KR20110043023A - 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치 및 방법 - Google Patents

3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광전지판(100), 팔각형 기상측정부(200), 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)로 구성됨으로서, 태양광을 통해 자가발전을 할 수 있어, 전력 소비를 줄일 수 있고, 실시간 무선 송수신이 가능하므로 설치장소의 제약이 없고, 신속한 기상통보가 가능함은 물론이고, 무엇보다 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)을 통해 언제 어디서든 강우량·강설량연산용 단면적 데이터를 정확하게 측정할 수 있고, RDS FM 송수신 방식으로 송신할 수 있으며, 원격지의 중앙통제서버에서 현지에서 측정한 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 그래프로 도시화하고, 강우량과 강설량 수치를 정확하게 산출할 수 있는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
태양전지판, RDS FM형 강설량 측정모듈

Description

3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치 및 방법{THE APPARATUS AND METHOD OF MEASURE A AREA DATA WITH 3D MEASURE MODULE IN WIRELESS}
본 발명은 FM 대역(76~108MHz)을 통해 원격지의 중앙통제서버로부터 전송되는 오디오 신호와 웨이크업 신호를 수신받아 구동되며, 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터 신호를 원격지의 중앙통제서버로 전송시키는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량측정장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기상재해란, 비, 바람, 눈, 우박 등의 기상 현상으로 생기는 재해를 의미하는 것으로서, 기상청 등에서의 분석을 통하여 상기한 기상현상으로 큰 재해가 예상되는 경우에는 대설경보, 태풍경보, 폭풍경보, 호우경보 등의 기상경보를 TV 또는 라디오 중계 등의 방송수단을 통해 통보하게 된다.
그런데 이상과 같은 기존의 기상통보 방식은 단지 기상청 등의 방재센터에서 분석된 자료를 근거로 하여 방송국 등에서 TV 또는 라디오와 같은 공중파 방송매체 로 기상정보를 송신하고 통보하는 것에 불과하므로 한정된 시간에 한정된 양만큼의 기상정보만이 수신되며, 그러한 통보범위 또한 특정지역으로 한정되어 있어 기상정보에 대한 신뢰성이 보장되지 못하는 단점이 있다.
또한, 산업발전 등으로 인하여 엘니뇨 현상, 국지성 호우, 때늦은 폭설 등의 기상이변 현상 또한 속출하고 있는데 이러한 경우 신속한 기상통보 및 그에 따른 대응이 필수적으로 수행되어야 하나 실질적으로는 그러한 대응이 이루어지지 못하고 있는 실정이며, 또한 기상청 등에서 분석된 기상정보가 각지로 통보되기도 전에 각종 사고, 피해 등이 발생되는 경우가 허다하므로 그로 인한 인명피해, 재산피해 또한 막대하게 발생된다는 문제점이 있었다.
특히, 근래에는 기상재해 중 폭설로 인한 비닐하우스 피해 및 고속도로 사고를 방지하기 위해 강설량을 측정하기 위해, 눈이 많이 내리는 특정 지역에 강설량 측정수단을 설치하고, 측정된 강설량정보를 실시간 수집하여 실시간 외부 방재센터로 제공하는 방식에 관하여 제안되고 있으나, 무엇보다 유선방식으로 설치되고 있어 도심지 이외의 오지에 위치한 산간 등에는 전기공급이 어려워 전혀 설치가 곤란하다는 문제점 있으며, 상기한 유선방식 자체가 정보 전송속도가 빠르지 못한 단점으로 인해 신속한 기상분석 및 통보가 실질적으로 곤란하다는 단점이 있었다.
상기의 목적을 해결하기 위해, 본 발명에서는 태양광을 통해 자가발전을 할 수 있어, 전력 소비를 줄일 수 있고, 실시간 무선 송수신이 가능하므로 설치장소의 제약이 없고, 신속한 기상통보가 가능함은 물론이고, 무엇보다 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)을 통해 언제 어디서든 강우량·강설량연산용 단면적 데이터를 정확하게 측정할 수 있고, RDS FM 송수신 방식으로 송신할 수 있으며, 원격지의 중앙통제서버에서 현지에서 측정한 강우량과 강설량을 그래프로 도시화하고, 강우량과 강설량 수치를 정확하게 산출할 수 있는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치는
바닥면에 위치되어 강우량·강설량연산용 단면적 데이터를 측정하는 장치 (1)로 이루어지고,
상기 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치(1)는 세로방향의 길다란 지지프레임 일측에 설치되어, 태양광을 모으고 발전(發電)을 하여 생성된 전기를 배터리에 충전시킨 후, 팔각형 기상측정부(200) 및 3차원 무선 복합 기상 측정 모듈의 전원으로 사용하는 태양광전지판(100)과,
바닥면과 20cm~50cm의 이격거리를 두며 설치되고, 태양광전지판(100)으로부터 자가발전된 전원을 공급받고, 유선을 통해 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)과 연결되며, 팔각형상의 본체 내부 공간으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 X축, Y축 선상에 구성된 레이져 센서를 통해 시간대별 단면적으로 측정하는 팔각형 기상측정부(200)와,
태양광전지판(100)이 설치된 지지 프레임과 연결되어, 태양광전지판으로부터 자가발전된 전원을 공급받고, FM 대역(76~108MHz)을 통해 원격지의 중앙통제서버로부터 전송되는 오디오 신호와 웨이크업 신호를 수신받아 구동되며, 팔각형 기상측정부를 통해 측정된 눈, 비, 우박의 레이져 수신 데이터를 입력받아 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산한 후, 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터 신호를 RDS FM 송수신부를 통해 원격지의 중앙통제서버로 전송시키는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)이 포함되어 구성됨으로서 달성된다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정방법은,
태양광전지판을 통해 태양광을 모으고 발전(發電)을 하여 생성된 전기를 배터리에 충전시킨 후, RDS FM형 강설량 측정모듈로 전원을 공급시키는 단계(S100)와,
RDS FM형 강설량 측정모듈을 통해 FM 대역(76~108MHz)에서 원격지의 중앙통제서버로부터 전송되는 오디오 신호와 웨이크업 신호를 수신받아 마이컴부(MCU)로 전달하는 단계(S200)와,
마이컴부에서 RDS FM 송수신부로부터 웨이크업 신호를 수신받으면, 대기상태에서 동작 상태로 전환되어 PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL), 팔각형 기상측정부(200)의 동작을 깨우고, PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL)를 통해 각 기기로 전원을 공급시키는 단계(S300)와,
팔각형 기상측정부(200)에서 팔각형상의 본체 내부의 측정공간으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 X축, Y축 선상에 구성된 레이져 센서를 통해 시간대별 레이져 수신 데이터를 측정하는 단계(S400)와,
마이컴부에서 팔각형 기상측정부(200)의 레이저센서부로부터 측정된 측정공간의 레이져 수신 데이터를 입력받아 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산하는 단계(S500)와,
RDS FM 송수신부(210)에서 마이컴부로부터 연산된 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터 신호를 RDS FM 송수신부를 통해 원격지의 중앙통제서버로 전송시키는 단계(S600)로 이루어짐으로서 달성된다.
