KR20210126369A - 에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서 및 그 동작방법 - Google Patents

에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서 및 그 동작방법 Download PDF

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김종현
이경호
김기현
서길수
심민섭
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Abstract

본 발명은 에너지 하베스팅 장치의 출력 단에 연결되는 부하 장치의 동작방법에 관한 것으로, 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하는 단계; 상기 검출된 출력 전압과 미리 결정된 제1 임계 전압을 비교하는 단계; 상기 검출된 출력 전압이 상기 제1 임계 전압보다 작은 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(booting)을 개시하는 단계를 포함한다.

Description

에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서 및 그 동작방법 {SMART SENSOR BASED ON ENERGY HAVESTING AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지 하베스터로부터 획득된 전력을 기반으로 구동하는 스마트 센서에 관한 것이다.
에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이란 기기 주변의 환경 에너지, 태양/바람/조류 등과 같은 자연 에너지를 수거하여 사용하는 기술을 말하는 것으로, 버려지거나 활용되지 않은 자원에서 에너지를 수확 또는 이용할 수 있는 것을 찾아 에너지를 생산하는 것으로 주로 마이크로 와트(㎼) 내지 밀리 와트(㎽) 단위의 전력을 생산한다.
에너지 하베스팅은 에너지를 얻기 위해 사용하는 방식에 따라 다양하게 나누어진다. 가령, 자연으로부터 에너지를 얻을 수 있는 방식에는 태양광으로부터 에너지를 얻는 솔라셀 방식, 열로부터 전기에너지를 얻는 열전소자 방식, 진동으로부터 전기에너지를 얻는 압전소자 방식, 그리고 전자기파로부터 에너지를 얻는 RF 방식 등이 있다.
도 1은 일반적인 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 에너지 하베스팅 장치(10)는 주변의 자연 또는 환경 에너지를 수집하여 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스터(11)와, 상기 에너지 하베스터(11)의 출력 전압을 정류하는 정류기(12)와, 상기 에너지 하베스터(11)에서 생산된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장장치(13)와, 상기 에너지 저장장치(13)로 전압을 충전하는 에너지 하베스팅 회로(14)를 포함한다.
이러한 에너지 하베스팅 장치(10)의 출력 단에 소정의 부하(20)를 연결함으로써, 에너지 하베스터(11)에서 생산된 전력을 해당 부하(20)로 공급할 수 있다. 상기 에너지 하베스팅 장치(10)에 연결되는 부하 장치로는 대표적으로 스마트 센서(smart sensor)가 사용될 수 있다.
스마트 센서는, 일종의 지능형 센서로서, 기존 센서에 논리/판단/통신 기능이 결합되어 데이터 처리, 자동 보정, 자가 진단, 의사 결정 기능 등을 수행하는 고 기능, 고 정밀, 고 편의성, 고 부가가치 센서를 의미한다. 상기 스마트 센서는 미래 지능형 산업, 초 연결 시대를 열어갈 최첨단 소자로서 제조, 환경, 모바일, 의료 헬스케어, 자동차, 우주, 항공, 군수 등 다양한 응용 산업에 적용 가능하다.
일반적인 스마트 센서는 센서부, 신호 처리부, 통신부 및 제어부를 포함한다. 이러한 스마트 센서는, 외부 전원 인가 시, 시스템을 부팅한 다음 '슬립 모드' → '액티브 모드(센싱 모드)' → '데이터 전송 모드' → '슬립 모드' 순으로 동작한다.
