KR20130095874A - Apparatus and method for controlling energy supply with sensor node - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 센서노드의 전력공급 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 솔라셀 작동 모드와 센서 MAC(Medium Access Control) 프로토콜의 액티브(Active) 모드 및 슬립(Sleep) 모드를 고려하여 센서노드의 에너지를 효율적으로 관리하는 센서노드의 전력공급 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for controlling power supply of a sensor node, and more particularly, to a sensor node in consideration of an active mode and a sleep mode of a solar cell operation mode and a sensor medium access control (MAC) protocol. The present invention relates to a power supply control device and method of a sensor node for efficiently managing the energy of a sensor node.
USN(Ubiquitous Sensor Network)이란 어느 곳에나 부착된 태그와 센서노드로부터 사물 및 환경 정보를 감지/저장/가공/통합하고 상황인식 정보 및 지식 콘텐츠 생성을 통하여 언제, 어디서, 누구나 원하는 맞춤형 지식 서비스를 자유로이 이용할 수 있는 첨단 지능형사회의 기반 인프라를 의미한다. 여기서, 유비쿼터스(ubiquitous)란 라틴어에서 유래한 것으로 언제(anytime), 어디서나(anywhere), 동시에 존재한다는 의미를 나타내며, 미래 사회가 물이나 공기처럼 주변 환경에 내재되어 있는 모든 사물 및 사람이 보이지 않는 네트워크로 연결이 되어 시간과 공간의 제약을 받지 않으며 정보를 얻을 수 있게 된다는 의미로 사용된다. 또한, 센서네트워크(Sensor Network)란 주변 환경 및 물리계에서 감지된 정보가 인간생활에 활용되도록 센서노드 간에 형성되는 유무선 통신기술 기반의 네트워크를 말하며, USN은 센서노드, 싱크노드, 게이트웨이, USN 망으로 구성된다.Ubiquitous Sensor Network (USN) detects / stores / processes / integrates objects and environmental information from tags and sensor nodes attached anywhere, and generates context-aware information and knowledge contents to provide customized knowledge services anytime, anywhere, and anywhere. It means the infrastructure of high-tech intelligent society that can be used. Here, ubiquitous is derived from Latin and means that it exists anytime, anywhere, and at the same time, and is a network in which the future society is invisible to all things and people inherent in the surrounding environment, such as water or air. It is used to mean that information can be obtained without being constrained by time and space. In addition, a sensor network refers to a wired / wireless communication technology based network formed between sensor nodes so that information sensed from the surrounding environment and the physical system is utilized in human life. USN is a sensor node, a sink node, a gateway, and a USN network. It is composed.
USN의 기술발전으로 인하여 군사, 과학, 공공사업, 산업현장 등에 해당 기술의 적용이 점점 확대되고 있으나, 센서노드의 전력 공급이 제한적이기 때문에 USN을 실용화하는데 많은 어려움을 겪고 있다. 특히 산업현장에서 건물 외부나 규모가 큰 기계 및 장비의 상부에 설치되어 있는 센서노드들의 전력을 공급하고 관리하는 문제는 간단하지가 않다. 즉, 배선 작업의 까다로움은 물론 배터리를 주기적으로 교체해야 하는 어려움이 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 센서노드 혹은 센서네트워크의 에너지를 효율적으로 관리하기 위하여 물리계층, MAC 계층, 네트워크 계층에서 다양한 연구가 필요한 실정이다. 에너지 생산(energy harvesting)을 위해서는 에너지 생산 소자(energy harvesting element)가 필요하다. 현재 솔라셀, 온도 변화, 압전기와 같은 다양한 전력공급 소자들이 출시되고 있다. 그 중 태양광에너지를 전기에너지로 변환하는 솔라셀을 USN에 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 솔라셀은 어느 정도의 햇빛만 있다면 전력을 생산할 수 있으며, 적은 전력으로도 작동할 수 있는 센서노드에 적합성이 높다고 할 수 있다.Due to the technological development of the USN, the application of such technology to military, science, public works, and industrial sites has been gradually expanded. However, since the power supply of the sensor node is limited, many difficulties have been encountered in making the USN practical. In particular, the problem of supplying and managing the power of sensor nodes installed outside the building or on top of large machines and equipment is not simple. That is, the wiring work is difficult and the battery needs to be replaced periodically. In order to overcome this problem, various studies are needed at the physical layer, MAC layer, and network layer in order to efficiently manage energy of a sensor node or sensor network. Energy harvesting requires an energy harvesting element. Currently, a variety of power supply devices such as solar cells, temperature changes and piezos are available. Among them, research is being actively conducted to apply solar cells that convert solar energy into electrical energy to USN. Cells can generate power with a certain amount of sunlight and are well suited for sensor nodes that can operate with less power.
일예로서, 솔라셀을 이용하여 전력을 생산하는 장치로는, 솔라셀과 재충전 배터리만을 사용하여 전력을 생산하는 장치가 있다. 이러한 장치는 재충전 배터리와 센서노드를 병렬로 연결함으로써 센서노드를 안정성 있게 동작시키게 하였다. 하지만, 재충전 배터리와 센서노드를 병렬로 연결함으로써 많은 전류를 필요로 하게 된다.As an example, a device for generating power using a solar cell includes a device for generating power using only a solar cell and a rechargeable battery. Such a device makes the sensor node operate stably by connecting the rechargeable battery and the sensor node in parallel. However, connecting the rechargeable battery and the sensor node in parallel requires a lot of current.
또한, 솔라셀과 커패시터를 이용하여 전력을 생산하는 장치도 있다. 이러한 장치는 센서노드의 공급전원으로 커패시터만을 사용하였기 때문에 날씨가 흐린 날이나 밤 시간 동안에는 센서노드가 동작을 멈추게 된다. There are also devices that produce power using solar cells and capacitors. Since the device uses only a capacitor as a power supply for the sensor node, the sensor node stops working during a cloudy day or a night time.
또한, 솔라셀과, PVDF, 재충전 배터리, 커패시터를 이용하여 전력을 생산하는 장치도 있다. 이러한 장치는 PVDF(Polyvinylidene fluoride)(진동)과 솔라셀을 동시에 사용함으로써 충전효율을 높였으나, 가격이 상승할 뿐만 아니라, 햇빛이 영구적으로 전혀 스며들지 않는 장소를 제외하고는 두 개의 전력공급 소자를 이용함으로써 얻는 이점이 없다.There are also devices that produce power using solar cells, PVDFs, rechargeable batteries, and capacitors. These devices increase charging efficiency by using polyvinylidene fluoride (PVDF) and solar cells at the same time, but they are not only expensive, but they also use two power supply elements except in places where sunlight is not permanently absorbed at all. There is no advantage obtained by using.
대한민국 등록특허공보 제10-1008202호(2011.01.07)에는, 태양광장치를 모니터링하기 위해 최소의 전력소비 상태인 슬립 모드상태로 평소에 유지되도록 하여 전력소모를 최소화하도록 할 수 있는 효과를 제공하는 변압기를 포함하는 태양광장치 모니터링시스템 및 모니터링방법이 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 10-1008202 (2011.01.07), a transformer that provides the effect of minimizing power consumption by maintaining the power consumption in the sleep mode, which is the minimum power consumption state in order to monitor the photovoltaic device A photovoltaic device monitoring system and a monitoring method are disclosed.
