[논문]무선통신을 이용한 스마트 기상 측정 시스템 개발에 관한 연구

최원혁; 지민석

doi:10.12673/jkoni.2012.16.3.449

무선통신을 이용한 스마트 기상 측정 시스템 개발에 관한 연구
A Study on Development of the Smart Weather Watching Systems 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.16 no.3 = no.54, 2012년, pp.449 - 454

초록
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최근 유비쿼터스 컴퓨팅 기술의 발전함에 따라 센서기반 시스템이 IT 업계의 큰 이슈로 떠오르고 있다. 센서기반시스템을 응용한 스마트 기상 측정 시스템은 기상관측의 중요 인자인 온도를 위치와 고도에 구애받지 않고 실시간으로 측정할 수 있다. 스마트 기상 측정 시스템은 GPS의 위치정보를 송신하는 제어부와 PC의 무선 수신부로 구성되었다. 제어부는 측정기구 본체로서 ATmega2560을 프로세서로 사용하여 온도센서와 GPS를 제어하고, 측정된 정보는 RF 모듈을 통해서 수신부에서 송신부인 PC로 보내서 데이터를 처리할 수 있도록 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

According to the development of the ubiquitous computing technic today, the sensor base system is becoming a big issue in IT fields. This study is to develop a smart weather watching system which allows us to carry out temperature measuring without regard to location and altitude using the sensor de...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 농업분야에서는 기상상태를 판별하거나 위치에 따른 온습도상태 측정하여 기상 상태 따른 문제에 대비 할 수 있는 시스템 이 요구된다[2-4]. 그러므로 많은 산업에서 기상센서 시스템 및 신뢰성 확보에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 다양한 센서와 상호 동작하여 모니터링 할 수 있는 최적 시스템을 개발하고자 한다. 기상 측정 시스템의 신뢰성을 높이기 위해서는 기상센서가 위치변화와 고도에 따른 기상 데이터의 정확한 분석이 필요하다.
또한 무선통신을 적용하여 유선에 따른 복잡한 배선 문제에 대한 효과적 인 시스템 적용의 솔루션을 제공하고자 하였다[6].
이를 위하여, 센서 신호처리부와 GPS를 설치하여 위치와 고도에 따른 기상 데이트를 실시간으로 목적지에 전송할 필요가 있다. 본 논문에서는 무석통신을 이용한 기상센서와 위치인식을 할 수 있는 스마트 기상 측정 시스템을 개발하였다. 스마트 기상측정기는 GPS신호를 기준으로 고도 500m(1Km 가능)상공의 사진과 온도를 측정하고, 이를 지상국으로 무선신호를 보내는 측정 장비이다.
본 논문에서는 스마트 기상 측정 시스템을 직접 설계 및 제작하였다. 스마트 기상 측정 시스템은 센서 모듈을 사용하여 기상에서 가장 중요한 온도를 센서값으로 보내도록 구성하였다.
그림5는 스마트 기상측정 시스템에서 사용한 GPS 모듈이며, GPS 측정부이다. 스마트 기상 측정 시스템은 GPS 좌표, 온도센서 온도 데이터들을 RF 송수신부를 통해서 지상으로 전송하는 것이 목적이다. 지상에서는 PC의 USB 포트에 연결한 동일한 제품의 RF 송수신부를 사용하여 데이터를 송수신하였다.

