KR20140088716A - 통합통신 시스템 - Google Patents

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KR20140088716A
KR20140088716A KR1020130000581A KR20130000581A KR20140088716A KR 20140088716 A KR20140088716 A KR 20140088716A KR 1020130000581 A KR1020130000581 A KR 1020130000581A KR 20130000581 A KR20130000581 A KR 20130000581A KR 20140088716 A KR20140088716 A KR 20140088716A
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제주한라대학교산학협력단
이권윤
이상부
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Abstract

본 발명은 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원격 감시 및 제어를 위해 유선통신인 RS232, RS485, RS422, I2C, 인터넷 통신인 TCP-IP, 그리고 무선통신인 지그비, 블루투스의 7종류의 통신프로토콜을 이용하여 다양한 유무선 및 인터넷 통신이 가능한 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 통신변환모듈 및 관련 통신 응용프로그램, 엔드디바이스, HMI(Human Machine Interface) 시스템, 호스트(관제 서버 컴퓨터), DB(DataBase) 서버를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 본 발명의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템을 적용하면, 유무선을 통한 통신으로 다양한 정보를 감시하고 원하는 기기를 원격제어할 수 있고, 특정한 공간에서뿐만 아니라 산업분야, 가로등 제어, 빌딩제어 및 환경감시 및 원격제어분야 등에서 다양한 통신방식으로 전기, 전자기기 또는 장치들을 관리 및 제어할 수 있어, 비효율적인 시간 및 경비 소모를 미리 방지하고 통제함으로써 원격 감시 및 제어시스템을 운영하기 위해 소요되는 예산을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

통합통신 시스템{Unified Communications System}
본 발명은 통합통신 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 유선 및 무선통신 등 다양한 통신 방식을 이용하여 근거리와 원거리의 정보를 통합된 하나의 시스템에서 통신할 수 있는 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명에서 통신 방식은 근거리 직렬통신에 많이 사용하는 RS232 통신, 원거리 직렬통신에 적합한 RS485 통신 및 RS422 통신, 두 가닥의 신호선을 사용하여 MCU와 저속 주변장치 사이의 통신을 위한 용도로 많이 사용하는 I2C 통신, 인터넷 통신에 많이 사용하는 TCP-IP 통신, 센서네트워킹에 많이 사용하는 지그비(ZigBee) 무선통신, 근거리 무선통신에 적합한 블루투스(Bluetooth) 통신 등 7종류의 통신 프로토콜을 적용할 수 있다.
최근 들어, 유비쿼터스 기술이 발전함에 따라 유비쿼터스 기술을 자연환경 감시나 농업생산에 적용하여 체계적이고 과학적인 관리체계를 구축하기 위한 유비쿼터스 환경 모니터링, 유비쿼터스 농업 또는 IT 농업이 관심을 끌고 있고, 농축산에 대한 IT 응용 연구와 유기농 식품에 대한 관리 등에 IT 기술을 적용하려는 노력이 증가하고 있다.
이와 같이 생산현장의 환경 데이터(온도, 습도, 이산화탄소량(CO2), 일사량, 지열 등) 처리 또는 농축산업 생산분야에 IT 기술을 적용하기 위해서는 네트워크 기술이 필수적으로 요구되는데, 그를 위하여 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP, 지그비, 및 블루투스 7종류의 통신프로토콜이 주로 사용된다.
다양한 산업 분야에서 여러 종류의 통신 프로토콜을 이용하여 데이터를 유무선으로 통신하여 감시하고 제어하려는 필요성이 요구되고 있는데, 상기와 같은 다양한 통신프로토콜을 필요시마다 개발하면 연구개발비와 개발시간이 많이 투자되고, 긴급히 요구되는 상황에서는 개발로 인하여 신속하게 설치가 이루어지지 않아 불필요하게 인력 및 경비와 에너지가 낭비되므로 예산이 낭비되는 문제점이 있다.
결국, 산업분야에서는 다양한 통신프로토콜이 필요하지만 필요시마다 각각의 개별적인 통신모듈을 구입하거나 개발하여 사용하므로 업무의 효율이 떨어지고 불편한 점이 많았다.