이상에서 설명드린 바와 같이, 본 발명에서는 태양광을 통해 자가발전을 할 수 있어, 전력 소비를 줄일 수 있고, 실시간 무선 송수신이 가능하므로 설치장소의 제약이 없고, 신속한 기상통보가 가능함은 물론이고, 무엇보다 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)을 통해 언제 어디서든 강우량·강설량연산용 단면적 데이터를 정확하게 측정할 수 있고, RDS FM 송수신 방식으로 송신할 수 있으며, 원격지의 중앙통제서버에서 현지에서 측정한 강우량과 강설량을 그래프로 도시화하고, 강우량과 강설량 수치를 정확하게 산출할 수 있는 좋은 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 태양광전지판(100), 팔각형 기상측정부(200), 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 태양광전지판(100)에 관해 설명한다
상기 태양광전지판(100)은 세로방향의 길다란 지지프레임 일측에 설치되어, 태양광을 모으고 발전(發電)을 하여 생성된 전기를 배터리에 충전시킨 후, 팔각형 기상측정부(200) 및 3차원 무선 복합 기상 측정모듈의 전원으로 사용하는 곳으로, 이는 투과율 저하가 적은 PVB(Poly Vinyl Butylol)나 내습성이 뛰어난 EVA(Ethylene Vinyl Asetate) 등으로 이루어진 충전재에 의해 인쇄회로기판의 상면 에 부착된다.
태양전지판은 플러스 단자의 제1 단위셀과 마이너스 단자의 제2 단위셀이 다수개 상호 이격되어 매트릭스 형태로 배열되며, 각각의 단위셀은 알루미늄 금속박으로 이루어진 인터커넥터에 의해 상호 직렬 또는 병렬로 연결되어 솔라셀 어레이를 형성한다.
이때, 직렬 연결되는 솔라셀의 수량은 충전배터리의 충전용량에 따라 결정된다.
각 단위셀을 연결하는 인터커넥터는 인쇄회로기판의 일측에 도금된 전원단자에 접속된다.
솔라셀 어레이의 상부에는 종전의 유리기판 대신, 투명 폴리카보네이트창이 적층된다.
이와 같이, 솔라셀 어레이 상부에 투명 폴리카보네이트창을 적층시킴으로 인해, 종래 유리기판의 표면에서 태양광이 반사됨으로 인해 광에너지가 손실되는 것을 방지할 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 팔각형 기상측정부(200)에 관해 설명한다.
상기 팔각형 기상측정부(200)는 바닥면과 20cm~50cm의 이격거리를 두며 설치되고, 태양광전지판(100)으로부터 자가발전된 전원을 공급받고, 유선을 통해 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)과 연결되며, 팔각형상의 본체 내부 공간으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 X축, Y축 선상에 구성된 레이져 센서를 통해 시간대별 단면적으 로 측정하는 곳으로, 이는 도 3에서 도시한 바와 같이, 본체(210), 레이져 센서 보호커버, 레이저센서부로 구성된다.
상기 본체는 팔각형상의 박스구조로 이루어져 형성되고, 눈, 비, 우박이 낙하되어 유입되는 본체의 유입구에 레이져 센서 보호커버가 형성된다.
여기서, 레이져 센서 보호커버는 도 4에서 도시한 바와 같이, 단면이 ''형상으로 형성되어, 팔각 모서리에 각각 설치된 것으로, 이는 눈, 비, 우박이 본체 내부로 낙하시, 레이져 센서부로 직접 접촉됨으로 인해, 레이져 센서부가 오작동이 발생되는 문제점 때문에 레이져 센서부를 보호하는 역할을 한다
상기 본체의 팔각 모서리는 도 6에서 도시한 바와 같이, 반시계방향으로 연결된 제1모서리(221), 제2모서리(222), 제3모서리(223), 제4모서리(224), 제5모서리(225), 제6모서리(226), 제7모서리(227), 제8모서리(228)로 구성된다.
상기 레이저센서부는 레이져 센서 보호커버 하단에 위치되고, 레이져 센서 보호커버 하단의 팔각 모서리에 홀수짝수로 짝을 이루며 복수개로 설치되어, 마주보는 모서리 면방향으로 향하는 레이저 신호를 송신(Tx)하고, 수신(Rx)하여 본체 내부 측정공간의 단면적으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 X축, Y축, Z축 선상에서 시간대별로 측정하는 곳으로, 이는 도 6에서 도시한 바와 같이, 모서리 일측면에 레이저 신호를 송신(Tx)하는 레이져 출력부가 구성되고, 마주보는 타측면에 레이져 출력부가 송신한 레이저 신호를 수신(Rx)하는 레이져 수신부가 구성된다.
본 발명에서는 팔각 모서리 중 하나의 모서리에 레이져 출력부, 레이져 수신부가 각각 8개씩 16개로 구성된다.
그리고, 하나의 모서리에 16개의 레이져 출력부, 레이져 수신부가 나열되어 있다면, 홀수 위치에 레이져 출력부가 구성되고, 짝수 위치에 레이져 수신부가 구성된다.
본 발명에 따른 레이져 센서부는 모서리 일측면에 레이저 신호를 송신(Tx)하는 레이져 출력부가 구성되고, 마주보는 타측면에 레이져 출력부가 송신한 레이저 신호를 수신(Rx)하는 레이져 수신부가 구성됨으로서, 측정공간의 단면적으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 X축, Y축, Z축 선상에서 시간대별로 측정한다.
여기서, 일예로 X축은 제7모서리와 제3모서리에서 레이저 신호를 송수신하는 과정에서 생기는 X축라인을 말하고, Y축은 X축과 90°각도를 이루는 제5모서리와 제1모서리에서 레이저 신호를 송수신하는 과정에서 생기는 Y축라인을 말하며, Z축은 수직으로 낙하되는 눈, 비, 우박의 Z축라인을 말한다.
또 다른 일예로, X축은 제6모서리와 제2모서리에서 레이저 신호를 송수신하는 과정에서 생기는 X축라인을 말하고, Y축은 X축과 90°각도를 이루는 제4모서리와 제8모서리에서 레이저 신호를 송수신하는 과정에서 생기는 Y축라인을 말하며, Z축은 수직으로 낙하되는 눈, 비, 우박의 Z축라인을 말한다.
본 발명에서 레이저 센서부를 통해 측정공간의 단면적으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 측정한다는 것은 측정공간의 단면적으로 눈, 비, 우박이 낙하되지 않았을 경우에 모서리 일측면의 레이져 출력부에서 레이저 신호를 송신(Tx)되면, 마주보는 모서리 타측면의 레이져 수신부에 레이저 신호가 정상적으로 수신(Rx)되지만, 측정공간의 단면적으로 눈, 비, 우박이 낙하될 경우에는 레이저 송수신이 방해를 받게 되는데, 이때의 레이저 신호를 기준으로 측정공간의 단면적으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 측정한다.
