KR20200011282A - 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템 - Google Patents

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KR20200011282A
KR20200011282A KR1020180086159A KR20180086159A KR20200011282A KR 20200011282 A KR20200011282 A KR 20200011282A KR 1020180086159 A KR1020180086159 A KR 1020180086159A KR 20180086159 A KR20180086159 A KR 20180086159A KR 20200011282 A KR20200011282 A KR 20200011282A
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문조영
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(주)조이엠
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Abstract

본 발명은 근해 수산업의 안전관리를 위한 스마트 부표에 관한 것으로, 태양광을 통해 자가발전이 가능한 해상부표에 GPS 장치, 선박 근접인식을 위한 거리센서, 기울기 보정센서. 경광장치를 부착하여 부표의 위치를 추적할 수 있고, 선박 근접 시 경고를 발생시켜 선박의 충돌위험을 방지하고, 부표의 분실 방지 및 회수가 용이하도록 하고, 수온 발생 변화를 관리자의 스마트 기기로 전송하여 양식장에 양식중인 양식물을 효율적으로 관리할 수 있는 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템에 관한 것이다.

Description

지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템{Intelligent self-developed marine smart buoy system}
본 발명은 스마트 부표 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연근해 수산업의 안전관리를 위한 스마트 부표에 관한 것으로, 태양광을 통해 자가발전이 가능한 해상부표에 GPS 장치, 선박 근접인식을 위한 거리센서, 기울기 보정센서. 경광장치를 부착하여 부표의 위치를 추적할 수 있고, 선박 근접 시 경고를 발생시키며, 수온상태 등을 측정하여 선박의 충돌위험이나, 부표의 분실 및 수온 발생 변화를 관리자의 스마트 기기로 전송하여 관리할 수 있는 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 부표(또는 부자, 부이, 부구 등으로 칭함)는 수면에 띄운 부체(浮體)다 부표는 암초, 침몰선 등의 항해상의 위험물의 존재를 경고하기 위해 사용되고, 어구(漁具)나 닻 등 물속에 있는 물체의 위치를 나타내기 위해 사용되며, 일정 범위에 어류, 폐류 및 조류 등을 양식하기 위해 설치된 그물을 고정시키기 위해 사용된다.
부표는 바다에 뜰 수 있도록 부력을 가지고 있으며, 이를 매달달 수 있는 기구에 의해 해저의 바닥 또는 위치가 고정될 수 있는 중량물에 고정된다 부표를 매달 수 있는 기구는 체인, 와이어 등이 사용된다. 또한, 부표는 식별이 가능하도록 용도에 따라 깃발이 설치될 수 있다.
이러한 일반적인 부표는 합성수지를 발포 성형한 발포 수지재로 제작될 수 있다 발포 수지재는 합성수지의 발포 시에 유입된 기체로 인해 공극이 형성된다. 이러한 공극이 형성된 발포 수지는 물에 뜰 수 있는 부력을 가지고 있다.
이러한 발포 수지는 내부의 공극에 의해 부력을 가지고 있어 공기가 저장되는 공간이 필요 없다. 또한 발포 수지가 일부 파손되어도 남은 부분에서 부력이 발생됨에 따라 물속으로 매몰되지 않는 장점이 있다.
그러나, 발포 수지는 공극이 내부에 형성되어 있어 강도가 약하다 즉 조류, 파도, 작업선 등에 의한 외부 충격이 발포 수지에 가해질 경우 발포 수지의 공극 사이에서 충격이 전달되어 쉽게 부서지며, 햇빛에 의해 열화현상과 해풍, 염분 등에 의한 탈색 및 균열 등에 의해서 파손된다 따라서 강도가 약한 발포 수지를 이용한 부구는 자주 교체해야되는 단점을 갖게 된다.
부표는 철재를 사용하여 만들 수도 있다. 철재는 녹이 발생하거나 부식이 되기 때문에 해양과 같은 부식환경에서는 주기적으로 유지보수를 해야 하기 때문에 유지관리 비용이 증가하는 문제점이 발생한다.
부표는 야간에도 선박들에게 위치를 파악해줄 수 있도록 발광장치를 구비하는 것이 바람직하지만, 전술한 부표들은 이러한 발광장치에 대해서 기재하고 있지 못하다.
