KR20210073690A - Rf 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드 - Google Patents

Rf 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드에 관한 것으로, 열차의 위치 정보를 취득하기 위해 선로상에 설치되는 RFID 태그로부터 위치 정보를 수신하기 위해 열차에 설치되는 RFID 리더기에서 방사되는 RF 에너지를 이용해 구동되어 열차의 온도, 습도, 속도, 각속도 등과 같이 열차의 안전한 자율주행 운행에 중요한 자료가 될 수 있는 센서 정보를 획득하여 열차에 전달할 수 있고, RFID 리더기에서 방사되는 RF 에너지를 전원으로 활용하므로 설치 장소의 한계를 극복하고 열차 자율주행을 위한 정보를 용이하게 취득할 수 있음은 물론 효율적인 유지 및 관리가 가능한 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드를 제공한다.

Description

RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드 { Train Wireless Sensor Node Using RF Energy Harvesting }
본 발명은 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열차의 위치 정보를 취득하기 위해 선로상에 설치되는 RFID 태그로부터 위치 정보를 수신하기 위해 열차에 설치되는 RFID 리더기에서 방사되는 RF 에너지를 이용해 구동되므로 설치 장소의 한계를 극복하고 열차의 안전한 자율주행 운행에 중요한 센서 정보를 용이하게 취득할 수 있음은 물론 효율적인 유지 및 관리가 가능한 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드에 관한 것이다.
일반적으로 열차는 대단위 운송 시스템으로 고도의 안전성이 최우선적으로 확보되어야 하는 대량 운송 교통 수단으로, 열차와 승객의 안전을 확보하고 운행 효율을 높이며 운전 편리성을 향상시키기 위해 많은 장치들이 지속적으로 개발되어 왔다.
특히, 열차 운행에 있어서 열차의 위치와 이동거리의 측정 및 감시는 열차의 운행을 위해 필수적으로 이루어져야 한다.
이때, 열차의 위치 감시를 위해 지상(地上)에 지상자인 RFID태그를 설치하고 이를 열차에서 RFID리더를 이용해 RFID태그의 위치를 인식하는 방식이 일반적이며 그 일 예로 공개특허 제10-2010-0083043호가 제안된 바 있다. 이는 알에프아이디를 이용한 열차 정보 전송 시스템 및 방법에 관한 것으로, 열차 정보 전송 시스템은 선로를 따라 설치되는 다수 개의 RFID 태그를 포함하여 이루어져, 열차시스템의 RFID 리더와 비접촉 통신을 수행하여 정보를 교환하고, 사령실시스템과 유선 통신을 수행하여 정보를 교환하는 선로시스템; 열차에 설치되며 RFID 리더를 포함하여 이루어져, 상기 선로시스템의 RFID 태그들과 비접촉 통신을 수행하여 정보를 교환하는 하나 이상의 열차시스템; 및, 원격지에 설치되며, 상기 선로시스템과 유선 통신을 수행하여 정보를 교환하는 사령실시스템;을 포함하여 구성된다.
이와 같이 기존의 RFID 태그와 리더를 이용한 열차위치검지기술은 열차의 정확한 위치를 판단하는데 유용하며 이에 따라 열차자율주행 시스템 역시 열차간 통신을 기반으로 열차가 자율주행하므로 이러한 RFID를 통하여 얻은 정확한 위치 정보는 다른 열차에 전달하는 것이 중요하다.
그런데, 이러한 종래 RFID를 이용한 열차 정보 전송 시스템은 열차의 위치정보만을 제공 가능할 뿐 자율주행 기반 열차제어시스템과 같이 열차의 안전한 자율주행 운행에 중요한 정보가 될 수 있는 정보를 획득하는 것은 불가능하다.
특히, 열차자율주행을 위해서는 열차 스스로 주변 환경을 인지하고 위험을 판단하며 주행경로를 계획하여 스스로 안전한 주행을 위하여 다수의 다양한 센서들로부터 데이터를 습득해야 한다.
