KR20090006686U - 무선센서를 이용한 감시 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 무선센서를 이용한 감시 장치에 관한 것이다.

이와 같은 본 고안은 표면온도를 측정하는 표면온도 측정 노드와, 상기 표면온도 데이터를 전송받으며, 대기온도를 측정하는 중계 노드와, 상기 중계 노드의 데이터를 인터넷을 통해 전달하는 수집 노드를 포함하도록 한다.

Description

무선센서를 이용한 감시 장치{MONITORING DEVICE THAT USE RADIO SENSOR}

본 고안은 무선센서를 이용한 감시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웹 화면 등을 통해 과부하에 따른 접속함의 온도변화를 효과적으로 감시하는 무선센서를 이용한 감시 장치에 관한 것이다.

지하전력구 케이블 접속함은 케이블과 케이블을 연결한 부분이다. 현장에서 두 케이블의 절연층을 제거한 후 도체와 도체를 맞닿도록 연결하고, 외부에 절연유로 이루어진 절연층과 절연 물질로 이루어진 차폐층으로 감싸게 된다. 이때 시공이 잘못될 경우 절연층에 기포와 같은 공극이 발생할 가능성이 높게 된다. 활선 상태의 케이블은 부하가 높아짐에 따라 도체의 온도가 증가하여 도체가 팽창하게 되며, 반대로 부하가 낮아지면 도체가 수축하게 된다. 이러한 팽창과 수축이 반복되면 접속함 내의 절연층에 공극이 발생하게 된다. 이러한 공극으로 인해 부분방전이 발생하게 되고, 부분방전이 많은 지역의 접속함의 온도가 주위보다 높아지게 된다. 현재 접속함 감시를 위해 부분방전 측정 장비를 통해 이상 유무를 점검하거나, 온라인 연속 측정을 통해 케이블의 노화 진행 정도를 파악하는 방식이 사용된다. 그러나 이러한 방식은 고가의 계측장치를 필요로 하고 있으며, 온라인 감시를 위한 통신망 구축비용이 문제가 되어 일부 과부하 지역에서만 제한적으로 운영되고 있는 실정이다. 이런 이유로 현장에서는 적외선 열화상 카메라를 이용한 점검방식을 일반적으로 사용한다. 이는 순시점검자가 주기적으로 접속함의 표면온도를 열화상 카메라로 측정하여 접속함의 이상온도 발생 여부를 확인하고 접속함의 온도차가 5도 이상 나타나게 될 경우에 문제가 발생한 것으로 판단하고 추적진단 하게 된다. 열화상 카메라를 이용한 순시방식은 활선 상태에서 휴대형 장비를 이용하여 접속함의 열화정도를 손쉽게 파악할 수 있어 효과적이지만, 많은 인력이 소모되며, 수동적인 검점으로 인해 잦은 점검 누락 등이 발생하여 지속적인 감시가 이루어지지 않는 문제점이 있다.

본 고안의 과제는 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 고안의 과제는 과부하에 따른 접속함의 표면 온도 데이터를 무선 네트워크를 통해 상시 감시할 수 있어, 보다 개선된 무선센서를 이용한 감시 장치에 관한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 고안은 표면온도를 측정하는 표면온도 측정 노드와, 상기 표면온도 데이터를 전송받으며, 대기온도를 측정하는 중계 노드와, 상기 중계 노드의 데이터를 인터넷을 통해 전달하는 수집 노드를 포함하도록 한다.

본 고안에 따른 무선센서를 이용한 감시 장치는 케이블 접속함에 설치하여 운영함으로써, 웹 화면 등을 통해 지하전력구 내의 다양한 설비에 대한 감시 및 조작이 가능한 효과가 있다. 또한, 유선 통신 인프라가 갖추어져 있지 않은 곳이라 할지라도 손쉽게 구축이 가능하다.

