WO2022119033A1 - 다양한 센서와 선택적으로 연결될 수 있는 초저전력 무선 센서 모듈 - Google Patents

다양한 센서와 선택적으로 연결될 수 있는 초저전력 무선 센서 모듈 Download PDF

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WO2022119033A1
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sensor
control
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wireless sensor
sensor module
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문경식
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주식회사 노드톡스
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present disclosure relates to a wireless sensor module, and more particularly, to an ultra-low power wireless sensor module that is connected to various sensors and operates based on BLE communication.
  • sensor modules or sensor nodes using various wireless communication methods such as LTE, LoRa, and WiFi have been developed.
  • the present disclosure provides an ultra-low power wireless sensor module capable of greatly reducing power consumption in transmitting sensing data through wireless communication.
  • the present disclosure provides a wireless sensor module capable of collecting sensing data suitable for a place and situation by being freely connected to various sensors in a detachable manner.
  • the present disclosure provides a wireless sensor module capable of selectively collecting and transmitting sensing data by minimizing normal power consumption, such as using Bluetooth Low Energy (BLE) and/or a wake-up IC.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • a wireless sensor module includes a plurality of terminals that can be respectively connected to a plurality of sensors, a sensor interface IC (Integrated Circuit) for driving a sensor connected to at least one of the plurality of terminals, and the connected sensor and a control IC that controls the sensor interface IC to drive the sensor, and obtains sensing data of the connected sensor.
  • the control IC transmits the acquired sensing data to at least one external device through Bluetooth Low Energy (BLE).
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • the control IC may transmit the sensing data to the external device through one of an advertising mode and a beacon mode.
  • the wireless sensor module may further include a wakeup IC configured to receive a wakeup signal from the external device while the control IC is in a standby state.
  • the wake-up IC switches the control IC from the standby state to an operation state, and the control IC switches to the operation state.
  • the sensor interface IC may be controlled to drive the sensor, and sensing data of the connected sensor may be transmitted to the external device.
  • control IC identifies whether the configuration of at least one sensor connected to the plurality of terminals is changed before and after the standby state, and when the configuration of the connected sensor is changed, information on the sensor of the changed configuration is transmitted to the external device can also be sent to
  • the wake-up IC transmits a signal including information on the connected sensor to the external device while the control IC is in the standby state, and when the wake-up signal is received from the external device, the control IC It can be switched from the standby state to the operating state.
  • the control IC may control the sensor interface IC to drive the connected sensor as the operation state is changed, and transmit sensing data of the connected sensor to the external device.
  • the wireless sensor module may further include a battery connected to at least one energy harvesting module for collecting energy.
  • the battery may supply energy collected through the energy harvesting module to at least one of the control IC, the sensor interface IC, and the wakeup IC.
  • the plurality of terminals may be connected to an analog sensor.
  • the sensor interface IC may convert an output of an analog sensor connected to at least one of the plurality of terminals into a digital form, and input the converted output to the control IC.
  • the control IC may be directly connected to at least one terminal that may be connected to a digital sensor.
  • the wireless sensor module according to the present disclosure has an effect of reducing power consumption by varying the amount of power consumption according to whether a sensor is connected and/or paired with an external device.
  • the wireless sensor module including the wakeup IC activates the control IC only when the wakeup signal is received, there is an effect of reducing power consumption.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining a circuit configuration of a wireless sensor module according to an embodiment of the present disclosure
  • Figure 2a is an algorithm for explaining the operation of the wireless sensor module according to an embodiment of the present disclosure
  • Figure 2b is an algorithm for explaining the operation of the wireless sensor module according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a wireless sensor module including a wake-up IC according to an embodiment of the present disclosure
  • 4A is an algorithm for explaining the operation of a wireless sensor module including a wake-up IC according to an embodiment of the present disclosure
  • 4B is an algorithm for explaining the operation of a wireless sensor module including a wake-up IC according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is an algorithm for explaining the operation of a wireless sensor module including a wake-up IC according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a wireless sensor module including a plurality of sensor interface ICs according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a wireless sensor module receiving energy from an energy harvesting module according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a wireless sensor module that can be connected to both an analog sensor and a digital sensor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a configuration of a wireless sensor network according to an embodiment of the present disclosure.
  • ordinal number such as “first” and “second” may be used to distinguish between elements. This ordinal number is used to distinguish the same or similar elements from each other, and the meaning of the term should not be construed as limited due to the use of the ordinal number. As an example, the use order or arrangement order of components combined with such an ordinal number should not be limited by the number. If necessary, each ordinal number may be used interchangeably.
  • modules are terms for designating a component that performs at least one function or operation, and such component is hardware or software. It may be implemented or implemented as a combination of hardware and software.
  • a plurality of "modules”, “units”, “parts”, etc. are integrated into at least one module or chip, and are integrated into at least one processor, except when each needs to be implemented in individual specific hardware. can be implemented as
  • a part when a part is connected to another part, this includes not only direct connection, but also indirect connection through another medium.
  • the meaning that a certain part includes a certain component means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a wireless sensor module according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless sensor module 100 may include a plurality of terminals for connecting to a plurality of sensors, a sensor interface IC 110 connected to the plurality of terminals, a control IC 120 , and the like.
  • sensors may be connected to each of the plurality of terminals.
  • sensors for measuring various factors such as gas concentration, temperature, humidity, illuminance, fine dust concentration, wind direction, wind speed, rainfall, pH, flow rate, and pressure may be connected to each terminal.
  • the sensors may be implemented to be connected to each terminal in a detachable manner.
  • the wireless sensor module may be used for various purposes.
  • the wireless sensor module may operate as a sensor device constituting various IoT systems such as a smart farm, a smart factory, and a smart city.
  • the sensor interface IC 110 is configured as a circuit or chip for driving a sensor connected to at least one of a plurality of terminals.
  • the sensor interface IC 110 may control whether a sensor is driven, a driving period, and the like for each connected sensor.
  • the sensor interface IC 110 may convert the (analog) output of the connected sensor into a digital form and transmit it to the control IC 120 .
  • the control IC 120 is configured as a circuit or chip for controlling the sensor interface IC 110 to drive the connected sensor.
  • the control IC 120 may drive at least one sensor through the sensor interface IC 110 and acquire sensing data of the sensor.
  • the control IC 120 may include at least one circuit for performing communication with at least one external device.
  • the control IC 120 may be connected to an external device through various wireless communication methods such as Bluetooth, Wi-Fi, LTE, and 5G.
  • control IC 120 may transmit sensing data to at least one external device through a Bluetooth Low Energy (BLE) method.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • the external device may be a relay device for receiving a Bluetooth signal from one or more wireless sensor modules.
  • the external device may be a user terminal for receiving a Bluetooth signal from one or more wireless sensor modules.
  • control IC 120 may include at least one processor and a communication unit, respectively.
  • the processor is a configuration for generally controlling various components included in the wireless sensor module 100 such as the sensor interface IC 110 and the communication unit.
  • each component in the wireless sensor module 100 may be controlled using a serial interface or other various protocols commonly used in embedded systems such as UART, 12C, and SPI.
  • the communication unit is a configuration for performing communication with at least one sink node, and corresponds to a module or circuit for performing communication with the sink node in the above-described various methods (eg, BLE, WiFi, etc.).
  • the communication unit may further include a circuit for performing wired or wireless communication with at least one gateway device.
  • the wireless sensor module 100 further includes various configurations other than the configuration shown in FIG. 1 is of course possible.
  • the wireless sensor module 100 may further include a wake-up IC 130 , a battery 140 , and the like, which will be described later, and at least one for providing a notification or an alarm when a sensing value is out of a normal range. of a speaker, a buzzer, a vibration motor, and a Light Emitting Diode (LED) may also be included.
  • control IC 120 may operate in one of an advertising mode and a beacon mode.
  • the posting mode is a mode for transmitting sensing data by performing pairing with at least one external device and exchanging data one-to-one with the paired external device.
  • control IC 120 may broadcast an advertising signal including information on a sensor connected to at least one terminal of the wireless sensor module 100 .
  • the information on the sensor may include identification information of the sensor, such as the type of the sensor and the standard of the sensor.
  • the posting signal may further include identification information of the wireless sensor module 100 in addition to information on the connected sensor.
  • pairing eg, BLE connection
  • the control IC 120 may be performed.
  • the (response) signal received from the external device may include a pairing request, identification information of the external device, parameter information related to a connected sensor, and the like.
  • the parameter information may include various information related to sensing to be performed, such as parameters requiring sensing (eg, gas concentration, temperature, humidity, etc.), sensing period, sensing period, normal range of the sensing value, abnormal range of the sensing value. .
  • control IC 120 may perform pairing with an external device.
  • control IC 120 may exchange data with an external device according to the BLE Attribute protocol.
  • control IC 120 may transmit the sensing data of the connected sensor to the paired external device.