그러나 이와 같은 종래의 태양광장치 모니터링시스템 및 모니터링방법은, 솔라셀의 전력공급량과 센서 MAC 프로토콜의 액티브 모드 및 슬립 모드에 따라서 효과적으로 전원을 스위칭하고 전력소모를 제어할 수 없는 문제점이 있었다.
However, such a conventional photovoltaic device monitoring system and monitoring method have a problem in that the power supply and the power consumption of the solar cell and the active mode and the sleep mode of the sensor MAC protocol cannot be effectively switched.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 솔라셀의 전력공급량과 센서 MAC 프로토롤의 액티브 모드 및 슬립 모드를 고려하여 효과적으로 전원을 스위칭하고 전력소모를 제어하는 센서노드의 전력공급 제어장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention is to overcome the problems of the prior art described above, taking into consideration the power supply amount of the solar cell and the active mode and sleep mode of the sensor MAC protocol, the power supply control of the sensor node to switch the power supply and control the power consumption effectively Its purpose is to provide an apparatus and method.
또한, 저용량의 커패시터를 액티브/슬립 모드에 따라 주기적으로 충방전함으로써 안정적인 전력을 공급하는 데에 그 목적이 있다.In addition, the purpose is to supply a stable power by periodically charging and discharging the low-capacitance capacitor in accordance with the active / sleep mode.
또한, 솔라셀 전력공급이 없는 상황에서도 재충전 배터리를 사용하여 센서노드를 작동시킬 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.
In addition, the object of the present invention is to enable a sensor node to operate using a rechargeable battery even in the absence of a solar cell power supply.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀부; 상기 솔라셀부로부터 전기에너지를 공급받아 충전되는 재충전 배터리부 및 커패시터부; 마이크로 프로세서에서 액티브(Active)모드 또는 슬립(Sleep)모드를 판단하여 각각의 상태신호를 릴레이 회로부에 전달하는 센서노드; 상기 솔라셀부의 출력전압과 상기 센서노드의 상태(Sleep/Active)신호에 따라 상기 솔라셀부, 재충전 배터리부 또는 커패시터부중 선택되는 어느 하나의 전력공급원을 결정하여 상기 센서노드에 스위칭하는 릴레이 회로부; 상기 솔라셀부에 의하여 충전되고, 충전된 전압을 상기 센서노드에 선택적으로 공급하는 커패시터부;를 포함하는 센서노드의 전력공급 제어장치를 제공한다.The present invention to achieve the above object, the solar cell unit for converting solar energy into electrical energy; A rechargeable battery unit and a capacitor unit charged with electric energy from the solar cell unit; A sensor node which determines an active mode or a sleep mode in the microprocessor and transmits each state signal to the relay circuit; A relay circuit unit configured to determine one power supply source selected from the solar cell unit, the rechargeable battery unit, or the capacitor unit according to the output voltage of the solar cell unit and the state of the sensor node (Sleep / Active) signal and switch to the sensor node; And a capacitor unit that is charged by the solar cell unit and selectively supplies the charged voltage to the sensor node.
상기 릴레이 회로부는; 상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 이상이고, 상기 센서노드의 상태신호가 액티브 모드일 경우, 상기 솔라셀부의 출력전압을 상기 센서노드에 공급함과 동시에 상기 커패시터부를 충전할 수 있다.The relay circuit unit; When the output voltage of the solar cell unit is greater than or equal to the reference voltage and the state signal of the sensor node is in the active mode, the output of the solar cell unit may be supplied to the sensor node and the capacitor unit may be charged.
상기 릴레이 회로부는; 상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 이상이고, 상기 센서노드의 상태신호가 슬립 모드일 경우, 상기 솔라셀부의 출력전압을 상기 재충전 배터리부에 공급하여 충전시키고, 상기 커패시터부에 충전된 전압을 상기 센서노드에 공급할 수 있다.The relay circuit unit; When the output voltage of the solar cell unit is greater than or equal to the reference voltage and the state signal of the sensor node is in the sleep mode, the output voltage of the solar cell unit is supplied to the rechargeable battery unit and charged, and the voltage charged in the capacitor unit is It can be supplied to the sensor node.
상기 릴레이 회로부는; 상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 미만이고, 상기 센서노드의 상태신호가 액티브 모드일 경우, 상기 재충전 배터리부에 충전된 전압을 상기 커패시터에 충전함과 동시에 상기 센서노드에 공급할 수 있다.The relay circuit unit; When the output voltage of the solar cell unit is less than the reference voltage and the state signal of the sensor node is the active mode, the voltage charged in the rechargeable battery unit may be charged to the capacitor and supplied to the sensor node.
상기 릴레이 회로부는; 상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 미만이고, 상기 센서노드의 상태신호가 슬립 모드일 경우, 상기 커패시터에 충전된 전압을 상기 센서노드에 공급할 수 있다.The relay circuit unit; When the output voltage of the solar cell unit is less than the reference voltage and the state signal of the sensor node is in the sleep mode, the voltage charged in the capacitor may be supplied to the sensor node.
상기 커패시터부는; 상기 슬립 모드에서의 방전 전압이 기준값 이하로 떨어질 경우, 상기 액티브 모드로 전환되어 재충전될 수 있다.
The capacitor unit; When the discharge voltage in the sleep mode falls below a reference value, the discharge mode may be converted to the active mode and recharged.
본 발명에 따른 센서노드의 전력공급 제어방법은, 솔라셀부에서 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계; 상기 솔라셀부로부터 전기에너지를 공급받아 재충전 배터리부 및 커패시터부를 충전하는 단계; 센서노드의 마이크로 프로세서에서 액티브 모드 또는 슬립 모드를 판단하여 각각의 상태신호를 릴레이 회로부에 전달하는 단계; 릴레이 회로부에서 상기 솔라셀부의 출력전압과 상기 센서노드의 상태신호에 따라 상기 솔라셀부 또는 재충전 배터리부중 선택되는 어느 하나의 전력공급원을 결정하여 상기 센서노드에 스위칭하는 단계; 상기 솔라셀부에 의하여 커패시터부를 충전하고, 커패시터부에 충전된 전압을 상기 센서노드에 선택적으로 공급하는 단계를 포함한다.The method for controlling power supply of a sensor node according to the present invention includes converting solar energy into electrical energy in a solar cell unit; Receiving electrical energy from the solar cell unit to charge a rechargeable battery unit and a capacitor unit; Determining an active mode or a sleep mode in the microprocessor of the sensor node and transmitting each state signal to the relay circuit; Determining, by a relay circuit unit, a power supply source selected from the solar cell unit or the rechargeable battery unit according to an output voltage of the solar cell unit and a state signal of the sensor node and switching to the sensor node; Charging the capacitor unit by the solar cell unit, and selectively supplying a voltage charged in the capacitor unit to the sensor node.