그런데, 스마트 센서의 전원 공급 장치로 에너지 하베스팅 장치(10)를 사용하는 경우, 해당 센서에서 초기 시스템 부팅 시 소모하는 전류가 에너지 하베스터(11)에서 생산하는 전류보다 더 큰 경우에는 해당 하베스터(11)에서 생산된 전류가 에너지 저장장치(13)를 충전시킬 수 없을 뿐만 아니라 스마트 센서도 제대로 동작시킬 수 없는 문제가 발생한다. 즉, 에너지 하베스팅 장치(10)의 에너지 저장장치(13)에 저장된 전력이 작은 상태에서 스마트 센서의 시스템을 바로 부팅하게 되면, 해당 센서에서의 전력 소모가 크기 때문에 에너지 하베스터(11)에서 생산된 전류가 에너지 저장장치(13)를 충전시킬 수 없을 뿐만 아니라 스마트 센서도 제대로 동작시킬 수 없는 문제가 발생하게 된다. 따라서, 초기 시스템 부팅 시 부하 전류를 많이 소모하는 스마트 센서들을 안정적으로 구동하기 위한 방안이 필요하다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압에 기초하여 부팅 모드로 진입하는 스마트 센서 및 그 동작방법을 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 에너지 하베스팅 장치의 출력 단에 연결되는 부하 장치의 동작방법에 있어서, 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하는 단계; 상기 검출된 출력 전압과 미리 결정된 제1 임계 전압을 비교하는 단계; 상기 검출된 출력 전압이 상기 제1 임계 전압보다 작은 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(booting)을 개시하는 단계를 포함하는 부하 장치의 동작방법을 제공한다. 여기서, 상기 부하 장치는 스마트 센서일 수 있다. 또한, 상기 제1 임계 전압은 스마트 센서에서 시스템을 부팅시키기 위해 필요한 최소한의 전압 크기일 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 부하 장치의 동작방법은, 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 슬립 모드를 유지할 필요 없이, 시스템 부팅을 바로 개시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 부하 장치의 동작방법은, 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중, 상기 스마트 센서의 동작 모드를 슬립 모드로 유지하기 위한 최소한의 장치만을 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 부하 장치의 동작방법은, 시스템 부팅 시, 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들을 초기화하기 위한 장치 초기화 모드로 진입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 부하 장치의 동작방법은, 장치 초기화 모드 진입 시, 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중에서 초기화 모드에 일정 전력 이상을 소비하는 장치가 존재하는지를 확인하는 단계; 상기 초기화 모드에 일정 전력 이상을 소비하는 장치가 존재하는 경우, 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압을 미리 결정된 제2 임계 전압과 비교하는 단계; 및 상기 감지된 출력 전압이 상기 제2 임계 전압보다 작은 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 해당 장치를 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 에너지 하베스팅 장치의 출력 단에 연결되는 부하 장치에 있어서, 주변 환경 정보를 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 처리부; 및 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하고, 상기 검출된 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 작은 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(booting)을 개시하는 제어부를 포함하는 부하 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하는 과정; 상기 검출된 출력 전압과 미리 결정된 제1 임계 전압을 비교하는 과정; 상기 검출된 출력 전압이 상기 제1 임계 전압보다 작은 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(booting)을 개시하는 과정이 컴퓨터 상에서 수행되도록 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서 및 그 동작방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 모니터링하여 상대적으로 큰 전력을 필요로 하는 시스템 초기화 단계에서부터 슬립 모드 기능을 적극 활용함으로써, 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 매우 낮은 경우에도 안정적인 시스템 부팅을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 모니터링하여 해당 전압이 미리 결정된 임계 전압 이상인 경우에만 시스템 부팅 모드로 진입함으로써, 기존의 스마트 센서에서 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 충분치 않아 시스템을 부팅할 수 없었던 문제를 효과적으로 해결할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서 및 그 동작방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 구성을 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 센서의 구성을 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 센서의 동작을 설명하는 순서도;
도 5는 도 4의 시스템 부팅 단계에서 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중 소비 전력이 큰 장치들을 초기화하는 방법을 설명하는 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압에 기초하여 부팅 모드(booting mode)로 진입하는 부하 장치 및 그 동작방법을 제안한다. 이하, 본 명세서에서는, 설명의 편의상, 부하 장치로 '스마트 센서'를 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며, 에너지 하베스터로부터 획득된 전력을 기반으로 구동 가능한 모든 전자 장치를 포함한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)은 에너지 하베스팅 장치(110)와, 상기 에너지 하베스팅 장치(110)에 연계된 스마트 센서(120)로 구성된다. 여기서, 에너지 하베스팅 장치(110)는 에너지 하베스터(111), 정류기(112), 에너지 하베스팅 회로(113) 및 에너지 저장장치(114)를 포함한다.