이에 대해서, 한국등록특허 제10-0416923호에서는 파력을 이용한 자가발전 수단을 구비한 표식수단을 개시한 바 있다. 한국등록특허 제10-0416923호에 개시된 파력을 이용한 자가발전 수단을 구비한 표식수단은 파고의 높고 낮음에 의해 수중에 위치한 이송 부재가 상하 방향으로 운동하는 과정을 통해 발전기를 구동시켜서 전력을 생산하는 기술을 개시하고 있다. 그러나 파고가 높고 낮을 때는 기상상태가 좋지 않은 상태이며, 이렇게 기상상태가 좋지 않은 날은 기상상태가 좋은 날에 비하여 상대적으로 적기 때문에 충분한 전력을 생산하기에 어려운 문제점이 있었다.
특허문헌 1 : 등록특허 10-1382602호(무선식별태그가 장착된 부표 및 무선식별태그가 장착된 부표를 이용한 수산물 관리 시스템) 특허문헌 2 : 공개특허 10-2017-0098572호(해상에 포설된 어구 모니터링 시스템, ＩＯＴ 부표, ＩＯＴ 마스터 부표, ＩＯＴ 게이트웨이 부표)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연근해 수산업의 안전관리를 위한 스마트 부표에 관한 것으로, 태양광을 통해 자가발전이 가능한 해상부표에 GPS 장치, 선박 근접인식을 위한 거리센서, 기울기 보정센서. 경광장치를 부착하여 부표의 위치를 추적할 수 있고, 선박 근접 시 경고를 발생시켜 선박의 충돌위험을 방지하고, 부표의 분실 방지 및 회수가 용이하도록 하고, 수온 발생 변화를 관리자의 스마트 기기로 전송하여 양식장에 양식중인 양식물을 효율적으로 관리할 수 있는 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양광을 전기에너지로 전환하며, 스마트 부표의 상층부에 형성되는 다수의 태양광셀(10); 상기 태양광셀(10)에서 전환된 전기에너지를 저장하며, 양식장의 물과의 접속을 방지하기 위하여 상기 스마트부표의 내부에 형성되는 배터리(20); 상기 스마트 부표의 기울기를 감지하는 기울기센서(30); 상기 스마트 부표들이 설치되는 김양식장이나 가두리 양식장에 접근하는 선박들의 거리를 감지하는 거리센서(40); 스마트 부표의 하부면에서 수직한 방향의 양식장내부로 위치되어 양식장의 수온을 센싱하는 수온센서(50); 상기 스마트부표의 현재위치를 수신받는 GPS 모듈(60); 스마트부표에서 발생되는 데이터를 외부의 로라망(Low Power Wide-Area, LPWA)으로 전송하는 로라 통신모듈(70); 경광등(90)에 대하여 미리 설정된 시간 단위로 발광되도록 하며, 상기 거리센서(40)의 거리측정결과에 따라 선박의 접근이 미리 설정된 범위 이내에서 검출되는 경우 발광출력을 높이거나, 주기를 빠르게 설정하는 LED 드라이버(80); 고휘도 LED로 상기 스마트부표의 외주면을 둘러싸도록 복수개 형성되는 경광등(90); 상기 태양광셀(10)의 태양광을 광전변환하는 전원관리 회로(100); 상기 배터리(20)의 충방전을 제어하는 충전회로(110); 및 상기 전원관리회로(100)에 전기적으로 연결된 제1아날로그/디지털 컨버터(ADC)(121)를 통해 스마트 부표의 에너지 모니터링을 수행하고, 상기 충전회로(110)에 전기적으로 연결된 디지털/아날로그 컨버터 및 펄스폭 변조기(DAC/PWM)(122)를 통해 배터리 관리를 수행하며, I2C/SPI 통신부(123)를 통해 상기 기울기 센서(30)와 거리센서(40)로부터 스마트부표의 기울기와 거리를 센싱하여 부표안정을 검출하고, 제2아날로그/디지털 컨버터(124)를 통해서는 상기 수온센서(50)로부터 양식장의 수온을 검출하는 제어부(MCU)(120);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템을 제공한다.
