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NMEA 2000 기반 2차원 초음파 풍향 풍속계에 관한 연구
A Study on NMEA 2000 based two-dimensional Ultrasonic Anemometer 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.15 no.1 = no.46, 2011년, pp.25 - 31  

김종현 (한국해양대학교 제어계층공학과) ,  박동현 (한국해양대학교 제어계층공학과) ,  김경엽 (한국해양대학교 제어계층공학과) ,  유영호 (한국해양대학교 제어계층공학과)

초록
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최근에는 NMEA 2000 프로토콜이 SOLAS 선박의 실시간 네트워크 장비의 표준으로 인증 된다. 본 논문에서는 항해 필수 장비인 초음파 센서를 이용한 NMEA 2000이 탑재된 2차원 풍향 풍속계를 개발하였다. 개발된 시스템은 NMEA 2000 장비와의 연결을 테스트하기 위해 수심, 속도, GPS 장비로 구성된 NMEA 2000 네트워크에 연결하였으며, 기존에 제작된 타사 풍향 풍속계와 비교하기 위해 기능시험을 수행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently NMEA 2000 protocol is familiarized as a standard real time instrument network of SOLAS ship. This paper is studied to develop NMEA 2000 based two-dimensional ultrasonic anemometer which is core device for navigation as a sensor of wind speed and direction using ultrasonic including temperat...

주제어

#NMEA 2000   #Sonic Anemometer   #Navigation device  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 2차원 초음파 풍향 풍속 시스템의 기본 원리와 풍향과 풍속에 대한 초음파의 특성을 분석하였다. 또한 GPS 및 콤파스등의 부가기능을 추가 하였으며, NMEA 2000[3-4] 네트워크의 특성을 분석하고 기존의 상용화된 제품이 연결된 NMEA 2000 네트워크에서 풍향 풍속의 데이터를 실시간으로 전송되는 것을 확인함으로써 NMEA 2000 네트워크에서 동작하는 초음파 풍향풍속계를 개발하고자 한다.
  • 본 논문에서는 NMEA 2000 네트워크에 제작한 초음파 풍향 풍속계와 WSO100(M사), PB200(A사)의 비교 연구를 위하여 8개의 방위각의 풍향과 선풍기의 미풍, 약풍 및 강풍의 3가지 풍속 실험을 하였다.
  • 본 논문에서는 NMEA 2000 프로토콜을 탑재한 2차원 초음파 풍향 풍속계를 구현하였다. NMEA 2000네트워크 스택을 탑재하여 PC모니터링 프로그램으로 확인하였으며, 타사의 제품과 성능 비교를 통하여 데이터를 검정하였다.
  • 본 논문에서는 초음파 풍향 풍속계를 소형으로 만들기 위하여 총 3개의 기판을 제작하였다. 속도 및 방향, 위치등을 계산하기 위한 PCB는 Compass 및 GPS 수신부(그림 3)와 4개의초음파 센서로 풍향과 풍속을 측정하는 초음파 송수신부(그림 4), 그리고 데이터를 취합하여 NMEA 2000 데이터로 변환하여 네트워크에 전송하는 NMEA 2000 스택이 올라가 있는 CAN 통신 네트워크부(그림 5)로 나누어진다.
  • 본 연구에서는 2차원 초음파 풍향 풍속 시스템의 기본 원리와 풍향과 풍속에 대한 초음파의 특성을 분석하였다. 또한 GPS 및 콤파스등의 부가기능을 추가 하였으며, NMEA 2000[3-4] 네트워크의 특성을 분석하고 기존의 상용화된 제품이 연결된 NMEA 2000 네트워크에서 풍향 풍속의 데이터를 실시간으로 전송되는 것을 확인함으로써 NMEA 2000 네트워크에서 동작하는 초음파 풍향풍속계를 개발하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초음파 풍향 풍속계의 장점은? 초음파 풍향 풍속계의 장점은 먼저, 기계식과는 달리 움직이는 부분이 없기 때문에 기계적 마찰 저항으로부터 자유롭고 풍속에 대한 초음파의 반사시간을 측정하기 때문에 저속의 풍향도 측정할 수 있다. 둘째, 초음파 방식은 기기를 소형화 할 수 있고, 기계식에 비해 측정 지역의 바람이 갑작스러운 변화에도 잘 적응하며, 낮은 풍속과 강풍까지 측정할 수 있다．셋째, 임베디드 시스템에서 작동되기 때문에 데이터의 수집이 용이하고 데이터베이스 관리 및 보관이 가능하여 순간 풍속, 평균 풍속, 평균 풍향 등의 데이터 기록과 보관이 편리하며 유용한 데이터베이스로 활용할 수 있는 이점이 있다. 따라서 현재의 기계식 풍향 풍속계는 점차적으로 초음파 풍향 풍속계로 대체되어 질 전망이다.
초음파 풍향 풍속계는 어떻게 구성되어 있는가? 초음파 풍향 풍속계는 동, 서로 마주보고 남, 북으로 서로 마주보는 4개의 초음파 센서로 구성되고, Doppler 효과의 원리에 기초한다. 초음파 측정을 위해 초음파 펄스를 마주보고 있는 초음파 센서를 향하여 발사한다.
초음파 풍향 풍속계에서 초음파 측정을 위해 어떤 동작을 하는가? 초음파 풍향 풍속계는 동, 서로 마주보고 남, 북으로 서로 마주보는 4개의 초음파 센서로 구성되고, Doppler 효과의 원리에 기초한다. 초음파 측정을 위해 초음파 펄스를 마주보고 있는 초음파 센서를 향하여 발사한다. 발사한 방향과 같은 방향으로 바람이불 경우 반대방향에 비해 초음파가 도달하는 시간이 짧아진다.
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참고문헌 (6)

  1. 유영호, "차세대IT선박 기술분석과 전망", 전자공학회지, vol. 35, no. 2, pp. 19-29, 2008. 

    원문보기 상세보기

  2. NAV 54차 회의에 따른 새로운 IT조선기자재 동향 및 IT Find 주간 기술동향, 정보통신연구진흥원, Vol. 1368, pp. 29-38, 2008. 

  3. Membership Information in NMEA http://www.nmea.org 

  4. NMEA 2000 Standard For Seral-Data Networking Of Marine Electronic Devices, Appendix C, Certification Criteria and Test Methods, Version 1.200, October 1, 2004 

  5. 박동현, 김종현 김경엽, 홍지태, 유영호, "Development of SOC for NMEA 2000 Ship Standard Network Protocol Using FPGA", International Symposium on Marine Engineering (ISME), 2009. 

  6. 박도현, 예윤해, "위상 측정 방식을 이용한 3차원 초음파 풍향풍속계의 특성분석", 센서학회지 제15권 제6호, 2006, pp. 442 - 448 

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