다음으로, 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)에 관해 설명한다.
상기 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)은 태양광전지판(100)이 설치된 지지 프레임과 연결되어, 태양광전지판으로부터 자가발전된 전원을 공급받고, FM 대역(76~108MHz)을 통해 원격지의 중앙통제서버로부터 전송되는 오디오 신호와 웨이크업 신호를 수신받아 구동되며, 팔각형 기상측정부를 통해 측정된 눈, 비, 우박의 레이져 수신 데이터를 입력받아 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산한 후, 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터 신호를 RDS FM 송수신부를 통해 원격지의 중앙통제서버로 전송시키는 역할을 한다.
이는 도 2에서 도시한 바와 같이, RDS FM 송수신부(310), PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL)(320), 데이터 입출력보드부(330), 레이져 수신 데이터 입력부(340), 마이컴부(MCU)(350)로 구성된다.
상기 RDS FM 송수신부(310)는 FM 대역(76~108MHz)을 통해 원격지의 중앙통제서버부로부터 전송되는 오디오 신호와 웨이크업 신호를 수신받아 마이컴부(MCU)로 전달하고, 강설량 데이터 신호와 강우량 데이터 신호를 FM 대역(76~108MHz)을 통해 원격지의 중앙통제서버로 전송시키는 역할을 한다.
이는 Si4720/212로 FM 라디오 트랜시버용 싱글 칩으로 이루어지고, FM 송신기와 FM 라디오 수신기의 기능이 결합된 3×3×0.5mm 사이즈의 QFN 팩키지로 구성된다.
그리고, 통합형 FM 안테나가 지원되고, 76~108MHz로 이루어진 FM 대역에서 지원되며, RDS/RBDS 프로세서, 프로그래머블 출력전압제어신호 전송, 오디오 동적 범위 제어, 아날로그/디지털 오디오 인터페이스를 제공하고, 프로그래머블 레퍼런스 클럭을 입력시키며, 2.7V~5.5V 전원공급로 이루어진다.
본 발명에 따른 RDS FM 송수신부(310)는 FMI 단자에 FM 라디오 수신기능을 갖는 RX 안테나가 연결되고, TXO 단자에 FM 송신기능을 갖는 TX 안테나가 연결되며, VDD 단자와 GND 단자에 저전압 레귤레이터(LDO)가 연결되고, RX 안테나를 통해 수신된 FM 라디오 신호는 내부의 FM 튜너부를 거쳐 튜너가 된 후, 오디오 출력단자 ROUT과 데이터 출력단자 LOUT를 통해 마이컴부(MCU)의 수신단자 RXD로 전달된다.
본 발명에서는 데이터 신호로서, 웨이크업 신호를 RDS FM 송수신부의 데이터 출력단자 LOUT를 통해 마이컴부의 수신단자 RXD로 전달된다.
그리고, 입력단자 LIN에 마이컴부(MCU)로부터 데이터 신호가 입력되고, 입력단자 RIN에 마이컴부(MCU)로부터 오디오 전송 명령신호가 입력되어, TX 안테나를 통해 RDS FM형 강설량 측정모듈과 근접된 위치에 있는 주변기기인 핸드셋, 핸즈퓨리, MP3 플레이어, GPS/네비게이션, 위성 디지털 오디오 라디오, 핸드폰에 오디오 신호와 함께 강설량 측정 데이터 신호를 전송시키도록 구성된다.
이러한 구성을 통해 본 발명에 따른 RDS FM 송수신부(310)는 라디오 데이터 시스템 (RDS)과 라디오 방송 데이터 시스템 (RBDS)에 대한 지원을 전송하는 FM 라디오 트랜시버 통합 시스템의 특징을 갖는다.
또한, 오디오 전송 모드에서, 아티스트 이름, 노래 제목, 디지털 정보 카테고리와 브랜드 메시지와 같은 데이터 전송을 동시에 할 수가 있다.
상기 PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL)(320)는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)로 유입되는 전원을 DC_DC 변환한 후 PWM 방식으로 제어하여 충전배터리에 안정된 전원을 공급하는 역할을 한다.
여기서, 충전배터리는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)을 구동시키는 전원을 말한다.
상기 PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL)(320)는 전원을 PWM 방식으로 제어하여 불필요한 전원 사용을 방지하여 충전 후 장시간 사용하도록 구성된다.
이는 저항 R138을 통해 프로그램 설정한 전압을 DC/DC컨버터부의 INV 단자에 인가시키고, 태양광전지판에서 발생된 전기 및 상용전원(18V~50V)을 저항 R123, R125, R127를 통해 전압분배하여 DC/DC컨버터부의 V+단자와 전류피크센스 단자(SI)에 인가시키면, DC/DC컨버터의 비교인버팅입력단자(INV)에 입력된 전압과 내부 레퍼런스 전압(1.25V)을 비교기를 통해 비교 연산한 후, 레퍼런스 전압 이상의 경우에는 PWM 방식으로, 입력된 DC를 DC-DC 컨버터(NJM2360)에서 1.5A로 스위칭시켜 교류로 만들고, 출력된 교류를 센싱 저항 R133을 통해 트랜지스터 Q4를 턴온시킨다.
이때, 트랜지스터 Q4가 턴온되면, 트랜지스터 Q4의 컬렉터 단자에 있던 전압분배된 SOL_POWER 전압 및 상용전원(16V~50V)이 이미터 단자를 지나 다이오드 D69을 통해 평활되고, 인덕터 L5를 통해 5.2V가 출력되어 충전배터리(BAT)에 충전된다.
상기 DC-DC 컨버터(NJM2360)는 5.5V, 680mA, 전력효율이 70%로서, 외장 저항에 ±1%의 전류검출 저항을 사용해도 출력전류의 분산을 ±5% 이하로 할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 PWM 전원마이컴부(PWM POWER & BAT CONTROL)(220)가 구성됨으로서, 태양광전지판에서 발생된 전기 및 상용전원(18V~50V)을 충전배터리에 충전시 발생되는 충전배터리가 뜨거워지는 현상을 효과적으로 방지할 수가 있다.
상기 데이터 입출력보드부(330)는 팔각형 기상측정부(200)의 팔각 모서리에 구성된 레이져 센서부의 레이져 출력부로 구동신호를 출력시키고, 레이져 출력부와 1:1 대응되는 레이져 수신부로부터 눈, 비, 우박에 관한 레이져 수신 데이터를 수신받아 레이져 수신 데이터 입력부(340)로 전송시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 데이터 입출력보드부(330)는 레이져 출력부(331)와 레이져 수신부(332)로 나뉘어 구성된다.
즉, 특정시간(t) 동안 레이저센서부로 눈, 비, 우박이 낙하될 때, 레이져 출력부에서 레이져 수신부로의 레이저 송수신이 방해를 받게 된다.