종래 기술의 유선통신망은 데이터 전송 또는 통신케이블이 외부에 노출되도록 설치되는 방식으로, 주변환경이 복잡하여 유선통신망의 배선작업이 난해한 경우에는 경비도 상당하고, 외부로 케이블이 노출되어 미관이 좋지 못한 점이 많았다. 즉, 건물이나 위험지역에 유선통신을 설치하기 위해서는 건물의 벽을 뚫거나 위험지역을 방어하기 위한 방법을 강구하여 통신선로를 설치하므로 미관상 문제점과 예산낭비가 있었다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 종래에 다양한 기술이 제안된 바 있다.
먼저, 특허출원번호 제10-2001-0036614호 "통신 프로토콜 변환장치 및 방법"은 서로 다른 통신 프로토콜을 갖는 각 기기를 일치하는 통신 프로토콜로 변환하여 기기간 통신이 가능하도록 하기 위해 서로 다른 통신 프로토콜을 가지고 하나의 버스선을 통해 통신을 수행하는 다수개의 기기와, 상기 다수개의 기기에 각각 연결되고, 인터넷망을 통해 통신 프로토콜을 다운로드 받거나, 통신 프로토콜 변환카드를 장착하여 특정 통신 프로토콜로 구성된 상기 기기에서 입/출력되는 데이터를 변환하는 변환장치와 방법을 제안한 바 있다.
또한, 특허등록번호 제10-0311314호 "다수 통신 프로토콜 처리 장치 및 그 처리 방법"에는 각 프로토콜 처리를 위한 하위 계층 처리부에 대응하는 상위 계층 처리기를 각각 구비하여 관련 프로토콜을 관리 및 처리(프로토콜의 분산 처리)하도록 함으로써, 서로 다른 프로토콜 간의 상호 변환시에 발생 가능한 전송 지연을 최소화할 수 있어, 상호 변환 전송의 고속성을 보장할 수 있도록 하는 방법이 제안되어 있다.
특허등록번호 제10-0789755호 "개인 영역 무선망에서 다수의 프로토콜이 수용된 공통 플랫폼을 이용한 통신장치 및 그 방법"에서는 개인 영역 무선망에서 적어도 하나의 대상장치와 통신하는 통신장치에 있어서, 상기 대상장치의 목록 및 지원기능을 관리하기 위한 응용계층 수단, 상기 대상장치의 목록에 포함된 각 대상장치의 개별 프로토콜 명령어를 해당 지원기능에 따라 통합된 형태의 공통 명령어에 대응시켜 저장하기 위한 공통 명령어 저장수단 및 상기 공통 명령어 저장수단을 조회하여, 각 대상장치로부터의 개별 프로토콜 명령어 호출시에 상기 개별 프로토콜 명령어에 해당되는 공통 명령어로 변환하고, 각 대상장치와 통신하기 위한 공통 명령어 호출시에 공통 명령어에 대응되는 해당 대상장치의 프로토콜 명령어로 변환하기 위한 명령어 변환수단을 포함한 개인 영역 무선망에서 다수의 프로토콜이 수용된 공통 플랫폼을 이용한 통신장치 및 그 방법을 제안한 바 있다.
