KR20170128974A - Sun 통신을 이용한 무급전 설비미터 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

Sun 통신을 이용한 무급전 설비미터 관리 시스템 및 방법

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KR20170128974A
KR20170128974A KR1020160059749A KR20160059749A KR20170128974A KR 20170128974 A KR20170128974 A KR 20170128974A KR 1020160059749 A KR1020160059749 A KR 1020160059749A KR 20160059749 A KR20160059749 A KR 20160059749A KR 20170128974 A KR20170128974 A KR 20170128974A
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Abstract

본 발명은 무급전 방식을 사용하여 설비 미터기에 필요한 전원을 공급하여 설비 미터기로부터 검침 데이터를 획득하여, 스마트 폰 앱으로 사용자에게 전달할 수 있도록 하는, 무급전 설비 미터기 관리 시스템 및 방법이 개시된다.
개시된 무급전 설비 미터기 관리 시스템은, 검침 데이터를 생성하는 하나 이상의 설비 미터기; 상기 하나 이상의 설비 미터기로부터 전송된 검침 데이터를 비인가 무선 통신을 통해 송출하는 하나 이상의 SUN 모뎀; 상기 하나 이상의 SUN 모뎀에 유도 전류에 의해 발생된 전원을 공급하는 무급전 전원공급장치; 상기 하나 이상의 SUN 모뎀으로부터 각각의 검침 데이터를 비인가 무선 통신을 통해 수신하여 저장하거나 외부로 송출하는 SUN 게이트웨이; 상기 SUN 게이트웨이로부터 수신한 각각의 검침 데이터를 사용자의 요청에 따라 SNS를 통해 사용자 단말기에 제공하는 SNS 서버; 및 상기 SNS를 통해 검침 데이터를 요청하고, 요청에 대한 검침 데이터를 상기 SNS 서버로부터 수신하여 사용자가 확인할 수 있도록 제공하는 사용자 단말기를 포함한다.
본 발명에 의하면, 무급전 전원 방식을 이용하여 SUN 통신을 실행하면서 저전력 모뎀 구현으로, 무급전 방식을 사용하여 설비 미터기를 검침할 수 있다.

Description

SUN 통신을 이용한 무급전 설비미터 관리 시스템 및 방법{No supply electricity facility meter management method and system using smart utility network communication}
본 발명은 SUN 통신을 이용한 무급전 설비미터 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 비면허 무선 통신 대역인 SUN(Smart Utility Network) 통신을 이용하여 설비 미터기를 관리하는 것으로, 무급전 전원 방식을 이용하여 SUN 통신을 하면서 별도의 통신비 부담 없이 저전력 모뎀 구현으로, 어댑터나 일회성 전원장치를 사용하지 않고, AC 전원에 직접 결선하는 방식이 아닌 유도 전류에 의해 전원을 공급받는 형태의 무급전 방식을 사용하여 설비 미터기에 필요한 전원을 공급하여 설비 미터기로부터 검침 데이터를 획득하고, 획득된 검침 데이터를 스마트 폰 앱으로 사용자에게 전달할 수 있도록 하는, SUN 통신을 이용한 무급전 설비미터 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
SUN 무선 통신은 기존의 지그비(ZigBee)나 와이파이(WiFi)의 통신을 이용하여 설비미터를 관리하고자 하는 경우나, 데이터 전송 거리가 짧아 설치에 많은 제약이 따르는 곳에 무급전 SUN 장거리 무선통신을 이용하는 경우에, 데이터 전송 거리나 설치 거리, 설치 위치에 제약을 받지 않고 통신비 없이 설비 미터기 즉 디지털 전력량계, 가스 미터, 온수 미터, 난방설비 미터의 사용량을 스마트폰 앱과 결합하여 사용자가 친숙하게 모니터링 하고자 하는 곳에 적합한 서비스를 제공하는 것이다.
종래의 통신 방식 중에서 지그비(ZigBee)나 와이파이(WiFi) 모뎀은 데이터 전송 대역폭 제한, 전송 거리 제한, 내장 배터리 교체 등으로 설치 위치나 전송 거리가 짧아서 설치 거리에 많은 제약을 가지고 있다.
또한, 복잡한 건물과 고층화로 이루어져 있는 곳에 기존의 와이파이나 지그비는 통신거리가 짧아서 통신을 할 수 없는 구조이며, IOT 활성화에 따른 설비미터 공급 증가로 신규로 전원공사나 통신케이블 공사도 어려움이 따른다.
그리고, 집합 건물과 같이 구조가 복잡하고 설비미터의 디지털화와 IOT 기술이 빠르게 진행되고 있지만 건물 구조는 기존 그대로여서 설비미터 검침에 제약이 많은 상황이다.