이때, 특정시간(t) 동안 레이저 송수신이 단절되는 레이져 출력부와 레이져 수신부의 데이터를 기준으로 눈, 비, 우박의 레이져 수신 데이터를 측정한다.
상기 레이져 출력부(331)는 마주보는 모서리 면방향으로 향하도록 레이저 신호를 송신(Tx)하는 역할을 하는 것으로, 이는 모서리 하나에 8개씩 짝을 이루며 8개의 모서리에 각각 구성되어 총 64개로 이루어진다.
본체의 팔각모서리 중 제1모서리(221)는 도 10에서 도시한 바와 같이, 마이컴부의 8비트 출력신호(TX0)를 입력받아 센싱저항 R1~R8을 통해 센싱한 후, 레이져 출력부(Q0~Q7)에 출력신호를 보내도록 구성된다.
제2모서리(222)는 마이컴부의 8비트 출력신호(TX1)를 입력받아 센싱저항 R9~R16을 통해 센싱한 후, 레이져 출력부(Q8~Q15)에 출력신호를 보내도록 구성된다.
제3모서리(223)는 마이컴부의 8비트 출력신호(TX2)를 입력받아 센싱저항 R17~R24를 통해 센싱한 후, 레이져 출력부(Q16~Q23)에 출력신호를 보내도록 구성된다.
제4모서리(224)는 마이컴부의 8비트 출력신호(TX3)를 입력받아 센싱저항 R25~R32를 통해 센싱한 후, 레이져 출력부(Q24~Q31)에 출력신호를 보내도록 구성된다.
제5모서리(225)는 마이컴부의 8비트 출력신호(TX4)를 입력받아 센싱저항 R33~R40를 통해 센싱한 후, 레이져 출력부(Q32~Q39)에 출력신호를 보내도록 구성된다.
제6모서리(226)는 마이컴부의 8비트 출력신호(TX5)를 입력받아 센싱저항 R41~R48를 통해 센싱한 후, 레이져 출력부(Q40~Q47)에 출력신호를 보내도록 구성된다.
제7모서리(227)는 마이컴부의 8비트 출력신호(TX6)를 입력받아 센싱저항 R49~R56를 통해 센싱한 후, 레이져 출력부(Q48~Q55)에 출력신호를 보내도록 구성된다.
제8모서리(228)는 마이컴부의 8비트 출력신호(TX7)를 입력받아 센싱저항 R57~R64를 통해 센싱한 후, 레이져 출력부(Q56~Q63)에 출력신호를 보내도록 구성된다.
상기 레이져 수신부(332)는 마주보는 모서리 면방향으로 향하도록 레이저 신호를 수신(Rx)하는 역할을 하는 것으로, 이는 모서리 하나에 8개씩 짝을 이루며 8개의 모서리에 각각 구성되어 총 64개로 이루어진다.
즉, 본체의 팔각모서리 중 제1모서리(221)는 도 11에서 도시한 바와 같이, 레이져 출력부(Q0~Q7)의 출력신호를 레이져 수신부(U0~U7)로 1:1 수신받고, 그 수신 데이터 신호(Rec_0~Rec_7)를 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 8비트 입력단자로 전송시킨다.
제2모서리(222)는 레이져 출력부(Q8~Q15)의 출력신호를 레이져 수신부(U8~U15)로 1:1 수신받고, 그 수신 데이터 신호(Rec_8~Rec_15)를 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 8비트 입력단자로 전송시킨다.
제3모서리(223)는 레이져 출력부(Q16~Q23)의 출력신호를 레이져 수신부(U16~U23)로 1:1 수신받고, 그 수신 데이터 신호(Rec_16~Rec_23)를 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 8비트 입력단자로 전송시킨다.
제4모서리(224)는 레이져 출력부(Q24~Q31)의 출력신호를 레이져 수신부(U24~U31)로 1:1 수신받고, 그 수신 데이터 신호(Rec_24~Rec_31)를 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 8비트 입력단자로 전송시킨다.
제5모서리(225)는 레이져 출력부(Q32~Q39)의 출력신호를 레이져 수신부(U32~U39)로 1:1 수신받고, 그 수신 데이터 신호(Rec_32~Rec_39)를 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 8비트 입력단자로 전송시킨다.
제6모서리(226)는 레이져 출력부(Q40~Q47)의 출력신호를 레이져 수신부(U40~U47)로 1:1 수신받고, 그 수신 데이터 신호(Rec_40~Rec_47)를 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 8비트 입력단자로 전송시킨다.
제7모서리(227)는 레이져 출력부(Q48~Q55)의 출력신호를 레이져 수신부(U48~U55)로 1:1 수신받고, 그 수신 데이터 신호(Rec_48~Rec_55)를 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 8비트 입력단자로 전송시킨다.
제8모서리(228)는 레이져 출력부(Q56~Q63)의 출력신호를 레이져 수신부(U56~U63)로 1:1 수신받고, 그 수신 데이터 신호(Rec_56~Rec_63)를 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 8비트 입력단자로 전송시킨다.
상기 레이져 수신 데이터 입력부(340)는 데이터 입출력보드부와 연결된 팔각 모서리에 설치된 64개의 레이져 수신부로부터 눈, 비, 우박에 관한 레이져 수신 데이터를 입력받아, A/D 변환시켜 마이컴부로 전송시키는 것으로, 이는 도 8에서 도시한 바와 같이, 실렉트 보드부(341), A/D컨버터 IC(342), 난인버팅 버퍼(343)로 구성된다.
상기 실렉트 보드부(341)는 마이컴부의 3비트 어드레스 설정신호에 따라 데이터 입출력보드부와 연결된 제1,2,3 레이저센서부의 팔각 모서리에 설치된 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부를 선택한 후, 레이져 수신 데이터를 입력받아 A/D컨버터 IC로 전달하는 역할을 한다.
이는 제1,2,3 레이저센서부의 팔각 모서리에 설치된 레이져 수신부 중 제1모서리(221)의 레이져 수신부와 연결되는 제1 실렉트 보드부, 제2모서리(222)의 레이져 수신부와 연결되는 제2 실렉트 보드부, 제3모서리(223)의 레이져 수신부와 연결 되는 제3 실렉트 보드부, 제4모서리(224)의 레이져 수신부와 연결되는 제4 실렉트 보드부, 제5모서리(225)의 레이져 수신부와 연결되는 제5 실렉트 보드부, 제6모서리(226)의 레이져 수신부와 연결되는 제6 실렉트 보드부, 제7모서리(227)의 레이져 수신부와 연결되는 제7 실렉트 보드부, 제8모서리(228)의 레이져 수신부와 연결되는 제8 실렉트 보드부로 구성된다.
본 발명에 따른 실렉트 보드부는 입력단자 A,B,C에 마이컴부의 출력단자 A,B,C가 각각 연결되어, 마이컴부의 3비트 연산에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 팔각 모서리의 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부가 3비트로 실렉팅되어 입력되고, 입력단자 X0~X7단자에 실렉팅된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터(REC 0~REC 7)가 입력되며, 출력단자 X가 A/D컨버터 IC와 연결되어, A/D컨버터 IC로 레이져 수신 데이터(REC 0~REC 7)를 출력시킨다.
