KR20180123290A - Hems용 ai모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치 - Google Patents

Hems용 ai모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치 Download PDF

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KR20180123290A
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Abstract

본 발명에서는 기존 공동 주거지 에너지 관리 장치가 사용자로부터 입력되는 정보 및 상기 거주지에 설치된 센서로부터 측정하고, 원격제어방식으로만 이루어져 있어서, 홈 에너지의 실시간 모니터링 제어가 어렵고, 정확한 전력수요량 체크가 어려운 문제점과, 기존의 주거지 에너지 관리장치가 에너지 관리기능만 할 뿐, 주거지내에 화재 및 과전압으로 인한 위험요소들을 감지하여 사용자 및 원격중앙서버로 자동으로 알려주는 장치가 없어, 소비자로 하여금 효율성과 중요도 인식이 떨어지는 문제점을 개선하고자, 스마트 멀티 센싱모듈(100), 파워센싱모듈(Power sensing module)(200), LED 조명센싱모듈(300), 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부(400), HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈(500), 스마트 패드(600)가 구성됨으로서, HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈을 통해 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 분석하여, 최적전력효율로 디바이스들이 구동되도록 현장 자동제어할 수 있어, 홈 에너지의 실시간 모니터링 제어를 구현할 수 있고, 이로 인해 기존에 비해 90% 향상된 전력수요량 체크를 할 수 있으며, 각 기기가 모듈화되어, 종래에 홈에 설치된 디바이스들과 호환시켜 설치할 수 있어, 호환성과 설치성이 우수하고, 화재 및 과전류로 인한 기기이상이, 디바이스의 구동을 자동오프시키면서, 부저를 통한 현장알림서비스와, 집 주인의 스마트폰 및 원격 중앙서버로 원격알림서비스를 수행시킬 수 있어, 사전에 미리 대피하여, 인명피해를 최소화시킬 수 있고, 무엇보다, 홈(집)에 사람이 없어도, 자동으로 디바이스 구동을 오프시켜, 2차 피해(주택 화재 및 가스 폭발)를 줄일 수 있는 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치{THE APPARATUS OF HOME NETWORK FOR USING AI MODULE}
본 발명에서는 홈(집)에 사람이 없어도, HEMS용 AI모듈을 통해, 최적전력효율로 디바이스들이 구동되도록 하는 홈 에너지 모니터링 및 관리서비스 뿐만 아니라, 홈(집) 공간에 발생되는 화재 및 과전압으로 인한 위험요소들을 감지하여 집 주인 및 원격중앙서버로 자동으로 통보시켜 줄 수 있는 위기 관리 서비스 기능을 수행시킬 수 있는 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치에 관한 것이다.
최근 그린IT 및 그린 솔루션은 지구 온난화로 인한 환경 규제 강화, 에너지 고갈 및 환경오염, 글로벌 금융위기로 인한 경기침체 등 에너지 관리에 효과적으로 대처할 수 있는 핵심수단으로 주목받고 있다.
에너지의 수입 의존도가 높은 우리나라의 경우 에너지 다소비형 산업구조 및 대체에너지 부족 등의 요인으로 에너지 수급불균형이 더욱 가속화 되고 있다.
이러한 위기에도 불구하고 우리나라 에너지 수요는 지속적으로 증가하고 있으며, 특히 계절별, 시간대별 전력수요의 차가 연평균 25% 이상으로 매우 크기 때문에 국가 전력수급 관리에 많은 어려움이 있다.
따라서 효율적인 홈 에너지 공급관리 측면에서 국가차원의 관리가 중요하게 부각되면서 홈 에너지 모니터링 및 관리에 대한 장치개발이 시급한 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래 기술로, 국내공개특허공보 제10-2016-0097071호에서는 정보 수집부, 모방 대상 선정부, 적용 제어부로 이루어진 공동 주거지 에너지 관리 장치가 제시된 바 있으나,
이는 사용자로부터 입력되는 정보 및 상기 거주지에 설치된 센서로부터 측정하고, 원격제어방식으로만 이루어져 있어서, 홈 에너지의 실시간 모니터링 제어가 어렵고, 정확한 전력수요량 체크가 어려운 문제점이 있었다.
또한, 기존의 주거지 에너지 관리장치가 에너지 관리기능만 할 뿐, 주거지내에 화재 및 과전압으로 인한 위험요소들을 감지하여 사용자 및 원격중앙서버로 자동으로 알려주는 장치가 없어, 소비자로 하여금 효율성과 중요도 인식이 떨어지는 문제점이 있었다.
국내공개특허공보 제10-2016-0097071호
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈을 통해 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 분석하여, 최적전력효율로 디바이스들이 구동되도록 현장 자동제어할 수 있고, 각 기기가 모듈화되어, 종래에 홈에 설치된 디바이스들과 호환시켜 설치할 수 있으며, 화재 및 과전류로 인한 기기이상이, 디바이스의 구동을 자동오프시키면서, 부저를 통한 현장알림서비스와, 집 주인의 스마트폰 및 원격 중앙서버로 원격알림서비스를 수행시킬 수 있는 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치는
홈 내부공간 일측에 위치되어, 온도, 습도, 산소, 가스 정보, 미세먼지에 관한 환경정보를 센싱한 후, 센싱한 환경정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시키는 스마트 멀티 센싱모듈(100)과,
콘센트에 연결되어 각각 사용되고 있는 디바이스들의 실시간 전력정보를 측정한 후, 측정한 현재 전력정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시키는 파워센싱모듈(Power sensing module)(200)과,
LED 조명 일측에 위치되어, LED 조명의 밝기, 전력정보를 측정한 후, 측정한 LED 조명정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시키는 LED 조명센싱모듈(300)과,
스마트 멀티 센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, 파워센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, LED 조명센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이에 위치되어, 유비쿼터스 홈 네트워크망으로 형성시키는 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부(400)와,
스마트 멀티 센싱모듈, 파워센싱모듈, LED 조명센싱모듈, 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부, 스마트패드와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 스마트 멀티 센싱모듈의 환경정보데이터, 파워센싱모듈의 전력정보데이터, LED 조명센싱모듈의 LED 조명정보데이터를 기반으로 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 분석하여, 최적전력효율로 디바이스들이 구동되도록 현장 자동제어하고, 화재 및 과전류로 인한 기기이상이, 디바이스의 구동을 자동오프시키면서, 분석한 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 스마트 패드로 전달시키는 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈(500)과,
HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈로부터 전달받은 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 사용자인터페이스 화면으로 표출시키면서, 원격지의 스마트 디바이스 및 중앙관리서버로부터 전송된 제어명령신호를 수신받아 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈로 전달시키고, 기기이상신호시, 부저를 통한 현장알림서비스와, 집 주인의 스마트폰 및 원격 중앙서버로 원격알림서비스를 수행시키도록 제어하는 스마트 패드(600)로 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는
첫째, HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈을 통해 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 분석하여, 최적전력효율로 디바이스들이 구동되도록 현장 자동제어할 수 있어, 홈 에너지의 실시간 모니터링 제어를 구현할 수 있고, 이로 인해 기존에 비해 90% 향상된 전력수요량 체크를 할 수 있다.
