KR20230116593A - 저전력 무선 센서 통합 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 독립 전원형 저전력 초소형 센서들을 통합하여 관리하는 저전력 무선 센서 통합 시스템에 있어서, 설치된 공간에서의 환경, 사물, 상황 중 적어도 하나를 감지하는 적어도 하나의 감지 모듈과, 상기 적어도 하나의 감지 모듈에서의 감지 결과를 통합하여 관리하고, 상기 감지 모듈에서의 감지 품질에 기반하여 상기 감지 모듈에서의 감지 동작을 제어하는 통합 관리 모듈과, 상기 감지 모듈과 상기 통합 관리 모듈 사이에서 무선 데이터를 송수신하는 네트워크를 포함하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공함으로써, 저전력 무선 센서의 소모 전력을 저감하고 신뢰성을 유지하도록 통합 관리할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 저전력 무선 센서 통합 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 에너지 소비 비율이 높은 건물 분야에서 에너지 효율 향상 및 절약을 위해 건물의 환경을 감시하고 진단할 수 있는 다수의 무선 센서를 통합하여 관리하는 저전력 무선 센서 통합 시스템에 관한 것이다.
다중 에너지 하베스터와 에너지 저장부 그리고 이들 에너지 생성 및 저장을 효율적으로 제어할 다중 전력 관리 회로를 포함하여, 태양, 열, 진동 등 자연 환경 에너지를 유용한 전기적 에너지로 변환하고 저장함으로써, 자체 전력으로 사용하는 독립 전원 모듈을 활용하는 다양한 기술이 개발되고 있다.
독립 전원형 환경 모니터링 통합 모듈 개념도인 도 1을 참조하면, 다중 에너지 하베스터는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양 전지, 압전 효과를 통해 전기 에너지를 생성하는 진동 에너지 소자 및 열전 효과에 의해 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 열전 소자 등으로 구성되어, 다중 에너지 하베스터로부터 제공되는 전기 에너지를, 반복 사용이 가능한 고 에너지 밀도의 2차 전지 또는 고출력 특성이 우수한 슈퍼 커패시터로 구성되는 에너지 저장부에, 화학 에너지의 형태로 저장한 독립 전원을 이용하여, 환경, 조명, 설비 등의 다중 환경을 모니터링 하고 있다.
이러한, 다중 환경을 모니터링 하는 초소형정밀 기계 기술{MEMS : Micro-Electro Mechanical Systems) 기반 센서 모듈은 다양한 에너지 하베스팅을 통해 운용되는 독립 전원을 기반으로 환경의 물리적, 화학적 변화량을 감지, 판단, 처리하는 기술로서, MEMS 기반 저전력 센싱 기술, 지능형 신호 처리 기술을 포함한다.
센서 노드 에너지 운용을 최대화하기 위해 초소형/초저전력으로 구동되는 센서 기술은 환경 감지(온·습도, 가스 등) 센서, 사물 인식(IR, 음향 등) 센서, 상황 인지(설비 모니터링용 진동, 화재 감지용 불꽃 등)를 하기 위한 MEMS형 센서 및 신호 처리용 ROIC 기술이 포함된다.
이러한 기술과 관련하여, 예를 들어, 본원에서 선행문헌1로 인용하는 등록특허 제10-1829823호에는 도 2에 도시된 바와 같이, 냉난방설비, 환기설비 또는 전기설비 중 적어도 어느 하나의 에너지 사용 정보를 검침하는 원격 검침부(350); 건물 내외부에 설치된 복수의 센서를 활용해 다수의 출입문을 왕래하는 사람들의 출입 여부, 잔존 인원 정보, 실내 온도 정보 및 실내 습도 정보를 포함하는 실내 환경 정보를 수집하는 실내 환경 정보 수집부(300); 및 건물내 잔존 인원 정보를 토대로 실내에 현재 머물고 있는 잔존 인원을 확정하며, 잔존 인원을 미리 설정된 룩업 테이블에 대입하여 잔존 인원 대비 그에 상응하는 실내 각각에 설치된 냉난방 설비의 적정 냉난방 온도, 환기 설비의 정적 환기 감도, 및 조명 설비의 조명 감도 중 적어도 어느 하나를 조절 제어하는 건물 관리 자동화 제어 서버(200);를 포함하는 건물 관리 자동화 시스템을 개시하고 있다.
이러한, 선행문헌 1에서 건물 내부에서 수집되는 센싱 데이터의 개수 및 종류가 매우 방대한 점을 감안하여, 이를 처리하기 위해, 본원에서 선행문헌2로서 인용하는 등록특허 제10-2022010호(공고일자 : 2019년09월18일)는, 도 3에 도시된 바와 같이, IOT 망을 통해 복수의 센서노드로부터 센싱 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 및 상기 수집된 센싱 데이터를 세부 진단하는 세부 진단부를 포함하고, 상기 센셍 데이터는 주제(Topic) 필드, 데이터(Data) 필드, 이벤트 코드(Event Code) 필드를 포함하는 IOT(Internet Of Things)에 기반한 건물 및 시설물 통합 관리 플랫폼 장치 및 그 방법에 대해 개시하고 있다.
