WO2021206520A1 - Energy harvesting-based smart sensor and operating method therefor - Google Patents

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WO2021206520A1
WO2021206520A1 PCT/KR2021/004541 KR2021004541W WO2021206520A1 WO 2021206520 A1 WO2021206520 A1 WO 2021206520A1 KR 2021004541 W KR2021004541 W KR 2021004541W WO 2021206520 A1 WO2021206520 A1 WO 2021206520A1
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energy harvesting
smart sensor
output voltage
threshold voltage
voltage
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PCT/KR2021/004541
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Korean (ko)
Inventor
박영주
김종현
이경호
김기현
서길수
심민섭
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한국전기연구원
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    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22The renewable source being solar energy

Definitions

  • the present invention relates to an energy harvesting-based smart sensor, and more particularly, to a smart sensor driven based on power obtained from an energy harvester.
  • Energy Harvesting refers to a technology that collects and uses natural energy such as environmental energy and solar/wind/algae around devices. It mainly produces power in units of microwatts ( ⁇ W) to milliwatts (mW).
  • Energy harvesting is divided into various categories depending on the method used to obtain energy.
  • the methods that can obtain energy from nature include the solar cell method that obtains energy from sunlight, the thermoelectric method that obtains electrical energy from heat, the piezoelectric method that obtains electrical energy from vibration, and the RF method that obtains energy from electromagnetic waves. There is this.
  • a general energy harvesting device 10 includes an energy harvester 11 that collects surrounding natural or environmental energy and converts it into electrical energy, and rectifies the output voltage of the energy harvester 11 .
  • a rectifier 12 an energy storage device 13 for storing electrical energy produced by the energy harvester 11 , and an energy harvesting circuit 14 for charging a voltage to the energy storage device 13 .
  • a typical load device connected to the energy harvesting device 10 may be a smart sensor.
  • a smart sensor is a kind of intelligent sensor that combines logic/judgment/communication functions with existing sensors to provide high-function, high-precision, high-convenience, and high value-added sensors that perform data processing, automatic correction, self-diagnosis, and decision-making functions. It means.
  • the smart sensor is a cutting-edge device that will open the future intelligent industry and hyper-connection era, and can be applied to various application industries such as manufacturing, environment, mobile, medical healthcare, automobile, space, aviation, and military.
  • a typical smart sensor includes a sensor unit, a signal processing unit, a communication unit, and a control unit. These smart sensors operate in the order of 'sleep mode' ⁇ 'active mode (sensing mode)' ⁇ 'data transmission mode' ⁇ 'sleep mode' after booting the system when external power is applied.
  • the energy harvesting device 10 as the power supply device of the smart sensor
  • the corresponding harvester 11 when the current consumed by the sensor during the initial system boot is greater than the current produced by the energy harvester 11, the corresponding harvester 11 ) generated from the current cannot charge the energy storage device 13, and the smart sensor cannot operate properly. That is, when the system of the smart sensor is booted immediately in a state where the power stored in the energy storage device 13 of the energy harvesting device 10 is small, the power consumption in the corresponding sensor is large, so the energy harvested by the energy harvester 11 is The current cannot charge the energy storage device 13 and the smart sensor cannot properly operate. Therefore, there is a need for a method for stably driving smart sensors that consume a lot of load current during initial system booting.
  • the present invention aims to solve the above and other problems.
  • Another object of the present invention is to provide a smart sensor that detects an output voltage of an energy harvesting device and enters a booting mode based on the sensed output voltage, and an operating method thereof.
  • an operating method of a load device connected to an output terminal of an energy harvesting device comprising: detecting an output voltage of the energy harvesting device; comparing the detected output voltage with a first predetermined threshold voltage; When the detected output voltage is less than the first threshold voltage, the method of operating a load device includes maintaining a sleep mode for a predetermined time and then starting system booting.
  • the load device may include a smart sensor.
  • the first threshold voltage may be a minimum voltage level required to boot the system in the smart sensor.
  • the method of operating the load device may further include immediately starting system booting without the need to maintain a sleep mode when the output voltage of the energy harvesting device is equal to or greater than a predetermined first threshold voltage. have.
  • the method of operating the load device may further include initializing only a minimum device for maintaining the operation mode of the smart sensor in a sleep mode, among a plurality of devices constituting the smart sensor. have.
  • the method of operating the load device may further include entering a device initialization mode for initializing a plurality of devices constituting the smart sensor when the system is booted.
  • the method of operating the load device includes the steps of: checking whether there is a device consuming more than a certain amount of power in the initialization mode among a plurality of devices constituting the smart sensor when entering the device initialization mode; detecting an output voltage of the energy harvesting device when there is a device consuming more than a certain amount of power in the initialization mode, and comparing the sensed output voltage with a second predetermined threshold voltage; and when the sensed output voltage is less than the second threshold voltage, maintaining the sleep mode for a predetermined time and then initializing the device.
  • the second threshold voltage is characterized in that it is a minimum voltage level required to initialize a device consuming more than a certain amount of power.
  • the method of operating the load device comprises immediately initializing a device consuming more than a certain amount of power.
  • a load device connected to an output terminal of an energy harvesting device, the load device comprising: a sensor unit for sensing surrounding environment information; a signal processing unit converting the analog signal output from the sensor unit into a digital signal; and a control unit that detects an output voltage of the energy harvesting device and, when the detected output voltage is less than a predetermined first threshold voltage, maintains a sleep mode for a predetermined time and then starts system booting load device is provided.
  • the process of detecting the output voltage of the energy harvesting device comparing the detected output voltage with a first predetermined threshold voltage; When the detected output voltage is less than the first threshold voltage, a computer program stored in a computer-readable recording medium is provided so that a process of starting system booting is performed on a computer after maintaining a sleep mode for a predetermined time.
  • the output voltage of the energy harvesting device is increased by monitoring the output voltage of the energy harvesting device and actively utilizing the sleep mode function from the system initialization stage requiring relatively large power. It has the advantage of being able to perform a stable system boot even when it is very low.
  • the energy harvesting device in the existing smart sensor by monitoring the output voltage of the energy harvesting device and entering the system booting mode only when the voltage is greater than or equal to a predetermined threshold voltage, the energy harvesting device in the existing smart sensor It has the advantage of effectively solving the problem of not being able to boot the system due to insufficient output voltage.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a general energy harvesting device
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an energy harvesting-based smart sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of an energy harvesting-based smart sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of initializing devices with high power consumption among a plurality of devices constituting a smart sensor in the system booting step of FIG. 4 .
  • the present invention provides a load device that detects an output voltage of an energy harvesting device and enters a booting mode based on the sensed output voltage, and a method of operating the same.
  • a 'smart sensor' is exemplified as a load device, but is not limited thereto, and includes all electronic devices that can be driven based on power obtained from an energy harvester.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
  • the energy harvesting system 100 includes an energy harvesting device 110 and a smart sensor 120 linked to the energy harvesting device 110 .
  • the energy harvesting device 110 includes an energy harvester 111 , a rectifier 112 , an energy harvesting circuit 113 , and an energy storage device 114 .
  • the energy harvester 111 is a device for harvesting energy using resources that are not used or discarded in nature or the environment around the device, and mainly produces electrical energy in units of microwatts ( ⁇ W) to milliwatts (mW).
  • ⁇ W microwatts
  • mW milliwatts
  • any one of a piezoelectric harvester, an electrostatic harvester, an electromagnetic harvester, a thermoelectric harvester, a biomechanical harvester, a solar cell harvester, a triboelectric harvester, and an RF harvester may be used, but is not necessarily limited thereto.
  • the rectifier 112 may be connected to an output terminal of the energy harvester 111 to convert alternating current (AC) power output from the energy harvester 111 into direct current (DC) power.
  • the rectifier 112 may include full bridge type diodes D 1 to D 4 and one output capacitor C 1 .
  • the energy harvesting circuit 113 is disposed between the output terminal of the rectifier 112 and the input terminal of the energy storage device 114 , and uses the output voltage V IN of the rectifier 112 to store the energy storage device 114 . ) can be charged.