에너지 하베스터(111)는 기기 주변의 자연 또는 환경 등에서 버려지거나 활용되지 않은 자원을 이용하여 에너지를 수확하는 장치로서, 주로 마이크로 와트(㎼) 내지 밀리 와트(㎽) 단위의 전기 에너지를 생산한다. 이러한 에너지 하베스터(111)로는 압전 하베스터, 정전기 하베스터, 전자기 하베스터, 열전 하베스터, 생체역학 하베스터, 솔라셀 하베스터, 마찰전기(Triboelectric) 하베스터 및 RF 하베스터 중 어느 하나가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
정류기(112)는, 에너지 하베스터(111)의 출력 단에 연결되어, 상기 에너지 하베스터(111)로부터 출력되는 교류(AC) 전원을 직류(DC) 전원으로 변환하는 동작을 수행할 수 있다. 일 예로, 정류기(112)는 풀 브릿지(full bridge) 타입의 다이오드들(D1~D4)과 하나의 출력 캐패시터(C1)를 포함할 수 있다.
에너지 하베스팅 회로(113)는, 정류기(112)의 출력 단과 에너지 저장장치(114)의 입력 단 사이에 배치되어, 상기 정류기(112)의 출력 전압(VIN)을 이용하여 에너지 저장장치(114)를 충전하는 동작을 수행할 수 있다.
에너지 하베스팅 회로(113)는 에너지 저장장치(114)의 충전 상태(State of Charge, SOC)에 따라 정 전류(Constant Current, CC) 모드 또는 정 전압(Constant Voltage, CV) 모드로 해당 에너지 저장장치(114)를 충전할 수 있다. 예컨대, 에너지 하베스팅 회로(113)는 에너지 저장장치(114)가 만 충전될 때까지 정 전류(CC) 모드로 충전하고, 상기 에너지 저장장치(114)가 만 충전되면 정 전압(CV) 모드로 충전한다.
에너지 저장장치(114)는 에너지 하베스팅 회로(113)와 부하, 즉 스마트 센서(120) 사이에 배치되어, 에너지 하베스터(111)에서 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있다. 이러한 에너지 저장장치(114)로는 배터리(battery), 슈퍼 캐패시터(super capacitor), 축전지 등이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
에너지 저장장치(114)는, 충전 모드 시, 에너지 하베스팅 회로(113)로부터 제공받은 전기 에너지를 저장할 수 있다. 또한, 에너지 저장장치(114)는, 방전 모드 시, 기 저장된 전기 에너지를 스마트 센서(120)로 공급할 수 있다.
스마트 센서(120)는, 일종의 지능형 센서로서, 일반 센서에 논리/판단/통신 기능이 결합되어 데이터 처리, 자동 보정, 자가 진단, 의사 결정 기능 등을 수행하는 고 기능, 고 정밀, 고 편의성, 고 부가가치 센서를 의미한다. 이러한 스마트 센서(120)는 마이크로 센서 기술에 반도체 VLSI(Very Large Scale Integration) 기술을 결합시킨 것으로 컴퓨터가 갖는 우수한 데이터 처리 능력, 판 단 기능, 메모리 기능, 통신 기능 등을 구비할 수 있다.
스마트 센서(120)는, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 단에 연결되어, 상기 에너지 하베스팅 장치(110)로부터 부하 전원을 공급받을 수 있다. 스마트 센서(120)는, 부하 전원 인가 시, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압(VOUT)을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압에 기초하여 부팅 모드(booting mode)로 진입할 수 있다. 이는 에너지 하베스팅 장치(110)의 에너지 저장장치(114)에 저장된 전력이 충분한 경우에만 스마트 센서(120)의 시스템을 부팅시키기 위함이다.
