WO2011071249A2 - 강우량 측정 장치 및 이를 포함하는 강우량 예측 시스템 - Google Patents

강우량 측정 장치 및 이를 포함하는 강우량 예측 시스템 Download PDF

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WO2011071249A2
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piezo
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조재명
권미화
오영하
한솔
조혜민
조용민
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제이엠씨엔지니어링 주식회사
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges

Definitions

  • the present invention relates to rainfall measurement and prediction, and more particularly, to a rainfall sensor-based rainfall measurement device and a rainfall prediction system including the same.
  • Meteorological centers such as the Meteorological Agency provide weather information with rainfall prediction systems to protect people and property from natural disasters.
  • the rainfall prediction system performs rainfall prediction by analyzing rainfall data measured in real time in rainfall measuring devices installed in key points such as mountains and valleys, the reliability of the rainfall prediction system is highly dependent on the measurement accuracy of the rainfall measuring device. .
  • the conventional rainfall measuring device for example, tipping bucket type rain gauge, etc.
  • the conventional rainfall measuring device has a problem that the measurement accuracy is relatively low, even though manufactured structurally complex
  • the conventional rainfall measuring device also has a problem that the installation is greatly restricted due to problems such as power supply, data communication and maintenance.
  • One object of the present invention is to provide a rainfall measuring device that is manufactured in a simple structure, high measurement accuracy, low cost can be placed in a large area in a large area, and does not have a place constraint in the installation.
  • Another object of the present invention is to provide a rainfall prediction system capable of providing reliable rainfall prediction data to a user by accurately predicting rainfall, including the rainfall measuring device.
  • the rainfall measurement device is a piezoelectric sensor unit for generating the first to nth (n is an integer of 1 or more) piezoelectric conversion signal based on the pressure of the raindrop,
  • a piezo amplifier configured to amplify the first to n th piezoelectric conversion signals to generate an impulse signal
  • a frequency-voltage converter unit generating a measured voltage signal based on the impulse signal
  • a voltage-frequency converter unit generating a measurement frequency signal based on the measurement voltage signal
  • the apparatus may include a counter unit configured to count the measured frequency signal for a predetermined time and generate measurement data, and a central processor to generate rainfall data based on the measured data.
  • the piezo sensor unit may include first to n th piezo sensor,
  • the first to n th piezoelectric sensors may generate the first to n th piezoelectric conversion signals, respectively.
  • the first to n-th piezo sensor may be implemented as a piezo film or a piezo buzzer including the piezo film.
  • the piezo amplifier unit amplifies the first to nth piezoelectric conversion signals to generate first to nth intermediate signals and calculates an average value of the first to nth intermediate signals to calculate the average value of the impulses. And a piezo output circuit for outputting a signal.
  • the rainfall measurement apparatus may further include a transceiver for performing wireless data communication with a central control server or at least one electronic device located at a remote location.
  • the transceiver may perform the wireless data communication using a Radio Data System FM (RF) method.
  • RF Radio Data System FM
  • the transceiver may transmit a text signal or an audio signal corresponding to the rainfall data to the central control server or the at least one electronic device.
  • the transceiver may use an FM frequency band of 76MHz to 108MHz.
  • the transmission and reception unit may transmit a status signal to the central control server when a check signal is received from the central control server.
  • the transceiver may periodically transmit a status signal to the central control server at a predetermined cycle.
  • the rainfall measuring apparatus may further include a power supply unit that performs power supply based on sunlight.
  • the power supply unit may selectively perform the power supply based on the stop signal, the standby signal or the operation signal received from the central control server.
  • the power supply unit may stop supplying power in response to the stop signal
  • Standby power may be supplied in response to the standby signal, and operating power may be supplied in response to the operation signal.
  • the rainfall prediction system generates rainfall data based on the piezoelectric piezoelectric conversion
  • It may include a central control server for transmitting the rainfall prediction data in the RS.
  • the rainfall prediction system receives and outputs a first text signal or first audio signal corresponding to the rainfall data and a second text signal or second audio signal corresponding to the rainfall prediction data to the user through the RDS system. It may further include at least one or more electronic devices.
  • the at least one rainfall measuring device includes a piezo sensor unit for generating at least one piezoelectric conversion signal based on the pressure of the raindrop,
  • a piezo amplifier unit generating an impulse signal based on the at least one piezoelectric conversion signal, a frequency-voltage converter unit generating a measured voltage signal based on the impulse signal,
  • a voltage-frequency converter unit generating a measurement frequency signal based on the measurement voltage signal, a counter unit generating the measurement data by counting the measurement frequency signal for a preset time;
  • a central processing unit generating the rainfall data based on the measured data, a transmitting and receiving unit performing wireless data communication with the central control server or the at least one electronic device, and a power supply unit performing power supply based on sunlight; Can be.
  • Rainfall measurement apparatus can be manufactured at a low cost by having a simple structure using a piezo sensor,
  • the large number of deployments in large areas can increase the statistical reliability of rainfall data and enable wireless data communication and maintenance responses based on its own power through self-generation.
  • the rainfall prediction system receives high-precision rainfall data in real time from a plurality of rainfall measurement devices,
  • FIG. 1 is a block diagram showing a rainfall measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a piezo amplifier of the rainfall measuring apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a piezo amplifier circuit of the piezo amplifier of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of a piezo output circuit of the piezo amplifier of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example in which rainfall data is output from the rainfall measuring apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example in which a state signal is output in the rainfall measuring apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating another example of outputting a status signal in the rainfall measuring apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example in which power is supplied from the rainfall measuring apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a rainfall prediction system according to an embodiment of the present invention.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a rainfall measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the rainfall measuring apparatus 100 includes a piezo sensor unit 110, a piezo amplifier 120, a frequency-voltage converter 130, a voltage-frequency converter 140, and a counter 150.
  • the central processing unit 160 and the transceiver 170 may be included.
  • the rainfall measuring apparatus 100 may further include a battery unit 180.
  • the piezo sensor unit 110 may generate the piezoelectric conversion signal CVS based on the pressure RP of the raindrops.
  • the piezo sensor unit 110 may include at least one piezo sensor.
  • the piezo sensor In the piezo sensor unit 110, the piezo sensor is installed where raindrops fall well, detects the pressure of the raindrops and converts them into electrical signals.
  • the piezo sensor unit 110 may include a plurality of piezo sensors for accurate rainfall measurement,
  • These piezoelectric sensors may be centrally installed in one of the target areas, or may be distributed in various places in the target area.
  • the piezo sensor unit 110 is a piezo sensor is attached on one acrylic plate,
  • One acrylic plate may be installed in one place where raindrops fall well in the target area
  • a plurality of acryl plates attached to one piezo sensor may be installed in various places where raindrops fall well in a target area.
  • the piezo sensor unit 110 may not only increase measurement accuracy in a statistical manner by including a plurality of piezo sensors, but also continuously perform rainfall measurement even when some piezo sensors do not operate.
  • the piezo sensor included in the piezo sensor unit 110 may be implemented as a piezo film (ie, element) or a piezo buzzer including such a piezo film.
  • Piezo sensors are used when the piezo film is pressurized in a constant direction and dielectric polarization occurs on the piezo film.
  • This dielectric polarization makes use of the generation of electrical signals (piezo-electricity).
  • This electrical signal corresponds to the piezoelectric conversion signal CVS.
  • Piezo sensors implemented as a piezo film is manufactured in a thin thickness of approximately 9um to 110um, yet resistant to impact, does not break,
  • the wide use frequency range has the advantage of wide dynamic range and ease of design or processing.
  • the piezo sensor may be made of quartz, tourmaline, Roselle salt, etc. having a piezoelectric property
  • It may be made of a piezoelectric ceramic such as barium titanate, or may be made of PZT (Plumbum Zirconate Titanate) ceramic in which lead titanate and lead zirconate are mixed at a constant ratio.
  • PZT Plumbum Zirconate Titanate
  • the material of the piezo sensor may be variously selected according to a required condition.
  • the piezo amplifier 120 may generate an impulse signal IPS by amplifying the piezoelectric conversion signal CVS output from the piezo sensor unit 110.
  • the piezo amplifier unit 120 amplifies the plurality of piezoelectric conversion signals (CVS) output from the piezo sensors to generate a plurality of intermediate signals. Create,
  • An average value of these intermediate signals may be calculated and output as an impulse signal IPS.
  • the piezo amplifier 120 is connected to a plurality of piezo sensors, respectively, piezo amplifier circuits for amplifying a plurality of piezoelectric conversion signals (CVS) to generate a plurality of intermediate signals and the average value of these intermediate signals It may include a piezo output circuit for calculating and outputting the impulse signal (IPS).
  • CVS piezoelectric conversion signals
  • IPS impulse signal
  • the rainfall measurement apparatus 100 allows the piezo sensor unit 110 to include a plurality of piezo sensors.
  • the piezo amplifier 120 may generate the impulse signal IPS based on the plurality of piezoelectric conversion signals CVS output from the plurality of piezoelectric sensors, thereby accurately measuring rainfall in the target area.
  • the frequency-voltage converter 130 may generate the measured voltage signal EVS based on the impulse signal IPS output from the piezo amplifier 120.
  • the frequency-voltage converter 130 may generate the measured voltage signal EVS by performing voltage pumping on the impulse signal IPS output from the piezo amplifier 120. .
  • the frequency-voltage converter 130 performs an operation of converting the frequency signal into a voltage signal by accumulating the frequency signal.
  • the frequency-voltage converter 130 may be implemented using the LM2907 chip, or may be implemented using the ADVFC32 chip.
  • It may also be implemented using a combination of counter circuits and digital-to-analog converter circuits.
  • the frequency-voltage converter 130 may convert the impulse signal IPS corresponding to the frequency signal into a measurement voltage signal EVS corresponding to the voltage signal.
  • the voltage-frequency converter 140 may generate the measurement frequency signal EFS based on the measurement voltage signal EVS output from the frequency-voltage converter 130.
  • the voltage-frequency converter section 140 output pulse train having a frequency proportional to the voltage level of the measured voltage signal EVS.
  • the measurement frequency signal EFS may be generated.
  • the voltage-frequency converter 140 performs an operation of converting the voltage signal into a frequency signal since the measured voltage signal EVS corresponds to the voltage signal.
  • the voltage-frequency converter 140 converts the measured voltage signal EVS, which is an analog signal, to the measured frequency signal EFS, which is a digital signal.
  • LM331 chip may be implemented with various analog-to-digital converters.
  • the counter unit 150 may generate the measurement data ED based on the measurement frequency signal EFS output from the voltage-frequency converter 140.
  • the counter unit 150 may generate the measurement data ED by counting the measurement frequency signal EFS for a preset time.