그러나 상기 다수의 종래기술은 프로토콜의 변환의 범위가 한정적이거나 활용에 있어서 프로토콜의 변환장치의 개발에서 그치는 경우가 많았다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 내용을 토대로 그 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 그 목적은 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP, 지그비, 및 블루투스 7종류의 통신프로토콜을 인터페이싱할 수 있는 응용프로그램을 적용하여 각각의 통신프로토콜을 이용하여 하나의 시스템에서 통신할 수 있도록 함으로써 복잡하고 난해한 주변 환경에서도 편리하게 통신망을 구현할 수 있는 통합통신 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 저렴한 비용으로 근거리 및 원거리 정보를 사용자가 편리하게 유선과 무선 통신 방식을 사용하여 해당정보를 하나의 시스템에서 송수신할 수 있는 통합통신 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 복수의 위치나 장소에서 상황정보나 관련 데이터를 적절하게 유선 또는 무선으로 송수신하여 감시하고 조건에 맞게 원격 제어할 수 있는 통합된 하나의 시스템에서 편리하게 통신할 수 있는 통합통신 시스템을 제공하는 데 있다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면,
복수의 위치 공간 내의 환경정보 데이터를 수집 및 감시하거나 복수의 제어대상 기기의 상황정보 데이터를 수집하며 이들을 제어하기 위한 다양한 통신 방식을 지원하기 위한 통신변환모듈 및 관련 통신 응용프로그램;
복수의 위치 공간 내의 환경정보 데이터를 수집 및 감시하고, 복수의 제어대상 기기의 상황정보 데이터를 수집하며 이들을 제어하기 위한 복수의 엔드디바이스;
상기의 엔드디바이스에서 복수의 위치 공간 내의 환경정보 데이터를 수집 및 감시하거나 복수의 제어대상 기기의 상황정보 데이터를 수집하며 통신변환모듈을 거쳐서 전송하면 이들의 정보를 송수신하는 미들웨어인 HMI(Human Machine Interface) 시스템;
상기 통신변환모듈과 연계되는 HMI 시스템을 구성하고, 통신변환모듈 및 HMI 시스템으로부터 수신하는 데이터들을 취합하고 관리하여 운영자 또는 클라이언트의 정보요청에 따라 그에 대응하는 정보를 제공하며, 수신하는 환경정보 데이터에 의거하여 소정의 알고리즘을 통해 현재 환경조건에 상응하는 제어신호를 산출하여 상기 제어대상 기기를 제어하고, 상황정보를 감시하기 위한 호스트(관제 서버 컴퓨터);
상기 호스트 및 HMI 시스템과 연계되어 복수의 공간 내에서 환경정보와 복수의 제어대상 기기에 대한 상황정보를 저장하는 DB(DataBase)서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합통신 시스템을 제공한다.
이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 통합통신 시스템에서 통신변환모듈은 유선통신 방식인 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP 그리고 무선통신 방식인 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth)가 있으므로 사용자는 상황에 따라 적합한 통신변환모듈을 하나 또는 하나 이상을 선택하는 특징으로 관련 정보를 편리하게 송수신하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 통신변환모듈은 다양한 유무선 통신을 수행하기 위하여 통합통신 시스템과 일체로 결합 되거나 커넥터(Connector)와 같은 결합수단에 의해 분리형으로 결합 되는 형태인 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 주변 여건에 따라 사용자가 적합한 유무선 통신 방식인 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP, ZigBee, Bluetooth 통신을 선택하여 관련 통신을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 엔드디바이스(임베디드시스템)에서 감지한 여러 가지의 상황정보나 기기의 정보를 다양한 유무선통신 방식으로 관련 정보를 통신변환모듈에서 전송하면 관련 정보를 HMI 시스템이 수신하여 호스트가 감시하고 관제하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 다양한 유무선통신 방식으로 관련 정보를 HMI 시스템이 전송하면 통신변환모듈에서 관련 정보를 통신변환모듈에서 수신하여 엔드디바이스(임베디드시스템)를 통하여 다양한 기기를 제어하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 호스트는 엔드디바이스 또는 임베디드시스템으로부터 수집되는 복수의 위치 공간 내의 환경 정보 데이터와 제어대상 기기에 대한 상황정보 데이터가 저장되는 통합 DB서버를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 주변 여건에 따라 사용자가 적합한 통신 방식을 선택하여 통신할 수 있도록 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP, ZigBee, Bluetooth 통신을 위한 엔드디바이스 통신응용프로그램, 임베디드시스템 통신응용프로그램, HMI 시스템 통신인터페이스 응용프로그램, 호스트 컴퓨터의 통신인터페이스 응용프로그램 및 통신변환모듈을 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 유선통신 방식, 무선통신 방식, 인터넷 통신, 유무선 인터넷 통신으로 구성되어 주변 여건에 따라 사용자가 적합한 통신 방식을 선택하여 상황정보를 감시하고 해당 알고리즘으로 기기를 적절하게 제어하면서 관련 정보를 DB서버에 저장하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템을 적용하면, 유선통신 프로토콜 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP, 그리고 무선통신 프로토콜 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth)의 7종류의 통신프로토콜을 이용하여 편리하게 통신할 수 있는 효과가 있다.