따라서 유선 통신의 경우 초기에 건축 할 때 관련 케이블 배선이 되어 있지 않으면 배선에 따른 건물 손상으로 인해 설치를 꺼리게 되고 또 전기배선까지 설치하게 되면 요금 문제로 인한 갈등의 소지가 커지므로 건물주는 설치를 기피하는 현상이 발생하게 된다.
한국 등록특허공보 제1267505호(등록일 : 2013.05.20)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 무급전 전원 방식을 이용하여 SUN 통신을 실행하면서 별도의 통신비 부담 없이 저전력 모뎀 구현으로, 어댑터나 일회성 전원장치를 사용하지 않고, AC 전원에 직접 결선하는 방식이 아닌 유도 전류에 의해 전원을 공급받는 형태의 무급전 방식을 사용하여 설비 미터기에 필요한 전원을 공급하여 설비 미터기로부터 검침 데이터를 획득하고, 획득된 검침 데이터를 스마트 폰 앱으로 사용자에게 전달할 수 있도록 하는, SUN 통신을 이용한 무급전 설비 미터기 관리 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무급전 설비 미터기 관리 시스템은, 검침 데이터를 생성하는 하나 이상의 설비 미터기; 상기 하나 이상의 설비 미터기에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 하나 이상의 설비 미터기로부터 전송된 검침 데이터를 비인가 무선 통신을 통해 송출하는 하나 이상의 SUN(Smart Utility Network) 모뎀; 상기 하나 이상의 SUN 모뎀에 유도 전류에 의해 발생된 전원을 공급하는 무급전 전원공급장치; 상기 하나 이상의 SUN 모뎀으로부터 각각의 검침 데이터를 비인가 무선 통신을 통해 수신하여 저장하거나 외부로 송출하는 SUN 게이트웨이; 및 상기 SUN 게이트웨이로부터 수신한 각각의 검침 데이터를 저장하고, 사용자의 요청에 따라 SNS를 통해 사용자 단말기에 제공하는 SNS 서버를 포함한다.
또한, 상기 SNS를 통해 검침 데이터를 요청하고, 요청에 대한 검침 데이터를 상기 SNS 서버로부터 수신하여 사용자가 확인할 수 있도록 제공하는 사용자 단말기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 SUN 모뎀은, 상기 하나 이상의 설비 미터기로부터 각각의 검침 데이터를 입력받는 설비미터 입력부; 상기 입력받은 각각의 검침 데이터의 수집과 전송을 제어하고, 검침 종료 시 상기 SUN 모뎀이 대기모드로 전환하도록 제어하는 메인 제어부; 상기 메인 제어부의 슬립 모드에 필요한 전원과, 액티브 상태를 위한 전원을 상기 메인 제어부에 공급하는 전원 제어부; 및 상기 각각의 검침 데이터를 SUN 통신의 무선 주파수(RF) 신호로 변환하여 처리하는 SUN RF 처리부를 포함한다.
또한, 상기 메인 제어부는, 슬립 모드에서 최소 전력이 유지되도록 SUN RF 처리부의 통신을 차단하게 된다.
그리고, 상기 메인 제어부는, 상기 전원 제어부로부터 제2 전원(V2)을 공급받아서 슬립 모드로 유지하다가 특정 시간에 웨이크업(wake-up)을 하기 위해 전원 제어(m1) 신호를 상기 전원 제어부에 인가하며, 상기 전원 제어부로부터 제1 전원(V1)을 인가받아 액티브 상태가 된다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SUN 통신을 이용한 무급전 설비 미터기 관리 방법은, 하나 이상의 설비 미터기가 하나 이상의 SUN 모뎀에 연결되어 있는 시스템의 무급전 설비 미터기 관리 방법으로서, (a) 사용자 단말기에서 SNS를 이용하여 설비 미터기를 선택해 검침 요청을 SNS 서버에 전송하는 단계; (b) SNS 서버에서 검침 요청을 SUN 게이트웨이를 통해 SUN 모뎀에 전송하는 단계; (c) SUN 모뎀에서 검침 요청에 해당하는 설비 미터기로부터 검침 데이터를 수집하는 단계; (d) SUN 모뎀에서 수집한 검침 데이터를 SUN 게이트웨이를 통해 SNS 서버로 전송하는 단계; 및 (e) SNS 서버가 전송받은 검침 데이터를 SNS를 통해 사용자 단말기에 전송해 주는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계는, 설비미터 입력부가 상기 하나 이상의 설비 미터기로부터 각각의 검침 데이터를 입력받고, 메인 제어부가 상기 입력받은 각각의 검침 데이터의 수집과 전송을 제어하고, 검침 종료 시 상기 SUN 모뎀이 대기모드로 전환하도록 제어하며, 전원 제어부가 상기 메인 제어부의 슬립 모드에 필요한 전원과, 액티브 상태를 위한 전원을 상기 메인 제어부에 공급하며, SUN RF 처리부가 상기 각각의 검침 데이터를 SUN 통신의 무선 주파수(RF) 신호로 변환하여 처리하는 과정으로 실행하게 된다.