  • the preset time may be variously set by the user according to a specification required for the rainfall measuring apparatus 100.
  • the counter unit 150 counts this output pulse train so that the measurement frequency signal EFS The frequency can be determined.
  • the voltage level of the measurement voltage signal EVS proportional to the frequency of the measurement frequency signal EFS is determined, so that the rainfall is determined by the frequency of the measurement frequency signal EFS.
  • the central processing unit 160 may generate rainfall data RD based on the measurement data ED output from the counter 150.
  • the central processing unit 160 converts the measurement data ED, which is a value obtained by counting an output pulse train corresponding to the measurement frequency signal EFS, into a predetermined value using a rainfall calculation formula, and the like. ) Can be created.
  • the central processing unit 160 may output the generated rainfall data RD to the transceiver 170.
  • the central processing unit 160 may perform a function of controlling each component of the rainfall measuring apparatus 100 in generating rainfall data RD.
  • the central processing unit 160 deactivates each component of the rainfall measuring device 100 in response to the stop signal received from the central control server,
  • the central processing unit 160 may be implemented as a microcontroller, but is not limited thereto.
  • the transceiver 170 may perform wireless data communication with a central control server or at least one electronic device located at a remote location.
  • the transmitting unit 170 may perform wireless data communication with the central control server or at least one or more electronic devices in a remote control, the RF control, in this case, the FM frequency band from 76MHz to 108MHz It is available.
  • the transceiver 170 may transmit the rainfall data RD output from the central processing unit 160 to a central control server or at least one or more electronic devices located at a remote location.
  • the transceiver 170 may transmit a text signal or an audio signal corresponding to the rainfall data RD by the RMD system.
  • the transceiver 170 may be implemented as a single chip for an FM radio transceiver, and may be configured as a QFN package in which the functions of the FM transmitter and the FM receiver are combined.
  • the transceiver 170 may also transmit a status signal SS indicating an internal operating state of the rainfall measuring apparatus 100.
  • the transceiver 170 when the check signal CS for checking the internal operating state of the rainfall measuring device 100 is received from the central control server, the transceiver 170 indicates an internal operating state of the rainfall measuring device 100. Send a status signal (SS) to the central control server,
  • a status signal SS indicating an internal operation state of the rainfall measuring apparatus 100 may be periodically transmitted to the central control server according to a preset period.
  • the power supply unit 180 may supply power to each component of the rainfall measuring apparatus 100 by performing self-generation based on sunlight.
  • the power supply unit 180 may include a solar panel and a rechargeable battery.
  • the solar panel may collect electricity to generate electricity, and the rechargeable battery may store the generated electricity.
  • the solar panel may include first unit cells of the positive terminal and second unit cells of the negative terminal which are spaced apart from each other and arranged in a matrix form.
  • Each of the first and second unit cells may be formed of an aluminum metal foil. Interconnected in series or in parallel by an interconnect connector consisting of a solar cell array can be formed.
  • a glass substrate or a transparent polycarbonate window may be stacked on the solar cell array.
  • the transparent polycarbonate windows are stacked, light energy loss due to reflection of sunlight may be reduced as compared with the case where the glass substrates are stacked.
  • the power supply unit 180 may be controlled by the central control server to selectively supply power to each component of the rainfall measurement apparatus 100.
  • the power supply unit 180 may stop supplying power when a stop signal is received from the central control server, and supply standby power when a standby signal is received from the central control server, and when an operation signal is received from the central control server. It can supply the operating power.
  • the power supply unit 180 selectively supplies power to each component of the rainfall measuring device 100 according to the need of operation of the rainfall measuring device 100, thereby causing rainfall at a time when the operation of the rainfall measuring device 100 is unnecessary. It is possible to prevent power loss due to the measurement device 100 operating.
  • FIG. 1 only the power supply unit 180 that supplies power to each component of the rainfall measurement apparatus 100 by performing self-generation based on sunlight is illustrated, but the rainfall measurement apparatus 100 is based on an external power source.
  • An external power supply unit eg, a multi-channel four-terminal battery and a multi-channel four-terminal charger for supplying power to each component may be further included.
  • the rainfall measuring apparatus 100 may accurately measure rainfall by using the piezo principle.
  • the rainfall measurement apparatus 100 may be manufactured at a low cost by having a simple structure using a plurality of piezo sensors,
  • a plurality of piezoelectric sensors can be centrally or selectively deployed throughout the target area, statistical reliability can be increased, and wireless data communication and maintenance response can be performed based on its own solar-based power.
  • the rainfall measurement apparatus 100 may generate reliable rainfall data by accurately measuring rainfall, and may perform radio data communication and maintenance response using its own power based on sunlight, thereby periodically managing a person. It can be installed in remote areas such as mountains and valleys that are difficult to do without being restricted by places.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a piezo amplifier of the rainfall measuring apparatus of FIG. 1.
  • the piezo amplifier 120 may include first to n-th (where n is an integer of 1 or more) piezo amplifier circuits 122_1,..., 122_n and a piezo output circuit 124. have.
  • the first to n th piezo amplifier circuits 122_1,..., 122_n are connected to the first to n th piezo sensors of the piezo sensor unit 110, respectively, and the first to n th piezo amplifiers output from the first to n th piezo sensors.
  • the n th piezoelectric conversion signal CVS_1,..., CVS_n may be input.
  • the first to n th piezo amplifier circuits 122_1,..., 122_n respectively amplify the first to n th piezoelectric conversion signals CVS_1,.
  • ACVS_n may be generated, and the first to nth intermediate signals ACVS_1 to ACVS_n may be output to the piezo output circuit 124.
  • the first to nth piezo amplifier circuits 122_1,..., And 122_n may be respectively implemented as LM358 chips, or may be implemented using various operational amplifiers. However, this is merely an example and is not limited thereto.
  • the piezo output circuit 124 calculates an average value of the first through nth intermediate signals ACVS_1, ..., ACVS_n output from the first through nth piezo amplifier amplifiers 122_1, ..., 122_n to impulse a signal. Will output In one embodiment, the piezo output circuit 124 receives the first to n-th intermediate signals (ACVS_1, ..., ACVS_n) and calculates an average value, and a voltage follower for the average value calculated at the input unit. It may include an output unit for outputting through. According to an embodiment,
  • the output of the piezo output circuit 124 may be implemented with an LM358 chip, or may be implemented using various operational amplifier circuits. However, this is merely an example and is not limited thereto.
  • the rainfall measuring apparatus 100 includes the piezo sensor unit 110 including the first to n th piezoelectric sensors 122_1 to 122_n and the first to n th piezoelectric sensors 122_1 to. 122_n) includes a piezo amplifier unit 120 which amplifies the first to n th piezoelectric conversion signals CVS_1, ..., CVS_n and outputs an average value thereof, thereby intensively or distributing in various places in the target region.
  • the rainfall data of the target area can be measured accurately.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of implementing a piezo amplifier circuit included in the piezo amplifier of FIG. 2.
  • the piezo amplifier circuit 122 may include an operational amplifier AMP, first to fourth resistors R1 to R4, and first to third capacitors C1 to C3. It may include.
  • the operational amplifier AMP may operate based on the power supply voltage VDD and the ground voltage GND.
  • the positive input terminal receives the piezoelectric conversion signal CVS through the first capacitor C1, and the negative input terminal is connected to the ground voltage GND through the fourth resistor R4.
  • the output terminal may be connected to the negative input terminal via the third resistor R3 and the third capacitor C3 connected in parallel with each other.
  • the intermediate signal ACVS generated by amplifying the piezoelectric conversion signal CVS may be output through the second capacitor C2.
  • the first resistor R1 is connected between the power supply voltage VDD and the positive input terminal of the operational amplifier AMP, and the second resistor R2 is connected to the ground voltage GND and the positive input terminal of the operational amplifier AMP. Can be connected between the terminals.
  • the amplification degree by the piezo amplifier circuit 122 may be determined by the first resistor R1 and the fourth resistor R4. However, this is only an example and may be variously changed according to a required condition.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of implementing a piezo output circuit included in the piezo amplifier of FIG. 2.
  • the piezo output circuit 124 may include an operational amplifier AMP, n fifth resistors R5_1,..., R5_n, sixth to seventh resistors R6 and R7, and fourth to seventh. It may include fifth capacitors C4 and C5.
  • the operational amplifier AMP may operate based on the power supply voltage VDD and the ground voltage GND.
  • the positive input terminal receives the average value of the first through n-th intermediate signals ACVS_1, ..., ACVS_n through the fourth capacitor C4, and the negative input terminal is connected to the output terminal. Can be.
  • the operational amplifier AMP may be implemented as a voltage follower. Accordingly, the average value of the first to nth intermediate signals ACVS_1,..., ACVS_n may be output as an impulse signal IPS through an operational amplifier AMP implemented as a voltage follower and a fifth capacitor C5. have.
  • the sixth resistor R6 is connected between the power supply voltage VDD and the positive input terminal of the operational amplifier AMP, and the seventh resistor R7 is the positive input of the ground voltage GND and the operational amplifier AMP. Can be connected between the terminals.
  • the voltage output circuit 124 receives the first through nth intermediate signals ACVS_1,..., ACVS_n through the n fifth resistors R5_1,..., R5_n.
  • the voltage output circuit 124 receives the first through nth intermediate signals ACVS_1,..., ACVS_n through the n fifth resistors R5_1,..., R5_n.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example in which rainfall data is output from the rainfall measuring apparatus of FIG. 1.
  • the rainfall measuring apparatus 100 generates a piezoelectric conversion signal CVS based on the pressure RP of raindrops (S110), amplifies the piezoelectric conversion signal CVS to generate an impulse signal IPS.
  • the measurement voltage signal EVS may be generated in operation S130 based on the impulse signal IPS.
  • the rainfall measuring apparatus 100 generates a measurement frequency signal EFS based on the measurement voltage signal EVS in operation S140, and counts the measurement frequency signal EFS for a predetermined time to generate the measurement data ED.
  • rainfall data RD may be generated based on the measurement data ED.
  • the rainfall measurement apparatus 100 may transmit the generated rainfall data RD by using an SMS.
  • the generation S110 of the piezoelectric conversion signal CVS based on the raindrop pressure RP may be performed by the piezo sensor unit 110 of the rainfall measuring apparatus 100.
  • the piezoelectric sensor unit 110 of the rainfall measuring apparatus 100 may include a plurality of piezoelectric sensors, and the plurality of piezoelectric sensors may be centrally or distributedly installed throughout the target area.
  • generation of the piezoelectric conversion signal CVS based on the raindrop pressure RP may be performed at each of the plurality of piezoelectric sensors included in the piezoelectric sensor unit 110.
  • Generation of the impulse signal IPS based on the piezoelectric conversion signal CVS (S120) may be performed by the piezo amplifier 120 of the rainfall measuring apparatus 100.
