본 논문은 가정의 6종 미터기(수도, 온수, 난방, 냉방, 가스, 전력량)의 계량을 통합하여 검침할 수 있는 통합 검침장치 지시부(HCD)를 개발에 대한 연구이다. 본 개발 장치에서는 각 세대의 6종 계량기의 계량값을 원격으로 검침하여 표시부에 표출하는 한편, 이 검침값들을 통신라인을 통하여 원격검침 서버컴퓨터로 보내질 수 있는 기능을 구현하기 위하여 2개의 MCU로 미터기 검침과 서버응답 기능을 분리하여 수행하는 방법을 제시한다. HCD의 하드웨어 설계, 통신 프로토콜, HCD 용 LCD 설계, 프로그램 구성 등과 함께 완성된 시스템의 테스트 결과를 보여준다. 제안된 방법에 의하여 개발된 시스템을 automatic meter reading(AMR)에 적용할 경우 기존시스템 보다 응답이 빠르며, 가격, 설치비, 유지비 등이 저렴한 장점이 있다.
본 논문은 가정의 6종 미터기(수도, 온수, 난방, 냉방, 가스, 전력량)의 계량을 통합하여 검침할 수 있는 통합 검침장치 지시부(HCD)를 개발에 대한 연구이다. 본 개발 장치에서는 각 세대의 6종 계량기의 계량값을 원격으로 검침하여 표시부에 표출하는 한편, 이 검침값들을 통신라인을 통하여 원격검침 서버컴퓨터로 보내질 수 있는 기능을 구현하기 위하여 2개의 MCU로 미터기 검침과 서버응답 기능을 분리하여 수행하는 방법을 제시한다. HCD의 하드웨어 설계, 통신 프로토콜, HCD 용 LCD 설계, 프로그램 구성 등과 함께 완성된 시스템의 테스트 결과를 보여준다. 제안된 방법에 의하여 개발된 시스템을 automatic meter reading(AMR)에 적용할 경우 기존시스템 보다 응답이 빠르며, 가격, 설치비, 유지비 등이 저렴한 장점이 있다.
This paper highlights the home concentrate device(HCD) that integrates the data reading and display of the six types of meters (water, hot water, heating, cooling, gas and electricity) used in Korean residential areas. Unlike the conventional system which utilizes single MCU, the developed system us...
This paper highlights the home concentrate device(HCD) that integrates the data reading and display of the six types of meters (water, hot water, heating, cooling, gas and electricity) used in Korean residential areas. Unlike the conventional system which utilizes single MCU, the developed system uses two MCUs for one MCU to gather the meter readings and for the other MCU to communicate to the server computer. Hard ware design, communication protocols, LCD design and program structures are discussed and the test results are shown in this paper. With the implementation of integrated meter reading, the developed system can increase the popularity of automatic meter reading(AMR) with its better scalability, pricing, installation fee, maintenance and faster response.
This paper highlights the home concentrate device(HCD) that integrates the data reading and display of the six types of meters (water, hot water, heating, cooling, gas and electricity) used in Korean residential areas. Unlike the conventional system which utilizes single MCU, the developed system uses two MCUs for one MCU to gather the meter readings and for the other MCU to communicate to the server computer. Hard ware design, communication protocols, LCD design and program structures are discussed and the test results are shown in this paper. With the implementation of integrated meter reading, the developed system can increase the popularity of automatic meter reading(AMR) with its better scalability, pricing, installation fee, maintenance and faster response.
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문제 정의
본 논문에서는 AMR 또는 AMI에 적용이 보다 용이하도록 기존의 HCD 보다 응답시간이 빠르고, 가정의 6종 미터기(수도, 온수, 난방, 냉방, 가스, 전력량)의 계량을 통합하여 검침할 수 있는 통합 검침장치 지시부(HCD)를 개발하였다. 개발시스템에 대한 하드웨어 설계, 통신 프로토콜, LCD 설계, 프로그램 구성 등에 대하여 연구하고 테스트 결과를 나타내었다.