또한, 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템을 이용하여 다양한 정보를 감시하고 원하는 기기를 원격제어할 수 있으므로 사무실, 공장, 가정 등의 특정한 공간에서뿐만 아니라 산업분야, 가로등 제어, 빌딩제어 및 환경감시 및 원격제어분야 등에서 다양한 통신방식으로 전기, 전자기기 또는 장치들을 관리 및 제어할 수 있어, 비효율적인 시간 및 경비 소모를 미리 방지하고 통제할 수 있으므로 원격 감시 및 제어시스템을 운영하기 위해 소요되는 예산을 절감할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 유선통신이 효율적인 상황에서는 유선통신을 수행하고, 복합적인 문제로 무선통신이 필요한 경우에는 무선통신을 수행하여 상황에 따라 편리하게 통신할 수 있으므로 경제적이며 매우 효율적이라는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
그러나 본 발명의 명세서에서 제시되는 실시 예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
첨부도면 도 1은 본 발명의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명에 의한 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템은, 통신변환모듈(10) 및 관련 통신 응용프로그램, 엔드디바이스(20), HMI(Human Machine Interface) 시스템(30), 호스트(관제 서버 컴퓨터)(40), DB(DataBase)서버(50), 허버(60)를 포함하여 구성된다.
상기 통신변환모듈(10) 및 관련 통신 응용프로그램은, 복수의 위치 공간 내의 환경정보 데이터를 수집 및 감시하거나 복수의 제어대상 기기의 상황정보 데이터를 수집하며 이들을 제어하기 위한 다양한 통신 방식을 지원한다.
상기 복수의 엔드디바이스(20)는 복수의 위치 공간 내의 환경정보 데이터를 수집 및 감시하고, 복수의 제어대상 기기의 상황정보 데이터를 수집하며 이들을 제어한다.
상기 HMI(Human Machine Interface) 시스템(30)은 상기의 엔드디바이스(20)에서 복수의 위치 공간 내의 환경정보 데이터를 수집 및 감시하거나 복수의 제어대상 기기의 상황정보 데이터를 수집하며 통신변환모듈(10)을 거쳐서 전송하면 이들의 정보를 송수신하는 미들웨어이다.
상기 호스트(관제 서버 컴퓨터)(40)는 상기 통신변환모듈과 연계되는 HMI 시스템(30)을 구성하고, 통신변환모듈(10) 및 HMI 시스템(30)으로부터 수신하는 데이터들을 취합하고 관리하여 운영자 또는 클라이언트의 정보요청에 따라 그에 대응하는 정보를 제공하며, 수신하는 환경정보 데이터에 의거하여 소정의 알고리즘을 통해 현재 환경조건에 상응하는 제어신호를 산출하여 상기 제어대상 기기를 제어하고, 상황정보를 감시한다.
상기 DB(DataBase)서버(50)는 상기 호스트(40) 및 HMI 시스템(30)과 연계되어 복수의 공간 내에서 환경정보와 복수의 제어대상 기기에 대한 상황정보를 저장한다.
상기의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템은 통신변환모듈(10)은 유선통신 방식인 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP 그리고 무선통신 방식인 지그비, 블루투스가 있으므로 사용자는 상황에 따라 적합한 통신변환모듈(10)을 하나 또는 하나 이상을 선택하여 관련 정보를 편리하게 송수신할 수 있다.
또한, 상기 통신변환모듈(10)은 다양한 유무선 통신을 수행하기 위하여 통합통신 시스템과 일체로 결합하거나 커넥터(Connector)와 같은 결합수단에 의해 분리형으로 결합하는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템은 주변 여건에 따라 사용자가 적합한 유무선 통신 방식인 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP, 지그비, 블루투스 통신을 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 엔드디바이스(임베디드시스템)(20)에서 감지한 여러 가지의 상황정보나 기기의 정보를 통신변환모듈(10)에서 다양한 유무선통신 방식으로 전송하면 관련 정보를 HMI 시스템(30)이 수신하여 호스트(40)가 감시하고 관제할 수 있다.