이에 기존에는 열차의 온도, 습도, 속도, 각속도 등 다양한 센서 정보의 습득을 위해 다양한 센서를 열차의 차량에 탑재하지만, 이러한 종래의 센서는 배터리 혹은 전선을 통한 전원 공급방식으로 전력을 공급받는 구조로 이루어진다.
그런데, 이러한 종래의 센서의 전원공급 방식은 설치 장소의 제한과 장기적인 유지 및 관리 비용 차원에서 한계를 가지고 있다.
참고문헌 1: 공개특허 제10-2010-0083043호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 열차의 위치 정보를 취득하기 위해 선로상에 설치되는 RFID 태그로부터 위치 정보를 수신하기 위해 열차에 설치되는 RFID 리더기에서 방사되는 RF 에너지를 이용해 구동되어 열차의 온도, 습도, 속도, 각속도 등과 같이 열차의 안전한 자율주행 운행에 중요한 자료가 될 수 있는 센서 정보를 획득하여 열차에 전달하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드를 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 RFID 리더기에서 방사되는 RF 에너지를 전원으로 활용하므로 설치 장소의 한계를 극복하고 열차 자율주행을 위한 정보를 용이하게 취득할 수 있음은 물론 효율적인 유지 및 관리가 가능한 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
열차에 설치되는 열차 무선센서노드에 있어서, 상기 열차 무선센서노드는 에너지수신용 RF 안테나를 통해 열차의 RFID 리더기에서 송출되는 무선 전력 에너지를 수신하여 구동전원으로 변환하는 전원변환부와, 열차 운행에 필요한 센서 정보를 획득하기 위한 하나 이상의 센서와, 상기 센서의 센서 정보를 무선신호로 변환하여 통신용 안테나를 통해 열차의 무선통신장치로 무선송출하는 통신모듈과, 상기 전원변환부의 전원이 투입되면 구동되어 상기 센서에서 계측된 센서 정보를 상기 통신모듈로 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드를 제공한다.
이때, 상기 열차 무선센서노드는 원형의 PCB로 구성되며, 상기 에너지수신용 RF 안테나는 900MHz RF 안테나로서 다이폴 안테나 형태로 상기 원형 PCB의 가장자리에 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 전원변환부는 상기 열차에 설치되는 RFID 리더기에서 방사되는 900MHz 대역의 RF 에너지를 수신하는 에너지수신용 RF 안테나와, 상기 에너지수신용 RF 안테나를 통해 수신된 RF 에너지를 직류전원으로 변환하는 정류회로와, 상기 에너지수신용 RF 안테나와 정류회로의 임피던스를 정합하는 임피던스 매칭회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 정류회로를 통해 변환된 직류 에너지는 에너지 저장장치인 슈퍼커패시터에 저장되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 정류회로에서 생성된 직류 전압을 부하에 사용하기 위한 3V로 승압 또는 하강하기 위한 PWM 제어를 수행하는 전력관리부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 하나 이상의 센서는 열차 주변의 온도를 측정하는 온도센서, 공기중 습도를 측정하는 습도센서, 열차 주행 속도를 측정하는 속도센서, 열차의 가속도를 측정하는 가속도센서 중에 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 통신모듈은 저전력 통신모듈인 블루투스(BLE), 지그비(Zigbee), 로라(LoRa) 중에 어느 하나의 모듈인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에너지수신용 RF 안테나는 상기 RFID 리더기에서 방사되는 900MHz 대역의 에너지를 수신하며, 상기 통신용 안테나는 상기 저전력 통신모듈에 적합한 2.4GHz 안테나인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 RFID 리더기는 RF 에너지를 방사하는 하나 이상의 리더기 안테나와, 상기 리더기 안테나를 스위칭하는 RF 스위칭 회로와, 상기 위치 정보를 수신하는 리더부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 리더기 안테나는 하우징의 하부면에 구비되는 메인 패치(Main Patch) 안테나와, 하우징의 사방 측면에 각각 구비되는 4개의 빔포밍 안테나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 빔포밍 안테나는 서스펜디드 패치(Suspended patch) 안테나 구조이고 4개의 빔포밍 안테나는 RF 스위칭 회로를 통하여 4 방향으로 스위칭되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열차 무선센서노드는 열차에 설치하여 열차의 온도, 습도, 속도, 각속도 등과 같이 열차의 안전한 자율주행 운행에 중요한 자료가 될 수 있는 센서 정보를 획득시 열차에 구비되는 RFID 리더기에서 방사되는 RF 에너지를 활용하므로 별도의 밧데리 전원이나 케이블이 필요하지 않아 센서 구성이 간단하고 유지 보수에 유리하다.
