KR20190043781A - 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상하수도의 관로누수 감시를 위한 것으로, 더욱 상세하게는 각 지역마다 매설된 상하수도의 관로누수를 해당 압력센서, 유량 센서, 소음센서, 온습도 센서로부터 데이터를 표출 받아 누수를 감지하므로, 시급히 보수하거나 새로운 관로로 교체시공이 요구되도록 하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치 및 방법에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 특징은 지중에 매설된 상하수도 관로의 누수를 감시하는 장치로서, 데이터 통신이 이루어지는 무선 통신부; 상하수도 관로의 상태를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부; 상기 센서부의 센싱을 통한 데이터 종류와 조건이 모듈화된 로직으로 적어도 하나 이상을 포함하는 메모리; 및 상기 메모리에 포함된 적어도 하나 이상의 모듈화 된 로직에 의하여 상기 상하수도 관로의 누수 상태를 처리하는 제어부를 포함한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 특징은 지중에 매설된 상하수도 관로의 누수를 감시하는 장치로서, 데이터 통신이 이루어지는 무선 통신부; 상하수도 관로의 상태를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부; 상기 센서부의 센싱을 통한 데이터 종류와 조건이 모듈화된 로직으로 적어도 하나 이상을 포함하는 메모리; 및 상기 메모리에 포함된 적어도 하나 이상의 모듈화 된 로직에 의하여 상기 상하수도 관로의 누수 상태를 처리하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 상하수도의 관로누수 감시를 위한 것으로, 더욱 상세하게는 각 지역마다 매설된 상하수도의 관로누수를 해당 압력센서, 유량 센서, 소음센서, 온습도 센서로부터 데이터를 표출 받아 누수를 감지하므로, 시급히 보수하거나 새로운 관로로 교체시공이 요구되도록 하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에 전국에서 자주 일어나고 있는 도로의 지반침하(땅 꺼짐 현상)는 하나같이 노후 상하수도관이 원인인 것으로 밝혀지고 있다. 노후 상하수도관은 쉽게 파열될 뿐만 아니라 지속적인 누수로 인한 도로함몰 등 2차사고로 이어져 위험 하다.한편 강우량이 많아지는 하절기에는 상하수도관 관리에 더욱 신경을 써야 하며, 육안으로 땅 속을 파악할 수 없는 터라 빗물 등의 쏠림현상이 나타날 때 상하수도관의 파손이 일어날 수 있다. 특히 노후 상하수도관은 쉽게 파열될 뿐만 아니라 지속적인 누수로 인한 도로함몰 등 2차 사고로 이어져 위험하다.
최근에 전국에서 자주 일어나고 있는 도로의 지반침하(땅 꺼짐 현상)는 하나같이 노후 상하수도관이 원인인 것으로 밝혀지고 있다.
일반적으로, 지하시설물로는 상수관로, 하수관로, 오수관로, 전력선로, 통신선로 및 가스관로 등이 일정한 깊이 내에 매설되어 한 지역에서 다음 지역으로 또는 한 구역에서 다음 구역으로 연결한다든지 접속할 수 있도록, 여러 가지 수단 등을 동원하여 결점이나 접속점을 통해 해당 목적지의 거리까지 연장하고 있는 실정이다.
지하시설물 중 상수관로는 해당 목적지의 거리까지의 주관로와, 이 주관로에서 각 필요한 지류 또는 분류의 관로를 통해 최종적인 건물이나 주택까지 연결시켜 상수원으로부터의 원수를 원활히 공급 또는 배수받고 있다. 그런데 지하에 매설된 주관로 내에서 물의 수송에 있어서는 고압으로 누수 시 주변토지가 젖거나 지상으로 분출하여 육안이나 기타 방법으로 체크할 수 있으나, 상기 지류 또는 분류의 관로는 복잡하여 노후나 지하의 이상 상태에 의해 연결부위의 누수를 감지하는 데에 어려운 점이 있다.