  • the energy harvesting circuit 113 is a constant current (CC) mode or a constant voltage (CV) mode according to the state of charge (SOC) of the energy storage device 114 in the corresponding energy storage device. (114) can be charged. For example, the energy harvesting circuit 113 charges in the constant current (CC) mode until the energy storage device 114 is fully charged, and enters the constant voltage (CV) mode when the energy storage device 114 is fully charged. recharge
  • the energy storage device 114 may be disposed between the energy harvesting circuit 113 and the load, that is, the smart sensor 120 to store electrical energy produced by the energy harvester 111 .
  • the energy storage device 114 a battery, a super capacitor, a storage battery, or the like may be used, but is not limited thereto.
  • the energy storage device 114 may store electrical energy provided from the energy harvesting circuit 113 in the charging mode. In addition, the energy storage device 114 may supply pre-stored electrical energy to the smart sensor 120 in the discharge mode.
  • the smart sensor 120 as a kind of intelligent sensor, combines logic/judgment/communication functions with a general sensor to perform data processing, automatic correction, self-diagnosis, decision-making functions, etc. value-added sensor.
  • the smart sensor 120 is a combination of micro sensor technology and semiconductor VLSI (Very Large Scale Integration) technology, and may have excellent data processing capability, judgment function, memory function, communication function, and the like of a computer.
  • VLSI Very Large Scale Integration
  • the smart sensor 120 may be connected to an output terminal of the energy harvesting device 110 to receive load power from the energy harvesting device 110 .
  • the smart sensor 120 may detect an output voltage V OUT of the energy harvesting device 110 when load power is applied, and enter a booting mode based on the sensed output voltage. This is to boot the system of the smart sensor 120 only when the power stored in the energy storage device 114 of the energy harvesting device 110 is sufficient.
  • the smart sensor 120 may repeatedly perform a predetermined basic operation upon completion of system booting. For example, the smart sensor 120 may perform repetitive operations while changing its operation mode in the order of 'sleep mode', 'active mode (or sensing mode)', 'data transmission mode' and 'sleep mode'. .
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an energy harvesting-based smart sensor according to an embodiment of the present invention.
  • a smart sensor 120 based on energy harvesting includes a sensor unit 121 , a signal processing unit 122 , a wireless communication unit 123 , a memory (not shown), and a control unit. (124).
  • the components shown in FIG. 3 are not essential for implementing the smart sensor, so the smart sensor described herein may have more or fewer components than those listed above.
  • the sensor unit 121 may perform a function of detecting information by quantitatively measuring a phenomenon in the physical or environmental system instead of the human five senses.
  • the sensor unit 121 may sense surrounding environment information such as temperature, humidity, illuminance, atmospheric pressure, acceleration, gas, sound, and image.
  • the smart sensor 120 may be classified into a physical sensor, an optical sensor, a chemical sensor, and a biosensor.
  • the signal processing unit 122 may include at least one of an A/D converter that converts an analog signal into a digital signal and a D/A converter that converts a digital signal into an analog signal.
  • the A/D converter may convert the analog signal output from the sensor unit 121 into a digital signal and provide the converted digital signal to the control unit 124 .
  • the D/A converter may convert the digital signal output from the control unit 124 into an analog signal and provide the converted analog signal to the sensor unit 121 .
  • the wireless communication unit 123 is for short range communication, and includes BluetoothTM, Radio Frequency Identification (RFID), Infrared Data Association (IrDA), Ultra-Wideband (UWB), ZigBee, NFC. At least one of (Near Field Communication), Wireless-Fidelity (Wi-Fi), Wi-Fi Direct, and Wireless Universal Serial Bus (USB) technologies may be used to support short-range communication.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • IrDA Infrared Data Association
  • UWB Ultra-Wideband
  • ZigBee ZigBee
  • NFC Near Field Communication
  • Wi-Fi Wireless-Fidelity
  • Wi-Fi Direct Wireless Universal Serial Bus
  • the wireless communication unit 123 is a technical standard or communication method for mobile communication (eg, GSM (Global System for Mobile communication), CDMA (Code Division Multi Access), CDMA2000 (Code Division Multi Access 2000), Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only (EV-DO), Wideband CDMA (WCDMA), High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), High Speed Uplink Packet Access (HSUPA), Long Term Evolution (LTE), LTE- Long Term Evolution-Advanced (A) technology, etc.) may be used to support long-distance communication.
  • the wireless communication unit 123 may support wireless communication between a sensor node and a gateway and between a sensor node and an adjacent sensor node through a short-distance and/or long-distance wireless communication network.
  • the memory stores data supporting various functions of the smart sensor 120 .
  • the memory may store an application program driven by the smart sensor 120 , data and commands for the operation of the smart sensor 120 .
  • the controller (or microcontroller unit (MCU)) 124 may control at least some of the components described above in order to drive an application program stored in a memory. Furthermore, the controller 124 may control by combining at least one of the above-described components in order to implement the embodiments described below on the smart sensor 120 according to the present invention.
  • MCU microcontroller unit
  • the controller 124 may control the overall operation of the smart sensor 120 .
  • the controller 124 may control a function related to power management of the smart sensor 120 , a function related to wireless communication, and a function related to analog (A)/digital (D) signal processing.
  • the control unit 124 may perform a function of distributing the power provided from the energy harvesting device 110 to the components of the smart sensor 120 .
  • the control unit 124 detects the output voltage V OUT of the energy harvesting device 110 , and directly enters the booting mode based on the detected output voltage. It can enter the boot mode or enter the boot mode after going through sleep mode for a certain period of time. A more detailed description thereof will be described later with reference to FIG. 4 below.
  • the controller 124 may repeatedly perform a predetermined basic operation upon completion of system booting. For example, the controller 124 performs repetitive operations while changing the operation mode of the smart sensor 120 in the order of 'sleep mode', 'active mode (or sensing mode)', 'data transmission mode' and 'sleep mode'. can do.
  • the smart sensor according to the present invention actively utilizes the sleep mode function from the system initialization stage, which requires relatively large power, to perform stable system booting even when the output voltage of the energy harvesting device is very low. can do.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of an energy harvesting-based smart sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the controller 124 of the energy harvesting-based smart sensor 120 may check whether power is applied from the energy harvesting device 110 ( S410 ).
  • the controller 124 may detect an output voltage of the energy harvesting device 110 ( S420 ). That is, the controller 124 may detect the state of charge of the energy storage device 114 included in the energy harvesting device 110 .
  • the controller 124 may determine whether the output voltage of the energy harvesting device 110 is greater than or equal to a predetermined first threshold voltage (S430).
  • the predetermined first threshold voltage may be a minimum voltage level required to boot the system in the smart sensor 120 .
  • the controller 124 may perform an operation for preparing the system for booting ( S440 ). That is, the controller 124 may perform an operation of initializing only the minimum device (or parts) for entering the operation mode of the smart sensor 120 into the sleep mode.
  • the controller 124 may enter the operation mode of the smart sensor 120 into the sleep mode when the system booting preparation is completed (S450). This is to sufficiently store the power generated by the energy harvester 111 in the energy storage device 114 during the sleep mode of the smart sensor 120 .
  • the controller 124 may check whether a predetermined time has elapsed from the time when the smart sensor 120 enters the sleep mode by driving a predetermined timer (S460). As a result of the check, when a predetermined time has elapsed from the time of entering the sleep mode, the controller 124 may move to step 420 to detect the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 .
  • control unit 124 may determine whether the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 is greater than or equal to a predetermined first threshold voltage. As a result of the check, when the output voltage of the energy harvesting device 110 is less than the first predetermined threshold voltage, the controller 124 may repeat the above-described operations 440 to 460 .
  • the controller 124 may boot the system of the smart sensor 120 ( S470 ). In this case, the controller 124 may initialize all devices constituting the smart sensor 120 .
  • the controller 124 may perform a predetermined basic operation upon completion of system booting (S480). For example, the controller 124 performs repetitive operations while changing the operation mode of the smart sensor 120 in the order of 'sleep mode', 'active mode (or sensing mode)', 'data transmission mode' and 'sleep mode'. can do.
  • the initialization step of the smart sensor 120 may be performed for each device with high power consumption if necessary. It can be configured to divide into several stages, monitor the output voltage of the energy harvesting device at each stage, and then enter the sleep mode or initialization mode. A more detailed description thereof will be described later with reference to FIG. 5 below.
  • the smart sensor according to the present invention monitors the output voltage of the energy harvesting device and enters the system booting mode only when the corresponding voltage is greater than or equal to a predetermined threshold voltage. It can effectively solve the problem that the system could not boot due to insufficient output voltage.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of initializing devices with high power consumption among a plurality of devices constituting a smart sensor in the system booting step of FIG. 4 .