스마트 센서(120)는, 시스템 부팅 완료 시, 미리 정해진 기본 동작을 반복하여 수행할 수 있다. 예컨대, 스마트 센서(120)는 자신의 동작 모드를 '슬립 모드', '액티브 모드(또는 센싱 모드)', '데이터 전송 모드' 및 '슬립 모드' 순으로 변경하면서 반복적인 동작을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서(120)는 센서부(121), 신호 처리부(122), 무선 통신부(123), 메모리(미도시) 및 제어부(124)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 구성요소들은 스마트 센서를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 스마트 센서는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
센서부(121)는 인간의 오감을 대신하여 물리계 또는 환경계의 현상을 정량적으로 측정하여 정보를 검출하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 센서부(121)는 온도, 습도, 조도, 기압, 가속도, 가스, 음향, 이미지 등 주변 환경 정보를 감지할 수 있다. 상기 센서부(121)의 감지 대상에 따라, 스마트 센서(120)는 물리 센서, 광 센서, 화학 센서 및 바이오 센서 등으로 분류될 수 있다.
신호 처리부(122)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, A/D 컨버터는 센서부(121)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환된 디지털 신호를 제어부(124)로 제공할 수 있다. 반대로, D/A 컨버터는 제어부(124)에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 상기 변환된 아날로그 신호를 센서부(121)로 제공할 수 있다.
무선 통신부(123)는 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 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, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 더 나아가, 무선 통신부(123)는 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등) 기술 중 적어도 하나를 이용하여 장거리 통신을 지원할 수도 있다. 이러한 무선 통신부(123)는 근거리 및/또는 장거리 무선 통신망을 통해 센서 노드와 게이트웨이 사이, 센서 노드와 인접 센서 노드 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다.
메모리는 스마트 센서(120)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 또한, 메모리는 스마트 센서(120)에서 구동되는 응용 프로그램(application program), 스마트 센서(120)의 동작을 위한 데이터들 및 명령어들을 저장할 수 있다.
제어부(또는 마이크로 컨트롤로 유닛(Micro Controller Unit, MCU), 124)는 메모리에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여 위에서 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 더 나아가, 제어부(124)는 이하에서 설명되는 실시 예를 본 발명에 따른 스마트 센서(120) 상에서 구현하기 위하여, 위에서 살펴본 구성요소들을 중 적어도 하나를 조합하여 제어할 수 있다.
제어부(124)는 스마트 센서(120)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 전원 관리와 관련된 기능, 무선 통신과 관련된 기능 및 아날로그(A)/디지털(D) 신호 처리와 관련된 기능 등을 제어할 수 있다.
제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)로부터 제공받은 전원을 스마트 센서(120)의 구성요소들에 분배하는 기능을 수행할 수 있다. 제어부(124)는, 에너지 하베스팅 장치(110)로부터의 전원 인가 시, 상기 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압(VOUT)을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압에 기초하여 부팅 모드로 바로 진입하거나 혹은 일정 시간 동안의 슬립 모드를 거친 후 부팅 모드로 진입할 수 있다. 이에 대한 좀 더 자세한 설명은 아래 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.
제어부(124)는, 시스템 부팅 완료 시, 미리 정해진 기본 동작을 반복적으로 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 동작 모드를 '슬립 모드', '액티브 모드(또는 센싱 모드)', '데이터 전송 모드' 및 '슬립 모드' 순으로 변경하면서 반복적인 동작을 수행할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 센서는 상대적으로 큰 전력을 필요로 하는 시스템 초기화 단계에서부터 슬립 모드 기능을 적극 활용함으로써, 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 매우 낮은 경우에도 안정적인 시스템 부팅을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 센서의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 센서(120)의 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)로부터 전원이 인가되는지를 확인할 수 있다(S410).
상기 410 단계의 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)로부터 전원이 인가되는 경우, 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압을 감지할 수 있다(S420). 즉, 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)에 포함된 에너지 저장장치(114)의 충전 상태를 감지할 수 있다.
제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 크거나 같은지 여부를 확인할 수 있다(S430). 여기서, 상기 미리 결정된 제1 임계 전압은 스마트 센서(120)에서 시스템을 부팅시키기 위해 필요한 최소한의 전압 크기일 수 있다.