또한, 지중에 매설되어 있는 유체(상수도, 하수도, 용수 등)의 이송에 사용되는 관로는 시간이 지남에 따라 점차 노후화되고 이러한 관로 노후화에 의해, 관로의 균일이나 파손의 원인으로 작용할 뿐만 아니라 관로에서 막대한 양의 유체가 지중으로 누수되기 때문에 시급히 보수하거나 새로운 관로로 교체시공이 요구된다.
또한, 기존에 지하에 매설된 관로의 40~50%가 장시간의 사용과 유지 관리의 미흡으로 강도가 저하되고 균열, 파손, 부식 등이 발생되고 있는 실정이다. 일례로 환경부 통계에 따르면, 노후로 인해 생성된 수돗물의 14.8%가 누수로 사라지고 있다고 밝히고 있으며, 노후 관리의 교체와 갱생, 부분보수 등 관보수 공사는 도로를 굴착하는 굴착에 의한 공법과 또는 도로를 굴착하지 않은 비 굴착에 의한 공법을 통하여 이루어져야하므로 정확하게 이상 징후를 감지하여 시설물 계측을 체계화하는데 다각적인 기능이 필요한 것이 현실이다.
한편 최근 통신기술 및 디바이스 발전으로 사물(things)이 인터넷을 통해 연결되어 모든 사물과 사람이 네트워크로 연결되는 초 연결 사회(Hyper Connected Society)로 진화하고 있다. 이러한 초 연결 사회 구축에 사물인터넷(IoT: Internet of Things)이 핵심기술로 자리 잡고 있다.
사물인터넷 기술은 자동차 또는 냉장고와 같은 인간 주변의 장치들에 정보 생성과 통신 기능이 탑재되어 새로운 IT 기반 서비스를 창출하고, 다양한 산업 간의 융복합을 통해 스마트 그리드, 스마트 홈, 헬스 케어, 지능형 차량 서비스 등 미래형 서비스를 창출하고 있다.
특히, 사물 인터넷의 센서 기술은 온도, 습도, 열, 가스, 조도, 초음파 등 다양한 센서를 이용하여 원격 감지, 위치 및 모션 추적 등을 통해 사물과 주위 환경으로부터 정보를 획득하는 사물인터넷의 핵심기능으로써, 반도체 칩 기술과 임베디드 소프트웨어 기술 발전으로 과거에 비해 지능화된 스마트 센서로 발전하고 있는 추세이다.
그러나 이러한 센서들의 출력은 크게 디지털 데이터, 아날로그 데이터, 프리-캘리브레이티드 디지털 데이터로 나뉘는데 이러한 센서로부터 데이터를 처리하기 위한 로컬단의 인터페이스의 종류 역시도 디지털 데이터, 아날로그 데이터, 프리-캘리브레이티드 디지털 데이터를 입력받을 수 있는 구조이면 되지만, 실제 제품화에 있어서 제품 케이스의 유한성으로 인하여 입/출력 커넥터를 무한적으로 넓힐 수 없으며, 이러한 문제로 인하여 센서의 형태 때문에 제품 개발을 다시 시작해야 하는 경우도 발생하고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 상하수도의 지중관로 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 이상 징후를 감시하여 시설물 계측을 체계화하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치 및 방법에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 특징은 지중에 매설된 상하수도 관로의 누수를 감시하는 장치로서, 데이터 통신이 이루어지는 무선 통신부; 상하수도 관로의 상태를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부; 상기 센서부의 센싱을 통한 데이터 종류와 조건이 모듈화된 로직으로 적어도 하나 이상을 포함하는 메모리; 및 상기 메모리에 포함된 적어도 하나 이상의 모듈화 된 로직에 의하여 상기 상하수도 관로의 누수 상태를 처리하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는 상기 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치는 상기 센서부에 포함되는 적어도 하나 이상의 센서와 결합되는 입/출력 커넥터; 및 상기 입/출력 커넥터에 결합된 적어도 하나 이상의 센서로부터 데이터를 입력받아 출력하는 통로로서 회로적으로 결선된 인터페이스부를 더 포함한다.