그러나, 각 감지 모듈과 센서 통합 모듈과의 거리가 각기 상이함에도 불구하고, 동일한 송출 전력으로 데이터 송수신이 이루어지고 있기 때문에, 불필요한 전력을 소모하는 문제점이 있다. 즉, 원거리의 감지 모듈에 비해 근거리의 감지 모듈은 저전력의 송출 전력으로도 데이터 송수신이 가능한데도 불구하고 원거리와 동일한 송출 전력으로 데이터를 송수신할 경우, 그 거리 차이만큼 전력이 더 손실되는 문제점이 있다.
또한, 각 감지하는 대상 별로 각기 필요한 감지 주기가 상이함에도 불구하고, 동일한 주기로 감지할 경우 불필요한 전력 소모를 야기하는 문제점이 있다. 예를 들어, 보안을 위한 인체 감지 센서나 화재를 감지하기 위한 염화 또는 연기 감지 센서들은 비교적 빈번한 짧은 주기로 감지될 필요가 있는 반면, 조도나 온도 습도 등과 같은 센서는 비교적 긴 주기로 감지되어도 되기 때문에, 긴 주기로 감지되어도 되는 센서가 빈번한 주기로 감지할 경우 불필요한 전력이 소모되는 문제가 있었다.
에너지 하베스팅 기반의 독립 전원을 사용할 경우, 날씨나 시간 등에 에너지가 충분히 축전되지 않는 상황이 발생할 수 있기 때문에, 에너지 하베스팅 기반 독립 전원형 센서들은 신뢰성이 있게 안정적으로 동작하기 위해서는, 저전력으로 관리하는 기술이 필수적인 요소이다.
그럼에도 불구하고, 건물이나 시설의 관제를 위해서는 감지 모듈의 감지 정확도와 함께, 정보의 정확한 송신이 필요하다. 특히, 보안이나 화제, 지진 등 긴급한 상황에 대비하기 위해서는 신속한 응답성과 건물이나 시설을 커버할 수 있는 통신 거리의 확보가 중요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해서 안출된 것으로서, 설치가 난해하고, 전원을 공급하기 어렵고, 주기적인 유지 보수가 매우 어려운 환경에서 설비, 장비, 시스템, 주변 환경 등을 측정할 수 있는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소비 전력의 저감을 위하여 각 감지 모듈과 센서 통합 모듈과의 거리에 따라 적정한 송출 전력으로 제어할 수 있는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소비 전력의 저감을 위하여 각 감지하는 대상 별로 각기 필요한 감지 주기로 감지하도록 제어할 수 있는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 감지 모듈에서 감지된 감지 결과를 통합 관리 모듈에 정확히 송수신할 수 있도록 건물이나 시설의 반경을 커버할 수 있는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 주요 목적에 대해 상술하였지만, 상술한 목적 외에도 상술한 목적을 이루기 위해서 파생되는 다른 목적 역시 본 발명의 목적에 포함된다는 점에 유의해야 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 독립 전원형 저전력 초소형 센서들을 통합하여 관리하는 저전력 무선 센서 통합 시스템에 있어서, 설치된 공간에서의 환경, 사물, 상황 중 적어도 하나를 감지하는 적어도 하나의 감지 모듈과, 상기 적어도 하나의 감지 모듈에서의 감지 결과를 통합하여 관리하고, 상기 감지 모듈에서의 감지 품질에 기반하여 상기 감지 모듈에서의 감지 동작을 제어하는 통합 관리 모듈과, 상기 감지 모듈과 상기 통합 관리 모듈 사이에서 무선 데이터를 송수신하는 네트워크를 포함하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 감지 모듈 각각은, 상기 네트워크를 통해 상기 통합 관리 모듈 사이과 데이터를 송수신하는 센서 통신부와, 자체적으로 상기 감지 모듈에 전원을 공급하는 독립 전원부와, 상기 감지 모듈이 설치된 공간에서 환경, 사물, 상황 중 적어도 하나를 감지하는 감지 센서부와, 상기 통합 관리 모듈로부터의 제어 명령에 근거하여 상기 감지 모듈 전반을 제어하고, 상기 감지 센서부에서 감지된 감지 결과를 디지털 데이터로 변환하여 상기 센서 통신부를 통해 상기 통합 관리 모듈에 송신하는 센서 제어부를 포함하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 독립 전원부는, 에너지 하베스팅 기반의 전원 발전부와, 상기 전원 발전부로부터 발전된 전원을 축전하는 축전지를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 전원 발전부는, 바람, 파도, 조력, 진동, 온도, 태양광 등의 자연 에너지 및 사람이나 교량의 진동, 실내 조명광, 자동차의 폐열, 방송 전파 등과 같은 인위적인 에너지 중 적어도 하나를 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 기반 전원 발전부인 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 감지 모듈 각각은, 상기 축전지의 전압 레벨을 측정하는 전압 레벨 측정부를 더 포함하고, 상기 시스템 제어부는, 상기 전압 레벨 측정부에서 측정된 전압이 기설정된 전압 이하면 상기 감지 