KR20100054199A - 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치 - Google Patents

방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치 Download PDF

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김영민
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조중삼
조찬호
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Abstract

본 발명은 안테나의 맨홀 외부로의 노출 없이 맨홀 내부의 온도, 수위 및 뚜껑 개폐 여부를 감지하여 무선통신을 이용하여 관리를 위한 서버로 전송할 수 있도록 하는 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치에 관한 것으로서,
맨홀 내부 상태 감지를 위한 센서부를 구비하여 맨홀의 내측에 설치된 후 맨홀 정보를 수집하여 무선신호로 송출하는 수집단말기와, 상기 수집단말기의 송출신호를 수신한 후 무선통신을 이용하여 맨홀 원격 감시를 제어하는 서버로 전송하는 중계단말기로 구성되는 맨홀 무선 감시장치에 있어서, 상기 수집단말기와 상기 중계단말기는 방향성무선신호에 의해 통신을 수행하도록 방향성 안테나를 구비하며, 상기 수집단말기에 구비되는 방향성 안테나는 맨홀 내측에 설치되어,
무선 맨홀감시장치를 설치하는 경우 안테나를 맨홀의 내측에 설치함으로써 맨홀의 외측에 안테나를 부착시키는 작업과, 맨홀의 내측에 설치되는 수집단말기와 맨홀의 외측에 설치되는 안테나를 연결하기 위한 별도의 맨홀천공 또는 노면 천공 작업 없이 무선 맨홀감시장치를 설치할 수 있도록 함으로써 맨홀무선감시장치의 설치를 용이하게 하고, 설치 비용을 절감시키는 효과를 제공한다.
맨홀, 무선 맨홀감시장치, 방향성 안테나, 법정공중무선신호, 절전모드

Description

방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치{WIRELESS MANHOLE MONITORING APPARATUS USING DIRECTIONAL ANTENNA}
본 발명은 맨홀 내부의 온도, 수위 및 뚜껑 개폐 여부를 감지하여 무선통신을 이용하여 관리를 위한 서버로 전송할 수 있도록 하는 무선 맨홀감시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 맨홀 내부에 설치된 센서를 이용하여 파악한 맨홀의 정보를 맨홀 내부에 설치된 방향성 안테나를 이용하여 송출함으로써 서 맨홀 외부에 설치된 중계단말기로 직접 무선 전송하도록 함으로써, 무선 맨홀감지장치를 설치함에 있어서 맨홀감지정보를 가지는 전파의 통달을 위하여 맨홀의 외부에 안테나를 설치하기 위한 맨홀 구조 수정을 필요로 하지 않는 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치에 관한 것이다.
일반적으로 도심지에서 전력설비는 도시 미관이나 안전성, 건물의 고층화 등에 따라 점차 지중화되고 있는 추세이며, 그 비중이 날로 증대되고 있다. 그리고 이러한 지중화된 선로에 대한 원격 감시 및 제어를 위한 감시장치들의 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이에 의해 대부분의 지중선로는 중앙관제센터에서 감시하고, 제어할 수 있게 되었다. 그리고 다른 설비와 함께 지중선로가 설치되어 있는 공동구에 대한 연구개발 또한 진행되고 있다. 특히, 맨홀 등의 경우에는 환경이 열악하고 확인이나 순시 등을 위한 출입이 용이하지 않기 때문에 이러한 지중선로에 대한 원격 감시 기능을 더욱 필요로 한다.
상술한 바와 같은 맨홀의 원격 감시에 대한 필요성에 따라 대한민국 공개특허 공보 10-2007-89467호에는 맨홀의 내측에 설치되어 맨홀 정보를 수집하는 수집단말기가 CDMA 방식의 통신을 수행할 수 있도록 하는 안테나를 구비하여 수집된 맨홀감시 정보를 CDMA 방식의 무선 통신을 이용하여 중계단말기로 전송하고, 중계단말기는 수신된 맨홀감시정보를 이동통신망 등의 공중무선통신망을 이용하여 서버로 전송하도록 구성되어, 원격지에서 맨홀의 상태를 감시할 수 있도록 하는 "맨홀 감시용 무선시스템"이 개시되었다.
그러나 상술한 종래기술의 "맨홀 감시용 무선시스템"의 경우 맨홀의 감시정보를 가지는 CDMA 방식의 무선신호를 이용하게 되므로, 맨홀의 뚜껑 등에 의한 간섭에 의해 맨홀의 외부로 맨홀 감시 정보를 가지는 CDMA 방식의 통신 전파가 원활히 전파되지 않아, 중계단말기에서 맨홀 내측에서 전송되는 맨홀 감시 정보를 가지는 전파를 원활하게 수신하지 못하게 되는 문제점을 가진다.