바람직하게는 상기 무선 통신부는 LoRa 통신을 이용한다.
바람직하게는 상기 센서부의 센서는 온습도 센서, 소음 센서 중 적어도 하나 이상이다.
바람직하게는 상기 센서부의 출력은 디지털 데이터, 아날로그 데이터, 프리-캘리브레이티드 디지털 데이터 중 적어도 하나 이상이다.
바람직하게는 상기 인터페이스부의 회로적 결선은 0옴의 저항(R)을 추가하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다른 특징은 청구항 1에 기재된 IoT 장치로부터 상하수도의 관로누수 감시를 위한 방법에 있어서, 입/출력 커넥터와 제어부 사이에 연결되는 인터페이스부를 회로적으로 결선시키는 제1 준비단계; 적어도 하나 이상의 센서가 상기 입/출력 커넥터의 임의의 위치에 결합되면 상기 적어도 하나 이상의 센서가 결합되지 않은 상기 입/출력 커넥터와 연결되는 인터페이스 회로는 단락시키는 제2 준비단계; 및 상기 제2 준비단계 이후, 상기 인터페이스 회로로 출력되는 상기 적어도 하나 이상의 센서 데이터 종류와 조건에 따른 모듈화된 로직에 의하여 결과를 처리하여 산출하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 제1 준비단계의 회로적 결선은 0옴의 저항을 추가하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 또 다른 특징은 청구항 1에 기재된 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치를 이용하여 상하수도 관로의 누수상태를 제공한다.
본 발명에 의하면, 지중관로의 누수상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 하므로 이상 징후를 감시하여 시설물 계측을 체계화시키고, 체계화된 계측에 의하여 시급히 보수하거나 새로운 관로로 교체시공이 요구되는 효과가 있다.
또한 회로나 제품의 하드웨어적인 수정 없이 시판되고 있는 대부분의 센서 데이터를 수집할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치가 지중에 설치된 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치의 구성을 회로적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치 중 인터페이스부를 상세히 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 상하수도의 관로누수 감시를 위한 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 상하수도 관로누수 감시를 위한 실시예로서 센서 측정값을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치의 구성을 회로적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치 중 인터페이스부를 상세히 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 상하수도의 관로누수 감시를 위한 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 상하수도 관로누수 감시를 위한 실시예로서 센서 측정값을 나타낸 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 상하수도 관로누수 감시를 위한 IoT 장치가 지중에 설치된 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 각 지역마다 매설된 상하수도 관로(100)와, 상하수도 관로(100)의 누수 감시를 위하여, 상하수도 관로(100) 곳곳을 측정하는 적어도 하나 이상의 센서(300)와, 상하수도 관로(100)의 곳곳에 부착된 센서(300)로부터 데이터를 수집하고, 시리얼 통신 포트(도시되지 않음)인 RS232, RS485, 12C, SPI 등도 연결되어 데이터 송수신이 가능한 상하수도 관로누수 감시 IoT 장치(200)를 포함하고, 도시되지 않았지만 상하수도 관로누수 감시 IoT 장치(200)로부터 데이터를 제공받으며 상하수도 관로(100)의 상태를 실시간으로 모니터링 하는 상하수도 관로누수 감시서버와, 상하수도 관로누수 감시 IoT 장치(200)와 페어링 되어 지중상하수고 관로(100)의 상태를 확인하는 사용자 단말기를 포함할 수 있다.
상하수도 관로(100)의 지하시설물로는 상수관로, 하수관로, 오수관로, 전력선로, 통신선로 및 가스관로 등이 일정한 깊이 내에 매설되어 한 지역에서 다음 지역으로 또는 한 구역에서 다음 구역으로 연결한다든지 접속할 수 있도록, 여러 가지 수단등을 동원하여 결점이나 접속점을 통해 해당 목적지의 거리까지 연장되어 설치되어 있다.
지하시설물 중 상수관로는 해당 목적지의 거리까지의 주관로와, 이 주관로에서 각 필요한 지류 또는 분류의 관로를 통해 최종적인 건물이나 주택까지 연결시켜 상수원으로부터의 원수를 원활히 공급 또는 배수 받고 있다.