여기서, 마이컴부의 3비트 연산에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 팔각 모서리의 레이져 수신부 중 어느 하나가 3비트로 실렉팅되어 입력된다는 것은 3비트 연산시 '000' 일때, 팔각 모서리 중 제1모서리(221)의 레이져 수신부가 실렉팅 되도록 보드 ID가 설정되고, 3비트 연산시 '001' 일때, 팔각 모서리 중 제2모서리(222)의 레이져 수신부가 실렉팅 되도록 보드 ID가 설정되고, 3비트 연산시 '010' 일때, 팔각 모서리 중 제3모서리(223)의 레이져 수신부가 실렉팅 되도록 보드 ID가 설정되고, 3비트 연산시 '011' 일때, 팔각 모서리 중 제4모서리(224)의 레이져 수신부가 실렉팅 되도록 보드 ID가 설정되고, 3비트 연산시 '100' 일때, 팔각 모서리 중 제5모서리(225)의 레이져 수신부가 실렉팅 되도록 보드 ID가 설정되고, 3비트 연산시 '101' 일때, 팔각 모서리 중 제6모서리(226)의 레이져 수신부가 실렉팅 되도록 보드 ID가 설정되고, 3비트 연산시 '110' 일때, 팔각 모서리 중 제7모서리(227)의 레이져 수신부가 실렉팅 되도록 보드 ID가 설정되고, 비트 연산시 '111' 일때, 팔각 모서리 중 제8모서리(228)의 레이져 수신부가 실렉팅 되도록 보드 ID가 설정된다.
상기 A/D컨버터 IC(342)는 실렉트 보드부로부터 전달받은 아날로그 수신 데이터 신호를 디지털 신호로 변환시키는 역할을 한다.
즉, A/D컨버터 IC의 VIN+단자에 실렉트 보드부의 출력단자 X가 연결되고, 레이져 수신 데이터(REC 0~REC 7)에 관한 아날로그 신호가 입력되면, 이를 DB0~DB7단자를 통해 8비트 디지털 신호로 변환시켜, 난인버팅 버퍼부의 입력단자로 인가시킨다.
상기 A/D컨버터 IC는 제1 실렉트 보드부와 연결되는 제1 A/D컨버터 IC, 제2 실렉트 보드부와 연결되는 제2 A/D컨버터 IC, 제3 실렉트 보드부와 연결되는 제3 A/D컨버터 IC, 제4 실렉트 보드부와 연결되는 제4 A/D컨버터 IC, 제5 실렉트 보드부와 연결되는 제5 A/D컨버터 IC, 제6 실렉트 보드부와 연결되는 제6 A/D컨버터 IC, 제7 실렉트 보드부와 연결되는 제7 A/D컨버터 IC, 제8 실렉트 보드부와 연결되는 제8 A/D컨버터 IC로 나뉘어 구성된다.
상기 난인버팅 버퍼부(343)는 A/D컨버터 IC로부터 입력된 레이져 수신 데이터(REC 0~REC 7)에 관한 8비트 디지털 신호를 난인버팅(Noninveting)하여 마이컴부의 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자로 출력시킨다.
그리고, 난인버팅 버퍼부의 1OE단자와 20E단자에 보드 ID 설정부의 출력단자 F0~F7이 인가되어 구성된다.
이로 인해, 팔각 모서리의 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부가 선택되도록 보드 ID 설정부로부터 레이져 수신 데이터(REC 0~REC 7)에 관한 8비트 디지털 입력신호(XRD0~XRD7)가 난인버팅 버퍼부의 1OE단자와 20E단자로 입력된다.
본 발명에 따른 난인버팅 버퍼부는 제1 A/D컨버터 IC와 연결되는 제1 난인버팅 버퍼부, 제2 A/D컨버터 IC와 연결되는 제2 난인버팅 버퍼부, 제3 A/D컨버터 IC와 연결되는 제3 난인버팅 버퍼부, 제4 A/D컨버터 IC와 연결되는 제4 난인버팅 버퍼부, 제5 A/D컨버터 IC와 연결되는 제5 난인버팅 버퍼부, 제6 A/D컨버터 IC와 연결되는 제6 난인버팅 버퍼부, 제7 A/D컨버터 IC와 연결되는 제7 난인버팅 버퍼부, 제8 A/D컨버터 IC와 연결되는 제8 난인버팅 버퍼부로 나뉘어 구성된다.
상기 마이컴부(MCU)(350)는 RDS FM 송수신부로부터 수신받은 오디오 신호와 웨이크업 신호가 다채널로 동시에 입력단자에 입력되고, 수신받은 웨이크업 신호에 따라 대기상태에서 동작 상태로 전환되어 PWM 전원배터리부, 데이터 입출력보드부, 레이져 수신 데이터 입력부의 동작을 깨우고, 각 기기에 전원을 공급시키며, 레이 저센서부로부터 측정된 측정공간의 레이져 수신 데이터를 입력받아 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산한 후, 원격지의 중앙통제서버로 전송시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 89C52 8비트 마이크로컨트롤러로 구성된다.
본 발명에 따른 마이컴부는 도 9에서 도시한 바와 같이, 입출력 포트 P1.0단자에 전원 인가를 표시하는 LED 표시부가 연결되고, 3비트 연산 출력 포트 P1.1~P1.4단자에 실렉트 보드부의 입력 단자(INH,A,B,C)가 연결되어, 실렉트 보드부를 3비트 연산하여 팔각 모서리에 설치된 레이져 수신부가 각각 입력되도록 선택하고, 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자를 8비트 디지털 신호 입력단자로 설정하고, 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 제1,2,3,4,5,6,7,8 난인버팅 버퍼부가 연결되어, 팔각 모서리의 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부가 선택되어 입력되고, 입출력 포트 P2.0~2.5 단자에 보드 ID 설정부가 연결되어, 보드 ID 설정부를 통해 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4의 5비트 어드레스값에 따라 설정한 ID에 해당하는 팔각 모서리의 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부가 읽기명령신호(RD)단자 및 쓰기명령신호(WR) 단자에 의해 선택(Select)되도록 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 마이컴부에서 읽기명령신호(RD)단자를 인에이블(Enable)시키면, 보드 ID 설정부를 통해 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4의 5비트 어드레스값에 따라 설정한 ID에 해당하는 팔각 모서리의 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부가 선택되고, 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자에 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 제1,2,3,4,5,6,7,8 난인버팅 버퍼부가 연결되어, 팔각 모서리의 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터에 관한 8비트 디지털 신호가 입력된다.
그리고, 마이컴부에서 쓰기명령신호(WR) 단자를 인에이블(Enable)시키면, 보드 ID 설정부를 통해 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4의 5비트 어드레스값에 따라 설정한 ID에 해당하는 팔각 모서리의 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부가 선택되도록 선택신호와 함께, 선택된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터를 측정하라는 명령신호를 보낸다.