  • the piezoelectric amplifier 120 of the rainfall measuring device 100 includes a plurality of piezoelectric conversion signals output from the plurality of piezoelectric sensors when the piezo sensor 110 of the rainfall measuring device 100 includes a plurality of piezoelectric sensors.
  • Each of the CVSs may be amplified to generate a plurality of intermediate signals ACVS, and an average value of the intermediate signals ACVS may be calculated and output as an impulse signal IPS.
  • Generation of the measured voltage based on the impulse signal IPS (S130) may be performed by the frequency-voltage converter 130 of the rainfall measuring apparatus 100.
  • the frequency-voltage converter 130 of the rainfall measuring apparatus 100 performs a voltage pumping on the impulse signal IPS, thereby measuring the impulse signal IPS corresponding to the frequency signal and the measured voltage signal EVS corresponding to the voltage signal. Can be converted to
  • Generation S140 of the measurement frequency signal EFS based on the measurement voltage signal EVS may be performed by the voltage-frequency converter 140 of the rainfall measurement apparatus 100.
  • the voltage-frequency converter 140 of the rainfall measuring apparatus 100 may generate the measurement frequency signal EFS having a frequency proportional to the voltage level of the measurement voltage signal EVS.
  • the voltage-frequency converter 140 of the rainfall measuring apparatus 100 may convert the measured voltage signal EVS corresponding to the voltage signal into the measured frequency signal EFS corresponding to the frequency signal.
  • Generation of the measurement data ED based on the measurement frequency signal EFS may be performed by the counter unit 150 of the rainfall measurement apparatus 100.
  • the counter unit 150 of the rainfall measuring apparatus 100 may generate the measurement data ED by counting the measurement frequency signal EFS corresponding to the output pulse train for a predetermined time.
  • Generation of the rainfall data RD based on the measurement data ED S160 may be performed by the central processing unit 160 of the rainfall measurement apparatus 100.
  • the central processing unit 160 of the rainfall measuring apparatus 100 generates the rainfall data RD by converting the measurement data ED, which is a value obtained by counting the measurement frequency signal EFS, into a predetermined value using a rainfall calculation formula. Can be.
  • Transmission of the rainfall data RD in operation S170 may be performed by the transceiver 170 of the rainfall measurement apparatus 100.
  • the transceiver 170 of the rainfall measurement apparatus 100 may transmit rainfall data RD to a central control server or at least one or more electronic devices located in a remote location in an RDS.
  • the electronic device may be a handset device capable of wireless data communication of an RDS type, a handsfree device, a TV, a radio, an MP3 player, a portable multimedia player (PMP), a personal digital assistant (PDA), navigation, a notebook computer, and the like.
  • a handset device capable of wireless data communication of an RDS type
  • a handsfree device a TV, a radio, an MP3 player, a portable multimedia player (PMP), a personal digital assistant (PDA), navigation, a notebook computer, and the like.
  • PMP portable multimedia player
  • PDA personal digital assistant
  • Mobile phone smartphone, and the like.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example in which a state signal is output in the rainfall measuring apparatus of FIG. 1.
  • the rainfall measurement apparatus 100 may transmit a status signal SS to the central control server in response to the check signal CS received from the central control server.
  • the rainfall measurement apparatus 100 receives a check signal from the central control server (S210), checks the internal operating state to generate a status signal (SS) (S220), and the status signal generated by the central control server ( SS) may be transmitted (S230).
  • the rainfall measuring device 100 is installed in a place where people are not easily accessible, such as mountains, valleys. Therefore, it is difficult for people to approach directly and confirm the normal operation of the rainfall measuring device 100.
  • the rainfall control apparatus 100 when the rainfall measuring apparatus 100 transmits the check signal CS to check the internal operation state in the central control server (S210), the rainfall control apparatus 100 generates a state signal SS indicating the internal operation state (S220) and performs central control. It can transmit to the server (S230).
  • the central control server may determine whether the rainfall measuring device 100 is normally operated by analyzing a status signal SS indicating an internal operating state of the rainfall measuring device 100.
  • the status signal SS may include information such as a battery status, a failure status, and the like of the rainfall measuring apparatus 100.
  • the central control server assigns an ID to the rainfall measuring device 100 and based on the identifier information included in the status signal SS, respectively.
  • the rainfall measurement apparatus 100 may be identified.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating another example of outputting a status signal in the rainfall measuring apparatus of FIG. 1.
  • the rainfall measurement apparatus 100 may periodically transmit a status signal SS to the central control server according to a preset period.
  • the rainfall measuring apparatus 100 checks the internal operation state to generate a state signal SS (S310), determines whether the preset time has elapsed (S320), and when the preset time has elapsed, the center of gravity is determined.
  • a status signal SS is transmitted to the control server (S330). Thereafter, it is determined whether it is necessary to continuously transmit the status signal SS to the central control server (S340), and the operation of terminating the transmission operation of the status signal or continuously transmitting the status signal according to a predetermined period is continued. Can be done.
  • the rainfall measuring device 100 is installed in a place where people are not easily accessible, such as mountains and valleys, it is difficult for people to directly access and check whether the rainfall measuring device 100 is normally operated. to be.
  • the central control server may display a status signal indicating the internal operating state of the rainfall measuring apparatus 100 ( By analyzing SS, it is possible to determine whether the rainfall measuring apparatus 100 is operating normally.
  • the status signal may include information such as battery status, failure status, etc. of the rainfall measuring apparatus 100.
  • the central control server gives an ID to the rainfall measuring device 100, and each rainfall measuring device is based on the identifier information included in the status signal. 100 may be identified.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example in which power is supplied from the rainfall measuring apparatus of FIG. 1.
  • the power supply unit 180 of the rainfall measuring apparatus 100 may stop supplying power when a stop signal is received from the central control server, and provide standby power or operation power when a standby signal or an operation signal is received, respectively. Can be.
  • the rainfall measuring apparatus 100 receives one signal from the central control server among the stop signal, the wait signal, or the operation signal (S410), determines whether the received signal is the stop signal (S420), and receives the received signal. If is a stop signal, the power supply may be stopped (S430).
  • the power supply may be maintained (S480).
  • the rainfall measuring device 100 may not measure the rainfall because the life of the solar panel or the rechargeable battery is limited. There is a need to reduce power consumption in such a way that the operation is performed only temporarily when required.
  • the rainfall measurement apparatus 100 causes the power supply unit 180 to measure the rainfall based on one of the interrupt signal, the standby signal, or the operation signal transmitted from the central control server. It is possible to supply power to the components of 100.
  • such selective power supply of the power supply unit 180 in the rainfall measuring device 100 may be controlled by the central processing unit 160, and the power supply is stopped by the stop signal, thereby causing the rainfall measuring device 100 to be stopped.
  • the elements of the rainfall measuring apparatus 100 may be deactivated, and the components of the rainfall measuring apparatus 100 may be semi-activated by supplying standby power by the standby signal. The components can be activated.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a rainfall prediction system according to an embodiment of the present invention.
  • the rainfall prediction system 200 includes the first to mth (where m is an integer of 1 or more) rainfall measuring apparatuses 220_1,..., 220_m, the central control server 240, and the first to mth.
  • the first (where l is an integer of 1 or more) electronic devices 260_1,..., 260_l may be included.
  • the first to m th rainfall measuring apparatuses 220_1,..., 220_m respectively generate first to m th rainfall data based on piezoelectric piezoelectric transformations, and convert the first to m th rainfall data into an RDSF method. I can send it.
  • the first to m th rainfall measuring apparatus (220_1, ..., 220_m) is a piezo sensor unit for generating a piezoelectric conversion signal based on the pressure of the raindrops, respectively, a piezo for generating an impulse signal by amplifying the piezoelectric conversion signal Amplifier,
  • a frequency-voltage converter unit generating a measurement voltage signal based on an impulse signal
  • a voltage-frequency converter unit generating a measurement frequency signal based on the measured voltage signal
  • a counter unit for generating measurement data by counting a measurement frequency signal for a preset time
  • It may include a central processing unit for generating rainfall data based on the measurement data, and a transceiver for performing wireless data communication in an RSF method.
  • first to m th rainfall measuring apparatuses 220_1,..., 220_m each include a plurality of piezo sensors in the piezo sensor unit, thereby greatly improving the accuracy of each of the first to m th rainfall data generated. have.
  • the central control server 240 may generate rainfall prediction data for the target area by analyzing the first to m th rainfall data output from the first to m th rainfall measuring devices 220_1 to 220_m.
  • the central control server 240 may generate rainfall prediction data by considering local characteristics, weather characteristics, and the like in the first to m th rainfall data.
  • the rainfall prediction system 200 includes a plurality of piezoelectric sensors included in the first to m th rainfall measuring devices 220_1, ..., 220_m to centrally or distributedly install the plurality of piezo sensors in various areas of the target area. In addition to increasing the accuracy of each rainfall data,
  • the central control server 240 may transmit the generated rainfall prediction data in an RSF manner.
  • the rainfall prediction system 200 performs wireless data communication in an RSF manner
  • the first to m th rainfall measuring apparatuses 220_1,..., 220_m may transmit rainfall data as a first text signal in text form or a first audio signal in audio form, and the central control server 240 may rainfall
  • the prediction data may be transmitted as a second text signal in text form or a second audio signal in audio form.
  • the first to first electronic devices 260_1,..., 260_l receive the first text signal or the first audio signal corresponding to the rainfall data and the second text signal or the second audio signal corresponding to the rainfall prediction data. Received by the FM method can be output to the user.
  • the first to first electronic devices 260_1,..., 260_l receive the first text signal or the first audio signal corresponding to the rainfall data from the rainfall measurement apparatus 100, and the rainfall prediction data.
  • the second text signal or the second audio signal corresponding to the central control server 240 may be received.
  • the first to first electronic devices 260_1,..., 260_l may include a first text signal or a first audio signal corresponding to rainfall data or a second text signal or second corresponding to rainfall prediction data. Audio signals may be received from the central control server 240 at one time.
  • the first to lth electronic devices 260_1,..., 260_l are handset devices capable of wireless data communication in an RDS type, hands-free device, TV, radio, MP3 player, PMP, and PDA. ), Navigation, laptops, mobile phones, smartphones, and the like.
  • the first to first electronic devices 260_1 to 260_l may be used. May be coupled to a dongle that enables wireless data communication in an RDS system.
  • the type of rainfall data and rainfall prediction data, the method of wireless data communication, the circuit diagram implementing each component, etc. may be variously changed according to a required condition.
  • the present invention may be used in a weather center that measures rainfall data at a remote location, generates rainfall prediction data based on the measured rainfall data, and provides such rainfall data and / or rainfall prediction data to people in real time.