또한, 상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계에서, 상기 메인 제어부는, 슬립 모드에서 최소 전력이 유지되도록 상기 SUN RF 처리부의 통신을 차단하게 된다.
그리고, 상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계에서, 상기 메인 제어부는, 상기 전원 제어부로부터 제2 전원(V2)을 공급받아서 슬립 모드로 유지하다가 특정 시간에 웨이크업(wake-up)을 하기 위해 전원 제어(m1) 신호를 상기 전원 제어부에 인가하며, 상기 전원 제어부로부터 제1 전원(V1)을 인가받아 액티브 상태가 되게 된다.
본 발명에 의하면, 집합 건물과 같이 구조가 복잡하고, 건축물이 고층화로 된 지역에 설비 미터기가 디지털화 됨으로써 신규 케이블 공사가 어렵고, 케이블 공사를 할 수 없는 구조에서 기존의 지그비(Zigbee)나 와이파이(wifi)로는 데이터 전송 거리가 짧아 설비 미터기의 구축이 어려운 곳에 SUN RF 장거리 통신을 이용하여 저전력 설비 미터기 관리 시스템을 구축할 수 있다.
또한 저전력으로 모뎀 동작이 가능하여 전원 어댑터를 사용하지 않고, 모뎀에 필요한 전원을 외부에서 별도의 전원공급 없이 무급전 방식으로 전원을 공급받으므로 상용 전력사용이 없고, 전력요금도 없이 SUN 통신을 이용하여 장거리 데이터 전송방식으로 설비 미터기를 관리할 수 있다.
그리고, 설비 미터기의 설치에 따른 건축물의 훼손이 없고, 전력사용이 없으므로 전력요금이 발생하지 않으며, 사용자에게 SNS를 이용하여 서버에 저장된 설비 미터기의 검침 상태를 파악하고 계량기 미터의 검침을 스마트폰 앱을 통해 각 미터의 사용량을 파악할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SUN 통신을 이용한 무급전 설비 미터기 관리 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SUN 모뎀의 상세 블록도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무급전 전원공급장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무급전 전원공급장치의 출력 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 무급전 전원공급장치에서 센싱 기간 동안 소모되는 전력을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 설비 미터기 간 통신 프로토콜 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 SUN 모뎀의 구성을 나타내는 블록 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 SUN 모뎀 1 개에 시리얼로 설비 미터기 여러 대가 연결이 가능한 형태를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 설비 미터기 1 개에 SUN 모뎀 한 대를 1:1로 연결하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 SUN 모뎀 하나에 여러 대의 설비 미터기를 연결하고자 하는 멀티드롭 형태를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 SNS를 이용하여 설비 미터기의 검침 정보를 고객에게 알려주는 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.
본 발명에 따른 SUN 통신은 1 km 이상 장거리 통신이 가능하여 복잡한 건물이나 빌딩에서도 비인가 무선대역의 SUN 통신을 이용한다. 또한 설비 미터기를 관리하기 위하여 모뎀 동작에 필요한 전원을 무급전 전원공급 장치로부터 필요한 전력을 제공받게 되며, 설비 미터기에서 검침된 데이터의 전송을 위해 장거리 전송에 적합한 SUN 통신 방식을 사용한다. SUN 게이트웨이는 설비 미터기로부터 다수의 SUN RF 모뎀을 통해 검침 데이터를 수신해서 LTE 망이나 인터넷 망을 이용하여 SNS 서버로 전송하고, SUN 게이트웨이로부터 SNS 서버에 저장된 검침 데이터는 사용자의 스마트폰 앱을 통한 카카오톡이나 페이스북을 통해 사용자가 별도의 어플리케이션을 설치하지 않고 쉽게 설비 미터기의 정보를 제공하는 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SUN 통신을 이용한 무급전 설비 미터기 관리 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 무급전 설비 미터기 관리 시스템(100)은, 하나 이상의 설비 미터기(10A~10D), 하나 이상의 SUN(Smart Utility Network) 모뎀(20A~20D), 무급전 전원공급장치(30), SUN 게이트웨이(GateWay)(40), SNS(Social Network Service) 서버(50), 통신망(60), 기지국(70), 사용자 단말기(80)를 포함한다.
하나 이상의 설비 미터기(10A~10D)는 검침 데이터를 생성하는 것으로서, 예를 들면, 디지털 전력 계량기(10A), 가스 미터기(10B), 온수 미터기(10C), 수도 계량기(10D) 등을 예로 들 수 있다.
디지털 전력 계량기(10A)는 전력량을 검침하고, 가스 미터기(10B)는 가스 사용량을 검침하며, 온수 미터기(10C)는 온수 사용량을 검침하며, 수도 계량기(10D)는 수도 사용량을 검침하는 것이다.
