KR20220168935A - 저전력 환경에서도 감도 손실 없이 저단가로 복수 채널에서의 센싱값을 측정 가능하고 초저온 영역까지의 온도측정 또한 가능한 수동형 멀티채널 센서태그와, 상기 수동형 멀티채널 센서태그를 포함하는 스마트 신선물류박스와, 상기 수동형 멀티채널 센서태그를 이용한 온도관리 시스템 - Google Patents

저전력 환경에서도 감도 손실 없이 저단가로 복수 채널에서의 센싱값을 측정 가능하고 초저온 영역까지의 온도측정 또한 가능한 수동형 멀티채널 센서태그와, 상기 수동형 멀티채널 센서태그를 포함하는 스마트 신선물류박스와, 상기 수동형 멀티채널 센서태그를 이용한 온도관리 시스템 Download PDF

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봉성민
이우진
어진석
안민경
김성식
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Abstract

본 발명의 실시예들에 따르면, 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 센싱회로부와, 2 이상의 센싱값을 입력 받는 MCU와, 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고 2 이상의 센싱값을 외부 리더기로 전송하는 안테나부를 포함하는 수동형 멀티채널 센서태그가 제공된다.

Description

저전력 환경에서도 감도 손실 없이 저단가로 복수 채널에서의 센싱값을 측정 가능하고 초저온 영역까지의 온도측정 또한 가능한 수동형 멀티채널 센서태그와, 상기 수동형 멀티채널 센서태그를 포함하는 스마트 신선물류박스와, 상기 수동형 멀티채널 센서태그를 이용한 온도관리 시스템{PASSIVE TYPE MULTI-CHANNEL SENSORY TAG WHICH CAN MEASURE SENSING VALUES IN MULTIPLE CHANNELS AND CAN MEASURE TEMPERATURE DOWN TO THE CRYOGENIC ZONE AT LOW COST WITHOUT LOSS OF SENSITIVITY IN LOW-POWER ENVIRONMENT AND SMART FRESH LOGISTICS BOX INCLUDING THE PASSIVE TYPE MULTI-CHANNEL SENSORY TAG, AND TEMPERATURE MANAGEMENT SYSTEM USING THE PASSIVE TYPE MULTI-CHANNEL SENSORY TAG}
본 발명은 수동형 멀티채널 센서태그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전력 환경에서의 감도 손실 없이 저단가로 복수 채널에서의 센싱값을 측정 가능하고 초저온 영역까지의 온도측정 또한 가능한 수동형 멀티채널 센서태그 및 이를 이용한 온도관리 시스템에 관한 것이다.
종래의 센서태그들은 저전력 환경에서 동작되어야 하는 제품 특성상 단일 센싱값만을 측정하여 왔다.
멀티채널을 통한 복수의 센싱값 측정을 위해서는, 특허문헌 1(유비쿼터스 센서 네트워크 시스템을 위한 RFID태그)과 같이 자체전원(내장배터리 등)으로 구동되는 능동형(Active) 타입의 태그로 멀티채널을 구현하는 것이 일반적이다.
한편, 특허문헌 2(센서 입력단을 구비한 고주파 식별 태그 장치) 및 특허문헌3(무선 IC 태그, 그 무선 IC 태그를 이용한 콘크리트 구조물 품질 관리 시스템) 등의 다양한 선행문헌들은 패시브 타입의 멀티채널 센서태그를 제시하고 있으나, 이러한 문헌들은 단순히 복수의 센서를 단일 센서태그칩에 연결함을 개시할 뿐, 다채널 구성에 따른 전력소모 증가 및 그로 인한 센싱값의 신뢰성 저하, 태깅거리(감지거리) 감소 등의 다양한 문제점을 해소하기에는 부족함이 있어 왔다.
한편, 도 5 및 도 6은 NTC(Negative Temperature coefficient) 서미스터를 활용한 종래의 온도센서를 설명하기 위한 개략도들로서, 종래 NTC 온도센서는 도 1에 도시된 것처럼 NTC 저항값과 다른 저항(10K옴)의 저항값 비율에 따라 달라지는 전압값을 읽어, 도 6에 도시된 것과 같은 온도 테이블과 매칭시켜 동작시킨다. 즉, VCC(구동 전압), Rref(기준 저항, 여기서는 10K옴), NTC 저항값이 세가지의 변수로 저항간 생기는 전압 변동 데이터를 계산하게 된다. 도 6은 일반적인 10KΩ의 NTC 데이터이고, 온도에 따라 변화하는 저항값을 보여주며, 도시된 NTC 데이터에 따르면 Vo는 3.17V ~ 0.25V 까지 전압 table이 계산되고, 이 값은 MCU의 아날로그 핀으로 입력되어 10bit, 12bit, 14bit… 등 AD converter에서 디지털로 컨버팅되어 계산된다.
이러한 NTC 온도센서는 저렴한 비용과 쉬운 구동특성을 가져서 저가형 온도센서에 꾸준히 채용되어 왔으나, Vcc가 3.3V인 경우를 예로 들면 내부 Analog-Digital converter의 기준전압은 일반적으로 Vcc/2 로 되기 때문에 3.3V의 1/2값인 1.65V가 Reference 전압 값이 되고, 이 값을 넘으면 MCU(Micro Controller Unit)에서는 Over flow되어 계산이 불가능해지며(아무리 MCU외부 회로에서 온도에 따라 바뀌는 저항값으로 Vo값을 산출해 내도 MCU에서 1.65V 이상 받아들일 수가 없게 됨), 이 경우 NTC의 Negative 특성 때문에 저온으로 갈 수록 Vo값은 높아지고, 특정 온도 이하의 값은 읽어 낼 수가 없게 되는 문제가 있으며, 이를 개선하고자 Vcc를 5V 또는 12V 등으로 올려도 Vo 계산식에서 Vcc가 변수로 작용하기 때문에 동일한 증상이 발생하게 되는 문제점이 존재한다.
이러한 문제 때문에 넓은 온도범위에서의 정확한 온도측정을 위해서는 NTC 대신 RTD센서나 열전센서 등이 사용되어 왔으나, 이 경우 제품단가 증가와 구동성 확보를 위한 부수적 설계변경이 추가적으로 요구되는 한계가 있어 왔다.
이에, 저전력 환경에서의 감도 손실 없이 저단가로 복수 채널에서의 센싱값을 측정 가능하되, 초저온영역 대응 또한 가능한 수동형 멀티채널 센서태그에 대한 개발이 필요한 실정이다.
한국공개실용신안공보 제20-2008-0001962호(2008.06.19) 한국공개특허공보 제10-2001-0043962호(2001.05.25) 일본공개특허공보 제2011-022982호(2011.02.03)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 저전력 환경에서의 감도 손실 없이 저단가로 복수 채널에서의 센싱값을 측정 가능한 수동형 멀티채널 센서태그 및 이를 이용한 온도관리 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 초저온 대역을 포함하는 광대역 온도 측정이 가능한 고신뢰성의 비용절감형 온도센싱 회로 및 이를 포함하는 온도센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면, 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 센서부; 상기 센서부와 전기적으로 연결되어 상기 2 이상의 센싱값을 입력 받는 센서칩; 및 상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 안테나부;를 포함하는, 수동형 멀티채널 센서태그가 제공된다.