또한, 마이컴부의 수신단자(RXD)에 RDS FM 송수신부(310)의 오디오 출력단자 ROUT과 데이터 출력단자 LOUT가 각각 연결된다.
이로 인해, 데이터 신호로서, 웨이크업 신호를 RDS FM 송수신부의 데이터 출력단자 LOUT를 통해 마이컴부의 수신단자 RXD로 전달된다.
그리고, 마이컴부(MCU)의 송신단자(TXD)가 RDS FM 송수신부(310)의 입력단자 LIN가 연결되어, RDS FM 송수신부(310)로 레이저센서부에서 측정된 눈, 비, 우박에 관한 레이져 수신 데이터를 전송시킨다.
또한, 본 발명에 따른 마이컴부의 입출력 포트 P2.0~2.5 단자에 보드 ID 설정부가 연결되어 구성된다.
상기 보드 ID 설정부는 마이컴부 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4의 5비트 어드레스값에 따라 ID를 설정하고, 설정한 ID에 해당하는 팔각 모서리의 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부가 읽기명령신호(RD)단자 및 쓰기명령신호(WR) 단자에 의해 선택(Select)되도록 구성된다.
이는 16V8 버퍼로 구성된다.
보드 ID 설정부는 입력단자 I1~I7에 마이컴부의 5비트 어드레스 설정단자(AD0,AD1,AD2,AD3,AD4), 읽기명령신호(RD)단자 및 쓰기명령신호(WD)단자가 연결되고, 출력단자 F0에 레이져 수신 데이터 입력부의 제1 난인버팅 버퍼부가 연결되어, 제1모서리(221)에 설치된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터가 마이컴부로 입력되도록 입력신호(XRD0)를 보낸다.
그리고, 출력단자 F1에 레이져 수신 데이터 입력부의 제2 난인버팅 버퍼부가 연결되어, 제2모서리(222)에 설치된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터가 마이컴부로 입력되도록 입력신호(XRD1)를 보낸다.
출력단자 F2에 레이져 수신 데이터 입력부의 제3 난인버팅 버퍼부가 연결되어, 제3모서리(223)에 설치된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터가 마이컴부로 입력되도록 입력신호(XRD2)를 보낸다.
출력단자 F3에 레이져 수신 데이터 입력부의 제4 난인버팅 버퍼부가 연결되어, 제4모서리(224)에 설치된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터가 마이컴부로 입력되도록 입력신호(XRD3)를 보낸다.
출력단자 F4에 레이져 수신 데이터 입력부의 제5 난인버팅 버퍼부가 연결되어, 제5모서리(225)에 설치된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터가 마이컴부로 입력되도록 입력신호(XRD4)를 보낸다.
출력단자 F5에 레이져 수신 데이터 입력부의 제6 난인버팅 버퍼부가 연결되어, 제6모서리(226)에 설치된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터가 마이컴부로 입력되도록 입력신호(XRD5)를 보낸다.
출력단자 F6에 레이져 수신 데이터 입력부의 제7 난인버팅 버퍼부가 연결되어, 제7모서리(227)에 설치된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터가 마이컴부로 입력되도록 입력신호(XRD6)를 보낸다.
출력단자 F7에 레이져 수신 데이터 입력부의 제8 난인버팅 버퍼부가 연결되어, 제8모서리(228)에 설치된 레이져 수신부의 레이져 수신 데이터가 마이컴부로 입력되도록 입력신호(XRD7)를 보낸다.
상기 마이컴부에서 5비트 어드레스값에 따라 ID를 설정하고, 설정한 ID에 해당하는 팔각 모서리의 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부를 선택한다는 것은 일예로, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "00000"이면, 제1모서리(221)의 레이져 수신부에 관한 레이져 수신 데이터가 입력되도록 제1모서리(221)의 레이져 수신부가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "00001"이면, 제2모서리(222)의 레이져 수신부에 관한 레이져 수신 데이터가 입력되도록 제2모서리(222)의 레이져 수신부가 선택되는 것을 말한다.
상기 마이컴부(MCU)(350)에서는 레이저센서부로부터 측정공간의 레이져 수신 데이터를 읽어들여 저장한 후, RDS FM 송수신부를 통해 원격지의 중앙통제서버로 전송시킨다.
상기 원격지의 중앙통제서버(400)는 현지에서 측정한 비, 눈, 우박에 관한 단면적 데이터 신호를 입력받아, 그래프로 도시화하고, 강우량과 강설량 수치를 정확하게 산출하는 역할을 한다.
상기 중앙통제서버에는 강우량·강설량 수치 계산 알고리즘이 내장되어 강우량과 강설량을 연산한다.
이하, 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정방법의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 태양광전지판을 통해 태양광을 모으고 발전(發電)을 하여 생성된 전기를 배터리에 충전시킨 후, RDS FM형 강설량 측정모듈로 전원을 공급시킨다.
다음으로, RDS FM형 강설량 측정모듈을 통해 FM 대역(76~108MHz)에서 원격지의 중앙통제서버로부터 전송되는 오디오 신호와 웨이크업 신호를 수신받아 마이컴부(MCU)로 전달한다.
다음으로, 마이컴부에서 RDS FM 송수신부로부터 웨이크업 신호를 수신받으면, 대기상태에서 동작 상태로 전환되어 PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL), 팔각형 기상측정부(200)의 동작을 깨우고, PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL)를 통해 각 기기로 전원을 공급시킨다.
다음으로, 팔각형 기상측정부(200)에서 팔각형상의 본체 내부의 측정공간으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 X축, Y축 선상에 구성된 레이져 센서를 통해 시간대별 레이져 수신 데이터를 측정한다.
다음으로, 마이컴부에서 팔각형 기상측정부(200)의 레이저센서부로부터 측정된 측정공간의 레이져 수신 데이터를 입력받아 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산한다.
여기서, 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산하는 과정은 다음과 같다.
먼저, 팔각형 기상측정부(200)에서 팔각형상의 본체 면적을 구한다.
팔각형 기상측정부(200)의 단면적을 구하기 위해, 특정시간(t) 동안 레이저 출력부(Tx)와 레이져 수신부(Rx)사이의 송수신거리를 측정하여 팔각 모서리의 변 길이를 구한다.
일예로, 특정시간(t) 동안 레이저 출력부와 레이져 수신부사이의 송수신거리는 10으로 한다.
그리고, 팔각형과 4변이 맞닿는 큰 정사각형을 그린 후, 직각 삼각형 4개를 빼주는 방식을 이용해서 면적을 구한다.
즉, 일예로, 직각삼각형의 빗변이 10이라면, 나머지 두변의 길이는
Figure 112009064264522-PAT00001
가 된다.
따라서, 직각삼각형의 넓이는
Figure 112009064264522-PAT00002
가 된다.