설비 미터기(10)는 IEEE802.15.4와 호환되고, 다른 메쉬 라우팅 기능을 포함한다.
각 설비 미터기(10A~10D)는 검침 데이터를 시리얼(Serial) 통신을 통해서 SUN 모뎀(20)으로 전송하게 된다. 각각의 SUN 모뎀(20A~20D)은 동작에 필요한 전원을 무급전 전원공급장치(30)로부터 필요한 전원을 공급받게 된다. 일반 모뎀은 동작에 필요한 전원을 AC 어댑터를 사용하거나 2차 전지를 사용하므로 전력이용에 따른 전력요금이 발생하지만 무급전 방식은 전류 검침용 CT(Current Transformer)의 유도전류에서 필요한 전원을 공급받으므로 전력요금 없이 필요한 전원을 공급하는 방식이다.
하나 이상의 SUN 모뎀(20A~20D)은, 하나 이상의 설비 미터기(10A~10D)에 각각 전기적으로 연결되고, 하나 이상의 설비 미터기(10A~10D)로부터 전송된 검침 데이터를 비인가 무선 통신을 통해 SUN 게이트웨이(40)에 송출한다.
비인가(비면허) 무선통신은 유럽, 미국, 중국, 한국, 일본, 및 세계 공통의 비면허 무선 대역 중 어느 하나를 사용하여 설비 미터의 미터 값을 무선으로 송출하는 무선 송신 장치를 포함한다.
또한, 비면허 무선통신은 옥외 1킬로미터 이상 및 옥내 70미터 중 어느 하나의 통신 거리 성능을 보유한다.
SUN 모뎀(20)과 SUN 게이트웨이(40) 간의 SUN 통신에 있어서, 지그비(Zigbee)나 와이파이(Wifi)가 통신 거리가 짧아서 리피터나 중계기를 이용하여 통신 거리를 연장하는 방식에 비해, SUN 통신은 모뎀 1 km 이상 통신이 가능하여 건축물 등의 장애가 있는 것을 극복한 장거리 무선 통신으로 우리나라와 같이 건물구조가 복잡한 곳에 적합한 통신 방식이다. SUN 모뎀(20)은 설비 미터기(10)와 구성 방식에 따라서 1:1이나 1:N로 연결하게 된다.
무급전 전원공급장치(30)는 AC 어댑터를 사용하지 않고, 유도 전류에 의해 발생된 전원을 하나 이상의 SUN 모뎀(20A~20D)에 공급한다.
SUN 게이트웨이(40)는 각 설비 미터기(10)로부터 수신한 검침 데이터를 저장하고, 이후 클라이언트인 사용자 단말기(80)에서 요청하면 SNS 서버(50)를 통해 필요한 정보를 LTE 망이나 인터넷을 통해 사용자 단말기(80)에 제공하게 된다.
SNS 서버(50)는 SUN 게이트웨이(40)로부터 수신한 각각의 검침 데이터를 저장하고, 사용자의 요청에 따라 SNS를 통해 사용자 단말기(80)에 제공한다. 또한, SNS 서버(50)는 카카오톡이나 페이스북 등 필요한 고객 정보를 저장하고 있으며, SNS를 통해서 고객 요청에 필요한 정보를 제공하는 공간을 마련하는 역할을 하게 된다.
여기서, SUN 게이트웨이(40)는 설비 미터기의 미터 값을 수집, 저장, 및 분석 중 어느 하나를 수행한다.
또한, SUN 게이트웨이(40)는 설비 미터기의 미터 값, 설비 미터부의 미터 값을 토대로 계산된 현재 요금, 예상 사용량, 이번달 예상 요금, 및 누적 요금 중 적어 어느 하나를 사용자 친화형 메시지 소통 앱을 통해 사용자에게 전송하는 것을 더 포함한다.
여기서, 사용자 친화형 메시지 소통 앱은 문자, 음성, 정지영상, 및 동영상 중 적어도 어느 하나가 전송 가능한 단문 서비스, MMS, 카카오톡, 페이스북, 밴드, 및 이메일 중 어느 하나를 포함한다.
통신망(60)은 LTE 이동 통신망이나 인터넷망, 유선망, 일반 회선 통신망(PSTN) 등을 포함한다.
기지국(70)은 SUN 게이트웨이(40)로부터 제공된 검침 데이터가 이동 통신망을 통해 사용자 단말기(80)에 전송되도록 제어한다.
사용자 단말기(80)는 예컨대, SNS를 이용할 수 있는 스마트폰을 예로 들 수 있으며, SNS를 통해 검침 데이터를 요청하고, 요청에 대한 검침 데이터를 SNS를 통해 수신하여 사용자가 확인할 수 있도록 화면 상에 제공하거나 음성 등으로 출력할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SUN 모뎀의 상세 블록도를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 SUN 모뎀(20A~20D)은 설비미터 입력부(21)와 메인 제어부(MCU:Main Control Unit)(22), SUN RF(Radio Frequency) 처리부(23) 및 전원 제어부(24)를 포함한다.