아울러 본 발명에 따르면 RFID 리더기에서 방사되는 RF 에너지를 전원으로 활용하므로 설치 장소의 한계를 극복할 수 있을 뿐만 아니라 열차 자율주행에 필요한 정보를 용이하게 취득할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드를 설명하기 위해 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드에 RF 에너지를 제공하는 RFID 리더기를 설명하기 위해 도시한 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이를 참고하면, 본 발명에 따른 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드(100)는 열차(T)에 위치 정보를 전달하기 위해 선로(1)에 설치되는 RFID 태그(10)로부터 위치 정보를 수신하도록 열차(T)에 설치되는 RFID 리더기(20)에서 방사되는 RF 에너지(무선 전력 에너지)를 이용해 구동되어 열차(T)의 온도, 습도, 속도, 각속도 등과 같은 열차의 센서 정보를 획득하여 열차(T)에 전송하여 열차(T)의 안전한 자율주행 운행에 중요한 자료로 활용할 수 있도록 하는 시스템이다.
이때, 열차(T)에 구비되는 RFID 리더기(20)는 선로(1)에 설치되는 RFID 태그(10)와 비접촉 통신을 수행하여 RFID 태그(10)로부터 위치 정보를 전달받는다.
그리고, 상기 RFID 리더기(20)는 RFID 태그(10)로부터 위치 정보가 수신되면 열차(T)의 운전을 제어하는 차상제어기(2)로 전송하여 열차 운행에 필요한 정보로 활용한다.
이러한 열차(T)에는 차상제어기(2)는 물론 무선통신장치(3)가 구비되어 열차 무선센서노드(100)와 데이터 통신을 수행한다. 따라서, 상기 열차 무선센서노드(100)에서 획득하는 열차(T)의 온도, 습도, 속도, 각속도 등과 같은 센서 정보는 무선통신장치(3)를 통해 열차(T)의 운행을 감시 제어하는 차상제어기(2)로 수집되어 열차(T)의 안전한 자율주행 운행에 중요한 자료로 활용된다.
물론, 상기 열차 무선센서노드(100)의 센서 정보는 해당 열차(T)는 물론 인접하게 운행하는 다른 열차의 무선통신장치로도 동시에 전송하도록 구성할 수도 있다.
이와 같은 본 발명의 열차 무선센서노드(100)는 원형의 PCB(101)로 구성되어 열차(T)의 차량 임의의 위치에 설치되는 무선 장치로서, 에너지수신용 RF 안테나(110)를 통해 열차(T)의 RFID 리더기(20)에서 송출되는 무선 전력 에너지를 수신하여 구동전원으로 변환하는 전원변환부와, 열차 운행에 필요한 센서 정보를 획득하기 위한 하나 이상의 센서(111)와, 상기 센서(111)의 센서 정보를 무선신호로 변환하여 통신용 안테나(112)를 통해 열차(T)의 무선통신장치(3)로 무선송출하는 통신모듈(113)과, 상기 전원변환부의 전원이 투입되면 구동되어 상기 센서(111)에서 계측된 센서 정보를 상기 통신모듈(113)로 출력하는 제어부(114)를 포함한다.
이때, 상기 전원변환부는 선로(1)를 주행하는 열차(T)의 차체에 설치되는 RFID 리더기(20)에서 송출되는 RF 에너지를 에너지수신용 RF 안테나(110)를 통해 입력받아 열차 무선센서노드(100)의 구동을 위한 구동전원으로 변환한다.