여기서, 거리센서(40)는 동서, 서남, 남북, 북동에서 접근하는 선박을 감지하기 위하여 하나의 스마트 부표의 외주면에 2개 이상 구비됨을 특징으로 한다.
그리고 스마트부표는 자신의 현재 위치를 수신하여 로라 게이트웨이(200)로 전송하고, 상기 로라 게이트웨이(200)는 이를 해당 스마트부표를 관리하는 로라 서버(300)로 전송하며, 상기 로라 서버(300)는 상기 스마트부표의 상태정보와 선박(400) 접근정보를 종합하여 양식장 관리자의 스마트폰(500)으로 스마트부표의 식별정보와 위치정보 및 상태(status)를 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 태양광을 통해 자가발전이 가능하므로 주기적으로 부표의 배터리를 교환하거나 하는 불편함을 해소할 수 있다.
둘째, GPS 장치와, 선박 근접인식을 위한 거리센서, 기울기 보정센서, 경광장치를 부착하여 부표의 위치를 추적할 수 있어 부표의 분실을 방지함은 물론 부표에 선박근접 시 선박과의 충돌 방지를 위한 경고를 발생시킬 수 있다.
셋째, 수온상태 등을 측정하여 수온 발생 변화를 관리자의 스마트 기기로 전송하여 양식장의 생태 환경을 효율적으로 관리할 수 있다.
넷째, 양식장에 근접 또는 접근한 물체에 대하여 관리자의 스마트 기기로 근접 또는 접근을 알리므로 양식장에 접근한 선박에 대하여 관리자가 확인하여 양식물의 도난을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템의 스마트 부표의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템을 이용한 등부표 상태 알림의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템의 설치 위치의 실시예를 설명하기 위한 사진이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 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.
도 1은 본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템의 스마트 부표의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템 및 스마트 부표는 도 1 내지 도 6에 나타낸 바와 같은데, 우선 전체적인 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 복수개로 구성되는 태양광셀(10), 배터리(20), 기울기센서(30), 거리센서(40), 수온센서(50), GPS 모듈(60), 로라 통신모듈(70), LED 드라이버(80), 경광등(90)과, 전원관리 회로(100), 충전회로(110) 및 제어부(MCU)(120)로 구성되고, 제어부(MCU)(120)는 제1아날로그/디지털 컨버터(ADC)(121), 디지털/아날로그 컨버터 및 펄스폭 변조기(DAC/PWM)(122), I2C/SPI 통신부(123), 제2아날로그/디지털 컨버터(124), 범용 비동기화 송수신기(UART)(125), SPI/I2C 통신부(126), 펄스폭 변조 및 디지털 아날로그 컨버터(127) 및 시스템 관리부(128)로 구성된다.
여기서 태양광셀(10)은 복수개로 구성되어 태양광을 전기에너지로 전환한다. 이를 위하여 태양광셀(10)은 도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이 스마트부표의 상부면에 형성된다. 참고로 도 2는 스마트 부표의 전체적인 모양을 나타내는 사시도이고, 도 3과 도 4는 스마트 부표의 일측면도이며, 도 5은 스마트 부표의 평면도이고, 도 6은 스마트 부표의 내부에 배터리 설치 위치를 보여주는 단면도이다.
배터리(20)는 태양광셀(10)에서 전환된 전기에너지를 저장한다. 이때 배터리(20)는 물과의 접촉을 피하기 위하여 도 6과 같이 스마트부표 내부에 형성되는 것이 바람직하다.
기울기센서(30)는 스마트 부표의 기울기를 감지한다. 이러한 기울기 센서로는 기울기 보정 센서(가속도 (MEMS) 센서)를 이용할 수 있다.
거리센서(40)는 스마트 부표들이 설치되는 김양식장이나 가두리 양식장에 접근하는 선박들의 거리를 감지한다. 이를 위하여 거리센서(40)는 동서, 서남, 남북, 북동 등에서 접근하는 선박을 감지하기 위하여 하나의 스마트 부표에 2개 이상 구비될 수 있다. 이는 첨부된 도 8 및 도 9를 통해 보면, 김양식장이나 가두리 양식장의 경우 관리를 위하여 일반적으로 4각형 형태로 양식장을 구성하므로 하나의 스마트 부표에서는 양식장의 외부방향으로부터의 접근을 감지하면 되기 때문이다. 물론 스마트 부표에 동서남북 4개의 거리센서를 장착 후 실제 양식장에 설치할 때 설치방향에 따라 양식장 외부로 노출되는 방향의 거리 센서만 동작되도록 설정할 수도 있다. 이러한 거리센서(40)로는 레이저 센서를 이용할 수 있다. 거리를 특별히 한정할 필요는 없지만 레이저 거리는 최대 50m인 것을 이용할 수 있다.