본 논문에서는 가정의 6종 계량값 데이터를 통합하여 수신하는 HCD 의 하드웨어 설계, 통신 프로토콜, HCD 용 LCD 설계 제작, 펌웨어 프로그램 구성 및 작성, 서버컴퓨터 GUI 프로그램 및 통신 프로그램 개발 등에 대하여 설명하고 계량기 연결 테스트및 HCD 와 서버컴퓨터간 통신 연결 테스트 결과를 보여준다.
기존 [8]에서와 같이 미터기로부터 펄스입력을 받는 방식의 HCD(HCU)의 경우 미터기와의 통신(펄스 입력)이 단락되면 통신(펄스입력)이 재개되더라도 단락되었던 기간만큼의 데이터가 상실되므로 문제점을 가지고 있고, LS산전의 [7]과 같은 시스템의 경우 유니캐스팅방식을 사용하므로 데이터요구 신호와 응답 신호사이의 시간지연이 발생하여 수천가수 이상의 대량 세대 검침에서는 많은 시간이 소요되는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 하나의 HCD로 전기, 가스, 수도, 온수, 난방, 냉방의 6종류의 디지털미터기를 모두 연결하여 검침하는 시스템을 개발한다. 개발 시스템은 다음과 같이 기존의 방법 보다 독창적이며 개선된 점을 가지고 있다.
이에 따라 본 논문에서는 세대의 6종 계량기의 계량값을 통합하여 검침할 수 있는 세대집중화장치 (HCD; home concentrate device)를 개발한다. 개발된 장치는 하나의 장치로 세대 6종 계량기를 모두 원격 검침 장치로 사용이 가능하며, AMR(automatic meter reading; 원격검침) 장치, AMI(automatic meter infrastructure; 원격검침 인프라) 장치, 스마트 그리드 시스템 및 마이크로 그리드 시스템에 적용이 가능 하도록 개발한다.
제안 방법
본 개발 장치는 각 세대의 6종 계량기의 계량값을 원격으로 검침하여 표시부에 표출하는 한편, 이 검침값들은 통신라인을 통하여 원격검침 서버컴퓨터로 보내질 수 있는 기능을 가진다. 개발된 시스템은 미터기 검침과 서버와의 통신에 각각 다른 MCU를 사용하여 기능을 전담하도록 하고 두 MCU간의 데이터는 SPI 통신을 통하여 공유하도록 하였다. 이러한 구조와 함께, 고유의 ID를 가지도록 하여 AMR 등에 적용시 브로드캐스팅 방식에 적용할 수 있어 기존시스템 보다 응답이 빠르며, 가격, 설치비, 유지비 등이 저렴하도록 할 수 있다.
이에 따라 본 논문에서는 세대의 6종 계량기의 계량값을 통합하여 검침할 수 있는 세대집중화장치 (HCD; home concentrate device)를 개발한다. 개발된 장치는 하나의 장치로 세대 6종 계량기를 모두 원격 검침 장치로 사용이 가능하며, AMR(automatic meter reading; 원격검침) 장치, AMI(automatic meter infrastructure; 원격검침 인프라) 장치, 스마트 그리드 시스템 및 마이크로 그리드 시스템에 적용이 가능 하도록 개발한다.
본 논문에서는 AMR 또는 AMI에 적용이 보다 용이하도록 기존의 HCD 보다 응답시간이 빠르고, 가정의 6종 미터기(수도, 온수, 난방, 냉방, 가스, 전력량)의 계량을 통합하여 검침할 수 있는 통합 검침장치 지시부(HCD)를 개발하였다. 개발시스템에 대한 하드웨어 설계, 통신 프로토콜, LCD 설계, 프로그램 구성 등에 대하여 연구하고 테스트 결과를 나타내었다. 본 개발 장치는 각 세대의 6종 계량기의 계량값을 원격으로 검침하여 표시부에 표출하는 한편, 이 검침값들은 통신라인을 통하여 원격검침 서버컴퓨터로 보내질 수 있는 기능을 가진다.