센서(300)는 다양한 물리적 성질을 측정하기 위한 것으로 그 특징에 맞게 개발되어 사용되고 있고, 새로운 기능의 센서들이 꾸준히 연구 개발되고 있다. 현재 실제 상용화되고 있는 대표적인 센서류 들을 예로 들면, 온도센서, 습도센서, 초음파 센서, 적외선 센서, 바이오 센서, 이미지 센서 등이 있다. 그러나 본 발명에서는 나열된 센서들로만 한정하는 것은 아니며 더 다양한 센서들이 사용될 수 있다. 참고로 나열된 센서들의 특징을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
온도센서는 온도의 변화에 응답하는 센서로 온도변화를 감지하여 온도관리를 자동화하는데 이용된다. 온도센서란 열을 감지하여 전기신호를 내는 센서로 일반적으로 접촉식과 비접촉식으로 나누어진다. 접촉식은 실제 측정대상에 직접 접촉시켜서 온도값을 측정하는 방식이며, 비접촉식은 물체로부터 방사되는 열선을 측정하는 방법이다. 온도센서는 온도가 높아지면 저항 값이 감소하는 부저항온도계수의 특성이 있는 전자회로용 소자로, 열용량이 작아서 미세한 온도변화에도 급격한 저항 변화가 생기므로 온도 제어용 센서로 많이 이용된다.
습도센서는 공기 속의 수증기 양을 측정하는 센서이다. 대기 중의 습도를 검출하기 위한 화학센서의 일종으로서 주로 공기 중의 화학반응에 의한 색 변화, 이온량 변화 등으로 검출하는 센서이다.
초음파 센서는 초음파의 특징을 이용하거나 초음파를 발생시켜 거리나 두께 움직임 등을 검출하는 센서로 초음파 용접기, 세척기, 플라스틱 본딩, 가공 등에 이용되는 고음압용과 생산제어, 비파괴 검사, 침입 검사, 물성 측정, 의료진단, 지연 선로, 신호 처리 등에 활용되는 저음압용이 있다. 로봇이나 u-센서에서 물체를 지각하고 거리를 측정하는데 이용되는 초음파 센서로의 음의 방생과 검출을 겸하는 것으로 특정한 결정구조를 갖는 압전 소자와 고전압 펄스를 인가할 경우 정전 인력에 의해 진동이 발생하는 정전효과 방식이 있다. 즉 초음파 센서는 공기 중의 소리를 감지하는 센서로 보통 초음파 센서에서 발사된 초음파 펄스가 피 측정물의 표면에서 반사되어 다시 초음파 센서로 되돌아 올 때까지의 시간을 측정하여 이를 기준으로 분석하여 필요한 정보를 얻는 방법을 사용한다.
가속도 센서는 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서이다.가속도 센서는 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 감지하여 관성력, 전기변형, 자이로의 응용관리 등을 이용한 것으로 자동차나 항공기, 공장 자동화, 휴대폰과 로보틱스 등 첨단 제품에 사용되는 핵심기술 중의 하나이다. 움직이는 물체의 가속도나 방향을 측정할 수 있는 점 때문에 로봇이 자신의 위치나 동작을 인식하는데 주로 쓰이며 모바일 기기 등에도 수요가 급증하고 있다.
적외선 센서는 적외선을 이용하여 온도, 압력, 방사선의 세기 등의 물리량과 화학량을 감지, 신호처리가 가능한 전기로 변환하는 장치로 기계가 적외선을 발산하여 차단하는 것을 감지하는 것과 주변의 적외선을 검출하는 것이 있는데 주로 방범이나 화재감지 등에 사용된다. 흔히 사용되는 인체감지 센서는 인체가 방출하는 적외선 파장을 검출하는 초전적외선 센서를 이용하는데 감지한 적외선을 열로 바꾸어 검출하므로 인체감지 시에는 특정 파장의 대역만 통과하는 필터를 사용한다.