둘째, 각 기기가 모듈화되어, 종래에 홈에 설치된 디바이스들과 호환시켜 설치할 수 있어, 호환성과 설치성이 우수하다.
셋째, 화재 및 과전류로 인한 기기이상이, 디바이스의 구동을 자동오프시키면서, 부저를 통한 현장알림서비스와, 집 주인의 스마트폰 및 원격 중앙서버로 원격알림서비스를 수행시킬 수 있어, 사전에 미리 대피하여, 인명피해를 최소화시킬 수 있고, 무엇보다, 홈(집)에 사람이 없어도, 자동으로 디바이스 구동을 오프시켜, 2차 피해(주택 화재 및 가스 폭발)를 줄일 수 있다.
넷째, 인공지능기능을 통해 홈 내부의 디바이스들로부터 센싱된 데이터를 입력받아 설정된 기준값에 따라 자가학습분석하면서 디바이스의 구동을 온오프 자동제어할 수 있는 통합관리기능을 수행할 수 있어, 인공지능형 홈 에너지 관리 시장을 활성화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치(1)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 스마트 멀티 센싱모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 미세먼지포집센싱부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 파워센싱모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 LED 조명센싱모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 LED 조명센싱모듈의 구성요소를 도시한 일실시예도,
도 8은 본 발명에 따른 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 9는 본 발명에 따른 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 10은 본 발명에 따른 HEMS용 임베디드제어모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 11은 본 발명에 따른 마이크로프로세서부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 12는 본 발명에 따른 전력피크제어 알고리즘 엔진부의 구성요소를 도시한 일실시예도,
도 13은 본 발명에 따른 전력피크제어 알고리즘 엔진부의 실제 적용시켜, 디바이스들의 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 분석시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 14는 본 발명에 따른 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈(500)이 실내에서 이동하는 가정용 로봇몸체 일측에 구성된 것을 도시한 일실시예도,
도 15는 본 발명에 따른 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치의 구체적인 동작과정을 도시한 일실시예도.
본 발명에서 설명되는 AI는 Artificial Intelligence의 약어를 말한다.
또한, 본 발명에서 설명되는 디바이스는 전기를 소비하는 LED조명, CCTV, 보일러, 송수화기 이외에도, 에어콘, 난방기, 업무 (생산)에 필요한 디바이스, 컴퓨터, 조명기구, 생활 전력 장치를 모두 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치(1)의 구성요소를 도시한 블럭도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 스마트 멀티 센싱모듈(100), 파워센싱모듈(Power sensing module)(200), LED 조명센싱모듈(300), 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부(400), HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈(500), 스마트 패드(600)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 스마트 멀티 센싱모듈(100)에 관해 설명한다.
상기 스마트 멀티 센싱모듈(100)은 홈 내부공간 일측에 위치되어, 온도, 습도, 산소, 가스 정보, 미세먼지에 관한 환경정보를 센싱한 후, 센싱한 환경정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 3에 도시한 바와 같이, 센싱모듈본체(110), 온도센서(120), 습도센서(130), 산소센서(140), 가스센서(150), 미세먼지포집센싱부(160), 센싱모듈용 근거리무선통신모듈(170), 스마트센서제어모듈(180)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 센싱모듈본체(110)에 관해 설명한다.
상기 센싱모듈본체(110)는 사각박스형상으로 이루어져 설치공간의 환경을 모니터링시키도록 설치되고, 외압으로부터 기기를 보호하면서 지지하는 역할을 한다.
이는 홈(집) 내부의 특정공간에 하나 또는 둘 이상으로 선택되어 구성된다.
그리고, 외부면 일측에 온도센서가 형성되고, 온도센서 일측에 습도센서가 형성되며, 양측면 일측에 산소센서가 형성되고, 습도센서 일측에 가스센서가 형성되며, 외부면 타측에 미세먼지포집센싱부가 형성되고, 내부공간 일측에 센싱모듈용 근거리무선통신모듈이 형성되며, 센싱모듈용 근거리무선통신모듈 일측에 스마트센서제어모듈이 형성되어 구성된다.
둘째, 본 발명에 따른 온도센서(120)에 관해 설명한다.
상기 온도센서(120)는 센싱모듈본체의 외부면 일측에 위치되어, 설치공간의 온도를 측정한다.
이는 열전쌍온도계, 온도측정 저항체 온도계, 서미스터(NTC)온도계, 금속식 온도계 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
본 발명에 따른 온도센서는 출력단자 일측에 4와이어 RTC회로부가 연결되어, 선로상에 발생되는 저항의 오차를 줄여서 정밀도를 향상시켜 마이크로프로세서유닛부에 전달시킨다.
상기 4와이어 RTC회로부는 12V 레퍼런스 IC, 앰프(AMP03)소자, 온도센서 접속용 헤더컨넥터, 비교기 U8, 증폭기 U9로 구성된다.
셋째, 본 발명에 따른 습도센서(130)에 관해 설명한다.
상기 습도센서(130)는 온도센서 일측에 위치되어, 설치공간의 습도를 측정하는 역할을 한다.
이는 다공질 세라믹스나 고분자막으로 흡수됨으로써 일어나는 전기저항이나 정전용량의 변화, 또는 진동자에 설치한 흡수 물질의 중량변화에 의한 진동자의 공진주파수의 변화를 통해 습도를 측정하도록 구성된다.
넷째, 본 발명에 따른 산소센서(140)에 관해 설명한다.
상기 산소센서(140)는 제1 모듈몸체의 양측면 일측에 형성되어, 에어흡입구를 통해 외부공기를 흡입해서 설치공간의 산소 함유량을 전지의 기전력를 통해 측정하는 역할을 한다.
이는 용강 중의 산소 함유량을 아래 전지의 기전력에서 신속하게 측정될 수 있는 소자로서, 고체 전해질 ZrO2 - MgO이 실리카관의 왼쪽에 밸브와 같이 봉착되어 구성된다.
그리고, 표준극이 실리카관의 내부에 구성되고, 용강 중의 전극이 굵은 Mo봉으로 구성된다.
ZrO2 - MgO의 한쪽 폐관이 고체 전해질로 구성되고, 철 링이 용강극으로 구성된다.
다섯째, 본 발명에 따른 가스센서(150)에 관해 설명한다.
상기 가스센서(150)는 습도센서 일측에 위치되어, 가스를 검출하는 역할을 한다.
