KR100979820B1 - 센서네트워크를 이용한 공기청정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집안이나 사무실, 병원과 같이 사람이 많이 거주하는 실내에서 발생하는 공기를 청정하여 깨끗한 공기를 공급하기 위한 목적으로 개발한 것으로, 실내의 곳곳에 센서를 설치 배치한 센서네트워크 시스템을 공기청정기에 적용하여 실내 곳곳에 발생할 수 있는 먼지의 위치를 계산하여 먼지의 발생 위치에 따라 능동적으로 공기를 청정할 수 있도록 한 센서네트워크를 이용한 공기청정 시스템에 관 한 것이다.

본 발명은 먼지를 검출할 수 있는 센서를 포함한 먼지감지 센서모듈(40)과 상기 먼지감지 센서모듈(40)에서 전송되는 신호를 받아 이를 지그비(ZigBee)통신을 이용하여 다시 전송하는 통신모듈(50)과, 상기 먼지감지 센서모듈(40)과 통신모듈(50)로 된 센서 네트워크(10)와, 상기 센서 네트워크(10)를 통해 발송되는 신호를 수신하여 이를 지그비(ZigBee)통신을 이용하여 현재 집안의 먼지 정보를 전송하는 센서 코디네이터(20) 및 상기 센서 코디네이터(20)로 부터 먼지의 위치를 계산하고 공기청정기(30)의 풍향을 능동적으로 결정하여 작동하도록 함을 특징으로 한다.

센서 네트워크, 센서 코디네이터, 공기청정기, 먼지감지 센서모듈, 통신모듈

Description

센서네트워크를 이용한 공기청정 시스템{The air pure cis which uses a sensor network system}

본 발명은 집안이나 사무실, 병원과 같이 사람이 많이 거주하는 실내에서 발생하는 공기를 청정하여 깨끗한 공기를 공급하기 위한 목적으로 개발한 것으로, 실내의 곳곳에 센서를 설치 배치한 센서네트워크 시스템을 공기청정기에 적용하여 실내 곳곳에 발생할 수 있는 먼지의 위치를 계산하여 먼지의 발생 위치에 따라 능동적으로 공기를 청정할 수 있도록 한 센서네트워크를 이용한 공기청정 시스템에 관 한 것이다.

실내에서 많은 시간을 보내는 현대인들에게 있어서 실내의 공기질은 현대인들의 건강과 밀접한 관계를 가지고 있다.

집안에 있는 먼지에 붙어사는 집먼지 진드기들은 알레르기성 비염의 원인이 되고 특히, 담배 연기는 흡연자뿐만 아니라 비 흡연자에게도 간접흡연을 하게끔 하여 폐암 발생률 등을 높인다.

이처럼 현대인들의 건강과 밀접한 관계를 가지고 있는 공기의 질을 높이기 위하여 많은 업체들이 여러 가지 방법의 공기 청정기들을 개발하여 판매하고 있다.

하지만 이러한 공기 청정기들은 대부분 청정기 내부에 있는 센서를 이용하여 먼지의 많고 적음을 판단하고 단순히 먼지가 많으면 바람을 강하게 보내고 적으면 바람을 약하게 보내는 형태를 취한다.