바이오센서는 생물을 가지고 있는 기능을 이용하여 물질의 성질 등을 조사하는 장치이다. 측정 대상물로부터 정보를 얻을 때 생물학적인 요소를 이용하거나 또는 생화학 반응에 의한 색 형광 전기적 신호 등과 같이 인식 가능한 유용한 신호로 변화시켜주는 화학센서의 일종이다.
마지막으로 이미지 센서는 피사체 정보를 감지하여 전기적인 영상신호로 변환하는 장치 또는 전자부품으로 촬상관과 고체이미지센서로 크게 나눌 수 있다.
이와 같이 상용화 되어 시판되고 있는 센서(300)는 그 종류가 수없이 많으며 센서들의 출력은 크게 디지털 데이터, 아날로그 데이터, 프리-캘리브레이티드 디지털 데이터로 나눌 수 있다.
상하수도 관로누수 감시 IoT 장치(200)는 개별 단위로 센싱한 사물정보, 상태정보, 사용자 활동 정보를 유무선 통신을 통해 센서(300)들로부터 센싱되어 이 센싱된 데이터를 실시간으로 수집 및 처리하여 통신망을 이용하여 실시간으로 서버(도시되지 않음)의 상위 플랫폼인 상하수도 관로누수 감시 서버로 전달한다.
상하수도 관로누수 감시 IoT 장치(200)는 다양한 센서를 포함할 수 있으며, 이 센서들에 의하여 개별 단위로 센싱한 사물정보, 상태정보, 사용자 활동 정보를 유무선 통신으로 상하수도 관로(100) 곳곳의 상태들을 센싱하고, 이 센싱된 상태 데이터에 의하여 지중관로(100)의 누수유무가 확인될 수 있도록 한다. 또한 이 센싱된 데이터를 상하수도 관로누수 감시서버 및 사용자 단말기에 무선 네트워크를 이용하여 제공하는데, 이때 무선 네트워크는 LoRa 기술을 이용하거나 근거리 통신을 이용할 수 있다. LoRa는 IoT에 특화된 저전력, 저비용, 낮은 전송속도를 가지는 장거리 통신에 유리하며 기기간 동기를 맞출 필요가 없고, 채널에 대한 모니터링이 필요 없다. 또한 민간성(Sensitivity)이 높아서 노이즈(Noise)에 강하고, 10Km의 넓은 범위를 갖으며 전력소모가 적어 원격검침 및 화재 알림 등에 응용될 수 있다. 근거리 통신(Short range Communtion)은 블루투스, RFID, 적외선 통신, 지그비, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi, Wi-Fi 다이렉트, Wireless USB 기술 중 적어도 하나를 이용하여 근거리 통신을 지원할 수 있다.
도시되지 않았지만 상하수도 관로누수 감시 서버는 상하수도 관로누수 감시 IoT 장치(200)와 네트워크가 형성되며, 상하수도 관로누수 감시 IoT 장치의 GIS(지리정보시스템)에 기반을 둔 위치 정보를 저장하고 있다.
상하수도 관로누수 감시 IoT 장치(200)와 페어링되는 사용자 단말기는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북(laptop comuter), 디지털 방송용 단말기, PDA, PMP, 슬레이트 PC, 태블릿 PC, 울트라북, 웨어러블 디바이스, 글래스형 단말기 등이 포함될 수 있으며, 어플리케이션 설치가 가능하고, 설치된 어플리케이션에 의하여 상하수도 관로(100)의 상태를 확인 할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 상하수도 관로누수 감시를 위한 IoT 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 참고로 도 2에 도시된 상하수도 관로누수 감시를 위한 IoT 장치는 다양한 종류의 센서와 연결되어 데이터를 수집하고 시리얼 통신 포트인 RS232, RS485, 12C, SPI 등도 연결되어 데이터 송수신이 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 상하수도 관로누수 감시를 위한 IoT 장치는 데이터 통신이 이루어지는 무선 통신부(210)와, 지중관로에 누수감시을 위한 상태 데이터를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서부(220)와, 지중관로의 누수감시가 가능할 수 있도록 센서 데이터의 종류와 조건이 적어도 하나 이상의 모듈화 된 로직으로 구성되는 메모리(270)와, 메모리(270)에 포함된 적어도 하나 이상의 모듈화 된 로직에 의하여 상하수도 관로누수가 감시 되도록 제어하는 제어부(250)와, 적어도 하나 이상의 센서와 결합되는 입/출력 커넥터(230)와, 입/출력 커넥터에 결합된 적어도 하나 이상의 센서로부터 데이터를 입력받아 이 입력받은 데이터가 출력되도록 하는 통로로서 회로적으로 결선된 인터페이스부(240)를 포함한다.