상기 센서부는 제1 센서 및 상기 제1 센서와 물리적으로 이격된 위치에 배치된 제2 센서를 포함하며, 상기 수동형 멀티채널 센서태그는 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 사이에 위치된 접힘영역을 기준으로 접힘되고, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는 상기 수동형 멀티채널 센서태그가 펼쳐진 때에는 서로 같은 방향을 향하고, 상기 수동형 멀티채널 센서태그가 접혀진 때에는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부는 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 사이에서 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서와 이격되도록 배치되는 제3 센서를 더 포함하며, 상기 접힘영역은 상기 제1 센서 및 상기 제3 센서 사이에 위치하고, 상기 제1 센서는, 상기 수동형 멀티채널 센서태그가 펼쳐진 때에는 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서와 같은 방향을 향하고, 상기 수동형 멀티채널 센서태그가 접혀진 때에는 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서와 반대 방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 센서칩 및 상기 안테나부가 배치된 기판은, 적어도 일부 영역이 FPCB(flexible Printed circuit board)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 기판은 상기 안테나부가 배치된 제1 기판 영역 및 상기 제1 기판 영역으로부터 연장된 제2 기판 영역을 포함하고, 상기 제1 센서는 상기 제1 기판 영역에, 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서 중 적어도 하나는 상기 제2 기판 영역에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는, 상호 이격된 위치에 배치된 2 이상의 센서를 포함하는 센서부; 상기 센서부와 전기적으로 연결되어 상기 2 이상의 센싱값을 입력 받는 센서칩; 및 상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 안테나부;를 포함하고, 상기 2 이상의 센서 중 적어도 하나의 센서는 기판으로부터 와이어링되어 상기 기판의 외부 영역으로 분기되는, 수동형 멀티채널 센서태그가 제공된다.
나아가, 수동형 멀티채널 센서태그가 구비된 신선물류박스로서, 내부에 수용공간이 구비된 단열박스; 상기 단열박스의 일측에 구비된 수동형 멀티채널 센서태그; 상기 단열박스의 내부 공간을 덮는 내피; 및 상기 단열박스의 외측면을 덮는 외피;를 포함하고, 상기 수동형 멀티채널 센서태그는, 상기 외피의 일측면으로 태깅(tagging)된 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 센서부와, 상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 안테나부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 신선물류박스가 제공된다.
또한, 수동형 멀티채널 센서태그로서, 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 센싱회로부; 상기 2 이상의 센싱값을 입력 받는 MCU(Micro Controller Unit); 및 상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 안테나부;를 포함하고, 상기 MCU는 OP-AMP(Operational amplifier)를 포함하고, 상기 센싱회로부는, 구동전압 노드; 일단이 상기 구동전압 노드에 연결되는 제1 비-가변저항; 일단이 상기 구동전압 노드에 연결되되, 상기 제1 비-가변저항과 병렬 연결되는 제2 비-가변저항; 일단이 상기 제1 비-가변저항의 타단에 직렬 연결되고, 타단이 접지되는 제1 가변저항; 일단이 상기 제2 비-가변저항의 타단에 직렬 연결되고, 타단이 접지되는 제2 가변저항; 상기 제1 비-가변저항의 타단과 상기 제1 가변저항의 일단의 접점에 위치하되, 상기 증폭기의 (-)입력단자에 연결되는 제1 측정전압 노드; 및 상기 제2 비-가변저항의 타단과 상기 제2 가변저항의 일단의 접점에 위치하되, 상기 증폭기의 (+)입력단자에 연결되는 제2 측정전압 노드;를 포함하며, 상기 안테나부는 상기 제1 측정전압 노드에서의 제1 센싱전압값 및 상기 제2 측정전압 노드에서의 제2 센싱전압값을 상기 외부 리더기로 전송하는 것을 특징으로 하는, 수동형 멀티채널 센서태그가 제공된다.
상기 제1 가변저항 및 상기 제2 가변저항 각각은 제1 서미스터(thermistor) 및 제2 서미스터이고, 상기 외부 리더기 또는 상기 외부 리더기와 통신가능한 관리서버는 상기 제1 센싱전압값 및 상기 제2 센싱전압값 각각에 기초하여 상기 제1 서미스터가 배치된 공간에서의 제1 온도값 및 상기 제2 서미스터가 배치된 공간에서의 제2 온도값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 MCU는 ADC(Analog-Digital Converter) 입력포트를 더 포함하고, 상기 센싱회로부는, 일단이 상기 구동전압 노드에 연결되되, 상기 제1 비-가변저항 및 상기 제2 비-가변저항과 병렬 연결되는 제3 비-가변저항; 일단이 상기 제3 비-가변저항의 타단에 직렬 연결되고, 타단이 접지되는 제3 가변저항; 및 상기 제3 비-가변저항의 타단과 상기 제3 가변저항의 일단의 접점에 위치하되, 상기 ADC 입력포트에 연결되는 제3 측정전압 노드;를 더 포함하며, 상기 안테나부는 상기 제3 측정전압 노드에서의 제3 센싱전압값을 상기 외부 리더기로 더 전송하되, 상기 제1 가변저항, 상기 제2 가변저항 및 상기 제3 가변저항 각각은 제1 서미스터, 제2 서미스터 및 제3 서미스터이고, 상기 외부 리더기 또는 상기 외부 리더기와 통신가능한 관리서버는 상기 제1 센싱전압값, 상기 제2 센싱전압값 및 상기 제3 센싱전압값 각각에 기초하여 상기 제1 서미스터가 배치된 공간에서의 제1 온도값, 상기 제2 서미스터가 배치된 공간에서의 제2 온도값 및 상기 제3 서미스터가 배치된 공간에서의 제3 온도값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
적어도 하나의 수동형 멀티채널 센서태그, 적어도 하나의 외부 리더기, 관리서버 및 관리자 인터페이스를 포함하는 온도관리 시스템으로서, 상기 수동형 멀티채널 센서태그는, 상기 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 센싱회로부; 상기 2 이상의 센싱값을 입력 받는 MCU(Micro Controller Unit); 및 상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 안테나부;를 포함하고, 상기 2 이상의 센싱값은 상기 외부 리더기, 상기 관리서버 및 상기 관리자 인터페이스 중 어느 하나에 의해 2 이상의 온도값으로 파싱(parsing)되는 것을 특징으로 한다.
온도센싱 회로로서, 구동전압 노드; 일단이 구동전압 노드에 연결되는 제1 비-가변저항; 일단이 상기 제1 비-가변저항의 타단에 직렬 연결되고, 타단이 접지되는 서미스터(thermistor); 일단이 상기 서미스터의 일단과 병렬 연결되고, 타단이 접지되는 제2 비-가변저항; 및 상기 제1 비-가변저항의 타단과 상기 제2 비-가변저항의 일단의 접점에 위치하는 측정전압 노드;를 포함하되, 상기 서미스터는 부특성 서미스터(NTC thermistor:Negative Temperature Coefficient thermistor)이고, 상기 제2 비-가변저항은 기준 온도에서 상기 부특성 서미스터가 가지는 특성 저항값의 0.7배 내지 1.0배 범위에서 선택되는 저항값을 가지는 것을 특징으로 한다.
일단이 상기 서미스터의 일단 및 상기 제2 비-가변저항의 일단, 또는 상기 제1 비-가변저항의 일단과 병렬 연결되고, 타단이 접지되는 제1 캐패시터;를 더 포함하고, 상기 제1 캐패시터의 용량은 0.01uF 내지 1.00uF인 것을 특징으로 한다.
수동형 멀티채널 센서태그를 이용한 온도관리 방법으로서, 상기 수동형 멀티채널 센서태그의 센싱회로부에 의해, 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 단계; 상기 수동형 멀티채널 센서태그의 MCU에 의해 측정된 상기 2 이상의 센싱값을 입력 받는 단계; 및 상기 수동형 멀티채널 센서태그의 안테나부에 의해 상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 단계; 및 상기 외부 리더기, 상기 외부 리더기와 정보통신망으로 연결된 관리서버 및 관리자 인터페이스 중 어느 하나에 의해, 상기 2 이상의 센싱값을 2 이상의 온도값으로 파싱(parsing)하는 단계;를 포함하는, 온도관리 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 별개의 전원부가 구비되지 않은 수동형 센서태그 환경(즉 저전력 환경)에서도 개별 멀티채널에 대하여 충분히 정밀한 센싱값 측정이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 종래의 단일채널 센서태그에서 사용되는 MCU 및 본 발명의 실시예들에 따른 멀티채널 센서태그의 MCU를 단일화함으로써 단채널/다채널 센서태그들에 대한 개발 및 생산관리비용을 획기적으로 절감시킬 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 실시예들에 따르면 값이 싸고 간단하게 구현되며 넓은 측정 범위에서 신뢰성 있는 온도 측정이 가능한 NTC 온도센서가 제공된다.