센서부의 감지 주기를 이전보다 연장하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 감지 센서부는, 상기 설치된 공간의 온도를 감지하는 온도 센서, 습도를 감지하는 습도 센서, 밝기를 감지 하는 조도 센서, 공기 중의 특정 가스를 감지하는 가스 감지 센서, 미세 먼지의 농도를 측정하는 미세 먼지 감지 센서 중 적어도 하나의 환경을 감지하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 감지 센서부는, 사람이나 동물의 접근, 이동을 감지하는 적외선 센서, 생체를 인식하는 지문 인식 센서, 홍체 인식 센서, 안면 인식 센서 중 적어도 하나의 사물을 감지하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 감지 센서부는, 불꽃을 감지하는 염화 감시 센서, 연기를 감지하는 연기 감지 센서, 열기를 감지하는 온도 감지 센서, 진동을 감지하는 지진 감지 센서, 빗방울을 감지하는 우적 감시 센서, 특정 공간의 하중을 감지하는 하중 감지 센서 중 적어도 하나의 상황을 감지하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 통합 관리 모듈은, 상기 네트워크를 통해 상기 적어도 하나의 감지 모듈과 데이터를 송수신하는 통합 관리 모듈 통신부와, 상기 통합 관리 모듈 통신부로부터 수신되는 상기 상기 적어도 하나의 감지 모듈 각각의 데이터에 근거하여 상기 적어도 하나의 감지 모듈 각각의 통신 품질을 판단하고 관리하는 통신 품질 관리부와, 상기 통신 품질 관리부의 통신 품질 판단 결과에 근거하여 상기 감지 모듈의 송신 전력을 제어하는 통합 관리 모듈 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 통합 관리 모듈 제어부는, 상기 적어도 하나의 감지 모듈 각각에 대응하여 기설정된 감지 주기로 감지하도록, 상기 각 감지 모듈에 감지 제어 명령을 발생하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 통신 품질 관리부는 기설정된 시간 동안 상기 통합 관리 모듈 통신부를 통해서 수신된 데이터의 수신 성공률이 기설정된 값 미만이면 불량의 판정 결과를 발생하고, 기설정된 값에 도달하면 양호의 판정 결과를 발생하며, 상기 통합 관리 모듈 제어부는, 상기 통신 품질 관리부초기 송신 전력으로 데이터를 송신하도록 상기 감지 모듈에 제어 명령을 발생하고, 상기 통신 품질 관리부로부터 양호 판정 결과가 발생될 때까지 상기 통신 품질 관리부로부터 불량 판정 결과가 발생될때마다 기설정된 간격으로 상기 감지 모듈의 송신 전력을 증가시키도록 제어 명령을 발생하며, 상기 통신 품질 관리부로부터 양호 판정 결과가 발생되면, 상기 감지 모듈의 송신 전력을 현재 상태로 유지하도록 제어 명령을 발생하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 통신 품질 관리부로부터 양호 판정 결과가 발생되어 상기 감지 모듈의 송신 전력을 현재 상태로 유지한 후, 상기 상기 감지 모듈 중 적어도 하나의 감지 모듈에서 감지 결과 데이터의 송신이 기설정된 기간 이상 감지 결과 데이터의 송신 빈도가 감소되면, 상기 감지 모듈에 대한 고장 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 감지 모듈 중 적어도 하나의 감지 모듈은 독립 전원부로 건전지를 사용하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상술한 실시예에 있어서, 상기 감지 모듈 중 적어도 하나의 감지 모듈은 상기 독립 전원부와 병렬로 연결된 보조 전원부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템에 의하면, 설치가 난해하고, 전원을 공급하기 어렵고, 주기적인 유지 보수가 매우 어려운 환경에서 설비, 장비, 시스템, 주변 환경 등을 측정할 수 있기 때문에, 생산성 향상, 안정적인 운영, 에너지 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템에 의하면, 각 감지 모듈과 센서 통합 모듈과의 거리에 따라 적정한 송출 전력으로 제어함으로써, 저전력 무선 센서의 소모 전력을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템에 의하면, 각 감지하는 대상 별로 각기 필요한 감지 주기로 감지하도록 제어함으로써, 저전력 무선 센서의 소모 전력을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템에 의하면, 감지 모듈에서 감지된 감지 결과를 통합 관리 모듈에 정확히 송수신할 수 있도록 건물이나 시설의 반경을 커버하여 저전력 무선 센서 통합 시스템의 신뢰성 및 안정성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 주요 효과에 대해 상술하였지만, 상술한 효과 외에도 상술한 효과로부터 파생되는 다른 효과 역시 본 발명의 목적에 포함된다는 점에 유의해야 한다.