AMR에서는 HCD등으로부터 데이터를 받아 데이터베이스에 저장하고 처리하기 위하여 서버컴퓨터에서 계량데이터관리시스템(Meter Data Managemet System)을 사용한다[6]. 그러나 여기서는 제안된 HCD의 슬레이브 모듈에 6종의 미터기를 연결하고, 마스터 모듈에 PC를 연결하여 동작을 테스트하기 위하여 비주얼베이직 6로 간단한 테스트 프로그램을 작성하였다. 프로그램은 통신 설정부, 자동읽기 및 수동읽기 선택부, 통신 송수신부, 데이터저장 및 디스플레이부로 구성되었다.
특히 서버가 브로드캐스팅 방법으로 데이터 요구를 할 시 ID가 더욱 필요한데, 이는 서버가 요구하는 ID를 가진 HCD만 응답하도록 하여야 하기 때문이다. 본 설계에서는 16비트 딥스위치를 사용하여 ID를 설정할 수 있도록 하였다.
HCD의 가장 주된 기능은 두가지로 구분할 수 있는데 하나는 6종류의 미터기로부터 계량 데이터를 읽어 메모리에 저장하고, 이 값들을 LCD에 디스플레이 하는 것과, 다른 하나는 서버컴퓨터로부터 데이터 전송요구에 따라 서버로 데이터를 전송하는 것이다. 이들 두가지 기능을 하나의 MCU로 처리 할 수도 있지만 미터기로부터 데이터를 읽는 시간동안 서버컴퓨터로 부터 데이터 요구를 받으면 대응이 늦어지는 문제가 있어 마스터 모듈과 슬레이브 모듈로 분리하여 기능을 담당하도록 설계하였다. MCU는 저전압, 저전력, 고기능이며 충분한 프로그램 메모리와 데이터저장용 플래시메모리 용량을 가지고 있으며 LCD 드라이버와 UART 통신이 내장되어 있는 TI사의 MSP430F4132를 선택하였다.
대상 데이터
이들 두가지 기능을 하나의 MCU로 처리 할 수도 있지만 미터기로부터 데이터를 읽는 시간동안 서버컴퓨터로 부터 데이터 요구를 받으면 대응이 늦어지는 문제가 있어 마스터 모듈과 슬레이브 모듈로 분리하여 기능을 담당하도록 설계하였다. MCU는 저전압, 저전력, 고기능이며 충분한 프로그램 메모리와 데이터저장용 플래시메모리 용량을 가지고 있으며 LCD 드라이버와 UART 통신이 내장되어 있는 TI사의 MSP430F4132를 선택하였다. 슬레이브모듈의 MCU는 미터기로부터 데이터를 읽는 기능을 담당하고, 마스터모듈의 MCU는 주기적으로 SPI 통신을 통하여 슬레이브 모듈에 저장된 계량데이터를 전송받아 저장하고 있다가 서버컴퓨터로부터 데이터전송 요구를 받으면 서버로 데이터를 전송하는 기능을 담당한다.
그러나 여기서는 제안된 HCD의 슬레이브 모듈에 6종의 미터기를 연결하고, 마스터 모듈에 PC를 연결하여 동작을 테스트하기 위하여 비주얼베이직 6로 간단한 테스트 프로그램을 작성하였다. 프로그램은 통신 설정부, 자동읽기 및 수동읽기 선택부, 통신 송수신부, 데이터저장 및 디스플레이부로 구성되었다. Fig.
성능/효과
10에 보여준다. 개발시스템의 측정 결과 파형 Fig. 11를 보면, 약 200mSec 의 응답속도를 보이는데 이는 기존의 시스템 보다 약 2배 이상 빠른 속도이다. 여기서 통신속도를 2400bps로 테스트 하였지만 RS485 통신을 사용하므로 통신속도를 증가시킬 수 있어 응답시간을 더욱 줄일 수 있다.