이때, 큰 정사각형의 한 변은
Figure 112009064264522-PAT00003
이므로,
큰 정사각형의 넓이는
Figure 112009064264522-PAT00004
가 된다.
따라서, 큰 정사각형의 넓이에다가 직각삼각형 4개의 넓이를 빼면, 팔각형상의 본체 면적이 구해진다.
즉,
Figure 112009064264522-PAT00005
가 된다.
이어서, 레이저센서부의 내부 변에 형성된 측정공간의 원의 면적을 구한다.
원의 면적은 3.14×π×반지름 제곱으로 구한다.
여기서, 반지름은 특정시간(t) 동안 레이저 출력부와 레이져 수신부사이의 송수신거리를 측정하여 구한다.
이어서, 도 7에서 도시한 바와 같이, 팔각형 면적과 원의 면적을 구하여 나누기 2를 한다.
여기서, 나누기 2를 하는 이유는 레이져 센서가 모서리 일측면에서 송신하면, 대응되는 모서리 타측면에서 수신하고, 반대고 대응되는 모서리 타측면에서 송신하면, 모서리 일측면이 수신하기 때문에 송신된 거리와, 수신된 거리가 2번 반복되는 것을 감안하여 정확한 단면적 데이터 수치를 산출하기 위함이다.
이어서, 팔각형 기상측정부(200)의 팔각형 통 안으로, 떨어지는 눈이나 비를 T1 시간대에 단면적을 읽고, 시간 간격을 두고 계산해서 읽어서, 10mm 체크 간격으로 단면적 데이터를 읽는다.
여기서, 팔각형 기상측정부(200)의 팔각형 통 안은 눈이나 비, 우박이 떨어지면서, 센서측에 부딪친 것은 안 읽게끔 설정한다.
끝으로, RDS FM 송수신부(210)에서 마이컴부로부터 연산된 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터 신호를 RDS FM 송수신부를 통해 원격지의 중앙통제서버로 전송시킨다.
이는 가상공간을 만들고, 3D입체로 만들어서, 정보를 수집한다.
그리고, 보정 후 강우량·강설량 수치 계산 알고리즘을 통해 강설량 및 강우량을 계산한다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 팔각형 기상측정부(200)를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 팔각형 기상측정부(200)의 내부 단면을 도시한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 팔각형 기상측정부의 레이저센서부에 위치한 원형상의 측정공간으로 낙하되는 눈, 비, 우박의 단면적을 도시한 일실시예도,
도 6은 본 발명에 따른 팔각형 기상측정부의 팔각 모서리에 레이저센서부가 구성된 것을 도시한 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 마이컴부에서 팔각형 기상측정부(200)의 레이저센서부로부터 측정된 측정공간의 레이져 수신 데이터를 입력받아 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 도시한 일실시예도,
도 8은 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈 중 레이져 수신 데이터 입력부(340)의 구성을 도시한 회로도,
도 9는 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈 중 마이컴부의 구성을 도시한 회로도,
도 10은 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈 중 데이터 입출력보드부(330)의 레이저 출력부 구성을 도시한 회로도,
도 11은 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈 중 데이터 입출력보드부(330)의 레이저 수신부 구성을 도시한 회로도,
도 12는 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈 중 PWM 전원배터리부의 구성을 도시한 회로도,
도 13은 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 방법을 도시한 순서도,
도 14는 본 발명에 따른 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 방법 중 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산하는 과정을 도시한 순서도.
※ 도면 부호의 간단한 설명 ※
100 : 태양전지판 200 : 팔각형 기상측정부
300 : 3차원 무선 복합 기상 측정모듈
310 : RDS FM 송수신부 320 : PWM 전원배터리부
330 : 데이터 입출력보드부 340 : 레이져 수신 데이터 입력부
350 : 마이컴부 400 : 중앙통제서버

Claims (7)

  1. 바닥면에 위치되어 강우량·강설량연산용 단면적 데이터를 측정하는 장치(1)에 있어서,
    상기 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치(1)는 세로방향의 길다란 지지프레임 일측에 설치되어, 태양광을 모으고 발전(發電)을 하여 생성된 전기를 배터리에 충전시킨 후, 팔각형 기상측정부(200) 및 3차원 무선 복합 기상 측정모듈의 전원으로 사용하는 태양광전지판(100)과,
    바닥면과 20cm~50cm의 이격거리를 두며 설치되고, 태양광전지판(100)으로부터 자가발전된 전원을 공급받고, 유선을 통해 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)과 연결되며, 팔각형상의 본체 내부 공간으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 X축, Y축 선상에 구성된 레이져 센서를 통해 시간대별 단면적으로 측정하는 팔각형 기상측정부(200)와,
    태양광전지판(100)이 설치된 지지 프레임과 연결되어, 태양광전지판으로부터 자가발전된 전원을 공급받고, FM 대역(76~108MHz)을 통해 원격지의 중앙통제서버로부터 전송되는 오디오 신호와 웨이크업 신호를 수신받아 구동되며, 팔각형 기상측정부를 통해 측정된 눈, 비, 우박의 레이져 수신 데이터를 입력받아 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산한 후, 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터 신호를 RDS FM 송수신부를 통해 원격지의 중앙통제서버로 전송시키는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)이 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 팔각형 기상측정부(200)는
    팔각형상의 박스구조로 이루어진 본체(210)가 형성되고, 눈, 비, 우박이 낙하되어 유입되는 본체의 유입구에 레이져 센서 보호커버가 형성되며, 레이져 센서 보호커버 하단의 팔각 모서리에 홀수짝수로 짝을 이루며 복수개로 설치되어, 마주보는 모서리 면방향으로 향하는 레이저 신호를 송신(Tx)하고, 수신(Rx)하여 본체 내부 공간의 단면적으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 X축, Y축, Z축 선상에서 시간대별로 측정하는 레이저센서부가 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 3차원 무선 복합 기상 측정모듈(300)은
    FM 대역(76~108MHz)을 통해 원격지의 중앙통제서버부로부터 전송되는 오디오 신호와 웨이크업 신호를 수신받아 마이컴부(MCU)로 전달하고, 강설량 데이터 신호와 강우량 데이터 신호를 FM 대역(76~108MHz)을 통해 원격지의 중앙통제서버로 전송시키는 RDS FM 송수신부(310)와,
    유입되는 전원을 DC_DC 변환한 후 PWM 방식으로 제어하여 각 기기로 전원공 급하는 PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL)(320)와,
    팔각형 기상측정부(200)의 팔각 모서리에 구성된 레이져 센서부의 레이져 출력부로 구동신호를 출력시키고, 레이져 출력부와 1:1 대응되는 레이져 수신부로부터 눈, 비, 우박에 관한 레이져 수신 데이터를 수신받아 레이져 수신 데이터 입력부(340)로 전송시키는 데이터 입출력보드부(330)와,
    데이터 입출력보드부와 연결된 팔각 모서리에 설치된 64개의 레이져 수신부로부터 눈, 비, 우박에 관한 레이져 수신 데이터를 입력받아, A/D 변환시켜 마이컴부로 전송시키는 레이져 수신 데이터 입력부(340)와,
    RDS FM 송수신부로부터 수신받은 오디오 신호와 웨이크업 신호가 다채널로 동시에 입력단자에 입력되고, 수신받은 웨이크업 신호에 따라 대기상태에서 동작 상태로 전환되어 PWM 전원배터리부, 데이터 입출력보드부, 레이져 수신 데이터 입력부의 동작을 깨우고, 각 기기에 전원을 공급시키며, 레이저센서부로부터 측정된 측정공간의 레이져 수신 데이터를 입력받아 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산한 후, 원격지의 중앙통제서버로 전송시키도록 제어하는 마이컴부(MCU)(350)로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL)(320)는
    저항 R138을 통해 프로그램 설정한 전압을 DC/DC컨버터부의 INV 단자에 인가 시키고, 태양광전지판에서 발생된 전기 및 상용전원(18V~50V)을 저항 R123, R125, R127를 통해 전압분배하여 DC/DC컨버터부의 V+단자와 전류피크센스 단자(SI)에 인가시키면, DC/DC컨버터의 비교인버팅입력단자(INV)에 입력된 전압과 내부 레퍼런스 전압(1.25V)을 비교기를 통해 비교 연산한 후, 레퍼런스 전압 이상의 경우에는 PWM 방식으로, 입력된 DC를 DC-DC 컨버터(NJM2360)에서 1.5A로 스위칭시켜 교류로 만들고, 출력된 교류를 센싱 저항 R133을 통해 트랜지스터 Q4가 턴온되면, 트랜지스터 Q4의 컬렉터 단자에 있던 전압분배된 SOL_POWER 전압 및 상용전원(16V~50V)이 이미터 단자를 지나 다이오드 D69을 통해 평활되고, 인덕터 L5를 통해 5.2V가 출력되어 충전배터리(BAT)에 충전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치.