상기 스위칭하는 단계는; 상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 이상이고, 상기 센서노드의 상태신호가 액티브 모드일 경우, 상기 솔라셀부의 출력전압을 상기 센서노드에 공급함과 동시에 상기 커패시터부를 충전할 수 있다.The switching step; When the output voltage of the solar cell unit is greater than or equal to the reference voltage and the state signal of the sensor node is in the active mode, the output of the solar cell unit may be supplied to the sensor node and the capacitor unit may be charged.
상기 스위칭하는 단계는; 상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 이상이고, 상기 센서노드의 상태신호가 슬립 모드일 경우, 상기 솔라셀부의 출력전압을 상기 재충전 배터리부에 공급하여 충전시키고, 상기 커패시터부에 충전된 전압을 상기 센서노드에 공급할 수 있다.The switching step; When the output voltage of the solar cell unit is greater than or equal to the reference voltage and the state signal of the sensor node is in the sleep mode, the output voltage of the solar cell unit is supplied to the rechargeable battery unit and charged, and the voltage charged in the capacitor unit is It can be supplied to the sensor node.
상기 스위칭하는 단계는; 상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 미만이고, 상기 센서노드의 상태신호가 액티브 모드일 경우, 상기 재충전 배터리부에 충전된 전압을 상기 커패시터에 충전함과 동시에 상기 센서노드에 공급할 수 있다.The switching step; When the output voltage of the solar cell unit is less than the reference voltage and the state signal of the sensor node is the active mode, the voltage charged in the rechargeable battery unit may be charged to the capacitor and supplied to the sensor node.
상기 스위칭하는 단계는; 상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 미만이고, 상기 센서노드의 상태신호가 슬립 모드일 경우, 상기 커패시터에 충전된 전압을 상기 센서노드에 공급할 수 있다.The switching step; When the output voltage of the solar cell unit is less than the reference voltage and the state signal of the sensor node is in the sleep mode, the voltage charged in the capacitor may be supplied to the sensor node.
상기 커패시터부에 충전된 전압을 상기 센서노드에 선택적으로 공급하는 단계는; 상기 슬립 모드에서의 방전 전압이 기준값 이하로 떨어질 경우, 상기 액티브 모드로 전환되어 재충전될 수 있다.
Selectively supplying a voltage charged in the capacitor unit to the sensor node; When the discharge voltage in the sleep mode falls below a reference value, the discharge mode may be converted to the active mode and recharged.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 센서노드의 전력공급 제어장치 및 방법에 의하면, 솔라셀의 전력공급량과 센서 MAC 프로토롤의 액티브 모드 및 슬립 모드를 고려하여 효과적으로 전원을 스위칭하고 전력소모를 제어할 수 있는 효과가 있다.According to the apparatus and method for controlling power supply of a sensor node according to the present invention configured as described above, it is possible to effectively switch power and control power consumption in consideration of the power supply amount of the solar cell and the active mode and the sleep mode of the sensor MAC protocol. It has an effect.
또한, 저용량의 커패시터를 액티브/슬립 모드에 따라 주기적으로 충방전되도록 함으로써 안정적인 전력을 공급하고, 입력전원을 스위칭하는 동안에도 마이크로프로세서가 리셋 되는 것을 방지할 수 있는 효과도 있다.In addition, the low-capacitance capacitor can be charged and discharged periodically according to the active / sleep mode, thereby providing stable power and preventing the microprocessor from being reset even while switching the input power.
또한, 솔라셀 전력공급이 없는 상황에서도 재충전 배터리를 사용하여 센서노드를 안정적으로 작동시킬 수 있는 효과도 있다.
In addition, there is an effect that can operate the sensor node stably using a rechargeable battery even in the absence of a solar cell power supply.
도 1은 본 발명을 구현하기 위한 센서네트워크 모델의 동작환경을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 센서노드의 전력공급 제어장치를 나타낸 블록 구성도.
도 3은 솔라셀의 출력전압이 기준전압 이상이고, 센서노드가 액티브 모드인 경우의 동작 상태를 나타낸 블록 구성도.
도 4는 솔라셀의 출력전압이 기준전압 이상이고, 센서노드가 슬립 모드인 경우의 동작 상태를 나타낸 블록 구성도.
도 5는 솔라셀의 출력전압이 기준전압 미만이고, 센서노드가 액티브 모드인 경우의 동작 상태를 나타낸 블록 구성도.
도 6은 솔라셀의 출력전압이 기준전압 미만이고, 센서노드가 슬립 모드인 경우의 동작 상태를 나타낸 블록 구성도.
도 7은 도 2의 블록 구성도의 바람직한 일실시예를 나타낸 상세 회로 구성도.
도 8a 및 8b는 릴레이 동작 패턴을 나타낸 그래프.
도 9는 액티브/슬립 모드 전환에 따른 커패시터 충방전 파형을 나타낸 그래프.1 is a view showing the operating environment of the sensor network model for implementing the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing a power supply control device of the sensor node according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating an operating state when the output voltage of the cell is equal to or greater than the reference voltage and the sensor node is in the active mode.
4 is a block diagram illustrating an operating state when the output voltage of the cell is equal to or greater than the reference voltage and the sensor node is in the sleep mode.
5 is a block diagram illustrating an operation state when the output voltage of the solar cell is less than the reference voltage and the sensor node is in the active mode.
6 is a block diagram illustrating an operating state when the output voltage of the cell is less than the reference voltage and the sensor node is in the sleep mode.
7 is a detailed circuit diagram illustrating a preferred embodiment of the block diagram of FIG. 2.
8A and 8B are graphs showing a relay operation pattern.
9 is a graph showing capacitor charge and discharge waveforms according to active / sleep mode switching.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명을 구현하기 위한 일반적인 센서네트워크 모델의 동작환경을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the operating environment of a general sensor network model for implementing the present invention.
일반적으로 센서네트워크는 하나의 서버(싱크노드)(S)와 다 수의 센서노드(센서노드)(1~9)로 구성된다. 센서노드의 통신거리는 전력소모를 줄이기 위하여 제한적이기 때문에 멀티홉 통신을 한다. In general, the sensor network is composed of one server (sink node) (S) and a plurality of sensor nodes (sensor node) (1 ~ 9). Since the communication distance of sensor node is limited to reduce power consumption, multi-hop communication is performed.
도 1에서처럼 센서 네트워크는 자연스럽게 싱크노드(S)를 루트노드로 하는 트리를 형성하게 된다. 각 센서노드(1~9)는 주기적으로 데이터를 생성하고 경로를 따라서 싱크노드(S)에 전달한다. As shown in FIG. 1, the sensor network naturally forms a tree having the sink node S as the root node. Each
싱크노드(S)는 상용전원을 사용하지만 센서노드(1~9)는 배터리를 사용하기 때문에 전력이 소진되면 소멸된다. 여기서, 센서 MAC 프로토콜은 센서노드의 전력소모를 줄이기 위하여 긴 슬립(Sleep)모드와 짧은 액티브(Active)모드를 반복적으로 수행한다. The sink node S uses a commercial power source, but the
센서 MAC 프로토콜의 통신모드 변경에 따라서, 센서노드의 전력제어 모듈은 슬립 모드에서는 센서노드의 상태정보를 유지하기 위한 최소한의 전력을 공급하고, 액티브 모드에서는 정상적으로 전력을 공급한다.According to the change of the communication mode of the sensor MAC protocol, the power control module of the sensor node supplies the minimum power for maintaining the status information of the sensor node in the sleep mode, and normally the power in the active mode.