수온센서(50)는 양식장의 수온을 센싱하기 위한 것으로, 스마트 부표의 하부면에서 양식장내부로 위치되어 양식장의 수온을 센싱한다.
GPS 모듈(60)은 스마트부표의 현재위치를 수신받는다.
로라 통신모듈(70)은 스마트부표에서 발생되는 데이터를 외부의 로라망LoRa(Low Power Wide-Area, LPWA)으로 전송한다.
LED 드라이버(80)는 경광등(90)에 대하여 미리 설정된 시간 단위로 발광되도록 하며, 거리센서(40)의 거리측정결과에 따라 선박의 접근이 미리 설정된 범위 이내에서 검출되는 경우 발광출력을 높이거나, 주기를 빠르게 설정할 수 있다.
경광등(90)은 LED 드라이버(80)에 의해 구동되는 것으로, 고휘도 LED로 스마트부표의 외주면을 둘러싸도록 복수개 형성될 수 있다.
전원관리 회로(100)는 태양광셀(10)의 태양광을 광전변환한다.
충전회로(110)는 배터리(20)의 충방전을 제어한다.
제어부(MCU)(120)는 스마트부표 시스템을 관리하는데, 제1아날로그/디지털 컨버터(ADC)(121), 디지털/아날로그 컨버터 및 펄스폭 변조기(DAC/PWM)(122), I2C/SPI 통신부(123), 제2아날로그/디지털 컨버터(124), 범용 비동기화 송수신기(UART)(125), SPI/I2C 통신부(126), 펄스폭 변조 및 디지털 아날로그 컨버터(127) 및 시스템 관리부(128)로 구성된다.
시스템 관리부(128)는 전원관리회로(100)에 전기적으로 연결된 제1아날로그/디지털 컨버터(ADC)(121)를 통해 스마트 부표의 에너지 모니터링을 수행하고, 충전회로(110)에 전기적으로 연결된 디지털/아날로그 컨버터 및 펄스폭 변조기(DAC/PWM)(122)를 통해 배터리 관리를 수행하며, I2C/SPI 통신부(123)를 통해 기울기 센서(30)와 거리센서(40)로부터 스마트부표의 기울기와 거리를 센싱하여 부표안정을 검출하고, 제2아날로그/디지털 컨버터(124)를 통해서는 수온센서(50)로부터 양식장의 수온을 검출한다. 그리고 검출된 수온은 관리자 스마트폰으로 전송한다. 또한 거리센서(40)의 거리측정결과에 따라 선박(물체)의 접근이 미리 설정된 범위 이내에서 검출되는 경우 발광출력을 높이거나, 주기를 빠르게 설정되는데, 이러한 경우에도 관리자의 스마트폰으로 전송하여, 관리자가 양식장의 양식물을 보호하도록 할 수 있다.
범용 비동기화 송수신부(125)를 통해서는 GPS 모듈(60)로부터 현재 스마트부표의 위치정보 데이터를 수신하여 미리 설정된 주기로 관리자의 스마트폰으로 전송함으로써 스마트 부표의 정밀위치를 추적한다.
그리고 SPI/I2C 통신부(126)에 연결된 로라 통신 모듈(70)을 통해서는 스마트부표에서 발생되는 각종 데이터를 외부의 로라망으로 전송한다.
