)관리자 핸드폰으로 현재 저수조의 상태(온도, 수질, 수위 등)와 조치를 바라는 문자SMS를 즉시 발송하고, (70)Server PC에 조치 신호를 발송한다. Server PC에서는 조치 신호가 들어왔을 때부터 미리 설정한 시간까지 카운트를 시작하며, 관리자의 응답이 있을 때까지 대기한다. (80)관리자가 핸드폰을 통하여 수신된 문자SMS를 통하여 저수조의 모니터링 정보를 보고 기 설정한 번호별(#1 : 모터가동, *1 : 모터정지, #2 : 솔레노이드 밸브가동, *2 : 솔레노이드 밸브정지, #3 : 자외선살균기 가동, *3 : 자외선살균기 정지 등) 조치 내역에 따라 관리자 핸드폰 번호를 누르면 CDMA Module를 통하여 이를 수신하여 (30)시스템 제어기에 신호를 전달한다. 시스 템 제어기에서는 수신된 신호에 따라서 기 설정한 (50)PLC 제어기에 제어 정보를 전달하고 PLC 제어기에서는 각 신호에 맞게 종단의 장비(모터 펌프, 솔레노이드 밸브, 자외선 살균기 등)을 작동시켜 저수조가 안정화 상태에 있도록 한다.

(80)관리자 핸드폰을 통하여 저수조의 이상 상태를 긴급 호출하였으나 다수의 관리자가 부재중이나 핸드폰의 분실, 불통지역에 있을 시에는 (70)Server PC에 기 설정한 시간(무응답 1초 ~ 30분 설정)까지 카운트하고 있다가 관리자의 응답이 없으면 Server PC에서 (30)시스템 제어기로 신호를 보내서 저수조가 안정화 상태에 들수 있도록 조치를 한다.

도면 2는 본 발명에 의한 지그비와 CDMA를 이용한 저수조 자동 통제 관리 시스템의 개략적인 사용 상태를 보인 상태도로 저수조 안에 각종 (10)센서Mote를 설치하고 저수조 안은 Zigbee (20)센서Node Controller를 이용하여 센서Mote에서 Sensing한 수질 상태의 정보를 수집하여 (30)시스템 제어기에 보내면 시스템 제어기에서는 이 정보를 기 설정한 수치(수질의 상태정보)와 비교, 검토, 판단하여 수치값이 벗어날 경우 (40)CDMA Module를 통하여 기 설정한 다수의 (80)관리자 핸드폰에 문자SMS를 발송한다. 특히나 수위를 감시하기 위하여 초음파 센서와 볼탑의 2중 감시 제어를 이용하여 물의 넘침을 근본 차단한다.

도면 3은 본 발명에 의한 지그비와 CDMA를 이용한 저수조 자동 통제 관리 시 스템의 개략적인 센서Node와 집중기(센서Node Controller) 및 PLC 제어 방법을 보여주는 시스템 구성도로 (100)시스템 제어기BOX에는 (30)시스템 제어기, (20)집중기(센서 Node Controller), (40)CDMA Module, (50)PLC 제어기, (90)표시기 등으로 구성한 것으로 시스템 제어Box에는 저수조 안의 상황을 (90)표시기를 통하여 실시간 Display하며 직접 제어기를 통하여 수동으로 (50)PLC 제어기를 제어할 수 있도록 함으로써 관리자의 편익에 기여하였다.

도면 4는 본 발명에 의한 지그비와 CDMA를 이용한 관리자 핸드폰 문자SMS 수신 표시 방법 및 설정 방법에 대한 것으로서 (40)CDMA Module를 통하여 기 설정한 다수의 (80)관리자 핸드폰에 저수조의 상황을 알리는 것으로서 저수조 상황 발생시 (30)시스템 제어기에 의해서 기 설정한 값과 실시간 모니터링 값을 문자SMS를 통하여 기 설정한 (80)관리자 핸드폰에 문자를 발송하며, 관리자는 문자SMS를 보고 다시 핸드폰을 통하여 설정한 번호별(#1 : 모터가동, *1 : 모터정지, #2 : 솔레노이드 밸브가동, *2 : 솔레노이드 밸브정지, #3 : 자외선살균기 가동, *3 : 자외선살균기 정지 등) 제어 신호를 보내면 이를 (40)CDMA Module에서 이를 수신하여 시스템 제어기에 신호를 보내서 조치를 취할 수 있도록 한다.

본 발명은 Zigbee 센서Node와 CDMA Module를 이용한 저수조 통제 관리 시스템으로 Zigbee 센서Node를 이용한 저수조 상태(온도, 수질, 수위 등)의 정확한 측 정과 CDMA Module를 이용한 관리자의 핸드폰을 통하여 원격제어를 가능하게 하였으며, 관리자의 부재 중에도 저수조 관리 시스템으로 저수조 모니터링 및 제어를 가능하게 함으로 관리자의 편익을 도모하였다. 이와 더불어 저수조 상태에 대한 정보가 실시간 Server PC에 저장이 되며, 이를 일별, 주별, 월별, 연별 등의 Data를 그래픽 차트를 통해 볼 수 있으며, 상·하수도 사업부에서도 이를 활용할 수 있다.