따라서 상술한 종래기술의 "맨홀 감시용 무선시스템"은 수집단말기에 의해 감지된 맨홀감지정보를 맨홀의 구조에 의한 전파의 감쇄를 피하여 맨홀 외부의 중계단말기에 무선으로 전송할 수 있도록 하기 위하여 맨홀 상부 노면에 안테나를 부착하는 공사와, 안테나와 단말 사이에 안테나선을 설치하기 위해 맨홀 혹은 지표에 구멍을 내는 공사 및 사람이나 자동차의 통행으로 인한 안테나의 손상을 방지하기 위한 특별한 표면보완 작업을 필요로 하기 때문에, 그 설치 작업이 오래 걸리며, 부가적인 공사 및 보완 작업에 의한 비용이 과다하게 발생하는 문제점을 가진다.
따라서 본원 발명은 상술한 종래기술의 "맨홀 감시용 무선시스템"이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
수집단말기가 위치되는 맨홀 내측에 방향성 안테나를 설치한 후, 허가 절차 없이 사용할 수 있는 무선주파수에 대한 법정 무선 신호 송출 요건을 충족시킬 수 있도록 방향성 안테나의 송출 전력을 제어하고, 중계단말기에서는 수집단말기가 송신되는 무선 신호를 방향성 안테나를 이용하여 수신할 수 있도록 하여, 수집단말기와 중계단말기 사이에서의 무선신호의 송수신의 신뢰성을 향상시키는 것에 의해,
종래기술의 "맨홀 감시용 무선신스템"과 같이 안테나의 송출신호의 신뢰성 있는 전송을 위해 맨홀의 외측 면에 안테나를 부착하는 공사, 맨홀의 외측에 부착된 안테나의 파손방지를 위한 보완 작업 및 맨홀 또는 노면에 안테나와 수집단말기 사이의 신호 전송을 위한 선로의 설치를 위한 천공 공사 등의 작업을 수행하지 않도록 하여,
맨홀 감시용 무선시스템의 설치를 용이하게 하고, 설치 비용을 절감시킬 수 있도록 하면서도 맨홀에 대한 원격 감시 성능을 현저히 향상시킬 수 있도록 하는 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치는, 맨홀 내부 상태 감지를 위한 센서부를 구비하여 맨홀의 내측에 설치된 후 맨홀 정보를 수집하여 무선신호로 송출하는 수집단말기와, 상기 수집단말기의 송출신호를 수신한 후 무선통신을 이용하여 맨홀 원격 감시를 제어하는 서버로 전송하는 중계단말기로 구성되는 맨홀 무선 감시장치에 있어서, 상기 수집단말기와 상기 중계단말기는 방향성무선신호에 의해 통신을 수행하도록 방향성 안테나를 구비하며, 상기 수집단말기에 구비되는 방향성 안테나는 맨홀 내측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 수집단말기와 상기 중계단말기의 방향성 안테나의 출력 신호는 허가절차 없이 사용할 수 있는 무선주파수의 전파 출력 세기에 적합하도록 상기 방향성안테나의 이득에 상응하는 낮추어진 출력 세기로 제어되며, 무선신호를 수신하는 경우에는 이득이 높은 상기 방향성안테나를 이용하여 수신하고 신호증폭회로를 이용하여 수신신호의 수신감도를 높이도록 제어하는 무선신호제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 수집단말기의 무선신호제어부는 또한, 상기 센서부에서 감지한 맨홀 정보를 상기 중계단말기에 소정의 횟수까지 반복 송신한 후에 상기 중계단말기로부터 상기 맨홀감지정보 수신에 대한 수신확인 응답이 없는 경우, 센서부에서 감지된 상기 맨홀감지정보를 저장한 후 절전모드로 변경하고, 센서부에 의한 맨홀에 대한 새로운 맨홀감지정보의 감지가 발생하거나 수집단말기 자신의 정기상태정보 송신 주기가 도래한 경우 다시 절전모드에서 깨어나 상기 저장된 맨홀감지정보 를 함께 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 중계단말기의 무선신호제어부 또한, 수집단말기로부터 수신한 맨홀감지정보를 서버로 소정의 횟수까지 반복 송신한 후에 상기 서버로부터 상기 맨홀감지정보 수신에 대한 수신확인 응답이 없는 경우 수집단말기에서 전송된 맨홀감지정보를 저장한 후, 상기 수집단말기로부터 새로운 맨홀감지정보를 수신하거나, 중계단말기 자신의 정기상태정보 송신 주기가 도래한 경우 상기 저장된 맨홀감지정보를 함께 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본원발명의 수집단말기 및 중계기단말기에 구성되는 상기 무선신호제어부는 회로가 일체형을 집적된 반도체 칩 형태의 마이크로컨트롤러로 구성될 수 있다.