도면 및 상세한 설명을 포함하는 명세서 전반에서 동일한 요소, 그리고 동일한 기능 및/또는 동일한 기술적 또는 물리적 효과를 갖는 요소는, 동일한 참조 번호를 부여하거나 동일한 명칭을 부여하며, 다른 실시예에서 도시 또는 설명된 요소 및 그 기능의 설명은 서로 교환 가능하거나 다른 실시예에서 서로 적용될 수 있다. 또한, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였다. 또한, 종래 기술 또는 선행기술문헌에 따른 도면의 참조 번호는 본 발명의 참조 번호와는 무관하다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 일반적인 독립 전원형 환경 모니터링 통합 모듈의 개념도이다.
도 2는 선행문헌 1에 따른 건물 관리 자동화 시스템을 도시한 개념도이다.
도 3은 선행문헌 2에 따른 IOT 기반 건물 및 시설물 통합 관리 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템의 시스템 구성도이다.
도 5은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템의 동작을 설명하기 위한 상세 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템이 적용되는 실내 환경 제어 시스템의 개념도이다.
도 1은 일반적인 독립 전원형 환경 모니터링 통합 모듈의 개념도이다.
도 2는 선행문헌 1에 따른 건물 관리 자동화 시스템을 도시한 개념도이다.
도 3은 선행문헌 2에 따른 IOT 기반 건물 및 시설물 통합 관리 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템의 시스템 구성도이다.
도 5은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템의 동작을 설명하기 위한 상세 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템이 적용되는 실내 환경 제어 시스템의 개념도이다.
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.
후술하는 설명에 있어서, 초소형정밀 기계 기술{MEMS : Micro-Electro Mechanical Systems) 기반 센서, MEMS 센서, 센서, 환경 센서, 감시 센서, 감지 센서, 에너지 하베스팅 센서, 독립 전원형 센서 등의 용어는 간략한 기술이나 이해를 돕기 위해 혼용하여 사용할 수 있지만, 모두 초소형정밀 기계 기술을 기반으로 건물 내외의 환경을 감시하는 독립 전원형 센서를 의미한다는 점에 유의해야 한다.
또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체 지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템의 동작을 설명하며, 도 5은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템의 동작을 설명하기 위한 상세 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템은, 크게 복수의 감지 모듈(100)과, 네트워크(200)와, 통합 관리 모듈(300)과, 관제 서버(400)를 포함하여 구성된다.
먼저, 복수의 감지 모듈(100) 각각은, 독립 전원부(110), 감지 센서부(120), 센서 제어부(130), 센서 통신부(140), 전압 레벨 측정부(150)를 포함하여 구성되며, 사물 간 인터넷 혹은 개체 간 인터넷(Internet of Objects)으로 정의되며 고유 식별이 가능한 사물이 만들어낸 정보를 인터넷을 통해 공유하는 환경을 의미하는 IoT(Internet of Things)를 이용하여 구현될 수 있다.
복수의 감지 모듈(100) 각각은, 관제 대상이 되는 공간, 예를 들어, 건물, 차량, 열차, 공장, 토목 설비 등의 관리 공간 내의 각 감지 대상에 설치된다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 조명 제어, 공조 제어, 환기 제어를 하는 대상이 되는 실내에 설치될 수도 있다.
독립 전원부(110)는 자체적으로 감지 모듈(100)에서 이용되는 전원을 공급할 수 있다.
감지 센서부(120)는, 초저전력의 소비 전력을 고려할 때, 초소형정밀 기계 기술{MESM : Micro-Electro Mechanical Systems) 기반 센서로 구현되는 것이 바람직하며, 환경을 감지하는 센서, 사람이나 동물을 포함한 사물의 존재나 움직임을 감지하는 센서, 감지 모듈(100)이 설치된 공간에서 발생된 상황을 감지하는 센서를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 감지 센서부(120)는 정확한 측정을 위해 3초 이내에 응답하도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 감지 센서부(120)는 설치된 공간의 온도를 감지하는 온도 센서, 습도를 감지하는 습도 센서, 밝기를 감지 하는 조도 센서, 공기 중의 특정 가스를 감지하는 가스 감지 센서, 미세 먼지의 농도를 측정하는 미세 먼지 감지 센서 중 적어도 하나의 환경을 감지하는 센서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에서는, 감지 센서부(120)는 사람이나 동물의 접근, 이동을 감지하는 적외선 센서, 생체를 인식하는 지문 인식 센서, 홍체 인식 센서, 안면 인식 센서 중 적어도 하나의 사물을 감지하는 센서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에서는, 감지 센서부(120)는, 불꽃을 감지하는 염화 감시 센서, 연기를 감지하는 연기 감지 센서, 열기를 감지하는 온도 감지 센서, 진동을 감지하는 지진 감지 센서, 빗방울을 감지하는 우적 감시 센서, 특정 공간의 하중을 감지하는 하중 감지 센서 중 적어도 하나의 상황을 감지하는 센서를 포함할 수 있다.