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Abstract

강우량 측정 장치는 피에조 센서부, 피에조 증폭부, 주파수-전압 컨버터부, 전압-주파수 컨버터부, 카운터부 및 중앙 처리부를 포함한다. 피에조 센서부는 빗방울의 압력에 기초하여 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호를 생성한다. 피에조 증폭부는 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호를 증폭하여 임펄스 신호를 생성한다. 주파수-전압 컨버터부는 임펄스 신호에 기초하여 측정 전압 신호를 생성한다. 전압-주파수 컨버터부는 측정 전압 신호에 기초하여 측정 주파수 신호를 생성한다. 카운터부는 측정 주파수 신호를 기 설정된 시간 동안 카운트하여 측정 데이터를 생성한다. 중앙 처리부는 측정 데이터에 기초하여 강우량 데이터를 생성한다. 이와 같이, 강우량 측정 장치는 간단한 구조로 제조되면서도 강우량을 정확하게 측정할 수 있다.

Description

강우량 측정 장치 및 이를 포함하는 강우량 예측 시스템
본 발명은 강우량 측정 및 예측에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피에조 센서 기반의 강우량 측정 장치 및 이를 포함하는 강우량 예측 시스템에 관한 것이다.
기상청 등과 같은 기상 센터에서는 자연 재해로부터 인명과 재산을 보호하기 위해 강우량 예측 시스템을 구비하여 기상 정보를 제공하고 있다.
이러한 강우량 예측 시스템은 산간, 계곡 등의 주요 지점에 설치된 강우량 측정 장치에서 실시간으로 측정되는 강우량 데이터를 분석함으로써 강우량예측을 수행하기 때문에, 강우량 예측 시스템의 신뢰도는 강우량 측정 장치의 측정 정확도에 크게 의존한다.
그러나, 종래의 강우량 측정 장치(예를 들어, 티핑 버켓(tipping bucket)형 우량계 등)는 구조적으로 복잡하게 제조되면서도 측정 정확도가 상대적으로 낮다는 문제점이 있고,
제조비용이 상대적으로 높아 대상 지역에 많은 수가 배치될 수 없기 때문에 강우량 데이터의 통계 신뢰성이 낮다는 문제점이 있다.
한편, 종래의 강우량 측정 장치는 전력 공급, 데이터 통신 및 유지 보수 등의 문제로 인하여, 설치에 있어서 장소적인 제약을 크게 받는다는 문제점도 있다.
본 발명의 일 목적은 간단한 구조로 제조되면서도 측정 정확도가 높고, 저비용으로 제조되어 넓은 지역에 많은 수가 배치될 수 있으며, 설치에 있어서 장소적인 제약을 받지 않는 강우량 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 강우량 측정 장치를 포함하여 강우량을 정확하게 예측함으로써 사용자에게 신뢰성 있는 강우량 예측 데이터를 제공할 수 있는 강우량 예측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 강우량 측정 장치는 빗방울의 압력에 기초하여 제 1 내지 제 n(n은 1이상의 정수) 압전 변환 신호를 생성하는 피에조 센서부,
상기 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호를 증폭하여 임펄스 신호를 생성하는 피에조 증폭부,
상기 임펄스 신호에 기초하여 측정 전압 신호를 생성하는 주파수-전압 컨버터부,
상기 측정 전압 신호에 기초하여 측정 주파수 신호를 생성하는 전압-주파수 컨버터부,
상기 측정 주파수 신호를 기 설정된 시간 동안 카운트하여 측정 데이터를 생성하는 카운터부 및 상기 측정 데이터에 기초하여 강우량 데이터를 생성하는 중앙 처리부를 포함할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 피에조 센서부는 제 1 내지 제 n 피에조 센서를 포함할 수 있고,
상기 제 1 내지 제 n 피에조 센서는 각각 상기 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호를 생성할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 제 1 내지 제 n 피에조 센서는 피에조 필름(piezo film) 또는 상기 피에조 필름을 포함하는 피에조 버저(piezo buzzer)로 구현될 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 피에조 증폭부는 상기 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호를 증폭하여 제 1 내지 제 n 매개 신호를 생성하는 제 1 내지 제 n 피에조 증폭 회로 및 상기 제 1 내지 제 n 매개 신호의 평균값을 계산하여 상기 임펄스 신호로 출력하는 피에조 출력 회로를 포함할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 강우량 측정 장치는 원격지에 위치하는 중앙 통제 서버 또는 적어도 하나 이상의 전자 기기와 무선 데이터 통신을 수행하는 송수신부를 더 포함할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 송수신부는 상기 무선 데이터 통신을 알디에스 에프엠(Radio Data System FM) 방식으로 수행할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 송수신부는 상기 강우량 데이터에 상응하는 텍스트 신호 또는 오디오 신호를 상기 중앙 통제 서버 또는 상기 적어도 하나 이상의 전자 기기에 송신할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 송수신부는 76MHz에서 108MHz까지의 에프엠 주파수 대역을 이용할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 송수신부는 상기 중앙 통제 서버로부터 체크(check) 신호가 수신되면, 상기 중앙 통제 서버로 상태(status) 신호를 송신할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 송수신부는 기 설정된 주기에 따라 상기 중앙 통제 서버에 상태 신호를 주기적으로 송신할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 강우량 측정 장치는 태양광에 기초하여 전원 공급을 수행하는 전원부를 더 포함할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 전원부는 상기 중앙 통제 서버로부터 수신되는 중단 신호, 대기 신호 또는 동작 신호에 기초하여 상기 전원 공급을 선택적으로 수행할 수 있다.
상기 강우량 측정 장치의 실시예들에 따르면,
상기 전원부는 상기 중단 신호에 응답하여 전원 공급을 중단할 수 있고,
상기 대기 신호에 응답하여 대기 전원을 공급할 수 있으며, 상기 동작 신호에 응답하여 동작 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 강우량 예측 시스템은 피에조 압전 변환에 기초하여 강우량 데이터를 생성하고,
상기 강우량 데이터를 알디에스 에프엠 방식으로 송신하는 적어도 하나 이상의 강우량 측정 장치 및 상기 강우량 데이터에 기초하여 강우량 예측 데이터를 생성하고,
상기 강우량 예측 데이터를 상기 알디에스 에프엠 방식으로 송신하는 중앙 통제 서버를 포함할 수 있다.
상기 강우량 예측 시스템의 실시예들에 따르면,
상기 강우량 예측 시스템은 상기 강우량 데이터에 상응하는 제 1 텍스트 신호 또는 제 1 오디오 신호 및 상기 강우량 예상 데이터에 상응하는 제 2 텍스트 신호 또는 제 2 오디오 신호를 상기 알디에스 에프엠 방식으로 수신받아 사용자에게 출력하는 적어도 하나 이상의 전자 기기를 더 포함할 수 있다.
상기 강우량 예측 시스템의 실시예들에 따르면,
상기 적어도 하나 이상의 강우량 측정 장치는 빗방울의 압력에 기초하여 적어도 하나 이상의 압전 변환 신호를 생성하는 피에조 센서부,
상기 적어도 하나 이상의 압전 변환 신호에 기초하여 임펄스 신호를 생성하는 피에조 증폭부, 상기 임펄스 신호에 기초하여 측정 전압 신호를 생성하는 주파수-전압 컨버터부,
상기 측정 전압 신호에 기초하여 측정 주파수 신호를 생성하는 전압-주파수 컨버터부, 기 설정된 시간 동안 상기 측정 주파수 신호를 카운트하여 상기 측정 데이터를 생성하는 카운터부,
상기 측정 데이터에 기초하여 상기 강우량 데이터를 생성하는 중앙 처리부, 상기 중앙 통제 서버 또는 상기 적어도 하나 이상의 전자 기기와 무선 데이터 통신을 수행하는 송수신부 및 태양광에 기초하여 전원 공급을 수행하는 전원부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 강우량 측정 장치는 피에조 센서를 이용한 간단한 구조를 가짐으로써 저비용으로 제조될 수 있고,
넓은 지역에 많은 수가 배치됨으로써 강우량 데이터의 통계 신뢰성을 높일 수 있으며, 자가 발전을 통한 자체 전력에 기초하여 무선 데이터 통신 및 유지 보수 응답을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 강우량 예측 시스템은 복수의 강우량 측정 장치들로부터 높은 정확도의 강우량 데이터들을 실시간으로 수신하고,
이러한 강우량 데이터들을 기초로 대상 지역의 강우량을 정확하게 예측함으로써 사용자에게 높은 신뢰도의 강우량 예측 데이터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강우량 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 강우량 측정 장치의 피에조 증폭부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 피에조 증폭부의 피에조 증폭 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 2의 피에조 증폭부의 피에조 출력 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 1의 강우량 측정 장치에서 강우량 데이터가 출력되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 1의 강우량 측정 장치에서 상태 신호가 출력되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 7은 도 1의 강우량 측정 장치에서 상태 신호가 출력되는 다른 예를 나타내는 순서도이다.
도 8은 도 1의 강우량 측정 장치에서 전원이 공급되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 강우량 예측 시스템을 나타내는 블록도이다.
◆도면의 주요부분에 대한 부호의 설명◆
100: 강우량 측정 장치
110: 피에조 센서부
120: 피에조 증폭부
130: 주파수-전압 컨버터부
140: 전압-주파수 컨버터부
150: 카운터부
160: 중앙 처리부
170: 송수신부
180: 전원부
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는,
그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지,
하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며,
본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강우량 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 강우량 측정 장치(100)는 피에조 센서부(110), 피에조 증폭부(120), 주파수-전압 컨버터부(130), 전압-주파수 컨버터부(140), 카운터부(150), 중앙 처리부(160) 및 송수신부(170)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 강우량 측정 장치(100)는 배터리부(180)를 더 포함할 수 있다.
피에조 센서부(110)는 빗방울의 압력(RP)에 기초하여 압전 변환 신호(CVS)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 피에조 센서부(110)는 적어도 하나 이상의 피에조 센서를 포함할 수 있다.
피에조 센서부(110)에서, 피에조 센서는 빗방울이 잘 떨어지는 곳에 설치되고, 빗방울의 압력을 감지하여 전기적인 신호로 변환한다.
특히, 피에조 센서부(110)는 정확한 강우량 측정을 위하여 복수의 피에조 센서들을 포함할 수 있는데,
이러한 피에조 센서들은 대상 지역의 한 곳에 집중적으로 설치될 수도 있고, 대상 지역의 곳곳에 분산적으로 설치될 수도 있다.
예를 들어, 피에조 센서부(110)는 피에조 센서들이 하나의 아크릴판 상에 부착되고,
하나의 아크릴판이 대상 지역에서 빗방울이 잘 떨어지는 한 곳에 설치되는 형태일 수 있고,
하나의 피에조 센서가 부착된 복수의 아크릴판이 대상 지역에서 빗방울이 잘 떨어지는 여러 곳에 설치되는 형태일 수도 있다.