그리고 상술한 본원발명의 수집단말기의 센서부는 맨홀의 뚜껑의 개폐여부를 확인하기 위하여 지중에 매설되는 맨홀의 몸체 내측 면 중 맨홀 뚜껑의 테두리 영역이 지지되는 단턱부의 상부면에 부착되고 맨홀 뚜껑의 하중 또는 이물질로부터 보호하기 위한 견고한 케이스 형상의 브라켓에 의해 밀폐되는 근접센서를 구비하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 근접센서는 맨홀 뚜껑이 열려 근접센서의 감지범위를 벗어나게 되면 근접센서에 강한 전자기류가 형성되어 이를 감지하는 것에 의해 맨홀의 뚜껑의 열림 신호를 출력하고, 맨홀 뚜껑이 닫히면서 상기 근접센서의 감지범위 내로 들어오게 되어 근접센서에 형성되는 전자기류가 약해지는 것을 감지하여 맨홀 뚜껑의 닫힘 신호를 출력하도록 구성된다.
상술한 구성을 가지는 본원 발명의 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장 치의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
맨홀 내측에 방향성 안테나를 구비한 수집단말기가 설치되고, 방향성 안테나를 구비한 중계단말기가 일정 구역의 수집단말기와 통신을 수행할 수 있도록 소정 개수의 수집단말기가 설치된 영역에 설치되며, 중계단말기와 서버는 이동통신망 등의 공중무선통신망을 이용하여 통신을 수행하도록 설치된다. 이때 수집단말기와 중계기 단말기의 방향성 안테나는 서로 마주하도록 설치되며, 수집단말기의 방향성 안테나는 맨홀 내부에 설치된다.
그리고 맨홀의 내측에 설치된 수집단말기는 센서부를 이용하여 맨홀의 온도, 수위, 뚜껑의 개폐 여부를 감지한 후, 방향성 안테나를 이용하여 무선신호로 송출하는데 이때 송출되는 무선신호는 법정공중무선신호에 적합한 세기로 조절되어 송출된다.
중계단말기는 수집단말기로부터 송신된 무선신호를 방향성 안테나를 이용하여 수신한 후 이를 이동통신망 등의 공중무선통신망을 통해 서버로 전송한다.
상술한 본원 발명의 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀 감지장치는, 수집단말기가 방향성 안테나를 이용하여 맨홀감지정보를 송신하고, 중계단말기 또한 방향성 안테나를 이용하여 수신단말기가 송신한 무선신호를 수신하게 되므로, 종래기술의 맨홀 무선 감지시스템에서 사용되는 CDMA 방식에 이한 무선신호보다 수신감도가 현저히 향상시킴으로써 맨홀감지정보를 포함하는 무선신호의 전송 신뢰성을 현저히 향상시키는 효과를 제고한다.
또한, 발명의 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀 감지장치는 맨홀감지정보를 포함하는 무선신호의 전송신뢰성을 향상시키는 것에 의해 수집단말기의 방향성 안테나를 맨홀의 내측에 설치할 수 있도록 함으로써, 종래기술에서와 같이 무선신호의 송수신을 위하여 맨홀의 외측면에 안테나를 부착하거나, 안테나와 수집단말기를 연결하는 배선작업을 위하여 맨홀 또는 노면에 천공작업을 수행하는 등의 부가 작업을 수행하지 않도록 하여 무선 맨홀감시장치의 설치를 용이하게 하고, 설치 비용을 현저히 줄이는 효과를 제공한다.