  • control IC 120 selects a parameter that currently needs to be sensed (eg, temperature, humidity, gas concentration, etc.) according to parameter information included in a signal received from an external device, and among at least one connected sensor (corresponding
  • the sensor interface IC 130 may be controlled to drive only a selected sensor (which can sense a parameter).
  • control IC 120 may transmit sensing data of the driven sensor to an external device. As such, when only the sensor matching the parameter information is driven, power consumption of the wireless sensor module 100 can be reduced.
  • control IC 120 may receive various control signals from an external device.
  • a control signal for changing the parameter information to be sensed a control signal for changing the mode of the wireless sensor module 100, and other functions of the wireless sensor module 100 (ex. through a speaker or LED)
  • a control signal for controlling an alarm may be received.
  • the beacon mode is a mode for outputting sensing data to be received by at least one external device existing in the vicinity.
  • control IC 120 may acquire sensing data of a connected sensor and repeatedly transmit the acquired sensing data to at least one external device existing in the vicinity.
  • control IC 120 may repeatedly output a signal including sensing data and identification information (eg, a unique identifier) of the wireless sensor module 100 .
  • identification information eg, a unique identifier
  • the sink node transmits the source of each signal (eg, sensing data) through identification information included in the signal received from each sensor node.
  • One sensor node can be distinguished.
  • the control IC 120 transmits the sensing data of the sensor in a standard beacon format or an arbitrary format defined previously such as iBeacon, Eddystone, ALT Beacon, etc., and the corresponding information is at least one external beacon scanner operating as It can be verified through the device. In this case, only an external device located within the transmission range of the wireless sensor module 100 may scan sensing data.
  • the control IC 120 may not go through a separate connection process such as pairing with an external device. That is, the sensed data output through the control IC 120 may be simultaneously checked in one or more external devices. However, when the transmission period of the control IC 120 does not coincide with the scan period of the external device, the sensing data may not be transmitted.
  • control IC 120 may identify a normal range of the sensed value of the connected sensor and determine whether the sensed value is out of the normal range.
  • the normal range of the sensing value may be a preset value for each sensor.
  • the control IC 120 may acquire the sensing value in a first preset period and transmit it to the external device (eg, IDLE mode), and the sensing value of the sensor is within the normal range.
  • the sensing value may be acquired and transmitted to an external device in a second period shorter than the first period described above (ex. FAST mode).
  • control IC 120 that transmits sensing data to an external device when a sensor is connected will be described below with reference to FIGS. 2A to 2B .
  • 2A is an algorithm for explaining an operation of a wireless sensor module according to an embodiment of the present disclosure. 2A assumes that the control IC 120 operates in the posting mode.
  • the control IC 120 may broadcast a posting signal including information on the sensor (S220).
  • control IC 120 may output a posting signal including information on the sensor of the changed configuration.
  • the configuration of the connected sensor may be identified as changed.
  • control IC 120 may perform pairing with the external device ( S230 ).
  • control IC 120 may drive the sensor through the sensor interface IC 110 ( S240 ).
  • control IC 120 may selectively drive only a sensor matching parameter information included in a signal received from an external device among the connected sensors.
  • control IC 120 may transmit the sensing data of the sensor to the external device (S250).
  • FIG. 2B is an algorithm for explaining the operation of the wireless sensor module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2B assumes that the control IC 120 operates in a beacon mode.
  • the control IC 120 may drive the connected sensor (S220').
  • control IC 120 may repeatedly transmit the sensed data of the driven sensor to at least one external device existing in the vicinity (S230'). Specifically, as a result of the control IC 120 repeatedly outputting a signal including the sensed data, an external device existing in the vicinity may acquire the sensed data through the corresponding signal.
  • the wireless sensor module 100 may further include a wake-up IC that receives a wake-up signal from an external device in a standby state.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a wireless sensor module including a wake-up IC according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wakeup IC 130 may receive a wakeup signal from at least one external device while the control IC 120 is in a standby state.
  • the wake-up IC 130 may communicate with an external device at the same frequency as the control IC 120 (eg, 2.4 GHz), but may also perform communication with a different frequency and/or a different communication method.
  • the wake-up IC 130 may switch the control IC 120 from the standby state to the operating state, and as a result, the control IC 120 drives the sensor interface IC 110 to drive the connected sensor. ) and transmit the sensing data of the connected sensor to an external device.
  • 4A to 4B are algorithms for explaining embodiments related to the operation of a wireless sensor module including a wake-up IC.
  • FIG. 4A assumes that the (activated) control IC 120 is implemented to operate in a posting mode.
  • the wakeup IC 130 may activate the control IC 120 ( S420 ).
  • the wake-up IC 130 may include a signal detection circuit capable of detecting a wake-up signal of an external device through a minute current.
  • the wake-up IC 130 may activate the control IC 120 , which was previously in a standby state, to convert it to an operating state.
  • control IC 120 may not consume power or may operate in an ultra-power saving mode. While the control IC 120 is in a standby state, the sensor interface IC 110 and a connected sensor may also be in a standby state (not consuming power or operating in an ultra-power saving mode).
  • the control IC 120 that is activated and switched to the operating state may output a posting signal including information on the connected sensor (S430).
  • the control IC 120 may perform pairing with the external device (S440).
  • the signal received from the external device may include parameter information.
  • control IC 120 may identify whether the configuration of at least one sensor connected to the plurality of terminals of the wireless sensor module 100 is changed before and after the standby state. That is, it is possible to identify whether the configuration of the sensor connected to the wireless sensor module 100 before the standby state and the configuration of the sensor connected to the wireless sensor module 100 after the standby state are the same.
  • control IC 120 may transmit information on the sensor of the changed configuration to an external device.
  • the information on the sensor of the changed configuration may be included in the posting signal output in step S430, or may be separately transmitted to an external device immediately after pairing.
  • the control IC 120 may drive the sensor through the sensor interface 110 (S450).
  • the control IC 120 may control the sensor interface 110 to selectively drive only a sensor matching parameter information included in a signal received from an external device.
  • control IC 120 may transmit sensing data of the driven sensor to an external device (S460).
  • FIG. 4B assumes that the (activated) control IC 120 is implemented to operate in a beacon mode.
  • the wakeup IC 130 may activate the control IC 120 (S420').
  • the activated control IC 120 may control the sensor interface IC 110 to drive the connected sensor (S430') and repeatedly output sensing data of the sensor (S440').
  • the activated control IC 120 may control the sensor interface IC 110 to drive the connected sensor (S430') and repeatedly output sensing data of the sensor (S440').
  • at least one external device in the vicinity may receive the sensing data.
  • a wake-up signal is received from an external device only when necessary and the control IC 120 and the sensor interface IC 110 are activated, so that the power consumption of the wireless sensor module 100 is may decrease, which may lead to an increase in the usage period and miniaturization of the wireless sensor module 100 .
  • an embodiment in which the wake-up IC 130 outputs at least one signal to the outside is possible in addition to the operation of receiving the wake-up signal from an external device.
  • FIG. 5 is an algorithm for explaining an operation of a wireless sensor module including a wakeup IC according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wakeup IC 130 may output a signal including information on a sensor connected to the wireless sensor module 100 ( S510 ).
  • the output signal may include information on a type of a connected sensor, identification information, and the like.
  • the wake-up IC 130 may output a corresponding signal in a relatively long period, and by lengthening the period, relatively power consumption consumed by the wake-up IC 130 may be reduced.
  • the wake-up IC 130 may identify whether the configuration of the connected sensor is changed while the control IC 120 is in the standby state. When the configuration of the connected sensor is changed, the wakeup IC 130 may output a signal including information on the sensor of the changed configuration.
  • the wake-up IC 130 may activate the control IC 120 (S530).
  • a nearby external device may identify a sensor connected to the wireless sensor module 100 through a signal output from the wakeup IC 130 .
  • a wake-up signal for activating the wireless sensor module 100 may be received from an external device to the wake-up IC 130 .
  • the activated control IC 130 may drive the connected sensor (S540).
  • control IC 120 may transmit the sensing data to at least one external device (S550).
  • control IC 120 may operate in a posting mode or a beacon mode.
  • control IC 120 when the control IC 120 operates in the posting mode, the control IC 120 may be paired with at least one external device by outputting a posting signal.
  • control IC 120 may transmit sensing data to the paired external device.
  • control IC 120 may identify a parameter that needs to be sensed using parameter information received from the paired external device.
  • control IC 120 may control the sensor interface 110 to selectively drive only a sensor for sensing the identified parameter among the connected sensors.
  • control IC 120 may identify a sensing period and/or sensing period using the parameter information received from the paired external device, and transmit sensing data to the external device according to the identified sensing period and/or sensing period. have.
  • control IC 120 identifies the normal range of the sensed value using the parameter information received from the paired external device, and determines the sensing data transmission period when the sensing value of the sensor is in the normal range and out of the normal range. may be different.
  • the activated control IC 120 may operate in a beacon mode.
  • the control IC 120 may transmit sensing data to at least one external device existing in the vicinity.