이러한 전원변환부는 상기 열차(T)에 설치되는 RFID 리더기(20)에서 방사되는 900MHz 대역의 RF 에너지를 수신하는 에너지수신용 RF 안테나(110)와, 상기 에너지수신용 RF 안테나(110)를 통해 수신된 RF 에너지를 직류전원으로 변환하는 정류회로(115)와, 상기 에너지수신용 RF 안테나(110)와 정류회로(115)의 임피던스를 정합하는 임피던스 매칭회로(116)를 포함한다.
이때, 상기 에너지수신용 RF 안테나(110)는 900MHz RF 안테나로서 다이폴 안테나 형태로 소형화를 위하여 원형 PCB(101)의 가장자리에 구비된다.
그리고, 상기 RFID 리더기(20)의 전력에 따라 열차 무선센서노드(100)를 동작시킬 수 있는 정류회로(115)가 결정되며, 정류회로(115)의 단수에 따라 높은 전압이 형성되므로 열차 무선센서노드(100)에 맞는 정류회로(115) 단수를 결정함이 바람직하다.
한편, 상기 임피던스 매칭회로(116)는 상기 다이폴 안테나의 임피던스와 정류회로(115)의 임피던스를 동일하게 만들어 주기 위한 회로이고, 상기 정류회로(115)는 에너지수신용 RF 안테나(110)로 수신된 RF 에너지를 직류(DC) 에너지로 변환하기 위한 회로로서, 다이폴 구조에 맞게 단일 션트(shunt) 구조의 다이오드로 구성함이 바람직하다.
이울러, 상기 정류회로(115)를 통해 변환된 직류(DC) 에너지는 에너지 저장장치(117)인 커패시터에 저장하고 제어부(114) 등의 구동에 사용된다. 이러한 커패시터는 부하의 전력에 따라 용량을 조절하며 누설 전류가 적은 슈퍼커패시터(supercapacitor)를 적용함이 바람직하다.
그리고, 상기 열차 무선센서노드(100)는 상기 정류회로(115)에서 생성된 직류 전압을 부하에 사용하기 적절한 3V로 승압 또는 하강하기 위하여 PWM(pulse width modulation) 제어를 수행하는 전력관리부(118)가 더 포함된다.
그리고, 상기 하나 이상의 센서(111)는 열차의 주행에 필요한 센서 정보를 획득하기 위한 것으로, 열차 주변의 온도를 측정하는 온도센서(111a), 공기중 습도를 측정하는 습도센서(111b), 열차 주행 속도를 측정하는 속도센서(111c), 열차의 가속도를 측정하는 가속도센서(111d) 등을 포함한다.
물론, 상기 하나 이상의 센서(111)는 상기 열거된 센서 중에 어느 하나 이상을 포함 가능하며, 그 외에도 다양한 열차의 주행 및 주변 환경에 관한 물리량을 측정 가능한 다양한 센서를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제어부(114)는 상기 전원변환부의 전원이 투입되면 구동되어 상기 센서(111)에서 계측된 센서 정보가 입력되면 통신모듈(113)을 제어하여 센서 정보를 송신한다. 이때, 상기 제어부(114)는 복수의 센서(111)에서 계측된 센서 정보가 아날로그 값이면 디지털 수치화할 수도 있다.
특히, 상기 제어부(114)는 열차 무선센서노드(100)를 종합적으로 감시 제어하기 위한 구동프로그램이 메모리에 내장된 마이컴으로 구성함이 바람직하며, 이 경우 마이컴은 저전력 소모형을 채용하여 전력소모를 최소화한다.
그리고, 상기 통신모듈(113)은 저전력 통신모듈로서 센서 정보의 송신 거리에 따라 블루투스(BLE), 지그비(Zigbee), 로라(LoRa) 등이 활용가능하다.
이때, 상기 통신용 안테나(112)는 상기 저전력 통신모듈에 적합한 2.4GHz 안테나를 활용한다. 이와 같이 통신용 안테나(112)를 2.4GHz 대역의 안테나를 적용하는 경우 상기 에너지수신용 RF 안테나(110)의 900MHz 대역과 간섭이 일어나지 않게 된다.