설비미터 입력부(21)는 하나 이상의 설비 미터기(10A~10D)로부터 각각의 검침 데이터를 입력받으며, 설비 미터기(10A~10D)와 SUN 모뎀(20A~20D)의 연결 방법에 따라 1:1 이나 1:N까지 또는 멀티롭 방식을 지원한다.
메인 제어부(22)는 설비 미터기(10)의 검침 데이터를 SUN RF 안테나(230)로 전송하는 기능과, 검침 데이터를 수집하는 기능과, 설비 미터기의 검침이 종료되면 SUN 모뎀(20)이 대기 모드로 전환하도록 PW_CTL 신호로 제어한다.
메인 제어부(22)는 슬립 모드에서 최소 전력이 유지되도록 하고 SUN RF 처리부(23)의 통신을 차단하게 된다.
설비 미터기의 검침을 위해 메인 제어부(22)는 전원 제어부(240)로부터 V2 전원을 공급받아서 슬립 모드로 유지하다가 특정 시간에 웨이크업(wake-up)을 하기 위해 도 5에 도시된 전원 제어(PW_CTL) 신호 m1을 인가하고, 전원 제어부(24)에서는 VCC 전원을 받아서 V1 전원을 메인 제어부(22)에 인가하면 메인 제어부(220)는 도 5에 도시된 바와 같이 액티브 상태 m2가 되어 설비 미터기(10)에 대한 검침을 실행하고, SUN 게이트웨이(40)에 검침 데이터를 전송하게 된다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무급전 전원공급장치의 전원 특성을 나타낸 도면이다.
이 경우 SUN RF 처리부(23)는 저전력 모드를 지원하기 위한 6LowPAN(IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network) 프로토콜을 지원한다. 검침이 종료되면 SUN 모뎀(20)은 도 5에 도시된 바와 같이 전원 제어 신호m 을 받아서 슬립 모드로 전환하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무급전 전원공급장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무급전 전원공급장치(30)는, 무급전 전원 방식으로 AC 상용 전원의 콘센트에 직접 접속함이 없이 단지 AC 라인에서 유도되는 자기장을 이용하여 전력을 생산하는 방식이다. 이 경우 AC_NET(33)이나 AC_HOT(32)전력선에 직접 어댑터를 연결하지 않고 전류 변환부(CT)(30A)에 유도되는 전류를 이용하는 방식으로 전원 콘센트에 어댑터를 직접 연결하지 않아 전류 소모가 없고, 전력 사용 요금 없이 모뎀 통신에 필요한 전력을 얻을 수 있는 무급전 전원방식의 기본적인 회로이다.
이는 AC_HOT(32) 라인 부하에서 전기를 사용하면 ip 전류가 발생하게 되고 이는 코어에 감긴 코일(31)에 전류가 유도되고, 유도 자기장이 발생하면 전류가 흘러 CT 코어(31)에 감긴 코일에 전류 is가 유도된다. 유도 검출된 uA전류는 피에조 파워블럭에 입력되고, 입력된 AC_커플신호는 도 4에 도시된 바와 같이 AC 전원이 인가되면 PZ1에 전압이 유도된다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무급전 전원공급장치의 출력 파형을 나타낸 도면이다.
또한, 전류 변환부(CT)(30A)를 통해 유도된 is 전류는 도 4에 도시된 CT_out과 같은 특성을 보여준다. PZ1 유도된 전기적인 신호는 피에조 파워블럭(35)을 통해 모뎀에 필요한 PZ_out 펄스 형태의 신호를 출력하게 된다. 이와 같은 펄스 출력 전압을 정류 과정을 통해 VCC 전원을 생성하게 된다.
출력측의 제너다이오드(36)는 일정 전압 이상 출력을 제한하는 역할을 하게 되고, 출력 캐패시터(37)는 대용량 캐패시터로서 충전 기능을 하게 된다.
SUN 모뎀(20)이 통신을 하게 되면 PZ_Vout에서 출력되는 전류는 uA로 낮아서 직접 모뎀에 필요한 전력을 바로 제공할 수 없지만 일정 시간 동안 캐패시터에 충전을 하게 되면 모뎀에 필요한 전력을 공급할 수 있게 된다.
계량 검침에 사용되는 전력은 평소에는 슬립모드 상태로 수십 uA 대기전력 상태로 있다가 검침 데이터를 전송하기 위해 모뎀이 액티브 상태가 되면 많은 전원을 필요로 하게 되므로 이때 캐패시터에 충전된 전력을 방전하게 되는 것이다.