하루 24시간 동안에 특정 센서노드에 공급되는 조도량은 시간과 장소에 따라서 지속적으로 변한다. 오전 오후에 햇빛의 량이 다르며, 오전에 햇빛이 많은 장소가 있고 오후에 많은 장소가 있다. 흐린 날과 밤에는 햇빛이 없다. 센서노드의 설치 위치에 따라서 어떤 센서노드는 솔라셀의 생산전력을 사용하여 구동할 수 있을 만큼 조도량이 충분하고, 어떤 노드는 조도량이 불충분하다. During 24 hours a day, the amount of illuminance supplied to a specific sensor node varies continuously with time and place. The amount of sunlight in the morning and afternoon is different, there are many places in the morning and many places in the afternoon. There is no sunlight on cloudy days and nights. Depending on the installation position of the sensor node, some sensor nodes have sufficient illumination to be driven using the solar cell's production power, and some nodes have insufficient illumination.
일부 노드는 조도량이 애매한 상황에 있어서 솔라셀을 통한 전력공급만으로는 센서노드를 구동할 수 없는 상태에 있다. 센서 노드의 동작 상태에 따라서 어떤 노드는 높은 동작전력을 필요로 하는 액티브 상태에 있고, 어떤 노드는 최소한의 전력을 사용하는 슬립 상태에 있을 수 있다. 따라서 조도량과 센서노드의 동작 상태에 따라서 센서노드에 전력을 공급하는 입력전원이 달라져야 한다. Some nodes may not be able to drive the sensor node only by supplying power through the solar cell in a situation where the illuminance is ambiguous. Depending on the operating state of the sensor node, some nodes may be in an active state requiring high operating power and some nodes may be in a sleep state using minimal power. Therefore, the input power supplying power to the sensor node should vary according to the illuminance and the operating state of the sensor node.
도 1을 보면, 노드 1과 2는 현재 조도량이 충분한 상태이다. 하지만 노드 1은 슬립 상태에서 동작하고 있기 때문에 낮은 전력을 요구한다. 이 시간 동안에 생산되는 솔라셀 전력은 충전하여 나중에 사용할 수 있도록 하기 위하여 재충전 배터리를 필요로 한다. 1,
슬립 시간 동안에 요구되는 낮은 전력을 공급하기 위하여 커패시터를 이용할 수 있다. 노드 2의 경우에는 액티브 상태에 있고 햇빛의 양이 충분하기 때문에 솔라셀에서 전력을 공급할 수 있다. 따라서 센서노드에 전력을 공급하는 동시에 커패시터를 충전하여 다음 슬립 모드 동안에 사용할 수 있을 것이다. Capacitors can be used to provide the low power required during the sleep time. For Node 2, the solar cell is powered because it is active and there is enough sunlight. Thus, the sensor node can be powered up while simultaneously charging the capacitor for use during the next sleep mode.
액티브 상태인 노드 4와 슬립 상태인 노드 5는 조도량이 불충분하기 때문에 조도량이 충분할 때 충전해 둔 재충전 배터리를 이용하여 전력을 공급할 수 있다. 반면에 노드 3과 같이 액티브 상태에 있고 조도량이 불안전(조도량이 지속적으로 변하는 구름이 많은 날씨)한 경우에는 솔라셀 전원과 재충전 배터리 전원을 상황에 따라 스위칭하면서 사용할 수 있다. Node 4 in the active state and node 5 in the sleep state have insufficient illumination, and thus power can be supplied using a rechargeable battery charged when the illumination is sufficient. On the other hand, if you are active, such as Node 3, and the light intensity is unstable (cloudy weather where the light intensity is constantly changing), you can switch the solar cell power and the rechargeable battery power according to the situation.
이와 같이, 조도량과 센서 MAC 프로토콜의 동작모드에 따라서 효과적으로 솔라셀을 이용하기 위해서는 솔라셀, 재충전 배터리, 커패시터와 같은 소자가 필요하고, 이를 상황에 따라 제어할 수 있는 제어회로가 요구된다.
As described above, in order to effectively use the solar cell according to the illumination intensity and the operation mode of the sensor MAC protocol, an element such as a solar cell, a rechargeable battery, and a capacitor is required, and a control circuit capable of controlling it according to a situation is required.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 센서노드의 전력공급 제어장치를 나타낸 블록 구성도이다.2 is a block diagram showing a power supply control device of a sensor node according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센서노드의 전력공급 제어장치의 바람직한 일실시예에 의하면, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀부(10), 상기 솔라셀부(10)로부터 전기에너지를 공급받아 충전되는 재충전 배터리부(20) 및 커패시터부(40), 마이크로 프로세서(60)에서 액티브(Active)모드 또는 슬립(Sleep)모드를 판단하여 각각의 상태신호를 릴레이 회로부(30)에 전달하는 센서노드(50), 상기 솔라셀부(10)의 출력전압과 상기 센서노드(Sensor Node)(50)의 상태(Sleep/Active)신호에 따라 상기 솔라셀부(10) 또는 재충전 배터리부(20)중 선택되는 어느 하나의 전력공급원을 결정하여 상기 센서노드(50)에 스위칭하는 릴레이 회로부(30), 상기 솔라셀부(10)에 의하여 충전되고, 충전된 전압을 상기 센서노드(50)에 선택적으로 공급하는 커패시터부(40)를 포함한다.As shown, according to a preferred embodiment of the power supply control device of the sensor node according to the present invention, the
또한, 본 발명에 따른 센서노드의 전력공급 제어방법의 바람직한 일실시예에 의하면, 솔라셀부(10)에서 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계; 상기 솔라셀부(10)로부터 전기에너지를 공급받아 재충전 배터리부(20) 및 커패시터부(40)를 충전하는 단계; 센서노드(50)의 마이크로 프로세서(60)에서 액티브(Active)모드 또는 슬립(Sleep)모드를 판단하여 각각의 상태신호를 릴레이 회로부(30)에 전달하는 단계; 릴레이 회로부(30)에서 상기 솔라셀부(10)의 출력전압과 상기 센서노드(50)의 상태(Sleep/Active)신호에 따라 상기 솔라셀부(10) 또는 재충전 배터리부(20)중 선택되는 어느 하나의 전력공급원을 결정하여 상기 센서노드(50)에 스위칭하는 단계; 상기 솔라셀부(10)에 의하여 커패시터부(40)를 충전하고, 커패시터부(40)에 충전된 전압을 상기 센서노드(50)에 선택적으로 공급하는 단계를 포함한다.In addition, according to a preferred embodiment of the power supply control method of the sensor node according to the present invention, the
솔라셀부(10)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위하여, 통상의 솔라셀(Solar Cell; 태양전지라고도 한다)로 구성될 수 있다. 주로 단결정 실리콘에 의한 pn 접합 소자가 사용되고 있지만 코스트 다운을 목적으로 다결정 실리콘과 아몰퍼스 실리콘으로 구성될 수 있다.The
센서노드(50)는 마이크로프로세서(60)와 무선송수신칩(미도시)을 포함한다. 마이크로 프로세서(60)는 통상의 연산, 처리, 판단 기능을 갖는 CPU 또는 MPU가 사용될 수 있다.