또한 펄스폭 변조 및 디지털 아날로그 컨버터(127)를 통해서는 경광등(90)의 동작을 제어하여 스마트 부표에 접근하는 외부의 선박에 대하여 스마트 부표와의 충돌 위험 등을 알려 스마트 부표는 물론 선박을 보호하도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템을 이용한 등부표 상태 알림의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템을 이용한 등부표 상태 알림의 실시예는 도 2에 나타낸 바와 같은데, 스마트부표(등부표 1 내지 등부표 n)에서 자신의 현재 위치를 수신하여 로라 게이트웨이(200)로 전송하고, 로라 게이트웨이(200)는 이를 해당 스마트부표를 관리하는 로라 서버(300)에서는 등부표의 상태정보와 선박(400) 접근정보를 종합하여 양식장 관리자의 스마트폰(500)으로 등부표의 식별정보와 위치정보 및 상태(status)를 전송한다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템의 설치 위치의 실시예를 설명하기 위한 사진이다.
본 발명에 따른 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템의 설치 위치의 실시예는 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같은데, 도 8은 김양식장 설치 예상 위치를 붉은 색 원으로 나타내고 있고, 가두리 양식장에서의 설치 예상 위치를 도 9에서 붉은 색 원으로 나타내고 있다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 태양광셀 20 : 배터리
30 : 기울기센서 40 : 거리센서
50 : 수온센서 60 : GPS 모듈
70 : 로라 통신모듈 80 : LED 드라이버
90 : 경광등 100 : 전원관리 회로
110 : 충전회로 120 : 제어부

Claims (3)

  1. 태양광을 전기에너지로 전환하며, 스마트 부표의 상층부에 형성되는 다수의 태양광셀(10);
    상기 태양광셀(10)에서 전환된 전기에너지를 저장하며, 양식장의 물과의 접속을 방지하기 위하여 상기 스마트부표의 내부에 형성되는 배터리(20);
    상기 스마트 부표의 기울기를 감지하는 기울기센서(30);
    상기 스마트 부표들이 설치되는 김양식장이나 가두리 양식장에 접근하는 선박들의 거리를 감지하는 거리센서(40);
    스마트 부표의 하부면에서 수직한 방향의 양식장내부로 위치되어 양식장의 수온을 센싱하는 수온센서(50);
    상기 스마트부표의 현재위치를 수신받는 GPS 모듈(60);
    스마트부표에서 발생되는 데이터를 외부의 로라망LoRa(Low Power Wide-Area, LPWA)으로 전송하는 로라 통신모듈(70);
    경광등(90)에 대하여 미리 설정된 시간 단위로 발광되도록 하며, 상기 거리센서(40)의 거리측정결과에 따라 선박의 접근이 미리 설정된 범위 이내에서 검출되는 경우 발광출력을 높이거나, 주기를 빠르게 설정하는 LED 드라이버(80);
    고휘도 LED로 상기 스마트부표의 외주면을 둘러싸도록 복수개 형성되는 경광등(90);
    상기 태양광셀(10)의 태양광을 광전변환하는 전원관리 회로(100);
    상기 배터리(20)의 충방전을 제어하는 충전회로(110); 및
    상기 전원관리회로(100)에 전기적으로 연결된 제1아날로그/디지털 컨버터(ADC)(121)를 통해 스마트 부표의 에너지 모니터링을 수행하고, 상기 충전회로(110)에 전기적으로 연결된 디지털/아날로그 컨버터 및 펄스폭 변조기(DAC/PWM)(122)를 통해 배터리 관리를 수행하며, I2C/SPI 통신부(123)를 통해 상기 기울기 센서(30)와 거리센서(40)로부터 스마트부표의 기울기와 거리를 센싱하여 부표안정을 검출하고, 제2아날로그/디지털 컨버터(124)를 통해서는 상기 수온센서(50)로부터 양식장의 수온을 검출하는 제어부(MCU)(120);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 거리센서(40)는 동서, 서남, 남북, 북동에서 접근하는 선박을 감지하기 위하여 하나의 스마트 부표의 외주면에 2개 이상 구비됨을 특징으로 하는 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스마트부표는 자신의 현재 위치를 수신하여 로라 게이트웨이(200)로 전송하고, 상기 로라 게이트웨이(200)는 이를 해당 스마트부표를 관리하는 로라 서버(300)로 전송하며, 상기 로라 서버(300)는 상기 스마트부표의 상태정보와 선박(400) 접근정보를 종합하여 양식장 관리자의 스마트폰(500)으로 스마트부표의 식별정보와 위치정보 및 상태(status)를 전송하는 것을 특징으로 하는 지능형 자가발전 해상 스마트 부표 시스템.
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