KR20200103285A - The portable wireless sensor system for realtime measuring water quality based on internet of things - Google Patents

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Abstract

A portable wireless sensor system for real-time water quality measurement based on IoT according to an embodiment of the present invention includes: an acidity measurement unit for measuring acidity (pH) of water to be measured; a turbidity measurement unit for measuring turbidity of water; a dissolved oxygen (DO) measurement unit for measuring DO of water; a water temperature measurement unit for measuring the temperature of water; a control unit for controlling the operation of the system; a power supply unit for supplying power to the system; a communication unit for data communication with the inside or outside of the system; and a housing in which the acidity measurement unit, turbidity measurement unit, DO measurement unit, water temperature measurement unit, control unit, power supply unit, and communication unit are accommodated, wherein the housing may be formed of a material capable of waterproofing, antifouling, and floating on water.

Description

IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템{THE PORTABLE WIRELESS SENSOR SYSTEM FOR REALTIME MEASURING WATER QUALITY BASED ON INTERNET OF THINGS}IoT-based portable wireless sensor system for real-time water quality measurement {THE PORTABLE WIRELESS SENSOR SYSTEM FOR REALTIME MEASURING WATER QUALITY BASED ON INTERNET OF THINGS}

본 발명은 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a portable wireless sensor system for real-time water quality measurement based on IoT.

수질 측정 시스템이란 우리의 일상생활 속에서 흔히 볼 수 있는 주변의 하천, 연못, 강 등 수자원에 대한 물의 상태를 측정하는 시스템을 일컫는다. 이러한 시스템은 수원 오염사고 취약지역 등에서 상시 감시, 수질 오염사고 조기 경보가 필요한 이유로 수질 자동 측정망을 설치하고 운영하고 있다. 국내에서는 환경부, 국립환경과학원, 한국환경공단 및 지방 환경청에서 수질 자동 측정망을 설치하고 운영하고 있다. The water quality measurement system refers to a system that measures the state of water for water resources such as nearby rivers, ponds, and rivers that are commonly found in our daily life. This system has installed and operated an automatic water quality measurement network for reasons that require constant monitoring and early warning of water pollution accidents in vulnerable areas of water pollution accidents. In Korea, automatic water quality measurement networks are installed and operated by the Ministry of Environment, National Institute of Environmental Sciences, Korea Environment Corporation, and local environmental agencies.

주요 수질 측정항목은 수온뿐만 아니라, 수소이온농도, 용존산소량, 탁도, 기타 다양한 항목이 있다. 수소이온농도는 물질의 산성, 알칼리성의 정도를 나타내는 수치를 나타내고, 탁도는 물의 흐림 정도를 수치로 계량화 한 것이다. The main water quality measurement items include not only water temperature, but also hydrogen ion concentration, dissolved oxygen content, turbidity, and various other items. The hydrogen ion concentration is a numerical value representing the degree of acidity and alkalinity of a substance, and the turbidity is a numerical measure of the degree of cloudiness of water.

산업화 등으로 인하여 수질오염이 빈번화, 가속화 되어 가고 있고, 이러하듯 주변의 하천, 연못, 강 등에서 실시간으로 수질을 측정하여 모니터링하기 위한 장치(시스템)의 필요성이 점차 높아지고 있다는 점에서 실시간 수질 측정을 위한 무선 시스템의 기술개발이 시급한 실정이다. Water pollution is becoming more frequent and accelerated due to industrialization, and the need for a device (system) to measure and monitor water quality in real time in nearby rivers, ponds, and rivers is increasing. There is an urgent need to develop a technology for wireless systems.

1. 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0070786호(공개일자: 2015.06.25)1. Korean Patent Application Publication No. 10-2015-0070786 (Publication date: 2015.06.25)

본 발명은 하천, 연못, 강 등에서 실시간으로 수질을 측정하여 모니터링하기 위한 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템을 제공하고자 한다. The present invention is to provide a portable wireless sensor system for real-time water quality measurement based on IoT for monitoring and measuring water quality in real time in rivers, ponds, and rivers.

본 발명의 일 실시예로써, IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템이 제공될 수 있다. As an embodiment of the present invention, a portable wireless sensor system for measuring IoT-based real-time water quality may be provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템은, 측정 대상 물(water)의 산도(pH) 측정을 위한 산도 측정부, 물의 탁도 측정을 위한 탁도 측정부, 물의 용존산소(DO) 측정을 위한 용존산소 측정부, 물의 온도 측정을 위한 수온 측정부, 시스템의 동작을 제어하기 위한 제어부, 시스템으로 전력을 공급하기 위한 전원부, 시스템의 내부 또는 외부와의 데이터 통신을 위한 통신부 및 산도 측정부, 탁도 측정부, 용존산소 측정부, 수온 측정부, 제어부, 전원부, 통신부가 수용되는 하우징을 포함하고, 하우징은 방수, 방오 및 물 위에 부유(floating) 가능한 재질로 형성될 수 있다. A portable wireless sensor system for real-time water quality measurement based on IoT according to an embodiment of the present invention includes an acidity measurement unit for measuring the acidity (pH) of water to be measured, a turbidity measurement unit for measuring turbidity of water, and water dissolution. Dissolved oxygen measurement unit for oxygen (DO) measurement, water temperature measurement unit for water temperature measurement, control unit for controlling the operation of the system, power supply unit for supplying power to the system, and data communication with the inside or outside of the system The communication unit and the acidity measurement unit, the turbidity measurement unit, the dissolved oxygen measurement unit, the water temperature measurement unit, the control unit, the power supply unit, the communication unit includes a housing, and the housing may be formed of a material capable of waterproofing, antifouling, and floating on water. have.