  5. 제3항에 있어서, 레이져 수신 데이터 입력부(340)는
    마이컴부의 3비트 어드레스 설정신호에 따라 데이터 입출력보드부와 연결된 제1,2,3 레이저센서부의 팔각 모서리에 설치된 레이져 수신부 중 어느 하나의 모서리에 설치된 레이져 수신부를 선택한 후, 레이져 수신 데이터를 입력받아 A/D컨버터 IC로 전달하는 실렉트 보드부(341)와,
    실렉트 보드부로부터 전달받은 아날로그 수신 데이터 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D컨버터 IC(342)와,
    A/D컨버터 IC로부터 입력된 레이져 수신 데이터(REC 0~REC 7)에 관한 8비트 디지털 신호를 난인버팅(Noninveting)하여 마이컴부의 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자로 출력시키는 난인버팅 버퍼부(343)로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 장치.
  6. 태양광전지판을 통해 태양광을 모으고 발전(發電)을 하여 생성된 전기를 배터리에 충전시킨 후, RDS FM형 강설량 측정모듈로 전원을 공급시키는 단계(S100)와,
    RDS FM형 강설량 측정모듈을 통해 FM 대역(76~108MHz)에서 원격지의 중앙통제서버로부터 전송되는 오디오 신호와 웨이크업 신호를 수신받아 마이컴부(MCU)로 전달하는 단계(S200)와,
    마이컴부에서 RDS FM 송수신부로부터 웨이크업 신호를 수신받으면, 대기상태에서 동작 상태로 전환되어 PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL), 팔각형 기상측정부(200)의 동작을 깨우고, PWM 전원배터리부(PWM POWER & BAT CONTROL)를 통해 각 기기로 전원을 공급시키는 단계(S300)와,
    팔각형 기상측정부(200)에서 팔각형상의 본체 내부의 측정공간으로 낙하되는 눈, 비, 우박을 X축, Y축 선상에 구성된 레이져 센서를 통해 시간대별 레이져 수신 데이터를 측정하는 단계(S400)와,
    마이컴부에서 팔각형 기상측정부(200)의 레이저센서부로부터 측정된 측정공간의 레이져 수신 데이터를 입력받아 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산하는 단계(S500)와,
    RDS FM 송수신부(210)에서 마이컴부로부터 연산된 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터 신호를 RDS FM 송수신부를 통해 원격지의 중앙통제서버로 전송시키는 단계(S600)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 팔각형 기상측정부(200) 내부로 낙하되는 눈, 비, 우박에 관한 단면적 데이터를 연산하는 단계(S500)은
    팔각형 기상측정부(200)에서 팔각형상의 본체 면적을 연산하는 단계(S510)와,
    레이저센서부의 내부 변에 형성된 측정공간의 원의 면적을 연산하는 단계(S520)와,
    팔각형 면적과 원의 면적을 구하여 나누기 2를 하는 단계(S530)와,
    팔각형 기상측정부(200)의 팔각형 통 안으로, 떨어지는 눈이나 비를 T1 시간대에 단면적을 읽고, 시간 간격을 두고 계산해서 읽어서, 10mm 체크 간격으로 단면적 데이터를 읽는 단계(S540)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 무선 복합 기상 측정모듈을 통한 강우량·강설량연산용 단면적 데이터 측정 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102270025B1 (ko) * 2020-11-10 2021-06-29 주식회사 세진기술개발 자동인식형 염수분사 통합 시스템
CN115236768A (zh) * 2022-07-27 2022-10-25 信迈(山东)信息产业有限公司 移动式农业智能小型气象站

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112307038B (zh) * 2019-10-15 2022-04-05 北京灵动新程信息科技有限公司 数据信息实时更新装置以及相应终端
KR102490784B1 (ko) * 2020-11-18 2023-01-20 (주)퓨맥스 강설 감지시스템
CN114993413B (zh) * 2022-05-26 2023-07-18 深圳市天为机电设备有限公司 一种基于光电感应的抗干扰能力强的智能传感器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5920827A (en) * 1997-06-27 1999-07-06 Baer; John S. Wireless weather station
US6177873B1 (en) 1999-02-08 2001-01-23 International Business Machines Corporation Weather warning apparatus and method
US20050282560A1 (en) 2004-06-16 2005-12-22 E-Radio Usa, Llc FM based radio data system information data messaging
US7152468B1 (en) 2004-10-28 2006-12-26 Garner Industries, Inc. Illuminated rain gauge
US7633398B2 (en) 2005-11-19 2009-12-15 Noonan Technologies, Llc Apparatus and method for measuring precipitation
JP4430659B2 (ja) * 2006-12-25 2010-03-10 シーシーエス株式会社 気象測定装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102270025B1 (ko) * 2020-11-10 2021-06-29 주식회사 세진기술개발 자동인식형 염수분사 통합 시스템
CN115236768A (zh) * 2022-07-27 2022-10-25 信迈(山东)信息产业有限公司 移动式农业智能小型气象站
CN115236768B (zh) * 2022-07-27 2023-07-21 信迈(山东)信息产业有限公司 移动式农业智能小型气象站

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