또한, 상기 HMI 시스템(30)이 다양한 유무선통신 방식으로 관련 정보를 전송하면 통신변환모듈(10)에서 수신하여 엔드디바이스(임베디드시스템)(20)를 통하여 다양한 기기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 호스트(40)는 엔드디바이스(20) 또는 임베디드시스템으로부터 수집되는 복수의 위치 또는 공간 내의 환경 정보 데이터와 제어대상 기기에 대한 상황정보 데이터가 저장되는 통합 DB서버(50)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 주변 여건에 따라 사용자가 적합한 통신 방식을 선택하여 통신할 수 있도록 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP, 지그비, 블루투스 통신을 위한 엔드디바이스 통신응용프로그램, 임베디드시스템 통신응용프로그램, HMI 시스템 통신인터페이스 응용프로그램, 호스트 컴퓨터의 통신인터페이스 응용프로그램 및 통신변환모듈(10)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 유선통신 방식, 무선통신 방식, 인터넷 통신, 유무선 인터넷 통신으로 구성되어 주변 여건에 따라 사용자가 적합한 통신 방식을 선택하여 상황정보를 감시하고 해당 알고리즘으로 기기를 적절하게 제어하면서 관련 정보를 DB서버에 저장할 수 있다.
상기와 같은 구성과 특징을 갖는 본 발명에 의한 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템에서 사용하고 있는 7종류의 통신프로토콜(유선통신 : RS232, RS485, RS422, I2C, 인터넷 통신 : TCP-IP, 무선통신 : 지그비, 블루투스)에 대해 간략히 알아보면,
우선, 통합통신시스템에 사용하는 RS-232C는 직렬통신 규격으로 Protocol Recommend Standard number 232의 약어이며 C는 표준 규격의 최신판을 의미한다．RS232는 9pin의 통신 port를 통해서 통신하고 보통 Tx, Rx, GND 3가닥 신호선을 연결하여 송수신을 수행한다. RS232 프로토콜은 간단히 스타트비트 + 데이터비트 + 엔드비트로 구성된다. RS232 통신의 특징은 1대1 통신, 통달거리 15m, 통신 속도 20kb/s, 최대 입력전압 ㅁ15볼트, 최대 출력전압 ㅁ25볼트이다. 보레이트(Baud rate)는 보통 115,200까지 사용한다.
다음으로, RS485는 N 대 N 즉, 다수 컴퓨터에서 다수 컴퓨터를 통신하는 방식으로 32Driver, 32Receiver로 다수의 마스터에 다수의 슬레이브가 연결될 수 있다. RS485는 반이중 통신 방식으로 +신호선과 -신호선 두 가닥의 회선만 사용하고 신호선의 전위차로 데이터를 송수신한다. 즉, TRXD+, TRXD-라는 각각의 회선에서 모두 송신과 수신을 수행한다. 수식으로 표현하면 (TX+ +NOISE) - (TX- + NOISE)= 2TX가 된다. 이와 같이 차동입출력을 사용하므로 1.2km까지 원거리 통신이 가능하다.
세번째로, TCP-IP(Transmission Control Protocol-Internet Protocol)는 이기종 간의 자료 전송에 따른 통신 규약으로 미국 국방성에서 개발한 통신 프로토콜로 현재 인터넷 표준 프로토콜이며 응용프로그램(Application), 전송(Transport), 네트워크(Network), 데이트 링크(Datalink), 물리(Physical)의 다섯 개 계층으로 구성된다. 각 계층이 하는 역할은 다르며 사용하는 프로토콜도 다르다.