상기 430 단계의 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 작은 경우, 제어부(124)는 시스템 부팅을 준비하는 동작을 수행할 수 있다(S440). 즉, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 동작 모드를 슬립 모드로 진입하기 위한 최소한의 장치(또는 부품)만을 초기화하는 동작을 수행할 수 있다.
제어부(124)는, 시스템 부팅 준비 완료 시, 스마트 센서(120)의 동작 모드를 슬립 모드로 진입할 수 있다(S450). 이는 스마트 센서(120)의 슬립 모드 동안, 에너지 하베스터(111)에서 생산된 전력을 에너지 저장장치(114)에 충분히 저장하기 위함이다.
제어부(124)는 소정의 타이머를 구동하여 스마트 센서(120)가 슬립 모드로 진입한 시점으로부터 일정 시간이 경과되는지를 확인할 수 있다(S460). 상기 확인 결과, 슬립 모드 진입 시점으로부터 일정 시간이 경과되는 경우, 제어부(124)는 상술한 420 단계로 이동하여 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압을 감지할 수 있다.
이후, 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 크거나 같은지 여부를 확인할 수 있다. 상기 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 작은 경우, 제어부(124)는 상술한 440 단계 내지 460 단계의 동작을 반복하여 수행할 수 있다.
한편, 상기 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 시스템을 부팅할 수 있다(S470). 이때, 제어부(124)는 스마트 센서(120)를 구성하는 모든 장치들을 초기화할 수 있다.
제어부(124)는, 시스템 부팅 완료 시, 미리 정해진 기본 동작을 수행할 수 있다(S480). 예컨대, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 동작 모드를 '슬립 모드', '액티브 모드(또는 센싱 모드)', '데이터 전송 모드' 및 '슬립 모드' 순으로 변경하면서 반복적인 동작을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 시스템 부팅 단계에서, 스마트 센서(120)를 구성하는 복수의 장치들 중 소비 전력이 큰 장치들을 초기화하는 경우, 필요에 따라 스마트 센서(120)의 초기화 단계를 소비 전력이 큰 장치 별로 여러 단계로 분할하고, 각 단계마다 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 모니터링한 다음 슬립 모드 또는 초기화 모드로 진입하는 과정을 거치도록 구성할 수 있다. 이에 대한 좀 더 자세한 설명은 아래 도 5를 참조하여 후술하도록 한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 센서는 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 모니터링하여 해당 전압이 미리 결정된 임계 전압 이상인 경우에만 시스템 부팅 모드로 진입함으로써, 기존의 스마트 센서에서 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 충분치 않아 시스템을 부팅할 수 없었던 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
도 5는 도 4의 시스템 부팅 단계에서 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중 소비 전력이 큰 장치들을 초기화하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 제어부(124)는, 시스템 부팅 시, 스마트 센서(120)를 구성하는 복수의 장치들을 초기화하기 위한 장치 초기화 모드로 진입할 수 있다(S510).
제어부(124)는, 장치 초기화 모드 진입 시, 스마트 센서(120)를 구성하는 복수의 장치들 중에서 소비 전력이 큰 장치가 존재하는지를 확인할 수 있다(S520). 즉, 제어부(124)는 초기화 시 미리 결정된 전력 이상을 소비하는 장치를 검출할 수 있다. 여기서, 소비 전력이 큰 장치는 스마트 센서(120)의 센서부(121) 또는 무선 통신부(123)일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
상기 520 단계의 확인 결과, 스마트 센서(120) 내에 소비 전력이 큰 장치가 존재하는 경우, 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압을 감지할 수 있다(S530).
제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제2 임계 전압보다 크거나 같은지 여부를 확인할 수 있다(S540). 여기서, 상기 미리 결정된 제2 임계 전압은 소비 전력이 큰 장치를 초기화하기 위해 필요한 최소한의 전압 크기일 수 있다.
상기 540 단계의 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제2 임계 전압보다 작은 경우, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 동작 모드를 슬립 모드로 전환할 수 있다(S550). 이는 스마트 센서(120)의 슬립 모드 동안, 에너지 하베스터(111)에서 생산된 전력을 에너지 저장장치(114)에 충분히 저장하기 위함이다.