이는 가스의 성분을 측정한 후 그 결과에 따라 장치를 제어하거나 경보를 발신하기 위해 기체 속에 포함되어 있는 특정 가스 성분량에 의해 신호를 발신시키도록 구성된다.
상기 가스 센서는 접촉 연소식 센서, 반도체 센서, 세라믹 가스 센서 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
여섯째, 본 발명에 따른 미세먼지포집센싱부(160)에 관해 설명한다.
상기 미세먼지포집센싱부(160)는 센싱모듈본체 일측에 위치되어, 설치공간에 유입된 미세먼지를 포집한 후, 센싱시키는 역할을 한다.
이는 도 4에 도시한 바와 같이, 미세먼지포집부(161), 미세먼지센서부(162)로 구성된다.
상기 미세먼지포집부(161)는 미세먼지를 특정밀폐공간으로 포집하는 역할을 한다.
이는 슬림한 크기(10cm*10cm*10cm)의 진공펌프가 포함되어 구성된다.
그리고, 공기흡입부와 공기배출부가 구성된다.
상기 미세먼지센서부(162)는 미세먼지포집부(161) 내부공간 일측에 위치되어, 특정밀폐공간의 시간당 투명도를 체크하여 미세먼지 양을 센싱시키는 역할을 한다.
이는 렌즈, 광원(Source), 산란된 광 수집 광학(Optics), 그리고 포토 탐지기 회로(Photo detectorcircuit), 빔 차단기로 구성된다.
그리고, 측정유량이 0~20LPM이고, 측정크기가 0.1~1000㎛ (PM10,PM2.5)이며, 정밀도가 8% ofNIOSH 0600이고, 사용온도가 0~50℃이며, 온도범위가 -30~60℃이고, 데이터저장은 4396Records(182daysat1Record/Hr)인 특성을 가진다.
상기 미세먼지센서부는 탁도계(Nephelometer)로서, 측정의 민감도, 안정성, 그리고 낮은 농도 영역에서 측정 해상도를 향상시킨다.
이는 공기로 운반되는 미립자의 광산란에 기반을 둔다.
유입된 공기는 미립자를 포함하고 있으며, 광산란을 이용하여 이 미립자들을 측정한다.
이때, 산란된 광은 공기 중의 미립자의 양에 비례한다.
일곱째, 본 발명에 따른 센싱모듈용 근거리무선통신모듈(170)에 관해 설명한다.
상기 센싱모듈용 근거리무선통신모듈(170)은 센싱모듈본체 내부공간 일측에 위치되어, 스마트센서제어모듈과 HEMS용 AI모듈 사이를 근거리무선통신망으로 연결시키는 역할을 한다.
이는 블루투스 통신부와 지그비통신부 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
상기 블루투스 통신부는 10미터 이내의 초단거리에서 저전력무선연결하여, 정보를 교환시키는 역할을 한다.
이는 ISM(Industrial Scientific and Medical) 주파수 대역인 2400~2483.5MHz를 사용한다. 이 중 위아래 주파수를 쓰는 다른 시스템들의 간섭을 막기 위해 2400MHz 이후 2MHz, 2483.5MHz 이전 3.5MHz까지의 범위를 제외한 2402~2480MHz, 총 79개 채널을 쓴다.
그리고, 시스템간 전파 간섭을 해소하기 위해, 주파수 호핑(Frequency Hopping) 방식으로 구성된다.
주파수 호핑은 많은 수의 채널을 특정 패턴에 따라 빠르게 이동하며 패킷(데이터)을 조금씩 전송하는 기법으로, 본 발명에 서는 79개 채널을 1초당 1600번 호핑하도록 구성된다.
상기 지그비통신부는 2.4GHz의 주파수 대역을 이용하여 근거리(10m~75m)에 위치한 HEMS용 AI모듈쪽으로 250kbps의 데이터 전송률을 제공하는 역할을 한다.
여덟째, 본 발명에 따른 스마트센서제어모듈(180)에 관해 설명한다.
상기 스마트센서제어모듈(180)은 온도센서, 습도센서, 산소센서, 가스센서, 미세먼지포집센싱부, 센싱모듈용 근거리무선통신모듈과 연결되어, 설치공간의 온도측정데이터, 습도측정데이터, 산소측정데이터, 가스측정데이터를 입력받아 환경정보데이터를 생성시킨 후, 미세먼지포집센싱부로부터 전달된 미세먼지포집센싱데이터를 기반으로 측정한 실내 미세먼지측정데이터를 함께, HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈로 전달시키는 역할을 한다.
이는 베타선 흡수식 미세먼지측정알고리즘엔진부가 포함되어 구성된다.
상기 베타선 흡수식 미세먼지측정알고리즘엔진부는 미세먼지포집센싱부에서 센싱된 미세먼지를 방사선의 감쇠로부터 나오는 높은 에너지인 β선의 상호작용을 이용하여 미세먼지를 측정하는 역할을 한다.
먼저, 방사성의 감쇠를 통해 방출된 높은 에너지를 갖는 전자는 베타선으로 알려져 있고,그 감쇠 과정은 베타선 감쇠로 알려져 있다.
어떤 물질이 탄소동위원소("C-14")의 방사선과 베타선 측정할 수 있도록 설계된 기구속에 놓여 있을 때, 베타선은 흡수되거나 또는 감쇠 된다.이것은 검출된 베타입자들의 수의 감소를 의미한다.
검출된 베타입자의 감소량은 탄소동위원소와 검출기 사이에서의 물질의 흡수량에 관한 함수가 된다.
일예로, 미세먼지포집센싱부 상에 퇴적된 먼지들은 물질에 흡수를 통해 통과하는 베타 입자들의 수가 베타선을 통과하는 것만큼의 질량을 가지고 지수적으로 감소한다.
수학식 1은 이러한 상관관계를 나타낸다.
Figure pat00001
여기서, I는 미세먼지포집센싱부에 적재된 먼지의 측정된 감쇠 베타선 농도이고, I0는 깨끗한 미세먼지포집센싱부의 비감쇠된 베타선의 농도를 의미하고,μ 는 베타선을 흡수하는 물질의 교차 흡수도이고, x는 물질을 흡수하는 질량 밀도이다.
수학식 1은 비분산 적외선 측정방식으로 사용되는 램버르트비어(LambertBeer)법과 매우 유사하다.
램버르트비어(LambertBeer)법은 실제로 측정된 것을 수식화 한 것이고, 수학식 1은 상응하는 수식의 단순화하는 의도로 실제과정들을 단순화한다.
그러나 수학식 1의 적용은 실험적인 측정과정에서 적절하게 모니터링화 된 사례에서 많은 오차를 나타내지 않는다.