하우징에는 항온 및 항습을 위한 환기부가 더 포함되고, 전원부는 하우징의 상단면 외부로 노출된 적어도 하나의 태양 전지(solar cell)을 포함할 수 있다. The housing may further include a ventilation unit for constant temperature and humidity, and the power unit may include at least one solar cell exposed to the outside of the top surface of the housing.

또한, 산도 측정부, 탁도 측정부, 용존산소 측정부 및 수온 측정부는 물 속으로 삽입되어 각각의 측정을 수행하고, 산도 측정부에는 유리 전극과 비교 전극이 포함되며, 물에 의하여 유리 전극과 비교 전극 간 생성되는 전위차에 기초하여 산도가 측정되고, 탁도 측정부에서는 물 속으로 광을 쏜 후 물 속에서의 빛의 양을 수집하여 수집된 광량에 기초하여 탁도가 측정되며, 용존산소 측정부에는 양전극과 음전극 및 전극 사이에 배치된 격막이 포함되고, 격막을 통과한 물에 의하여 각각의 전극에서 산화, 환원 반응이 일어남에 따라 발생되는 전류값의 변화에 기초하여 용존산소(DO)량이 측정되고, 수온 측정부에는 온도의 변화에 따라 저항값이 달라지는 금속산화물 서미스터(thermistor)가 포함되고, 서미스터를 통한 출력값의 변화에 기초하여 수온이 측정될 수 있다. In addition, the acidity measurement unit, the turbidity measurement unit, the dissolved oxygen measurement unit, and the water temperature measurement unit are inserted into the water to perform each measurement, and the acidity measurement unit includes a glass electrode and a comparison electrode, and is compared with a glass electrode by water. The acidity is measured based on the potential difference generated between the electrodes, and the turbidity measurement unit collects the amount of light in the water after shooting light into the water and measures the turbidity based on the collected light amount. The positive electrode, the negative electrode, and a diaphragm disposed between the electrodes are included, and the amount of dissolved oxygen (DO) is measured based on the change in the current value generated as oxidation and reduction reactions occur in each electrode by water passing through the diaphragm. , The water temperature measuring unit includes a metal oxide thermistor whose resistance value varies according to a change in temperature, and water temperature may be measured based on a change in an output value through the thermistor.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템에는 각각의 측정부를 통하여 측정된 데이터가 저장되는 저장부가 더 포함되고, 하우징에는 적어도 하나의 후크(hook) 및 브라켓 연결을 위한 복수개의 홀(hole)들이 마련되어 있을 수 있다. The system according to an embodiment of the present invention further includes a storage unit for storing data measured through each measurement unit, and at least one hook and a plurality of holes for connecting the bracket may be provided in the housing. I can.

또한, 통신부에는 모바일 라우터가 포함되고, 통신부를 통하여 근거리 통신 및 원거리 통신 중 적어도 하나의 방식에 따라 외부의 타 디바이스와 통신 가능할 수 있다. In addition, a mobile router may be included in the communication unit, and communication with other external devices may be possible according to at least one of short-range communication and long-distance communication through the communication unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템을 이용하면, 하천, 강, 연못 등 다양한 수원지에서의 주요 수질 평가 항목인 수산화이온(pH), 탁도, 온도, 용존산소(DO) 등에 대하여 측정값을 손쉽고 비교적 정확하게 획득할 수 있다. 또한, 측정된 값들은 저장부(ex. DB)에 저장되어 체계적으로 관리될 수 있다. Using a portable wireless sensor system for real-time water quality measurement based on IoT according to an embodiment of the present invention, hydroxide ions (pH), turbidity, temperature, dissolved oxygen, which are major water quality evaluation items in various water sources such as rivers, rivers, and ponds. Measurement values for (DO) etc. can be obtained easily and relatively accurately. In addition, the measured values can be systematically managed by being stored in a storage unit (ex. DB).