  • the controller 124 may enter a device initialization mode for initializing a plurality of devices constituting the smart sensor 120 when the system is booted ( S510 ).
  • the control unit 124 may check whether a device with high power consumption exists among a plurality of devices constituting the smart sensor 120 ( S520 ). That is, the controller 124 may detect a device consuming more than a predetermined power during initialization.
  • the device with high power consumption may be the sensor unit 121 or the wireless communication unit 123 of the smart sensor 120 , but is not limited thereto.
  • the controller 124 may detect an output voltage of the energy harvesting device 110 ( S530 ).
  • the controller 124 may determine whether the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 is greater than or equal to a second threshold voltage predetermined in operation S540.
  • the predetermined second threshold voltage may be a minimum voltage level required to initialize a device with high power consumption.
  • the controller 124 may switch the operation mode of the smart sensor 120 to the sleep mode ( S550). This is to sufficiently store the power generated by the energy harvester 111 in the energy storage device 114 during the sleep mode of the smart sensor 120 .
  • the control unit 124 may check whether a predetermined time elapses from the time when the smart sensor 120 enters the sleep mode by driving a predetermined timer (S560). As a result of the check, when a predetermined time has elapsed from the time of entering the sleep mode, the controller 124 may move to step 530 and detect the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 .
  • the control unit 124 may determine whether the output voltage of the energy harvesting device 110 is greater than or equal to a second threshold voltage predetermined. As a result of the check, when the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 is less than the second threshold voltage predetermined, the controller 124 may repeat the above-described operations of steps 550 and 560 .
  • the controller 124 uses the power obtained from the energy harvesting device 110 to consume power.
  • This large device can be initialized (S570).
  • control unit 124 may check whether another device with high power consumption exists among the plurality of devices constituting the smart sensor 120 ( S580 ). As a result of the check, if there is another device with high power consumption, the controller 124 may repeat the above-described operations 530 to 570 . Meanwhile, as a result of the check, if there is no other device having a large power consumption, the controller 124 may move to the basic operation performing step S480 of FIG. 4 described above.
  • the present invention described above can be implemented as computer-readable code on a medium in which a program is recorded.
  • the computer-readable medium may continuously store a computer-executable program, or may be temporarily stored for execution or download.
  • the medium may be various recording means or storage means in the form of a single or several hardware combined, it is not limited to a medium directly connected to any computer system, and may exist distributed on a network. Examples of the medium include a hard disk, a magnetic medium such as a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as CD-ROM and DVD, a magneto-optical medium such as a floppy disk, and those configured to store program instructions, including ROM, RAM, flash memory, and the like.

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Abstract

The present invention relates to a method for operating a load device connected to an output terminal of an energy harvesting device, comprising the steps of: detecting the output voltage of the energy harvesting device; comparing the detected output voltage with a predetermined first threshold voltage; maintaining a sleep mode for a predetermined period of time if the detected output voltage is less than the first threshold voltage, and then initiating system booting.

Description

에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서 및 그 동작방법Energy harvesting-based smart sensor and its operation method
본 발명은 에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지 하베스터로부터 획득된 전력을 기반으로 구동하는 스마트 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvesting-based smart sensor, and more particularly, to a smart sensor driven based on power obtained from an energy harvester.
에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이란 기기 주변의 환경 에너지, 태양/바람/조류 등과 같은 자연 에너지를 수거하여 사용하는 기술을 말하는 것으로, 버려지거나 활용되지 않은 자원에서 에너지를 수확 또는 이용할 수 있는 것을 찾아 에너지를 생산하는 것으로 주로 마이크로 와트(㎼) 내지 밀리 와트(㎽) 단위의 전력을 생산한다.Energy Harvesting refers to a technology that collects and uses natural energy such as environmental energy and solar/wind/algae around devices. It mainly produces power in units of microwatts (㎼) to milliwatts (mW).
에너지 하베스팅은 에너지를 얻기 위해 사용하는 방식에 따라 다양하게 나누어진다. 가령, 자연으로부터 에너지를 얻을 수 있는 방식에는 태양광으로부터 에너지를 얻는 솔라셀 방식, 열로부터 전기에너지를 얻는 열전소자 방식, 진동으로부터 전기에너지를 얻는 압전소자 방식, 그리고 전자기파로부터 에너지를 얻는 RF 방식 등이 있다.Energy harvesting is divided into various categories depending on the method used to obtain energy. For example, the methods that can obtain energy from nature include the solar cell method that obtains energy from sunlight, the thermoelectric method that obtains electrical energy from heat, the piezoelectric method that obtains electrical energy from vibration, and the RF method that obtains energy from electromagnetic waves. There is this.
도 1은 일반적인 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 에너지 하베스팅 장치(10)는 주변의 자연 또는 환경 에너지를 수집하여 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스터(11)와, 상기 에너지 하베스터(11)의 출력 전압을 정류하는 정류기(12)와, 상기 에너지 하베스터(11)에서 생산된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장장치(13)와, 상기 에너지 저장장치(13)로 전압을 충전하는 에너지 하베스팅 회로(14)를 포함한다.1 is a diagram showing the configuration of a general energy harvesting device. As shown in FIG. 1 , a general energy harvesting device 10 includes an energy harvester 11 that collects surrounding natural or environmental energy and converts it into electrical energy, and rectifies the output voltage of the energy harvester 11 . a rectifier 12 , an energy storage device 13 for storing electrical energy produced by the energy harvester 11 , and an energy harvesting circuit 14 for charging a voltage to the energy storage device 13 . .
이러한 에너지 하베스팅 장치(10)의 출력 단에 소정의 부하(20)를 연결함으로써, 에너지 하베스터(11)에서 생산된 전력을 해당 부하(20)로 공급할 수 있다. 상기 에너지 하베스팅 장치(10)에 연결되는 부하 장치로는 대표적으로 스마트 센서(smart sensor)가 사용될 수 있다.By connecting a predetermined load 20 to the output terminal of the energy harvesting device 10 , power generated by the energy harvester 11 may be supplied to the corresponding load 20 . A typical load device connected to the energy harvesting device 10 may be a smart sensor.
스마트 센서는, 일종의 지능형 센서로서, 기존 센서에 논리/판단/통신 기능이 결합되어 데이터 처리, 자동 보정, 자가 진단, 의사 결정 기능 등을 수행하는 고 기능, 고 정밀, 고 편의성, 고 부가가치 센서를 의미한다. 상기 스마트 센서는 미래 지능형 산업, 초 연결 시대를 열어갈 최첨단 소자로서 제조, 환경, 모바일, 의료 헬스케어, 자동차, 우주, 항공, 군수 등 다양한 응용 산업에 적용 가능하다.A smart sensor is a kind of intelligent sensor that combines logic/judgment/communication functions with existing sensors to provide high-function, high-precision, high-convenience, and high value-added sensors that perform data processing, automatic correction, self-diagnosis, and decision-making functions. it means. The smart sensor is a cutting-edge device that will open the future intelligent industry and hyper-connection era, and can be applied to various application industries such as manufacturing, environment, mobile, medical healthcare, automobile, space, aviation, and military.
일반적인 스마트 센서는 센서부, 신호 처리부, 통신부 및 제어부를 포함한다. 이러한 스마트 센서는, 외부 전원 인가 시, 시스템을 부팅한 다음 '슬립 모드' → '액티브 모드(센싱 모드)' → '데이터 전송 모드' → '슬립 모드' 순으로 동작한다.A typical smart sensor includes a sensor unit, a signal processing unit, a communication unit, and a control unit. These smart sensors operate in the order of 'sleep mode' → 'active mode (sensing mode)' → 'data transmission mode' → 'sleep mode' after booting the system when external power is applied.