네 번째로, I2C(I2C=Inter Integrated Circuit)통신은 MCU와 저속 주변장치 사이의 통신을 위한 용도로 많이 사용되며, 두 가닥의 선을 사용하므로 TWI(Two Wire Interface) 라고도 부른다. I2C는 동기통신 방식으로 보드 내의 시리얼 통신 규약이다. 2개의 신호선으로 100Khz 또는 400Khz까지의 비교적 저속의 데이터 전송을 할 수 있는 통신 방식이다. I2C통신은 양방향 오픈 드레인 신호 SCL(Serial Clock)과 SDA(Serial Data)로 구성되어 마스터-슬레이브 형태로 동작한다. SCL은 통신의 동기를 위한 클록용 선이고 SDA는 데이터용 선이다. 마스터는 SCL로 동기를 위한 클록을 출력하며 슬레이브는 SCL로 출력되는 클록에 맞추어 SDA를 통해 데이터를 출력하거나 입력받는다. 단지 SDA 한 선으로만 데이터를 주고받기 때문에 I2C 통신은 반이중(Half Duplex) 통신만 가능하다. SCL선과 SDA 선은 모두 오픈 드레인이므로 두 선에는 각각 풀업 저항을 연결하여 사용한다.
다섯 번째로, RS422 통신은 RS485 통신과 거의 유사하지만 전이중(양방향, Full Duplex) 통신방식으로 사용하는 신호선은 Tx+, Rx+, Tx-, Rx- 이다.
여섯 번째로, 지그비(ZigBee)는 IEEE 802.15.4 표준의 PHY층과 MAC층을 기반으로 상위 프로토콜과 응용을 규격화한 기술로 저전력, 저가격, 사용의 용이성을 가진 근거리 무선 센서네트워크의 대표적 기술 중의 하나이다. 근거리에서 속도가 크게 빠르지 않고 네트워크 사용 빈도가 드문 시스템의 구축에 가장 적합한 시스템이다. 센서를 이용한 네트워크 구성에 적합하며, 최근 부각되고 있는 유비쿼터스 센서 네트워크 구축에서 센서를 이용한 네트워크 구축이 가능한 무선 통신 시스템이다. 주파수 대역은 2.4GHz, 868MHz, 915MHz를 사용하고, 데이터 전송 속도는 20~250kbps이다. 각 센서 노드에는 환경정보를 감지하는 센서가 있고, 수집한 정보를 가공 처리할 수 있는 MCU가 포함되어 있으며, 정보를 전송할 수 있는 무선 송수신장치를 갖추고 있다.
마지막으로, 블루투스(Bluetooth)는 IEEE 802.15.1 규격을 사용하며 PANs(Personal Area Networks)의 산업 표준으로 다양한 기기들이 안전하고 저렴한 비용으로 이용할 수 있는 근거리 무선통신 방식이다. 블루투스는 2.45GHz를 사용하고 버전 2.0의 경우 EDR(Enhanced Data Rate)을 특징으로 초당 2.1 메가비트의 속도를 낼 수 있다. 특징은 저렴한 가격, 저전력(100㎽), 무선 전송에 따른 보안 위협에서도 상대적으로 안전, 주파수 특성도 전 방향으로 신호가 전송되므로 각 장치를 연결하기 위해 일정한 각도를 유지할 필요가 없다.
본 발명의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템의 구현을 위해 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP, ZigBee, Bluetooth 7종류의 통신프로토콜을 이용하여 하나의 시스템에서 통신할 수 있는 통합 통신시스템의 구성이 도 1인데, 도 1에서 볼 수 있듯이, HMI 시스템부(30)는 RS232 통신모듈, RS485/RS422 통신모듈, TCP-IP 통신모듈, RS232-Bluetooth, RS232-I2C 통신모듈을 장착하여 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템의 통신변환모듈(10)에서 전송하는 각각의 통신프로토콜을 정확하게 수신할 수 있도록 한다. 또한 HMI 시스템(30)에서 데이터를 적절히 수신하도록 HMI 통신프로토콜 응용프로그램을 개발하여 인터페이싱 한다.
본 발명의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템은 데이터를 표시하는 호스트(40) 컴퓨터, 7 종류의 통신프로토콜 데이터를 적절하게 송수신하는 HMI 시스템(30), 네트워크 IP를 통제하는 허브(60), 엔드디바이스(20) 정보를 각각의 통신프로토콜로 변환시켜 전송하는 통신변환모듈(10), 데이터를 센싱하고 전송하는 엔드디바이스(20)1~4로 구성된다.