최근 음용수에 대한 논란의 여지가 많이 존재함으로써 양질의 음용수 공급을 위해서는 저수조 수질 관리를 철두철미하게 하여야 한다. 하지만 대부분의 저수조 관리 시스템이 수질관리에 대한 부문에 대해서는 관리가 제대로 되지 않고 있으며, 일정 시간 경과 후 고체형 글로리칼키 등을 투여하여 수질을 개선하고 있다. 하지만 음용수로 쓰는 물의 경우 직수는 그나마 배수관의 오염이 없으면 안심할 수 있으나, 지하수를 이용하는 저수조의 경우는 환경 오염으로 인한 매우 심각한 사태를 초래할 수 있다. 때문에 저수조의 보다 철저한 관리가 필요하다. 이에 본 발명의 Zigbee와 CDMA를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 자동 통제 관리 시스템의 경우 수질관리를 위하여 탁도 센서와 PH 센서를 설치하여 저수조 안의 수질에 대한 실시간 모니터링하며, 음용수 물의 부유물 정도와 PH 농도를 검출하며, 이상 발견시 신속한 조치를 취하여 저수조 안의 수질이 항상 청결하도록 하는 장점이 있다.

Claims

저수조의 상태를 모니터링하기 위하여 저수조 내부에 Zigbee 센서Node(온도, 탁도, PH, 수위, 누수)를 설치하여 무선으로 실시간으로 저수조의 상태를 센서Node Controller에게 정보를 전달한다. 센서 Node Controller는 수집된 정보를 시스템 제어기(Microprocessor)에 전송하고, 시스템 제어기는 수집된 정보를 기 입력한 설정값과 실시간 비교하며, Server PC를 통하여 이 Data를 저장한다. 모니터링 중에 설정치가 기준치와 다를 경우 CDMA Module를 통하여 기 설정한 관리자에게 저수조의 상태(고온, 저온, 탁도, PH, 수위, 누수)를 문자 SMS로 발송한다. 이에 관리자는 핸드폰을 통하여 저수조의 상태를 보고 핸드폰으로 기 설정한 번호를 누르면 CDMA Module에서 이 신호를 수신하여 제어 시스템에 신호를 전송하고 이 수신된 신호에 맞추어 제어 시스템에서는 PLC 제어기에 신호를 보낸다. PLC 제어기에서는 수신된 신호에 따라 장비를 가동하여 저수조가 안정 상태가 되도록 조치를 취하는 Zigbee와 CDMA를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 통제 관리 시스템.
저수조의 이상 상태(고온, 저온, 탁도, PH, 수위, 누수)시에 기 설정한 관리자에게 CDMA를 통하여 문자 SMS를 발송하고, 기 설정한 시간(1초~30분)까지 대기하였으나 관리자의 응답이 없을 시에는 Server PC에서는 기 설정한 모니터링 수치와 다른 부문에 대한 제어 신호를 시스템 제어기에 전송한다. 시스템 제어기에서는 수 신된 제어 신호를 PLC 제어기에 보내서 종단 장비(모터펌프, 솔레노이드 밸브, 자외선 살균기 외)를 가동시켜 저수조가 안정화 상태에 진입하도록 한다. 이때 Server PC에서는 저수조의 이상 상태 시간부터 카운트하며 관리자의 응답이 올 때까지 대기 상태로 있다가 응답이 오지 않을 경우 기 설정한 시간과 비교하여 시간이 초과하면 즉시 시스템 제어기에 신호를 보내서 조치를 취하도록 하는 Zigbee와 CDMA를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 통제 관리 시스템.
저수조 내부 수질의 상태를 감시하기 위한 방안으로 Zigbee 센서Node를 이용하여 수질의 온도, 탁도, PH, 수위 등을 감시한다. 각 센서Mote에서는 실시간으로 저수조 안의 수질 상태를 센서Node Controller에게 전송하고 이 전송된 Data를 시스템 제어기에 보내서 저수조 안의 수질이 안정화 상태가 되도록 조치를 하는 Zigbee와 CDMA를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 통제 관리 시스템.
효과적인 저수조 관리를 위하여 다수의 공동주택의 경우 각 저수조에서 수신되는 다수의 센서Node(수질의 온도, 탁도, PH, 수위) 정보를 센서Node Controller에서 수집하여 이를 한 개의 시스템 제어기에 정보를 보내서 각 상황에 맞게 저수조의 상태가 안정화 상태가 되도록 조치를 하는 Multi용 Zigbee와 CDMA를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 통제 관리 시스템.
CDMA를 핸드폰을 통한 저수조의 모니터링 및 원격제어를 위하여 송신부에 CDMA Module를 설치하고 시스템 제어부와 연결하여 센서Node Controller에서 들어오는 신호를 분석하여 설정치와 다를 경우 CDMA 문자SMS를 통하여 기 지정한 관리자에게 문자SMS를 발송하고 대기상태로 있다가 관리자가 핸드폰을 통하여 문자SMS를 보고 기 설정한 번호별(#1 : 모터가동, *1 : 모터정지, #2 : 솔레노이드 밸브가동, *2 : 솔레노이드 밸브정지, #3 : 자외선살균기 가동, *3 : 자외선살균기 정지 등) 조치 내역에 따라 CDMA 번호를 누르면 CDMA Module에서 이를 수신하여 시스템 제어기에 정보를 제공하고 다시 시스템 제어기에서는 PLC 제어기에 신호를 보내서 최종단에 있는 장비(모터펌프, 솔레노이드 밸브, 자외선 살균기 외)를 가동시켜 저수조의 상태가 안정화 상태가 되도록 조치를 하는 Zigbee와 CDMA를 이용한 유비쿼터스 기반의 저수조 통제 관리 시스템.