The
도 3은 솔라셀의 출력전압이 기준전압 이상이고, 센서노드가 액티브 모드인 경우의 동작 상태를 나타낸 블록 구성도이다.3 is a block diagram illustrating an operating state when the output voltage of the solar cell is equal to or greater than the reference voltage and the sensor node is in the active mode.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 솔라셀부(10)는 햇빛이 충분할 경우 재충전 배터리부(20), 커패시터부(40), 센서노드(50)에 전력을 공급한다. As shown, according to a preferred embodiment of the present invention, the
릴레이 회로부(30)는 솔라셀부(10)의 출력전압과 센서노드(50)의 상태(Sleep/Active) 신호에 따라서 전류의 흐름을 결정짓는다. The
센서노드(50)는 액티브(Active)모드 일 경우 하이(high)신호를, 슬립(Sleep)모드 일 경우 로우(Low)신호를 릴레이 회로부(30)로 보내 적절하게 전력공급원을 스위칭할 수 있도록 한다.The
즉, 도시된 바와 같이, 상기 릴레이 회로부(30)는; 상기 솔라셀부(10)의 출력전압이 기준전압 이상이고, 상기 센서노드(50)의 상태신호가 액티브 모드일 경우, 상기 솔라셀부(10)의 출력전압을 상기 센서노드(50)에 공급함과 동시에 상기 커패시터부(40)를 충전한다.That is, as shown, the
이와 같은 전력 사용량이 많은 액티브 모드 상태에서는 솔라셀부(10)의 출력전압을 그대로 사용하기 때문에 전력이 부족함이 없으며, 동시에 상기 커패시터부(40)에 전력을 충전시킬 수 있다. 상기 커패시터부(40)는 대략 1,000~3,300uF의 소용량 커패시터가 사용될 수 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이 통상의 액티브 모드에서 대략 1초 이하의 시간으로 완충될 수 있다.
Since the output voltage of the
도 4는 솔라셀의 출력전압이 기준전압 이상이고, 센서노드가 슬립 모드인 경우의 동작 상태를 나타낸 블록 구성도이다.4 is a block diagram illustrating an operating state when the output voltage of the solar cell is equal to or greater than the reference voltage and the sensor node is in the sleep mode.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 릴레이 회로부(30)는; 상기 솔라셀부(10)의 출력전압이 기준전압 이상이고, 상기 센서노드(50)의 상태신호가 슬립 모드일 경우, 상기 솔라셀부(10)의 출력전압을 상기 재충전 배터리부(20)에 공급하여 충전시키고, 상기 커패시터부(40)에 충전된 전압을 상기 센서노드(50)에 공급한다.As shown, according to a preferred embodiment of the present invention, the
따라서, 이와 같은 전력 사용량이 적은 슬립 모드 상태에서는 커패시터부(40)에 충전된 전력을 센서노드(50)에 공급한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 상기 커패시터부(40)는 대략 1,000~3,300uF의 소용량 커패시터가 사용될 수 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이 통상의 액티브 모드에서 1초 이하의 시간으로 완충될 수 있고, 슬립 모드에서 대략 2~4초의 시간으로 방전된다.Therefore, in the sleep mode state in which the power consumption is low, the power charged in the
따라서, 슬립 모드에서 커패시터부(40)가 방전되기 전에 도 3에 도시된 액티브 모드로 전환하여 상기 솔라셀부(10)의 전력으로 상기 커패시터부(40)를 재충전할 수 있으며, 이와 같은 충방전이 반복하여 빠른 시간에 이루어질 수 있다.
Therefore, before the
도 5는 솔라셀의 출력전압이 기준전압 미만이고, 센서노드가 액티브 모드인 경우의 동작 상태를 나타낸 블록 구성도이다.FIG. 5 is a block diagram illustrating an operating state when the output voltage of the solar cell is less than the reference voltage and the sensor node is in the active mode.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 릴레이 회로부(30)는; 상기 솔라셀부(10)의 출력전압이 기준전압 미만이고, 상기 센서노드(50)의 상태신호가 액티브 모드일 경우, 상기 재충전 배터리부(20)에 충전된 전압을 상기 커패시터부(40)에 충전함과 동시에 상기 센서노드(50)에 공급한다.As shown, according to a preferred embodiment of the present invention, the
상기 재충전 배터리부(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 솔라셀의 출력전압이 기준전압 이상이고, 센서노드가 슬립 모드인 상태에서 충분히 전력을 충전하고 있으므로, 센서노드(50)에 공급되는 전력에 부족함이 없다. As shown in FIG. 4, the
동시에 이 전력으로 상기 커패시터부(40)에 전력을 충전시킬 수 있으며, 전술한 바와 같이 상기 커패시터부(40)는 소용량 커패시터로서 통상의 액티브 모드에서 대략 1초 이하의 시간으로 완충될 수 있다.
At the same time, the electric power can be charged to the
도 6은 솔라셀의 출력전압이 기준전압 미만이고, 센서노드가 슬립 모드인 경우의 동작 상태를 나타낸 블록 구성도이다.6 is a block diagram illustrating an operating state when the output voltage of the solar cell is less than the reference voltage and the sensor node is in the sleep mode.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 릴레이 회로부(30)는; 상기 솔라셀부(10)의 출력전압이 기준전압 미만이고, 상기 센서노드(50)의 상태신호가 슬립 모드일 경우, 상기 커패시터부(40)에 충전된 전압을 상기 센서노드(50)에 공급한다.As shown, according to a preferred embodiment of the present invention, the
따라서, 전력 사용량이 적은 슬립 모드 상태에서는 커패시터부(40)에 충전된 전력을 센서노드(50)에 공급할 수 있으며, 전술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 상기 커패시터부(40)는 소용량 커패시터가 사용될 수 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이 통상의 슬립 모드에서 대략 2~4초의 시간으로 방전되며 센서노드(50)에 전력을 공급할 수 있다.Therefore, in the sleep mode state where the power consumption is low, the power charged in the
이때, 슬립 모드에서 커패시터부(40)가 방전되기 전에 도 5에 도시된 액티브 모드로 전환하여 상기 재충전 배터리부(20)의 전력으로 상기 커패시터부(40)를 재충전할 수 있으며, 이와 같은 충방전이 반복하여 빠른 시간에 이루어질 수 있다.
In this case, before the
도 7은 도 2의 블록 구성도의 바람직한 일실시예를 나타낸 상세 회로 구성도이다. FIG. 7 is a detailed circuit diagram illustrating a preferred embodiment of the block diagram of FIG. 2.
도 7에서 사용되는 용어는 다음의 표 1과 같이 정의한다.Terms used in FIG. 7 are defined as shown in Table 1 below.