이와 같이, 피에조 센서부(110)는 피에조 센서들을 다수 포함함으로써 통계 방식으로 측정 정확도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 일부 피에조 센서들이 동작하지 않는 경우에도 강우량 측정을 계속적으로 수행할 수 있다.
한편, 피에조 센서부(110)에 포함되는 피에조 센서들은 각각 피에조 필름(즉, 소자) 또는 이러한 피에조 필름을 포함하는 피에조 버저로 구현될 수 있다.
피에조 센서들은 피에조 필름이 일정한 방향에서 압력을 받아 피에조 필름 상에 유전 분극이 발생하면,
이러한 유전 분극에 의하여 전기적인 신호(piezo-electricity) 생성되는 것을 이용한다.
이러한 전기적인 신호가 압전 변환 신호(CVS)에 상응한다.
피에조 필름으로 구현된 피에조 센서들은 대략 9um에서 110um의 두께로 얇게 제조되면서도, 충격에 강하여 부서지지 않고,
사용 주파수 영역이 넓어 다이내믹 레인지(dynamic range)가 넓으며, 디자인하거나 가공함에 있어서 용이하다는 장점이 있다.
이를 위하여, 피에조 센서는 압전성을 갖는 수정, 전기석, 로셀염 등으로 제조될 수 있고,
티탄산 바륨과 같은 압전 세라믹으로 제조될 수 있으며, 티탄산납과 지르코산납을 일정한 비율로 섞은 PZT(Plumbum Zirconate Titanate) 세라믹으로 제조될 수도 있다.
다만, 이것은 예시에 불과한 것으로서 요구되는 조건에 따라 피에조 센서의 재료는 다양하게 선택될 수 있다.
피에조 증폭부(120)는 피에조 센서부(110)에서 출력되는 압전 변환 신호(CVS)를 증폭하여 임펄스 신호(IPS)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 피에조 센서부(110)가 복수의 피에조 센서들을 포함하는 경우, 피에조 증폭부(120)는 피에조 센서들에서 출력되는 복수의 압전 변환 신호(CVS)들을 증폭하여 복수의 매개 신호들을 생성하고,
이러한 매개 신호들의 평균값을 계산하여 임펄스 신호(IPS)로 출력할 수 있다.
이를 위하여, 피에조 증폭부(120)는 복수의 피에조 센서들에 각각 연결되고, 복수의 압전 변환 신호(CVS)들을 각각 증폭하여 복수의 매개 신호들을 생성하는 피에조 증폭 회로들 및 이러한 매개 신호들의 평균값을 계산하여 임펄스 신호(IPS)로 출력하는 피에조 출력 회로를 포함할 수 있다.
이와 같이, 강우량 측정 장치(100)는 피에조 센서부(110)가 복수의 피에조 센서들을 포함하게 하고,
피에조 증폭부(120)가 복수의 피에조 센서들에서 출력되는 복수의 압전 변환 신호(CVS)들에 기초하여 임펄스 신호(IPS)를 생성하게 함으로써, 대상 지역의 강우량을 정확하게 측정할 수 있다.
주파수-전압 컨버터부(130)는 피에조 증폭부(120)에서 출력되는 임펄스 신호(IPS)에 기초하여 측정 전압 신호(EVS)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 주파수-전압 컨버터부(130)는 피에조 증폭부(120)에서 출력되는 임펄스 신호(IPS)에 대하여 전압 펌핑(voltage pumping)을 수행함으로써 측정 전압 신호(EVS)를 생성할 수 있다.
즉, 주파수-전압 컨버터부(130)는 계속적으로 입력되는 임펄스 신호(IPS)가 주파수 신호에 상응하므로, 이러한 주파수 신호를 누적함으로써 전압 신호로 변환하는 동작을 수행한다.
실시예에 따라, 주파수-전압 컨버터부(130)는 LM2907 칩을 이용하여 구현될 수 있고, ADVFC32 칩을 이용하여 구현될 수도 있다.
또한, 카운터 회로와 디지털-투-아날로그 컨버터 회로의 조합을 이용하여 구현될 수도 있다.
이와 같이, 주파수-전압 컨버터부(130)는 주파수 신호에 상응하는 임펄스 신호(IPS)를 전압 신호에 상응하는 측정 전압 신호(EVS)로 변환할 수 있다.
다만, 주파수 신호를 전압 신호로 변환하는 내용 자체는 일반적인 것이므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
전압-주파수 컨버터부(140)는 주파수-전압 컨버터부(130)에서 출력되는 측정 전압 신호(EVS)에 기초하여 측정 주파수 신호(EFS)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 전압-주파수 컨버터부(140)는 측정 전압 신호(EVS)의 전압 레벨에 비례하는 주파수를 갖는 출력 펄스 트레인(pulse train)
즉, 측정 주파수 신호(EFS)를 생성할 수 있다.
즉, 전압-주파수 컨버터부(140)는 측정 전압 신호(EVS)가 전압 신호에 상응하므로, 이러한 전압 신호를 주파수 신호로 변환하는 동작을 수행한다.
이와 같이, 전압-주파수 컨버터부(140)는 아날로그 신호인 측정 전압 신호(EVS)를 디지털 신호인 측정 주파수 신호(EFS)로 변환하는 동작을 수행하는 것이므로,
예를 들어, LM331 칩으로 구현될 수도 있고, 다양한 아날로그-투-디지털 컨버터를 이용하여 구현될 수도 있다.
다만, 전압 신호를 주파수 신호로 변환하는 내용 자체는 일반적인 것이므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
카운터부(150)는 전압-주파수 컨버터부(140)에서 출력되는 측정 주파수 신호(EFS)에 기초하여 측정 데이터(ED)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 카운터부(150)는 기 설정된 시간 동안 측정 주파수 신호(EFS)를 카운트함으로써 측정 데이터(ED)를 생성할 수 있다.
기 설정된 시간은 강우량 측정 장치(100)에 요구되는 스펙에 따라 사용자에 의하여 다양하게 설정될 수 있다.
즉, 측정 주파수 신호(EFS)는 측정 전압 신호(EVS)의 전압 레벨에 비례하는 주파수의 출력 펄스 트레인에 상응하므로, 카운터부(150)가 이러한 출력 펄스 트레인을 카운트함으로써 측정 주파수 신호(EFS)의 주파수를 판단할 수 있다.
이와 같이, 측정 주파수 신호(EFS)의 주파수가 판단되면, 측정 주파수 신호(EFS)의 주파수에 비례하는 측정 전압 신호(EVS)의 전압 레벨이 판단되므로, 강우량은 측정 주파수 신호(EFS)의 주파수에 기초하여 정확하게 측정될 수 있다.
중앙 처리부(160)는 카운터부(150)에서 출력되는 측정 데이터(ED)에 기초하여 강우량 데이터(RD)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 중앙 처리부(160)는 측정 주파수 신호(EFS)에 상응하는 출력 펄스 트레인을 카운트 한 값인 측정 데이터(ED)를 강우량 산출 공식을 이용하여 기 설정된 수치 등으로 환산함으로써 강우량 데이터(RD)를 생성할 수 있다.
또한, 중앙 처리부(160)은 강우량 데이터(RD)가 생성되면, 생성된 강우량 데이터(RD)를 송수신부(170)로 출력할 수 있다.
나아가, 중앙 처리부(160)는 강우량 데이터(RD)를 생성함에 있어서, 강우량 측정 장치(100)의 각 구성 요소들을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 중앙 처리부(160)는 중앙 통제 서버로부터 수신되는 중단 신호에 응답하여 강우량 측정 장치(100)의 각 구성 요소들을 비활성화시키고,
중앙 통제 서버로부터 수신되는 대기 신호에 응답하여 강우량 측정 장치(100)의 각 구성 요소들을 준활성화시키며, 중앙 통제 서버로부터 수신되는 동작 신호에 응답하여 강우량 측정 장치(100)의 각 구성 요소들을 활성화시킬 수 있다. 실시예에 따라, 중앙 처리부(160)는 마이크로컨트롤러로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
송수신부(170)는 원격지에 위치하는 중앙 통제 서버 또는 적어도 하나 이상의 전자 기기와 무선 데이터 통신을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 송신부(170)는 원격지에 위치하는 중앙 통제 서버 또는 적어도 하나 이상의 전자 기기와의 알디에스 에프엠 방식으로 무선 데이터 통신을 수행할 수 있고, 이 경우 76MHz에서 108MHz까지의 에프엠 주파수 대역을 이용할 수 있다.
구체적으로, 송수신부(170)는 중앙 처리부(160)에서 출력되는 강우량 데이터(RD)를 원격지에 위치하는 중앙 통제 서버 또는 적어도 하나 이상의 전자 기기에 송신할 수 있다.
이 때, 송수신부(170)는 강우량 데이터(RD)에 상응하는 텍스트 신호 또는 오디오 신호를 알디에스 에프엠 방식으로 송신할 수 있다.
실시예에 따라, 송수신부(170)는 에프엠 라디오 트랜시버용 싱글 칩으로 구현될 수 있고, 에프엠 송신기와 에프엠 수신기의 기능이 결합된 QFN 패키지(package)로 구성될 수 있다.
또한, 송수신부(170)는 강우량 측정 장치(100)의 내부 동작 상태를 나타내는 상태 신호(SS)도 송신할 수도 있다.
실시예에 따라, 송수신부(170)는 강우량 측정 장치(100)의 내부 동작 상태를 체크하기 위한 체크 신호(CS)가 중앙 통제 서버로부터 수신되면, 강우량 측정 장치(100)의 내부 동작 상태를 나타내는 상태 신호(SS)를 중앙 통제 서버로 송신할 수 있고,
중앙 통제 서버로부터 체크 신호(CS)가 수신되지 않더라도 기 설정된 주기에 따라 강우량 측정 장치(100)의 내부 동작 상태를 나타내는 상태 신호(SS)를 중앙 통제 서버에 주기적으로 송신할 수도 있다.
전원부(180)는 태양광에 기초하여 자가 발전을 수행함으로써 강우량 측정 장치(100)의 각 구성 요소에 전원을 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 전원부(180)는 태양광전지판 및 충전 배터리를 포함할 수 있다. 태양광전지판은 태양광을 집광하여 전기를 생성할 수 있고, 충전 배터리는 생성된 전기를 저장할 수 있다.
이를 위하여, 태양광전지판은 상호 이격되어 매트릭스 형태로 배열되는 플러스 단자의 제 1 단위셀들과 마이너스 단자의 제 2 단위셀들을 포함할 수 있는데, 이러한 제 1 및 제 2 단위셀들 각각은 알루미늄 금속박으로 이루어진 인터 커넥터에 의해 직렬 또는 병렬로 상호 연결됨으로써 솔라셀 어레이를 형성할 수 있다.