  • the control IC 120 operating in the beacon mode drives at least one sensor according to the parameter information and transmits the sensing data. It can also be output externally.
  • control IC 120 sets a parameter that needs to be sensed, a sensing period, a sensing period, a normal range of a sensing value, etc. based on the parameter information included in the wakeup signal, and drives at least one sensor while sensing Data can also be output externally.
  • control IC 120 may identify whether the configuration of the sensor connected to the wireless sensor module 100 is changed before or after the standby state of the control IC 120 .
  • control IC 120 may selectively drive only a sensor for sensing a parameter required to be sensed among (connected) sensors of the changed configuration.
  • the wakeup IC 130 when the wakeup IC 130 outputs information about a (connected) sensor while the control IC 120 is deactivated, even if there is no history of pairing with the control IC 120 by the external device,
  • the external device may identify the sensor connected to the wireless sensor module 100 without performing direct communication with the control IC 120 .
  • the external device can identify the configuration of the currently connected (changed) sensor through the signal output from the wakeup IC 130 . Therefore, there is an advantage that no problems occur.
  • the external device can selectively activate only the control IC of the wireless sensor module having the required type of sensor by transmitting the wake-up signal only to the wireless sensor module having the required type of sensor, which is the wireless sensor module 100 ), which can lead to power savings of each wireless sensor module that can be connected to an external device.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a wireless sensor module including a plurality of sensor interface ICs according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless sensor module 100 may include a plurality of sensor interfaces 110 - 1 and 2 , and each sensor interface may drive various sensors.
  • control IC 120 activated by the wake-up IC 130 may identify a sensor connected to each sensor interface.
  • control IC 120 may identify a parameter currently required to be sensed according to the parameter information received from the external device. In addition, the control IC 120 may selectively activate only a sensor interface IC connected to a sensor of a parameter currently required to be sensed among the plurality of sensor interface ICs 110 - 1 , 2 , ... .
  • the wireless sensor module 100 may include at least one battery for supplying power to each component.
  • the battery may receive energy by wire or wirelessly from various energy sources such as at least one externally provided battery, a power generation device, and a power plant/substation.
  • the battery may be connected to at least one energy harvesting module provided outside.
  • the energy harvesting module may be a solar power generation device, a wind power generation device, a geothermal power generation device, or the like, but may also correspond to various devices that collect energy using vibration, radio waves, or the like.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a wireless sensor module receiving energy from an energy harvesting module according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless sensor module 100 may include a battery 140 connected to the energy harvesting module 700 .
  • the battery 140 may supply energy collected through the energy harvesting module 700 to at least one of the sensor interface IC 110 , the control IC 120 , and the wake-up IC 130 .
  • the wireless sensor module may be connected to various types of sensors including analog sensors and digital sensors.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a wireless sensor module that can be connected to both an analog sensor and a digital sensor according to an embodiment of the present disclosure.
  • analog sensors may be connected to the sensor interface IC 110 , and in this case, the sensor interface IC 110 may convert the output of the analog sensors into a digital form and transmit it to the control IC 120 .
  • the sensor interface IC 110 may include an analog-to-digital converter, but is not limited thereto.
  • the digital sensor when at least one digital sensor is connected through a digital terminal of the wireless sensor module 100 , the digital sensor may be directly connected to the control IC 120 .
  • control IC 120 may drive both the analog sensor and the digital sensor, and may obtain outputs of the analog sensor and the digital sensor, respectively.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the configuration of a wireless sensor network according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless sensor network 1000 includes a plurality of wireless sensor modules 100-1, 2, 3, a relay device 200-1, a user terminal 200-2, a server 300, and the like. may include
  • the wireless sensor network 1000 may correspond to an IoT network of various uses, such as a smart farm network, a smart factory network, a smart city network, and a home network.
  • each wireless sensor module may be connected to sensors for measuring various information (eg, temperature, humidity, sunlight, etc.) related to the growing environment of crops.
  • various information eg, temperature, humidity, sunlight, etc.
  • each wireless sensor module includes sensors for measuring/obtaining/analyzing various process-related information (eg, error occurrence, process speed, production volume, etc.) can be connected
  • each wireless sensor module provides various information related to city management (eg, electricity/gas usage, energy consumption of buildings, energy supply of power generation devices, indoor temperature/ It can be connected to sensors for measuring/obtaining/analyzing humidity, traffic volume, etc.).
  • city management eg, electricity/gas usage, energy consumption of buildings, energy supply of power generation devices, indoor temperature/ It can be connected to sensors for measuring/obtaining/analyzing humidity, traffic volume, etc.
  • each of the wireless sensor modules 100-1, 2, 3 shown in FIG. 9 may have the configuration of the aforementioned wireless sensor module 100, and is connected to at least one sensor to thereby connect the aforementioned wireless sensor module.
  • the operation of (100) may be performed.
  • the relay device 200 - 1 may communicate with at least one wireless sensor module in a BLE method.
  • the relay device 200 - 1 may receive sensing data by performing pairing with each wireless sensor module. Then, the relay device 200 - 1 may transmit the received sensing data to the server 300 .
  • the relay device may access the network including the server 300 through at least one access point or gateway device.
  • the server 300 may transmit sensing data to various devices including the user terminal 200 - 2 .
  • the server 300 may be connected to the relay device 200 - 1 and/or the user terminal 200 - 2 through various networks.
  • the network may be a personal area network (PAN), a local area network (LAN), a wide area network (WAN), etc. depending on the area or size, and depending on the openness of the network, an intranet, It may include an extranet or the Internet.
  • PAN personal area network
  • LAN local area network
  • WAN wide area network
  • the relay device 200 - 1 and the user terminal 200 - 2 may be connected to the network of the server 300 through various wireless communication methods such as WiFi, LTE, and 5G, respectively, but is not limited thereto.
  • the user terminal 200 - 2 may be implemented as a smart phone, a tablet PC, a remote control device, or the like, or a wearable device such as a smart watch or smart glasses.
  • the user terminal 200 - 2 may acquire sensing data by performing BLE communication with at least one wireless sensor module. Alternatively, the user terminal 200 - 2 may acquire sensing data by performing communication with at least one wireless sensor module through the server 300 and/or the relay device 200 - 1 .
  • the user terminal 200 - 2 may provide sensing data according to a user's request.
  • the user terminal 200 - 2 may provide a notification or warning related to the sensed value when the sensed value is out of a preset normal range through an application or the like.
  • the user terminal 200 - 2 may acquire sensing data for at least one parameter by driving at least one wireless sensor module according to a user's request.
  • the user terminal 200-2 If, through the user terminal 200-2, a user command to be provided with a sensing value of the real-time temperature in the house is received, the user terminal 200-2 is connected to a wireless sensor module (ex. 100-2) connected to the temperature sensor. ) can be driven.
  • the user terminal 200 - 2 may transmit a wakeup signal to the wakeup IC of the wireless sensor module 100 - 2 , and in this case, the wakeup signal may include temperature-related parameter information.
  • control IC of the wireless sensor module 100-2 may be activated, and the control IC drives only a sensor for measuring temperature among the sensors connected to the wireless sensor module 100-2 to receive the sensing value of the corresponding sensor. It can be transmitted to the user terminal 200 - 2 .
  • the relay device ( 200-1) may transmit a wake-up signal to the wireless sensor module 100-2.
  • the relay device 200 - 1 may receive sensing data from the (activated) control IC of the wireless sensor module 100 - 2 . In addition, the relay device 200 - 1 may transmit the received sensing data to the user terminal 200 - 2 through the server 300 .
  • relay device 200 - 1 and the user terminal 200 - 2 are directly connected through Bluetooth, BLE, Wi-Fi, or the like.
  • the embodiments described in the present disclosure are ASICs (Application Specific Integrated Circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays) ), processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and other electrical units for performing other functions may be implemented using at least one.
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, micro-controllers, microprocessors, and other electrical units for performing other functions may be implemented using at least one.
  • embodiments described herein may be implemented by the processor itself. According to the software implementation, embodiments such as procedures and functions described in this specification may be implemented as separate software modules. Each of the software modules described above may perform one or more functions and operations described herein.
  • the computer instructions or computer program for performing the processing operation in the wireless sensor module 100 according to various embodiments of the present disclosure described above is a non-transitory computer-readable medium (non-transitory computer-readable medium). ) can be stored in When the computer instructions or computer program stored in such a non-transitory computer-readable medium are executed by the processor of the specific device, the specific device performs the processing operation in the wireless sensor module 100 according to the various embodiments described above. .
  • the non-transitory computer-readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently, rather than a medium that stores data for a short moment, such as a register, a cache, a memory, and can be read by a device.
  • Specific examples of the non-transitory computer-readable medium may include a CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM, and the like.

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Abstract

무선 센서 모듈이 개시된다. 본 무선 센서 모듈은, 복수의 센서와 각각 연결될 수 있는 복수의 단자, 복수의 단자 중 적어도 하나와 연결된 센서를 구동하기 위한 센서 인터페이스 IC(Integrated Circuit), 연결된 센서를 구동하도록 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 연결된 센서의 센싱 데이터를 획득하는, 제어 IC를 포함한다. 제어 IC는, BLE(Bluetooth Low Energy)를 통해 적어도 하나의 외부 장치로 센싱 데이터를 전송한다.