햇빛의 유무와 센서노드의 동작상태에 따른 회로의 동작은 다음과 같다.
The operation of the circuit according to the presence of sunlight and the operation state of the sensor node is as follows.
가. 햇빛이 있고, 센서노드가 액티브(Active)모드일 경우end. If there is sunlight and the sensor node is in active mode
이 경우에는 솔라셀(Solar Cell : SC)의 출력전압 Vsolar는 높은 전압을 출력하고, 센서노드(SN)의 출력전압 Vcon은 하이(high)신호를 출력하게 된다. Vsolar의 높은 전압으로 인하여 릴레이 Relay2는 스위칭 아웃(switching output)으로 연결되고, 또한 Vcon의 하이신호로 인하여 릴레이 Relay1도 스위칭 아웃으로 연결된다. 솔라셀(SC)의 출력전압 Vsolar는 레귤레이터 REG와 릴레이 Relay1을 거쳐서 센서노드(Sensor Node : SN)에 공급되고, 동시에 커패시터 C3을 충전시킨다.
In this case, the output voltage Vsolar of the solar cell SC outputs a high voltage, and the output voltage Vcon of the sensor node SN outputs a high signal. Due to the high voltage of Vsolar, relay Relay2 is connected to switching out, and due to the high signal of Vcon, relay Relay1 is also connected to switching out. The output voltage Vsolar of the solar cell SC is supplied to the sensor node SN through the regulator REG and the
나. 햇빛이 있고, 센서노드가 슬립(Sleep)모드일 경우I. If there is sunlight and the sensor node is in sleep mode
이 경우에는 솔라셀(SC)의 출력전압 Vsolar는 높은 전압, 센서노드(SN)의 출력전압 Vcon은 로우(low)신호를 출력하게 된다. Vsolar의 높은 전압으로 인하여 릴레이 Relay2는 스위칭 아웃으로 연결되고, Vcon의 로우신호로 인하여 릴레이 Relay1은 베이스 아웃(base output)으로 연결된다. Vsolar는 레귤레이터 REG, 릴레이 Relay1, Relay2, 그리고 과충전방지소자 PCM을 거쳐서 재충전 배터리(Recharging Battery : RB)를 충전시킨다. 이때 액티브 모드 동안 충전되었던 커패시터 C3이 센서노드(SN)의 작동전력을 공급한다.
In this case, the output voltage Vsolar of the solar cell SC is a high voltage, and the output voltage Vcon of the sensor node SN outputs a low signal. Due to the high voltage of Vsolar, relay Relay2 is connected to switching out, and due to the low signal of Vcon, relay Relay1 is connected to base out. Vsolar charges the Recharging Battery (RB) via regulators REG, relays Relay1, Relay2, and the overcharge protection device PCM. At this time, the capacitor C3 charged during the active mode supplies the operating power of the sensor node SN.
다. 날씨가 흐리거나 밤 시간인 경우All. If the weather is cloudy or night time
. 이 경우에는 솔라셀(SC)의 출력전압 Vsolar는 낮은 전압을 출력한다. Vsolar의 낮은 전압으로 인하여 릴레이 Realy1과 Relay2는 베이스 아웃(base output)으로 연결되고, 재충전 배터리(RB)가 과충전방지소자 PCM과 릴레이 Relay2의 베이스 아웃을 거쳐 센서노드(SN)에 작동전력을 공급한다.
. In this case, the output voltage Vsolar of the solar cell SC outputs a low voltage. Due to the low voltage of Vsolar, relay Realy1 and Relay2 are connected to the base out, and the rechargeable battery (RB) supplies the operating power to the sensor node (SN) through the base out of the overcharge protection device PCM and relay Relay2. .
센서노드(SN)는 기본적으로 이웃 센서노드(SN)와 시간을 동기화한다. 송신할 데이터를 가진 센서노드(SN)는 설정된 액티브 모드 시간에서 깨어나고 동일한 시간에 깨어난 이웃 센서노드(SN)에게 데이터를 송신하고 다음 슬립 모드 시작 시간에서 슬립 모드로 전환된다.
The sensor node SN basically synchronizes time with the neighbor sensor node SN. The sensor node SN having data to transmit wakes up at the set active mode time and transmits data to the neighboring sensor node SN that wakes up at the same time and is switched to the sleep mode at the next sleep mode start time.
본 발명의 바람직한 일실시예에서는, 마이크로프로세서(MCU)(60)와 무선송수신칩(미도시)을 포함하는 회로를 사용할 수 있다. 무선송수신칩을 낮은 전력으로 동작시키기 위하여 전력소모가 많은 무선송수신칩을 우선 슬립 모드로 전환하고 나서 MCU를 슬립 모드로 전환한다. MCU가 가진 4개의 슬립 모드 중에서 LPM0(CPU 및 MCLK Disabled, ACLK 및 SMCLK Active)를 사용하였으며, 전력소모는 75uA, 웨이크업(wake-up)으로 전환되는 시간은 최소 6us이하로 측정되었다. MCU가 슬립 모드 상태로 전환되는 경우에 외부 연결 컴포넌트(ROM, 센서)의 전원은 오프(OFF)가 된다. 액티브 모드 상태로 전환은 슬립 모드와는 역순의 절차를 거친다.
In a preferred embodiment of the present invention, a circuit including a microprocessor (MCU) 60 and a radio transceiver chip (not shown) may be used. In order to operate the wireless transmit / receive chip at low power, the wireless transmit / receive chip with high power consumption is first put into sleep mode, and then the MCU is put into sleep mode. Among the four sleep modes of the MCU, LPM0 (CPU and MCLK Disabled, ACLK and SMCLK Active) was used. The power consumption was measured at 75uA and the time to wake-up was at least 6us. When the MCU enters sleep mode, the external connected components (ROM, sensors) are powered off. The transition to the active mode is the reverse of the sleep mode.
솔라셀(SC)은 별도의 정류회로 없이도 직류전압을 출력하며, 햇빛이 있는 곳이라면 어디에서든 사용이 가능하다. 하지만, 흐린 날이나 밤 시간 동안에는 솔라셀의 출력전력이 미미하기 때문에 센서노드(SN)를 작동시킬 수 없다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 재충전 배터리(Rechaging Battery : RB)를 사용하였다.
The solar cell (SC) outputs a DC voltage without a separate rectifier circuit, and can be used anywhere there is sunlight. However, during a cloudy day or night time, the sensor node SN cannot be operated because the output power of the solar cell is insignificant. In order to overcome this disadvantage, a rechargeable battery (RB) was used.
도 2 내지 도 6에 도시된 본 발명의 블록도와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 햇빛의 유무, 센서노드(SN)의 모드에 따라서 입력전원을 스위칭하기 위하여 릴레이 Relay1, Relay2를 사용하였다. As shown in the block diagram of the present invention shown in Figures 2 to 6, according to a preferred embodiment of the present invention, the relay Relay1, Relay2 was used to switch the input power according to the presence of sunlight, the mode of the sensor node (SN). .
