KR20130061534A - 외부 에너지를 사용하지 않는 수질 측정 센서 노드 - Google Patents

Abstract

수질 측정 센서 노드는 물이 흐르는 하천에 설치되며, 전원 공급부가 하천의 물의 흐름에 따른 동력을 토대로 전기를 발생하여 센서부와 통신부로 공급한다. 이에 따라 센서부는 하천의 물의 수질을 측정하여 센서 데이터 신호를 생성하며, 제어부가 센서부로부터 획득되는 센서 데이터 신호를 분석하여 수질의 상태를 나타내는 센싱 정보를 생성하고, 통신부가 센싱 정보를 전송한다.

Description

외부 에너지를 사용하지 않는 수질 측정 센서 노드{Water quality sensor without sensor tag without using external energy}

본 발명은 센서 노드에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 외부 전원을 사용하지 않는 수질 측정 센서 노드에 관한 것이다.

최근 환경, 수질 모니터링 등을 위하여 다양한 센서 네트워크 시스템들이 구축되어 운영되고 있다. 그러나, 환경이나 수질을 모니터링하는 것은 실외의 환경에서 수행됨으로써, 센서 네트워크 시스템을 구성하는 센서 노드들의 동작을 위한 전원을 공급하는데 있어서 많은 제약점을 가지고 있다.

이와 같은 문제점를 해결하기 위해서 센서 노드에 대용량 배터리를 사용하거나, 태양 전지와 같은 충전 장치를 센서 노드에 설치하여 운영하고 있다. 그러나, 아무리 큰 대용량 배터리를 사용하더라도 영구적인 사용이 불가능하고, 주기적으로 배터리를 교체해주어야 하는 제약점을 여전히 가지게 된다. 또한, 태양 전지를 사용하는 경우에는 낮에만 충전이 이루어짐으로 충전되어 사용가능한 용량이 매우 한정적이며, 또한 외부 먼지에 의해서 태양 전지의 표면이 오염되는 경우 발생되는 전원이 현격히 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부의 에너지 즉, 외부의 전원 입력 또는 배터리를 사용하지 않아도 동작 가능한 수질 측정 센서 노드를 제공하는 것이다.

위의 과제를 위한 본 발명의 특징에 따른 수질 측정 센서 노드는, 물이 흐르는 하천에 설치되는 수질 측정 센서 노드에서, 상기 하천의 물의 수질을 측정하여 센서 데이터 신호를 생성하는 센서부; 상기 센서부로부터 획득되는 센서 데이터 신호를 분석하여 수질의 상태를 나타내는 센싱 정보를 생성하는 제어부; 상기 센싱 정보를 송신하는 통신부; 및 상기 하천의 물의 흐름에 따른 동력을 토대로 전기를 발생하는 발전기와 상기 생성된 전기를 저장하는 컨덴서를 포함하며, 상기 발생된 전기를 상기 센서부와 통신부로 공급하는 전원 공급부를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 하천에 설치되는 수질 측정 센서 노드가 별도의 외부 전원이나 배터리 없이도 동작 가능한 수질 측정 센서 노드를 제공할 수 있다. 그러므로 센서 노드에 포함되는 통신 장치를 위한 전원에 대한 고려 없이 설치하고자 하는 위치에 손쉽게 설치하여 사용할 수 있으며, 배터리의 교체 등을 고려하지 않아도 됨으로 반영구적으로 재 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드의 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드를 이용한 센서 네트워크 시스템을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드의 동작을 나타낸 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드의 구조를 나타낸 도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드(100)는 도 2와 같이, 센서부(1), 통신부(2), 제어부(3), 전원 공급부(4)를 포함한다.

센서부(1)는 수질을 측정하여 센서 데이터 신호를 생성하며, 제어부(3)는 센서부(1)로부터 획득되는 센서 데이터 신호를 분석하여 수질의 상태를 나타내는 센싱 정보를 생성한다.

통신부(2)는 안테나(21)를 통하여 센싱 정보를 송신하며, 외부로부터 전송되는 신호를 수신하여 제어부(3)로 제공한다. 예를 들어 통신부(2)는 도시하지 않은 중계 노드를 통하여 수질 관리를 수행하는 관제 센터로 센싱 정보를 전송하고, 중계 노드나 관제 센터로부터 송신되는 신호를 수신하여 제어부(3)로 전달한다.

전원 공급부(4)는 센서부(1)와 통신부(2)에 전원을 공급하며, 특히 전원을 직접 생성하여 공급한다. 이를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급부(4)는 전기 즉, 전원을 발생시키는 발전기(41)와, 발생된 전원을 저장하는 컨덴서(42)를 포함하며, 발전기(41)와 연계하여 전원을 발생시키는 프로펠러(43)를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드(100)는 하천의 수질을 측정하기 위하여 하천에 설치되고, 하천으로 흘러 들어오는 물의 상태를 측정하고 분석한다. 이와 같이, 수질 측정 센서 노드(100)는 항상 물이 흐르는 하천과 같은 환경에서 사용됨으로써, 본 발명의 실시 예에서는 물의 흐름을 이용하여 전원을 발생시킨다. 이를 위하여 전원 공급부(4)는 회전하여 동력을 발생시키는 프로펠러(43)에 발전기(41)를 연결시켜, 발전기(41)가 프로펠러(43)로부터 발생되는 동력을 토대로 전기를 생성하도록 한다. 이와 같이 생성된 전기는 컨덴서(42)에 저장되어, 수질 측정 센서 노드(100)의 동작을 위한 전원으로 사용된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드를 이용한 센서 네트워크 시스템을 나타낸 도이다.