또한, 본 발명의 수동형 멀티채널 센서태그를 포함하는 스마트 신선물류박스에 따르면 식품류, 의약품 등이 공급자에 의해 박스에 수용된 이후 최종소비자에게 전달되는 일련의 콜드체인 과정에서 박스의 개봉 없이도 박스 내외부 환경(온도조건 등)을 체계적으로 모니터링할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그의 회로구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그의 회로구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 종래 NTC 서미스터를 활용한 온도센서를 설명하기 위한 개략도들이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 온도센서를 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 온도센서에 포함된 온도센싱회로(NTC 서미스터 회로)를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 온도센서에 포함된 온도산출부에서 사용 가능한 기준저항-센싱온도 변환 테이블을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 온도센서에 포함된 온도센싱회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그의 회로구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그가 채용된 스마트 신선물류박스를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그가 채용된 스마트 신선물류박스를 설명하기 위한 개념도이다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그가 채용된 스마트 신선물류박스를 설명하기 위한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그가 채용된 스마트 신선물류박스를 설명하기 위한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그가 채용된 온도관리 시스템을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 온도관리 시스템에서 채널별 온도정보를 센싱 및 관리하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 온도관리 시스템에서 채널별 온도정보를 센싱 및 관리하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명의 센서태그는 자체 전원부(예를 들어 배터리)가 구비되지 않은 수동형(passive type) 센서태그로서, 단일 센서태그가 2 이상의 센싱값을 센싱 및 리더기로 전송하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들면, 센서태그는 서로 다른 2이상 공간의 온도를 각각 측정하기 위한 복수의 온도센서들을 포함하도록 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 2채널 센서태그의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 3채널 센서태그의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 센서태그(1)의 내부 구성은 설명의 편의를 위해 개념적으로 도시된 것으로서, 이에 한정되지 않음은 물론이다. 또한, 센서태그(1) 내부에는 후술할 센싱회로부, MCU, 안테나부 외 다른 추가적 구성(배터리 제외)이 포함될 수 있음은 물론이다. 나아가, 센싱회로부, MCU 및 안테나 블록들은 그 형상 및 배치가 단순화되어 표시된 것으로서, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 가변저항들(Th1, Th2, Th3)은 센서태그 본체로부터 물리적으로 이격된 위치에 분기되어 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 센서태그들(1, 1', 1")에 채용되는 MCU(20)는 RFID, NFC등의 근거리 무선통신용 인터페이스를 가지는 MCU로서, 상기 MCU(20)는 적어도 하나의 OP-AMP(210, Operational amplifier) 및 적어도 하나의 ADC(Analog-Digital Converter) 입력포트(220)를 포함하는 MCU이며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
도 1에 도시된 것과 같이, 수동형 2채널 멀티채널 센서태그(1)는 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 개의 센싱값을 측정하는 센싱회로부(10), 2 개의 센싱값을 입력 받는 MCU(20, Micro Controller Unit) 및 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받아 센싱된 2 개의 센싱값을 외부 리더기로 전송하는 안테나부(30)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 센싱회로부(10)는, 구동전압 노드(Vdd)로부터 접지단까지 직렬 연결되는 적어도 2 이상의 비-가변/가변저항 세트들을 포함한다.
구체적으로, 센싱회로부는 도 1에 도시된 것처럼 일단이 구동전압 노드(Vdd)에 연결되는 제1 비-가변저항(R1), 일단이 구동전압 노드(vdd)에 연결되되 제1 비-가변저항(R1)과 병렬 연결되는 제2 비-가변저항(R2), 일단이 제1 비-가변저항(R1)의 타단에 직렬 연결되고 타단이 접지되는 제1 가변저항(Th1), 일단이 제2 비-가변저항(R2)의 타단에 직렬 연결되고 타단이 접지되는 제2 가변저항(Th2), 제1 비-가변저항(R1)의 타단과 제1 가변저항(Th1)의 일단의 접점에 위치하되 증폭기(즉, OP-AMP(210))의 (-)입력단자에 연결되는 제1 측정전압 노드(V- in) 및 제2 비-가변저항(R2)의 타단과 제2 가변저항(Th2)의 일단의 접점에 위치하되 OP-AMP(210)의 (+)입력단자에 연결되는 제2 측정전압 노드(V+ in)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 가변저항(Th1) 및 제2 가변저항(Th2) 각각은 온도에 따라 저항특성이 변하는 서미스터(thermistor)일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 가변저항(Th1) 및 제2 가변저항(Th2) 각각은 NTC(negative temperature coefficient thermistor), PTC(positive temperature coefficient thermistor), CTR(critical temperature resistor) 등일 수 있다.
이 경우, 센서태그(1)의 안테나부(30)는 제1 측정전압 노드(V- in) 및 제2 측정전압 노드(V+ in) 각각에서 측정된 전압값들(보다 정확하게는, 측정 이후 MCU 내에서 디지털화된 전압값들)을 외부리더기로 전송할 수 있으며, 외부 리더기 또는 외부 리더기와 통신가능한 관리서버는 기 설정된 전압-온도변환 테이블에 기초하여 제1 센싱전압값 및 제2 센싱전압값 각각으로부터 제1 서미스터가 배치된 공간에서의 제1 온도값 및 제2 서미스터가 배치된 공간에서의 제2 온도값을 산출할 수 있게 된다.
한편, 도 2에 도시된 3채널 센서태그(1')의 경우, 센싱회로부(10')는 도시된 것처럼 일단이 구동전압 노드(Vdd)에 연결되되 제1 비-가변저항(R1) 및 제2 비-가변저항(R2)과 병렬 연결되는 제3 비-가변저항(R3)과, 일단이 제3 비-가변저항(R3)의 타단에 직렬 연결되고 타단이 접지되는 제3 가변저항(Th3), 및 제3 비-가변저항(R3)의 타단과 제3 가변저항(Th3)의 일단의 접점에 위치하되 ADC 입력포트(220)에 연결되는 제3 측정전압 노드(VADC in)를 더 포함할 수 있다. 제3 가변저항(Th3) 또한 제1 및 제2 가변저항들과 유사하게 서미스터일 수 있으며, 예를 들어 제3 가변저항(Th3) 은 NTC, PTC, CTR 등일 수 있다.
이 경우, 센서태그의 안테나부(30)는 제1 측정전압 노드(V- in), 제2 측정전압 노드(V+ in) 및 제3 측정전압 노드(VADC in) 각각에서 측정된 전압값들을 외부리더기로 전송할 수 있으며, 외부 리더기 또는 외부 리더기와 통신가능한 관리서버는 기 설정된 전압-온도변환 테이블에 기초하여 제1 센싱전압값, 제2 센싱전압값 및 제3 센싱전압값 각각으로부터 제1 서미스터가 배치된 공간(예를 들어, 물류박스 외부 공간)에서의 제1 온도값, 제2 서미스터가 배치된 공간(예를 들어, 물류박스 내부 상측 공간)에서의 제2 온도값 및 제3 서미스터가 배치된 공간(예를 들어, 물류박스 내부 하측 공간)에서의 제3 온도값을 산출할 수 있게 된다.