센서부(220)는 다양한 종류의 센서가 구비될 수 있으며, 유무선 네트워크를 통해 연결될 수 있으며 시리얼 통신인 RS232, RS485, 12C, SPI 등도 포함할 수 있으며, 다양한 물리적 성질을 측정하기 위한 것으로 그 특징에 맞게 개발되어 사용되고 있고, 새로운 기능의 센서들이 꾸준히 연구 개발되고 있다. 현재 실제 상용화되고 있는 대표적인 센서류 들을 예로 들면, 온도센서, 습도센서, 초음파 센서, 적외선 센서, 바이오 센서, 이미지 센서 등이 있다. 그러나 본 발명에서는 나열된 센서들로만 한정하는 것은 아니며 더 다양한 센서들이 사용될 수 있다.
이와 같이 상용화 되어 시판되고 있는 센서는 그 종류가 수없이 많으며 센서들의 출력은 크게 디지털 데이터, 아날로그 데이터, 프리-캘리브레이티드 디지털 데이터로 나눌 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 사용되는 센서부(220)의 센서는 온습도센서(221)와 소음센서(222)를 이용하여 누수여부를 확인할 수 있다.
무선 통신부(210)는 네트워크를 통한 데이터 통신이 가능하며 LoRa, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여 무선 통신을 지원할 수 있도록 하며 저전력 환경에 적합하도록 한다.
입/출력 커넥터(230)는 센서부(220) 및 시리얼 통신(도시되지 않음) 그리고 외부기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 입/출력 커넥터(230)는 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output), 이어폰 포트 중 적어도 하나를 포함 할 수 있다.
인터페이스부(240)는 센서로부터 데이터를 처리하기 위한 제어부(250)와 입/출력 커넥터(230) 간의 통로이다. 여기서 인터페이스부(240)는 회로적으로 결선되어 있다. 즉 입/출력 커넥터(230)로부터 입력되는 센서 데이터의 종류에 따라 저항의 삽입 유무를 결정하는데 인터페이스부(240)의 회로에 0옴의 저항(R)을 추가하여 결선시키고 제품화 과정에서 불필요한 결선의 경우 0옴을 저항(R)을 제거하여 하드웨어 손상 없이 손쉽게 회로적으로 단락시킬 수 있도록 하며, 도 3에 회로적으로 도시하였다.
도 4는 본 발명에 따른 상하수도 관로누수 감시를 위한 IoT 장치 중 인터페이스부(240)를 상세히 나타낸 도면으로, 인터페이스부(240)는 필터(241a, 241b)를 포함한다. 여기서 인터페이스부(240)는 아날로그 센서, 디지털 센서, 시리얼 커뮤니케이션 등 다양한 소스를 받아들일 수 있어야 하며, 센서의 아날로그 데이터 입력을 위하여 저역 통과형 필터(Low pass filter)와 증폭기(Amplifier)를 필터(241a, 241b)위치시켜 입/출력 커넥터의 어떠한 포트를 이용해서라도 아날로그 데이터 출력 센서를 사용할 수 있도록 한다.