센서 제어부(120)는 감지 모듈(100)의 전반을 제어하며, 특히 전압 레벨 측정부(150)로부터 측정된 축전지(114)의 전압 레벨에 따라, 또는 통합 관리 모듈(300)로부터의 제어 명령에 근거하여, 감지 센서부(120)에서의 감지 주기나, 센서 통신부(140)에서의 송신 전력을 제어한다.
예를 들어, 센서 제어부(130)는 전압 레벨 측정부(150)로부터 측정된 전압 레벨이 기설정된 전압 미만이면, 센서 제어부(130)는 감지 주기를 연장하도록, 즉, 감지 빈도를 감소시키도록 감지 센서부(120)를 제어한다.
또한, 센서 제어부(130)는 측정된 전압 레벨이 기설정된 전압 이상이면, 센서 통신부(140)에서 감지 결과 데이터를 설정된 송신 전력으로 네트워크(200)를 거쳐 통합 관리 모듈(300)에 송신하도록 센서 통신부(140)를 제어한다.
또한, 센서 제어부(130)는 통합 관리 모듈 제어부(330)에서 송신 전력을 증가시키는 제어 명령을 수신하면, 센서 통신부(140)에서의 송신 전력을 기설정된 값만큼 증가시키도록 제어한다.
센서 통신부(140)는 통합 관리 모듈(300)과 데이터를 송수신하는 규격에 근거한 통신 방식으로 데이터 통신을 행하도록 구성되며, 센서 제어부(130)의 제어에 따라 적정한 송신 전력으로 데이터를 송신한다.
전압 레벨 측정부(150)는 축전지(114)에 축전된 전압의 레벨을 측정하는 것으로서, 예를 들어, 축전지(114)의 양단에 병렬로 접속되어 축전지(114)의 양단에 걸리는 전위차를 측정하는 전압계로 구성될 수 있다.
네트워크(200)는, 감지 모듈(100), 통합 관리 모듈(300), 관제 서버(400) 간의 데이터 송수신을 행하는 것으로서, 복수의 센서 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(200)의 일 예에는 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷(WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다. 무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), 5GPP(5th Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), RF(Radio Frequency), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, NFC(Near-Field Communication) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
통합 관리 모듈(300)은 통합 관리 모듈 통신부(310), 통신 품질 관리부(320), 통합 관리 모듈 제어부(330), 관리자 입력부(340), 디스플레이부(350)를 포함하여 구성되며, 복수의 감지 모듈(100)을 통합 제어하고, 복수의 감지 모듈(100)로부터 수신되는 감지 결과 데이터를 통합 관리하여, 네트워크(200)를 통해 관제 서버(400)에 제공한다.
통합 관리 모듈 통신부(310)는 복수의 감지 모듈(300)과 데이터를 송수신하는 규격에 근거한 통신 방식으로 데이터 통신을 행하도록 구성되며, 특히, 통합 관리 모듈 제어부(330)의 제어에 따라 특정 감지 모듈(300)에 통합 관리 모듈 제어부(330)의 제어 명령을 송신한다.
통신 품질 관리부(320)는 통합 관리 모듈 통신부(310)에서 수신된 감지 결과 데이터가 정상적으로 수신된 수신 성공률이 기설정된 기간동안(예를 들어, 1시간) 기설정된 값(예를 들어, 95%) 미만인지를 판정한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 저전력 무선 네트워크 플랫폼은 빌딩 내부에서 무선 센서와 센서 통합 제어부의 원할한 통신을 위해서, 무선 센서와의 통신 거리가 15m 이상에서도 수신 성공률이 95% 이상인 것이 바람직하다.
통합 관리 모듈 제어부(330)는 통합 관리 모듈 통신부(310)에서 수신된 감지 결과 데이터가 정상적으로 수신된 수신 성공률이 기설정된 기간동안(예를 들어, 1시간) 기설정된 값(예를 들어, 95%) 미만이면, 송신 전력을 증가시키는 제어 명령을 통신 관리 모듈 통신부(310)를 통해 네트워크(200)를 거쳐서 수신 성공률이 기설정된 값 미만인 감지 모듈(100)로 발송한다.