충전보호 회로(38)는 배터리를 내장하는 경우 축전지(39)를 보호하기 위한 것과 초기에 모뎀 부팅 시 일정 전압이 필요하게 되는데 이때 필요한 전원을 공급하게 되고, 모뎀이 캐패시터 충전 용량 이상으로 전력을 사용하게 될 때 부족한 전력을 배터리로부터 공급받게 되며, AC_HOT(32) 라인에 사용 전력이 많을 때 충전을 하는 것이다.
무급전 전원을 이용하면 전원장치 하나에 여러 대의 모뎀을 연결할 수 있는데 필요에 따라서 무급전 전원장치 하나에 1:n까지 연결 할 수 있다. 이 경우 각각의 모뎀에 사용하는 어댑터가 없으므로 설치비용도 절감되고, 대기전력이 전혀 발생하지 않음으로 우수한 친환경 에너지 효율화 특성을 가지게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 설비 미터기 간 통신 프로토콜 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 설비 미터기(200)에 대한 어플리케이션 구조는 설비미터 계층과, 연동 프로토콜 계층, IPv6, UDPv6, ICMP 계층, 6LowPAN/SUN 계층으로 이루어진다. 다른 하나의 설비 미터기(400)는 6LowPAN/SUN 계층, IPv6, UDPv6, ICMP 계층, PDCP 연동 프로토콜 계층 및 IP 프로토콜 계층으로 이루어진다.
각각의 설비 미터에서 검침된 전력량, 수도 사용량, 가스 사용량, 온수 사용량의 시리얼 데이터는 각각의 미터 아이디(ID)를 가지고 있으며, 연동 어플리케이션은 IPv6, UDPv6, ICMP 중 하나를 지원 할 수 있다. 여기서, 설비 미터기(110)는 6LowPAN의 당면 문제를 기술한 RFC4919, IPv6 압축 기술 해더 개선 및 문서를 확장하는 RFC 6282, 라우팅 필요 조건을 기술한 RFC 6606 등의 6LowPAN의 기능을 지원할 수 있다.
여기서, 6LowPAN은 IEEE 802.15.4를 PHY/MAC으로 하는 저전력 WPAN 상에 IPv6를 탑재하여 기존 IP 네트워크와 호환성 있게 연결하게 된다. 6LowPAN은 저전력으로 250 Kbps 이하의 작은 대역폭으로 설비미터 센서의 기기들의 위치가 정해지지 않고 유동적으로 할 수 있으며, 센서가 능동적으로 외부 IP 네트워크와 통신을 수행할 수 있는 특징이 있어 환경 모니터링에 최적의 솔루션으로 사용되고 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 SUN 모뎀의 구성을 나타내는 블록 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 SUN 모뎀(20)은, MCU(40A), SUN RF 블록(40B), WIFI 블록(40C), LTE 블록(40D), 시리얼 포트(Serial Port)(40E), UART(40F), LAN 포트(40G), 전원부(40H), FLASH 메모리(40J), SDRAM 메모리 등을 포함한다.
MCU(40A)는 시리얼 포트(40E)를 통해 검침된 데이터를 SUN RF 블럭(40B)을 통해 SUN 게이트웨이(40)로의 데이터 전송과, 일정 시간에 검침에 필요한 동작 제어와 모뎀 통신 기능을 제어하는 역할을 한다.
메모리(40J)는 검침 데이터의 저장과 모뎀 동작에 필요한 프로그램을 저장하게 되고, UART(40F)를 통해 시스템 디버깅에 필요한 기능 수행한다. LTE 블록(40D)은 옵션 사항으로 LTE 망에 직접 접속을 하고자 하는 경우에 사용하는 예비포트이고, LAN 포트(40G)나 WIFI(40C)를 통해 유무선으로 모뎀에 접속하여 통신을 하기 위한 예비포트이다.
전원부(40H)는 무급전 전원공급장치(30)로부터 공급된 전력을 이용하여 모뎀에 필요한 전력을 공급하게 된다. 도 5는 무급전 전원공급장치에서 센싱 기간 동안 소모되는 전력을 도시한 것으로서, 대기모드 상태 m1 일 때는 uA전류가 필요하지만 검침 데이터의 검출시m2 일 때는 mA 전력이 필요한 상태를 보여 준다. 도 5에서,m은 슬립모드로 가기 위한 응답 신호를 표시한다. 3회에 걸친 신호를 받게 되면 SUN RF 모뎀은 슬립모드로 되어 대기상태를 유지하게 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 SUN 모뎀 1 개에 시리얼로 설비 미터기 여러 대가 연결이 가능한 형태를 나타낸 도면이다. 이는 집합형 주택과 같이 전력량계, 수도, 가스, 온수 등 밀집한 구조에 사용이 적합한 형태로서 하나의 모뎀 시리얼 포트를 통해 전력량 검침, 수도 사용량 검침, 가스 검침, 온수 검침 등 각각의 프로토콜 ID를 확인하여 검침 후 SUN RF를 이용하여 게이트웨이로 데이터를 일정 시간마다 전송하게 된다. 또한 모뎀에 필요한 전력은 전력량계와 연동으로 무급전 전원을 공급받게 되므로 모뎀에 필요한 별도의 전원 공사를 하지 않아도 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 설비 미터기 1 개에 SUN 모뎀 한 대를 1:1로 연결하는 방식을 나타낸 도면으로서, 도 9에 도시된 바와 같이 단독주택과 같이 설비 미터기가 각각 분리되어 있는 구조에 적합한 방법이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 SUN 모뎀 하나에 여러 대의 설비 미터기를 연결하고자 하는 멀티드롭 형태를 나타낸 도면이다.