그런데, 스마트 센서의 전원 공급 장치로 에너지 하베스팅 장치(10)를 사용하는 경우, 해당 센서에서 초기 시스템 부팅 시 소모하는 전류가 에너지 하베스터(11)에서 생산하는 전류보다 더 큰 경우에는 해당 하베스터(11)에서 생산된 전류가 에너지 저장장치(13)를 충전시킬 수 없을 뿐만 아니라 스마트 센서도 제대로 동작시킬 수 없는 문제가 발생한다. 즉, 에너지 하베스팅 장치(10)의 에너지 저장장치(13)에 저장된 전력이 작은 상태에서 스마트 센서의 시스템을 바로 부팅하게 되면, 해당 센서에서의 전력 소모가 크기 때문에 에너지 하베스터(11)에서 생산된 전류가 에너지 저장장치(13)를 충전시킬 수 없을 뿐만 아니라 스마트 센서도 제대로 동작시킬 수 없는 문제가 발생하게 된다. 따라서, 초기 시스템 부팅 시 부하 전류를 많이 소모하는 스마트 센서들을 안정적으로 구동하기 위한 방안이 필요하다.However, in the case of using the energy harvesting device 10 as the power supply device of the smart sensor, when the current consumed by the sensor during the initial system boot is greater than the current produced by the energy harvester 11, the corresponding harvester 11 ) generated from the current cannot charge the energy storage device 13, and the smart sensor cannot operate properly. That is, when the system of the smart sensor is booted immediately in a state where the power stored in the energy storage device 13 of the energy harvesting device 10 is small, the power consumption in the corresponding sensor is large, so the energy harvested by the energy harvester 11 is The current cannot charge the energy storage device 13 and the smart sensor cannot properly operate. Therefore, there is a need for a method for stably driving smart sensors that consume a lot of load current during initial system booting.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압에 기초하여 부팅 모드로 진입하는 스마트 센서 및 그 동작방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the above and other problems. Another object of the present invention is to provide a smart sensor that detects an output voltage of an energy harvesting device and enters a booting mode based on the sensed output voltage, and an operating method thereof.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 에너지 하베스팅 장치의 출력 단에 연결되는 부하 장치의 동작방법에 있어서, 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하는 단계; 상기 검출된 출력 전압과 미리 결정된 제1 임계 전압을 비교하는 단계; 상기 검출된 출력 전압이 상기 제1 임계 전압 미만인 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(system booting)을 개시하는 단계를 포함하는 부하 장치의 동작방법을 제공한다. 여기서, 상기 부하 장치는 스마트 센서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 임계 전압은 스마트 센서에서 시스템을 부팅시키기 위해 필요한 최소한의 전압 크기일 수 있다.According to an aspect of the present invention to achieve the above or other object, there is provided an operating method of a load device connected to an output terminal of an energy harvesting device, the method comprising: detecting an output voltage of the energy harvesting device; comparing the detected output voltage with a first predetermined threshold voltage; When the detected output voltage is less than the first threshold voltage, the method of operating a load device includes maintaining a sleep mode for a predetermined time and then starting system booting. Here, the load device may include a smart sensor. In addition, the first threshold voltage may be a minimum voltage level required to boot the system in the smart sensor.
좀 더 바람직하게는, 상기 부하 장치의 동작방법은, 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압 이상인 경우, 슬립 모드를 유지할 필요 없이, 시스템 부팅을 바로 개시하는 단계를 더 포함할 수 있다.More preferably, the method of operating the load device may further include immediately starting system booting without the need to maintain a sleep mode when the output voltage of the energy harvesting device is equal to or greater than a predetermined first threshold voltage. have.
좀 더 바람직하게는, 상기 부하 장치의 동작방법은, 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중, 상기 스마트 센서의 동작 모드를 슬립 모드로 유지하기 위한 최소한의 장치만을 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.More preferably, the method of operating the load device may further include initializing only a minimum device for maintaining the operation mode of the smart sensor in a sleep mode, among a plurality of devices constituting the smart sensor. have.
좀 더 바람직하게는, 상기 부하 장치의 동작방법은, 시스템 부팅 시, 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들을 초기화하기 위한 장치 초기화 모드로 진입하는 단계를 더 포함할 수 있다. More preferably, the method of operating the load device may further include entering a device initialization mode for initializing a plurality of devices constituting the smart sensor when the system is booted.
좀 더 바람직하게는, 상기 부하 장치의 동작방법은, 장치 초기화 모드 진입 시, 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중에서 초기화 모드에 일정 전력 이상을 소비하는 장치가 존재하는지를 확인하는 단계; 상기 초기화 모드에 일정 전력 이상을 소비하는 장치가 존재하는 경우, 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압을 미리 결정된 제2 임계 전압과 비교하는 단계; 및 상기 감지된 출력 전압이 상기 제2 임계 전압보다 작은 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 해당 장치를 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 임계 전압은, 일정 전력 이상을 소비하는 장치를 초기화하기 위해 필요한 최소한의 전압 크기임을 특징으로 한다.More preferably, the method of operating the load device includes the steps of: checking whether there is a device consuming more than a certain amount of power in the initialization mode among a plurality of devices constituting the smart sensor when entering the device initialization mode; detecting an output voltage of the energy harvesting device when there is a device consuming more than a certain amount of power in the initialization mode, and comparing the sensed output voltage with a second predetermined threshold voltage; and when the sensed output voltage is less than the second threshold voltage, maintaining the sleep mode for a predetermined time and then initializing the device. Here, the second threshold voltage is characterized in that it is a minimum voltage level required to initialize a device consuming more than a certain amount of power.
좀 더 바람직하게는, 상기 부하 장치의 동작방법은 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 제2 임계 전압 이상인 경우, 일정 전력 이상을 소비하는 장치를 바로 초기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. More preferably, when the output voltage of the energy harvesting device is equal to or greater than a second threshold voltage, the method of operating the load device comprises immediately initializing a device consuming more than a certain amount of power.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 에너지 하베스팅 장치의 출력 단에 연결되는 부하 장치에 있어서, 주변 환경 정보를 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 처리부; 및 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하고, 상기 검출된 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압 미만인 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(system booting)을 개시하는 제어부를 포함하는 부하 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a load device connected to an output terminal of an energy harvesting device, the load device comprising: a sensor unit for sensing surrounding environment information; a signal processing unit converting the analog signal output from the sensor unit into a digital signal; and a control unit that detects an output voltage of the energy harvesting device and, when the detected output voltage is less than a predetermined first threshold voltage, maintains a sleep mode for a predetermined time and then starts system booting load device is provided.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하는 과정; 상기 검출된 출력 전압과 미리 결정된 제1 임계 전압을 비교하는 과정; 상기 검출된 출력 전압이 상기 제1 임계 전압 미만인 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(system booting)을 개시하는 과정이 컴퓨터 상에서 수행되도록 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the process of detecting the output voltage of the energy harvesting device; comparing the detected output voltage with a first predetermined threshold voltage; When the detected output voltage is less than the first threshold voltage, a computer program stored in a computer-readable recording medium is provided so that a process of starting system booting is performed on a computer after maintaining a sleep mode for a predetermined time. .
본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서 및 그 동작방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the energy harvesting-based smart sensor and its operating method according to embodiments of the present invention will be described as follows.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 모니터링하여 상대적으로 큰 전력을 필요로 하는 시스템 초기화 단계에서부터 슬립 모드 기능을 적극 활용함으로써, 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 매우 낮은 경우에도 안정적인 시스템 부팅을 수행할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, the output voltage of the energy harvesting device is increased by monitoring the output voltage of the energy harvesting device and actively utilizing the sleep mode function from the system initialization stage requiring relatively large power. It has the advantage of being able to perform a stable system boot even when it is very low.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 모니터링하여 해당 전압이 미리 결정된 임계 전압 이상인 경우에만 시스템 부팅 모드로 진입함으로써, 기존의 스마트 센서에서 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 충분치 않아 시스템을 부팅할 수 없었던 문제를 효과적으로 해결할 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by monitoring the output voltage of the energy harvesting device and entering the system booting mode only when the voltage is greater than or equal to a predetermined threshold voltage, the energy harvesting device in the existing smart sensor It has the advantage of effectively solving the problem of not being able to boot the system due to insufficient output voltage.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서 및 그 동작방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be achieved by the energy harvesting-based smart sensor and the operating method thereof according to the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned above are described in the present invention from the description below. It will be clearly understood by those of ordinary skill in the art.
도 1은 일반적인 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타내는 도면;1 is a view showing the configuration of a general energy harvesting device;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 구성을 나타내는 도면;2 is a diagram showing the configuration of an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 센서의 구성을 나타내는 도면;3 is a diagram showing the configuration of an energy harvesting-based smart sensor according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 센서의 동작을 설명하는 순서도;4 is a flowchart illustrating an operation of an energy harvesting-based smart sensor according to an embodiment of the present invention;
도 5는 도 4의 시스템 부팅 단계에서 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중 소비 전력이 큰 장치들을 초기화하는 방법을 설명하는 순서도.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of initializing devices with high power consumption among a plurality of devices constituting a smart sensor in the system booting step of FIG. 4 .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" for the components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have a meaning or role distinct from each other by themselves.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.
본 발명은 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압에 기초하여 부팅 모드(booting mode)로 진입하는 부하 장치 및 그 동작방법을 제안한다. 이하, 본 명세서에서는, 설명의 편의상, 부하 장치로 '스마트 센서'를 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며, 에너지 하베스터로부터 획득된 전력을 기반으로 구동 가능한 모든 전자 장치를 포함한다.The present invention provides a load device that detects an output voltage of an energy harvesting device and enters a booting mode based on the sensed output voltage, and a method of operating the same. Hereinafter, in the present specification, for convenience of description, a 'smart sensor' is exemplified as a load device, but is not limited thereto, and includes all electronic devices that can be driven based on power obtained from an energy harvester.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing the configuration of an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)은 에너지 하베스팅 장치(110)와, 상기 에너지 하베스팅 장치(110)에 연계된 스마트 센서(120)로 구성된다. 여기서, 에너지 하베스팅 장치(110)는 에너지 하베스터(111), 정류기(112), 에너지 하베스팅 회로(113) 및 에너지 저장장치(114)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the energy harvesting system 100 according to an embodiment of the present invention includes an energy harvesting device 110 and a smart sensor 120 linked to the energy harvesting device 110 . . Here, the energy harvesting device 110 includes an energy harvester 111 , a rectifier 112 , an energy harvesting circuit 113 , and an energy storage device 114 .
에너지 하베스터(111)는 기기 주변의 자연 또는 환경 등에서 버려지거나 활용되지 않은 자원을 이용하여 에너지를 수확하는 장치로서, 주로 마이크로 와트(㎼) 내지 밀리 와트(㎽) 단위의 전기 에너지를 생산한다. 이러한 에너지 하베스터(111)로는 압전 하베스터, 정전기 하베스터, 전자기 하베스터, 열전 하베스터, 생체역학 하베스터, 솔라셀 하베스터, 마찰전기(Triboelectric) 하베스터 및 RF 하베스터 중 어느 하나가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The energy harvester 111 is a device for harvesting energy using resources that are not used or discarded in nature or the environment around the device, and mainly produces electrical energy in units of microwatts (㎼) to milliwatts (mW). As the energy harvester 111, any one of a piezoelectric harvester, an electrostatic harvester, an electromagnetic harvester, a thermoelectric harvester, a biomechanical harvester, a solar cell harvester, a triboelectric harvester, and an RF harvester may be used, but is not necessarily limited thereto.
정류기(112)는, 에너지 하베스터(111)의 출력 단에 연결되어, 상기 에너지 하베스터(111)로부터 출력되는 교류(AC) 전원을 직류(DC) 전원으로 변환하는 동작을 수행할 수 있다. 일 예로, 정류기(112)는 풀 브릿지(full bridge) 타입의 다이오드들(D1~D4)과 하나의 출력 캐패시터(C1)를 포함할 수 있다.The rectifier 112 may be connected to an output terminal of the energy harvester 111 to convert alternating current (AC) power output from the energy harvester 111 into direct current (DC) power. For example, the rectifier 112 may include full bridge type diodes D 1 to D 4 and one output capacitor C 1 .
에너지 하베스팅 회로(113)는, 정류기(112)의 출력 단과 에너지 저장장치(114)의 입력 단 사이에 배치되어, 상기 정류기(112)의 출력 전압(VIN)을 이용하여 에너지 저장장치(114)를 충전하는 동작을 수행할 수 있다.The energy harvesting circuit 113 is disposed between the output terminal of the rectifier 112 and the input terminal of the energy storage device 114 , and uses the output voltage V IN of the rectifier 112 to store the energy storage device 114 . ) can be charged.
에너지 하베스팅 회로(113)는 에너지 저장장치(114)의 충전 상태(State of Charge, SOC)에 따라 정 전류(Constant Current, CC) 모드 또는 정 전압(Constant Voltage, CV) 모드로 해당 에너지 저장장치(114)를 충전할 수 있다. 예컨대, 에너지 하베스팅 회로(113)는 에너지 저장장치(114)가 만 충전될 때까지 정 전류(CC) 모드로 충전하고, 상기 에너지 저장장치(114)가 만 충전되면 정 전압(CV) 모드로 충전한다.The energy harvesting circuit 113 is a constant current (CC) mode or a constant voltage (CV) mode according to the state of charge (SOC) of the energy storage device 114 in the corresponding energy storage device. (114) can be charged. For example, the energy harvesting circuit 113 charges in the constant current (CC) mode until the energy storage device 114 is fully charged, and enters the constant voltage (CV) mode when the energy storage device 114 is fully charged. recharge
에너지 저장장치(114)는 에너지 하베스팅 회로(113)와 부하, 즉 스마트 센서(120) 사이에 배치되어, 에너지 하베스터(111)에서 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있다. 이러한 에너지 저장장치(114)로는 배터리(battery), 슈퍼 캐패시터(super capacitor), 축전지 등이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The energy storage device 114 may be disposed between the energy harvesting circuit 113 and the load, that is, the smart sensor 120 to store electrical energy produced by the energy harvester 111 . As the energy storage device 114 , a battery, a super capacitor, a storage battery, or the like may be used, but is not limited thereto.
에너지 저장장치(114)는, 충전 모드 시, 에너지 하베스팅 회로(113)로부터 제공받은 전기 에너지를 저장할 수 있다. 또한, 에너지 저장장치(114)는, 방전 모드 시, 기 저장된 전기 에너지를 스마트 센서(120)로 공급할 수 있다.The energy storage device 114 may store electrical energy provided from the energy harvesting circuit 113 in the charging mode. In addition, the energy storage device 114 may supply pre-stored electrical energy to the smart sensor 120 in the discharge mode.
스마트 센서(120)는, 일종의 지능형 센서로서, 일반 센서에 논리/판단/통신 기능이 결합되어 데이터 처리, 자동 보정, 자가 진단, 의사 결정 기능 등을 수행하는 고 기능, 고 정밀, 고 편의성, 고 부가가치 센서를 의미한다. 이러한 스마트 센서(120)는 마이크로 센서 기술에 반도체 VLSI(Very Large Scale Integration) 기술을 결합시킨 것으로 컴퓨터가 갖는 우수한 데이터 처리 능력, 판단 기능, 메모리 기능, 통신 기능 등을 구비할 수 있다.The smart sensor 120, as a kind of intelligent sensor, combines logic/judgment/communication functions with a general sensor to perform data processing, automatic correction, self-diagnosis, decision-making functions, etc. value-added sensor. The smart sensor 120 is a combination of micro sensor technology and semiconductor VLSI (Very Large Scale Integration) technology, and may have excellent data processing capability, judgment function, memory function, communication function, and the like of a computer.
스마트 센서(120)는, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 단에 연결되어, 상기 에너지 하베스팅 장치(110)로부터 부하 전원을 공급받을 수 있다. 스마트 센서(120)는, 부하 전원 인가 시, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압(VOUT)을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압에 기초하여 부팅 모드(booting mode)로 진입할 수 있다. 이는 에너지 하베스팅 장치(110)의 에너지 저장장치(114)에 저장된 전력이 충분한 경우에만 스마트 센서(120)의 시스템을 부팅시키기 위함이다.The smart sensor 120 may be connected to an output terminal of the energy harvesting device 110 to receive load power from the energy harvesting device 110 . The smart sensor 120 may detect an output voltage V OUT of the energy harvesting device 110 when load power is applied, and enter a booting mode based on the sensed output voltage. This is to boot the system of the smart sensor 120 only when the power stored in the energy storage device 114 of the energy harvesting device 110 is sufficient.
스마트 센서(120)는, 시스템 부팅 완료 시, 미리 정해진 기본 동작을 반복하여 수행할 수 있다. 예컨대, 스마트 센서(120)는 자신의 동작 모드를 '슬립 모드', '액티브 모드(또는 센싱 모드)', '데이터 전송 모드' 및 '슬립 모드' 순으로 변경하면서 반복적인 동작을 수행할 수 있다.The smart sensor 120 may repeatedly perform a predetermined basic operation upon completion of system booting. For example, the smart sensor 120 may perform repetitive operations while changing its operation mode in the order of 'sleep mode', 'active mode (or sensing mode)', 'data transmission mode' and 'sleep mode'. .
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 센서의 구성을 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing the configuration of an energy harvesting-based smart sensor according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서(120)는 센서부(121), 신호 처리부(122), 무선 통신부(123), 메모리(미도시) 및 제어부(124)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 구성요소들은 스마트 센서를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 스마트 센서는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.Referring to FIG. 3 , a smart sensor 120 based on energy harvesting according to an embodiment of the present invention includes a sensor unit 121 , a signal processing unit 122 , a wireless communication unit 123 , a memory (not shown), and a control unit. (124). The components shown in FIG. 3 are not essential for implementing the smart sensor, so the smart sensor described herein may have more or fewer components than those listed above.
센서부(121)는 인간의 오감을 대신하여 물리계 또는 환경계의 현상을 정량적으로 측정하여 정보를 검출하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 센서부(121)는 온도, 습도, 조도, 기압, 가속도, 가스, 음향, 이미지 등 주변 환경 정보를 감지할 수 있다. 상기 센서부(121)의 감지 대상에 따라, 스마트 센서(120)는 물리 센서, 광 센서, 화학 센서 및 바이오 센서 등으로 분류될 수 있다.The sensor unit 121 may perform a function of detecting information by quantitatively measuring a phenomenon in the physical or environmental system instead of the human five senses. For example, the sensor unit 121 may sense surrounding environment information such as temperature, humidity, illuminance, atmospheric pressure, acceleration, gas, sound, and image. According to the sensing target of the sensor unit 121 , the smart sensor 120 may be classified into a physical sensor, an optical sensor, a chemical sensor, and a biosensor.
신호 처리부(122)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, A/D 컨버터는 센서부(121)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환된 디지털 신호를 제어부(124)로 제공할 수 있다. 반대로, D/A 컨버터는 제어부(124)에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 상기 변환된 아날로그 신호를 센서부(121)로 제공할 수 있다.The signal processing unit 122 may include at least one of an A/D converter that converts an analog signal into a digital signal and a D/A converter that converts a digital signal into an analog signal. Here, the A/D converter may convert the analog signal output from the sensor unit 121 into a digital signal and provide the converted digital signal to the control unit 124 . Conversely, the D/A converter may convert the digital signal output from the control unit 124 into an analog signal and provide the converted analog signal to the sensor unit 121 .
무선 통신부(123)는 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra-Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 더 나아가, 무선 통신부(123)는 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등) 기술 중 적어도 하나를 이용하여 장거리 통신을 지원할 수도 있다. 이러한 무선 통신부(123)는 근거리 및/또는 장거리 무선 통신망을 통해 센서 노드와 게이트웨이 사이, 센서 노드와 인접 센서 노드 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다.The wireless communication unit 123 is for short range communication, and includes Bluetooth™, Radio Frequency Identification (RFID), Infrared Data Association (IrDA), Ultra-Wideband (UWB), ZigBee, NFC. At least one of (Near Field Communication), Wireless-Fidelity (Wi-Fi), Wi-Fi Direct, and Wireless Universal Serial Bus (USB) technologies may be used to support short-range communication. Further, the wireless communication unit 123 is a technical standard or communication method for mobile communication (eg, GSM (Global System for Mobile communication), CDMA (Code Division Multi Access), CDMA2000 (Code Division Multi Access 2000), Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only (EV-DO), Wideband CDMA (WCDMA), High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), High Speed Uplink Packet Access (HSUPA), Long Term Evolution (LTE), LTE- Long Term Evolution-Advanced (A) technology, etc.) may be used to support long-distance communication. The wireless communication unit 123 may support wireless communication between a sensor node and a gateway and between a sensor node and an adjacent sensor node through a short-distance and/or long-distance wireless communication network.
메모리는 스마트 센서(120)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 또한, 메모리는 스마트 센서(120)에서 구동되는 응용 프로그램(application program), 스마트 센서(120)의 동작을 위한 데이터들 및 명령어들을 저장할 수 있다. The memory stores data supporting various functions of the smart sensor 120 . In addition, the memory may store an application program driven by the smart sensor 120 , data and commands for the operation of the smart sensor 120 .
제어부(또는 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit, MCU), 124)는 메모리에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여 위에서 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 더 나아가, 제어부(124)는 이하에서 설명되는 실시 예를 본 발명에 따른 스마트 센서(120) 상에서 구현하기 위하여, 위에서 살펴본 구성요소들을 중 적어도 하나를 조합하여 제어할 수 있다.The controller (or microcontroller unit (MCU)) 124 may control at least some of the components described above in order to drive an application program stored in a memory. Furthermore, the controller 124 may control by combining at least one of the above-described components in order to implement the embodiments described below on the smart sensor 120 according to the present invention.
제어부(124)는 스마트 센서(120)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 전원 관리와 관련된 기능, 무선 통신과 관련된 기능 및 아날로그(A)/디지털(D) 신호 처리와 관련된 기능 등을 제어할 수 있다.The controller 124 may control the overall operation of the smart sensor 120 . For example, the controller 124 may control a function related to power management of the smart sensor 120 , a function related to wireless communication, and a function related to analog (A)/digital (D) signal processing.
제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)로부터 제공받은 전원을 스마트 센서(120)의 구성요소들에 분배하는 기능을 수행할 수 있다. 제어부(124)는, 에너지 하베스팅 장치(110)로부터의 전원 인가 시, 상기 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압(VOUT)을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압에 기초하여 부팅 모드로 바로 진입하거나 혹은 일정 시간 동안의 슬립 모드를 거친 후 부팅 모드로 진입할 수 있다. 이에 대한 좀 더 자세한 설명은 아래 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.The control unit 124 may perform a function of distributing the power provided from the energy harvesting device 110 to the components of the smart sensor 120 . When power is applied from the energy harvesting device 110 , the control unit 124 detects the output voltage V OUT of the energy harvesting device 110 , and directly enters the booting mode based on the detected output voltage. It can enter the boot mode or enter the boot mode after going through sleep mode for a certain period of time. A more detailed description thereof will be described later with reference to FIG. 4 below.
제어부(124)는, 시스템 부팅 완료 시, 미리 정해진 기본 동작을 반복적으로 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 동작 모드를 '슬립 모드', '액티브 모드(또는 센싱 모드)', '데이터 전송 모드' 및 '슬립 모드' 순으로 변경하면서 반복적인 동작을 수행할 수 있다.The controller 124 may repeatedly perform a predetermined basic operation upon completion of system booting. For example, the controller 124 performs repetitive operations while changing the operation mode of the smart sensor 120 in the order of 'sleep mode', 'active mode (or sensing mode)', 'data transmission mode' and 'sleep mode'. can do.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 센서는 상대적으로 큰 전력을 필요로 하는 시스템 초기화 단계에서부터 슬립 모드 기능을 적극 활용함으로써, 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 매우 낮은 경우에도 안정적인 시스템 부팅을 수행할 수 있다.As described above, the smart sensor according to the present invention actively utilizes the sleep mode function from the system initialization stage, which requires relatively large power, to perform stable system booting even when the output voltage of the energy harvesting device is very low. can do.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 센서의 동작을 설명하는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating an operation of an energy harvesting-based smart sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 기반 스마트 센서(120)의 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)로부터 전원이 인가되는지를 확인할 수 있다(S410).Referring to FIG. 4 , the controller 124 of the energy harvesting-based smart sensor 120 according to the present invention may check whether power is applied from the energy harvesting device 110 ( S410 ).
상기 410 단계의 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)로부터 전원이 인가되는 경우, 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압을 감지할 수 있다(S420). 즉, 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)에 포함된 에너지 저장장치(114)의 충전 상태를 감지할 수 있다. As a result of checking in step 410 , when power is applied from the energy harvesting device 110 , the controller 124 may detect an output voltage of the energy harvesting device 110 ( S420 ). That is, the controller 124 may detect the state of charge of the energy storage device 114 included in the energy harvesting device 110 .