이 회로에 사용된 5V 동작 릴레이의 일반적인 특성은 양단 전압의 차이가 3.5V일 때 스위칭 아웃(switching output), 1V가 되면 다시 베이스 아웃(base output)으로 스위칭 된다. 하지만, 솔라셀(SC)의 경우 출력전압이 4.5V 이하가 되면 센서노드(SN)를 구동할 만큼의 전력이 생성되지 않기 때문에 5V 릴레이를 그대로 사용할 수 없다. The typical characteristic of the 5V operating relay used in this circuit is the switching output when the voltage difference across 3.5V is 3.5V, and back to the base output when 1V is reached. However, in the case of the solar cell SC, when the output voltage is less than 4.5V, the 5V relay cannot be used as it is because power is not generated enough to drive the sensor node SN.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 각각의 릴레이 Relay1, Relay2에 MOSFET(MOS field-effect transistor) FET1, FET2를 직렬로 배치하여 릴레이 Relay1, Relay2의 양단전압의 차이가 5V가 되면 스위칭 아웃, 4.5V가 되면 베이스 아웃으로 스위칭하도록 구성하였다.
In order to solve this problem, according to the preferred embodiment of the present invention, when the MOSFET (MOS field-effect transistor) FET1 and FET2 are arranged in series in each of the relays Relay1 and Relay2, when the difference between the voltages at both ends of the relay Relay1 and Relay2 becomes 5V, Switching out, 4.5V was configured to switch to the base out.
도 8a 및 8b는 릴레이 동작 패턴을 나타낸 그래프로서, 공급전압의 변화에 대한 원래 릴레이의 동작 패턴과 MOSFET을 적용한 변경된 릴레이의 동작패턴에 대한 실험 결과를 보여준다. 8A and 8B are graphs showing the operation pattern of the relay, and show the experimental results of the operation pattern of the original relay and the operation of the changed relay to which the MOSFET is applied to the change of the supply voltage.
곡선 파형그래프는 릴레이에 공급되는 전압을 나타내고, 펄스 그래프는 입력전압에 따른 릴레이의 상태를 나타내며, 로우(low)는 베이스 아웃(base output), 하이(high)는 스위칭 아웃(switching output)으로 연결된 상태를 의미한다. The curve waveform graph shows the voltage supplied to the relay, the pulse graph shows the state of the relay according to the input voltage, low is connected to the base output, and high is connected to the switching output. Means status.
센서노드(SN)가 슬립 모드일 때 소모하는 전류가 낮기 때문에 커패시터 C3가 센서노드(SN)에 작동전력을 공급하고, 릴레이 Relay1,2가 센서노드(SN)의 전력공급원을 스위칭할 때 전원공급이 끊기는 것을 방지하는 역할을 한다. Capacitor C3 supplies the operating power to the sensor node SN because the current draws low when the sensor node SN is in sleep mode, and power is supplied when the relay relays 1 and 2 switch the power supply source of the sensor node SN. It serves to prevent this break.
액티브 모드 시간 동안에 레귤레이터 REG를 거쳐 나오는 전압이 커패시터 C3를 급속 충전시키고, 슬립 모드 시간 동안에 센서노드(SN)에 전원을 공급하면서 방전된다.
During the active mode time, the voltage across the regulator REG rapidly charges the capacitor C3 and discharges while powering the sensor node SN during the sleep mode time.
도 9는 액티브/슬립 모드 전환에 따른 커패시터 충방전 파형을 나타낸 그래프로이다. 액티브 시간 동안에 충전되는 커패시터의 양은 슬립 모드 시간 동안에 전력을 공급할 만큼 충분해야 한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 상기 커패시터는 대략 1,000~3,300uF의 소용량 커패시터가 사용될 수 있으며, 도시된 바와 같이 통상의 액티브 모드에서 1초 이하의 시간으로 완충될 수 있고, 슬립 모드에서 대략 2~4초의 시간으로 방전된다.9 is a graph illustrating capacitor charge and discharge waveforms according to active / sleep mode switching. The amount of capacitor charged during the active time should be sufficient to power up during the sleep mode time. According to a preferred embodiment of the present invention, the capacitor may be a small capacity capacitor of about 1,000 to 3,300 uF, and may be buffered in a typical active mode for a time of 1 second or less, and in the sleep mode as shown. It is discharged in a time of 2 to 4 seconds.
본 발명의 바람직한 다른 실시예로서, 슬립 모드에서 상기 커패시터가 방전될 경우 액티브 모드로의 빠른 모드 전환을 통하여 상기 커패시터를 재충전할 수 있다. 이 모드 전환 시기는 커패시터의 종류에 따른 방전 용량의 기준값을 정하고, 이 방전 용량값 또는 전압값을 실시간으로 감시하여 액티브 모드와 슬립 모드를 전환하여 커패시터가 방전되기 전에 용이하게 커패시터를 재충전시킬 수 있다.
In another preferred embodiment of the present invention, when the capacitor is discharged in the sleep mode, the capacitor may be recharged through a quick mode switch to the active mode. The mode switching timing sets a reference value of the discharge capacity according to the type of capacitor, monitors the discharge capacity value or the voltage value in real time, and switches the active mode and the sleep mode to easily recharge the capacitor before the capacitor is discharged. .
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 관한 것이고, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.
The embodiments of the present invention described in the present specification and the configurations shown in the drawings relate to the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to encompass all of the technical ideas of the present invention so that various equivalents It should be understood that water and variations may be present. Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. , Such changes shall be within the scope of the claims set forth in the claims.
10 : 솔라셀부
20 : 재충전 배터리부
30 : 릴레이 회로부
40 : 커패시터부
50 : 센서노드
60 : 마이크로 프로세서10: Cell part
20: rechargeable battery unit
30: relay circuit
40: capacitor
50: sensor node
60: microprocessor
Claims (12)
상기 솔라셀부로부터 전기에너지를 공급받아 충전되는 재충전 배터리부 및 커패시터부;
마이크로 프로세서에서 액티브(Active)모드 또는 슬립(Sleep)모드를 판단하여 각각의 상태신호를 릴레이 회로부에 전달하는 센서노드;
상기 솔라셀부의 출력전압과 상기 센서노드의 상태(Sleep/Active)신호에 따라 상기 솔라셀부 또는 재충전 배터리부중 선택되는 어느 하나의 전력공급원을 결정하여 상기 센서노드에 스위칭하는 릴레이 회로부; 및
상기 솔라셀부에 의하여 충전되고, 충전된 전압을 상기 센서노드에 선택적으로 공급하는 커패시터부;를 포함하는 센서노드의 전력공급 제어장치.
A solar cell unit converting solar energy into electrical energy;
A rechargeable battery unit and a capacitor unit charged with electric energy from the solar cell unit;
A sensor node which determines an active mode or a sleep mode in the microprocessor and transmits each state signal to the relay circuit;
A relay circuit unit configured to determine one power supply source selected from the solar cell unit or the rechargeable battery unit and switch to the sensor node according to an output voltage of the solar cell unit and a status (Sleep / Active) signal of the sensor node; And
And a capacitor unit charged by the solar cell unit and selectively supplying the charged voltage to the sensor node.