도 10에서, 모뎀 시리얼 포트 1개에 여러 대의 설비 미터기를 연결하고, 각각의 ID를 통해 미터기를 구분하고, 검침된 데이터를 각각의 ID를 부여하여 모뎀 RF를 통해 SUN 게이트웨이로 전송하게 된다. 이는 설비 미터기와 SUN 모뎀 간 회선이 부족한 집합형 구조의 건물에 적합한 형태이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 SNS를 이용하여 설비 미터기의 검침 정보를 고객에게 알려주는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 스마트 폰과 같은 사용자 단말기(80)에서 클라이언트(Client) 고객에 의해 카카오톡과 같은 SNS를 이용하여 각각의 설비 미터기를 선택하여 검침 데이터를 요청한다(S10).
이어, SNS 서버(50)에서는 검침 데이터 요청을 SUN 게이트웨이(40)를 통해 SUN 모뎀(20)에 전송한다(S20).
이어, SUN 모뎀(20)은 검침 요청에 해당하는 설비 미터기(10)로부터 검침 데이터를 수집한다(S30).
이어, SUN 모뎀(20)은 수집한 검침 데이터를 SUN 게이트웨이(40)를 통해 SNS 서버(50)에 전송한다(S40).
이때, SUN 게이트웨이(40)는 매시간마다 각 SUN 모뎀(40)을 통해 각 설비 미터기(10)로부터 검침 데이터를 수집하여 저장할 수 있다.
이어, SNS 서버(50)는 검침 요청에 해당되는 설비 미터기(10)의 검침 데이터를 사용자 단말기(80)에 전송해 준다(S50). 이때, SNS 서버(50)에서는 고객의 기본 정보를 저장하고 있어 고객 유무를 확인하게 된다.
따라서, 클라이언트(Client) 고객은 사용자 단말기(80)의 SNS를 통해 요청한 검침 데이터를 확인할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 사용자 친화형 메시지 소통 앱 중의 하나인 SNS는 문자, 음성, 정지영상, 및 동영상 중 적어도 어느 하나가 전송 가능한 단문 서비스, MMS, 카카오톡, 페이스북, 밴드, 및 이메일 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 설비 미터기 관리 시스템 및 방법은 SUN RF 무선 통신 대역을 사용하여 설비 미터기를 관리하는 장점이 있으며, SUN 무선통신 대역을 사용하여 저렴하게 사용자에게 설비 미터 내용을 전달하여 실시간으로 설비 미터의 사용량을 파악할 수 있다.
또한, SNS를 이용하여 친근하게 설비 미터기에 접속할 수 있고, 일반적인 전원 어댑터를 사용하지 않고 비접촉 방식인 무급전 유도방식을 사용하므로 전력요금이 없고 관리자와 민원의 소지가 없고 장거리 통신을 이용하므로 건물구조가 복잡하여 신규로 설비 미터기를 설치하여 운영하고자 하는 곳에 적합한 특징을 가지고 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 무급전 전원 방식을 이용하여 SUN 통신을 실행하면서 별도의 통신비 부담 없이 저전력 모뎀 구현으로, 어댑터나 일회성 전원장치를 사용하지 않고, AC 전원에 직접 결선하는 방식이 아닌 유도 전류에 의해 전원을 공급받는 형태의 무급전 방식을 사용하여 설비 미터기에 필요한 전원을 공급하여 설비 미터기로부터 검침 데이터를 획득하고, 획득된 검침 데이터를 스마트 폰 앱으로 사용자에게 전달할 수 있도록 하는, SUN 통신을 이용한 무급전 설비 미터기 관리 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 무급전 설비 미터기 관리 시스템 10 : 설비 미터기
20 : SUN 모뎀 21 : 설비미터 입력부
22 : MCU 23 : SUN RF 처리부
24 : 전원 제어부 30 : 무급전 전원공급장치
31 : CT 코어부 32 : AC_HOT
33 : AC_NET 35 : 피에조 파워블럭
36 : 제너다이오드 37 : 출력캐패시터
38 : 충전보호회로 39 : 축전지
40 : SUN 게이트웨이 50 : SNS 서버
60 : 통신망 70 : 기지국
80 : 사용자 단말기

Claims (9)

  1. 검침 데이터를 생성하는 하나 이상의 설비 미터기;
    상기 하나 이상의 설비 미터기에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 하나 이상의 설비 미터기로부터 전송된 검침 데이터를 비인가 무선 통신을 통해 송출하는 하나 이상의 SUN(Smart Utility Network) 모뎀;
    상기 하나 이상의 SUN 모뎀에 유도 전류에 의해 발생된 전원을 공급하는 무급전 전원공급장치;