제어부(124)는 소정의 타이머를 구동하여 스마트 센서(120)가 슬립 모드로 진입한 시점으로부터 일정 시간이 경과되는지를 확인할 수 있다(S560). 상기 확인 결과, 슬립 모드 진입 시점으로부터 일정 시간이 경과되는 경우, 제어부(124)는 상술한 530 단계로 이동하여 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압을 감지할 수 있다.
제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제2 임계 전압보다 크거나 같은지 여부를 확인할 수 있다. 상기 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제2 임계 전압보다 작은 경우, 제어부(124)는 상술한 550 단계 및 560 단계의 동작을 반복하여 수행할 수 있다.
한편, 상기 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제2 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)로부터 획득된 전력을 이용하여 소비 전력이 큰 장치를 초기화할 수 있다(S570).
이후, 제어부(124)는 스마트 센서(120)를 구성하는 복수의 장치들 중에서 소비 전력이 큰 다른 장치가 존재하는지를 확인할 수 있다(S580). 상기 확인 결과, 소비 전력이 큰 다른 장치가 존재하는 경우, 제어부(124)는 상술한 530 단계 내지 570 단계의 동작을 반복하여 수행할 수 있다. 한편, 상기 확인 결과, 소비 전력이 큰 다른 장치가 존재하지 않는 경우, 제어부(124)는 상술한 도 4의 기본 동작 수행 단계(S480)로 이동할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광 기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 에너지 하베스팅 시스템 110: 에너지 하베스터 장치
111: 에너지 하베스터 112: 정류기
113: 에너지 하베스팅 회로 114: 에너지 저장장치
120: 스마트 센서 121: 센서부
122: 신호 처리부 123: 무선 통신부
124: 제어부

Claims (9)

  1. 에너지 하베스팅 장치의 출력 단에 연결되는 부하 장치의 동작방법에 있어서,
    상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하는 단계;
    상기 검출된 출력 전압과 미리 결정된 제1 임계 전압을 비교하는 단계;
    상기 검출된 출력 전압이 상기 제1 임계 전압보다 작은 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(booting)을 개시하는 단계를 포함하는 부하 장치의 동작방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부하 장치는 스마트 센서(smart sensor)임을 특징으로 하는 부하 장치의 동작방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 검출된 출력 전압이 상기 제1 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 상기 슬립 모드를 유지할 필요 없이, 상기 시스템 부팅을 바로 개시하는 단계를 더 포함하는 부하 장치의 동작방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중, 상기 스마트 센서의 동작 모드를 상기 슬립 모드로 유지하기 위한 최소한의 장치만을 초기화하는 단계를 더 포함하는 부하 장치의 동작방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 임계 전압은, 상기 스마트 센서에서 시스템을 부팅시키기 위해 필요한 최소한의 전압 크기임을 특징으로 하는 부하 장치의 동작방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 시스템 부팅 시, 상기 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들을 초기화하기 위한 장치 초기화 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 부하 장치의 동작방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 장치 초기화 모드 진입 시, 상기 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중에서 초기화 모드에 일정 전력 이상을 소비하는 장치가 존재하는지를 확인하는 단계;
    상기 초기화 모드에 일정 전력 이상을 소비하는 장치가 존재하는 경우, 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압을 미리 결정된 제2 임계 전압과 비교하는 단계; 및
    상기 감지된 출력 전압이 상기 제2 임계 전압보다 작은 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 해당 장치를 초기화하는 단계를 더 포함하는 부하 장치의 동작방법.
  8. 청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 방법이 컴퓨터 상에서 수행되도록 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  9. 에너지 하베스팅 장치의 출력 단에 연결되는 부하 장치에 있어서,
    주변 환경 정보를 감지하는 센서부;
    상기 센서부에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 처리부; 및
    상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하고, 상기 검출된 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 작은 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(booting)을 개시하는 제어부를 포함하는 부하 장치.
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