한편, 상술한 채널 개수와 무관하게, 본 발명의 멀티채널 센서태그가 외부 리더기로부터 전력을 수신하여 센싱값을 측정한 후 측정값을 외부 리더기로 전송하는 일련의 과정은, 멀티채널 센서태그의 MCU(20)에 구비된 OP-AMP(210)가 턴-오프된 상태에서 수행되게 된다. 여기서 OP-AMP(210)가 턴-오프되었다함은 OP-AMP로의 전력공급 또는 OP-AMP에 의한 전력소모가 실질적으로 이루어지지 않는 것을 의미할 수도 있고, 상기 OP-AMP가 입력값(V- in, V+ in)에 기초한 연산증폭(예를 들어, Vout=A*(V+ in-V- in) 등) 기능을 수행하지 않음을 의미할 수도 있다.
OP-AMP의 턴-오프 상태에서 충분한 측정전압/변환온도 해상도를 확보하고 동시에 자체전원 없이 무선전송된 전력만으로도 충분한 동작을 수행하기 위해서, 본 발명의 센서태그 MCU는 채널별로 센싱된 아날로그값 각각을 8bit 내지 50bit의 해상도로 디지털 변환 가능한 MCU인 것이 바람직하며, 이 경우 소전력 환경에서도, OP-AMP의 V+ in, V- in 차이값 증폭 방식을 이용하지 않더라도 충분히 정밀한 온도측정이 가능하다.
OP-AMP(210)를 턴오프 동작하는 이유는 OP-AMP 내부의 증폭기가 소모전력이 크기 때문이며, 이에 연산증폭 없이 전압값들 자체를 NFC 등의 무선통신을 통해 (스마트폰 등의 리더기를 경유하여) 서버로 전송하는 것이다(전달된 전압값들은 상술한 것처럼 서버에서 테이블 매칭으로 온도값으로 변환된다).
또한, OP-AMP 증폭이 불요함에도 OP-AMP가 포함된 MCU를 채택하는 이유는 멀티채널 태그 구현을 위한 별도의 MCU에 대한 개발/생산관리에 대한 필요성을 해소할 수 있기 때문이다.
즉, 종래의 단일채널 센서태그에서 사용되는 MCU 및 본 발명에서의 멀티채널 센서태그의 MCU를 단일화함으로써 단채널/다채널 센서태그들에 대한 개발 및 생산관리비용을 획기적으로 절감시킬 수 있게 된다.
이에 따라 본 발명은 5mm 내지 30mm의 충분한 태깅거리에서 수신되는 1mW 내지 37mW의 저전력을 통해 8bit 내지 50bit의 고해상도를 가지는 채널별 센싱값들을 측정 전송함으로써, 저전력 고신뢰성의 수동형 멀티채널 센서태그를 구현할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 수동형 멀티채널 센서태그(1000)는 기판(1100), 상기 기판 상에 배치되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 센서부(1200), 상기 센서부와 전기적으로 연결되어 2 이상의 센싱값을 입력 받는 센서칩(1500), 외부 리더기(미도시)로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 센서부의 2 이상의 센싱값을 외부 리더기로 전송하는 안테나부(1300), 기판 상에서 상기 센서부, 센서칩 및 안테나부를 전기적으로 연결 및 제어하기 위한 회로부(1400)를 포함할 수 있다.
기판(1100)은 센서태그(1000)가 후술할 것과 같이 접힙되며 신선물류박스에 장착되기 위해, 플렉서블 PCB(flexible Printed circuit board; FPCB)인 것이 바람직하다. 예를 들어, 기판(1100)은 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 그라스에폭시(GE) 등을 포함하는 가요성을 갖는 FPCB 일 수 있으며, 또한 상기 FPCB는 본 발명에 도시된 것에 한정되지 않고 FCCL(Flexible Copper Clad Laminate), COVERLAY, PREPREG 및 KAPTON 등 다양한 재료로 다양한 층구조를 가지며 형성된 기판일 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상기 기판(1100)이 플렉서블 PCB인 경우를 예로 들어 설명하지만, 상기 기판의 적어도 일부는 하드(Hard) PCB일 수도 있다. 예를 들어, 기판(1100)의 안테나부(1300)가 위치된 영역(제1 기판 영역(1101))은 하드 PCB이고, 제1 기판 영역(1101)으로부터 연장된 제2 기판 영역(1102)은 플렉서블 PCB일 수도 있다.
안테나부(1300) 및/또는 회로부(1400)는 프레싱, 도금, 부식 등의 방식으로 상기 기판(1100)에 패터닝된, 알루미늄 또는 구리 등의 전도성 박막일 수 있다. 나아가 회로부(1400)로부터 후술할 각 센서들(1201, 1202, 1203)로 연장되는 연장라인들(1601, 1602, 1603) 또한, 안테나부(1300) 및/또는 회로부(1400)와 함께 형성되는 전도성 박막일 수 있다.
센서부(1200)는 예를 들면 온도센싱 역할을 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 센서부(1200)는 안테나부(1300)를 통해 스마트폰 등의 외부 리더기(미도시)로부터 공급되는 전력을 통해 구동되며, 측정된 결과를 안테나부(1300)를 통해 상기 리더기로 전달할 수 있다.
센서부(1200)는 서로 물리적으로 이격된 위치에 배치된 2 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어 센서부(1200)는 도시된 것처럼 상호 이격된 제1 내지 제3 센서들(1201, 1202, 1203)을 포함할 수 있으나, 경우에 따라 제1 내지 제3 센서들(1201, 1202, 1203) 중 어느 하나가 생략될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 제1 센서(1201)는 후술할 신선물류박스의 외부 온도를, 제2 및 제3 센서(1202, 1203)는 신선물류박스의 내부 온도를 측정하는 역할을 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
한편, 상기 센서태그(1000)는 도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼 제1 센서(1201) 및 제2 센서(1202) 사이, 보다 구체적으로는 제1 센서(1201) 및 제3 센서(1203) 사이에 위치된 접힘영역(FA)을 기준으로 접힘될 수 있다. 상기 접힘영역(FA)은 도시된 것처럼, 제2 및 제3 센서(1202, 1203)가 배치된 제2 기판 영역(1102)에 위치할 수 있다.
안테나부(1300)는 스마트폰 등의 리더기로부터 전달된 에너지를 모아 유도기전력을 발생하는 안테나 코일부를 포함할 수 있으며, 안테나 코일부에는 무선전력전송 및 통신에 필요한 주파수 매칭을 위한 하나 이상의 콘덴서가 포함될 수도 있다.
안테나부(1300)는, 스마트폰 등의 리더기로부터 온도 측정의 요청이 있는 경우 스마트폰 등의 리더기로부터 근거리 무선통신을 통해 공급되는 전력을 센서부(1200)로 전달하며, 센서부(1200)에서 측정된 온도 등의 센싱값을 근거리 무선통신을 통해 스마트폰 등의 리더기로 전송할 수 있다. 상기 근거리 무선통신은 RFID(radio frequency identification), NFC(Near Field Communication), 블루투스(Bluetooth), 와이파이(WiFi), 지그비(Zig bee), 비콘(beacon), LoRa(Long Range) 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 상기 RFID는 LFID(Low-Frequency Identification), HFID(high-Frequency Identification), UHFID(ultrahigh-Frequency Identification) 등의 개념을 포함할 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 센서부(1200) 및 안테나부(1300)는 모두 기판의 전면에 배치될 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 센서들(1201, 1202, 1203)과 안테나부(1300)는 모두 기판의 동일한 면에 배치되어 서로 같은 방향을 향할 수 있다. 이에 따라, 센서태그(1000)가 펼쳐진 상태(즉, 도 3에 도시된 상태)에서 상기 제1 내지 제3 센서들(1201, 1202, 1203) 및 안테나부(1300)는 서로 같은 방향을 향하고, 센서태그(1000)가 접혀진 상태(즉, 도 4 내지 도 6에 도시된 상태)에서 제1 센서(1201)는 상기 제2 센서(1202) 및 상기 제3 센서(1203)와 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
한편, 상기 기판(1100)에는, 제1 내지 제3 센서들(1201, 1202, 1203) 및 안테나부(1300)가 형성된 기판의 전면 및 상기 전면에 대향하는 배면 중 적어도 일면의 적어도 일부 영역을 덮는 보호층(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 보호층은 예를 들면 폴리이미드(PI) 등의 가요성 소재로 형성되어 기판(1100) 상의 회로부(120), 센서부(1200), 안테나부(1300)를 외부의 물리적 충격 또는 습기 등으로부터 보호할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일부 실시예들에 따른 센서태그의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 제2 및 제3 센서(1202, 1203)가 도 1을 참조하여 설명한 것과 달리 기판(1100')의 외부 영역으로 와이어링되어 분기된 센서태그(1000')가 도시된다.
즉, 센서들(1201, 1202, 1203)간의 상호이격을 위해 도 1과 같이 기판(1100)이 연장된 구조를 가지거나, 도 2와 같이 기판(1100')의 연장 없이 일부 센서들만 와이어링 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 온도센서를 구성을 나타낸 도면이고, 도 8는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 온도센서에 포함된 온도센싱회로(NTC 서미스터 회로)를 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 온도센서에 포함된 온도산출부에서 사용 가능한 기준저항-센싱온도 변환 테이블을 예시적으로 나타낸 도면이다.
온도센서는 도 7에 도시된 것처럼 i) 온도센싱 회로; 및 ii) 온도산출부;를 포함할 수 있다.
온도센싱 회로는, 도 8에 도시된 것처럼 구동전압 노드(Vcc); 일단이 구동전압 노드에 연결되는 제1 비-가변저항(Rref); 일단이 상기 제1 비-가변저항의 타단에 직렬 연결되고, 타단이 접지되는 서미스터(Rntc); 일단이 상기 서미스터의 일단과 병렬 연결되고, 타단이 접지되는 제2 비-가변저항(Rnew); 및 상기 제1 비-가변저항의 타단과 상기 제2 비-가변저항의 일단의 접점에 위치하는 측정전압 노드(Vo);를 포함한다.
바람직하게, 상기 서미스터는 부특성 서미스터(NTC thermistor)일 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 제2 비-가변저항의 저항값(Rnew)은 기준 온도(ex, 25도)에서 부특성 서미스터가 가지는 특성 저항값(Rprop, ex 10K옴)의 0.7배 내지 1.0배 범위에서 선택되는 저항값을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 기준 온도는 25℃이고, 상기 특성 저항값은 10KΩ일 경우, 상기 제2 비-가변저항의 저항값은 7KΩ 내지 10KΩ 사이의 값일 수 있다.
제2 비-가변저항의 저항값이 부특성 서미스터의 특성 저항값과 무관하게 설정될 경우, 예를 들어 10KΩ의 NTC에 100KΩ과 같은 높은 저항을 제2 비-가변저항으로 사용하거나, 반대로 100KΩ NTC에 10KΩ의 낮은 저항을 제2 비-가변저항으로 사용하면 출력 전압값이 한쪽으로 치우쳐져 원하는 범위의 전기적 특성을 사용할 수 없다.
또한, 제2 비-가변저항의 저항값이 특성 저항값의 0.7배 미만이 될 경우 (일반적으로 사용되는 14bit ~ 10bit의 AD port가 아닌) 높은 정밀도의 MCU측 Analog-Digital port가 요구되어 단가가 높아지는 문제가 생기게 되며, 제2 비-가변저항의 저항값이 특성 저항값을 초과할 경우 AD port 입력범위를 초과하게 되는 문제가 있다.
즉, 제2 비-가변저항이 상기한 범위의 저항값을 가져야지만 저렴한 비용으로 정밀한 센싱 특성을 충족시킬 수 있는 시스템을 구축할 수 있게 된다.
온도산출부는 상기 온도센싱 회로의 상기 측정전압 노드에서 측정된 출력전압값에 기초하여 센싱온도를 산출할 수 있다.
상기 온도산출부는, 기 설정된 기준저항-센싱온도 변환 테이블을 사용하여 상기 센싱온도를 산출하되 상기 기준저항-센싱온도 변환 테이블에 사용되는 기준저항은 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 기초하여 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
[수학식 2]
Figure pat00002
(여기서, α는 0.7 내지 1.0 사이에서 선택되는 정수, Rntc는 상기 서미스터의 가변 저항값, Rpa는 상기 서미스터 및 상기 제2 비-가변저항의 병렬저항값, Rref는 상기 제1 비-가변저항의 저항값, Vo는 상기 측정전압 노드에서 측정된 출력전압값, Vcc는 구동전압 노드에서의 구동전압값을 나타낸다.)
상기 기준저항-센싱온도 변환 테이블은 하기의 표 1을 포함할 수 있다.
[표 1]
Figure pat00003
구체적인 예를 들면, 1.10V의 Vo값이 MCU로 입력되면 MCU는 25도 온도라고 인식하며, 1.62V의 Vo값이 MCU로 입력되면 MCU는 -40도 온도라고 인식할 수 있다.
이와 같이 NTC 옆에 병렬로 제2 비-가변저항(여기서는 10KΩ 적용)을 채용하면 기본적인 NTC 저항 테이블 값이 병렬 계산되어 테이블 자체를 변화시킬 수 있게 된다. 즉, RTD센서(ex, PT100)와 같이 촘촘한 저항 테이블을 갖게 됨으로써, 넓은 온도 측정이 가능하게 된다(NTC센서는 온도 9도 당 저항 차이가 수백Ω 정도 나타나지면, RTD센서의 대표적인 PT100 센서는 온도 9도 당 저항 차이가 2Ω 정도로 굉장히 촘촘한 Gap으로 변함).
한편, 이처럼 병렬저항을 사용하여 저항 Table을 강제로 변화시키면 오차가 커져서 정밀도가 떨어지게 되는 문제가 생길 수 있으며(ex, NTC의 오차가 0.5%라면, 추가되는 저항 때문에 오차가 0.5~ 1.0%정도 떨어짐), 이를 위해 소프트웨어 적으로 재구성된 온도 테이블을 추출할 경우 상기 테이블을 메모리에 따로 저장해야 하기 때문에 번거로울 뿐 아니라, 온도범위가 촘촘해지기 때문에 커진 오차를 보정하기 위해 고분해능의 AD converter 회로를 써야 하는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해소하고자, 본 발명의 온도센서는 상술한 온도센싱 회로를 구성함과 동시에, 온도산출부는 온도센싱 회로에서 복수 회(ex, 3 내지 10번) 측정된 값을 평균치로 계산하거나, 복수 회(ex, 5 내지 15번) 측정 후 Min/Max값을 버리고 나머지 값들(ex, 3개 내지 13개의 값들) 로 평균을 내는 방식을 사용하게 된다.
도 10은 본 발명의 다른 일부 실시예들에 따른 온도센서에 포함된 온도센싱회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 10의 (a)에 도시된 것처럼, 온도센싱 회로는 일단이 상기 제1 비-가변저항의 일단과 병렬 연결되고, 타단이 접지되는 제1 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
또는, 도 10의 (b)에 도시된 것처럼, 온도센싱 회로는 일단이 상기 서미스터의 일단 및 상기 제2 비-가변저항의 일단과 병렬 연결되고, 타단이 접지되는 제1 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 캐패시터의 용량은 0.01uF 내지 1.00uF일 수 있다.
이와 같이 제1 캐패시터를 추가적으로 채용 시, 출력저항(Vo)의 흔들림을 개선할 수 있는 효과 또한 기대할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그의 회로구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 초저온 멀티채널 센서태그의 회로구성이 개략적으로 개시한다. 도 11에서는 2채널 센서태그를 도시하였으나, 상술한 3채널 센서태그의 센서들 중 적어도 하나 이상이 초저온 대응 가능한 회로로 구성될 수 있음은 물론이다.
도 11에 도시된 것과 같이, 수동형 초저온 멀티채널 센서태그(1")는 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 개의 센싱값을 측정하는 센싱회로부(10"), 2 개의 센싱값을 입력 받는 MCU(20) 및 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받아 센싱된 2 개의 센싱값을 외부 리더기로 전송하는 안테나부(30)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 센싱회로부(10")는, 구동전압 노드(Vdd)로부터 접지단까지 직렬 연결되는 적어도 2 이상의 비-가변/가변저항 세트들을 포함한다.
구체적으로, 센싱회로부는 도 11에 도시된 것처럼 일단이 구동전압 노드(Vdd)에 연결되는 제1 비-가변저항(R1), 일단이 구동전압 노드(vdd)에 연결되되 제1 비-가변저항(R1)과 병렬 연결되는 제2 비-가변저항(R2), 일단이 제1 비-가변저항(R1)의 타단에 직렬 연결되고 타단이 접지되는 제1 가변저항(Th1), 일단이 제2 비-가변저항(R2)의 타단에 직렬 연결되고 타단이 접지되는 제2 가변저항(Th2), 일단이 상기 제1 비-가변저항(R1)의 타단에 직렬 연결되되 상기 제1 가변저항(Th1)의 일단과 병렬 연결되고, 타단이 접지되는 병렬 비-가변저항(Rp), 제1 비-가변저항(R1)의 타단과 제1 가변저항(Th1)의 일단의 접점에 위치하되 OP-AMP(210)의 (-)입력단자에 연결되는 제1 측정전압 노드(V- in) 및 제2 비-가변저항(R2)의 타단과 제2 가변저항(Th2)의 일단의 접점에 위치하되 OP-AMP(210)의 (+)입력단자에 연결되는 제2 측정전압 노드(V+ in)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 가변저항(Th1) 및 제2 가변저항(Th2) 각각은 온도에 따라 저항특성이 변하는 서미스터일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 가변저항(Th1) 및 제2 가변저항(Th2) 각각은 NTC, PTC, CTR 등일 수 있다.
이 경우, 초저온 멀티채널 센서태그(1")의 안테나부(30)는 제1 측정전압 노드(V- in) 및 제2 측정전압 노드(V+ in) 각각에서 측정된 전압값들(보다 정확하게는, 측정 이후 MCU 내에서 디지털화된 전압값들)을 외부리더기로 전송할 수 있으며, 외부 리더기 또는 외부 리더기와 통신가능한 관리서버는 기 설정된 전압-온도변환 테이블에 기초하여 제1 센싱전압값 및 제2 센싱전압값 각각으로부터 제1 서미스터가 배치된 공간에서의 제1 온도값 및 제2 서미스터가 배치된 공간에서의 제2 온도값을 산출할 수 있게 된다.
이 때, 상기 관리서버는 상기 제1 온도값 및 제2 온도값 산출에 서로 다른 전압-온도변환 테이블을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 관리서버는 제1 전압-온도변환 테이블을 사용하여 제1 센싱전압값으로부터 초저온 배송을 위한 물류박스 내부 온도값인 제1 온도값을, 제2 전압-온도변환 테이블을 사용하여 제2 센싱전압값으로부터 물류박스 외부 온도값인 제2 온도값을 산출할 수 있다. 상기 제1 전압-온도변환 테이블은 저온영역의 정확한 온도측정을 위한, 예를 들면 도 9에 도시된 테이블일 수 있으며, 상기 제2 전압-온도변환 테이블은 상온영역 내에서의 일반적인 온도측정을 위한, 예를 들면 도 6에 도시된 테이블일 수 있다.
이와 같이 초저온 멀티채널 센서태그(1")에 따르면, 2 이상의 전압-온도변환 테이블을 사용하더라도 센서태그 내 추가적인 연산 등의 전력소모가 발생하지 않아, 외부 리더기를 통해 수집된 소전력만으로도 초저온 센싱을 위한 제1채널 및 상온 센싱을 위한 제2채널의 멀티채널을 충분히 구동가능하게 된다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그가 채용된 스마트 신선물류박스를 설명하기 위한 분해사시도이고, 도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그가 채용된 스마트 신선물류박스를 설명하기 위한 개념도이고, 도 14는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그가 채용된 스마트 신선물류박스를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 신선물류박스(2000)는 내부에 수용공간이 구비되고 일측에 상술한 센서태그(1000)가 구비된 단열박스(2200)와, 상기 단열박스의 내부 공간을 덮는 내피(2300)와, 상기 단열박스의 외측면을 덮는 외피(2100)를 포함할 수 있다.
센서태그는 외피(2100)의 일측면으로 태깅(tagging)된 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되며, 제1 센서(1201)는 외피(2100) 및 단열박스(2200) 외측면 사이에서 신선물류박스(2000)의 외부 온도를, 제2 센서(1202)는 내피(2300) 및 단열박스(2200) 내측면 사이에서 신선물류박스(2000)의 내측 하부 온도를, 제3 센서(1203)는 내피(2300) 및 단열박스(2200) 내측면 사이에서 신선물류박스(2000)의 내측 상부 온도를 측정하는 역할을 수행한다.
바람직하게, 외피(2100) 및 내피(2300)는 단역박스(2200) 대비 두께가 얇고, 열전도성이 크고, 유연성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게, 외피(2100)는 태깅 감도손실 또는 거리손실 방지를 위해 전자기장이 간섭 없이 통과 가능한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 다른 일부 실시예들에 따른 센서태그가 채용된 스마트 신선물류박스를 설명하기 위한 단면도이다.
도 15를 참조하면, 제1 센서(1201)는 외피(2100) 및 단열박스(2200) 외측면 사이에서 신선물류박스(2000)의 외부 온도를, 제2 센서(1202)는 내피(2300)의 내측 공간에 수용된 물품 또는 소포장 용기(G)의 표면 또는 내부에서의 온도를, 제3 센서(1203)는 내피(2300) 및 단열박스(2200) 내측면 사이에서 신선물류박스(2000)의 내부 온도를 측정하는 역할을 수행할 수 있다.
이를 위해, 내피(2300)의 일측 영역에는 센서태그 몸체 일부가 내피(2300)의 외부로부터 내피(2300)의 내부로 삽입될 수 있는 관통홀(2310) 등이 구비될 수 있다.
또는, 이를 위해 신선물류박스(2000)는 도시된 것과 달리 내피(2300)가 생략되도록 구성될 수도 있다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 센서태그가 채용된 온도관리 시스템을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 17 및 도 18은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 온도관리 시스템에서 채널별 온도정보를 센싱 및 관리하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 온도관리 시스템은 적어도 하나의 수동형 멀티채널 센서태그들(1, 1',1")과, 적어도 하나의 태그리더기(2)와, 관리서버(3) 및 관리자 인터페이스(4)를 포함할 수 있다. 또한 태그리더기(2)에도 센싱을 위한 태깅, 센싱여부 확인 및 센싱값 확인 관리 등을 위한 별도의 사용자 인터페이스가 구비될 수 있다.
태그리더기(2), 관리서버(3) 및 관리자 인터페이스(4) 중 적어도 하나는 정보통신망(5)을 통해 상호간 실시간으로 데이터 통신을 수행할 수 있다. 정보통신망(5)은 예를 들면, 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 광역 통신망(Wide Area Network; WAN) 또는 부가가치 통신망(Value Added Network; VAN) 등과 같은 유선 네트워크나 이동 통신망(mobile radio communication network), 위성 통신망, 블루투스(Bluetooth), Wibro(Wireless Broadband Internet), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등과 같은 모든 종류의 무선 네트워크로 구현될 수 있다.
관리서버(3)로는 태그리더기(2) 및/또는 관리자 인터페이스(4)로부터 입력된 정보 등을 저장 및 처리하고, 각 단말의 요청에 응답함에 따라 해당 절차를 지연없이 처리하기 위한 고성능의 프로세서 및 대용량의 저장공간을 가지는 워크스테이션 등을 포함하는 서버 장치가 이용될 수 있다.
태그리더기(2)의 수요자 인터페이스 및 관리자 인터페이스(4)는 예를 들면 스마트폰, 스마트 노트, 태블릿 PC, 스마트 카메라, 스마트 TV, 웨어러블(wearable) 컴퓨터 등의 각종 스마트 기기로 구현될 수도 있으며, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치에 의해 구현될 수도 있고, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 데스크톱(desktop), 노트북, 랩톱(laptop) 등에 의해 구현될 수도 있다.
태그리더기(2)의 수요자 인터페이스 및 관리자 인터페이스(4)를 물리적으로 구현하는 단말 각각에는 전술한 기능을 구현하기 위해 관리서버(3)와 통신을 수행하는 통신부 및 각 기능들을 사용자 인터페이스(User interface)를 통해 표시하는 어플리케이션 프로그램이 기록된 컴퓨팅 장치로 읽고 쓰기가 가능한 기록매체가 탑재될 수 있다.
온도관리 시스템 내 수동형 멀티채널 센서태그들(1, 1', 1") 각각은 목적 및 환경에 따라 다양한 센서개수를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 제1 센서태그(1)와 같이 2개의 센서(11, 12)를 구비하거나, 제2 및 제3 센서태그들(1', 1")과 같이 3개의 센서(11, 12, 13)를 구비할 수 있다. 또한, 센서들 중 일부 센서는 태그본체로부터 분기된 센서이고, 다른 일부 센서는 태그본체 내부에 배치된 센서일 수 있다.
태그리더기(2)가 센서태그(1)에 태깅(tagging)되면, 센서태그(1)는 태그리더기(2)의 안테나로부터 발생되는 RF필드에너지를 통해 센서태그(1)의 구동을 위한 전력을 획득할 수 있다.
센서태그(1)의 센서부는 획득된 전력을 사용하여 채널별 센싱값들을 취득하고, MCU는 취득된 채널별 센싱값들을 파싱(parsing) 없이 NFC 인터페이스로 전달하며, 안테나를 통해 전달된 파싱되지 않은 채널별 센싱값들을 태그리더기(2)로 전송할 수 있다. 즉, 센서태그(1)는 도 2에 도시된 제1 측정전압 노드(V- in), 제2 측정전압 노드(V+ in) 및 제3 측정전압 노드(VADC in) 각각에서 측정된 전압값들을 온도값으로 변환하지 않고 태그리더기(2)로 전송한다.
일부 실시예들에서, 도 17에 도시된 것과 같이 태그리더기(2)는 채널별 센싱값들(즉, 측정된 전압값들)을 관리서버(3)로 전송하고, 관리서버(3)는 기 설정된 전압-온도변환 테이블에 기초하여 채널별 센싱값들을 파싱하여 센서태그별/센서태그의 채널별 온도정보를 산출하여, 산출된 채널별 온도정보를 태그리더기(2) 및/또는 관리자 인터페이스(4)로 전송할 수 있다. 전송된 채널별 온도정보는 태그리더기(2)의 사용자 인터페이스나, 관리자 인터페이스(4)를 통해 디스플레이될 수 있다.
다른 일부 실시예들에서, 도 18에 도시된 것과 같이 태그리더기(2)는 기 설정된 전압-온도변환 테이블에 기초하여 센서태그(1)로부터 전달받은 채널별 센싱값들을 파싱하여 센서태그별/센서태그의 채널별 온도정보를 산출하여, 산출된 채널별 온도정보를 태그리더기(2)의 GUI 등을 통해 디스플레이할 수 있다. 산출된 채널별 온도정보는 관리서버(3)로 취합되어 관리자 인터페이스(4) 등을 통해 빅데이터화 될 수도 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 수동형 멀티채널 센서태그로서,
    외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 센서부;
    상기 센서부와 전기적으로 연결되어 상기 2 이상의 센싱값을 입력 받는 센서칩; 및
    상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 안테나부;를 포함하는, 수동형 멀티채널 센서태그.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센서부는 제1 센서 및 상기 제1 센서와 물리적으로 이격된 위치에 배치된 제2 센서를 포함하며,
    상기 수동형 멀티채널 센서태그는 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 사이에 위치된 접힘영역을 기준으로 접힘되고,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는 상기 수동형 멀티채널 센서태그가 펼쳐진 때에는 서로 같은 방향을 향하고, 상기 수동형 멀티채널 센서태그가 접혀진 때에는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 수동형 멀티채널 센서태그.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 사이에서 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서와 이격되도록 배치되는 제3 센서를 더 포함하며,
    상기 접힘영역은 상기 제1 센서 및 상기 제3 센서 사이에 위치하고,
    상기 제1 센서는, 상기 수동형 멀티채널 센서태그가 펼쳐진 때에는 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서와 같은 방향을 향하고, 상기 수동형 멀티채널 센서태그가 접혀진 때에는 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서와 반대 방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 수동형 멀티채널 센서태그.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 센서칩 및 상기 안테나부가 배치된 기판은, 적어도 일부 영역이 FPCB(flexible Printed circuit board)로 이루어진 것을 특징으로 하는, 수동형 멀티채널 센서태그.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 안테나부가 배치된 제1 기판 영역 및 상기 제1 기판 영역으로부터 연장된 제2 기판 영역을 포함하고,
    상기 제1 센서는 상기 제1 기판 영역에, 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서 중 적어도 하나는 상기 제2 기판 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는, 수동형 멀티채널 센서태그.
  6. 수동형 멀티채널 센서태그로서,
    외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는, 상호 이격된 위치에 배치된 2 이상의 센서를 포함하는 센서부;
    상기 센서부와 전기적으로 연결되어 상기 2 이상의 센싱값을 입력 받는 센서칩; 및
    상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 안테나부;를 포함하고,
    상기 2 이상의 센서 중 적어도 하나의 센서는 기판으로부터 와이어링되어 상기 기판의 외부 영역으로 분기되는, 수동형 멀티채널 센서태그.
  7. 수동형 멀티채널 센서태그가 구비된 신선물류박스로서,
    내부에 수용공간이 구비된 단열박스;
    상기 단열박스의 일측에 구비된 수동형 멀티채널 센서태그;
    상기 단열박스의 내부 공간을 덮는 내피; 및
    상기 단열박스의 외측면을 덮는 외피;를 포함하고,
    상기 수동형 멀티채널 센서태그는,
    상기 외피의 일측면으로 태깅(tagging)된 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 센서부와, 상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 안테나부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 신선물류박스.
  8. 수동형 멀티채널 센서태그로서,
    외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 센싱회로부;
    상기 2 이상의 센싱값을 입력 받는 MCU(Micro Controller Unit); 및
    상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 안테나부;를 포함하고,
    상기 MCU는 OP-AMP(Operational amplifier)를 포함하고,
    상기 센싱회로부는,
    구동전압 노드;
    일단이 상기 구동전압 노드에 연결되는 제1 비-가변저항;
    일단이 상기 구동전압 노드에 연결되되, 상기 제1 비-가변저항과 병렬 연결되는 제2 비-가변저항;
    일단이 상기 제1 비-가변저항의 타단에 직렬 연결되고, 타단이 접지되는 제1 가변저항;
    일단이 상기 제2 비-가변저항의 타단에 직렬 연결되고, 타단이 접지되는 제2 가변저항;
    상기 제1 비-가변저항의 타단과 상기 제1 가변저항의 일단의 접점에 위치하되, 상기 증폭기의 (-)입력단자에 연결되는 제1 측정전압 노드; 및
    상기 제2 비-가변저항의 타단과 상기 제2 가변저항의 일단의 접점에 위치하되, 상기 증폭기의 (+)입력단자에 연결되는 제2 측정전압 노드;를 포함하며,
    상기 안테나부는 상기 제1 측정전압 노드에서의 제1 센싱전압값 및 상기 제2 측정전압 노드에서의 제2 센싱전압값을 상기 외부 리더기로 전송하는 것을 특징으로 하는, 수동형 멀티채널 센서태그.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 가변저항 및 상기 제2 가변저항 각각은 제1 서미스터(thermistor) 및 제2 서미스터이고,
    상기 외부 리더기 또는 상기 외부 리더기와 통신가능한 관리서버는 상기 제1 센싱전압값 및 상기 제2 센싱전압값 각각에 기초하여 상기 제1 서미스터가 배치된 공간에서의 제1 온도값 및 상기 제2 서미스터가 배치된 공간에서의 제2 온도값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 수동형 멀티채널 센서태그.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 MCU는 ADC(Analog-Digital Converter) 입력포트를 더 포함하고,
    상기 센싱회로부는,
    일단이 상기 구동전압 노드에 연결되되, 상기 제1 비-가변저항 및 상기 제2 비-가변저항과 병렬 연결되는 제3 비-가변저항;
    일단이 상기 제3 비-가변저항의 타단에 직렬 연결되고, 타단이 접지되는 제3 가변저항; 및
    상기 제3 비-가변저항의 타단과 상기 제3 가변저항의 일단의 접점에 위치하되, 상기 ADC 입력포트에 연결되는 제3 측정전압 노드;를 더 포함하며,
    상기 안테나부는 상기 제3 측정전압 노드에서의 제3 센싱전압값을 상기 외부 리더기로 더 전송하되,
    상기 제1 가변저항, 상기 제2 가변저항 및 상기 제3 가변저항 각각은 제1 서미스터, 제2 서미스터 및 제3 서미스터이고,
    상기 외부 리더기 또는 상기 외부 리더기와 통신가능한 관리서버는 상기 제1 센싱전압값, 상기 제2 센싱전압값 및 상기 제3 센싱전압값 각각에 기초하여 상기 제1 서미스터가 배치된 공간에서의 제1 온도값, 상기 제2 서미스터가 배치된 공간에서의 제2 온도값 및 상기 제3 서미스터가 배치된 공간에서의 제3 온도값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 수동형 멀티채널 센서태그.
  11. 적어도 하나의 수동형 멀티채널 센서태그, 적어도 하나의 외부 리더기, 관리서버 및 관리자 인터페이스를 포함하는 온도관리 시스템으로서,
    상기 수동형 멀티채널 센서태그는,
    상기 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 센싱회로부;
    상기 2 이상의 센싱값을 입력 받는 MCU(Micro Controller Unit); 및
    상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 안테나부;를 포함하고,
    상기 2 이상의 센싱값은 상기 외부 리더기, 상기 관리서버 및 상기 관리자 인터페이스 중 어느 하나에 의해 2 이상의 온도값으로 파싱(parsing)되는 것을 특징으로 하는, 수동형 멀티채널 센서태그를 포함하는 온도관리 시스템.
  12. 온도센싱 회로로서,
    구동전압 노드;
    일단이 구동전압 노드에 연결되는 제1 비-가변저항;
    일단이 상기 제1 비-가변저항의 타단에 직렬 연결되고, 타단이 접지되는 서미스터(thermistor);
    일단이 상기 서미스터의 일단과 병렬 연결되고, 타단이 접지되는 제2 비-가변저항; 및
    상기 제1 비-가변저항의 타단과 상기 제2 비-가변저항의 일단의 접점에 위치하는 측정전압 노드;를 포함하되,
    상기 서미스터는 부특성 서미스터(NTC thermistor:Negative Temperature Coefficient thermistor)이고,
    상기 제2 비-가변저항은 기준 온도에서 상기 부특성 서미스터가 가지는 특성 저항값의 0.7배 내지 1.0배 범위에서 선택되는 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는, 온도센싱 회로.
  13. 제12 항에 있어서,
    일단이 상기 서미스터의 일단 및 상기 제2 비-가변저항의 일단, 또는 상기 제1 비-가변저항의 일단과 병렬 연결되고, 타단이 접지되는 제1 캐패시터;를 더 포함하고,
    상기 제1 캐패시터의 용량은 0.01uF 내지 1.00uF인 것을 특징으로 하는, 온도센싱 회로.
  14. 수동형 멀티채널 센서태그를 이용한 온도관리 방법으로서,
    상기 수동형 멀티채널 센서태그의 센싱회로부에 의해, 외부 리더기로부터 수신된 전력으로 구동되어 2 이상의 센싱값을 측정하는 단계;
    상기 수동형 멀티채널 센서태그의 MCU에 의해 측정된 상기 2 이상의 센싱값을 입력 받는 단계; 및
    상기 수동형 멀티채널 센서태그의 안테나부에 의해 상기 외부 리더기로부터의 전력 및 신호를 수신 받고, 상기 2 이상의 센싱값을 상기 외부 리더기로 전송하는 단계; 및
    상기 외부 리더기, 상기 외부 리더기와 정보통신망으로 연결된 관리서버 및 관리자 인터페이스 중 어느 하나에 의해, 상기 2 이상의 센싱값을 2 이상의 온도값으로 파싱(parsing)하는 단계;를 포함하는, 온도관리 방법.
KR1020210120856A 2021-06-17 2021-09-10 저전력 환경에서도 감도 손실 없이 저단가로 복수 채널에서의 센싱값을 측정 가능하고 초저온 영역까지의 온도측정 또한 가능한 수동형 멀티채널 센서태그와, 상기 수동형 멀티채널 센서태그를 포함하는 스마트 신선물류박스와, 상기 수동형 멀티채널 센서태그를 이용한 온도관리 시스템 KR20220168935A (ko)

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KR1020210118178A KR20220168932A (ko) 2021-06-17 2021-09-06 수동형 멀티채널 센서태그로부터 측정된 온도값들을 이용하여 신선물류박스 내부 물품의 실온도를 예측하는 인공지능 기반 물품 실온도 예측방법
KR1020210120856A KR20220168935A (ko) 2021-06-17 2021-09-10 저전력 환경에서도 감도 손실 없이 저단가로 복수 채널에서의 센싱값을 측정 가능하고 초저온 영역까지의 온도측정 또한 가능한 수동형 멀티채널 센서태그와, 상기 수동형 멀티채널 센서태그를 포함하는 스마트 신선물류박스와, 상기 수동형 멀티채널 센서태그를 이용한 온도관리 시스템
KR1020210120855A KR20220168934A (ko) 2021-06-17 2021-09-10 저전력 환경에서의 감도 손실 없이 저단가로 복수 채널에서의 센싱값을 측정 가능한 수동형 멀티채널 센서태그 및 이를 포함하는 스마트 신선물류박스
KR1020210120854A KR20220168933A (ko) 2021-06-17 2021-09-10 저전력 환경에서의 감도 손실 없이 저단가로 복수 채널에서의 센싱값을 측정 가능한 수동형 멀티채널 센서태그 및 이를 이용한 온도관리 시스템

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010043962A (ko) 1999-03-30 2001-05-25 씨. 필립 채프맨 센서 입력단을 구비한 고주파 식별 태그 장치
KR20080001962U (ko) 2006-12-15 2008-06-19 아람테크 주식회사 유비쿼터스 센서 네트워크 시스템을 위한 rfid 태그
JP2011022982A (ja) 2009-06-18 2011-02-03 Mitomo Shoji Kk 無線icタグ、該無線icタグを用いたコンクリート構造物品質管理システム

Patent Citations (3)

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