솔라셀 어레이 상부에는 유리 기판 또는 투명 폴리카보네이트 창이 적층될 수 있는데, 투명 폴리카보네이트 창이 적층되는 경우에는 유리 기판이 적층되는 경우에 비하여 태양광이 반사됨에 따른 광에너지 손실을 줄일 수 있다.
실시예에 따라, 전원부(180)는 중앙 통제 서버에 의하여 제어되어 강우량 측정 장치(100)의 각 구성 요소에 전원을 선택적으로 공급할 수 있다.
구체적으로, 전원부(180)는 중앙 통제 서버로부터 중단 신호가 수신되면 전원 공급을 중단할 수 있고, 중앙 통제 서버로부터 대기 신호가 수신되면 대기 전원을 공급할 수 있으며, 중앙 통제 서버로부터 동작 신호가 수신되면 동작 전원을 공급할 수 있다.
이와 같이, 전원부(180)는 강우량 측정 장치(100)의 동작 필요성에 따라 강우량 측정 장치(100)의 각 구성 요소에 전원을 선택적으로 공급함으로써, 강우량 측정 장치(100)의 동작이 불필요한 시점에서 강우량 측정 장치(100)가 동작함에 따른 전력 손실을 방지할 수 있다.
한편, 도 1에서는 태양광에 기초하여 자가 발전을 수행함으로써 강우량 측정 장치(100)의 각 구성 요소에 전원을 공급하는 전원부(180)만이 도시되어 있으나, 외부 전원에 기초하여 강우량 측정 장치(100)의 각 구성 요소에 전원을 공급하는 외부 전원부(예를 들어, 다채널 4단자 배터리 및 다채널 4단자 충전기)가 더 포함될 수 있다.
상술한 바와 같이, 강우량 측정 장치(100)는 피에조 원리를 이용함으로써 강우량을 정확하게 측정할 수 있다.
구체적으로, 강우량 측정 장치(100)는 복수의 피에조 센서들을 이용한 간단한 구조를 가짐으로써 저비용으로 제조될 수 있고,
대상 지역의 곳곳에 복수의 피에조 센서들이 집중적으로 또는 선택적으로 배치될 수 있기 때문에 통계 신뢰도를 높일 수 있으며, 태양광에 기초한 자체 전력에 기초하여 무선 데이터 통신 및 유지 보수 응답까지 수행할 수 있다.
이와 같이, 강우량 측정 장치(100)는 강우량을 정확하게 측정함으로써 신뢰성 있는 강우량 데이터를 생성할 수 있고, 태양광에 기초한 자체 전력으로 무선 데이터 통신 및 유지 보수 응답까지 수행할 수 있으므로, 사람이 주기적으로 관리하기 어려운 산간, 계곡 등의 오지에도 장소적인 제약을 받지 않고 설치될 수 있다.
도 2는 도 1의 강우량 측정 장치의 피에조 증폭부를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 피에조 증폭부(120)는 제 1 내지 제 n(단, n은 1 이상의 정수) 피에조 증폭 회로(122_1, ..., 122_n) 및 피에조 출력 회로(124)를 포함할 수 있다.
제 1 내지 제 n 피에조 증폭 회로(122_1, ..., 122_n)는 각각 피에조 센서부(110)의 제 1 내지 제 n 피에조 센서에 연결되고, 제 1 내지 제 n 피에조 센서에서 출력되는 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호(CVS_1, ..., CVS_n)를 입력받을 수 있다. 제 1 내지 제 n 피에조 증폭 회로(122_1, ..., 122_n)는 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호(CVS_1, ..., CVS_n)를 각각 증폭함으로써 제 1 내지 제 n 매개 신호(ACVS_1, ..., ACVS_n)를 생성하고, 제 1 내지 제 n 매개 신호(ACVS_1, ..., ACVS_n)를 피에조 출력 회로(124)로 출력할 수 있다.
실시예에 따라, 제 1 내지 제 n 피에조 증폭 회로(122_1, ..., 122_n)는 각각 LM358 칩으로 구현될 수도 있고, 다양한 연산 증폭기(operational amplifier)를 이용하여 구현될 수도 있다. 다만, 이것은 예시에 불과한 것으로서, 이에 한정되는 것은 아니다.
피에조 출력 회로(124)는 제 1 내지 제 n 피에조 증폭 회로(122_1, ..., 122_n)로부터 출력되는 제 1 내지 제 n 매개 신호(ACVS_1, ..., ACVS_n)의 평균값을 계산하여 임펄스 신호로 출력한다. 일 실시예에서, 피에조 출력 회로(124)는 제 1 내지 제 n 매개 신호(ACVS_1, ..., ACVS_n)를 입력받아 평균값을 계산하는 입력부 및 입력부에서 계산된 평균값을 전압 폴로워(voltage follower)를 통해 출력하는 출력부를 포함할 수 있다. 실시예에 따라,
피에조 출력 회로(124)의 출력부는 LM358 칩으로 구현될 수 있고, 다양한 연산 증폭 회로를 이용하여 구현될 수도 있다. 다만, 이것은 예시에 불과한 것으로서, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 강우량 측정 장치(100)는 제 1 내지 제 n 피에조 센서(122_1, ..., 122_n)를 포함하는 피에조 센서부(110) 및 제 1 내지 제 n 피에조 센서(122_1, ..., 122_n)에서 출력되는 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호(CVS_1, ..., CVS_n)를 증폭하여 그 평균값을 출력하는 피에조 증폭부(120)를 포함함으로써, 대상 지역의 곳곳에서 집중적으로 또는 분산적으로 강우량을 측정함으로써 대상 지역의 강우량 데이터를 정확하게 측정할 수 있다.
도 3은 도 2의 피에조 증폭부에 포함되는 피에조 증폭 회로를 구현한 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 피에조 증폭 회로(122)는 연산 증폭기(AMP), 제 1 내지 제 4 저항(R1, .., R4) 및 제 1 내지 제 3 커패시터(C1, ..., C3)를 포함할 수 있다.
연산 증폭기(AMP)는 전원 전압(VDD)과 접지 전압(GND)에 기초하여 동작할 수 있다.
연산 증폭기(LM358)에서 양의 입력 단자는 제 1 커패시터(C1)를 통해 압전 변환 신호(CVS)를 입력받고, 음의 입력 단자는 제 4 저항(R4)을 통해 접지 전압(GND)에 연결되며, 출력 단자는 서로 병렬 연결된 제 3 저항(R3)과 제 3 커패시터(C3)를 거쳐 음의 입력 단자로 연결될 수 있다.
압전 변환 신호(CVS)가 증폭되어 생성되는 매개 신호(ACVS)는 제 2 커패시터(C2)를 거쳐 출력될 수 있다.
제 1 저항(R1)은 전원 전압(VDD)과 연산 증폭기(AMP)의 양의 입력 단자 사이에 연결되고, 제 2 저항(R2)은 접지 전압(GND)과 연산 증폭기(AMP)의 양의 입력 단자 사이에 연결될 수 있다.
이 때, 피에조 증폭 회로(122)에 의한 증폭도는 제 1 저항(R1) 및 제 4 저항(R4)에 의하여 결정될 수 있다. 다만, 이것은 예시에 불과한 것으로서, 요구되는 조건에 따라 다양하게 설계 변경될 수 있다.
도 4는 도 2의 피에조 증폭부에 포함되는 피에조 출력 회로를 구현한 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 피에조 출력 회로(124)는 연산 증폭기(AMP), n개의 제 5 저항들(R5_1, ..., R5_n), 제 6 내지 제 7 저항(R6, R7) 및 제 4 내지 제 5 커패시터(C4, C5)를 포함할 수 있다.
연산 증폭기(AMP)는 전원 전압(VDD)과 접지 전압(GND)에 기초하여 동작할 수 있다. 연산 증폭기(AMP)에서 양의 입력 단자는 제 1 내지 제 n 매개 신호(ACVS_1, ..., ACVS_n)의 평균값을 제 4 커패시터(C4)를 통해 입력받고, 음의 입력 단자는 출력 단자와 연결될 수 있다.
즉, 연산 증폭기(AMP)는 전압 폴로워로서 구현될 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 n 매개 신호(ACVS_1, ..., ACVS_n)의 평균값은 전압 폴로워로 구현된 연산 증폭기(AMP) 및 제 5 커패시터(C5)를 거쳐 임펄스 신호(IPS)로서 출력될 수 있다. 제 6 저항(R6)은 전원 전압(VDD)과 연산 증폭기(AMP)의 양의 입력 단자 사이에 연결되고, 제 7 저항(R7)은 접지 전압(GND)과 연산 증폭기(AMP)의 양의 입력 단자 사이에 연결될 수 있다.
이와 같이, 전압 출력 회로(124)는 n개의 제 5 저항들(R5_1, ..., R5_n)을 통해 제 1 내지 제 n 매개 신호(ACVS_1, ..., ACVS_n)를 입력받고, 제 1 내지 제 n 매개 신호(ACVS_1, ..., ACVS_n)의 평균값을 임펄스 신호(IPS)로서 출력함으로써 강우량 측정 상의 오차를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 5는 도 1의 강우량 측정 장치에서 강우량 데이터가 출력되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 강우량 측정 장치(100)는 빗방울의 압력(RP)에 기초하여 압전 변환 신호(CVS)를 생성(S110)하고, 압전 변환 신호(CVS)를 증폭하여 임펄스 신호(IPS)를 생성(S120)하며, 임펄스 신호(IPS)에 기초하여 측정 전압 신호(EVS)를 생성(S130)할 수 있다.
이후, 강우량 측정 장치(100)는 측정 전압 신호(EVS)에 기초하여 측정 주파수 신호(EFS)를 생성(S140)하고, 측정 주파수 신호(EFS)를 일정 시간 동안 카운트하여 측정 데이터(ED)를 생성(S150)하며, 측정 데이터(ED)에 기초하여 강우량 데이터(RD)를 생성(S160)할 수 있다. 나아가, 강우량 측정 장치(100)는 생성된 강우량 데이터(RD)를 알디에스 에프엠 방식으로 송신(S170)할 수 있다.
빗방울의 압력(RP)에 기초한 압전 변환 신호(CVS)의 생성(S110)은 강우량 측정 장치(100)의 피에조 센서부(110)에 의하여 수행될 수 있다.
강우량 측정 장치(100)의 피에조 센서부(110)는 복수의 피에조 센서들을 포함할 수 있고, 복수의 피에조 센서들은 대상 지역의 곳곳에 집중적으로 또는 분산적으로 설치될 수 있다.
따라서, 빗방울의 압력(RP)에 기초한 압전 변환 신호(CVS)의 생성(S110)은 피에조 센서부(110)에 포함된 복수의 피에조 센서들에서 각각 수행될 수 있다.
압전 변환 신호(CVS)에 기초한 임펄스 신호(IPS)의 생성(S120)은 강우량 측정 장치(100)의 피에조 증폭부(120)에 의하여 수행될 수 있다.
강우량 측정 장치(100)의 피에조 증폭부(120)는 강우량 측정 장치(100)의 피에조 센서부(110)가 복수의 피에조 센서들을 포함하는 경우에 복수의 피에조 센서들에서 출력되는 복수의 압전 변환 신호(CVS)들을 각각 증폭하여 복수의 매개 신호(ACVS)들을 생성하고, 이러한 매개 신호(ACVS)들의 평균값을 계산하여 임펄스 신호(IPS)로 출력할 수 있다.
임펄스 신호(IPS)에 기초한 측정 전압의 생성(S130)은 강우량 측정 장치(100)의 주파수-전압 컨버터부(130)에 의하여 수행될 수 있다.
강우량 측정 장치(100)의 주파수-전압 컨버터부(130)는 임펄스 신호(IPS)에 대하여 전압 펌핑을 수행함으로써 주파수 신호에 상응하는 임펄스 신호(IPS)를 전압 신호에 상응하는 측정 전압 신호(EVS)로 변환할 수 있다.
측정 전압 신호(EVS)에 기초한 측정 주파수 신호(EFS)의 생성(S140)은 강우량 측정 장치(100)의 전압-주파수 컨버터부(140)에 의하여 수행될 수 있다.
강우량 측정 장치(100)의 전압-주파수 컨버터부(140)는 측정 전압 신호(EVS)의 전압 레벨에 비례하는 주파수의 측정 주파수 신호(EFS)를 생성할 수 있다.
즉, 강우량 측정 장치(100)의 전압-주파수 컨버터부(140)는 전압 신호에 상응하는 측정 전압 신호(EVS)를 주파수 신호에 상응하는 측정 주파수 신호(EFS)로 변환할 수 있다.
측정 주파수 신호(EFS)에 기초한 측정 데이터(ED)의 생성(S150)은 강우량 측정 장치(100)의 카운터부(150)에 의하여 수행될 수 있다.
강우량 측정 장치(100)의 카운터부(150)는 일정 시간 동안 출력 펄스 트레인에 상응하는 측정 주파수 신호(EFS)를 카운트함으로써 측정 데이터(ED)를 생성할 수 있다.
측정 데이터(ED)에 기초한 강우량 데이터(RD)의 생성(S160)은 강우량 측정 장치(100)의 중앙 처리부(160)에 의하여 수행될 수 있다.
강우량 측정 장치(100)의 중앙 처리부(160)는 측정 주파수 신호(EFS)를 카운트 한 값인 측정 데이터(ED)를 강우량 산출 공식을 이용하여 기 설정된 수치 등으로 환산함으로써 강우량 데이터(RD)를 생성할 수 있다.
강우량 데이터(RD)의 송신(S170)은 강우량 측정 장치(100)의 송수신부(170)에 의하여 수행될 수 있다.
강우량 측정 장치(100)의 송수신부(170)는 원격지에 위치하는 중앙 통제 서버 또는 적어도 하나 이상의 전자 기기에 알디에스 에프엠 방식으로 강우량 데이터(RD)를 송신할 수 있다.
이 때, 전자 기기는 알디에스 에프엠 방식의 무선 데이터 통신이 가능한 핸드셋 기기, 핸즈프리 기기, 텔레비젼, 라디오, MP3 플레이어, 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 피디에이(Personal Digital Assistant; PDA), 네비게이션, 노트북, 핸드폰, 스마트폰 등일 수 있다.
도 6은 도 1의 강우량 측정 장치에서 상태 신호가 출력되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 강우량 측정 장치(100)는 중앙 통제 서버로부터 수신되는 체크 신호(CS)에 응답하여 중앙 통제 서버로 상태 신호(SS)를 송신할 수 있다.
구체적으로, 강우량 측정 장치(100)는 중앙 통제 서버로부터 체크 신호를 수신(S210)하고, 내부 동작 상태를 체크하여 상태 신호(SS)를 생성(S220)하며, 중앙 통제 서버로 생성된 상태 신호(SS)를 송신(S230)할 수 있다.
일반적으로, 강우량 측정 장치(100)는 산간, 계곡 등과 같이 사람들이 쉽게 접근할 수 없는 곳에 설치된다. 따라서, 사람들이 직접 접근하여 강우량 측정 장치(100)의 정상 동작 유무를 확인하는 것은 어려운 일이다.
이에, 강우량 측정 장치(100)는 중앙 통제 서버에서 내부 동작 상태를 확인하기 위하여 체크 신호(CS)를 송신(S210)하면, 내부 동작 상태를 나타내는 상태 신호(SS)를 생성(S220)하여 중앙 통제 서버로 송신(S230)할 수 있다.
이후, 중앙 통제 서버는 강우량 측정 장치(100)의 내부 동작 상태를 나타내는 상태 신호(SS)를 분석함으로써 강우량 측정 장치(100)의 정상 동작 유무를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상태 신호(SS)는 강우량 측정 장치(100)의 배터리 상태, 고장 상태 등의 정보를 포함할 수 있다.
나아가, 강우량 측정 장치(100)가 복수 개인 경우에, 중앙 통제 서버는 강우량 측정 장치(100)에 식별자(identification; ID)를 부여하고, 상태 신호(SS)에 포함되는 식별자 정보에 기초하여 각각의 강우량 측정 장치(100)를 식별할 수 있다.
도 7은 도 1의 강우량 측정 장치에서 상태 신호가 출력되는 다른 예를 나타내는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 강우량 측정 장치(100)는 기 설정된 주기에 따라 중앙 통제 서버에 상태 신호(SS)를 주기적으로 송신할 수 있다.
구체적으로, 강우량 측정 장치(100)는 내부 동작 상태를 체크하여 상태 신호(SS)를 생성(S310)하고, 기 설정된 시간이 경과되었는지 여부를 판단(S320)하여 기 설정된 시간이 경과된 경우에 중앙 통제 서버로 상태 신호(SS)를 송신(S330)한다. 이후, 중앙 통제 서버에 상태 신호(SS)를 계속적으로 송신할 필요성이 있는지 여부를 판단(S340)하여, 상태 신호의 송신 동작을 종료하거나 또는 기 설정된 주기에 따라 상태 신호를 송신하는 동작을 계속적으로 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 강우량 측정 장치(100)는 산간, 계곡 등과 같이 사람들이 쉽게 접근할 수 없는 곳에 설치되기 때문에, 사람들이 직접 접근하여 강우량 측정 장치(100)의 정상 동작 유무를 확인하는 것은 어려운 일이다.
이에, 강우량 측정 장치(100)가 기 설정된 주기에 따라 주기적으로 내부 동작 상태를 체크하여 상태 신호(SS)를 송신하면, 중앙 통제 서버는 강우량 측정 장치(100)의 내부 동작 상태를 나타내는 상태 신호(SS)를 분석함으로써 강우량 측정 장치(100)의 정상 동작 유무를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상태 신호는 강우량 측정 장치(100)의 배터리 상태, 고장 상태 등의 정보를 포함할 수 있다.
나아가, 강우량 측정 장치(100)가 복수 개인 경우에, 중앙 통제 서버는 강우량 측정 장치(100)에 식별자(identification; ID)를 부여하고, 상태 신호에 포함되는 식별자 정보에 기초하여 각각의 강우량 측정 장치(100)를 식별할 수 있다.
도 8은 도 1의 강우량 측정 장치에서 전원이 공급되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 강우량 측정 장치(100)의 전원부(180)는 중앙 통제 서버로부터 중단 신호가 수신되면 전원 공급을 중단하고, 대기 신호 또는 동작 신호가 수신되면 각각 대기 전원 또는 동작 전원을 제공할 수 있다.
구체적으로, 강우량 측정 장치(100)는 중앙 통제 서버로부터 중단 신호, 대기 신호 또는 동작 신호 중에서 하나의 신호를 수신(S410)하고, 수신된 신호가 중단 신호인지 여부를 판단(S420)하여 수신된 신호가 중단 신호인 경우에는 전원 공급을 중단(S430)할 수 있다.
마찬가지로, 수신된 신호가 대기 신호인지 여부를 판단(S440)하여 수신된 신호가 대기 신호인 경우에는 대기 전원을 공급(S450)할 수 있다.
나아가, 수신된 신호가 동작 신호인지 여부를 판단(S460)하여 수신된 신호가 동작 신호인 경우에는 동작 전원을 공급(S470)할 수 있다.
다만, 전원부(180)는 송수신부(170)를 통하여 중앙 통제 서버로부터 수신된 신호가 중단 신호, 대기 신호 또는 동작 신호 중에서 하나의 신호에 해당하지 않거나, 또는 수신된 신호를 식별할 수 없을 때에는 현재 전원 공급을 유지(S480)할 수 있다.
상술한 바와 같이, 강우량 측정 장치(100)에서 전원부(180)가 자가 발전하여 전원을 공급한다고 하더라도, 태양광전지판이나 충전 배터리의 수명에는 한계가 있기 때문에, 강우량 측정 장치(100)는 강우량 측정이 요구되는 경우에만 한시적으로 동작을 수행하는 방식으로 전력 소모를 감소시킬 필요가 있다.
이에, 강우량 측정 장치(100)는 전원부(180)로 하여금 중앙 통제 서버로부터 송신되는 중단 신호, 대기 신호 또는 동작 신호 중에서 하나의 신호에 기초하여, 강우량을 측정하는 동작이 요구되는 경우에만 강우량 측정 장치(100)의 구성 요소들에 전원을 공급하게 할 수 있다.
실시예에 따라, 강우량 측정 장치(100)에서 전원부(180)의 이러한 선택적인 전원 공급은 중앙 처리부(160)에 의하여 제어될 수 있는데, 중단 신호에 의하여 전원 공급이 중단됨으로써 강우량 측정 장치(100)의 구성 요소들은 비활성화될 수 있고, 대기 신호에 의하여 대기 전원이 공급됨으로써 강우량 측정 장치(100)의 구성 요소들은 준활성화될 수 있으며, 동작 신호에 의하여 동작 전원이 공급됨으로써 강우량 측정 장치(100)의 구성 요소들은 활성화될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 강우량 예측 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 강우량 예측 시스템(200)은 제 1 내지 제 m(단, m은 1 이상의 정수) 강우량 측정 장치(220_1, ..., 220_m), 중앙 통제 서버(240) 및 제 1 내지 제 l(단, l은 1 이상의 정수) 전자 기기(260_1, ..., 260_l)를 포함할 수 있다.
제 1 내지 제 m 강우량 측정 장치(220_1, ..., 220_m)는 각각 피에조 압전 변환에 기초하여 각각 제 1 내지 제 m 강우량 데이터를 생성하고, 제 1 내지 제 m 강우량 데이터를 알디에스 에프엠 방식으로 송신할 수 있다.
이를 위하여, 제 1 내지 제 m 강우량 측정 장치(220_1, ..., 220_m)는 각각 빗방울의 압력에 기초하여 압전 변환 신호를 생성하는 피에조 센서부, 압전 변환 신호를 증폭하여 임펄스 신호를 생성하는 피에조 증폭부,
임펄스 신호에 기초하여 측정 전압 신호를 생성하는 주파수-전압 컨버터부, 측정 전압 신호에 기초하여 측정 주파수 신호를 생성하는 전압-주파수 컨버터부,
기 설정된 시간 동안 측정 주파수 신호를 카운트하여 측정 데이터를 생성하는 카운터부,
측정 데이터에 기초하여 강우량 데이터를 생성하는 중앙 처리부 및 알디에스 에프엠 방식으로 무선 데이터 통신을 수행하는 송수신부를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 m 강우량 측정 장치(220_1, ..., 220_m)는 각각 피에조 센서부 내에 복수의 피에조 센서들을 포함함으로써, 생성되는 제 1 내지 제 m 강우량 데이터 각각의 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.
다만, 제 1 내지 제 m 강우량 측정 장치(220_1, ..., 220_m)에 대해서는 상술한 바 있으므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
중앙 통제 서버(240)는 제 1 내지 제 m 강우량 측정 장치(220_1, ..., 220_m)로부터 출력되는 제 1 내지 제 m 강우량 데이터를 분석함으로써 대상 지역에 대한 강우량 예측 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 중앙 통제 서버(240)는 제 1 내지 제 m 강우량 데이터에 지역적 특성, 기상 특성 등을 고려함으로써 강우량 예측 데이터를 생성할 수 있다.
강우량 예측 시스템(200)은 제 1 내지 제 m 강우량 측정 장치(220_1, ..., 220_m) 내에 포함된 복수의 피에조 센서들이 대상 지역의 곳곳에 집중적으로 또는 분산적으로 설치함으로써 제 1 내지 제 m 강우량 데이터 각각의 정확도를 높일 수있을 뿐만 아니라,
제 1 내지 제 m 강우량 측정 장치(220_1, ..., 220_m) 자체를 대상 지역의 곳곳에 집중적으로 또는 분산적으로 설치함으로써 대상 지역의 강우량을 보다 정확하게 측정할 수도 있다. 이후, 중앙 통제 서버(240)는 생성된 강우량 예상 데이터를 알디에스 에프엠 방식으로 송신할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 강우량 예측 시스템(200)은 알디에스 에프엠 방식으로 무선 데이터 통신을 수행하기 때문에,
제 1 내지 제 m 강우량 측정 장치(220_1, ..., 220_m)는 강우량 데이터를 텍스트 형태인 제 1 텍스트 신호 또는 오디오 형태인 제 1 오디오 신호로 송신할 수 있고, 중앙 통제 서버(240)는 강우량 예측 데이터를 텍스트 형태인 제 2 텍스트 신호 또는 오디오 형태인 제 2 오디오 신호로 송신할 수 있다.
제 1 내지 제 l 전자 기기(260_1, ..., 260_l)는 강우량 데이터에 상응하는 제 1 텍스트 신호 또는 제 1 오디오 신호 및 강우량 예상 데이터에 상응하는 제 2 텍스트 신호 또는 제 2 오디오 신호를 알디에스 에프엠 방식으로 수신받아 사용자에게 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 내지 제 l 전자 기기(260_1, ..., 260_l)는 강우량 데이터에 상응하는 제 1 텍스트 신호 또는 제 1 오디오 신호를 강우량 측정 장치(100)로부터 수신받고, 강우량 예상 데이터에 상응하는 제 2 텍스트 신호 또는 제 2 오디오 신호를 중앙 통제 서버(240)로부터 수신받을 수 있다.
다른 실시에에서, 제 1 내지 제 l 전자 기기(260_1, ..., 260_l)는 강우량 데이터에 상응하는 제 1 텍스트 신호 또는 제 1 오디오 신호 및 강우량 예상 데이터에 상응하는 제 2 텍스트 신호 또는 제 2 오디오 신호를 중앙 통제 서버(240)로부터 한꺼번에 수신받을 수도 있다.
한편, 제 1 내지 제 l 전자 기기(260_1, ..., 260_l)는 알디에스 에프엠 방식의 무선 데이터 통신이 가능한 핸드셋 기기, 핸즈프리 기기, 텔레비젼, 라디오, MP3 플레이어, 피엠피(PMP), 피디에이(PDA), 네비게이션, 노트북, 핸드폰, 스마트폰 등일 수 있다.
나아가, 제 1 내지 제 l 전자 기기(260_1, ..., 260_l)에 알디에스 에프엠 방식의 무선 데이터 통신 기능이 구비되지 않은 경우, 제 1 내지 제 l 전자 기기(260_1, ..., 260_l)는 알디에스 에프엠 방식의 무선 데이터 통신을 가능하게 하는 동글(dongle)에 결합될 수 있다.
이상, 상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 강우량 측정 장치 및 이를 포함하는 강우량 예측 시스템에 대하여 설명하였지만,
본 발명의 실시예들의 구체적인 구성은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 설계 변경될 수 있다.
예를 들어, 강우량 데이터 및 강우량 예측 데이터의 형태, 무선 데이터 통신의 방식, 각 구성 요소를 구현한 회로도 등은 요구되는 조건에 따라 다양하게 설계 변경될 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제 및 효과는 상기에서 언급된 것으로만 한정되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 유추될 수 있다.
본 발명은 원격지에서 강우량 데이터를 측정하고, 측정된 강우량 데이터에 기초하여 강우량 예측 데이터를 생성하며, 이러한 강우량 데이터 및/또는 강우량 예측 데이터를 사람들에게 실시간으로 제공하는 기상 센터 등에서 사용될 수 있을 것이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 빗방울의 압력에 기초하여 제 1 내지 제 n(n은 1 이상의 정수) 압전 변환 신호를 생성하는 피에조 센서부;
    상기 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호에 기초하여 임펄스 신호를 생성하는 피에조 증폭부;
    상기 임펄스 신호에 대하여 전압 펌핑(voltage pumping)을 수행하여 측정 전압 신호를 생성하는 주파수-전압 컨버터부;
    상기 측정 전압 신호에 기초하여 측정 주파수 신호를 생성하는 전압-주파수 컨버터부;
    상기 측정 주파수 신호를 기 설정된 시간 동안 카운트하여 측정 데이터를 생성하는 카운터부; 및
    상기 측정 데이터에 기초하여 강우량 데이터를 생성하는 중앙 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피에조 센서부는 제 1 내지 제 n 피에조 센서를 포함하고,
    상기 제 1 내지 제 n 피에조 센서는 각각 상기 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 n 피에조 센서는 각각 피에조 필름(piezo film) 또는 상기 피에조 필름을 포함하는 피에조 버저(piezo buzzer)로 구현되는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 피에조 증폭부는
    상기 제 1 내지 제 n 압전 변환 신호를 증폭하여 제 1 내지 제 n 매개 신호를 생성하는 제 1 내지 제 n 피에조 증폭 회로; 및
    상기 제 1 내지 제 n 매개 신호의 평균값을 계산하여 상기 임펄스 신호로 출력하는 피에조 출력 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    원격지에 위치하는 중앙 통제 서버 또는 적어도 하나 이상의 전자 기기와 무선 데이터 통신을 수행하는 송수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 송수신부는 상기 무선 데이터 통신을 알디에스 에프엠(Radio Data System FM) 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 송수신부는 상기 강우량 데이터에 상응하는 텍스트 신호 또는 오디오 신호를 상기 중앙 통제 서버 또는 상기 적어도 하나 이상의 전자 기기에 송신하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 송수신부는 76MHz에서 108MHz까지의 에프엠 주파수 대역을 이용하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 송수신부는 상기 중앙 통제 서버로부터 체크(check) 신호가 수신되면, 상기 중앙 통제 서버로 상태(status) 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 송수신부는 기 설정된 주기에 따라 상기 중앙 통제 서버에 상태 신호를 주기적으로 송신하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    태양광에 기초하여 전원 공급을 수행하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 중앙 통제 서버로부터 수신되는 중단 신호, 대기 신호 또는 동작 신호에 기초하여 상기 전원 공급을 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 중단 신호에 응답하여 전원 공급을 중단하고, 상기 대기 신호에 응답하여 대기 전원을 공급하며,
    상기 동작 신호에 응답하여 동작 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 강우량 측정 장치.
  14. 피에조 압전 변환에 기초하여 강우량 데이터를 생성하고, 상기 강우량 데이터를 알디에스 에프엠(Radio Data System FM) 방식으로 송신하는 적어도 하나 이상의 강우량 측정 장치; 및
    상기 강우량 데이터에 기초하여 강우량 예측 데이터를 생성하고, 상기 강우량 예측 데이터를 상기 알디에스 에프엠 방식으로 송신하는 중앙 통제 서버를 포함하고,
    상기 적어도 하나 이상의 강우량 측정 장치는
    빗방울의 압력에 기초하여 적어도 하나 이상의 압전 변환 신호를 생성하는 피에조 센서부;
    상기 적어도 하나 이상의 압전 변환 신호에 기초하여 임펄스 신호를 생성하는 피에조 증폭부;
    상기 임펄스 신호에 대하여 전압 펌핑(voltage pumping)을 수행하여 측정 전압 신호를 생성하는 주파수-전압 컨버터부;
    상기 측정 전압 신호에 기초하여 측정 주파수 신호를 생성하는 전압-주파수 컨버터부;
    상기 측정 주파수 신호를 기 설정된 시간 동안 카운트하여 상기 측정 데이터를 생성하는 카운터부; 및
    상기 측정 데이터에 기초하여 상기 강우량 데이터를 생성하는 중앙 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 강우량 예측 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 강우량 데이터에 상응하는 제 1 텍스트 신호 또는 제 1 오디오 신호 및 상기 강우량 예측 데이터에 상응하는 제 2 텍스트 신호 또는 제 2 오디오 신호를 상기 알디에스 에프엠 방식으로 수신받아 사용자에게 출력하는 적어도 하나 이상의 전자 기기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강우량 예측 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 강우량 측정 장치는
    상기 중앙 통제 서버 또는 상기 적어도 하나 이상의 전자 기기와 무선 데이터 통신을 수행하는 송수신부; 및
    태양광에 기초하여 전원 공급을 수행하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강우량 예측 시스템.
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