MCU를 탑재한 임베디드 시스템인 엔드디바이스(20)에서 데이터를 전송하면 통신변환모듈(10)에서 해당하는 통신프로토콜로 변환하여 HMI 시스템(30)으로 전송한다. 즉, 엔드디바이스1은 RS232-Bluetooth 통신변환모듈을 사용하고, 엔드디바이스2는 RS232 통신변환모듈을 사용하고, 엔드디바이스3은 RS485 통신변환모듈을 사용하며 엔드디바이스4는 TCP/IP 통신변환모듈을 사용하고, 엔드디바이스5는 RS422 통신변환모듈을 사용하며, 엔드디바이스6은 I2C통신변환모듈을 사용한다.
본 발명의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템의 구현을 위한 응용프로그램의 개발에 대해 알아보면,
HMI 통신프로토콜 응용프로그램 개발 시 HMI 시스템이 PAC Control 솔루션에서 관련된 모든 H/W를 인식할 수 있도록 설정한다. HOST 컴퓨터는 HMI 시스템 Ethernet1 포트와 연결되어 HMI가 수신한 데이터를 화면에 실시간으로 나타내고, 각각의 엔드디바이스 데이터를 UART전송하면 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템의 통신변환모듈에서 H/W적으로 각각의 통신프로토콜로 변환한다. HMI 시스템의 이더넷1 포트는 HOST 컴퓨터와 통신할 수 있도록 설정하고 이더넷2 포트는 엔드디바이스2와 통신할 수 있도록 설정한다.
개발한 통신 응용프로그램 내용은 다음과 같다.
(1) HMI 시스템 각 모듈의 환경설정, HIM 시스템 설정, 엔드디바이스와의 통신환경 설정, GUI 등 본 연구와 관련된 응용프로그램을 개발하였다.
(2) 각 엔드디바이스에서는 데이터를 전송하는 통신 응용프로그램을 개발하였고. 통합 통신시스템의 통신변환모듈에서 해당하는 통신프로토콜로 변환하여 통신한다.
(3) HMI 시스템에서는 RS232, RS485, TCP-IP 통신프로토콜을 수행하는 통신 응용프로그램을 개발하여 통신변환모듈에서 전송한 데이터를 정확하게 수신할 수 있도록 하였다.
(4) HMI 시스템에서 수신한 데이터를 GUI 형태와 실시간으로 나타내는 응용프로그램과 HOST 컴퓨터로 전송하는 통신 응용프로그램을 개발하였다.
본 발명에서는 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP, ZigBee, Bluetooth 7종류의 통신프로토콜 응용프로그램을 자체적으로 개발하여 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템을 구현하였다.
원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템을 구현하기 위하여 HMI 시스템에서는 각각 5종류의 통신프로토콜 응용프로그램을 개발하여 인터페이싱 하였으며, 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템의 각 엔드디바이스에서 HMI 시스템으로 전송한 데이터 내용은 다음과 같다.
본 발명의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템을 실행하여 다음의 결과를 얻을 수 있었다. 통신변환모듈에서 다양한 통신프로토콜로 전송한 데이터를 HMI 시스템의 통신모듈에서 해당하는 통신프로토콜로 데이터를 실시간으로 정확하게 수신하여 텍스트 형태로 표시함과 동시에 실시간 그래프 형태로도 나타내었다.
본 발명의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템은 상기의 유선통신 프로토콜 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP 그리고 무선통신 프로토콜 ZigBee, Bluetooth 7종류의 통신프로토콜을 이용하여 편리하게 통신할 수 있다.
또한 본 발명의 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템을 이용하여 다양한 정보를 감시하고 원하는 기기를 원격제어할 수 있으며, 유선통신이 효율적인 상황에서는 유선통신을 수행하고, 복합적인 문제로 무선통신이 필요한 경우에는 무선통신을 수행하여 상황에 따라 편리하게 통신할 수 있으므로 경제적이며 매우 효율적이다. 따라서 사무실, 공장, 가정 등의 특정한 공간에서뿐만 아니라 산업분야, 가로등 제어, 빌딩제어 및 환경감시 및 원격제어분야 등에서 다양한 통신 방식으로 전기, 전자기기 또는 장치들을 관리 및 제어할 수 있어, 비효율적인 시간 및 경비 소모를 미리 방지하고 통제하므로 원격 감시 및 제어시스템을 운영하기 위해 소요되는 예산을 절감할 수 있다는 효과가 있다.