    상기 하나 이상의 SUN 모뎀으로부터 각각의 검침 데이터를 비인가 무선 통신을 통해 수신하여 저장하거나 외부로 송출하는 SUN 게이트웨이; 및
    상기 SUN 게이트웨이로부터 수신한 각각의 검침 데이터를 저장하고, 사용자의 요청에 따라 SNS를 통해 사용자 단말기에 제공하는 SNS 서버;
    를 포함하는 무급전 설비 미터기 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 SNS를 통해 검침 데이터를 요청하고, 요청에 대한 검침 데이터를 상기 SNS 서버로부터 수신하여 사용자가 확인할 수 있도록 제공하는 사용자 단말기;
    를 더 포함하는, 무급전 설비 미터기 관리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 SUN 모뎀은,
    상기 하나 이상의 설비 미터기로부터 각각의 검침 데이터를 입력받는 설비미터 입력부;
    상기 입력받은 각각의 검침 데이터의 수집과 전송을 제어하고, 검침 종료 시 상기 SUN 모뎀이 대기모드로 전환하도록 제어하는 메인 제어부;
    상기 메인 제어부의 슬립 모드에 필요한 전원과, 액티브 상태를 위한 전원을 상기 메인 제어부에 공급하는 전원 제어부; 및
    상기 각각의 검침 데이터를 SUN 통신의 무선 주파수(RF) 신호로 변환하여 처리하는 SUN RF 처리부;
    를 포함하는, 무급전 설비 미터기 관리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 메인 제어부는, 슬립 모드에서 최소 전력이 유지되도록 SUN RF 처리부의 통신을 차단하는, 무급전 설비 미터기 관리 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 메인 제어부는, 상기 전원 제어부로부터 제2 전원(V2)을 공급받아서 슬립 모드로 유지하다가 특정 시간에 웨이크업(wake-up)을 하기 위해 전원 제어(m1) 신호를 상기 전원 제어부에 인가하며, 상기 전원 제어부로부터 제1 전원(V1)을 인가받아 액티브 상태가 되는, 무급전 설비 미터기 관리 시스템.
  6. 하나 이상의 설비 미터기가 하나 이상의 SUN 모뎀에 연결되어 있는 시스템의 무급전 설비 미터기 관리 방법으로서,
    (a) 사용자 단말기에서 SNS를 이용하여 설비 미터기를 선택해 검침 요청을 SNS 서버에 전송하는 단계;
    (b) SNS 서버에서 검침 요청을 SUN 게이트웨이를 통해 SUN 모뎀에 전송하는 단계;
    (c) SUN 모뎀에서 검침 요청에 해당하는 설비 미터기로부터 검침 데이터를 수집하는 단계;
    (d) SUN 모뎀에서 수집한 검침 데이터를 SUN 게이트웨이를 통해 SNS 서버로 전송하는 단계; 및
    (e) SNS 서버가 전송받은 검침 데이터를 SNS를 통해 사용자 단말기에 전송해 주는 단계;
    를 포함하는 SUN 통신을 이용한 무급전 설비 미터기 관리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계는,
    설비미터 입력부가 상기 하나 이상의 설비 미터기로부터 각각의 검침 데이터를 입력받고, 메인 제어부가 상기 입력받은 각각의 검침 데이터의 수집과 전송을 제어하고, 검침 종료 시 상기 SUN 모뎀이 대기모드로 전환하도록 제어하며, 전원 제어부가 상기 메인 제어부의 슬립 모드에 필요한 전원과, 액티브 상태를 위한 전원을 상기 메인 제어부에 공급하며, SUN RF 처리부가 상기 각각의 검침 데이터를 SUN 통신의 무선 주파수(RF) 신호로 변환하여 처리하는 과정으로 실행하는, SUN 통신을 이용한 무급전 설비 미터기 관리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계에서, 상기 메인 제어부는, 슬립 모드에서 최소 전력이 유지되도록 상기 SUN RF 처리부의 통신을 차단하는, SUN 통신을 이용한 무급전 설비 미터기 관리 방법.
  9. 제 6 항에 있어서
    상기 SUN 모뎀은, IOT 장거리 비면허 무선통신의 방식 중 하나인 LoRa(Long Range)를 이용하는, SUN 통신을 이용한 무급전 설비 미터기 관리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4036527A1 (en) * 2021-02-02 2022-08-03 Honeywell International Inc. Utility meter with short and long-range radios with intelligent switching therebetween

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