첨부한 도 2에 예시되어 있듯이, 전원 생성 기능을 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드(100)를 이용하여 센서 네트워크 시스템을 구현할 수 있다. 예를 들어 복수의 수질 측정 센서 노드(101, 102, 103, …, 10N, N=0, 1, 2, …)를 수질을 측정하고자 하는 하천의 복수의 위치에 각각 설치하고, 각각의 센서 노드들은 중계 노드(200)를 통하여 관제 센터(300)와 통신한다.

이러한 센서 네트워크 시스템에서 각 센서 노드들은 별도의 외부 전원을 입력받거나 배터리를 사용하지 않고, 설치된 하천으로 흐르는 물에 의하여 발생되는 동력을 토대로 생성되는 전기에 따라 구동되어 물의 수질 상태를 측정한다. 각 센서 노드에서 측정된 센서 데이터들을 중계 노드(200)를 통하여 관제 센터(300)로 전송된다.

다음에는 이러한 구조로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드의 동작에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드의 동작에 따른 흐름도이다.

첨부한 도 2에 예시된 바와 같은 센서 네트워크 시스템이 구축되는 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 수질 측정 센서 노드(100)는 물이 흐르는 하천에 설치된다.

이러한 상태에서 물의 흐름에 따라 전원 공급부(4)의 프로펠러(43)가 회전하면서 회전에 따른 동력이 발생한다(S100). 이러한 동력에 따라 발전기(41)가 발전하면서 전기를 생성하고, 생성된 전기는 컨덴서(42)에 저장된다.

전원 공급이 이루어지면, 제어부(3)는 해당 수질 측정 센서 노드(100)의 식별 번호를 검출한다(S110). 예를 들어 제어부(3)는 저장되어 있는 식별 번호를 리드하는 것으로 식별 번호 검출을 수행할 수 있으며, 이러한 과정은 선택적으로 수행될 수 있다.

제어부(3)는 이러한 발전 동작에 의하여 발생되는 전기에 따른 전압을 측정하고 측정되는 전압을 설정된 전압과 비교한다(S120, S130). 비교 결과 전원 공급부(4)에서 발생되는 전압이 설정된 전압 이상으로 센서부(1)와 통신부(2)가 동작하는데 충분한 전압이 공급되는 경우, 제어부(3)의 제어에 따라 전원 공급부(4)로부터 발생되는 전압이 센서부(1)와 통신부(2)로 공급된다.

이에 따라 센서부(1)가 구동되면서, 하천의 물의 수질을 측정하여 센싱 데이터를 생성하여 제어부(3)로 공급한다(S140). 제어부(3)는 측정된 센싱 데이터에 따른 센싱 정보를 생성하고, 생성된 센싱 정보를 실시간으로 통신부(2)를 통하여 관제 센터(300)로 전송하거나 또는 설정 주기에 따라 센싱 정보를 통신부(2)를 통하여 관제 센터(300)로 전송한다(S150). 이때, 제어부(3)는 센싱 정보와 함께 수질 측정 센서 노드(100)의 식별 정보를 함께 전송한다.

한편 위의 단계(S130)에서 비교 결과, 측정된 전압이 설정된 전압보다 작은 경우에는 전압 발생에 이상이 발생한 것으로 판단하여, 제어부(3)는 이상 발생 여부를 통신부(2)를 통하여 관제 센터(300)로 보고할 수 있다(S160). 이 경우 측정된 전압이 설정된 전압보다 작은 경우에 바로 이상 발생을 보고하지 않고 설정된 시간이 경과된 다음에 다시 측정되는 전압과 설정된 전압을 비교하는 단계를 수행할 수 있다. 설정 시간이 경과된 후에도 측정되는 전압이 설정된 전압보다 작은 경우에 이상 발생을 보고할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따르면 센서 노드의 전원 공급 방법을 태양전지가 아닌 24시간 활용 가능한 물의 흐름을 사용함으로, 별도로 전원을 저장하기 위한 충전지 등을 사용하지 않음으로 센서 노드의 구조 및 제작 가격을 낮출 수 있다.

또한 통신장치를 위한 전원에 대한 고려없이 설치하고자 하는 위치에 손쉽게 센서 노드를 설치하여 사용할 수 있으며, 배터리의 교체 등을 고려하지 않아도 되므로 반영구적으로 재사용할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

1. 물이 흐르는 하천에 설치되는 수질 측정 센서 노드에서,
   상기 하천의 물의 수질을 측정하여 센서 데이터 신호를 생성하는 센서부;
   상기 센서부로부터 획득되는 센서 데이터 신호를 분석하여 수질의 상태를 나타내는 센싱 정보를 생성하는 제어부;
   상기 센싱 정보를 송신하는 통신부; 및
   상기 하천의 물의 흐름에 따른 동력을 토대로 전기를 발생하는 발전기와 상기 생성된 전기를 저장하는 컨덴서를 포함하며, 상기 발생된 전기를 상기 센서부와 통신부로 공급하는 전원 공급부
   를 포함하는, 수질 측정 센서 노드.
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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