4 에 보여준다. 매 1초 마다 서버에서 데이터를 요구하고 응답을 받는 것으로 하여 3일 동안 테스트하여 데이터실패율을 테스트한 결과 100% 성공률로 데이터 전송의 안정성 및 신뢰성을 테스트 하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주거지의 각 세대에서 사용하는 계량기의 종류는 무엇인가?
AMR 에서는 특정 계량기의 검침값을 읽기 위해서는 검침 프로그램에서 해당 계량기를 호출하여 검침값을 요청하게 되고, 해당 계량기는 검침 프로그램으로 검침 값을 전송한다. 일반적으로 각 세대에서 사용하는 계량기는 수도, 온수, 난방, 냉방, 가스, 전력량계 등 6종이다. 이들 계량값을 모두 원격검침 하기위하여 각각의 계량기를 독자적으로 통신 연결하여 서버 컴퓨터로 보내는 것은 비용으로나 시간적으로 많은 경제적 손실을 가져 오게 된다.
HCD(HCU)의 문제점은 무엇인가?
기존 [8]에서와 같이 미터기로부터 펄스입력을 받는 방식의 HCD(HCU)의 경우 미터기와의 통신(펄스 입력)이 단락되면 통신(펄스입력)이 재개되더라도 단락되었던 기간만큼의 데이터가 상실되므로 문제점을 가지고 있고, LS산전의 [7]과 같은 시스템의 경우 유니캐스팅방식을 사용하므로 데이터요구 신호와 응답 신호사이의 시간지연이 발생하여 수천가수 이상의 대량 세대 검침에서는 많은 시간이 소요되는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 하나의 HCD로 전기, 가스, 수도, 온수, 난방, 냉방의 6종류의 디지털미터기를 모두 연결하여 검침하는 시스템을 개발한다.
원격검침시스템은 무엇인가?
이러한 문제점들을 해결하기위한 수단으로 원격검침시스템(AMR; Automatic Meter Reading)이 개발되어 왔다. AMR 은 각 세대를 방문하지 않고 전용선, 무선, 전력선, 초고속 LAN선 등의 통신네트워크를 이용하여 메인 서버에서 원격으로 각 세대 계량기의 계량값을 검침하는 시스템이다 [1-5]. AMR 에서는 특정 계량기의 검침값을 읽기 위해서는 검침 프로그램에서 해당 계량기를 호출하여 검침값을 요청하게 되고, 해당 계량기는 검침 프로그램으로 검침 값을 전송한다.
참고문헌 (8)
C. Wei, and J Yang, "Implementation of Automatic Meter Reading System Using PLC and GPRS," Journal of Information & Computational Science 8: 16, pp.4343-4350, 2011.
K. Amruta, and S.G Hate, "Implementation of Automatic Meter Reading System Using Wireless Sensor Network," International Journal of Advanced Research in Computer Engineering & Technology, vol. 2, issue 12, pp.3030-3032, 2013.
Li Quan-Xi, and Li Gang, "Design of remote automatic meter reading system based on ZigBee and GPRS," Proc. of the Third International Symposium on Computer Science and Computational Technology, pp.186-189, Aug. 2010.
M. Popa, "Smart Meters Reading Through Power Line Communications," Journal of Next Generation Information Technology, vol. 2, no.3, pp.92-100, 2011
S.Arun, and S.Naidu, "Design and Implementation of Automatic Meter Reading System Using GSM, ZIGMEE throuth GPRS," International Journal of Advanced REsearch in Computer Science and Software Engineering, vol.2, issue5, pp.321-325, 2012.
Keun-Soo Park and Young-Ho Lee, "Implement of Watt-Hour Meter Monitoring System by Internet Map Based GUI using Power Line Communication", The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, Vol. 8, No. 10, pp.1435-1442, 2013.
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