또한, 통합 관리 모듈 제어부(330)는, 감지 결과 데이터가 정상적으로 수신된 수신 성공률이 기설정된 기간동안(예를 들어, 1시간) 기설정된 값(예를 들어, 95%) 이상이 되면, 복수의 감지 모듈(100)로부터 수신한 감지 결과 데이터를 통합하여, 관제 서버(400)로 송신한다.
관제 서버(400)는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템이 적용된 건물, 차량, 열차, 선박, 토목 설비 등을 네트워크를 통해 원격으로 관리 제어하는 서버로서, 통상의 관제 서버들로 구현될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템의 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다. 후술하는 설명은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템의 동작에 대해서 설명하기 위한 것이므로, 상술한 설명에서 각 구성 부재에 대해 설명한 것과 중복되는 부분에 대해서는 그 구체적인 기재에 대해 생략하지만, 상술한 설명으로부터 다양한 변형 동작을 이해하고 실시할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 무선 센서 통합 시스템의 동작을 설명하기 위한 상세 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 복수의 감지 모듈(100)이 건물, 차량, 열차, 공장, 토목 설비 등의 관리 공간 내의 각 감지 대상에 설치된다(S10).
관리자가 관리자 입력부(340)를 통해 각 감지 모듈(100)에서 감지하는 대상, 즉 감지 용도에 따라 기설정된 감지 주기를 초기 설정하거나, 공장 초기화값에 의해 각 감지 모듈별 초기 감지 주기가 설정된다(S20).
또한, 관리자가 관리자 입력부(340)를 통해 각 감지 모듈(100)에서 감지 결과를 송신하는 송신 전력을 설정하거나, 공장 초기화값에 의해 각 감지 모듈별 초기 송신 전력이 설정된다(S30).
이후, 독립 전원부(110)는 감지 모듈(100) 내의 각 구성 부재에 전원을 공급하고, 감지 센서부(120)는 센서 제어부(130)의 제어에 의해 S20 단계에서 설정된 초기 감지 주기로, 감지 대상의 물리적, 화학적 변화를 전기 신호로 변환하여 센서 제어부(130)로 송신한다.
센서 제어부(130)는 감지 센서부(120)로부터의 전기적 신호를 디지털 데이터로 변환하여, S30 단계에서 설정된 초기 송신 전력으로 통합 관리 모듈(300)에 송신하도록 센서 통신부(140)를 제어한다.
센서 제어부(130)의 제어에 의해, 센서 통신부(140)는 센서 제어부(130)로부터의 측정 결과 데이터를 S30 단계에서 설정된 초기 송신 전력으로 네트워크(200)를 거쳐 통합 관리 모듈(300)에 송신한다(S40).
S40 단계가 이루어지는 동안, 전압 레벨 측정부(150)는 독립 전원부(110)의 축전지(114)에 축전되는 전압 레벨을 측정하여, 센서 제어부(130)에 전송한다(S50).
S50 단계에서 전압 레벨 측정부(150)로부터 측정된 전압 레벨을 수신한 센서 제어부(130)는 측정된 전압 레벨이 기설정된 전압 미만인지를 판정한다(S60).
S 60 단계의 판정 결과, S50 단계에서 전압 레벨 측정부(150)로부터 측정된 전압 레벨을 수신한 센서 제어부(130)는 측정된 전압 레벨이 기설정된 전압 미만이면, 센서 제어부(130)는 감지 주기를 연장하도록, 즉, 감지 빈도를 감소시키도록 감지 센서부(120)를 제어한다(S70).
이후, S40 단계 내지 S70 단계를 반복한다.
한편, S70 단계의 판정 결과, S50 단계에서 전압 레벨 측정부(150)로부터 측정된 전압 레벨을 수신한 센서 제어부(130)는 측정된 전압 레벨이 기설정된 전압 이상이면, 센서 통신부(140)에서 감지 결과 데이터를 S30 단계에서 설정된 송신 전력으로 네트워크(200)를 거쳐 통합 관리 모듈(300)에 송신한다(S80).
이후, 통합 관리 모듈(300)의 통합 관리 모듈 통신부(310)에서 수신된 감지 결과 데이터는, S80 단계에서 송신된 감지 결과 데이터가 정상적으로 수신된 수신 성공률이 기설정된 기간동안(예를 들어, 1시간) 기설정된 값(예를 들어, 95%) 미만인지를 통신 품질 관리부(320)에서 판정한다(S90).