이하 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 무선센서를 이용한 감시 장치를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 무선센서를 이용한 감시 장치는 표면온도 측정 노드(100), 중계 노드(200) 및 수집 노드(300)로 형성될 수 있다. 상기 표면온도 측정 노드(100)는 다수의 센서(110)를 사용하여 케이블 접속함의 표면온도를 정해진 시간마다 측정한다. 그리고 센서(110)외에 각종 계측센서를 설치할 수도 있다. 상기 중계 노드(200)는 대기온도를 측정하며, 상기 표면온도 측정 노드(100)로부터 수집된 표면온도 데이터와 측정된 대기온도 데이터를 전송한다. 따라서 지하전력구의 케이블을 따라 전파 도달 거리마다 하나씩 설치된다. 그리고 무선 통신을 위해 필요한 별도의 동적인 라우팅 테이블을 구성하지 않고, 무선 노드가 갖는 고유의 키값만을 비교하여 손쉽게 라우팅할 수 있는 직선형 라우팅 방식을 사용하게 된다. 상기 수집 노드(300)는 중계 노드(200)의 계측된 데이터를 인터넷을 통해 전달할 수 있다. 따라서 중계 노드(200)로부터 무선 통신을 통해 수집된 데이터를 유선 인터넷망을 이용하여 전달한다. 그리고 수집 노드(300)의 전원은 외부 전원을 연결하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 설치된 수집 노드(300)로부터 계측정보를 전송받는 게이트웨이(400) 및 상기 게이트웨이(400)로부터 전송받은 계측 정보를 가공하여 관리자 단말과 웹 감시화면으로 제공하는 계측 서버(500)를 더 구비할 수 있다. 게이트웨이(400)는 수집 노드(300)로부터 전송되는 데이터를 계측 서버(500)로 전송하여 인터넷을 통해 관리자가 확인할 수 있도록 하는 시스템으로 정해진 통신 프로토콜에 따라 인증절차를 수행하고 인증이 완료되면 수집 노드(300)로부터 정보의 입력을 허락한다. 게이트웨이(400)는 무선통신망을 통해 시간과 장소에 구애를 받지 않고 계측 서버로 정보를 전송할 수 있는 체계를 가지고 있으며, 광역 연결 통신망을 구축하기 위해 WAN(Wide Area Network)를 통해 계측 서버(500)와 연결될 수도 있다. 계측 서버(500)는 무선통신망을 통해 전송받은 수집 노드(300)로부터 전송된 계측정보를 인터넷을 통해 사용자가 확인할 수 있는 형태로 가공하여 제공하는 기능을 수행한다. 계측 서버(500)는 계측정보를 통해 위험상황이 감지되면 관리자에게 위험상황을 통보하기 위한 경보를 발생시켜 상기 위험상황에 대한 적절한 조치가 취해지도록 할 수 있다. 여기서 위험상황이란 화재 및 침수 공기오염 및 가스발생 등을 예로 들 수 있으며, 이는 각각의 계측 정보를 통해 감지할 수 있다. 상기 표면온도 측정 노드, 중계 노드 및 수집 노드는 저전력으로 동작할 수 있도록 세 단계로 상태를 변화하면서 동작할 수 있다. 이러한 동작 방법으로 Sleep & Wake up 방식을 사용하게 된다. Sleep & Wake up 방식은 수집 노드가 일정시간 간격으로 동기화 패킷을 전송하면, 중계 노드 및 센서 노드가 이 패킷을 수신하고 동기를 맞추어 저전력 모드로 대기하는 방식이다. 저전력 모드의 경우에는 노드를 구동하기 위한 최소의 전원만을 사용하고 무선장비 및 센서장비의 전원을 차단하는 방식으로 전원을 절약하게 된다. 이 기간 동안에는 외 부에서 전송되는 무선데이터를 수신할 수 없게 된다. 설치된 중계 노드는 전파도달 거리 내에 전방과 후방에 놓인 두 개의 중계 노드만 존재하게 된다. 따라서 최종 수집 노드에 가까운 중계 노드부터 노드ID(Identifier)를 증가하도록 부여하고, 각 노드는 메시지를 전송할 때 발신 노드ID와 수신 노드ID, 전송할 데이터를 발신하게 되면 주위의 중계 노드가 자신의 노드ID와 비교하여 자신이 계속 중계할 것인지, 무시할 것인지를 판단할 수 있게 된다. 예를 들어 '발신 노드ID > 자신노드ID > 수신 노드ID'인 경우 수집 노드 방향으로 메시지를 전송하게 되며, 발신 노드ID < 자신 노드ID < 수신 노드ID'인 경우 수집 노드 반대방향으로 메시지를 전송하게 된다. 그리고 '자신 노드ID =수신 노드ID' 인 경우는 자신에게 도착한 메시지를 처리하고, '발신 노드ID, 수신 노드ID > 자신노드ID'이거나 '발신 노드ID, 수신 노드D < 자신 노드ID'인 경우에는 자신이 중계할 필요가 없으므로 무시하게 된다. 이러한 직선형 네트워크 방식은 라우팅 테이블을 사용할 필요가 없어 직선형으로 운영되는 전력설비에 적용하기에 효과적이다.