수학식 1은 물질을 흡수하는 질량밀도 x에 대해서 해석하기 위해 재배열 될 수 있으며, 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure pat00002
대기는 특정화된 시간 Δt에 대해서 일정한 대기의 흐름비(Q)에 의해서 표본(Sample)이 만들어진다.
이 표본화된 대기는 면적 A 표면의 센싱면적을 통과한다.
일단 수집된 분자들의 질량밀도(x)가 결정되면, 미립자들의 대기 농도를 계산하는 것은 수학식 3과 같이 이루어질 수 있다.
Figure pat00003
여기서, C(㎍/㎥)는 대기의(주위의)미립자 농도를 나타내고, A(㎠)는 먼지가 축적되는 미세먼지포집센싱부에 대한 교차 부분의 면적, Q(ℓ/min)는 미립 물질이 미세먼지포집센싱부 상에 수집되는 비율, μ(cm2/g)는 교차 부분의 흡수율을 나타내고, 그리고 △t(min)는 샘플링 시간을 나타낸다.
측정된 질량들에 의해서 대기의 미립자 농도를 위한 최종 표현을 수학식 3과 같이 도출할 수 있다.
베타 감쇠 모니터의 성공에 가장 주요한 열쇠는 교차 부분의 흡수율(μ)이 측정되는 물질의 본질적인 성질에 대해서 거의 둔감하다는 사실에 기인한다는 것이다.
수학식 3에 대해서 오류 분석의 전형적인 보급을 수행하는 것은 유익한 일이 된다.
따라서 수학식 3을 구성하는 매개변수들의 각각에 대한 불확실성의 함수로써 상대적인 측정 오류를 위한 수학식 4와 같은 방정식을 도출할 수 있다.
Figure pat00004
여기서, 상대적인 불확실성의 측정치(σc/c2)는 미세먼지포집센싱부의 교착 면적 (A), 유동 비율(Q), 샘플링 시간(t), 교차 흡수율(μ), 그리고 I와 I0에 의해서 증가 또는 감소된다.
본 발명에 따른 베타선 흡수식 미세먼지측정알고리즘엔진부에서는 상기와 같은 과정을 통해 미세먼지포집센싱부로부터 전달된 미세먼지포집센싱데이터를 기반으로 실내 미세먼지측정데이터를 생성시킬 수가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 파워센싱모듈(Power sensing module)(200)에 관해 설명한다.
상기 파워센싱모듈(Power sensing module)(200)은 콘센트에 연결되어 각각 사용되고 있는 디바이스들의 실시간 전력정보를 측정한 후, 측정한 현재 전력정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, 파워센싱용 모듈본체(210), 파워센싱용 전류전압센싱노드부(220), 파워센싱용 근거리무선통신모듈(230), 파워센싱제어부(240)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 파워센싱용 모듈본체(210)에 관해 설명한다.
상기 파워센싱용 모듈본체(210)는 콘센트 내부공간 일측에 위치되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 내부공간 일측에 파워센싱용 전류전압센싱노드부가 형성되고, 파워센싱용 전류전압센싱노드부 일측에 파워센싱용 근거리무선통신모듈이 형성되며, 파워센싱용 근거리무선통신모듈 일측에 파워센싱제어부가 형성되어 구성된다.
둘째, 본 발명에 따른 파워센싱용 전류전압센싱노드부(220)에 관해 설명한다.
상기 파워센싱용 전류전압센싱노드부(220)는 파워센싱용 모듈본체의 내부공간에 위치되어, 콘센트에 접속되어 디바이스쪽으로 유입되는 전류와 전압을 센싱시키는 역할을 한다.
이는 입력전류용 센싱저항(R1), 입력전압용 센싱저항(R2), 출력전압용 센싱저항(R3), 출력전류용 센싱저항(R4)로 구성된다.
셋째, 본 발명에 따른 파워센싱용 근거리무선통신모듈(230)에 관해 설명한다.
상기 파워센싱용 근거리무선통신모듈(230)은 파워센싱용 전류전압센싱노드부 일측에 위치되어, 파워센싱제어부와 HEMS용 AI모듈 사이를 근거리무선통신망으로 형성시키는 역할을 한다.
이는 블루투스 통신부와 지그비통신부 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
상기 블루투스 통신부는 10미터 이내의 초단거리에서 저전력무선연결하여, 정보를 교환시키는 역할을 한다.
이는 ISM(Industrial Scientific and Medical) 주파수 대역인 2400~2483.5MHz를 사용한다. 이 중 위아래 주파수를 쓰는 다른 시스템들의 간섭을 막기 위해 2400MHz 이후 2MHz, 2483.5MHz 이전 3.5MHz까지의 범위를 제외한 2402~2480MHz, 총 79개 채널을 쓴다.
그리고, 시스템간 전파 간섭을 해소하기 위해, 주파수 호핑(Frequency Hopping) 방식으로 구성된다.
주파수 호핑은 많은 수의 채널을 특정 패턴에 따라 빠르게 이동하며 패킷(데이터)을 조금씩 전송하는 기법으로, 본 발명에 서는 79개 채널을 1초당 1600번 호핑하도록 구성된다.
상기 지그비통신부는 2.4GHz의 주파수 대역을 이용하여 근거리(10m~75m)에 위치한 HEMS용 AI모듈쪽으로 250kbps의 데이터 전송률을 제공하는 역할을 한다.
넷째, 본 발명에 따른 파워센싱제어부(240)에 관해 설명한다.
상기 파워센싱제어부(240)는 파워센싱용 전류전압센싱노드부, 파워센싱용 근거리무선통신모듈과 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 파워센싱용 전류전압센싱노드부에서 센싱된 디바이스전류전압센싱데이터를 HEMS용 AI모듈로 전달시키고, HEMS용 AI모듈로부터 제어명령을 전달받아 콘센트에 접속된 디바이스의 전원구동을 온오프제어시키는 역할을 한다.
이는 디바이스 전원구동 액츄에이터부(241)가 포함되어 구성된다.
상기 디바이스 전원구동 액츄에이터부(241)는 HEMS용 AI모듈로부터 제어명령을 전달받아 콘센트에 접속된 디바이스의 전원구동을 스위칭구동을 통해 온오프제어시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 LED 조명센싱모듈(300)에 관해 설명한다.
상기 LED 조명센싱모듈(300)은 LED 조명 일측에 위치되어, LED 조명의 밝기, 전력정보를 측정한 후, 측정한 LED 조명정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 조명센싱용 모듈본체(310), 조도센서(320), 조명센싱용 전류전압센싱노드부(330), 조명센싱용 근거리무선통신모듈(340), 조명센싱제어부(350)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 조명센싱용 모듈본체(310)에 관해 설명한다.