통신 품질 관리부(320)에서 이루어진 S90 단계에서의 판정 결과, 감지 결과 데이터가 정상적으로 수신된 수신 성공률이 기설정된 기간동안(예를 들어, 1시간) 기설정된 값(예를 들어, 95%) 미만이면, 통합 관리 모듈 제어부(330)에서 송신 전력을 증가시키는 제어 명령을 통신 관리 모듈 통신부(310)를 통해 네트워크(200)를 거쳐서 수신 성공률이 기설정된 값 미만인 감지 모듈(100)로 발송한다.
통합 관리 모듈 제어부(330)에서의 송신 전력을 증가시키는 제어 명령을 수신한 감지 모듈(100)의 센서 제어부(130)는 센서 통신부(140)에서의 송신 전력을 기설정된 값만큼 증가시키도록 제어한다(S100).
이후, 감지 결과 데이터가 정상적으로 수신된 수신 성공률이 기설정된 기간동안(예를 들어, 1시간) 기설정된 값(예를 들어, 95%) 이상이 될 때가지 상술한 S80 단계 내지 S100 단계가 반복된다.
S90 단계에서의 판정 결과, 감지 결과 데이터가 정상적으로 수신된 수신 성공률이 기설정된 기간동안(예를 들어, 1시간) 기설정된 값(예를 들어, 95%) 이상이 되면, 통합 관리 모듈 제어부(330)는 복수의 감지 모듈(100)로부터 수신한 감지 결과 데이터를 통합하여, 관제 서버(400)로 송신한다(S110).
상술한 단계를 통해 전원 독립형으로 운영되는 각 감지 모듈(100)에서의 감지 결과에 근거하여, 관제 서버(400)에서는 관제 대상에 대한 관리 및 제어가 이루어진다.
본 발명은 첨부된 청구 범위 및 그 등가물을 제외하고는 제한되지 않는다. 전술한 구성 요소 또는 구조에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 이러한 구성 요소를 설명하기 위해 사용된 용어는, 달리 지시하지 않는 한, 본 명세서에 예시된 본 발명의 예시적인 구현에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동일하지 않더라도, 기술된 구성 요소의 특정 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 동등한) 임의의 구성 요소 또는 구조에 해당하는 것으로 의도된다.
또한, 이하의 청구 범위는 상세한 설명에 포함되며, 각 청구 범위는 별도의 예시적인 실시예로서 자체적으로 존재할 수 있다. 각 청구항은 별도의 예시적인 실시예로서 자체적으로 존재할 수 있지만, (종속항이 청구 범위에서 하나 이상의 다른 청구항과의 특정 조합을 언급할 수 있더라도), 다른 예시적인 실시예는 또한 서로 종속 또는 독립 청구항의 주제와 종속항의 조합을 포함할 수 있음에 유의해야 한다. 이러한 조합은 특정 조합이 의도되지 않았다고 언급되지 않는 한 본원에서 제안된다. 또한, 이 청구항이 독립항에 직접적으로 종속되지 않더라도, 임의의 다른 독립항에 대한 청구항의 특징도 포함하도록 의도된다.
다양한 예시적인 실시예가 개시되었지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 개념의 이점 중 일부를 달성할 수 있는 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 동일한 기능을 수행하는 다른 구성 요소가 적절히 대체될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 실시예가 이용될 수 있고 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 구조적 또는 논리적 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 특정 도면을 참조하여 설명된 특징은 명시적으로 언급되지 않은 특징에서도 다른 도면의 특징과 조합될 수 있음을 언급해야 한다. 본 발명의 일반적인 개념에 대한 이러한 수정은 첨부된 청구 범위 및 그들의 법적 등가물에 의해 커버되도록 의도된다.