제안 방법

본 연구에서 제안한 지상국과 스마트 기상 측정 시스템에는 현재 상태의 위치를 쉽게 확인할 수 있도록 GPS를 설치하였으며,무선전송을 위해 RF 송수신부를 지상국 PC와 스마트 기상 측정 시스템 보드에 장착하였다. CPU로 사용하는 마이크로프로세서는 센서 데이터처리, 그리고 RF송수신부를 이용하여 그 데이터 값을 무선통신으로 전송하고, 일정한 패킷 형식으로 변환하는 기능을 구현 하였다. 그리고 관리 시스템이라 할 수 있는 모니터링 프로그램은 Visual C++를 기반으로 API 프로그램을 구성하여 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 제작하였다[4].
그리고 ATmega2560의 ADC 기능을 이용하여 센서 데이터, GPS 위치를 읽어 들여 프로그램으로 처리하고, 그 값을 Hex값으로 변환하여 무선통신으로 데이터를 전송하고, 전송한 데이터를 API프로그램을 이용하여 지상국 PC에서 확인하였다. 본 시스템의 활용도를 높이면 실생활에서 휴대 단말기 등으로 기상 정보 및 위치정보를 등 다양하게 활용할 수 있다.
스마트 기산측정 시스템은 CPU로 사용하는 마이크로프로세서는 센서 데이터처리, 그리고 무선 송수신부를 이용하여 그 데이터 값을 무선통신으로 전송하고, 일정한 패킷 형식으로 변환하는 기능을 구현 하였다. 그리고 관리 시스템이라 할 수 있는 모니터링 프로그램은 Visual C++를 기반으로 API 프로그램을 구성하여 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 제작하였다.
8(a)과 같이 실험을 위하여 풍선을 이용하여 위치 정보를 측정 하였다. 그림8의 37.4900~37.4890사이의 위치에서 비행한 것을 알 수 있으며 위치에 따른 높이 정보를 RF통신을 통 해 무선으로 전송하며, 위치와 높이의 데이터 값을 모니터링 프로그램을 구현하여 실시간으로 기상 값을 측정하였다 또한 서버를 통해 다른 호스트에서 모니터링프로 그램에 접속하여 모니터링 및 제어를 할 수 있는 기능과 상황에 따른 정보를 웹서비스를 통하여 관리자의 휴대폰으로 전송하는 등 다양한 기능적인 부분을 추가하여 실용적인 모니터링 시스템을 보이고자 하였다.
그림7은 RF 송수신부 이다. 본 수신기는 GPS와 Galileo 시스템으로부터 좌표를 받을 수 있는 장치다 GPS수신기로부터 좌표 값을 받기만 하면 되므로 수신기 측의 TxD와 마이컴 측의 RxD만 연결하였다. 개활지에서 2~5m의 오차 값을 고려하였다.
본 연구에서 제안한 지상국과 스마트 기상 측정 시스템에는 현재 상태의 위치를 쉽게 확인할 수 있도록 GPS를 설치하였으며,무선전송을 위해 RF 송수신부를 지상국 PC와 스마트 기상 측정 시스템 보드에 장착하였다. CPU로 사용하는 마이크로프로세서는 센서 데이터처리, 그리고 RF송수신부를 이용하여 그 데이터 값을 무선통신으로 전송하고, 일정한 패킷 형식으로 변환하는 기능을 구현 하였다.
이에 따라, 품질이 강화된 고품질 서비스의 원활한 제공을 위하여 오지의 기상측은 당연한 것이다 따라서, 언제 어디서나 센서 서비스들이 통합, 융합되는 유비쿼터스형 복합서비스의 대거 출현이 기대된다. 스마트 기산측정 시스템은 CPU로 사용하는 마이크로프로세서는 센서 데이터처리, 그리고 무선 송수신부를 이용하여 그 데이터 값을 무선통신으로 전송하고, 일정한 패킷 형식으로 변환하는 기능을 구현 하였다. 그리고 관리 시스템이라 할 수 있는 모니터링 프로그램은 Visual C++를 기반으로 API 프로그램을 구성하여 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 제작하였다.
본 논문에서는 스마트 기상 측정 시스템을 직접 설계 및 제작하였다. 스마트 기상 측정 시스템은 센서 모듈을 사용하여 기상에서 가장 중요한 온도를 센서값으로 보내도록 구성하였다.
스마트 기상 측정 시스템은 크게 GPS 측정부, RF 송수신부, 온도센서부, 제어부로 나누어 개발하였다. 그림 1은 스마트 기상 측정 시스템 블록 회로도 이다.
스마트 기상측정기는 GPS신호를 기준으로 고도 500m(1Km 가능)상공의 사진과 온도를 측정하고, 이를 지상국으로 무선신호를 보내는 측정 장비이다. 스마트 기상 측정 장비는 크게 GPS 측정부, RF 송수신부, 온도센서부, 제어부로 나누어서 개발하였다.

대상 데이터

그림 1은 스마트 기상 측정 시스템 블록 회로도 이다. 본 시스템은 GPS 측정부, RF 송수신부, 센서 및 제어부로 구성되어 있다[3].
스마트 기상 측정 시스템은 Atmel사의 ATmega 2560을 사용하여 전체 장치들을 제어하였다. 초기에는 우리 팀이 주로 사용하고 있고 8bit 마이크로컨트롤러(이하 “마이컴”)의 대표 격인 ATmega 128을 고려하고 있었다.
실험으로는 원격지의 스마트 기상 측정 시스템에 연계되어 있는 센서 모듈의 측정값이 지상국 PC에 전달되는지 확인하는 것이고, GPS의 위치센서 데이터를 실험 데이터로 사용하였다.