제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 크거나 같은지 여부를 확인할 수 있다(S430). 여기서, 상기 미리 결정된 제1 임계 전압은 스마트 센서(120)에서 시스템을 부팅시키기 위해 필요한 최소한의 전압 크기일 수 있다.The controller 124 may determine whether the output voltage of the energy harvesting device 110 is greater than or equal to a predetermined first threshold voltage (S430). Here, the predetermined first threshold voltage may be a minimum voltage level required to boot the system in the smart sensor 120 .
상기 430 단계의 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 작은 경우, 제어부(124)는 시스템 부팅을 준비하는 동작을 수행할 수 있다(S440). 즉, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 동작 모드를 슬립 모드로 진입하기 위한 최소한의 장치(또는 부품)만을 초기화하는 동작을 수행할 수 있다. As a result of checking in step 430 , when the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 is less than a predetermined first threshold voltage, the controller 124 may perform an operation for preparing the system for booting ( S440 ). That is, the controller 124 may perform an operation of initializing only the minimum device (or parts) for entering the operation mode of the smart sensor 120 into the sleep mode.
제어부(124)는, 시스템 부팅 준비 완료 시, 스마트 센서(120)의 동작 모드를 슬립 모드로 진입할 수 있다(S450). 이는 스마트 센서(120)의 슬립 모드 동안, 에너지 하베스터(111)에서 생산된 전력을 에너지 저장장치(114)에 충분히 저장하기 위함이다.The controller 124 may enter the operation mode of the smart sensor 120 into the sleep mode when the system booting preparation is completed (S450). This is to sufficiently store the power generated by the energy harvester 111 in the energy storage device 114 during the sleep mode of the smart sensor 120 .
제어부(124)는 소정의 타이머를 구동하여 스마트 센서(120)가 슬립 모드로 진입한 시점으로부터 일정 시간이 경과되는지를 확인할 수 있다(S460). 상기 확인 결과, 슬립 모드 진입 시점으로부터 일정 시간이 경과되는 경우, 제어부(124)는 상술한 420 단계로 이동하여 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압을 감지할 수 있다.The controller 124 may check whether a predetermined time has elapsed from the time when the smart sensor 120 enters the sleep mode by driving a predetermined timer (S460). As a result of the check, when a predetermined time has elapsed from the time of entering the sleep mode, the controller 124 may move to step 420 to detect the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 .
이후, 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 크거나 같은지 여부를 확인할 수 있다. 상기 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 작은 경우, 제어부(124)는 상술한 440 단계 내지 460 단계의 동작을 반복하여 수행할 수 있다. Thereafter, the control unit 124 may determine whether the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 is greater than or equal to a predetermined first threshold voltage. As a result of the check, when the output voltage of the energy harvesting device 110 is less than the first predetermined threshold voltage, the controller 124 may repeat the above-described operations 440 to 460 .
한편, 상기 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 시스템을 부팅할 수 있다(S470). 이때, 제어부(124)는 스마트 센서(120)를 구성하는 모든 장치들을 초기화할 수 있다.Meanwhile, as a result of the check, if the output voltage of the energy harvesting device 110 is greater than or equal to the first predetermined threshold voltage, the controller 124 may boot the system of the smart sensor 120 ( S470 ). In this case, the controller 124 may initialize all devices constituting the smart sensor 120 .
제어부(124)는, 시스템 부팅 완료 시, 미리 정해진 기본 동작을 수행할 수 있다(S480). 예컨대, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 동작 모드를 '슬립 모드', '액티브 모드(또는 센싱 모드)', '데이터 전송 모드' 및 '슬립 모드' 순으로 변경하면서 반복적인 동작을 수행할 수 있다. The controller 124 may perform a predetermined basic operation upon completion of system booting (S480). For example, the controller 124 performs repetitive operations while changing the operation mode of the smart sensor 120 in the order of 'sleep mode', 'active mode (or sensing mode)', 'data transmission mode' and 'sleep mode'. can do.
한편, 상술한 시스템 부팅 단계에서, 스마트 센서(120)를 구성하는 복수의 장치들 중 소비 전력이 큰 장치들을 초기화하는 경우, 필요에 따라 스마트 센서(120)의 초기화 단계를 소비 전력이 큰 장치 별로 여러 단계로 분할하고, 각 단계마다 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 모니터링한 다음 슬립 모드 또는 초기화 모드로 진입하는 과정을 거치도록 구성할 수 있다. 이에 대한 좀 더 자세한 설명은 아래 도 5를 참조하여 후술하도록 한다. On the other hand, in the case of initializing devices with high power consumption among a plurality of devices constituting the smart sensor 120 in the above-described system booting step, the initialization step of the smart sensor 120 may be performed for each device with high power consumption if necessary. It can be configured to divide into several stages, monitor the output voltage of the energy harvesting device at each stage, and then enter the sleep mode or initialization mode. A more detailed description thereof will be described later with reference to FIG. 5 below.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 센서는 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 모니터링하여 해당 전압이 미리 결정된 임계 전압 이상인 경우에만 시스템 부팅 모드로 진입함으로써, 기존의 스마트 센서에서 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 충분치 않아 시스템을 부팅할 수 없었던 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.As described above, the smart sensor according to the present invention monitors the output voltage of the energy harvesting device and enters the system booting mode only when the corresponding voltage is greater than or equal to a predetermined threshold voltage. It can effectively solve the problem that the system could not boot due to insufficient output voltage.
도 5는 도 4의 시스템 부팅 단계에서 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중 소비 전력이 큰 장치들을 초기화하는 방법을 설명하는 순서도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of initializing devices with high power consumption among a plurality of devices constituting a smart sensor in the system booting step of FIG. 4 .
도 5를 참조하면, 제어부(124)는, 시스템 부팅 시, 스마트 센서(120)를 구성하는 복수의 장치들을 초기화하기 위한 장치 초기화 모드로 진입할 수 있다(S510).Referring to FIG. 5 , the controller 124 may enter a device initialization mode for initializing a plurality of devices constituting the smart sensor 120 when the system is booted ( S510 ).
제어부(124)는, 장치 초기화 모드 진입 시, 스마트 센서(120)를 구성하는 복수의 장치들 중에서 소비 전력이 큰 장치가 존재하는지를 확인할 수 있다(S520). 즉, 제어부(124)는 초기화 시 미리 결정된 전력 이상을 소비하는 장치를 검출할 수 있다. 여기서, 소비 전력이 큰 장치는 스마트 센서(120)의 센서부(121) 또는 무선 통신부(123)일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.When entering the device initialization mode, the control unit 124 may check whether a device with high power consumption exists among a plurality of devices constituting the smart sensor 120 ( S520 ). That is, the controller 124 may detect a device consuming more than a predetermined power during initialization. Here, the device with high power consumption may be the sensor unit 121 or the wireless communication unit 123 of the smart sensor 120 , but is not limited thereto.
상기 520 단계의 확인 결과, 스마트 센서(120) 내에 소비 전력이 큰 장치가 존재하는 경우, 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압을 감지할 수 있다(S530).As a result of the check in step 520 , when a device with high power consumption exists in the smart sensor 120 , the controller 124 may detect an output voltage of the energy harvesting device 110 ( S530 ).
제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제2 임계 전압보다 크거나 같은지 여부를 확인할 수 있다(S540). 여기서, 상기 미리 결정된 제2 임계 전압은 소비 전력이 큰 장치를 초기화하기 위해 필요한 최소한의 전압 크기일 수 있다.The controller 124 may determine whether the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 is greater than or equal to a second threshold voltage predetermined in operation S540. Here, the predetermined second threshold voltage may be a minimum voltage level required to initialize a device with high power consumption.
상기 540 단계의 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제2 임계 전압보다 작은 경우, 제어부(124)는 스마트 센서(120)의 동작 모드를 슬립 모드로 전환할 수 있다(S550). 이는 스마트 센서(120)의 슬립 모드 동안, 에너지 하베스터(111)에서 생산된 전력을 에너지 저장장치(114)에 충분히 저장하기 위함이다.As a result of checking in step 540, when the output voltage of the energy harvesting device 110 is less than the second predetermined threshold voltage, the controller 124 may switch the operation mode of the smart sensor 120 to the sleep mode ( S550). This is to sufficiently store the power generated by the energy harvester 111 in the energy storage device 114 during the sleep mode of the smart sensor 120 .