10 : 통신변환모듈
20 : 엔드디바이스
30 : HMI 시스템
40 : 호스트
50 : DB서버
60 : HUB
70 : 센서노드

Claims (6)

  1. 원격 감시 및 기기제어를 위하여 다양한 유무선 통신방식으로 상황정보를 송수신하는 통합통신 시스템 운영에 있어서,
    복수의 위치 공간 내의 환경정보 데이터를 수집 및 감시하거나 복수의 제어대상 기기의 상황정보 데이터를 수집하며 이들을 제어하기 위한 다양한 통신 방식을 지원하기 위한 통신변환모듈 및 관련 통신 응용프로그램;
    복수의 위치 공간 내의 환경정보 데이터를 수집 및 감시하고, 복수의 제어대상 기기의 상황정보 데이터를 수집하며 이들을 제어하기 위한 복수의 엔드디바이스;
    상기의 엔드디바이스에서 복수의 위치 공간 내의 환경정보 데이터를 수집 및 감시하거나 복수의 제어대상 기기의 상황정보 데이터를 수집하며 통신변환모듈을 거쳐서 전송하면 이들의 정보를 송수신하는 미들웨어인 HMI(Human Machine Interface) 시스템;
    상기 통신변환모듈과 연계되는 HMI 시스템을 구성하고, 통신변환모듈 및 HMI로부터 수신하는 데이터들을 취합하고 관리하여 운영자 또는 클라이언트의 정보요청에 따라 그에 대응하는 정보를 제공하며, 수신하는 환경정보 데이터에 의거하여 소정의 알고리즘을 통해 현재 환경조건에 상응하는 제어신호를 산출하여 상기 제어대상 기기를 제어하고, 상황정보를 감시하기 위한 호스트(관제 서버 컴퓨터);
    상기 호스트 및 HMI 시스템과 연계되어 복수의 공간 내에서 환경정보와 복수의 제어대상 기기에 대한 상황정보를 저장하는 DB서버;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 통합통신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    통합통신 시스템에서 사용하는 통신변환모듈인 유선통신 방식인 RS232, RS485, RS422, I2C, TCP-IP 그리고 무선통신 방식인 지그비, 블루투스 중 하나 또는 하나 이상을 사용자의 상황에 따라 선택하여 관련 정보를 송수신할 수 있도록,
    엔드디바이스 통신응용프로그램;
    임베디드시스템 통신응용프로그램;
    HMI 시스템 통신인터페이스 응용프로그램;
    호스트 컴퓨터의 통신인터페이스 응용프로그램; 및
    통신변환모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합통신 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 통신변환모듈은 다양한 유무선 통신을 수행하기 위하여 통합통신 시스템과 일체로 결합하거나 커넥터와 같은 결합수단에 의해 분리형으로 결합하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 통합통신 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    엔드디바이스에서 감지한 상황정보 또는 기기의 정보를 통신변환모듈에서 전송하면 관련 정보를 HMI 시스템이 수신하여 호스트가 감시하고 관제하는 것을 특징으로 하는 통합통신 시스템.
  5. 제 1항에 있어서 다양한 유무선통신 방식으로 관련 정보를 HMI 시스템이 전송하면 통신변환모듈에서 관련 정보를 수신하여 엔드디바이스를 통하여 다양한 기기를 제어하는 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    유선통신 방식, 무선통신 방식, 인터넷 통신, 유무선 인터넷 통신으로 구성되어 주변 여건에 따라 사용자가 적합한 통신 방식을 선택하여 상황정보를 감시하고 해당 알고리즘으로 기기를 적절하게 제어하면서 관련 정보를 DB서버에 저장하는 것을 특징으로 하는 원격 감시 및 제어를 위한 통합통신 시스템.
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