이하, 본원 발명의 바람직한 일 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치(이하 "맨홀 감시 장치"라 함)(100)의 기능 블록 구성도이고, 도 2는 도 1의 수집단말기(10)의 기능 블록 구성도이고, 도 3은 도 1의 수집단말기(10)의 개폐센서로서의 근접센서(2)의 설치 상태를 나타내는 맨홀 몸체의 사시도이며, 도 4는 도 1의 중계단말기(20)의 기능 블록 구성도이고, 도 5는 도 1의 서버(30)의 기능 블록 구성도를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 맨홀감시장치(100)는 맨홀의 내부 상태를 감지하는 다수의 센서를 구비한 센서부(10b)를 장착하여 맨홀의 내부 상태를 감지하는 터미널유닛(16)과, 터미널유닛(16)으로부터 센서에 의해 감지된 맨홀감지정보를 수집하고, 수집된 맨홀감지정보를 안테나 이득이 높은 방향성 안테나를 이용하되 법정 공중선 출력기준에 맞는 전파의 세기로 중계단말기(20)로 전송하는 무선통신모듈(10a)을 포함하여 구성되는 복수의 수집단말기(10)와; 복수의 수집단말기(10)들로부터 송신된 전파를 안테나 이득이 높은 방향성 안테나를 사용하여 감지하고 신호 증폭 회로를 거쳐 복수의 맨홀의 감지정보를 추출, 취합하고, 취합된 맨홀의 감지정보를 공중무선통신망을 이용하여 무선으로 서버(30)에 전송하는 중계단말기(30)와; 중계단말기(20)로부터 전송된 복수의 맨홀감지정보를 가지는 전파를 공중무선통신망안테나와 공중무선통신망모템을 포함하는 무선통신모듈을 이용하여 수신하고, 수신된 맨홀감지정보를 이용하여 복수의 맨홀의 현재 상태를 실시간으로 표출하는 서버(30)로 구성된다.
상술한 본원발명의 각 구성 중 수집단말기(10)를 먼저 설명한다.
상기 수집단말기(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 맨홀의 상태를 감지하는 다수의 센서가 장착되는 센서부(10b)를 구비하여 센서부(10b)의 센서들에 의해 맨홀의 내부 상태를 감지하는 터미널유닛(16)과; 터미널유닛(16)으로부터 센서부(10b)에서 발생한 맨홀감지정보를 수집하고, 센서부(10b)의 센서들을 미소전류로 제어하는 저전력제어부(11)와; 저전력제어부(11)로부터 센서부(10b)에 의해 감지된 맨홀감지정보를 수집한 후 방향성 안테나(13)에 의한 무선 신호의 송수신을 제어하는 무선통신모듈(14)을 제어하는 마이크로컨트롤러(12)와, 센서부(10b)에 의해 수집된 맨홀감지정보를 방향성 안테나(13)를 이용하여 중계단말기(20)로 전송하는 무선통신모듈(14)과, 수집단말기(10)의 구동을 위한 클럭 정보를 발생시키는 타이머(15)와, 무선통신모듈(14)의 제어에 의해 방향성 전파를 송수신하는 방향성 안테 나(13)로 이루어지는 무선통신모듈부(10a)를 포함하여 구성된다.
여기서 터미널유닛(16)에 구비되는 센서부(10b)는 개폐센서(2), 수위센서(4) 및 온도센서(6) 중 하나 이상의 센서를 구비한다.
상술한 센서부(10b)의 구성 중 개폐센서(2)는 맨홀의 개폐 여부를 감지하는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 지중에 매설되는 맨홀의 몸체(1) 내측 면 중 맨홀 뚜껑의 테두리 영역이 지지되는 단턱부(3)의 상부면에 부착되고, 견고한 케이스 형상의 브라켓(2b)에 의해 밀폐 구성되어 맨홀뚜껑 개폐시에 있을 충격을 브라켓(2b)이 흡수하도록 하고, 이물질이 부착되는 것을 방지하여 개폐센서(2)가 보호되도록 구성된다. 도 3에서 개폐센서(2)는 상부에 맨홀 뚜껑(도면에 미도 시)이 근접해 있는 형태로 설치되어 맨홀뚜껑이 열려 감지범위를 벗어나게 되면 강한 전자기류가 형성되어 열림 스위치의 접점을 동작시키는 것에 의해 맨홀 뚜껑의 열림을 감지하도록 하고, 맨홀 뚜껑이 닫혀 감지범위 내에 들어오게 되면 형성된 전자기류가 약해지고 이에 의해 닫힘 스위치의 접점을 동작시켜 맨홀 뚜껑의 덮임을 감지할 수 있도록 하는 근접센서(2a)로 구성된 것으로 도시하였으나, 개폐센서(2)는 근접센서(2a)에 한정되지 않고 마그네트 센서 등의 다양한 센서로 구현될 수 있다. 그리고 수위센서(4)는 맨홀 내부의 수위를 감지하는 것으로, 오뚜기식 레벨스위치로 이루어지되, 맨홀 몸체(1)의 내측 아래 쪽에 설치되어 침수가 되면 아래로 늘어졌던 센서가 부력으로 바로 서면서 내부의 스위치접점이 동작하도록 구성된다. 상기 수위센서(4)는 합성수지로 이루어져 가볍고, 부식에 강한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 온도센서(6)는 맨홀 내부의 온도를 감지하기 위한 것으로, 일반적으로 온도에 따라 저항값이 변하는 다이오드 써미스터(diode thermister)가 적용될 수 있다.