제어부(124)는 소정의 타이머를 구동하여 스마트 센서(120)가 슬립 모드로 진입한 시점으로부터 일정 시간이 경과되는지를 확인할 수 있다(S560). 상기 확인 결과, 슬립 모드 진입 시점으로부터 일정 시간이 경과되는 경우, 제어부(124)는 상술한 530 단계로 이동하여 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압을 감지할 수 있다.The control unit 124 may check whether a predetermined time elapses from the time when the smart sensor 120 enters the sleep mode by driving a predetermined timer (S560). As a result of the check, when a predetermined time has elapsed from the time of entering the sleep mode, the controller 124 may move to step 530 and detect the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 .
제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제2 임계 전압보다 크거나 같은지 여부를 확인할 수 있다. 상기 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제2 임계 전압보다 작은 경우, 제어부(124)는 상술한 550 단계 및 560 단계의 동작을 반복하여 수행할 수 있다. The control unit 124 may determine whether the output voltage of the energy harvesting device 110 is greater than or equal to a second threshold voltage predetermined. As a result of the check, when the output voltage of the energy harvesting apparatus 110 is less than the second threshold voltage predetermined, the controller 124 may repeat the above-described operations of steps 550 and 560 .
한편, 상기 확인 결과, 에너지 하베스팅 장치(110)의 출력 전압이 미리 결정된 제2 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 제어부(124)는 에너지 하베스팅 장치(110)로부터 획득된 전력을 이용하여 소비 전력이 큰 장치를 초기화할 수 있다(S570).On the other hand, as a result of the check, when the output voltage of the energy harvesting device 110 is greater than or equal to the predetermined second threshold voltage, the controller 124 uses the power obtained from the energy harvesting device 110 to consume power. This large device can be initialized (S570).
이후, 제어부(124)는 스마트 센서(120)를 구성하는 복수의 장치들 중에서 소비 전력이 큰 다른 장치가 존재하는지를 확인할 수 있다(S580). 상기 확인 결과, 소비 전력이 큰 다른 장치가 존재하는 경우, 제어부(124)는 상술한 530 단계 내지 570 단계의 동작을 반복하여 수행할 수 있다. 한편, 상기 확인 결과, 소비 전력이 큰 다른 장치가 존재하지 않는 경우, 제어부(124)는 상술한 도 4의 기본 동작 수행 단계(S480)로 이동할 수 있다.Thereafter, the control unit 124 may check whether another device with high power consumption exists among the plurality of devices constituting the smart sensor 120 ( S580 ). As a result of the check, if there is another device with high power consumption, the controller 124 may repeat the above-described operations 530 to 570 . Meanwhile, as a result of the check, if there is no other device having a large power consumption, the controller 124 may move to the basic operation performing step S480 of FIG. 4 described above.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광 기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described above can be implemented as computer-readable code on a medium in which a program is recorded. The computer-readable medium may continuously store a computer-executable program, or may be temporarily stored for execution or download. In addition, the medium may be various recording means or storage means in the form of a single or several hardware combined, it is not limited to a medium directly connected to any computer system, and may exist distributed on a network. Examples of the medium include a hard disk, a magnetic medium such as a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as CD-ROM and DVD, a magneto-optical medium such as a floppy disk, and those configured to store program instructions, including ROM, RAM, flash memory, and the like. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (11)

  1. 에너지 하베스팅 장치의 출력 단에 연결되는 부하 장치의 동작방법에 있어서,In the operating method of a load device connected to the output terminal of the energy harvesting device,
    상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하는 단계;detecting an output voltage of the energy harvesting device;
    상기 검출된 출력 전압과 미리 결정된 제1 임계 전압을 비교하는 단계;comparing the detected output voltage with a first predetermined threshold voltage;
    상기 검출된 출력 전압이 상기 제1 임계 전압 미만인 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(system booting)을 개시하는 단계를 포함하는 부하 장치의 동작방법.and initiating system booting after maintaining the sleep mode for a predetermined time when the detected output voltage is less than the first threshold voltage.
  2. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 부하 장치는 스마트 센서(smart sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 장치의 동작방법.The load device operating method, characterized in that it includes a smart sensor (smart sensor).
  3. 제2항에 있어서, 3. The method of claim 2,
    상기 검출된 출력 전압이 상기 제1 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 상기 슬립 모드를 유지할 필요 없이, 상기 시스템 부팅을 바로 개시하는 단계를 더 포함하는 부하 장치의 동작방법.and immediately starting the system booting without the need to maintain the sleep mode when the detected output voltage is greater than or equal to the first threshold voltage.
  4. 제2항에 있어서, 3. The method of claim 2,
    상기 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중, 상기 스마트 센서의 동작 모드를 상기 슬립 모드로 유지하기 위한 최소한의 장치만을 초기화하는 단계를 더 포함하는 부하 장치의 동작방법.The method of operating a load device further comprising the step of initializing only a minimum device for maintaining the operation mode of the smart sensor in the sleep mode among a plurality of devices constituting the smart sensor.
  5. 제2항에 있어서, 3. The method of claim 2,
    상기 제1 임계 전압은, 상기 스마트 센서에서 시스템을 부팅시키기 위해 필요한 최소한의 전압 크기임을 특징으로 하는 부하 장치의 동작방법.The first threshold voltage, the operating method of the load device, characterized in that the minimum voltage required to boot the system in the smart sensor.
  6. 제2항에 있어서, 3. The method of claim 2,
    상기 시스템 부팅 시, 상기 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들을 초기화하기 위한 장치 초기화 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 부하 장치의 동작방법.The method of operating a load device further comprising the step of entering a device initialization mode for initializing a plurality of devices constituting the smart sensor when the system is booted.
  7. 제6항에 있어서, 7. The method of claim 6,
    상기 장치 초기화 모드 진입 시, 상기 스마트 센서를 구성하는 복수의 장치들 중에서 초기화 모드에 일정 전력 이상을 소비하는 장치가 존재하는지를 확인하는 단계;checking whether there is a device consuming more than a certain amount of power in the initialization mode among a plurality of devices constituting the smart sensor when entering the device initialization mode;
    상기 초기화 모드에 일정 전력 이상을 소비하는 장치가 존재하는 경우, 상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 감지하고, 상기 감지된 출력 전압을 미리 결정된 제2 임계 전압과 비교하는 단계; 및detecting an output voltage of the energy harvesting device when there is a device consuming more than a certain amount of power in the initialization mode, and comparing the sensed output voltage with a second predetermined threshold voltage; and
    상기 감지된 출력 전압이 상기 제2 임계 전압보다 작은 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 해당 장치를 초기화하는 단계를 더 포함하는 부하 장치의 동작방법.and initializing the device after maintaining the sleep mode for a predetermined time when the sensed output voltage is less than the second threshold voltage.
  8. 제7항에 있어서, 8. The method of claim 7,
    상기 제2 임계 전압은, 상기 일정 전력 이상을 소비하는 장치를 초기화하기 위해 필요한 최소한의 전압 크기임을 특징으로 하는 부하 장치의 동작방법.The method of operating a load device, characterized in that the second threshold voltage is a minimum voltage level necessary to initialize the device consuming more than a certain amount of power.
  9. 제7항에 있어서, 8. The method of claim 7,
    상기 감지된 출력 전압이 상기 제2 임계 전압 이상인 경우, 상기 일정 전력 이상을 소비하는 장치를 바로 초기화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 장치의 동작방법.and directly initializing a device consuming more than the predetermined power when the sensed output voltage is equal to or greater than the second threshold voltage.
  10. 청구항 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따른 방법이 컴퓨터 상에서 수행되도록 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a computer-readable recording medium so that the method according to any one of claims 1 to 9 is performed on a computer.
  11. 에너지 하베스팅 장치의 출력 단에 연결되는 부하 장치에 있어서,In the load device connected to the output terminal of the energy harvesting device,
    주변 환경 정보를 감지하는 센서부;a sensor unit for sensing surrounding environment information;
    상기 센서부에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 처리부; 및a signal processing unit converting the analog signal output from the sensor unit into a digital signal; and
    상기 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 검출하고, 상기 검출된 출력 전압이 미리 결정된 제1 임계 전압 미만인 경우, 일정 시간 동안 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅(system booting)을 개시하는 제어부를 포함하는 부하 장치.a load including a control unit detecting an output voltage of the energy harvesting device and starting system booting after maintaining a sleep mode for a predetermined time when the detected output voltage is less than a predetermined first threshold voltage Device.
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