Description

다양한 센서와 선택적으로 연결될 수 있는 초저전력 무선 센서 모듈
본 개시는 무선 센서 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 센서와 연결되어 BLE 통신 기반으로 동작하는 초저전력 무선 센서 모듈에 관한 것이다.
IoT 시스템이 발전함에 따라, LTE, LoRa, WiFi 등 다양한 무선 통신 방식을 이용하는 센서 모듈 내지는 센서 노드가 개발된 바 있다.
다만, 상술한 통신 방식을 이용하는 경우, 센서 모듈의 에너지 소모량이 크다는 문제가 있었고, 또한 센서 모듈의 무게 및 부피 때문에 설치 위치에 제약이 있다는 문제도 있었다.
최근에는, 저전력 블루투스 통신에 해당하는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신 방식이 개발되면서, 센서 모듈의 전력 소모가 줄고 부피가 소형화될 수 있게 되었다.
다만, BLE 통신 방식 내에서 센서 모듈의 전력 소모를 보다 효과적으로 절감하기 위한 초저전력 센서 모듈에 대한 추가적인 고찰이 필요하다.
본 개시는, 무선 통신을 통해 센싱 데이터를 전송함에 있어 전력 소모를 크게 절감할 수 있는 초저전력 무선 센서 모듈을 제공한다.
본 개시는, 다양한 센서와 탈부착 방식으로 자유롭게 연결됨으로써 장소 및 상황에 맞는 센싱 데이터를 수집할 수 있는 무선 센서 모듈을 제공한다.
본 개시는, BLE(Bluetooth Low Energy) 및/또는 웨이크업 IC를 이용하는 등 평시 전력 소모를 최소화함으로써, 선택적으로 센싱 데이터를 수집 및 전송할 수 있는 무선 센서 모듈을 제공한다.
본 개시의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 개시의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 개시의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 개시의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈은, 복수의 센서와 각각 연결될 수 있는 복수의 단자, 상기 복수의 단자 중 적어도 하나와 연결된 센서를 구동하기 위한 센서 인터페이스 IC(Integrated Circuit), 상기 연결된 센서를 구동하도록 상기 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 상기 연결된 센서의 센싱 데이터를 획득하는, 제어 IC를 포함한다. 상기 제어 IC는, BLE(Bluetooth Low Energy)를 통해, 적어도 하나의 외부 장치로 상기 획득된 센싱 데이터를 전송한다.
상기 제어 IC는, 게시(advertising) 모드 및 비콘(beacon) 모드 중 하나의 모드를 통해 상기 외부 장치로 상기 센싱 데이터를 전송할 수 있다.
한편, 상기 무선 센서 모듈은, 상기 제어 IC가 대기 상태인 동안, 상기 외부 장치로부터 웨이크업 신호를 수신하는, 웨이크업 IC를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 웨이크업 IC는, 상기 외부 장치로부터 상기 웨이크업 신호가 수신되면, 상기 제어 IC를 상기 대기 상태에서 동작 상태로 전환시키고, 상기 제어 IC는, 상기 동작 상태로 전환됨에 따라, 상기 연결된 센서를 구동하도록 상기 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 상기 연결된 센서의 센싱 데이터를 상기 외부 장치로 전송할 수 있다.
이때, 상기 제어 IC는, 상기 대기 상태 전후로 상기 복수의 단자에 연결된 적어도 하나의 센서의 구성이 변경되었는지 식별하고, 상기 연결된 센서의 구성이 변경된 경우, 상기 변경된 구성의 센서에 대한 정보를 상기 외부 장치로 전송할 수도 있다.
상기 웨이크업 IC는, 상기 제어 IC가 상기 대기 상태인 동안, 상기 연결된 센서에 대한 정보를 포함하는 신호를 상기 외부 장치로 전송하고, 상기 웨이크업 신호가 상기 외부 장치로부터 수신되면, 상기 제어 IC를 상기 대기 상태에서 상기 동작 상태로 전환시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제어 IC는, 상기 동작 상태로 전환됨에 따라, 상기 연결된 센서를 구동하도록 상기 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 상기 연결된 센서의 센싱 데이터를 상기 외부 장치로 전송할 수 있다.
한편, 상기 무선 센서 모듈은, 에너지를 수집하기 위한 적어도 하나의 에너지 하베스팅 모듈과 연결된 배터리를 더 포함할 수 있다. 상기 배터리는, 상기 에너지 하베스팅 모듈을 통해 수집된 에너지를 상기 제어 IC, 상기 센서 인터페이스 IC 및 상기 웨이크업 IC 중 적어도 하나에 공급할 수 있다.
한편, 상기 복수의 단자는, 아날로그 센서와 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 센서 인터페이스 IC는, 상기 복수의 단자 중 적어도 하나와 연결된 아날로그 센서의 출력을 디지털 형태로 변환하고, 상기 변환된 출력을 상기 제어 IC에 입력할 수 있다. 그리고, 상기 제어 IC는, 디지털 센서와 연결될 수 있는 적어도 하나의 단자와 직접 연결될 수 있다.
본 개시에 따른 무선 센서 모듈은, 센서의 연결 여부 및/또는 외부 장치와의 페어링 여부에 따라 전력 소모량을 달리함으로써, 전력 소모의 절감 효과가 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈은, 웨이크업 신호가 수신된 때에만 제어 IC를 활성화하기 때문에, 전력 소모의 절감 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 2a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘,
도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘,
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 4a는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘,
도 4b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘,
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘,
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따라 복수의 센서 인터페이스 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따라 에너지 하베스팅 모듈로부터 에너지를 공급받는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따라 아날로그 센서 및 디지털 센서와 모두 연결될 수 있는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도, 그리고
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 개시에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 도면의 기재 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당해 기술 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.
또한, 본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성요소를 모두 도시되어 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안 된다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한되어서는 안 된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 실시 예에서 "모듈", "유닛", "부(part)" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 구성요소를 지칭하기 위한 용어이며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈", "유닛", "부(part)" 등은 각각이 개별적인 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 적어도 하나의 모듈이나 칩으로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결뿐만 아니라, 다른 매체를 통한 간접적인 연결의 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다는 의미는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 센서 모듈(100)은 복수의 센서와 연결되기 위한 복수의 단자, 복수의 단자와 연결되는 센서 인터페이스 IC(110), 제어 IC(120), 등을 포함할 수 있다.
복수의 단자 각각에는, 다양한 종류의 센서가 연결될 수 있다. 예를 들어, 가스 농도, 온도, 습도, 조도, 미세먼지 농도, 풍향, 풍속, 강우, pH, 유량, 압력 등 다양한 요소를 측정하기 위한 센서들이 단자 별로 연결될 수 있다. 이때, 센서들은 각 단자에 탈부착 방식으로 연결될 수 있도록 구현될 수 있다.
연결되는 센서의 종류에 따라 무선 센서 모듈은 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 무선 센서 모듈은 스마트 팜, 스마트 팩토리, 스마트 시티 등 다양한 IoT 시스템을 구성하는 센서 장치로 동작할 수 있다.
센서 인터페이스 IC(110)는 복수의 단자 중 적어도 하나에 연결된 센서를 구동하기 위한 회로 내지는 칩으로 구성된다.
센서 인터페이스 IC(110)는 센서의 구동 여부, 구동 주기 등을 연결된 센서 별로 제어할 수 있다.
또한, 센서 인터페이스IC(110)는 연결된 센서의 (아날로그) 출력을 디지털 형태로 변환하여 제어 IC(120)로 전달할 수도 있다.
제어 IC(120)는 연결된 센서를 구동하도록 센서 인터페이스 IC(110)를 제어하기 위한 회로 내지는 칩으로 구성된다.
제어 IC(120)는 센서 인터페이스 IC(110)를 통해 적어도 하나의 센서를 구동시키는 한편, 센서의 센싱 데이터를 획득할 수 있다.
제어 IC(120)는 적어도 하나의 외부 장치와 통신을 수행하기 위한 적어도 하나의 회로를 포함할 수도 있다.
제어 IC(120)는 블루투스, 와이파이, LTE, 5G 등의 다양한 무선 통신 방식을 통해 외부 장치와 연결될 수 있다.
소모 전력을 절감하기 위한 대표적인 예로, 제어 IC(120)는 BLE(Bluetooth Low Energy) 방식을 통해 센싱 데이터를 적어도 하나의 외부 장치로 전송할 수 있다.
여기서, 외부 장치는, 하나 이상의 무선 센서 모듈로부터 블루투스 신호를 수신하기 위한 중계 장치일 수 있다. 또는, 외부 장치는, 하나 이상의 무선 센서 모듈로부터 블루투스 신호를 수신하기 위한 사용자 단말일 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 제어 IC(120)는 적어도 하나의 프로세서 및 통신부를 각각 포함할 수 있다.