그리고, 상기 제어부(114)는 저전력 마이컴(또는 마이크로프로세서)으로 구성되어 저전력 상태로 유지되다가 프로그래밍된 타이밍에 맞추어 깨어나 센서(111)들로부터 센서 정보를 입력받아 통신모듈(113)을 통하여 무선으로 전송한다.
이 경우 상기 센서(111) 및 통신모듈(113)은 오프(off) 상태를 유지하다 제어부(114)를 구성하는 저전력 마이크로프로세서의 요청에 의해 온(on)되어 센서 정보를 송신한다.
한편, 이러한 열차 무선센서노드(100)의 센서 정보는 통신용 안테나(112)를 통해 무선 송출시 해당 열차(T)의 무선통신장치(3)로 전송되어 열차자율주행시 안전 운행에 활용할 수 있다. 이 경우 상기 해당 열차(T)의 무선통신장치(3)로 수신된 센서 정보는 차상제어기(2)로 수집된다.
이와 같은 열차 무선센서노드(100)의 작동을 위한 RF 에너지를 방사하는 RFID 리더기(20)는 열차의 차량 하부에 구비된다.
이러한 RFID 리더기(20)는 선로(1)에 설치되는 RFID 태그(10)로부터 위치 정보를 수신하기 위한 것이지만, 열차 무선센서노드(100)의 작동을 위한 RF 에너지를 효과적으로 다양한 방향으로 전달할 수 있도록 RFID 리더기(20)는 RF 에너지를 방사하고 RFID 태그로부터 위치 정보를 수신하는 하나 이상의 리더기 안테나(21)와, 상기 리더기 안테나(21)를 스위칭하는 RF 스위칭 회로(22)와, 상기 위치 정보를 수신하는 리더부(23)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 RFID 리더기(20)에서 RF 에너지를 다양한 방향으로 방사가능하도록 하기 위해 리더기 안테나(21)는 하우징(24)의 하부면(24a)에 구비되는 메인 패치(Main Patch) 안테나(21a)와, 하우징(24)의 사방 측면(24b)에 각각 구비되는 4개의 빔포밍 안테나(21b)로 구성된다.
이때, 상기 하우징(24)은 전체적으로 육면체로 이루어져 하부면(24a)에 구비된 메인 패치(Main Patch) 안테나(21a)를 통해 지상의 RFID 태그(10)로부터 위치 정보를 수신하고, 하우징(24)의 사방 측면(24b)에 각각 구비된 4개의 빔포밍 안테나(21b)를 통해 열차 차량의 다양한 위치에 설치되는 열차 무선센서노드(100)의 작동을 위한 RF 에너지를 방사한다. 물론, 열차 무선센서노드(100)의 설치 방향에 따라 상기 메인 패치(Main Patch) 안테나(21a)에서 방사되는 RF 에너지를 수신할 수도 있다.
이때, 상기 빔포밍 안테나(21b)는 서스펜디드 패치(Suspended patch) 안테나 구조로서, 패치 라디에이터(patch radiator)와 그라운드(ground) 사이에 Air층을 넣어 대역폭을 넓히고 백로브(back lobe)를 줄여 메인 패치(Main Patch) 안테나(21a)와의 간섭을 최소화한다. 4개의 빔포밍 안테나(21b)는 RF 스위칭 회로(22)를 통하여 4 방향으로 스위칭된다.
이하, 도 1 내지 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드의 작동 예를 설명한다.
열차(T)가 선로(1)를 주행하며 선로(1)에 설치된 RFID 태그(10)가 설치된 위치를 통과시 열차의 RFID 리더기(20)는 RFID 태그(10)의 위치 정보를 수신한다.
한편, 상기 RFID 리더기(20)에서 방출되는 RF 에너지는 열차 무선센서노드(100)의 전원변환부를 통해 입력된다.
이때, 상기 열차(T)에 설치되는 RFID 리더기(20)에서 방사되는 900MHz 대역의 에너지는 에너지수신용 RF 안테나(110)를 통해 수신되며 임피던스 매칭회로(116)를 거쳐 정류회로(115)에서 직류전원으로 변환되어 제어부(114)를 구성하는 마이컴(또는 마이크로프로세서)으로 공급된다.