다음으로, 상술한 수집단말기(10)의 구성 중 터미널유닛(16)은 센서부(10b)에 구성되는 각각의 센서들의 감지 신호를 수신하여 맨홀 내부의 상태를 감지한다. 이를 위하여 터미널유닛(16)의 내부에는 배터리(17)가 내장되어 있어 센서에 필요한 전원을 공급하게 되고, 상기 수집단말기(16)의 각 블록에 필요한 전원을 공급하게 된다. 이때 센서부(10b)는 배터리(17)의 방전 여부를 파악 가능하게 하는 전원센서(8)를 더 구비하여, 배터리(17)가 저전압으로 되는 경우 전원센서(8)가 이를 감지하고, 수신단말기(10)가 감지된 배터리(17)의 저전력 신호를 중계단말기(20)를 경유하여 서버(30)로 전송함으로써, 관리자가 배터리(17)가 방전되기 이전에 조치를 취할 수 있도록 함으로써 배터리(17)의 방전으로 인한 수집단말기(10)의 작동불능 상태를 예방할 수 있도록 구성될 수 있다.
다음으로, 저전력제어부(11)는 터미널유닛(16)으로부터 센서부(10b)에서 발생한 맨홀감지정보를 수집하고, 센서부(10b)에서 센서부(10b)로 공급되는 전류를 미소 전류로 제어하여 센서부(10b)의 의한 전원소모를 줄이도록 동작한다.
다음으로, 무선통신모듈부(10a)에서 마이크로컨트롤러(12)는 수집단말기(10)에서의 무선신호 송수신 주기, 절전모드 제어 등을 수행하고, 무선통신모듈(14)은 송신될 데이터에 대한 아날로그 변환, 기본 주파수 신호를 고주파로 변환하는 주파수 변환을 수행하며, 방향성 안테나(13)는 고주파 신호를 무선신호로 송출하거나 수신하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 마이크로컨트롤러(12)는 수집단말기(10)가 센서부(10b)의 센서들을 이용하여 맨홀에서 발생하는 각종 맨홀감지정보를 수집한 후 무선통신모듈부(10a)를 통해 중계단말기(20)에 즉시 소출력으로 무선 전송하는 경우, 무선통신모듈부(10a)에 탑재된 안테나이득이 높은 패치안테나 등으로 구현되는 방향성 안테나(13)에서 송출되는 무선신호의 송출전력을 법정공중무선신호의 출력 기준에 맞는 전파의 세기를 충족하는 조절하여 수집단말기(10)가 소속되어있는 중계단말기(20)로 송신하도록 제어하며, 또한 중계단말기(20)로부터의 법정공중무선신호로 낮추어진 무선신호를 수신하는 경우에는 방향성 안테나(13)의 수신 이득을 조절하고 신호를 증폭하는 것에 의해 수신의 신뢰성이 보장되도록 제어한다.
그리고 상기 마이크로컨트롤러(12)는 또한 수집단말기(10)가 각 센서에서 발생된 맨홀감지정보를 자신이 소속되어있는 중계단말기(20)로 소정의 횟수까지 반복 송신한 후에도 중계단말기(20)로부터 맨홀감지정보 수신을 알리는 응답 신호를 수신하지 못한 경우는 송신을 중단하고, 감지된 맨홀감지정보를 마이크로컨트롤러(12) 내부의 메모리에 일시 저장한 후 절전모드로 변경되어 대기하다가 새로운 맨홀감지정보가 감지되거나 혹은 수집단말기(10) 자신의 정기상태정보를 중계단말기(20)에 송신할 때에 저장된 맨홀감지정보를 함께 송신하도록 제어하는 것에 의해 수집단말기(10)의 전력소모를 줄이도록 동작한다. 이때, 상기 정기상태정보는 소정의 시간 내에 아무런 동작 여부가 발생하지 않은 경우 절전모드에서 깨어나 수집단말기(10)의 현재 상태를 중계단말기(20)로 전송하는 것으로서, 서버(30)로 수집단말기(10)가 정상 동작하고 있음을 알리는 정보를 말한다.
다음으로, 도 1의 맨홀감시장치(100) 중 중계단말기(20)를 설명한다.
상기 중계단말기(20)는 복수의 수집단말기(10)들이 설치되는 일정 구역마다 설치되어, 일정 구역 내에 설치된 복수의 수집단말기(10)들로부터 수신한 복수의 맨홀감지정보를 취합 및 정리하고, 취합 및 정리된 맨홀감지정보를 무선통신모듈(14)과 공중무선통신망모뎀(25) 및 공중무선통신망안테나(26)를 이용하여 무선으로 서버(30)에 전송하는 기능을 수행한다.