메모리(270)는 상하수도 관로누수 감시를 위한 IoT 장치(200)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 상하수도 관로누수 감시를 위한 IoT 장치(200)에서 구동되는 다수의 어플리케이션 프로그램, 상하수도 관로누수 감시를 위한 IoT 장치(200)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 어플리케이션 프로그램 중 적어도 일부는 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있으며, 본 발명에서는 상하수도 관로누수 감시 모듈(271)을 포함한다. 이와 같이 어플리케이션 프로그램은 메모리(160)에 저장되고, 제어부(250)에 의하여 상하수도 관로누수 감시 IoT 장치(100)의 동작이 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(250)는 어플리케이션 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 상하수도 관로누수 감시를 위한 IoT 장치(200)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(250)는 위에서 살펴본 구성요소를 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(270)에 저장된 어플리케이션 프로그램을 구동한다. 제어부(250)는 인터페이스부(240)에서 수집된 값을 토대로 각 조건에 따라 이상유무를 판단하고 외부로 데이터를 전송하고 센서부(220) 종류와 조건값에 따라 결과를 내보내는 로직을 모듈화하여 펌웨어 개발을 손쉽게 한다. 예를 들면 다음의 [표 1]은 로직을 설명하기 위한 테이블이고 [식 1]은 판단식을 나타낸 것으로, 각각의 센서(아날로그 센서 #1, 아날로그 센서 #2, 디지털 센서 #1)와 조건에 값(C1, C2, C3)에 따른 결과를 [식 1]에 의하여 산출하는 것이다.
| 센서 종류 | 센서 값 | 조건 값 |
| 아날로그 센서 #1 | A1 | C1 |
| 아날로그 센서 #2 | A2 | C2 |
| 디지털 센서 #1 | D1 | C3 |
[식 1]
(A1 > C1)&& (A2 < = C2)&& (D1= = C3)일 경우
즉, 별도의 펌웨어 개발을 필요로 하지 않으며, 각 모듈에 필요한 조건과 최종조건(판단식)만 입력하면 결과값이 산출된다.
도 5는 본 발명에 따른 상하수도 관로누수 감시 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 제1 준비단계로 인터페이스부(240)를 회로적으로 결선시킨다(S100).
인터페이스부(240)는 센서가 결합되는 입/출력 커텍터(230)와, 이 입출력 커넥터(230)를 통하여 입력되는 센서의 데이터를 처리하는 제어부(250) 사이에 연결되며, 인터페이스부(240)의 회로에 0옴의 저항을 추가하여 회로적으로 결선시킨다. 여기서 인터페이스부(240)는 아날로그 센서, 디지털 센서, 시리얼 커뮤니케이션 등 다양한 소스를 받아들일 수 있어야 하며, 센서의 아날로그 데이터 입력을 위하여 저역 통과형 필터(Low pass filter)와 증폭기(Amplifier)를 위치시켜 입/출력 커넥터의 어떠한 포트를 이용해서라도 아날로그 데이터 출력 센서를 사용할 수 있도록 한다.
그리고 제1 준비단계(S100) 이후, 불필요한 결선의 경우 0옴의 저항을 제거하여 인터페이스부(240) 회로를 단락시킨다(S110). 적어도 하나 이상의 센서가 입/출력 커넥터(230)의 임의의 위치에 결합되면 적어도 하나 이상의 센서가 결합되지 않은 입/출력 커넥터(120)와 연결되는 인터페이스부(240) 회로는 단락시키는 것이다.
그리고 제2 준비단계(S110) 이후, 상기 인터페이스부(240) 회로로 출력되는 적어도 하나 이상의 센서 데이터 종류와 조건에 따른 모듈화된 로직에 의하여 결과를 처리하여 산출한다(S120).