수질 평가를 위하여 측정된 값은 Wi-Fi, LTE, LTE CAT-MI 등 다양한 통신 기법을 통하여 주변 또는 원격지의 타 디바이스로 제공될 수 있고, 사용자는 제공받은 데이터를 활용하여 수질 평가를 빠르고 정확하게 할 수 있다. Measured values for water quality evaluation can be provided to other devices in the surrounding or remote locations through various communication techniques such as Wi-Fi, LTE, and LTE CAT-MI, and users can quickly and accurately evaluate water quality using the provided data. I can.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템에는 보조배터리 등의 내장되어 있고, 유선 또는 무선으로 보조배터리가 축전될 수 있다. 또한, 태양광을 이용한 전기에너지 등을 생산하기 위하여 태양전지(solar cell) 등이 함체(housing)에 노출되어 마련되어 있을 수 있으므로, 안정적인 전원 공급이 가능하고 이에 따라 장소 등에 구애받지 않고 장시간 사용될 수 있다. In the system according to an embodiment of the present invention, an auxiliary battery or the like is built-in, and the auxiliary battery may be stored by wire or wirelessly. In addition, since a solar cell or the like may be provided exposed to a housing to produce electric energy using sunlight, a stable power supply is possible, and accordingly, it can be used for a long time regardless of the location. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 활용예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 구현예를 나타낸다.
1 is a block diagram of a portable wireless sensor system for measuring real-time water quality based on IoT according to an embodiment of the present invention.
2 shows a system according to an embodiment of the present invention.
3 shows an example of application of a system according to an embodiment of the present invention.
4 shows an implementation example of a system according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. The terms used in the present specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used while considering functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다. When a part of the specification "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean units that process at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software. . In addition, when a part is "connected" to another part throughout the specification, this includes not only a case in which it is "directly connected", but also a case in which it is connected "with another element in the middle."

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 활용예, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 구현예를 나타낸다.1 is a block diagram of a portable wireless sensor system for measuring IoT-based real-time water quality according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram according to an embodiment of the present invention. An example of using the system according to the present invention, Fig. 4 shows an implementation example of the system according to an embodiment of the present invention.

전술한 바와 같이, 수질 측정 시스템이란 우리의 일상생활 속에서 흔히 볼 수 있는 주변의 하천, 연못, 강 등 수자원에 대한 물의 상태를 측정하는 시스템으로써, 이러한 시스템은 수원 오염 사고 취약지역에서 상시 감시, 수질 오염 사고 조기 경보를 위하여 국가 차원에서 수질 자동 측정망을 설치하고 운영하고 있다. 특히 이러한 수질 자동 측정망 등의 시설은 수원지에 직접 고정식 등으로 설치되어 있다는 점에서 기동성이 떨어질 수 있다. 이에 대한 일 대응방안으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템의 사회적, 기술적 필요성이 강하게 대두되고 있다. As described above, the water quality measurement system is a system that measures the state of water in water resources such as nearby rivers, ponds, and rivers, which are commonly found in our daily life. Such a system is a system that monitors water source pollution at all times, For early warning of water pollution accidents, an automatic water quality measurement network is installed and operated at the national level. In particular, facilities such as an automatic water quality measurement network may be inferior in mobility in that they are directly installed in a water source. As a countermeasure to this, the social and technical necessity of a portable wireless sensor system for real-time water quality measurement based on IoT according to an embodiment of the present invention is strongly emerging.

본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템(1000)은, 측정 대상 물(water)의 산도(pH) 측정을 위한 산도 측정부(1100), 물의 탁도 측정을 위한 탁도 측정부(1200), 물의 용존산소(DO) 측정을 위한 용존산소 측정부(1300), 물의 온도 측정을 위한 수온 측정부(1400), 시스템의 동작을 제어하기 위한 제어부(1500), 시스템으로 전력을 공급하기 위한 전원부(1600), 시스템(1000)의 내부 또는 외부와의 데이터 통신을 위한 통신부(1700) 및 산도 측정부(1100), 탁도 측정부(1200), 용존산소 측정부(1300), 수온 측정부(1400), 제어부(1500), 전원부(1600), 통신부(1700)가 수용되는 하우징(100)을 포함하고, 하우징(100)은 방수, 방오 및 물 위에 부유(floating) 가능한 재질로 형성될 수 있다. The portable wireless sensor system 1000 for real-time water quality measurement based on IoT according to an embodiment of the present invention includes an acidity measuring unit 1100 for measuring the acidity (pH) of water to be measured, and for measuring turbidity of water. Turbidity measurement unit 1200, dissolved oxygen measurement unit 1300 for measuring dissolved oxygen (DO) of water, water temperature measurement unit 1400 for measuring the temperature of water, control unit 1500 for controlling the operation of the system, as a system A power supply unit 1600 for supplying power, a communication unit 1700 and an acidity measurement unit 1100 for data communication with the inside or outside of the system 1000, a turbidity measurement unit 1200, and a dissolved oxygen measurement unit 1300 , A water temperature measuring unit 1400, a control unit 1500, a power supply unit 1600, and a housing 100 in which the communication unit 1700 is accommodated, and the housing 100 is a material capable of waterproofing, antifouling, and floating on water Can be formed as

다양한 수원 즉, 하천, 양식장, 흐르는 강물 등에서 수질을 측정하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(1000)을 활용하여 다양한 수질 지표(항목)에 따른 데이터를 측정하고, 측정된 값들을 원격 통신 방식의 이동통신망(ex. LTE 등) 또는 근거리 통신 방식(ex. Wi-Fi 등)을 통하여 클라우 서버 혹은 수질 관리 기관, 기업 등의 데이터베이스 서버로 제공할 수 있다. In order to measure water quality in various water sources, i.e. rivers, farms, flowing rivers, etc., by using the system 1000 according to an embodiment of the present invention, data according to various water quality indicators (items) are measured, and the measured values are remotely It can be provided as a cloud server or a database server of a water quality management organization or company through a communication method mobile communication network (ex. LTE, etc.) or a short-range communication method (ex. Wi-Fi, etc.).

다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템에서는 산도 측정부(1100), 탁도 측정부(1200), 용존산소 측정부(1300) 및 수온 측정부(1400)가 물 속으로 삽입되어 각각의 측정을 수행하고, 산도 측정부(1100)에는 유리 전극과 비교 전극이 포함되며, 물에 의하여 유리 전극과 비교 전극 간 생성되는 전위차에 기초하여 산도가 측정되고, 탁도 측정부(1200)에서는 물 속으로 광을 쏜 후 물 속에서의 빛의 양을 수집하여 수집된 광량에 기초하여 탁도가 측정되며, 용존산소 측정부(1300)에는 양전극과 음전극 및 전극 사이에 배치된 격막이 포함되고, 격막을 통과한 물에 의하여 각각의 전극에서 산화, 환원 반응이 일어남에 따라 발생되는 전류값의 변화에 기초하여 용존산소(DO)량이 측정되고, 수온 측정부(1400)에는 온도의 변화에 따라 저항값이 달라지는 금속산화물 서미스터(thermistor)가 포함되고, 서미스터를 통한 출력값의 변화에 기초하여 수온이 측정될 수 있다.In other words, in the system according to an embodiment of the present invention, the acidity measurement unit 1100, the turbidity measurement unit 1200, the dissolved oxygen measurement unit 1300, and the water temperature measurement unit 1400 are inserted into the water to measure each The acidity measurement unit 1100 includes a glass electrode and a comparison electrode, and the acidity is measured based on the potential difference generated between the glass electrode and the comparison electrode by water, and the turbidity measurement unit 1200 The turbidity is measured based on the amount of light collected by collecting the amount of light in the water after shooting light, and the dissolved oxygen measuring unit 1300 includes a positive electrode and a negative electrode, and a diaphragm disposed between the electrodes, and passes through the diaphragm. The amount of dissolved oxygen (DO) is measured based on the change in the current value generated as oxidation and reduction reactions take place at each electrode by one water, and the water temperature measuring unit 1400 has a resistance value that varies according to the change in temperature. A metal oxide thermistor is included, and water temperature may be measured based on a change in an output value through the thermistor.

산도 측정부(1100), 탁도 측정부(1200), 용존산소 측정부(1300), 수온 측정부(1400), 제어부(1500), 전원부(1600), 통신부(1700)는 함체로 불리울 수 있는 하우징(100) 내부에 수용되어 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 시스템(1000)에는, 측정 대상 물(water)의 산도(pH) 측정을 위한 산도 측정부(1100), 물의 탁도 측정을 위한 탁도 측정부(1200), 물의 용존산소(DO) 측정을 위한 용존산소 측정부(1300), 물의 온도 측정을 위한 수온 측정부(1400)가 포함될 수 있고, 각각의 요소는 방수가 가능하도록 형성되어 있을 수 있다. 또한, 수 내지 수십 미터 이상의 긴 케이블을 통하여 제어부(1500)와 연결되어 있을 수 있으므로, 비교적 원거리(ex. 수 미터 이상)에서도 정확한 데이터 측정이 가능하다. The acidity measurement unit 1100, the turbidity measurement unit 1200, the dissolved oxygen measurement unit 1300, the water temperature measurement unit 1400, the control unit 1500, the power supply unit 1600, and the communication unit 1700 may be referred to as an enclosure. It may be accommodated in the housing 100. According to an embodiment of the present invention, the system 1000 includes an acidity measuring unit 1100 for measuring the acidity (pH) of water to be measured, a turbidity measuring unit 1200 for measuring turbidity of water, and dissolved oxygen in water. (DO) A dissolved oxygen measuring unit 1300 for measuring and a water temperature measuring unit 1400 for measuring a temperature of water may be included, and each element may be formed to be waterproof. In addition, since it may be connected to the control unit 1500 through a long cable of several to tens of meters or more, accurate data measurement is possible even at a relatively long distance (ex. several meters or more).

산도 측정부(1100)는 물 등의 용액의 산도 또는 알칼리도를 측정하는데 사용되는 것으로, pH는 산도 또는 알칼리도의 정도를 보여주는 측정 단위로써 0~14 까지의 척도로 측정될 수 있다. 산도 측정부(1100)는 pH 측정 전극, 기준 전극 및 입력 임피던스 미터의 세 부분으로 이루어질 수 있고, pH 전극은 일종의 배터리와 같이 여겨질 수 있으며 측정 용액의 pH에 따라 변하는 전압을 가지며 pH 측정 전극은 수소 이온에 민감한 유리 전구이고, 전구 내부 및 외부 수소이온의 상대 농도의 변화에 따라 달라지는 밀리볼트(mV) 출력을 가질 수 있다. The acidity measurement unit 1100 is used to measure the acidity or alkalinity of a solution such as water, and the pH is a measurement unit showing the degree of acidity or alkalinity, and may be measured on a scale of 0 to 14. The acidity measurement unit 1100 may be composed of three parts: a pH measurement electrode, a reference electrode, and an input impedance meter, and the pH electrode may be regarded as a kind of battery and has a voltage that varies depending on the pH of the measurement solution, and the pH measurement electrode is It is a glass bulb that is sensitive to hydrogen ions and can have a millivolt (mV) output that varies depending on changes in the relative concentration of hydrogen ions inside and outside the bulb.

탁도 측정부(1200)는 물의 흐린 정도를 측정하기 위한 것으로, 물의 흐린 정도를 정량적으로 나타낸 지표로서 빛의 통과에 대한 저항도를 나타낸다. 탁도 측정부(1200)는 물속의 혼탁입자들에 의한 빛의 산란도를 측정하는 네펠로법(Nephelometry)을 이용하며 NTU(Nephelometry Turbidity Unit) 단위 사용한다. 탁도 측정부(1200)는 탁도 센서 프로브, 탁도 센서 어뎁터로 구성될 수 있다. 탁도 센서 프로브에서는 광을 방출하고, 산란도 측정을 위한 광 흡수를 수행하고, 탁도 센서 어뎁터는 PCB와 같은 보드 상에 장착된 각종 칩셋의 집합체를 의미할 수 있다. The turbidity measuring unit 1200 is for measuring the degree of cloudiness of water, as an index that quantitatively indicates the degree of cloudyness of water, and indicates resistance to the passage of light. The turbidity measuring unit 1200 uses Nephelometry to measure light scattering by turbid particles in water, and uses a Nephelometry Turbidity Unit (NTU) unit. The turbidity measuring unit 1200 may include a turbidity sensor probe and a turbidity sensor adapter. The turbidity sensor probe emits light and absorbs light for measuring scattering, and the turbidity sensor adapter may mean an assembly of various chipsets mounted on a board such as a PCB.

용존산소 측정부(1300)는 물에 용해된 산소의 양을 측정하기 위한 것으로, 용존산소 프로브, 프로브 캡, 아날로그 센서 케이블 및 용존산소 센서 어뎁터로 구성되어 있을 수 있다. The dissolved oxygen measurement unit 1300 is for measuring the amount of oxygen dissolved in water, and may include a dissolved oxygen probe, a probe cap, an analog sensor cable, and a dissolved oxygen sensor adapter.

수온 측정부(1400)는 물속이나 먼지가 많은 가혹한 환경 하에서도 무리 없이 동작될 수 있고, 측정 가능 온도는 125도씨까지 측정이 가능할 수 있다. The water temperature measuring unit 1400 may be operated without difficulty even in water or under a harsh environment with a lot of dust, and a measurable temperature may be measured up to 125 degrees Celsius.

본 발명의 일 실시예에 따르면 시스템의 동작을 제어하기 위한 제어부(1500)가 포함될 수 있는데, 이러한 제어부(1500)는 전술한 각각의 요소(1100, 1200, 1300, 1400 등)의 동작을 제어할 수 있다. 이러한 제어부(1500)는 마이크로컨트롤러로 구현 가능한데, 아두이노(Arduino) 모듈 등과 같은 간단한 형태로써 구현될 수도 있다. According to an embodiment of the present invention, a control unit 1500 for controlling the operation of the system may be included, and the control unit 1500 may control the operation of each of the aforementioned elements (1100, 1200, 1300, 1400, etc.). I can. The control unit 1500 may be implemented as a microcontroller, but may be implemented in a simple form such as an Arduino module.

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 하우징(100)에는 항온 및 항습을 위한 환기부(110)가 더 포함되고, 전원부(1600)는 하우징의 상단면 외부로 노출된 적어도 하나의 태양 전지(solar cell)(1610)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, according to an embodiment of the present invention, the housing 100 further includes a ventilation unit 110 for constant temperature and humidity, and the power supply unit 1600 includes at least one exposed outside the upper surface of the housing. It may include a solar cell (solar cell) 1610.

시스템으로 전력을 공급하기 위한 전원부(1600)가 포함되는데, 이러한 전원부(1600)는 유선 또는 무선 충전이 가능한 배터리 등으로 구성될 수 있다. 또한, 도 2에서와 같이, 전원부(1600)에는 태양전지(1610) 등의 요소가 포함될 수 있다. Solar cell(1610)은 평상 시 또는 배터리가 일정 수준 이하로 방전된다면, 즉시 시스템(1000)으로 전력을 공급할 수 있도록 자동으로 동작될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 시스템이 유선을 통하여 안정적으로 전원 공급을 받고, 배터리를 충전시킨다면 큰 문제가 없을 수 있지만, 산골 등과 같이 사람의 접근이 어려운 오지나 바다 또는 하천 등의 수면에서 IoT 시스템을 운영해야 할 경우에는 유선을 통한 전원 공급이 어려울 수 있다. 이러한 경우에는 태양전지(1610) 등을 활용한다면 안정적인 전원 공급이 가능하다. A power supply unit 1600 for supplying power to the system is included, and the power supply unit 1600 may be formed of a battery capable of charging wired or wirelessly. In addition, as shown in FIG. 2, elements such as a solar cell 1610 may be included in the power supply unit 1600. The solar cell 1610 may be automatically operated so as to supply power to the system 1000 immediately at normal times or when the battery is discharged below a certain level. If the IoT system according to an embodiment of the present invention is stably supplied with power through wires and charges the battery, there may be no major problems, but the IoT system in remote areas such as mountains, or on the water surface such as sea or river, where human access is difficult When it is necessary to operate, it may be difficult to supply power through wire. In this case, if the solar cell 1610 or the like is used, stable power supply is possible.

본 발명의 일 실시예에 따르면 시스템(1000)의 내부 또는 외부와의 데이터 통신을 위한 통신부(1700)가 포함될 수 있다. 이러한 통신부(1700)에는 모바일 라우터가 포함되고, 통신부(1700)를 통하여 근거리 통신 및 원거리 통신 중 적어도 하나의 방식에 따라 외부의 타 디바이스(10)와 통신 가능할 수 있다. 원거리 통신을 위하여 LTE CAT-M1 및 NB-IoT 쉴드 등이 활용될 수 있다. 예를 들어, SIM7000E와 SIM7000C라는 칩이 탑재된 아두이노 쉴드가 통신부(1700)에 포함되어 사용될 수 있다. 또한, GPS 쉴드를 이용하여 위치 정보 등을 정확하게 수집(확인)할 수도 있다. 통신부(1700)에는 모바일 라우터가 포함될 수 있는데, 예를 들면, LTE 모바일 라우터가 포함될 수 있다. LTE 모바일 라우터는 고품질의 LTE 신호를 Wi-Fi 신호로 변환해 주는 장치이며 모바일 기기, 태블릿, 노트북 등 이동 중 무선 인터넷에 접속할 수 있도록 해준다. USB 포트에 꽂을 수 있는 USB Stick 형, 유선 랜선을 연결할 수 있는 유선 LTE 모바일 라우터, Wi-Fi 기기와 연결할 수 있는 무선 LTE 모바일 라우터 등으로 구현되어 통신부(1700)에 포함될 수 있다. 또한, 도 2에서와 같이, 통신부(1700)에는 외장형 안테나가 포함될 수 있다. 외장형 안테나는 무선 LTE 라우터의 전파 송수신 성능을 높이기 위해서 장착할 수 있고, 외장형 안테나를 LTE 모바일 라우터에 바로 장착하거나, 긴 확장선을 이용하여 하우징(100)의 외부로 돌출되도록 안테나를 설치할 수도 있다. 외장형 안테나를 사용할 경우 LTE 모바일 라우터에 안테나를 연결하는 인터페이스 규격 등에 따른 안테나를 사용해야 한다. According to an embodiment of the present invention, a communication unit 1700 for data communication inside or outside the system 1000 may be included. The communication unit 1700 may include a mobile router, and may communicate with other external devices 10 through at least one of short-range communication and long-distance communication through the communication unit 1700. For long-distance communication, LTE CAT-M1 and NB-IoT shields may be used. For example, an Arduino shield equipped with chips of SIM7000E and SIM7000C may be included in the communication unit 1700 and used. In addition, it is also possible to accurately collect (confirm) location information and the like using a GPS shield. The communication unit 1700 may include a mobile router, for example, an LTE mobile router. The LTE mobile router is a device that converts high-quality LTE signals into Wi-Fi signals, and allows mobile devices, tablets, and laptops to access wireless Internet while on the go. It may be implemented as a USB stick type that can be plugged into a USB port, a wired LTE mobile router that can connect a wired LAN line, a wireless LTE mobile router that can connect to a Wi-Fi device, and the like and included in the communication unit 1700. In addition, as shown in FIG. 2, the communication unit 1700 may include an external antenna. The external antenna may be installed to increase the radio wave transmission/reception performance of the wireless LTE router, and the external antenna may be directly mounted on the LTE mobile router, or an antenna may be installed to protrude to the outside of the housing 100 using a long extension line. When using an external antenna, you must use an antenna according to the interface standard for connecting the antenna to the LTE mobile router.

수질 판단을 위해서는 수온, pH, 용존산소(DO), 탁도(Turbidity), 생화학적 산소요구량, 화학적 산소요구량, 전기전도도, 유기탄소, 총 질소 량 등에 대한 각각의 항목 값을 측정하여 확보할 필요가 있다. 전술한 항목 이외의 부가적인 데이터는 부가 데이터 획득부(1800)를 통하여 시스템(1000)에서 수집할 수 있다. 수집된 데이터는 제어부(1500)와 통신부(1700)를 통하여 타 디바이스(10) 등으로 제공될 수 있다. 타 디바이스(10)는 휴대전화, 개인용 컴퓨터(PC), 클라우드 서버, 태블릿 PC 등일 수 있는데, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 다시 말해서, 사용자는 타 디바이스(10)를 이용하여 원격지에서도 수질 데이터를 확보할 수 있고, 확보된 데이터에 기초하여 수질을 평가할 수 있다. In order to determine water quality, it is necessary to measure and secure the values of each item for water temperature, pH, dissolved oxygen (DO), turbidity, biochemical oxygen demand, chemical oxygen demand, electrical conductivity, organic carbon, and total nitrogen content. have. Additional data other than the above items may be collected by the system 1000 through the additional data acquisition unit 1800. The collected data may be provided to other devices 10 or the like through the controller 1500 and the communication unit 1700. The other device 10 may be a mobile phone, a personal computer (PC), a cloud server, or a tablet PC, but is not limited thereto. In other words, the user can secure water quality data from a remote location using the other device 10, and can evaluate the water quality based on the secured data.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(1000)에는 각각의 측정부(1100,1200, 1300, 1400)를 통하여 측정된 데이터가 저장되는 저장부(1900)가 더 포함되고, 하우징(100)에는 적어도 하나의 후크(hook)(120) 및 브라켓 등의 연결을 위한 복수개의 홀(hole)들(130)이 마련되어 있을 수 있다. 저장부(1900)에서는 측정 지역의 위치 정보와 함께, 수질 정보가 항목별로 구분되어 매트릭스의 형태로 저장될 수 있다. The system 1000 according to an embodiment of the present invention further includes a storage unit 1900 for storing data measured through each of the measurement units 1100, 1200, 1300, and 1400, and the housing 100 further includes at least A plurality of holes 130 for connecting one hook 120 and a bracket may be provided. In the storage unit 1900, water quality information together with the location information of the measurement area may be classified by item and stored in the form of a matrix.

도 2를 참조하면, 하우징(100)에는 적어도 하나의 후크(120) 및 브라켓 등의 연결을 위한 복수개의 홀(hole)들(130)이 마련되어 있을 수 있다. 사용자는 후크(120)를 통하여 시스템(1000)을 임시적으로 수변에 거치시킬 수 있고, 이러한 거치를 위하여 추가적인 브라켓 등이 홀(130)을 통하여 설치될 수도 있다. Referring to FIG. 2, a plurality of holes 130 for connecting at least one hook 120 and a bracket may be provided in the housing 100. The user may temporarily mount the system 1000 on the waterfront through the hook 120, and an additional bracket or the like may be installed through the hole 130 for such mounting.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 구동 방법과 관련하여서는 전술한 시스템에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 방법과 관련하여, 전술한 시스템에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.In relation to a method of driving a system according to an embodiment of the present invention, the above-described system may be applied. Accordingly, with respect to the method, descriptions of the same contents as those of the above-described system have been omitted.

한편, 전술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 프로그램이나 코드를 기록하는 기록 매체는, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다.Meanwhile, the above-described method can be written as a program that can be executed on a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable medium. Further, the structure of the data used in the above-described method may be recorded on a computer-readable medium through various means. A recording medium for recording executable computer programs or codes for performing various methods of the present invention should not be understood as including temporary objects such as carrier waves or signals. The computer-readable medium may include a storage medium such as a magnetic storage medium (eg, ROM, floppy disk, hard disk, etc.), and an optical reading medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.).

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it is possible to easily transform it into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

1000: IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템
1100: 산도(pH) 측정부
1200: 탁도 측정부
1300: 용존산소(DO) 측정부
1400: 수온 측정부
1500: 제어부
1600: 전원부
1700: 통신부
1800: 부가데이터 획득부
1900: 저장부
100: 하우징
110: 환기부
120: 고리(hook)
130: 홀(hole)
10: 타 디바이스
1000: Portable wireless sensor system for IoT-based real-time water quality measurement
1100: acidity (pH) measurement unit
1200: turbidity measuring unit
1300: dissolved oxygen (DO) measuring unit
1400: water temperature measurement unit
1500: control unit
1600: power supply
1700: Ministry of Communications
1800: additional data acquisition unit
1900: storage
100: housing
110: ventilation
120: hook
130: hole
10: other devices

Claims (5)

IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템으로서,
측정 대상 물(water)의 산도(pH) 측정을 위한 산도 측정부;
상기 물의 탁도 측정을 위한 탁도 측정부;
상기 물의 용존산소(DO) 측정을 위한 용존산소 측정부;
상기 물의 온도 측정을 위한 수온 측정부;
상기 시스템의 동작을 제어하기 위한 제어부;
상기 시스템으로 전력을 공급하기 위한 전원부;
상기 시스템의 내부 또는 외부와의 데이터 통신을 위한 통신부; 및
상기 산도 측정부, 탁도 측정부, 용존산소 측정부, 수온 측정부, 제어부, 전원부, 통신부가 수용되는 하우징을 포함하고,
상기 하우징은 방수, 방오 및 물 위에 부유(floating) 가능한 재질로 형성 가능한 것을 특징으로 하는 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템.
As a portable wireless sensor system for IoT-based real-time water quality measurement,
An acidity measurement unit for measuring the acidity (pH) of the water to be measured;
A turbidity measuring unit for measuring the turbidity of the water;
A dissolved oxygen measuring unit for measuring dissolved oxygen (DO) of the water;
A water temperature measuring unit for measuring the temperature of the water;
A control unit for controlling the operation of the system;
A power supply for supplying power to the system;
A communication unit for data communication inside or outside the system; And
The acidity measurement unit, the turbidity measurement unit, the dissolved oxygen measurement unit, the water temperature measurement unit, and a control unit, a power supply unit, and a housing containing the communication unit,
The housing is a portable wireless sensor system for IoT-based real-time water quality measurement, characterized in that it can be formed of a material capable of being waterproof, antifouling, and floating on water.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징에는 항온 및 항습을 위한 환기부가 더 포함되고,
상기 전원부는 상기 하우징의 상단면 외부로 노출된 적어도 하나의 태양 전지(solar cell)을 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템.
The method of claim 1,
The housing further includes a ventilation unit for constant temperature and humidity,
The power supply unit includes at least one solar cell exposed to the outside of the top surface of the housing. A portable wireless sensor system for IoT-based real-time water quality measurement.
제 1 항에 있어서,
상기 산도 측정부, 탁도 측정부, 용존산소 측정부 및 수온 측정부는 상기 물 속으로 삽입되어 각각의 측정을 수행하고,
상기 산도 측정부에는 유리 전극과 비교 전극이 포함되며, 상기 물에 의하여 상기 유리 전극과 비교 전극 간 생성되는 전위차에 기초하여 산도가 측정되고,
상기 탁도 측정부에서는 상기 물 속으로 광을 쏜 후 물 속에서의 빛의 양을 수집하여, 수집된 광량에 기초하여 탁도가 측정되며,
상기 용존산소 측정부에는 양전극과 음전극 및 전극 사이에 배치된 격막이 포함되고, 격막을 통과한 물에 의하여 각각의 전극에서 산화, 환원 반응이 일어남에 따라 발생되는 전류값의 변화에 기초하여 용존산소(DO)량이 측정되고,
상기 수온 측정부에는 온도의 변화에 따라 저항값이 달라지는 금속산화물 서미스터(thermistor)가 포함되고, 상기 서미스터를 통한 출력값의 변화에 기초하여 수온이 측정되는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템.
The method of claim 1,
The acidity measurement unit, turbidity measurement unit, dissolved oxygen measurement unit, and water temperature measurement unit are inserted into the water to perform each measurement,
The acidity measurement unit includes a glass electrode and a comparison electrode, and the acidity is measured based on a potential difference generated between the glass electrode and the comparison electrode by the water,
The turbidity measurement unit collects the amount of light in the water after shooting light into the water, and measures the turbidity based on the collected light amount,
The dissolved oxygen measuring unit includes a positive electrode, a negative electrode, and a diaphragm disposed between the electrode, and the dissolved oxygen (DO) quantity is measured,
The water temperature measuring unit includes a metal oxide thermistor whose resistance value varies according to a change in temperature, and the water temperature is measured based on a change in an output value through the thermistor. Wireless sensor system.
제 1 항에 있어서,
각각의 측정부를 통하여 측정된 데이터가 저장되는 저장부가 더 포함되고,
상기 하우징에는 적어도 하나의 고리(hook) 및 브라켓 연결을 위한 복수개의 홀(hole)들이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템.
The method of claim 1,
A storage unit for storing data measured through each measurement unit is further included,
A portable wireless sensor system for IoT-based real-time water quality measurement, characterized in that the housing is provided with at least one hook and a plurality of holes for connecting the bracket.
제 1 항에 있어서,
상기 통신부에는 모바일 라우터가 포함되고,
상기 통신부를 통하여 근거리 통신 및 원거리 통신 중 적어도 하나의 방식에 따라 외부의 타 디바이스와 통신 가능한 것을 특징으로 하는 IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템.


The method of claim 1,
The communication unit includes a mobile router,
A portable wireless sensor system for IoT-based real-time water quality measurement, characterized in that communication with other external devices is possible according to at least one of short-range communication and long-distance communication through the communication unit.


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