이에 마이컴이 구동되어 하나 이상의 센서(111)로부터 열차의 온도, 습도, 주행 속도, 가속도 등에 관한 센서 정보를 입력받는다. 이와 같이 입력되는 하나 이상의 센서 정보는 통신모듈(113)을 통하여 무선신호로 변환되어 통신용 안테나(112)를 통해 무선 송출한다.
이에 해당 열차(T)의 무선통신장치(3)는 열차 무선센서노드(100)에서 무선 송출되는 센서 정보를 수신하며, 이는 차상제어기(2) 등에 수집되어 열차자율주행시 안전 운행에 활용할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 선로 10: RFID 태그
20: RFID 리더기 21: 리더기 안테나
21a: 메인 패치 안테나 21b: 빔포밍 안테나
22: RF 스위칭 회로 23: 리더부
100: 열차 무선센서노드 110: 에너지수신용 RF 안테나
111: 센서 112: 통신용 안테나
113: 통신모듈 114: 제어부
115: 정류회로 116: 임피던스 매칭회로
117: 에너지 저장장치 118: 전력관리부
T: 열차

Claims (11)

  1. 열차에 설치되는 열차 무선센서노드에 있어서,
    상기 열차 무선센서노드는 에너지수신용 RF 안테나를 통해 열차의 RFID 리더기에서 송출되는 무선 전력 에너지를 수신하여 구동전원으로 변환하는 전원변환부와, 열차 운행에 필요한 센서 정보를 획득하기 위한 하나 이상의 센서와, 상기 센서의 센서 정보를 무선신호로 변환하여 통신용 안테나를 통해 열차의 무선통신장치로 무선송출하는 통신모듈과, 상기 전원변환부의 전원이 투입되면 구동되어 상기 센서에서 계측된 센서 정보를 상기 통신모듈로 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열차 무선센서노드는 원형의 PCB로 구성되며, 상기 에너지수신용 RF 안테나는 900MHz RF 안테나로서 다이폴 안테나 형태로 상기 원형 PCB의 가장자리에 구비되는 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전원변환부는 상기 열차에 설치되는 RFID 리더기에서 방사되는 900MHz 대역의 RF 에너지를 수신하는 에너지수신용 RF 안테나와, 상기 에너지수신용 RF 안테나를 통해 수신된 RF 에너지를 직류전원으로 변환하는 정류회로와, 상기 에너지수신용 RF 안테나와 정류회로의 임피던스를 정합하는 임피던스 매칭회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 정류회로를 통해 변환된 직류 에너지는 에너지 저장장치인 슈퍼커패시터에 저장되는 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 정류회로에서 생성된 직류 전압을 부하에 사용하기 위한 3V로 승압 또는 하강하기 위한 PWM 제어를 수행하는 전력관리부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 센서는 열차 주변의 온도를 측정하는 온도센서, 공기중 습도를 측정하는 습도센서, 열차 주행 속도를 측정하는 속도센서, 열차의 가속도를 측정하는 가속도센서 중에 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 통신모듈은 저전력 통신모듈인 블루투스(BLE), 지그비(Zigbee), 로라(LoRa) 중에 어느 하나의 모듈인 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 에너지수신용 RF 안테나는 상기 RFID 리더기에서 방사되는 900MHz 대역의 에너지를 수신하며, 상기 통신용 안테나는 상기 저전력 통신모듈에 적합한 2.4GHz 안테나인 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 RFID 리더기는 RF 에너지를 방사하는 하나 이상의 리더기 안테나와, 상기 리더기 안테나를 스위칭하는 RF 스위칭 회로와, 상기 위치 정보를 수신하는 리더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 리더기 안테나는 하우징의 하부면에 구비되는 메인 패치(Main Patch) 안테나와, 하우징의 사방 측면에 각각 구비되는 4개의 빔포밍 안테나로 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 빔포밍 안테나는 서스펜디드 패치(Suspended patch) 안테나 구조이고 4개의 빔포밍 안테나는 RF 스위칭 회로를 통하여 4 방향으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 RF 에너지 하베스팅을 활용한 열차 무선센서노드.
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