여기서 도 6은 본 발명에 따른 상하수도 관로누수 감시를 위한 실시예로서의 센서 측정값을 나타낸 그래프로, 온습도센서의 데이터와 소음센서의 데이터를 활용하여 누수 감지가 가능하다. 상하수도 관로의 누수의 경우 센서 측정 예시에 10일과 11일 사이에서 습도와 소음 측정값이 유의미한 변화가 관측되며, 온도는 미세하게 증가하는 패턴을 확인할 수 있으며, 온도, 습도, 소음 값을 비교하여 누수의 패턴을 판단할 수 있다. 다음의 [표 2]는 상하수도 관로누수 로직을 설명하기 위한 테이블이고 로직은 다음과 같다.
| 측정일 | 온도 | 습도 | 소음 |
| 1 | T1 | H1 | S1 |
| 2 | T2 | H2 | S2 |
● T2-T1>1 && H2-H1>10 && S2-S1>10 →누수
● T2-T1>1 && H2-H1>10 && S2-S1<10 →비 또는 외부 환경 원인
● H2-H1<10 && S2-S1>10 →외부 환경 원인(공사, 차량진동)
이후, 모듈화된 로직에 의하여 결과가 처리되고 산출되면(S120), 무선 통신부(210)인 LoRa 망을 이용하여 충전소 상태 확인 서버(300)에 산출된 데이터를 전송한다(S130).
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 지중관로
200: 상하수도 관로누수 감시 IoT 장치
210: 무선 통신부 220: 센서부
221: 온습도센서 222: 소음센서
230: 입/출력 커넥터 240: 인터페이스부
250: 제어부 270: 메모리
271: 상하수도 관로누수 감시 모듈
300: 센서
200: 상하수도 관로누수 감시 IoT 장치
210: 무선 통신부 220: 센서부
221: 온습도센서 222: 소음센서
230: 입/출력 커넥터 240: 인터페이스부
250: 제어부 270: 메모리
271: 상하수도 관로누수 감시 모듈
300: 센서
Claims (9)
- 지중에 매설된 상하수도 관로의 누수를 감시하는 장치로서,
데이터 통신이 이루어지는 무선 통신부;
상하수도 관로의 상태를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부;
상기 센서부의 센싱을 통한 데이터 종류와 조건이 모듈화된 로직으로 적어도 하나 이상을 포함하는 메모리; 및
상기 메모리에 포함된 적어도 하나 이상의 모듈화 된 로직에 의하여 상기 상하수도 관로의 누수 상태를 처리하는 제어부;
를 포함하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치는
상기 센서부에 포함되는 적어도 하나 이상의 센서와 결합되는 입/출력 커넥터; 및
상기 입/출력 커넥터에 결합된 적어도 하나 이상의 센서로부터 데이터를 입력받아 출력하는 통로로서 회로적으로 결선된 인터페이스부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 무선 통신부는 LoRa 통신을 이용하는 것
을 특징으로 하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 센서부의 센서는 온습도 센서, 소음 센서 중 적어도 하나 이상인 것
을 특징으로 하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 센서부의 출력은 디지털 데이터, 아날로그 데이터, 프리-캘리브레이티드 디지털 데이터 중 적어도 하나 이상인 것
을 특징으로 하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 인터페이스부의 회로적 결선은 0옴의 저항(R)을 추가하는 것으로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치. - 청구항 1에 기재된 IoT 장치로부터 상하수도의 관로누수 감시를 위한 방법에 있어서,
입/출력 커넥터와 제어부 사이에 연결되는 인터페이스부를 회로적으로 결선시키는 제1 준비단계;
적어도 하나 이상의 센서가 상기 입/출력 커넥터의 임의의 위치에 결합되면 상기 적어도 하나 이상의 센서가 결합되지 않은 상기 입/출력 커넥터와 연결되는 인터페이스 회로는 단락시키는 제2 준비단계; 및
상기 제2 준비단계 이후, 상기 인터페이스 회로로 출력되는 상기 적어도 하나 이상의 센서 데이터 종류와 조건에 따른 모듈화된 로직에 의하여 결과를 처리하여 산출하는 단계
를 포함하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 준비단계의 회로적 결선은 0옴의 저항을 추가하는 것
을 특징으로 하는 상하수도의 관로누수 감시를 위한 방법. - 청구항 1에 기재된 상하수도의 관로누수 감시를 위한 IoT 장치를 이용하여 상하수도 관로의 누수상태를 제공하는 상하수도 관로누수 감시를 위한 운영 시스템.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment |