KR20230046060A - 무선 회전형 인디케이터 및 이를 이용한 데이터 분석 시스템 - Google Patents

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KR20230046060A
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Abstract

본 발명은 무선 회전형 인디케이터 및 이를 이용한 데이터 분석 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 스마트 인디케이터는 전기 소자들을 포함하고, 복수의 입력 전압을 사용하는 회로 기판; 상기 회로 기판을 내부에 포함하는 회전부; 및 상기 회전부의 상면에 사선 방향으로 설치된 디스플레이부;를 포함하고, 상기 회로 기판은, 복수의 증폭기; 상기 복수의 증폭기에 전류를 입력하기 위한 입력 저항; 상기 복수의 증폭기에 따라 증폭된 출력값을 출력하기 위한 출력 저항; 상기 출력 저항과 전기적으로 연결되고, 상기 출력값을 디지털 변환하기 위한 A/D 변환부; 및 상기 디지털 데이터를 외부에 전송하는 통신 모듈;을 포함하되, 상기 디스플레이부는, 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 데이터를 표시하는 것일 수 있다.

Description

무선 회전형 인디케이터 및 이를 이용한 데이터 분석 시스템{WIRELESS ROTARY INDICATOR AND DATA ANALYSIS SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 무선 회전형 인디케이터 및 이를 이용한 데이터 분석 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 기존 센서에 탈부착 가능하여 기존 전기신호를 사용하면서 센싱 값 표시 및 변경이 가능하고, 또한 Wi-Fi를 포함한 종래 무선기능을 제공함으로 센서의 IoT 기능을 제공하는 무선 인디케이터를 제공한다. 또한 상기 인디케이터의 통신 신뢰수준을 높이고 수집된 데이터를 분석할 수 있는 시스템을 제공한다.
선박은 안전하고 원활하게 항해하기 위하여, 선박 내에는 엔진, 자이로 센서, 온도 센서, 압력 센서, 베터리 등 다양한 선박 장비들이 설치된다.
이러한 선박 장비들의 상태나 출력 정보들을 모니터링 하여 선박을 올바르게 제어할 필요성이 있으므로, 선박에서 각기 다른 위치에 배치된 장비들로부터 정보를 수신할 수 있는 네트워크 망을 포함하는 통신 시스템이 요구된다.
특히 최근 조선 및 해양 분야는 친환경 및 무인화 기술의 구현이 중요한 화두로 대두되면서 종래의 전통적인 선박을 포함한 조선 및 해양 분야의 장비에 보다 많은 센서들 활용되고 있다. 이에 따라 다양한 센서로부터 수집된 정보가 효율적으로 수집 및 통합·관리되도록 하는 네트워크 시스템의 중요성이 보다 높아지게 되었다.
또한 선박 등의 운행, 제어, 관리 등을 위하여 수집된 정보를 보다 효과적으로 분석하는 시스템의 효율화 역시 중요한 기술로 주목받고 있다.
한편, 현재 선박 내부에는 안전한 선박운전을 지원하기 위하여 다양한 장비를 설치하고 운영하고 있다. 이러한 선박내 다양한 장비는 표준 프로토콜을 채택하도록 하고 있다. 상기 표준 프로토콜은 모든 선박장비들을 위한 시리얼 통신 프로토콜로 알려져 있다.
또한 상술한 바와 같이 선박에 탑재되는 센서가 많아지고 이로부터 수집되는 정보량의 증가하고 있기 때문에 다양한 선박장비에 대하여 데이터를 모니터링하고 선택된 선박장비에 대하여 고장을 감지할 수 있는 효율성 및 신뢰성이 높은 인디케이터(indicator)에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히 무선 네트워크에 적용되어 센싱 값을 제공하는 무선 인디케이터에 대한 수요가 높아질 것으로 예상된다. 이는 기존 선박에 탈부착되어 수신된 센싱 값을 출력하며, 데이터 분석 시스템을 통하여 선박의 운행, 제어 등에 있어 중요한 수단으로 활용될 수 있다.
KR 10-1527681 B1 KR 20-2011-0009901 A
본 발명의 목적은 보다 높은 신뢰성을 가지며, 종래의 통신방식을 활용할 수 있고, 기존의 선박에 설치 또는 탈부착 될 수 있는 선박용 무선 인디케이터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 센서로부터 측정된 다양한 센싱 값을 효과적으로 수집 및 관리할 수 있는 선박용 무선 인디케이터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 상기 무선 인티케이터를 포함하며 수집된 센싱 값을 기반으로 선박의 운용 및 관리에 적용할 수 있는 데이터 분석 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 스마트 인디케이터는 전기 소자들을 포함하고, 복수의 입력 전압을 사용하는 회로 기판; 상기 회로 기판을 내부에 포함하는 회전부; 및 상기 회전부의 상면에 사선 방향으로 설치된 디스플레이부;를 포함하고, 상기 회로 기판은, 복수의 증폭기; 상기 복수의 증폭기에 전류를 입력하기 위한 입력 저항; 상기 복수의 증폭기에 따라 증폭된 출력값을 출력하기 위한 출력 저항; 상기 출력 저항과 전기적으로 연결되고, 상기 출력값을 디지털 변환하기 위한 A/D 변환부; 및 상기 디지털 데이터를 외부에 전송하는 통신 모듈;을 포함하되, 상기 디스플레이부는, 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 데이터를 표시하는 것일 수 있다.
상기 회로 기판은, 상기 회전부가 회전함에 따라 함께 회전하며 복수의 전원 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
상기 회로 기판은 슬립링 구조를 통하여 상기 복수의 전원 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
회전형 스마트 인디케이터에 있어서, 상기 슬립링 구조는 적어도 3개의 핀을 포함하고, 상기 적어도 3개의 핀은 제1 핀 내지 제3 핀을 포함하되, 상기 제1 핀은 추출용 전기 신호와 연결되고, 상기 제2 핀은 전원과 연결되며, 상기 제3 핀은 그라운드(GND)와 연결되는 것일 수 있다.
상기 통신 모듈은 와이파이 통신 규격을 지원하고, 상기 복수의 증폭기는 적어도 하나의 비반전 증폭기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 회로 기판은, 상기 출력값을 필터링하는 제1 필터; 및 상기 디지털 데이터를 복원하는 제2 필터;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전형 스마트 인디케이터를 이용한 데이터 분석 시스템은 상기 회전형 스마트 인디케이터; 및 상기 회전형 스마트 인디케이터에서 측정된 데이터를 수신하고 학습하는 서버;를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 보다 높은 신뢰성을 가지며, 종래의 통신방식을 활용할 수 있고, 기존의 선박에 설치 또는 탈부착 될 수 있는 선박용 무선 인디케이터를 제공한다.
본 발명은 센서로부터 측정된 다양한 센싱 값을 효과적으로 수집 및 관리할 수 있는 선박용 무선 인디케이터를 제공한다.
본 발명은 상기 무선 인티케이터를 포함하며 수집된 센싱 값을 기반으로 선박의 운용 및 관리에 적용할 수 있는 데이터 분석 시스템을 제공한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 스마트 인디케이터는 전기 소자들을 포함하고, 복수의 입력 전압을 사용하는 회로 기판; 상기 회로 기판을 내부에 포함하는 회전부; 및 상기 회전부의 상면에 사선 방향으로 설치된 디스플레이부;를 포함하고, 상기 회로 기판은, 복수의 증폭기; 상기 복수의 증폭기에 전류를 입력하기 위한 입력 저항; 상기 복수의 증폭기에 따라 증폭된 출력값을 출력하기 위한 출력 저항; 상기 출력 저항과 전기적으로 연결되고, 상기 출력값을 디지털 변환하기 위한 A/D 변환부; 및 상기 디지털 데이터를 외부에 전송하는 통신 모듈;을 포함하되, 상기 디스플레이부는, 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 데이터를 표시하는 것일 수 있다.
무인화 또는 자율운항 선박의 구현을 위해서는 선박 내 운항조건 및 내·외부 조건의 실시간 확인을 위한 무선 센싱 및 신호 전송 기술이 요구된다. 그러나 종래의 선박의 경우, 유선 통신망을 이용하여 신호 및 계측값을 수집하고 있고 이를 구축하기 위하여 선내 격벽에 불필요한 구멍이 발생할 수 밖에 없는 문제점을 가진다. 또한 상기 구멍 등으로 인해 유체, 화염 또는 연기의 유입을 막기 위하여 추가적인 설비 또는 공정이 요구되는 문제가 있다.선박 주기 및 보기엔진, 발라스트 수처리 장치, 스크러버 시스템 등의 온도 및 압력 센서 전기신호 분리기술과 관련하여 데이터를 통합, 관리, 제어하기 위하여 추출된 데이터에 대한 인디케이터의 고도화는 중요한 화두가 되고 있다.
종래의 선박 센서의 전기신호는 1:1(센서:모니터링 장치)로만 사용하기 때문에 데이터의 효과적인 통합 및 활용이 어렵고, 유지 보수에 있어서도 상당한 불편 및 저효율을 야기하는 문제가 있다.
따라서 본 발명에 따른 회전형 스마트 인디케이터에 의하는 경우 기존 센서에 탈부착 가능하여 기존 전기신호를 사용하면서 센싱 값 표시 및 변경이 가능하고, 또한 와이파이 통신을 포함하는 무선 모듈을 제공함으로 센서의 IoT 기능을 제공할 수 있어 데이터의 효과적인 통합 및 관리가 가능하고, 기존 선박 및 센서에 대한 효과적인 운용이 가능할 수 있다.
회전형 스마트 인디케이터는 회전각도가 시작점 0[deg]에서 내지 330[deg]인 것일 수 있다.
상기 증폭기는 증폭기는 신호의 전력을 증대시킬 수 있는 모든 수단을 포함하며, 유/무선 장치를 포함한다.
상기 A/D변환기는 전류에서 변환되어 증폭된 전압의 Pass-Band를 기반으로 A/D변환기의 Sample Rate를 동기화 하여 내부 프로세서로 데이터를 전달하는 것이다. 추출된 데이터는 A/D변환기에서 내부 레지스터에 저장되는 것일 수 있다. 이를 통하여 발생가능한 오차를 줄이면서 모니터링 장치로부터 수신되는 교정정보를 연산하도록 할 수 있다.
레지스터에 저장된 A/D변환 데이터는 Average, Moving Average, FIR, IIR 등의 디지털 Low-Pass Filter(LPF)를 사용하여 신호처리 과정을 거치며 원 신호를 복원하기 위한 연산이 필요하다. 따라서 상기 스마트 케이터는 디지털 필터 설계 및 신호처리 알고리즘이 적용된 것일 수 있다.
상기 스마트 인디케이터는 력 및 온도 전기신호의 추출을 위한 신호처리 인터페이스를 포함하는 것일 수 있다. 일반적인 전류출력 센서는 수백 옴에서도 출력전류를 유지할 수 있도록 회로를 제공하며, 작은 저항을 사용하여 전기신호를 추출할수록 원 신호를 유지할 수 있다.
상기 스마트 인디케이터는 1 내지 10Ω 수준에서 전류 측정할 수 있는 전자회로를 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 선박에 적용되어 출력에 영향이 가지 않기 때문에 안정적인 설치 및 운용이 가능하다.
상기 통신모듈은 무선통신 장치일 수 있다. 또한 상기 통신모듈은 임베디드 프로세서와 UART 통신을 하며, 내부 AT명령어를 통해 초기화 및 통신연결 하는 것일 수 있다.
선박용 로컬 스마트 무선 센서 네트워크 환경에서는 일대다(多) 또는 다대다의 통신이 필요한 경우가 많다. 따라서 부족한 자원의 임베디드 시스템에서는 비교적 가볍고 단순한 메시징 프로토콜인 MQTT가 적합할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 프로토콜은 최초로 IBM에서 유전 장비와의 위성 통신을 위해 개발되었으며 신뢰성과 저전력이 특징으로 IoT(Internet of Things) 환경에 적합하다. 또한 네트워크 노드간 메시지를 관리하고 라우팅하기 위해 브로커가 필요하며 이러한 중앙브로커를 통해 다중 클라이언트 간의 메시지를 전달하며 다대다(many-to-many) 통신 프로토콜에 적합할 수 있다.
상기 회로 기판은, 상기 회전부가 회전함에 따라 함께 회전하며 복수의 전원 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
상기 회로 기판은 슬립링 구조를 통하여 상기 복수의 전원 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
상기 통신 모듈은 와이파이 통신 규격을 지원하는 것일 수 있다.
종래의 경우 유선 통신망을 이용한 신호 및 계측 값 수집(기존 알람모니터링 시스템 확보)하기 때문에 상기 유선 통신망 활용에 따른 설치 및 유지보수가 어렵다는 현실적 한계점이 있다. 또한 무선 통신수단의 경우에도 주로 NFC 근거리 무선을 사용하기 때문에 무선통신망을 통한 신호 및 계측 값의 수집에 분명한 한계를 가지며, 수집된 데이터량이 증가할 수록 효과적인 관리 및 제어가 곤란하다는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 상기 통신 모듈은 와이파이 통신 규격을 지원함으로서, 무선 통신망을 이용한 신호 및 계측 값 수집할 수 있고, 게이트웨이 구성을 통한 정보 전달 효율성과 확장 및 이식성이 높아지는 효과를 나타낼 수 있다. 특히 데이터가 폭발적으로 증가하는 환경에서도 게이트웨이에서 클라우드 서비스로 빅데이터를 형성하여 효과적인 분석 및 관리가 가능할 수 있도록 하는 장점을 가진다.
회전형 스마트 인디케이터에 있어서, 상기 슬립링 구조는 적어도 3개의 핀을 포함하고, 상기 적어도 3개의 핀은 제1 핀 내지 제3 핀을 포함하되, 상기 제1 핀은 추출용 전기 신호와 연결되고, 상기 제2 핀은 전원과 연결되며, 상기 제3 핀은 그라운드(GND)와 연결되는 것일 수 있다.