상기 릴레이 회로부는;
상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 이상이고, 상기 센서노드의 상태신호가 액티브 모드일 경우, 상기 솔라셀부의 출력전압을 상기 센서노드에 공급함과 동시에 상기 커패시터부를 충전하는 것을 특징으로 하는 센서노드의 전력공급 제어장치.
The method of claim 1,
The relay circuit unit;
When the output voltage of the solar cell unit is greater than or equal to the reference voltage and the state signal of the sensor node is in the active mode, the output of the solar cell unit to the sensor node and at the same time charging the capacitor unit of the sensor node Power supply controller.
상기 릴레이 회로부는;
상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 이상이고, 상기 센서노드의 상태신호가 슬립 모드일 경우, 상기 솔라셀부의 출력전압을 상기 재충전 배터리부에 공급하여 충전시키고, 상기 커패시터부에 충전된 전압을 상기 센서노드에 공급하는 것을 특징으로 하는 센서노드의 전력공급 제어장치.
The method of claim 1,
The relay circuit unit;
When the output voltage of the solar cell unit is greater than or equal to the reference voltage and the state signal of the sensor node is in the sleep mode, the output voltage of the solar cell unit is supplied to the rechargeable battery unit and charged, and the voltage charged in the capacitor unit is Power supply control device for a sensor node, characterized in that the supply to the sensor node.
상기 릴레이 회로부는;
상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 미만이고, 상기 센서노드의 상태신호가 액티브 모드일 경우, 상기 재충전 배터리부에 충전된 전압을 상기 커패시터에 충전함과 동시에 상기 센서노드에 공급하는 것을 특징으로 하는 센서노드의 전력공급 제어장치.
The method of claim 1,
The relay circuit unit;
When the output voltage of the solar cell unit is less than the reference voltage and the state signal of the sensor node is the active mode, the voltage charged in the rechargeable battery unit is charged to the capacitor and supplied to the sensor node at the same time Sensor supply power supply control device.
상기 릴레이 회로부는;
상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 미만이고, 상기 센서노드의 상태신호가 슬립 모드일 경우, 상기 커패시터에 충전된 전압을 상기 센서노드에 공급하는 것을 특징으로 하는 센서노드의 전력공급 제어장치.
The method of claim 1,
The relay circuit unit;
And supplying a voltage charged in the capacitor to the sensor node when the output voltage of the solar cell unit is less than a reference voltage and the state signal of the sensor node is in the sleep mode.
상기 커패시터부는; 상기 슬립 모드에서의 방전 전압이 기준값 이하로 떨어질 경우, 상기 액티브 모드로 전환되어 재충전되는 것을 특징으로 하는 센서노드의 전력공급 제어장치.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The capacitor unit; And when the discharge voltage in the sleep mode falls below a reference value, the power supply controller of the sensor node, wherein the sensor node is switched to the active mode and recharged.
상기 솔라셀부로부터 전기에너지를 공급받아 재충전 배터리부 및 커패시터부를 충전하는 단계;
센서노드의 마이크로 프로세서에서 액티브 모드 또는 슬립 모드를 판단하여 각각의 상태신호를 릴레이 회로부에 전달하는 단계;
릴레이 회로부에서 상기 솔라셀부의 출력전압과 상기 센서노드의 상태신호에 따라 상기 솔라셀부 또는 재충전 배터리부중 선택되는 어느 하나의 전력공급원을 결정하여 상기 센서노드에 스위칭하는 단계; 및
상기 솔라셀부에 의하여 커패시터부를 충전하고, 상기 커패시터부에 충전된 전압을 상기 센서노드에 선택적으로 공급하는 단계;를 포함하는 센서노드의 전력공급 제어방법.
Converting solar energy into electrical energy in the solar cell unit;
Receiving electrical energy from the solar cell unit to charge a rechargeable battery unit and a capacitor unit;
Determining an active mode or a sleep mode in the microprocessor of the sensor node and transmitting each state signal to the relay circuit;
Determining, by a relay circuit unit, a power supply source selected from the solar cell unit or the rechargeable battery unit according to an output voltage of the solar cell unit and a state signal of the sensor node and switching to the sensor node; And
And charging the capacitor unit by the solar cell unit, and selectively supplying a voltage charged in the capacitor unit to the sensor node.
상기 스위칭하는 단계는;
상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 이상이고, 상기 센서노드의 상태신호가 액티브 모드일 경우, 상기 솔라셀부의 출력전압을 상기 센서노드에 공급함과 동시에 상기 커패시터부를 충전하는 것을 특징으로 하는 센서노드의 전력공급 제어방법.
8. The method of claim 7,
The switching step;
When the output voltage of the solar cell unit is greater than or equal to the reference voltage and the state signal of the sensor node is in the active mode, the output of the solar cell unit to the sensor node and at the same time charging the capacitor unit of the sensor node Power supply control method.
상기 스위칭하는 단계는;
상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 이상이고, 상기 센서노드의 상태신호가 슬립 모드일 경우, 상기 솔라셀부의 출력전압을 상기 재충전 배터리부에 공급하여 충전시키고, 상기 커패시터부에 충전된 전압을 상기 센서노드에 공급하는 것을 특징으로 하는 센서노드의 전력공급 제어방법.
8. The method of claim 7,
The switching step;
When the output voltage of the solar cell unit is greater than or equal to the reference voltage and the state signal of the sensor node is in the sleep mode, the output voltage of the solar cell unit is supplied to the rechargeable battery unit and charged, and the voltage charged in the capacitor unit is Power supply control method for a sensor node, characterized in that the supply to the sensor node.
상기 스위칭하는 단계는;
상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 미만이고, 상기 센서노드의 상태신호가 액티브 모드일 경우, 상기 재충전 배터리부에 충전된 전압을 상기 커패시터에 충전함과 동시에 상기 센서노드에 공급하는 것을 특징으로 하는 센서노드의 전력공급 제어방법.
8. The method of claim 7,
The switching step;
When the output voltage of the solar cell unit is less than the reference voltage and the state signal of the sensor node is the active mode, the voltage charged in the rechargeable battery unit is charged to the capacitor and supplied to the sensor node at the same time How to control power supply of sensor node.
상기 스위칭하는 단계는;
상기 솔라셀부의 출력전압이 기준전압 미만이고, 상기 센서노드의 상태신호가 슬립 모드일 경우, 상기 커패시터에 충전된 전압을 상기 센서노드에 공급하는 것을 특징으로 하는 센서노드의 전력공급 제어방법.
8. The method of claim 7,
The switching step;
And supplying a voltage charged to the capacitor to the sensor node when the output voltage of the solar cell unit is less than a reference voltage and the state signal of the sensor node is in the sleep mode.
상기 커패시터부에 충전된 전압을 상기 센서노드에 선택적으로 공급하는 단계는;
상기 슬립 모드에서의 방전 전압이 기준값 이하로 떨어질 경우, 상기 액티브 모드로 전환되어 재충전되는 것을 특징으로 하는 센서노드의 전력공급 제어방법.The method according to any one of claims 7 to 11,
Selectively supplying a voltage charged in the capacitor unit to the sensor node;
And when the discharge voltage in the sleep mode falls below a reference value, switching to the active mode to recharge the sensor node.
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