100 : 감지 모듈
110 : 독립 전원부
112 : 전원 발생부
114 : 축전지
120 : 감지 센서부
130 : 센서 제어부
140 : 센서 통신부
150 : 전압 레벨 측정부
200 : 네트워크
300 : 통합 관리 모듈
310 : 통합 관리 모듈 통신부
320 ; 통신 품질 관리부
330 : 통합 관리 모듈 제어부
340 : 관리자 입력부
350 : 디스플레이부
400: 관제 서버
110 : 독립 전원부
112 : 전원 발생부
114 : 축전지
120 : 감지 센서부
130 : 센서 제어부
140 : 센서 통신부
150 : 전압 레벨 측정부
200 : 네트워크
300 : 통합 관리 모듈
310 : 통합 관리 모듈 통신부
320 ; 통신 품질 관리부
330 : 통합 관리 모듈 제어부
340 : 관리자 입력부
350 : 디스플레이부
400: 관제 서버
Claims (11)
- 독립 전원형 저전력 초소형 센서들을 통합하여 관리하는 저전력 무선 센서 통합 시스템에 있어서,
설치된 공간에서의 환경, 사물, 상황 중 적어도 하나를 감지하는 적어도 하나의 감지 모듈과,
상기 적어도 하나의 감지 모듈에서의 감지 결과를 통합하여 관리하고, 상기 감지 모듈에서의 감지 품질에 기반하여 상기 감지 모듈에서의 감지 동작을 제어하는 통합 관리 모듈과,
상기 감지 모듈과 상기 통합 관리 모듈 사이에서 무선 데이터를 송수신하는 네트워크
를 포함하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 감지 모듈 각각은,
상기 네트워크를 통해 상기 통합 관리 모듈 사이과 데이터를 송수신하는 센서 통신부와,
자체적으로 상기 감지 모듈에 전원을 공급하는 독립 전원부와,
상기 감지 모듈이 설치된 공간에서 환경, 사물, 상황 중 적어도 하나를 감지하는 감지 센서부와,
상기 통합 관리 모듈로부터의 제어 명령에 근거하여 상기 감지 모듈 전반을 제어하고, 상기 감지 센서부에서 감지된 감지 결과를 디지털 데이터로 변환하여 상기 센서 통신부를 통해 상기 통합 관리 모듈에 송신하는 센서 제어부
를 포함하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 감지 센서부는,
상기 설치된 공간의 온도를 감지하는 온도 센서, 습도를 감지하는 습도 센서, 밝기를 감지 하는 조도 센서, 공기 중의 특정 가스를 감지하는 가스 감지 센서, 미세 먼지의 농도를 측정하는 미세 먼지 감지 센서 중 적어도 하나의 환경을 감지하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 감지 센서부는,
사람이나 동물의 접근, 이동을 감지하는 적외선 센서, 생체를 인식하는 지문 인식 센서, 홍체 인식 센서, 안면 인식 센서 중 적어도 하나의 사물을 감지하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 감지 센서부는,
불꽃을 감지하는 염화 감시 센서, 연기를 감지하는 연기 감지 센서, 열기를 감지하는 온도 감지 센서, 진동을 감지하는 지진 감지 센서, 빗방울을 감지하는 우적 감시 센서, 특정 공간의 하중을 감지하는 하중 감지 센서 중 적어도 하나의 상황을 감지하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 통합 관리 모듈은,
상기 네트워크를 통해 상기 적어도 하나의 감지 모듈과 데이터를 송수신하는 통합 관리 모듈 통신부와,
상기 통합 관리 모듈 통신부로부터 수신되는 상기 상기 적어도 하나의 감지 모듈 각각의 데이터에 근거하여 상기 적어도 하나의 감지 모듈 각각의 통신 품질을 판단하고 관리하는 통신 품질 관리부와,
상기 통신 품질 관리부의 통신 품질 판단 결과에 근거하여 상기 감지 모듈의 송신 전력을 제어하는 통합 관리 모듈 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
- 제 6 항에 있어서,
상기 통합 관리 모듈 제어부는,
상기 적어도 하나의 감지 모듈 각각에 대응하여 기설정된 감지 주기로 감지하도록, 상기 각 감지 모듈에 감지 제어 명령을 발생하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
- 제 6 항에 있어서,
상기 통신 품질 관리부는 기설정된 시간 동안 상기 통합 관리 모듈 통신부를 통해서 수신된 데이터의 수신 성공률이 기설정된 값 미만이면 불량의 판정 결과를 발생하고, 기설정된 값에 도달하면 양호의 판정 결과를 발생하며,
상기 통합 관리 모듈 제어부는, 상기 통신 품질 관리부초기 송신 전력으로 데이터를 송신하도록 상기 감지 모듈에 제어 명령을 발생하고, 상기 통신 품질 관리부로부터 양호 판정 결과가 발생될 때까지 상기 통신 품질 관리부로부터 불량 판정 결과가 발생될때마다 기설정된 간격으로 상기 감지 모듈의 송신 전력을 증가시키도록 제어 명령을 발생하며, 상기 통신 품질 관리부로부터 양호 판정 결과가 발생되면, 상기 감지 모듈의 송신 전력을 현재 상태로 유지하도록 제어 명령을 발생하는
것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
- 제 7 항에 있어서,
상기 통신 품질 관리부로부터 양호 판정 결과가 발생되어 상기 감지 모듈의 송신 전력을 현재 상태로 유지한 후, 상기 상기 감지 모듈 중 적어도 하나의 감지 모듈에서 감지 결과 데이터의 송신이 기설정된 기간 이상 감지 결과 데이터의 송신 빈도가 감소되면, 상기 감지 모듈에 대한 고장 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 감지 모듈 중 적어도 하나의 감지 모듈은 독립 전원부로 건전지를 사용하는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 감지 모듈 중 적어도 하나의 감지 모듈은 상기 독립 전원부와 병렬로 연결된 보조 전원부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저전력 무선 센서 통합 시스템.
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- 2022-01-28 KR KR1020220013735A patent/KR102605088B1/ko active IP Right Grant
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