이러한 방식은 구현은 쉬우나 공기 청정기 근처의 먼지들에 대해서만 검출하기 때문에 집안 곳곳의 먼지들에 대해서 능동적으로 대처할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발한 것으로, 집안이나 사무실, 병원과 같이 사람이 많이 거주하는 실내에서 발생하는 공기를 청정하여 깨끗한 공기를 공급하기 위한 목적으로 개발한 것으로, 실내의 곳곳에 센서를 설치 배치한 센서네트워크 시스템을 공기청정기에 적용하여 실내 곳곳에 발생할 수 있는 먼지의 위치를 계산하여 먼지의 발생 위치에 따라 능동적으로 공기를 청정할 수 있도록 한 센서네트워크를 이용한 공기청정 시스템에 관 한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출한 것으로, 먼지 발생 위치를 계산하기 위하여 먼지를 검출할 수 있는 센서를 집안 천장에 동서남북으로 설치하며, 이 센서들은 ZigBee 통신을 이용하여 현재 집안의 먼지 정보를 센서 코디네이터에 전송하고, 센서 코디네이터는 센서들로부터 수신된 먼지 검출 시간을 이용하여 먼지의 위치를 계산하고 공기청정기의 풍향을 능동적으로 결정한 것으로 실내 천장의 동서남북 여러 곳에 설치한 먼지감지 센서모듈의 센서를 통해 먼지 발생 위치를 먼저 센서 네트워크에 전달하면 방안의 먼지를 검출하고 검출된 정보를 센서 코디네이터에게 보내주면 센서 코디네이터는 보다 효율적인 먼지 제거를 위해서 먼지 발생 위치를 추정하여 풍향 제어신호를 생성하여 공기 청정기에 그 신호를 보내면 공기 청정기는 그 신호에 따라서 풍향의 방향을 조절하도록 한 것이다.

상기와 같이 된 본 발명은 실내 천장의 동서남북 여러 곳에 설치한 먼지감지 센서모듈의 센서중에서 먼지를 감지한 센서의 작동에 따라 풍향의 방향 각도를 공기청정기에 전달하여 줌으로 실내공기가 깨끗하여 감지가 약하게 감지될 경우 공기청정기의 풍향을 약하게 자동적으로 조절하여 줌으로 전기 비용의 절감을 할 수 있고 공기청정기의 풍향 강약을 수동으로 조절하지 않아도 편리하게 사용할 수 있도록 한 것이다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 공기청정 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공기청정 시스템의 흐름도이며, 도 3a는 왼쪽, 도 3b는 가운데, 도 3c는 오른쪽 센서에 먼지가 검출된 것을 나타낸 것으로 각각 하나의 센서에서 먼지가 검출된 경우 결정된 풍향을 나타낸 것이며, 도 4는 두 개의 센서에서 먼지가 검출된 경우의 풍향과 가중치 영역을 나타낸 것이며, 도 5는 세 개의 센서에서 먼지가 검출된 경우의 풍향과 가중치 영역을 나타낸 것이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 공기청정시스템은, 센서 네트워크(10)와, 센서 코디네이터(20)와, 공기청정기(30)를 포함한다.

상기의 센서 네트워크(10)는 먼지감지 센서모듈(40)과, 통신모듈(50)를 포함한다.

상기의 먼지감지 센서모듈(40)은 먼지를 검출할 수 있는 센서를 포함하며, 센서로 실내 천장의 동서남북 여러 곳에 설치하며 먼지 발생 위치를 계산한다.

상기 통신모듈(50)은 상기 먼지감지 센서모듈(40)에서 발송되는 신호를 수신하여 이를 지그비(ZigBee)통신을 이용하여 현재 집안의 먼지 정보를 센서 코디네이터(20)에 전송한다.

상기 센서 코디네이터(20)는 먼지감지 센서모듈(40)의 센서들로부터 수신된 먼지 검출 시간을 이용하여 먼지의 위치를 계산하고 공기청정기(30)의 풍향을 능동적으로 결정한다.

즉, 하나의 먼지감지 센서모듈(40)의 센서에 먼지가 검출되어 지면 검출신호를 통신모듈(50)의 지그비(ZigBee)통신을 이용하여 센서 코디네이터(20)에 전송하면, 센서 코디네이터(20)에는 검출된 시간을 저장한 후 공기청정기(30)로 신호를 보내어 공기청정기(30)의 풍향을 먼지가 검출된 센서의 먼지감지 센서모듈(40) 쪽으로 향하게 한다.