상술한 기능 수행하는 중계단말기(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수집단말기(10)들로부터 송신되는 맨홀감지정보를 가지는 무선신호를 수신하는 방향성 안테나(21)와; 방향성 안테나(22)를 통한 무선신호의 송신시 방향성 안테나(22)에서 송출되는 무선신호가 법정공중무선신호의 출력 세기를 충족하도록 출력을 감소시키도록 하고, 수집단말기(10)들로부터 무선신호를 수신하는 경우에는 수신감도를 높이도록 무선통신모듈(22)의 안테나 이득과 신호증폭을 제어하는 제1마이크로컨트롤러(23-1)와; 중계단말기(20)가 서버(30)로 무선신호를 소정의 횟수까지 반복 송신한 후에도 서버(30)로부터 응답을 수신하지 못한 경우는 송신을 중단하고, 서버(30)로 송신할 현재의 정보를 내부에 구비된 메모리에 일시 저장하고 대기하다가 수집단말기(10)들로부터 새로운 맨홀감지정보를 수신하거나, 중계단말기(20) 자신의 정기상태정보를 서버에 송신하는 주기가 도래한 경우, 저장된 정보를 함께 송신하도록 제어하는 제2마이크로컨트롤러(23-2)와; 제2마이크로건트롤러(23-2)와 RS232 통신을 수행하도록 연결수단(24)에 의해 연결되어 중계단말기(20)의 공중무선통신망을 통한 통신을 제어하는 공중무선통신망모뎀(25)과; 공중무선통신망을 통 한 통신을 위한 무선신호를 송수신하는 공중무선통신망안테나(26)와; 외부전원부(27), 전원제어부(28) 및 충전배터리부(29)를 구비한 전원부(20a);로 구성된다.
그리고 중계단말기(20)를 구동하기 위한 전원부(20a)의 구성 중 외부전원부(27)는 태양전지로 구성되고, 충전배터리부(29)는 상기 태양전지 또는 외부의 AC전원으로부터 전기에너지를 공급받아 충전되도록 구성되며, 전원제어부(28)는 외부전원부(27)와 충전배터리부(29)의 전원을 중계단말기(20)의 각 구성으로 공급하도록 제어한다.
상술한 구성을 가지는 중계단말기(20)에서 방향성 안테나(21)를 통하여 들어온 전파신호가 무선통신모듈(RF 모듈)(22)과 제1마이크로컨트롤러(23-1)에서 맨홀감지정보 데이터로 변환된다. 그리고 마이크로컨트롤러(23-1)에서 변환된 맨홀감지정보 데이터는 제2마이크로컨트롤러(23-2)로 즉시 전달되고 그 내용은 다시 RS232 등의 연결수단(24)을 통해 공중무선통신망모뎀(25)으로 전송되고, 공중무선통신망모뎀(25)은 수신된 맨홀감지정보 데이터를 공중무선통신망을 통한 무선통신 프로토클에 적합하도록 패킷을 변환한 후 방향성 안테나(26)를 이용하여 송출하며, 송출된 무선신호는 공중무선통신망을 통해서 서버(30)로 전송된다.
상술한 구성에서 데이터전송의 신뢰도를 높이기 위하여 제1마이크로컨트롤러(23-1)는 무선통신모듈(22)을 제어하고 제2마이크로컨트롤러(23-2)는 공중무선통신망모뎀(25)을 제어하도록 구성된 것이다. 일반적으로 외부로부터 들어오는 데이터는 모두 인터럽트로 처리되므로 우선순위에 의하여 처리순서가 결정되는데, 중계단말기(20)의 경우 어느 한쪽이라도 그 우선순위가 양보될 수 없으므로 양쪽에 각 각 별도의 마이크로컨트롤러를 사용하여 처리하고 서로는 병렬 핸드세이크 통신으로 연결되도록 구성함으로써 데이터전송의 신뢰도를 높이도록 한 것이다.
상기와 같이 구성된 중계단말기(20)는 멀티프로세서가 채용되어 수집단말기(16) 통신과 서버(30) 통신의 충돌이 전혀 없이 운용될 수 있으며 태양전지와 공중무선통신망 모뎀 및 안테나의 채용으로 설치장소에 대한 제한이 없게 된다.