상기 통신 모듈은 와이파이 통신 규격을 지원하고, 상기 복수의 증폭기는 적어도 하나의 비반전 증폭기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 회로 기판은, 상기 출력값을 필터링하는 제1 필터; 및 상기 디지털 데이터를 복원하는 제2 필터;를 더 포함하는 것일 수 있다.
선박으로부터 수집된 데이터는 환경에 따라 쉽게 변할 수 있다는 특징을 가진다. 따라서 수집된 데이터를 그대로 사용하는 경우 민감한 환경 변화에 따라 일정한 주기 등을 특정하기 어렵다는 문제를 가진다. 따라서 효과적인 데이터 분석 및 활용이 어렵게 되는 한계를 가진다. 따라서 예외상황을 발생시키는 값이 누락된 센서가 있는 시점의 데이터, 도선작업 등으로 인해 발생한 불특정 주기의 일반적이지 못한 센서의 데이터 값을 필터링이 중요하며, 상기 제 1필터를 통하여 출력값 중 미리 정해 놓은 기준에 따라 일반적인 것으로 취급되지 않는 불특정 주기를 가지는 데이터를 필터하고, 제1 필터를 거치 데이터를 기반으로 디지털 데이터를 복원하는 제2 필터를 포함하여 데이터 분석의 효과를 높일 수 있다.
구체적으로 상기 제1 필터는 실시간으로 수집된 데이터에서 회귀분석을 통해 상관계수를 계산하여 효과적인 분석을 할 수 있도록 상관계수가 높은 데이터쌍만 추출한다. 이후 예측 값을 생성하고 신뢰구간 95%를 적용하여 예측구간을 생성하는 단계를 통하여 데이터를 필터하는 것일 수 있다. 이 경우 불특정 주기에 의한 오차를 효과적으로 개선할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전형 스마트 인디케이터를 이용한 데이터 분석 시스템은 상기 회전형 스마트 인디케이터; 및 상기 회전형 스마트 인디케이터에서 측정된 데이터를 수신하고 학습하는 서버;를 포함하는 것일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. 전기 소자들을 포함하고, 복수의 입력 전압을 사용하는 회로 기판;
    상기 회로 기판을 내부에 포함하는 회전부; 및
    상기 회전부의 상면에 사선 방향으로 설치된 디스플레이부;를 포함하고,
    상기 회로 기판은,
    복수의 증폭기;
    상기 복수의 증폭기에 전류를 입력하기 위한 입력 저항;
    상기 복수의 증폭기에 따라 증폭된 출력값을 출력하기 위한 출력 저항;
    상기 출력 저항과 전기적으로 연결되고, 상기 출력값을 디지털 변환하기 위한 A/D 변환부; 및
    상기 디지털 데이터를 외부에 전송하는 통신 모듈;을 포함하되,
    상기 디스플레이부는,
    상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 데이터를 표시하는 것인,
    회전형 스마트 인디케이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로 기판은,
    상기 회전부가 회전함에 따라 함께 회전하며 복수의 전원 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 것인,
    회전형 스마트 인디케이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회로 기판은 슬립링 구조를 통하여 상기 복수의 전원 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 것인,
    회전형 스마트 인디케이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬립링 구조는 적어도 3개의 핀을 포함하고,
    상기 적어도 3개의 핀은 제1 핀 내지 제3 핀을 포함하되,
    상기 제1 핀은 추출용 전기 신호와 연결되고, 상기 제2 핀은 전원과 연결되며, 상기 제3 핀은 그라운드(GND)와 연결되는 것인,
    회전형 스마트 인디케이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통신 모듈은 와이파이 통신 규격을 지원하고,
    상기 복수의 증폭기는 적어도 하나의 비반전 증폭기를 포함하는 것인,
    회전형 스마트 인디케이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회로 기판은,
    상기 출력값을 필터링하는 제1 필터; 및
    상기 디지털 데이터를 복원하는 제2 필터;를 더 포함하는 것인,
    회전형 스마트 인디케이터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 회전형 스마트 인디케이터; 및
    상기 회전형 스마트 인디케이터에서 측정된 데이터를 수신하고 학습하는 서버;를 포함하는,
    회전형 스마트 인디케이터를 이용한 데이터 분석 시스템.
KR1020210129075A 2021-09-29 2021-09-29 무선 회전형 인디케이터 및 이를 이용한 데이터 분석 시스템 KR20230046060A (ko)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20110009901U (ko) 2010-04-13 2011-10-19 주식회사 태양기전 스테핑모터를 적용한 선박용 인디케이터
KR101527681B1 (ko) 2014-03-26 2015-06-09 김창영 통합 게이트웨이 및 이를 포함하는 선박 통신시스템

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