프로세서는 센서 인터페이스 IC(110) 및 통신부 등 무선 센서 모듈(100)에 포함되는 다양한 구성을 전반적으로 제어하기 위한 구성이다.
일 예로, 프로세서는 마이크로 프로세서로 구현되는 한편 UART, 12C, SPI 등 임베디드 시스템에서 보편적으로 사용되는 시리얼 인터페이스 혹은 기타 다양한 프로토콜 등을 이용하여 무선 센서 모듈(100) 내 각 구성을 제어할 수 있다.
통신부는 적어도 하나의 싱크 노드와 통신을 수행하기 위한 구성으로, 상술한 다양한 방식(ex. BLE, WiFi 등)으로 싱크 노드와 통신을 수행하기 위한 모듈 내지는 회로에 해당한다. 또한, 통신부는 적어도 하나의 게이트웨이 장치와 유선 또는 무선을 통신을 수행하기 위한 회로를 더 포함할 수도 있다.
한편, 무선 센서 모듈(100)이 도 1에 도시된 구성 외에 다양한 구성들을 더 포함하는 실시 예도 물론 가능하다. 예를 들어, 무선 센서 모듈(100)은 후술할 웨이크업 IC(130), 배터리(140) 등을 더 포함할 수 있으며, 센싱 값이 정상 범위를 벗어남에 따라 알림 내지는 경보를 제공하기 위한 적어도 하나의 스피커, 부저(Buzzer), 진동 모터, LED(Light Emitting Diode) 등도 포함할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 제어 IC(120)는, 게시(advertising) 모드 및 비콘(beacon) 모드 중 하나의 모드로 동작할 수 있다.
게시 모드는 적어도 하나의 외부 장치와 페어링을 수행하고, 페어링된 외부 장치와 일대일로 데이터를 주고받는 방식으로 센싱 데이터를 전송하기 위한 모드이다.
게시 모드 상에서, 제어 IC(120)는 무선 센서 모듈(100)의 적어도 하나의 단자에 연결된 센서에 대한 정보를 포함하는 게시(advertising) 신호를 출력(broadcasting)할 수 있다.
이때, 센서에 대한 정보는, 센서의 종류, 센서의 규격 등 센서의 식별 정보를 포함할 수 있다.
게시 신호는, 연결된 센서에 대한 정보 외에 무선 센서 모듈(100)의 식별 정보를 더 포함할 수 있다.
그리고, 출력된 게시 신호에 응답하는 신호가 적어도 하나의 외부 장치로부터 수신되면, 제어 IC(120) 및 해당 외부 장치 간의 페어링(ex. BLE connection)이 수행될 수 있다.
여기서, 외부 장치로부터 수신되는 (응답) 신호에는, 페어링 요청, 외부 장치의 식별 정보, 연결된 센서와 관련된 파라미터 정보 등이 포함될 수 있다.
파라미터 정보는, 센싱이 필요한 파라미터(ex. 가스 농도, 온도, 습도 등), 센싱 주기, 센싱 기간, 센싱 값의 정상 범위, 센싱 값의 비정상범위 등 수행될 센싱과 관련된 다양한 정보를 포함할 수 있다.
제어 IC(120)는 페어링 요청이 포함된 신호가 수신됨에 따라 외부 장치와의 페어링을 수행할 수 있다.
페어링 이후, 제어 IC(120)는 BLE Attribute 프로토콜에 따라 외부 장치와 데이터를 교환할 수 있다.
이때, 제어 IC(120)는 연결된 센서의 센싱 데이터를 페어링된 외부 장치로 전송할 수 있다.
구체적인 예로, 제어 IC(120)는 외부 장치로부터 수신된 신호에 포함되는 파라미터 정보에 따라 현재 센싱이 필요한 파라미터(ex. 온도, 습도, 가스 농도 등)를 선택하고, 연결된 적어도 하나의 센서 중 (해당 파라미터를 센싱할 수 있는) 선택된 센서만을 구동하도록 센서 인터페이스 IC(130)를 제어할 수도 있다.
그리고, 제어 IC(120)는 구동된 센서의 센싱 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다. 이렇듯 파라미터 정보에 매칭되는 센서만이 구동되는 경우, 무선 센서 모듈(100)의 전력 소모가 절감될 수 있다.
게시 모드 상에서, 제어 IC(120)는 외부 장치로부터 다양한 제어 신호를 수신할 수도 있다.
예를 들어, 센싱의 대상이 되는 파라미터 정보를 변경하기 위한 제어 신호, 무선 센서 모듈(100)의 모드를 변경하기 위한 제어 신호, 무선 센서 모듈(100)의 기타 기능(ex. 스피커 또는 LED를 통한 알람 제공)을 제어하기 위한 제어 신호 등이 수신될 수 있다.
비콘 모드는, 주변에 존재하는 적어도 하나의 외부 장치가 수신할 수 있도록 센싱 데이터를 출력하기 위한 모드이다.
비콘 모드 상에서, 제어 IC(120)는 연결된 센서의 센싱 데이터를 획득하고, 획득된 센싱 데이터를 주변에 존재하는 적어도 하나의 외부 장치로 반복적으로 전송할 수 있다.
구체적으로, 제어 IC(120)는 센싱 데이터 및 무선 센서 모듈(100)의 식별 정보(ex. 고유 식별자)를 포함하는 신호를 반복적으로 출력할 수 있다.
만약, 가까운 범위에 복수의 무선 센서 모듈 각각에 해당하는 복수의 센서 노드가 있는 경우, 싱크 노드는 각 센서 노드로부터 수신된 신호에 포함된 식별 정보를 통해 각 신호의 출처(ex. 센싱 데이터를 송신한 센서 노드)를 구분할 수 있다.
비콘 모드 상에서, 제어 IC(120)는 iBeacon, Eddystone, ALT Beacon 등 기존에 정의되어 있는 표준 비콘 포맷 또는 임의의 포맷으로 센서의 센싱 데이터를 송신하며, 해당 정보는 비콘 스캐너로 동작하는 적어도 하나의 외부 장치를 통해 확인될 수 있다. 이 경우, 무선 센서 모듈(100)의 송신 범위 내에 위치하는 외부 장치만이 센싱 데이터를 스캐닝할 수 있다.
비콘 모드 상에서, 제어 IC(120)는 외부 장치와의 페어링과 같은 별도의 연결 과정을 거치지 않을 수 있다. 즉, 제어 IC(120)를 통해 출력되는 센싱 데이터는 하나 이상의 외부 장치에서 동시에 확인될 수 있다. 단, 제어 IC(120)의 송신 주기와 외부 장치의 스캔 주기가 일치하지 않는 시점에는 센싱 데이터가 전송되지 않을 수도 있다.
한편, 제어 IC(120)는 연결된 센서의 센싱 값의 정상 범위를 식별하고, 센싱 값이 정상 범위를 벗어나는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 센싱 값의 정상 범위는 센서 별로 기설정된 값일 수 있다.
일 예로, 제어 IC(120)는, 센서의 센싱 값이 정상 범위 내인 경우 기설정된 제1 주기로 센싱 값을 획득하여 외부 장치로 전송할 수 있고(ex. IDLE 모드), 센서의 센싱 값이 정상 범위를 벗어나는 경우 상술한 제1 주기보다 짧은 제2 주기로 센싱 값을 획득하여 외부 장치로 전송할 수 있다(ex. FAST 모드).
한편, 이하 도 2a 내지 도 2b를 통해서는, 센서가 연결됨에 따라 외부 장치로 센싱 데이터를 전송하는 제어 IC(120)의 동작 예들을 설명한다.
도 2a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘이다. 도 2a는 제어 IC(120)가 게시 모드로 동작하는 경우를 전제로 한다.
도 2a를 참조하면, 적어도 하나의 센서가 연결됨에 따라(S210 - Y), 제어 IC(120)는 센서에 대한 정보를 포함하는 게시 신호를 브로드캐스팅 할 수 있다(S220).
여기서, 제어 IC(120)는, 연결된 센서의 구성이 변경됨에 따라, 변경된 구성의 센서에 대한 정보를 포함하는 게시 신호를 출력할 수도 있다.
예를 들어, 기존에 연결되어 있지 않던 센서가 추가로 연결되거나 또는 기존에 연결된 센서 중 적어도 하나가 제거되는 경우, 연결된 센서의 구성이 변경된 것으로 식별될 수 있다.
그리고, 출력된 게시 신호에 응답하는 외부 장치의 신호가 수신됨에 따라, 제어 IC(120)는 외부 장치와 페어링을 수행할 수 있다(S230).
페어링이 수행되면, 제어 IC(120)는 센서 인터페이스 IC(110)를 통해 센서를 구동할 수 있다(S240).
이때, 제어 IC(120)는, 연결된 센서들 중 외부 장치로부터 수신된 신호에 포함되는 파라미터 정보에 매칭되는 센서만을 선택적으로 구동할 수 있다.
그리고, 제어 IC(120)는 센서의 센싱 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다(S250).
한편, 도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘이다. 도 2b는 제어 IC(120)가 비콘 모드로 동작하는 경우를 전제로 한다.
도 2b를 참조하면, 적어도 하나의 센서가 연결됨에 따라(S210' - Y), 제어 IC(120)는 연결된 센서를 구동할 수 있다(S220').
그리고, 제어 IC(120)는 구동된 센서의 센싱 데이터를 주변에 존재하는 적어도 하나의 외부 장치로 반복적으로 전송할 수 있다(S230'). 구체적으로, 제어 IC(120)가 센싱 데이터를 포함하는 신호를 반복적으로 출력한 결과, 주변에 존재하는 외부 장치가 해당 신호를 통해 센싱 데이터를 획득할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈(100)은, 대기 상태에서 외부 장치로부터 웨이크업 신호를 수신하는 웨이크업(Wake-up) IC를 더 포함할 수 있다.
관련하여, 도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
웨이크업 IC(130)는, 제어 IC(120)가 대기 상태인 동안 적어도 하나의 외부 장치로부터 웨이크업 신호를 수신할 수 있다. 이때, 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)와 동일한 주파수(ex. 2.4GHz)로 외부 장치와 통신을 수행할 수도 있으나, 다른 주파수 및/또는 다른 통신 방식으로 통신을 수행할 수도 있다.
웨이크업 신호가 수신되면, 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)를 대기 상태에서 동작 상태로 전환시킬 수 있으며, 그 결과, 제어 IC(120)는 연결된 센서를 구동하도록 센서 인터페이스 IC(110)를 제어하고, 연결된 센서의 센싱 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다.
도 4a 내지 도 4b는 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 동작과 관련된 실시 예들을 설명하기 위한 알고리즘들이다.
먼저, 도 4a는 (활성화된) 제어 IC(120)가 게시 모드로 동작하도록 구현된 경우를 가정한 것이다.
도 4a를 참조하면, 적어도 하나의 외부 장치로부터 웨이크업 신호가 수신됨에 따라(S410), 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)를 활성화시킬 수 있다(S420).
구체적으로, 웨이크업 IC(130)는, 미세 전류를 통해 외부 장치의 웨이크업 신호를 감지할 수 있는 신호 감지 회로를 포함할 수 있다.
그리고, 웨이크업 신호가 감지되는 경우, 웨이크업 IC(130)는 기존에 대기 상태이던 제어 IC(120)를 활성화시켜 동작 상태로 전환시킬 수 있다.
대기 상태인 경우, 제어 IC(120)는 전력을 소모하지 않거나 초절전 모드로 동작할 수 있다. 제어 IC(120)가 대기 상태인 동안, 센서 인터페이스 IC(110) 및 연결된 센서 역시 대기 상태(전력을 소모하지 않거나 초절전 모드로 동작)일 수 있다.
활성화되어 동작 상태로 전환된 제어 IC(120)는, 연결된 센서에 대한 정보를 포함하는 게시 신호를 출력할 수 있다(S430).
그리고, 게시 신호에 응답하는 신호가 외부 장치로부터 수신되면, 제어 IC(120)는 외부 장치와 페어링을 수행할 수 있다(S440). 이때, 외부 장치로부터 수신된 신호에는, 파라미터 정보가 포함될 수 있다.
한편, 제어 IC(120)는 대기 상태 전후로 무선 센서 모듈(100)의 복수의 단자에 연결된 적어도 하나의 센서의 구성이 변경되었는지 식별할 수 있다. 즉, 대기 상태 전에 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서의 구성과 대기 상태 후에 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서의 구성이 동일한지 식별할 수 있다.
그리고, 연결된 센서의 구성이 변경된 경우, 제어 IC(120)는 변경된 구성의 센서에 대한 정보를 외부 장치로 전송할 수 있다.
이때, 변경된 구성의 센서에 대한 정보는 S430 단계에서 출력되는 게시 신호에 포함되어 있을 수도 있고, 또는, 페어링 직후 별도로 외부 장치로 전송될 수도 있다.
상술한 과정에 따라 페어링이 수행되면, 제어 IC(120)는 센서 인터페이스(110)를 통해 센서를 구동할 수 있다(S450). 이때, 제어 IC(120)는 외부 장치로부터 수신된 신호에 포함되는 파라미터 정보에 매칭되는 센서만을 선택적으로 구동하도록 센서 인터페이스(110)를 제어할 수 있다.
그리고, 제어 IC(120)는 구동된 센서의 센싱 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다(S460).
한편, 도 4b는 (활성화된) 제어 IC(120)가 비콘 모드로 동작하도록 구현된 경우를 가정한 것이다.
도 4b를 참조하면, 적어도 하나의 외부 장치로부터 웨이크업 신호가 수신됨에 따라(S410'), 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)를 활성화시킬 수 있다(S420').
이 경우, 활성화된 제어 IC(120)는 연결된 센서를 구동하도록 센서 인터페이스 IC(110)를 제어하고(S430'), 센서의 센싱 데이터를 반복적으로 출력할 수 있다(S440'). 그 결과, 주변에 있는 적어도 하나의 외부 장치는 센싱 데이터를 수신할 수 있다.
이렇듯 웨이크업 IC(130)가 이용됨에 따라, 필요한 경우에만 외부 장치로부터 웨이크업 신호가 수신되어 제어 IC(120) 및 센서 인터페이스 IC(110)가 활성화되므로, 무선 센서 모듈(100)의 전력 소모량이 감소할 수 있고, 이는 무선 센서 모듈(100)의 사용 기간 증가 및 소형화로 이어질 수 있다.
한편, 상술한 도 4a 내지 도 4b와 달리, 웨이크업 IC(130)가 외부 장치로부터 웨이크업 신호를 수신하는 동작 외에 적어도 하나의 신호를 외부로 출력하는 실시 예도 가능하다.
관련하여, 도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨이크업 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 알고리즘이다.
도 5를 참조하면, 웨이크업 IC(130)는 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서에 대한 정보를 포함하는 신호를 출력할 수 있다(S510). 출력된 신호는, 연결된 센서의 종류, 식별 정보 등에 대한 정보가 포함될 수 있다.
이때, 웨이크업 IC(130)는 상대적으로 긴 주기로 해당 신호를 출력할 수 있으며, 주기를 길게 함으로써 웨이크업 IC(130)가 소모하는 비교적 전력 소모가 절감될 수 있다.
여기서, 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)가 대기 상태인 동안 연결된 센서의 구성이 변경되었는지 여부를 식별할 수도 있다. 연결된 센서의 구성이 변경된 경우, 웨이크업 IC(130)는 변경된 구성의 센서에 대한 정보를 포함하는 신호를 출력할 수 있다.
이후, 웨이크업 신호가 수신되면(S520), 웨이크업 IC(130)는 제어 IC(120)를 활성화할 수 있다(S530).
구체적으로, 주변의 외부 장치는 웨이크업 IC(130)로부터 출력된 신호를 통해 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서를 식별할 수 있다. 그리고, 무선 센서 모듈(100)을 활성화시키기 위한 웨이크업 신호가 외부 장치로부터 웨이크업 IC(130)로 수신될 수 있다.
웨이크업 신호가 수신됨에 따라 활성화된 제어 IC(130)는 연결된 센서를 구동할 수 있다(S540).
그리고, 제어 IC(120)는 적어도 하나의 외부 장치로 센싱 데이터를 전송할 수 있다(S550).
여기서, 제어 IC(120)는 게시 모드 또는 비콘 모드로 동작할 수 있다.
일 예로, 제어 IC(120)가 게시 모드로 동작하는 경우, 제어 IC(120)는 게시 신호를 출력함으로써 적어도 하나의 외부 장치와 페어링 될 수 있다.
이 경우, 제어 IC(120)는 페어링된 외부 장치로 센싱 데이터를 전송할 수 있다.
이때, 제어 IC(120)는 페어링된 외부 장치로부터 수신된 파라미터 정보를 이용하여 센싱이 필요한 파라미터를 식별할 수도 있다.
이 경우, 제어 IC(120)는 연결된 센서들 중 식별된 파라미터를 센싱하기 위한 센서만을 선택적으로 구동하도록 센서 인터페이스(110)를 제어할 수 있다.
또한, 제어 IC(120)는 페어링된 외부 장치로부터 수신된 파라미터 정보를 이용하여 센싱 주기 및/또는 센싱 기간을 식별하고, 식별된 센싱 주기 및/또는 센싱 기간에 따라 센싱 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다.
또한, 제어 IC(120)는 페어링된 외부 장치로부터 수신된 파라미터 정보를 이용하여 센싱 값의 정상 범위를 식별하고, 센서의 센싱 값이 정상 범위인 경우와 정상 범위가 아닌 경우의 센싱 데이터 전송 주기를 달리할 수도 있다.
다른 예로, 활성화된 제어 IC(120)는 비콘 모드로 동작할 수도 있다. 이 경우, 제어 IC(120)는 주변에 존재하는 적어도 하나의 외부 장치로 센싱 데이터를 전송할 수 있다.
여기서, 만약 웨이크업 IC(130)를 통해 수신되었던 웨이크업 신호에 파라미터 정보가 포함된 경우, 비콘 모드로 동작하는 제어 IC(120)가 해당 파라미터 정보에 따라 적어도 하나의 센서를 구동시키고 센싱 데이터를 외부로 출력할 수도 있다.
구체적으로, 제어 IC(120)는 웨이크업 신호에 포함된 파라미터 정보를 기반으로 센싱이 필요한 파라미터, 센싱 주기, 센싱 기간, 센싱 값의 정상 범위 등을 설정하여, 적어도 하나의 센서를 구동하는 한편 센싱 데이터를 외부로 출력할 수도 있다.
한편, 제어 IC(120)는 제어 IC(120)의 대기 상태 전후로 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서의 구성이 변경되었는지 여부를 식별할 수도 있다.
이 경우, 제어 IC(120)는 변경된 구성의 (연결된) 센서들 중 센싱이 필요한 파라미터를 센싱하기 위한 센서만을 선택적으로 구동할 수 있다.
도 5와 같이 제어 IC(120)가 비활성화된 동안 웨이크업 IC(130)가 (연결된) 센서에 대한 정보를 출력하는 경우, 설령 외부 장치가 제어 IC(120)와 페어링을 수행한 이력이 없더라도, 외부 장치는 제어 IC(120)와의 직접 통신을 수행하지 않고도 무선 센서 모듈(100)에 연결된 센서를 식별할 수 있다.
또한, 설령 제어 IC(120)가 대기 상태인 동안 (연결된) 센서의 구성이 변경되더라도, 외부 장치는 웨이크업 IC(130)가 출력한 신호를 통해 현재 연결된 (변경된) 센서의 구성을 식별할 수 있으므로 아무런 문제가 발생하지 않는다는 장점이 있다.
이렇듯, 외부 장치는 필요한 종류의 센서를 구비한 무선 센서 모듈에만 웨이크업 신호를 전송함으로써, 필요한 종류의 센서를 구비한 무선 센서 모듈의 제어 IC만을 선택적으로 활성화시킬 수 있고, 이는 무선 센서 모듈(100)을 포함하여 외부 장치에 연결될 수 있는 각 무선 센서 모듈들의 전력 절감으로 이어질 수 있다.
한편, 도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따라 복수의 센서 인터페이스 IC를 포함하는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 무선 센서 모듈(100)은 복수의 센서 인터페이스(110-1, 2)를 포함할 수 있으며, 각 센서 인터페이스는 다양한 센서를 구동할 수 있다.
일 실시 예로, 웨이크업 IC(130)에 의해 활성화된 제어 IC(120)는, 각 센서 인터페이스에 연결된 센서를 식별할 수 있다.
이때, 제어 IC(120)는 외부 장치로부터 수신된 파라미터 정보에 따라 현재 센싱이 필요한 파라미터를 식별할 수 있다. 그리고, 제어 IC(120)는 복수의 센서 인터페이스 IC(110-1, 2, …) 중 현재 센싱이 필요한 파라미터의 센서와 연결된 센서 인터페이스 IC만을 선택적으로 활성화할 수 있다.
그 결과, 복수의 센서 인터페이스 IC(110-1, 2, …)의 전력 소모가 절감될 수 있다.
한편, 비록 상술한 도면들을 통해 도시되지는 않았으나, 무선 센서 모듈(100)은 각 구성에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 배터리를 포함할 수 있다.
배터리는 외부에 구비된 적어도 하나의 배터리, 발전 장치, 발전소/변전소 등 다양한 에너지 소스로부터 유선 또는 무선으로 에너지를 공급받을 수 있다.
일 예로, 배터리는 외부에 구비된 적어도 하나의 에너지 하베스팅 모듈과 연결될 수도 있다.
에너지 하베스팅 모듈은, 태양광 발전 장치, 풍력 발전 장치, 지열 발전 장치 등일 수 있으나, 이 밖에도 진동, 전파 등을 이용하여 에너지를 수집하는 다양한 장치에 해당할 수 있다.
관련하여, 도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따라 에너지 하베스팅 모듈로부터 에너지를 공급받는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 무선 센서 모듈(100)은 에너지 하베스팅 모듈(700)과 연결된 배터리(140)를 포함할 수 있다.
배터리(140)는 에너지 하베스팅 모듈(700)을 통해 수집된 에너지를 센서 인터페이스 IC(110), 제어 IC(120) 및 웨이크업 IC(130) 중 적어도 하나에 공급할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 모듈은, 아날로그 센서 및 디지털 센서를 포함하는 다양한 종류의 센서와 연결될 수 있다.
관련하여, 도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따라 아날로그 센서 및 디지털 센서와 모두 연결될 수 있는 무선 센서 모듈의 회로 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8을 참조하면, 아날로그 센서들은 센서 인터페이스 IC(110)와 연결될 수 있으며, 이때 센서 인터페이스 IC(110)는 아날로그 센서들의 출력을 디지털 형태로 변환하여 제어 IC(120)로 전달할 수 있다.
이를 위해, 센서 인터페이스 IC(110)는 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
그리고, 도 8을 참조하면, 적어도 하나의 디지털 센서가 무선 센서 모듈(100)의 디지털 단자를 통해 연결된 경우, 디지털 센서는 제어 IC(120)와 직접 연결될 수 있다.
그 결과, 제어 IC(120)는 아날로그 센서 및 디지털 센서를 모두 구동할 수 있으며, 아날로그 센서 및 디지털 센서의 출력을 각각 획득할 수 있다.
다만, 도 8과 달리, 디지털 센서가 센서 인터페이스 IC(110)에 직접 연결되는 실시 예도 물론 가능하다.
한편, 도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 센서 네트워크의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 무선 센서 네트워크(1000)는 복수의 무선 센서 모듈(100-1, 2, 3), 중계 장치(200-1), 사용자 단말(200-2), 서버 (300) 등을 포함할 수 있다.
무선 센서 네트워크(1000)는, 스마트 팜 네트워크, 스마트 팩토리 네트워크, 스마트 시티 네트워크, 홈 네트워크 등 다양한 용도의 IoT 네트워크에 해당할 수 있다.
일 예로, 무선 센서 네트워크(1000)가 스마트 팜 네트워크인 경우, 각 무선 센서 모듈은 농작물의 성장 환경과 관련된 다양한 정보(ex. 온도, 습도, 일조량 등)를 측정하기 위한 센서들과 연결될 수 있다.
일 예로, 무선 센서 네트워크(1000)가 스마트 팩토리 네트워크인 경우, 각 무선 센서 모듈은 공정과 관련된 다양한 정보(ex. 에러 발생 여부, 공정 속도, 생산량 등)를 측정/획득/분석하기 위한 센서들과 연결될 수 있다.
일 예로, 무선 센서 네트워크(100)가 스마트 시티 네트워크인 경우, 각 무선 센서 모듈은 도시 관리와 관련된 다양한 정보(ex. 전기/가스 사용량, 건물의 에너지 소모량, 발전 장치의 에너지 공급량, 실내의 온도/습도, 교통량 등)를 측정/획득/분석하기 위한 센서들과 연결될 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 각각의 무선 센서 모듈(100-1, 2, 3)은, 상술한 무선 센서 모듈(100)의 구성을 가질 수 있으며, 적어도 하나의 센서와 연결됨으로써 상술한 무선 센서 모듈(100)의 동작을 수행할 수 있다.
중계 장치(200-1)는 적어도 하나의 무선 센서 모듈과 BLE 방식으로 통신을 수행할 수 있다.
중계 장치(200-1)는 각 무선 센서 모듈과 페어링을 수행하여 센싱 데이터를 수신할 수 있다. 그리고, 중계 장치(200-1)는 수신된 센싱 데이터를 서버(300)로 전송할 수 있다. 중계 장치는 적어도 하나의 액세스 포인트 또는 게이트웨이 장치 등을 통해 서버(300)가 포함된 네트워크에 접속할 수 있다.
그 결과, 서버(300)는 사용자 단말(200-2)을 포함하는 다양한 장치로 센싱 데이터를 전송할 수 있다.
서버(300)는 다양한 네트워크를 통해 중계 장치(200-1) 및/또는 사용자 단말(200-2)과 연결될 수 있다. 네트워크는 영역 또는 규모에 따라 개인 통신망(PAN; Personal Area Network), 근거리 통신망(LAN; Local Area Network), 광역 통신망(WAN; Wide Area Network) 등일 수 있으며, 네트워크의 개방성에 따라 인트라넷(Intranet), 엑스트라넷(Extranet), 또는 인터넷(Internet) 등을 포함할 수 있다.
중계 장치(200-1) 및 사용자 단말(200-2)은 각각 WiFi, LTE, 5G 등 다양한 무선 통신 방식을 통해 서버(300)의 네트워크와 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
사용자 단말(200-2)은 스마트폰, 태블릿 PC, 원격 제어 장치 등으로 구현되거나 또는 스마트 워치, 스마트 글래스 등 웨어러블 장치로 구현될 수 있다.
사용자 단말(200-2)은 적어도 하나의 무선 센서 모듈과 BLE 통신을 수행하여 센싱 데이터를 획득할 수 있다. 또는, 사용자 단말(200-2)은 서버(300) 및/또는 중계 장치(200-1)를 통해 적어도 하나의 무선 센서 모듈과 통신을 수행함으로써 센싱 데이터를 획득할 수 있다.
이때, 사용자 단말(200-2)은 사용자의 요청에 따라 센싱 데이터를 제공할 수 있다. 또는, 사용자 단말(200-2)은 센싱 값이 애플리케이션 등을 통해 기설정된 정상 범위를 벗어나는 경우, 센싱 값과 관련된 알림 내지는 경고를 제공할 수도 있다.
사용자 단말(200-2)은 사용자의 요청에 따라 적어도 하나의 무선 센서 모듈을 구동하여 적어도 하나의 파라미터에 대한 센싱 데이터를 획득할 수도 있다.
구체적인 예로, 집 안에 복수의 무선 센서 모듈(100-1, 2, 3)이 설치된 상황을 가정한다.
만약, 사용자 단말(200-2)을 통해 집 안의 실시간 온도의 센싱 값을 제공받고자 하는 사용자 명령이 수신되는 경우, 사용자 단말(200-2)은 온도 센서와 연결된 무선 센서 모듈(ex. 100-2)을 구동할 수 있다.
여기서, 사용자 단말(200-2)은 무선 센서 모듈(100-2)의 웨이크업 IC에 웨이크업 신호를 전송할 수 있으며, 이때, 웨이크업 신호에는 온도와 관련된 파라미터 정보가 포함될 수 있다.
이때, 무선 센서 모듈(100-2)의 제어 IC가 활성화될 수 있으며, 제어 IC는 무선 센서 모듈(100-2)에 연결된 센서들 중 온도를 측정하기 위한 센서만을 구동하여 해당 센서의 센싱 값을 사용자 단말(200-2)로 전송할 수 있다.
한편, 사용자 단말(200-2)이 서버(300) 및 중계 장치(200-1)를 통해 무선 센서 모듈(200-2)과 연결된 경우, 사용자 단말(200-2)의 요청에 의해 중계 장치(200-1)가 무선 센서 모듈(100-2)에 웨이크업 신호를 전송할 수 있다.
이 경우, 중계 장치(200-1)는 무선 센서 모듈(100-2)의 (활성화된) 제어 IC로부터 센싱 데이터를 수신할 수 있다. 그리고, 중계 장치(200-1)는 수신된 센싱 데이터를 서버(300)를 통해 사용자 단말(200-2)로 전송될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 중계 장치(200-1) 및 사용자 단말(200-2)이 블루투스, BLE, 와이파이 등의 방식으로 직접 연결되는 것도 물론 가능하다.
한편, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들은 서로 저촉되지 않는 한 적어도 두 개의 실시 예가 결합되어 구현될 수 있다.
또한, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 본 개시에서 설명되는 실시 예들은 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛(unit) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시 예들이 프로세서 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상술한 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 센서 모듈(100)에서의 처리동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions) 또는 컴퓨터 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어 또는 컴퓨터 프로그램은 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시 예에 따른 무선 센서 모듈(100)에서의 처리 동작을 상술한 특정 기기가 수행하도록 한다.
비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (7)

  1. 무선 센서 모듈에 있어서,
    복수의 센서와 각각 연결될 수 있는 복수의 단자;
    상기 복수의 단자 중 적어도 하나와 연결된 센서를 구동하기 위한 센서 인터페이스 IC(Integrated Circuit); 및
    상기 연결된 센서를 구동하도록 상기 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 상기 연결된 센서의 센싱 데이터를 획득하는, 제어 IC;를 포함하고,
    상기 제어 IC는,
    BLE(Bluetooth Low Energy)를 통해, 적어도 하나의 외부 장치로 상기 획득된 센싱 데이터를 전송하는, 무선 센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 IC는,
    게시(advertising) 모드 및 비콘(beacon) 모드 중 하나의 모드를 통해 상기 외부 장치로 상기 센싱 데이터를 전송하는, 무선 센서 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선 센서 모듈은,
    상기 제어 IC가 대기 상태인 동안, 상기 외부 장치로부터 웨이크업 신호를 수신하는, 웨이크업 IC;를 더 포함하고,
    상기 웨이크업 IC는,
    상기 외부 장치로부터 상기 웨이크업 신호가 수신되면, 상기 제어 IC를 상기 대기 상태에서 동작 상태로 전환시키고,
    상기 제어 IC는,
    상기 동작 상태로 전환됨에 따라, 상기 연결된 센서를 구동하도록 상기 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 상기 연결된 센서의 센싱 데이터를 상기 외부 장치로 전송하는, 무선 센서 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 IC는,
    상기 대기 상태 전후로 상기 복수의 단자에 연결된 적어도 하나의 센서의 구성이 변경되었는지 식별하고,
    상기 연결된 센서의 구성이 변경된 경우, 상기 변경된 구성의 센서에 대한 정보를 상기 외부 장치로 전송하는, 무선 센서 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 웨이크업 IC는,
    상기 제어 IC가 상기 대기 상태인 동안, 상기 연결된 센서에 대한 정보를 포함하는 게시 신호를 상기 외부 장치로 전송하고,
    상기 웨이크업 신호가 상기 외부 장치로부터 수신되면, 상기 제어 IC를 상기 대기 상태에서 상기 동작 상태로 전환시키고,
    상기 제어 IC는,
    상기 동작 상태로 전환됨에 따라, 상기 연결된 센서를 구동하도록 상기 센서 인터페이스 IC를 제어하고, 상기 연결된 센서의 센싱 데이터를 상기 외부 장치로 전송하는, 무선 센서 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선 센서 모듈은,
    에너지를 수집하기 위한 적어도 하나의 에너지 하베스팅 모듈과 연결된 배터리;를 더 포함하고,
    상기 배터리는,
    상기 에너지 하베스팅 모듈을 통해 수집된 에너지를 상기 제어 IC, 상기 센서 인터페이스 IC 및 상기 웨이크업 IC 중 적어도 하나에 공급하는, 무선 센서 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단자는,
    아날로그 센서와 연결되고,
    상기 센서 인터페이스 IC는,
    상기 복수의 단자 중 적어도 하나와 연결된 아날로그 센서의 출력을 디지털 형태로 변환하고, 상기 변환된 출력을 상기 제어 IC에 입력하고,
    상기 제어 IC는,
    디지털 센서와 연결될 수 있는 적어도 하나의 단자와 직접 연결되는, 무선 센서 모듈.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102664270B1 (ko) * 2022-11-17 2024-05-09 (주)아이앤씨테크놀로지 다중 센서 데이터의 암호화 및 통신 기능을 구비한 저전력 센서 시스템 및 이를 이용한 데이터 처리방법
KR102653632B1 (ko) * 2023-09-20 2024-04-02 (주)화진티엔아이 다양한 센서를 적용하기 위한 IoT 복합센서 모듈

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170014959A (ko) * 2015-07-31 2017-02-08 전자부품연구원 무선 센서 및 이의 전력 제어 방법
KR20180096466A (ko) * 2017-02-21 2018-08-29 한남대학교 산학협력단 센싱 방법 및 장치
KR102153911B1 (ko) * 2019-12-27 2020-09-09 주식회사 노드톡스 센서 노드의 저전력 운용 방법
KR20200111558A (ko) * 2019-03-19 2020-09-29 삼성전자주식회사 무선 통신 채널을 통한 주기적인 측위 통신을 제공하는 전자 장치
KR102165530B1 (ko) * 2020-06-03 2020-10-14 (주)금호전력 센서 어댑터을 구비한 철도 설비 상태 데이터 수집 시스템

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9911931B2 (en) 2014-06-26 2018-03-06 Universal Display Corporation Organic electroluminescent materials and devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170014959A (ko) * 2015-07-31 2017-02-08 전자부품연구원 무선 센서 및 이의 전력 제어 방법
KR20180096466A (ko) * 2017-02-21 2018-08-29 한남대학교 산학협력단 센싱 방법 및 장치
KR20200111558A (ko) * 2019-03-19 2020-09-29 삼성전자주식회사 무선 통신 채널을 통한 주기적인 측위 통신을 제공하는 전자 장치
KR102153911B1 (ko) * 2019-12-27 2020-09-09 주식회사 노드톡스 센서 노드의 저전력 운용 방법
KR102165530B1 (ko) * 2020-06-03 2020-10-14 (주)금호전력 센서 어댑터을 구비한 철도 설비 상태 데이터 수집 시스템

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