도 2는 본 고안의 표면온도 측정 노드의 일 실시예에 따른 구성을 나타낸 구성도이다. 도 2를 참조하면, 표면온도 측정 노드는 센서(110), 제어부(120), 전원부(130) 및 무선 통신 모듈(140)로 구성될 수 있다. 상기 센서(110)는 표면온도를 측정하기 위해 사용되며 적어도 세 개의 센서를 사용하여 측정하게 된다. 상기 제어부(120)는 TWI (Two-Wire Serial Interface)를 이용하여 다수개의 센서와 연결된다. 센서(110)에서 측정된 온도 데이터는 아날로그/디지털 변환부(125)를 통해 인식 가능한 데이터로 변환된다. 그리고 128K 내부 메모리를 갖는 8비트 마이크로 컨트롤러를 이용하여 센서(110)에서 측정된 온도 데이터를 처리하며, 제어에 따라 전달을 관리한다. 상기 전원부(130)는 제어부(120)의 제어 신호에 따라 전원을 제어부(120)에 제공한다. 그리고 별도의 외부 전원 없이 건전지를 부착하여 사용할 수도 있다. 상기 무선 통신 모듈(140)은 제어부(120)의 조건을 만족시키며 데이터를 무선으로 전송한다. 여기서 저전력 통신을 위해 IEEE 802.15.4 무선 프로토콜 기반의 무선 통신 모듈이 사용될 수 있다.

도 3은 본 고안의 중계 노드의 일 실시예에 따른 구성을 나타낸 구성도이다.

도 3을 참조하면, 중계 노드는 대기온도 센서(210), 제어부(220), 전원부(230) 및 무선 통신 모듈(240)로 구성될 수 있다. 중계 노드(200)는 대기온도 센서(210)를 이용하여 대기온도를 측정하며, 측정된 아날로그 데이터를 제어부(220)에서 가공하고 분석하기 위해서 아날로그/디지털 변환부(225)에서 적절한 샘플링의 디지털 데이터로 변환한다. 그리고 변환된 디지털 데이터를 처리하여 제어하게 된다. 이러한 중계 노드(200)는 단순한 데이터의 전달뿐 아니라 지하전력구 내의 대기온도를 측정하여 화재 발생으로 인한 대기온도의 변화를 감지하여 화재경보기의 역할도 수행할 수 있다.

도 4는 본 고안의 수집 노드의 일 실시예에 따른 구성을 나타낸 구성도이다.