상술한 바와 같이 구성되는 중계단말기(20)는 서버(30)에 자신의 상태와 수집단말기(10)들의 상태정보를 정기상태정보로 보고하게 되는데, 수집단말기(10)들로부터 소정 시간 이내에 통신이 이루어지지 않으면 서버(30)에 수집단말기의 고장을 보고하게 되고, 수집단말기(10)들로부터 아무런 맨홀감지정보가 전송되지 않아도 소정시간에 1회씩 자신의 정보를 정기상태보고로 서버(30)에 전송하여, 중계단말기(20)가 정상임을 확인시킨다. 또한, 중계단말기(20)는 서버로부터 시간정보를 전송받고 이를 이용하여 자신의 시간을 정정하는 기능을 수행하며, 서버(30)로부터의 요청에 의해 수집단말기(10)와의 최종 통신 내용을 서버(30)에 보고한다.
상술한 무선 맨홀감시장치(100)의 구성 중 수집단말기(10)와 중계단말기(20)의 구성에서 상기 마이크로컨트롤러(12)와, 제1마이크로컨트롤러(23-1)와, 제2마이크로컨트롤러(23-2)가 본원 발명의 무선신호제어부가 된다.
다음으로, 중계단말기(20)와 공중무선통신망모뎀(31)을 이용하여 무선 통신을 수행하는 서버(30)는 중계단말기(20)들로부터 공중무선통신망안테나(31)를 이용하여 맨홀감지정보를 수신하는 공중무선통신망모뎀(31) 또는 TCP/IP 에 의해 인터넷통신이 가능하도록 하기 위한 이더넷 포트(31a) 중 하나 이상을 구비하고, 공중 무선통신망모뎀(31) 혹은 이더넷포트(31a)로부터 수신된 맨홀감지정보를 저장하는 저장부(33)와; 전자지도상에서 맨홀의 위치를 표시하기 위한 지도데이터가 저장된 지도데이터저장부(36)와; 맨홀감지정보를 지도데이터저장부(36)의 전자지도를 이용하여 표출하도록 제어하는 중앙제어부(35)와; 맨홀감지정보에 해당하는 경보음을 발생시키는 경보수단(34)을 포함하여 구성되어, 맨홀별 감시정보를 표출하며, 해당 맨홀의 위치를 지도정보로 표시하고, 맨홀에서 이상신호가 수신되는 경우에는 경보를 출력하여 관리자가 대처할 수 있도록 함으로써 원격에서 맨홀에 대한 원격 감시 및 관리를 수행할 수 있도록 한다.
상술한 구성을 가지는 본원 발명의 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치에서, 수집단말기(10)는 맨홀의 내측에 설치되며, 이때, 방향성 안테나 또한 맨홀의 외부로 노출됨이 없이 맨홀의 내측에 설치된다. 이 경우 수집단말기(10)의 방향성 안테나(13)는 일정 영역에 설치된 수집단말기(10)들로부터 맨홀감시정보를 수신하도록 기 지정된 영역별로 설치되는 중계기단말기(20)의 방향성 안테나(21)와 대향되도록 설치되며, 각각의 법정공중무선신호 요건을 충족하는 전파를 사용하여 무선통신을 수행한다. 그리고 중계단말기(20)와 서버(30)는 이동통신망을 포함하는 공중무선통신망을 통해 통신을 수행할 수 있도록 설치된다.
상술한 바와 같이 설치되는 본원 발명의 방향성 안테나를 이용한 무선맨홀감시장치에서 수집단말기(10)는 맨홀 내부에서 감지된 맨홀감지정보를 방향성 안테나(13)를 이용하여 중계단말기(20)로 전송하고, 중계단말기(20)는 수집단말기(10)로부터 전송된 맨홀감지정보를 공중무선통신망을 통해 서버(30)로 전송함으로써 원 격지에서 관리자가 맨홀의 상태를 관리할 수 있도록 한다.
이 경우, 상술한 바와 같이 설치된 수집단말기(10)는 센서부(10b)를 통해 맨홀 내부의 온도, 수위 및 맨홀 뚜껑의 개폐 여부를 감지한 후 방향성 안테나(13)를 이용하여 무선신호로 중계기로 송출하게 된다. 이때, 방향성 안테나(13, 21)에서 송출되는 무선신호의 전력은 종래기술의 안테나에서 송출되는 전력보다 그 세기가 크므로, 허가없이 사용되도록 허용되는 법정공중무선신호의 출력 세기에 적합하도록 낮추어서 출력하게 되며, 수신시에는 수신 이득을 높이고 수신된 무선신호를 증폭하여 수신의 신뢰성을 보장하게 된다.