상기 조명센싱용 모듈본체(310)는 LED 조명 일측에 위치되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 도 7에 도시한 바와 같이, 외부면 일측에 조도센서가 형성되고, 내부공간 일측에 조명센싱용 전류전압센싱노드부가 형성되며, 조명센싱용 전류전압센싱노드부 일측에 조명센싱용 근거리무선통신모듈이 형성되고, 조명센싱용 근거리무선통신모듈 일측에 조명센싱제어부가 형성되어 구성된다.
둘째, 본 발명에 따른 조도센서(320)에 관해 설명한다.
상기 조도센서(320)는 조명센싱용 모듈본체 외부면 일측에 위치되어, 조명센싱용 모듈본체 주위의 밝기를 센싱시키는 역할을 한다.
셋째, 본 발명에 따른 조명센싱용 전류전압센싱노드부(330)에 관해 설명한다.
상기 조명센싱용 전류전압센싱노드부(330)는 조명센싱용 모듈본체의 내부공간에 위치되어, LED 조명으로 유입되는 전류와 전압을 센싱시키는 역할을 한다.
이는 입력전류용 센싱저항(R5), 입력전압용 센싱저항(R6), 출력전압용 센싱저항(R7), 출력전류용 센싱저항(R8)로 구성된다.
넷째, 본 발명에 따른 조명센싱용 근거리무선통신모듈(340)에 관해 설명한다.
상기 조명센싱용 근거리무선통신모듈(340)은 조명센싱용 전류전압센싱노드부 일측에 위치되어, 조명센싱제어부와 HEMS용 AI모듈 사이를 근거리무선통신망으로 형성시키는 역할을 한다.
이는 블루투스 통신부와 지그비통신부 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
다섯째, 본 발명에 따른 조명센싱제어부(350)에 관해 설명한다.
상기 조명센싱제어부(350)는 조도센서, 조명센싱용 전류전압센싱노드부, 조명센싱용 근거리무선통신모듈과 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 조명센싱용 전류전압센싱노드부에서 센싱된 디바이스전류전압센싱데이터를 HEMS용 AI모듈로 전달시키고, HEMS용 AI모듈로부터 제어명령을 전달받아 LED 조명에 인가되는 전원구동을 온오프제어시키는 역할을 한다.
이는 LED 조명 전원구동 액츄에이터부가 포함되어 구성된다.
상기 LED 조명 전원구동 액츄에이터부는 HEMS용 AI모듈로부터 제어명령을 전달받아 LED 조명의 전원구동을 스위칭구동을 통해 온오프제어시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부(400)에 관해 설명한다.
상기 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부(400)는 스마트 멀티 센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, 파워센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, LED 조명센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, HEMS용 AI모듈과 스마트 패드 사이에 위치되어, 유비쿼터스 홈 네트워크망으로 형성시키는 역할을 한다.
이는 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 유비쿼터스 홈 네트워크망부(410), 제2 유비쿼터스 홈 네트워크망부(420), 제3 유비쿼터스 홈 네트워크망부(430), 제4 유비쿼터스 홈 네트워크망부(440)로 구성된다.
상기 제1 유비쿼터스 홈 네트워크망부(410)는 스마트 멀티 센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이에 위치되어, 유비쿼터스 홈 네트워크망을 형성시키는 역할을 한다.
상기 제2 유비쿼터스 홈 네트워크망부(420)는 파워센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이에 위치되어, 유비쿼터스 홈 네트워크망을 형성시키는 역할을 한다.
상기 제3 유비쿼터스 홈 네트워크망부(430)는 LED 조명센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이에 위치되어, 유비쿼터스 홈 네트워크망을 형성시키는 역할을 한다.
상기 제4 유비쿼터스 홈 네트워크망부(440)는 HEMS용 AI모듈과 스마트 패드 사이에 위치되어, 유비쿼터스 홈 네트워크망을 형성시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 제1 유비쿼터스 홈 네트워크망부(410), 제2 유비쿼터스 홈 네트워크망부(420), 제3 유비쿼터스 홈 네트워크망부(430), 제4 유비쿼터스 홈 네트워크망부(440)는 홈 내부공간의 위치 및 식별ID별로 나뉘어 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈(500)에 관해 설명한다.
상기 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈(500)은 스마트 멀티 센싱모듈, 파워센싱모듈, LED 조명센싱모듈, 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부, 스마트패드와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 스마트 멀티 센싱모듈의 환경정보데이터, 파워센싱모듈의 전력정보데이터, LED 조명센싱모듈의 LED 조명정보데이터를 기반으로 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 분석하여, 최적전력효율로 디바이스들이 구동되도록 현장 자동제어하고, 화재 및 과전류로 인한 기기이상이, 디바이스의 구동을 자동오프시키면서, 분석한 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 스마트 패드로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 9에 도시한 바와 같이, AI모듈본체(510), HEMS용 임베디드제어모듈(520), 데이터베이스부(530), HEMS용 근거리무선통신모듈(540)로 구성된다.
본 발명에 따른 HEMS용 AI모듈은 스마트 멀티 센싱모듈(100), 파워센싱모듈(Power sensing module)(200), LED 조명센싱모듈(300), 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부(400), 스마트 패드(600)와 연결시, 근거리무선통신망 또는 유무선통신망으로 연결되어 구성된다.
여기서, 유무선통신망은 무선통신망으로서 WiFi통신모듈이 구성되고, 유선통신망으로서 BACNET TCP/IP, BACNET MS/TP, Modbus RTU 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 AI모듈본체(510)에 관해 설명한다.
상기 AI모듈본체(510)는 실내에서 이동하는 로봇몸체 일측 또는 특정공간 일측에 위치되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 내부공간 일측에 HEMS용 임베디드제어모듈이 형성되고, HEMS용 임베디드제어모듈 일측에 디바이스구동제어부가 형성되며, 디바이스구동제어부 일측에 LED 조명제어부가 형성되고, LED 조명제어부 일측에 데이터베이스부가 형성되며, 데이터베이스부 일측에 HEMS용 근거리무선통신모듈이 형성되어 구성된다.
도 14에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈(500)는 실내에서 이동하는 가정용 로봇몸체 일측에 구성되어, 가정내부의 화재 및 과전류로 인한 기기이상을 직접 이동하여 확인할 수가 있다.
둘째, 본 발명에 따른 HEMS용 임베디드제어모듈(520)에 관해 설명한다.
상기 HEMS용 임베디드제어모듈(520)은 AI모듈본체의 내부공간 일측에 위치되어, 한개 또는 두개 이상의 코어를 통해 각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 역할을 한다.
이는 도 10에 도시한 바와 같이, 마이크로프로세서부(521), 메모리부(522), 입력부(523), 출력부(524)로 구성된다.
상기 마이크로프로세서부(521)는 자가학습분석을 하면서, 유비쿼터스센서네트워크(USN)망에 형성된 디바이스의 구동을 통합관리제어하는 역할을 한다.