성능/효과

6C 정도의 측정값을 확인 확인할 수 있다. 실험을 통하여 시스템을 동작시켜본 결과 고도에 따라 측정 온도 값이 다소 떨어짐을 확인하였다. 그러나 180M에서 240M사이에는 온도 변화가 없음을 알 수 있다.

후속연구

그리고 ATmega2560의 ADC 기능을 이용하여 센서 데이터, GPS 위치를 읽어 들여 프로그램으로 처리하고, 그 값을 Hex값으로 변환하여 무선통신으로 데이터를 전송하고, 전송한 데이터를 API프로그램을 이용하여 지상국 PC에서 확인하였다. 본 시스템의 활용도를 높이면 실생활에서 휴대 단말기 등으로 기상 정보 및 위치정보를 등 다양하게 활용할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기상 측정 시스템의 신뢰성을 높이기 위해서는 무엇이 필요한가?	그러므로 많은 산업에서 기상센서 시스템 및 신뢰성 확보에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 다양한 센서와 상호 동작하여 모니터링 할 수 있는 최적 시스템을 개발하고자 한다. 기상 측정 시스템의 신뢰성을 높이기 위해서는 기상센서가 위치변화와 고도에 따른 기상 데이터의 정확한 분석이 필요하다 . 이를 위하여, 센서 신호처리부와 GPS를 설치하여 위치와 고도에 따른 기상 데이트를 실시간으로 목적지에 전송할 필요가 있다 .
	스마트 기상측정기란 무엇인가?	본 논문에서는 무석통신을 이용한 기상센서와 위치인식을 할 수 있는 스마트 기상 측정 시스템을 개발하였다. 스마트 기상측정기는 GPS신호를 기준으로 고도 500m(1Km 가능)상공의 사진과 온도를 측정하고, 이를 지상국으로 무선신호를 보내는 측정 장비이다. 스마트 기상 측정 장비는 크게 GPS 측정부, RF 송수신부, 온도센서부, 제어부로 나누어서 개발하였다.
	농업분야에서 스마트 기상 시스템에 무엇을 요구하는가?	스마트 기상 측정시스템의 경우 사람이 접근할 수 없는 지역이나 기상 상태로 인한 피해가 예상되는 지역에서는 조기에 기상 정보를 수집하여 초동조치로서 상황에 대비하는 것이 요구된다. 또한 농업분야에서는 기상상태를 판별하거나 위치에 따른 온습도상태 측정하여 기상 상태 따른 문제에 대비 할 수 있는 시스템 이 요구된다[2-4]. 그러므로 많은 산업에서 기상센서 시스템 및 신뢰성 확보에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 다양한 센서와 상호 동작하여 모니터링 할 수 있는 최적 시스템을 개발하고자 한다.

참고문헌 (11)

K. S. C. Kuang, S. T. Quek, and M. Maalej "Remote flood monitoring system based on plastic optical fibres and wireless mote", Sens. Actuators A, vol. 147, pp. 449-455, 2008.

상세보기
C. Vazquez, A. B. Gonzalo, S. Vargas, and J. Montalvo, "Multi-sensor system using plastic opticaling ps. Monintrinsically saelevel siarirements", Sens. Actuators A, vol. 116, pp. 22-32, 2004.

상세보기
USCG Navigation Center GPS page, http://www.navcen.uscg.nil/gps/default.html, Jan. 2000
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Miles E. Smid, "From DES to AES," 2000, (http//www.nist.gov/aes).
진달복, "ATmega128과 그 응용," 양서각, 2003.8
National Semiconductor Corporation "LM35 Datasheet", 2000.
J.M Kang, T.W. Yoo, and H.C. Kim, "A wrist-worn integrated health monitoring instrument with a tele-reporting device for telemedicine and tele-care", IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 55, no. 5, pp. 1655-1661, 2006

상세보기
C.S. Park and P. H. Chou, "Eco: ltra-wearable and expandable wireless sensor platform", Proceedings of the International workshop on Wearable and Implantable Body Sensor etwork, pp.158-162 2006.
C.S. Park, JF. Liu, and P.H. Chou, "Eco : an ultra-compact low-power wireless sensor node for real-time motion monitoring", Information Processing in sensor Networks, pp. 398-403,
이영동, 정완영, "유비쿼터스 헬스 케어를 위한 센서네트워크 기반의 심전도 및 체온측정 시스템 ; 1. 센서 네트워크 플랫폼 구축", 센서학회지, 제15권, 제 5호, pp. 362-370

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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