도 4를 참조하면, 수집 노드(300)는 무선통신모듈(310), 제어부(320), 전원부(330) 및 이더넷 통신 모듈(340)로 구성될 수 있다. 무선 통신 모듈(310)은 무선으로 데이터를 송수신할 수 있는 물리적인 인터페이스이다. 제어부(320)는 각각의 구성요소들의 조건을 만족시키며 외부와의 통신을 수행한다. 즉, 데이터를 처 리하고 이러한 데이터의 전달을 관리한다. 또한, 표면온도 측정 노드(100)와 중계 노드(200)로 일정 시간마다 동기신호를 전송하여 센서들이 동작하여 센싱하도록 해준다. 전원부(330)는 외부 전원을 연결하여 사용할 수 있다. 이더넷 통신 모듈(340)은 무선 통신을 통해 수집된 데이터를 유선 인터넷 망을 이용하여 전달한다.

도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 감시장치의 웹 감시화면을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 수집된 데이터를 계측 서버와 연결된 웹 감시화면을 통해 측정수치를 표현하고 관리하게 된다. 이상에서 설명한 본 고안의 상세한 설명에서는 본 고안의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 무선센서를 이용한 감시 장치를 나타낸 도면, 도 2는 본 고안의 표면온도 측정 노드의 일 실시예에 따른 구성을 나타낸 구성도, 도 3은 본 고안의 중계 노드의 일 실시예에 따른 구성을 나타낸 구성도, 도 4는 본 고안의 수집 노드의 일 실시예에 따른 구성을 나타낸 구성도, 도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 감시장치의 웹 감시화면을 나타낸 도면이다.

Claims (12)

1. 표면온도를 측정하는 표면온도 측정 노드; 상기 표면온도 데이터를 전송받으며, 대기온도를 측정하는 중계 노드; 상기 중계 노드의 데이터를 인터넷을 통해 전달하는 수집 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 표면온도 측정 노드는, 표면의 온도를 측정하는 센서; 상기 센서에서 측정된 온도 데이터를 처리하고 제어에 따라 전달을 관리하는 제어부; 상기 제어부의 조건을 만족시키며 데이터를 무선으로 전송하는 무선통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 중계 노드는, 대기 온도를 측정하는 대기온도 센서; 상기 대기온도 센서에서 측정된 온도 데이터를 처리하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 측정된 데이터를 무선으로 전송하는 무선통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 수집 노드는, 무선통신모듈; 상기 무선통신 모듈을 통해 전송받은 데이터를 처리하는 제어부; 상기 제어부를 통해 처리된 데이터를 인터넷에 전송하는 이더넷 통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
5. 청구항 2에 있어서, 상기 표면온도 측정 노드는 복수개의 센서를 가지는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
6. 표면온도를 측정하는 표면온도 측정 노드; 상기 표면온도 데이터를 전송받으며, 대기온도를 측정하는 중계 노드; 상기 중계 노드의 데이터를 인터넷을 통해 전달하는 수집 노드; 상기 수집 노드의 데이터를 전송받는 게이트웨이; 및 상기 게이트웨이로부터 전송받은 측정 데이터를 가공하여 제공하는 계측 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 표면온도 측정 노드는, 표면의 온도를 측정하는 센서; 상기 센서에서 측정된 온도 데이터를 처리하고 제어에 따라 전달을 관리하는 제어부; 상기 제어부의 조건을 만족시키며 데이터를 무선으로 전송하는 무선통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
8. 청구항 6에 있어서, 상기 중계 노드는, 대기 온도를 측정하는 대기온도 센서; 상기 대기온도 센서에서 측정된 온도 데이터를 처리하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 측정된 데이터를 무선으로 전송하는 무선통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
9. 청구항 6에 있어서, 상기 수집 노드는, 무선통신모듈; 상기 무선통신 모듈을 통해 전송받은 데이터를 처리하는 제어부; 상기 제어부를 통해 처리된 데이터를 인터넷에 전송하는 이더넷 통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
10. 청구항 7에 있어서, 상기 표면온도 측정 노드는, 복수개의 센서를 가지는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
11. 청구항 6에 있어서, 상기 중계 노드는 전파 도달 거리마다 설치되는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.
12. 청구항 6에 있어서, 상기 계측 서버와 연결된 웹 감시화면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서를 이용한 감시 장치.

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