이는 전력피크제어 알고리즘 엔진부(521a)가 포함되어 구성된다.
상기 전력피크제어 알고리즘 엔진부(521a)는 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 스마트 멀티 센싱모듈의 환경정보데이터, 파워센싱모듈의 전력정보데이터, LED 조명센싱모듈의 LED 조명정보데이터를 기반으로 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 분석시키는 역할을 한다.
이는 목표수요가 초과되지 않도록 필수적인 기본기능인 측정, 모니터링, 제어의 3가지를 수행하도록 구성된다.
즉, 스마트 멀티 센싱모듈의 환경정보데이터, 파워센싱모듈의 전력정보데이터, LED 조명센싱모듈의 LED 조명정보데이터를 수신하고, 전력피크를 제어하여, 출력부로 출력신호를 보내어, 디바이스의 전력을 제어시킨다.
상기 전력피크제어 알고리즘 엔진부는 모든 데이터를 처리하고, 처리 값이 목표 값과 동일할 때까지 우선순위의 부하를 제어하는 제어신호를 전송한다.
이는 15분의 최대수요전력을 예측하고, 연결된 디바이스의 전력을 차단하여 최대전력을 목표 값 아래로 관리하는 장치로써, 기본요금 절감 및 계약전력을 관리하는 것을 특징으로 한다.
즉, 한전에서 가정으로 공급되는 가정용 전력량계로부터 15분 시간정보(EOI, End Of Interval) 및 전력량 데이터를 펄스로 받아서 실시간으로 15분 동안의 전력사용량 및 최대전력을 예측한다.
그리고, 예측된 전력이 정해놓은 목표전력보다 클 경우에 출력부에 연결된 디바이스쪽으로 출력신호를 보내어, 부하의 전력을 차단함으로써 최대전력을 낮추게 되며, 부하의 전력차단에 따라 예측전력이 낮아지면 전력차단을 중지하고 원래 상태로 복귀시키도록 구성된다.
본 발명에 따른 전력피크제어 알고리즘 엔진부는 기준전력(Pr), 현재전력(Pt), 예측전력(Q), 조정전력(U), 수요시한 평균전력으로 나누어 연산시킨다.
먼저, 기준전력(Pr)은 0에서 목표전력까지 최단거리를 갖는 디바이스들에서 현 수요시한대의 전력을 의미하고, 이는 다음의 수학식 5를 통해 연산시킨다.
Figure pat00005
다음으로, 현재전력(Pt)은 수요시한 시작 후 현재까지 사용된 kWh당 출력되는 펄스의 적산 수에 따른 전력량을 의미하고, 이는 다음의 수학식 6을 통해 연산시킨다.
Figure pat00006
여기서, 합성변성비는 CT비 × PT비를 나타내고, 펄스 정수는 kWh 당 출력 펄스의 개수를 나타낸다.
다음으로, 예측전력(Q)은 단위시간당 전력변화량을 이용하여 수요시한 종료시 도달될 것으로 예상되는 전력량을 측정하는 것으로, 이는 수학식 7을 통해 연산시킨다.
Figure pat00007
다음으로, 조정전력(U)은 수요시한 종료시점에 예측전력과 목표전력이 일치하기 위해서 필요한 전력을 의미하는 것으로, 이는 수학식 8에 의하여 연산시킨다.
Figure pat00008
다음으로, 수요시한 평균전력은 수요시한 15분의 평균전력을 순시피크수요량과 수요시한으로 나타낸다.
여기서, 수요시한은 최대수요전력을 산정하기 위한 기준 시간 (국내는 15분)을 말한다.
수요시한(15분)의 평균전력은 다음의 수학식 9와 같이 표현된다.
Figure pat00009
여기서, Pave는 수요시한(15분)의 평균전력을 나타내고, p(t)는 순시전력을 나타내며, T는 수요시한(분)을 나타낸다.
그리고, 수요시한에서의 피크수요(kW)는 다음의 수학식 10과 같이 표현된다.
Figure pat00010
여기서, P는 순시피크 수요(kW)를 나타내고, T는 수요시한(분)을 나타낸다.
상기 메모리부(522)는 지능형 홈 에너지 관리장치의 전체적인 구동에 관한 운용프로그램, 자가학습분석펌웨어프로그램을 저장시키는 역할을 한다.
상기 입력부(523)는 스마트센서노드부에서 센싱된 센싱데이터를 마이크로프로세서부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 11에 도시한 바와 같이, 입력단자 일측에 온도센서(120)가 연결되어, 설치공간의 온도가 입력되고, 또 다른 입력단자 타측에 산소센서(140)가 연결되어, 설치공간의 산소 함유량이 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 가스센서(150)가 연결되어, 설치공간의 가스 함유량이 입력되고, 또 다른 입력단자 타측에 미세먼지포집센싱부(160)가 연결되어, 미세먼지센싱데이터가 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 파워센싱용 전류전압센싱노드부(220)가 연결되어, 디바이스쪽으로 유입되는 전류센싱데이터와 전압센싱데이터가 입력되고, 또 다른 입력단자 타측에 조도센서(320)가 연결되어, 조도센싱데이터가 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 조명센싱용 전류전압센싱노드부(330)가 연결되어, LED 조명으로 유입되는 전류센싱데이터와 전압센싱데이터가 입력되어 구성된다.
상기 출력부(524)는 스마트 멀티 센싱모듈, 파워센싱모듈, LED 조명센싱모듈, 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부, 스마트패드와 연결되어, 마이크로프로세서부의 제어하에 파워센싱모듈, LED 조명센싱모듈, 스마트패드쪽으로 출력신호를 출력시키는 역할을 한다.
이는 도 11에 도시한 바와 같이, 출력단자 일측에 스마트센서제어모듈(180)이 연결되어, 스마트센서제어모듈(180)쪽을 제어명령신호를 보내고, 또 다른 출력단자 일측에 파워센싱제어부의 디바이스 전원구동 액츄에이터부(241)가 연결되어, 디바이스 전원구동 액츄에이터부(241)쪽으로 디바이스의 전원구동을 스위칭구동시키는 출력신호를 보내며, 또 다른 출력단자 타측에 조명센싱제어부(350)가 연결되어, 조명센싱제어부(350)쪽으로 LED 조명의 전원구동을 스위칭구동시키는 출력신호를 보내고, 또 다른 출력단자 일측에 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부(400)가 연결되어, 스마트 멀티 센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, 파워센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, LED 조명센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, HEMS용 AI모듈과 스마트 패드 사이를 유비쿼터스 홈 네트워크망으로 형성시키는 출력신호를 출력시키도록 구성된다.
다섯째, 본 발명에 따른 데이터베이스부(530)에 관해 설명한다.