그런 상태에서 다시 다른 하나의 센서에 먼지가 검출되면 각각의 센서에 먼지가 검출된 시간을 이용하여 거리 차를 구하고 각각의 센서를 초점으로 하는 쌍곡선 방정식을 구한다.

상기와 같이 구해진 쌍곡선은 먼지의 발생위치를 나타내게 되는데 공기 청정기(30)의 풍향이 이 쌍곡선의 위치를 지날 때는 가중치를 두어 더 오래 공기를 청정 시키도록 한다.

마지막으로 세 군데 이상의 센서에서 먼지가 검출되면 두 개의 쌍곡선의 방정식을 연립하여 먼지 발생 위치를 보다 정밀하게 추정하여 풍향을 조절한다.

상기와 같은 본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기와 같은 본 발명은 실내 천장의 동서남북 여러 곳에 설치한 먼지감지 센서모듈(40)의 센서를 통해 먼지 발생 위치를 먼저 센서 네트워크(10)에 전달하면 방안의 먼지를 검출하고 검출된 정보를 센서 코디네이터(20)에게 보내주면 센서 코디네이터(20)는 보다 효율적인 먼지 제거를 위해서 먼지 발생 위치를 추정하여 풍향 제어신호를 생성하여 공기 청정기(30)에 그 신호를 보내면 공기 청정기(30)는 그 신호에 따라서 풍향의 방향을 조절하는 것이다.

이와 같이 된 본 발명에 있어 먼지 발생 위치의 추정은 하나의 점 오염원이 정상적으로 확산 된다는 가정하에 이루어진다.

이러한 가정은 센서들간의 먼지 검출 시간의 차이와 먼지 확산 방정식을 이용하여 먼지 발생 위치를 추정 가능하게 한다.

먼지 발생 위치 추정은 하나의 센서에서만 먼지가 검출된 경우, 두 개의 센서에서 먼지가 검출된 경우, 그리고 세 개 이상의 센서에서 먼지가 검출된 경우로 나누어서 이루어진다.

상기와 같은 본 발명의 실시 예에 있어서는, 도 3a, 도3b, 도 3c에 도시한 바와 같이 어느 하나의 센서에서 먼지가 검출된 경우에는, 하나의 센서에서만 먼지가 검출되었기 때문에 먼지의 발생 위치가 그 센서 주변이라고 결정할 수 있다.

즉, 먼지의 발생 위치는 주변의 다른 센서들보다는 먼지가 검출된 센서쪽에 가깝다는 것이다.

그러므로 공기 청정기(30) 풍향을 먼지가 검출된 센서를 중심으로 주변의 센 서까지 거리의 절반으로 한다.

상기 실시 예에 있어, 도 4처럼 두 개의 센서에서 먼지가 검출된 경우는, 처음 먼지가 검출된 센서와 두 번째 먼지가 검출된 센서 간의 검출 시간의 차와 먼지 확산 방정식을 이용한 단위 시간당 먼지의 이동거리를 구한다.

이렇게 구해진 시간의 차와 시간당 먼지의 이동거리를 곱한 값을 이용하여 각 센서의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선의 방정식을 얻을 수 있다.

그리고 먼지가 검출된 두 개의 센서 근처에서 먼지가 발생하였음을 가정할 수 있다.

따라서 먼지 발생 가능 영역에서 쌍곡선의 방정식을 대입하면 먼지 발생 가능 위치에 대한 자취를 추정할 수 있다.

예를 들어 처음 먼지를 검출한 센서가 서쪽 센서 F(wx, wy)이고, 두 번째 먼지를 검출한 센서가 북쪽 센서 F'(nx, ny)라면 다음 식에 의해서 먼지 발생 위치를 추정 가능하다.

그 방정식은 아래와 같다.

여기서, timeCount는 첫 번째 센서에 먼지가 검출된 후 두 번째 센서에 먼지가 검출되기까지의 시간이고 V는 단위 시간당 먼지의 이동량이다.

공기청정기(30)의 풍향이 위 식에 의해 추정된 위치를 향할 경우 가중치를 두어 더 오래 풍향이 그 방향을 향하도록 한다.

상기 실시 예에 있어, 도 5처럼 세 개 이상의 센서에서 먼지가 검출된 경우, 두 개의 센서에서 먼지가 검출된 경우와 같은 방법으로 먼지 발생 위치를 추정하는데 여기서는 쌍곡선의 방정식이 하나 더 나오기 때문에 두 개의 쌍곡선 방정식을 연립하여 풀어서 먼지 발생 가능 위치에 대한 자취가 아니라 한 점의 위치를 추정할 수 있다.

그러므로 두 개의 센서에서 먼지가 검출되었을 경우보다 정밀하게 공기 청정기(30) 풍향에 대한 가중치를 부여할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 있어 먼지 확산 방정식은 점 오염원에 대한 정상상태의 확산방정식은 아래와 같이 표현된다.

여기서

는 오염농도,

는 오염발생량이며

는 델타함수이다. 점오염원의 위치는 (

,

,

) 이다.

풍속(

), 연직 방향과 풍향의 수직 방향의 확산계수(

,

)는 다음과 같이 표현하였다.

상기와 같이 된 본 발명은 하나의 센서에 먼지가 검출되어 지면 검출된 시간을 저장한 후 공기청정기(30)의 풍향의 방향을 먼지가 검출된 센서 쪽으로 향하게 하고, 그런 상태에서 다시 다른 하나의 센서에 먼지가 검출되면, 각각의 센서에 먼지가 검출된 시간을 이용하여 거리차를 구하고 각각의 센서를 초점으로 하는 쌍곡선 방정식을 구한다.

이렇게 구해진 쌍곡선은 먼지의 발생위치를 나타내게 되는데 공기 청정기(30)의 풍향이 이 쌍곡선의 위치를 지날 때는 가중치를 두어 더 오래 공기를 청정 시키도록 하며, 마지막으로 세 군데 이상의 센서에서 먼지가 검출되면 두 개의 쌍곡선의 방정식을 연립하여 먼지 발생 위치를 보다 정밀하게 추정하여 풍향의 방향을 조절하도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공기청정 시스템의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 공기청정 시스템의 흐름도

도 3a는 왼쪽 센서에 먼지가 검출된 것을 나타낸 예시도

도 3b는 가운데 센서에 먼지가 검출된 것을 나타낸 예시도

도 3c는 오른쪽 센서에 먼지가 검출된 것을 나타낸 예시도

도 4는 두 개의 센서에서 먼지가 검출된 경우의 풍향과 가중치 영역을 나타낸 예시도

도 5는 세 개의 센서에서 먼지가 검출된 경우의 풍향과 가중치 영역을 나타낸 예시도

도면의 주요부분에 대한 부호 설명

10: 센서 네트워크

20: 센서 코디네이터

30: 공기청정기

40: 먼지감지 센서모듈

50: 통신모듈

Claims (1)

1. 복수 개의 위치에 설치되어 각 위치의 먼지를 검출할 수 있는 센서를 포함한 먼지감지 센서모듈(40);

   상기 먼지감지 센서모듈(40)에서 전송되는 신호를 받아 이를 지그비(ZigBee)통신을 이용하여 다시 전송하는 통신모듈(50);

   상기 먼지감지 센서모듈(40)과 통신모듈(50)로 된 센서 네트워크(10);

   상기 센서 네트워크(10)를 통해 발송되는 먼지 검출 시간을 지그비 통신으로 수신하여 먼지의 위치를 계산하고, 현재 집안의 먼지 정보를 전송하는 센서 코디네이터(20); 및

   상기 센서 코디네이터(20)로부터 상기 먼지 검출 시간에 따른 먼지 정보를 수신하여 풍향을 풍향을 능동적으로 결정하여 작동하는 공기청정기(30);를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서네트워크를 이용한 공기청정 시스템.

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