여기서, 상술한 바와 같은 방향성 안테나에 의해 송신된 무선신호의 출력이득을 법정공중무선신호의 출력 세기를 가지도록 낮추는 것은, 각 나라에 허용되는 법정공중무선신호에 따라 조정되게 된다. (부분생략)
그리고 상술한 바와 같이 방향성 안테나를 적용하는 경우 방향성 안테나에서 송출되는 신호의 지향성으로 인해 맨홀내의 송출 전파간의 간섭을 줄여 수신측에서는 보다 신뢰성있는 신호를 수신하는 확률을 높여 무선신호에 포함된 데이터를 원활히 추출할 수 있게 된다. 따라서, 본원 발명의 수집단말기(10)의 방향성 안테나(13)는 맨홀의 내측에 배치될 수 있게 됨으로써, 종래기술의 무선 맨홀감시시스템과 같이 맨홀의 외부로 안테나를 노출하거나, 외부로 노출된 안테나와 수집단말기를 연결하기 위한 배선을 위해 맨홀 또는 노면에 천공작업을 수행하는 등의 부가 작업을 수행하는 번거로움을 해소하게 된다.
그리고 상술한 본원 발명의 방향성 안테나를 이용한 맨홀감시장치에서 수집 단말기(10)와 중계단말기(20)는 상대 측의 수신 응답이 없는 경우 절전모드로 동작함으로써 전력소모를 줄여 맨홀감시장치의 장기간의 안정적인 동작을 보장한다.
도 1은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치의 블록 구성도,
도 2는 도 1의 수집단말기(10)의 기능 블록 구성도,
도 3은 도 1의 수집단말기(10)의 개폐센서로서의 근접센서(2)의 설치 상태를 나타내는 맨홀 몸체의 사시도,
도 4는 도 1의 중계단말기(20)의 기능 블록 구성도,
도 5는 도 1의 서버(30)의 기능 블록 구성도이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *
10: 수집단말기
10a: 무선모듈부 10b: 센서부
2: 개폐센서 2a: 근접센서
2b: 브라켓 4: 수위센서
6: 온도센서 8: 전원센서
11: 저전력 제어부 12: 마이크로컨트롤러
13: 방향성 안테나 14: 무선통신모듈
15: 타이머 16: 터미널유닛
20: 중계단말기
21: 방향성 안테나 22: 무선통신모듈
23-1: 제1마이크로컨트롤러 23-2: 제2마이크로컨트롤러
24: RS232 25: 공중무선통신망모템
20a: 전원부 26: 공중무선통신망안테나
27: 외부전원부 28: 전원제어부
29: 충전배터리부
30: 서버
31: 공중무선통신모뎀 32: 공중무선통신안테나
33: 저장부 34: 경보수단
35: 중앙제어부 36: 지도데이터저장부
37: 표시부

Claims (4)

  1. 맨홀 내부 상태 감지를 위한 센서부를 구비하여 맨홀의 내측에 설치된 후 맨홀 정보를 수집하여 무선신호로 송출하는 수집단말기와, 상기 수집단말기의 송출신호를 수신한 후 무선통신을 이용하여 맨홀 원격 감시를 제어하는 서버로 전송하는 중계단말기로 구성되는 맨홀 무선 감시장치에 있어서,
    상기 수집단말기와 상기 중계단말기는 방향성무선신호에 의해 통신을 수행하도록 방향성 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 수집단말기와 상기 중계단말기는,
    상기 방향성 안테나를 이용한 무선신호의 송신시 무선신호의 송출 출력의 세기를 법정공중무선신호의 출력 세기에 적합하도록 제어하는 무선신호제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀감시장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 수집단말기와 상기 중계단말기의 무선신호제어부는, 상대 측으로 일정 회수의 무선신호의 송출 후 수신 응답신호를 수신하지 못하는 경우 송신할 정보를 일시 저장한 후 절전모드로 동작시키고, 다음 송신될 신호의 발생 또는 정기상태보고 주기의 도래 시 상기 저장된 송신할 정보를 함께 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 방향성 안테나를 이용한 무선 맨홀 감시장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 수집단말기는,
    맨홀의 뚜껑의 개폐 여부를 확인하기 위하여 지중에 매설되는 맨홀의 몸체 내측 면 중 맨홀 뚜껑의 테두리 영역이 지지되는 단턱부의 상부면에 부착되고 맨홀 뚜껑의 하중 또는 이물질로부터 보호하기 위한 견고한 케이스 형상의 브라켓에 의해 밀폐되는 근접센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 방향성 안테나를 이용한 무선맨홀감시장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101451702B1 (ko) * 2012-08-29 2014-10-21 주식회사 맥스포 휴대용 센서 모니터링 게이트웨이
KR102024323B1 (ko) 2018-03-28 2019-09-23 주식회사 한국미야마 지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑
KR20210142021A (ko) * 2020-05-14 2021-11-24 주식회사 이도 스마트 맨홀 덮개를 이용한 방재 관리 시스템

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