상기 데이터베이스부(530)는 스마트 멀티 센싱모듈의 환경정보데이터, 파워센싱모듈의 전력정보데이터, LED 조명센싱모듈의 LED 조명정보데이터를 수신받아, 실시간으로 저장시키는 역할을 한다.
여섯째, 본 발명에 따른 HEMS용 근거리무선통신모듈(540)에 관해 설명한다.
상기 HEMS용 근거리무선통신모듈(540)은 스마트 패드와 근거리무선통신망으로 연결되어, 스마트 패드쪽으로 전력량 예측데이터, 실시간 전력 사용량 데이터를 전송시키고, 스마트 패드로부터 전달된 집주인의 스마트폰 및 원격 중앙서버의 제어명령신호를 수신받아 각 기기를 구동제어시키는 역할을 한다.
이는 블루투스 통신부와 지그비통신부 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 스마트 패드(600)에 관해 설명한다.
상기 스마트 패드(600)는 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈로부터 전달받은 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 사용자인터페이스 화면으로 표출시키면서, 원격지의 스마트 디바이스 및 중앙관리서버로부터 전송된 제어명령신호를 수신받아 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈로 전달시키고, 기기이상신호시, 부저를 통한 현장알림서비스와, 집 주인의 스마트폰 및 원격 중앙서버로 원격알림서비스를 수행시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 HEMS용 AI모듈로부터 가공된 전력정보와 환경정보를 통해 전송된 정보를 관리할 수 있는 UI가 구성된다.
상기 스마트 패드는 근거리무선통신망으로 HEMS용 AI모듈와 커뮤니케이션을 하며, 원격지의 중앙관리서버와 네트워크 연동을 통해 제어명령을 받는다.
상기 HEMS용 AI모듈로부터 받은 전력정보데이터는 스마트 패드로 보여주며 관리하게 된다.
이때 전력정보데이터는 전력제어를 위해 사용된다.
즉, 홈의 HEMS용 AI모듈에 접속하여 시츄에이션을 확인하고 전력 사용량 및 환경정보를 획득하고, 사용 디바이스를 제어한다.
본 특허에서는 사용 디바이스 제어에 있어서 조명을 네트워크화하여 스마트 패드를 통해 제어를 하게 된다.
스마트 패드는 두가지 동작 모드를 가지게 되는데 위치모드를 선택 시 한 층에서 사용되는 전력정보 및 환경정보 표시가 이루어진다.
일예로, 스마트 패드에 IP 접속 후 위치모드를 누르고 특정 주거공간에 해당하는 부분을 슬라이딩하게 되면 전력정보가 나타나게 된다.
이하, 본 발명에 따른 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 도 15에 도시한 바와 같이, 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부를 통해, 스마트 멀티 센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, 파워센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, LED 조명센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, HEMS용 AI모듈과 스마트 패드사이를 유비쿼터스 홈 네트워크망으로 형성시킨다.
다음으로, 스마트 멀티 센싱모듈에서, 홈 내부 특정공간의 온도, 습도, 산소, 가스 정보, 미세먼지에 관한 환경정보를 센싱한 후, 센싱한 환경정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시킨다.
다음으로, 파워센싱모듈(Power sensing module)이 구동되어, 콘센트에 연결되어 각각 사용되고 있는 디바이스들의 실시간 전력정보를 측정한 후, 측정한 현재 전력정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시킨다.
다음으로, LED 조명센싱모듈이 구동되어, LED 조명의 밝기, 전력정보를 측정한 후, 측정한 LED 조명정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시킨다.
다음으로, HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈에서 스마트 멀티 센싱모듈의 환경정보데이터, 파워센싱모듈의 전력정보데이터, LED 조명센싱모듈의 LED 조명정보데이터를 기반으로 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 분석하여, 최적전력효율로 디바이스들이 구동되도록 현장 자동제어한다.
다음으로, 스마트 패드에서 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈로부터 전달받은 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 사용자인터페이스 화면으로 표출시키면서, 원격지의 스마트 디바이스 및 중앙관리서버로부터 전송된 제어명령신호를 수신받아 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈로 전달시킨다.
다음으로, HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈에서 화재 및 과전류로 인한 기기이상이, 디바이스의 구동을 자동오프시키면서, 분석한 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 스마트 패드로 전달시킨다.
끝으로, 스마트 패드에서, 기기이상신호시, 부저를 통한 현장알림서비스와, 집 주인의 스마트폰 및 원격 중앙서버로 원격알림서비스를 수행시키도록 제어한다.
1 : 지능형 홈 에너지 관리 장치
100 : 스마트 멀티 센싱모듈 200 : 파워센싱모듈
300 : LED 조명센싱모듈 400 : 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부
500 : HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈
600 : 스마트 패드

Claims (7)

  1. 홈 내부공간 일측에 위치되어, 온도, 습도, 산소, 가스 정보, 미세먼지에 관한 환경정보를 센싱한 후, 센싱한 환경정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시키는 스마트 멀티 센싱모듈(100)과,
    콘센트에 연결되어 각각 사용되고 있는 디바이스들의 실시간 전력정보를 측정한 후, 측정한 현재 전력정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시키는 파워센싱모듈(Power sensing module)(200)과,
    LED 조명 일측에 위치되어, LED 조명의 밝기, 전력정보를 측정한 후, 측정한 LED 조명정보데이터를 근거리무선통신망을 통해 HEMS용 AI모듈로 전달시키는 LED 조명센싱모듈(300)과,
    스마트 멀티 센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, 파워센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, LED 조명센싱모듈과 HEMS용 AI모듈 사이, HEMS용 AI모듈과 스마트 패드 사이에 위치되어, 유비쿼터스 홈 네트워크망으로 형성시키는 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부(400)와,
    스마트 멀티 센싱모듈, 파워센싱모듈, LED 조명센싱모듈, 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부, 스마트패드와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 스마트 멀티 센싱모듈의 환경정보데이터, 파워센싱모듈의 전력정보데이터, LED 조명센싱모듈의 LED 조명정보데이터를 기반으로 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 분석하여, 최적전력효율로 디바이스들이 구동되도록 현장 자동제어하고, 화재 및 과전류로 인한 기기이상이, 디바이스의 구동을 자동오프시키면서, 분석한 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 스마트 패드로 전달시키는 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈(500)과,
    HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈로부터 전달받은 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 사용자인터페이스 화면으로 표출시키면서, 원격지의 스마트 디바이스 및 중앙관리서버로부터 전송된 제어명령신호를 수신받아 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈로 전달시키고, 기기이상신호시, 부저를 통한 현장알림서비스와, 집 주인의 스마트폰 및 원격 중앙서버로 원격알림서비스를 수행시키도록 제어하는 스마트 패드(600)로 구성되는 것을 특징으로 하는 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스마트 멀티 센싱모듈(100)은
    사각박스형상으로 이루어져 설치공간의 환경을 모니터링시키도록 설치되고, 외압으로부터 기기를 보호하면서 지지하는 센싱모듈본체(110)와,
    센싱모듈본체의 외부면 일측에 위치되어, 설치공간의 온도를 측정하는 온도센서(120)와,
    온도센서 일측에 위치되어, 설치공간의 습도를 측정하는 습도센서(130)와,
    제1 모듈몸체의 양측면 일측에 형성되어, 에어흡입구를 통해 외부공기를 흡입해서 설치공간의 산소 함유량을 전지의 기전력를 통해 측정하는 산소센서(140)와,
    습도센서 일측에 위치되어, 가스를 검출하는 가스센서(150)와,
    센싱모듈본체 일측에 위치되어, 설치공간에 유입된 미세먼지를 포집한 후, 센싱시키는 미세먼지포집센싱부(160)와,
    센싱모듈본체 내부공간 일측에 위치되어, 스마트센서제어모듈과 HEMS용 AI모듈 사이를 근거리무선통신망으로 연결시키는 센싱모듈용 근거리무선통신모듈(170)과
    온도센서, 습도센서, 산소센서, 가스센서, 미세먼지포집센싱부, 센싱모듈용 근거리무선통신모듈과 연결되어, 설치공간의 온도측정데이터, 습도측정데이터, 산소측정데이터, 가스측정데이터를 입력받아 환경정보데이터를 생성시킨 후, 미세먼지포집센싱부로부터 전달된 미세먼지포집센싱데이터를 기반으로 측정한 실내 미세먼지측정데이터를 함께, HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈로 전달시키는 스마트센서제어모듈(180)로 구성되는 것을 특징으로 하는 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파워센싱모듈(Power sensing module)(200)은
    콘센트 내부공간 일측에 위치되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 파워센싱용 모듈본체(210)와,
    파워센싱용 모듈본체의 내부공간에 위치되어, 콘센트에 접속되어 디바이스쪽으로 유입되는 전류와 전압을 센싱시키는 파워센싱용 전류전압센싱노드부(220)와,
    파워센싱용 전류전압센싱노드부 일측에 위치되어, 파워센싱제어부와 HEMS용 AI모듈 사이를 근거리무선통신망으로 형성시키는 파워센싱용 근거리무선통신모듈(230)과,
    파워센싱용 전류전압센싱노드부, 파워센싱용 근거리무선통신모듈과 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 파워센싱용 전류전압센싱노드부에서 센싱된 디바이스전류전압센싱데이터를 HEMS용 AI모듈로 전달시키고, HEMS용 AI모듈로부터 제어명령을 전달받아 콘센트에 접속된 디바이스의 전원구동을 온오프제어시키는 파워센싱제어부(240)로 구성되는 것을 특징으로 하는 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 LED 조명센싱모듈(300)은
    LED 조명 일측에 위치되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 조명센싱용 모듈본체(310)와,
    조명센싱용 모듈본체 외부면 일측에 위치되어, 조명센싱용 모듈본체 주위의 밝기를 센싱시키는 조도센서(320)와,
    조명센싱용 모듈본체의 내부공간에 위치되어, LED 조명으로 유입되는 전류와 전압을 센싱시키는 조명센싱용 전류전압센싱노드부(330)와,
    조명센싱용 전류전압센싱노드부 일측에 위치되어, 조명센싱제어부와 HEMS용 AI모듈 사이를 근거리무선통신망으로 형성시키는 조명센싱용 근거리무선통신모듈(340)과,
    조도센서, 조명센싱용 전류전압센싱노드부, 조명센싱용 근거리무선통신모듈과 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 조명센싱용 전류전압센싱노드부에서 센싱된 디바이스전류전압센싱데이터를 HEMS용 AI모듈로 전달시키고, HEMS용 AI모듈로부터 제어명령을 전달받아 LED 조명에 인가되는 전원구동을 온오프제어시키는 조명센싱제어부(350)로 구성되는 것을 특징으로 하는 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 HEMS(Home Energy Management System)용 AI모듈(500)은
    실내에서 이동하는 로봇몸체 일측 또는 특정공간 일측에 위치되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 AI모듈본체(510)와,
    AI모듈본체의 내부공간 일측에 위치되어, 한개 또는 두개 이상의 코어를 통해 각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 HEMS용 임베디드제어모듈(520)과,
    홈 내부에 설치된 디바이스들의 전력정보를 모니터링시키면서, 디바이스들의 구동을 온오프제어시키는 디바이스구동제어부(530)와,
    LED 조명센싱모듈로부터 LED조명센싱데이터를 수신받아, LED 조명의 상태를 분석한 후, LED 조명의 밝기 및 구동을 제어시키는 LED 조명제어부(540)와,
    스마트 멀티 센싱모듈의 환경정보데이터, 파워센싱모듈의 전력정보데이터, LED 조명센싱모듈의 LED 조명정보데이터를 수신받아, 실시간으로 저장시키는 데이터베이스부(550)와,
    스마트 패드와 근거리무선통신망으로 연결되어, 스마트 패드쪽으로 전력량 예측데이터, 실시간 전력 사용량 데이터를 전송시키고, 스마트 패드로부터 전달된 집주인의 스마트폰 및 원격 중앙서버의 제어명령신호를 수신받아 각 기기를 구동제어시키는 HEMS용 근거리무선통신모듈(560)로 구성되는 것을 특징으로 하는 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 HEMS용 임베디드제어모듈(520)은
    자가학습분석을 하면서, 유비쿼터스센서네트워크(USN)망에 형성된 디바이스의 구동을 통합관리제어하는 마이크로프로세서부(521)와,
    지능형 홈 에너지 관리장치의 전체적인 구동에 관한 운용프로그램, 자가학습분석펌웨어프로그램을 저장시키는 메모리부(522)와,
    스마트센서노드부에서 센싱된 센싱데이터를 마이크로프로세서부로 전달시키는 입력부(523)와,
    스마트 멀티 센싱모듈, 파워센싱모듈, LED 조명센싱모듈, 유비쿼터스 홈 네트워크망 형성부, 스마트패드와 연결되어, 마이크로프로세서부의 제어하에 파워센싱모듈, LED 조명센싱모듈, 스마트패드쪽으로 출력신호를 출력시키는 출력부(524)로 구성되는 것을 특징으로 하는 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 마이크로프로세서부(521)는
    스마트 멀티 센싱모듈의 환경정보데이터, 파워센싱모듈의 전력정보데이터, LED 조명센싱모듈의 LED 조명정보데이터를 기반으로 전력량 예측과 실시간 전력 사용량을 분석시키는 ARIMA 분석 알고리즘 엔진부가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 HEMS용 AI모듈을 통한 지능형 홈 에너지 관리 장치.
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