[임베디드 시스템] 지그비 + 실시간 모니터링 프로그램 설계 (논문 번역)

[임베디드 시스템] 지그비 + 실시간 모니터링 프로그램 설계 (논문 번역)


임베디드 시스템과 지그비 기반의 실시간 모니터링 산업 시스템 설계 (Designing an industrial real-time measurement and monitoring system based on embedded system and ZigBee)


저자 - Wen-Tsai Sung, Yao-Chi Hsu


목 차


1. 논문 소개

2. 서론

3. 기존 연구 조사

4. 시스템 구조

5. 통합된 지그비 임베디드 시스템 기술

6. 센서 컴포넌트에 대한 연구 방법

7. 연구 방법

8. 실험 결과와 분석

9. 결과

1. 논문 소개

논문의 저자는 공장의 자동화 도입이 늘어남에 따라 필연적으로 발생하는 산업 안전 문제에 대해 다뤘습니다. 문제를 예상하고 이를 방지하거나 발생하는 피해를 최소화하기 위해 지그비를 활용한 임베디드 시스템을 제안합니다. 거기에 그치지 않고 전체적으로 산업 안전 자체의 품질을 높이는 방안도 함께 제안하였습니다.


제안한 시스템 플랫폼에는 6가지 큰 주제를 담고 있으며, 이를 토대로 효율적이고 정확한 산업용 실시간 모니터링이 가능하다고 자체 평가하고 있습니다.


2. 서론

 □ 산업의 발전

    ◯ 공장의 건설 증가

        - 이로 인한, 문제 대두

           ․ 장비의 고장

           ․ 조작 미숙으로 인한 사고

           ․ 자연재해 등

    ◯ 공장의 산업 안전성은 계속 강조되어온 사회 주제

    ◯ 이 논문에서 제안한 시스템은 피해를 방지하거나 최소화할 수 있음

        - 표준화된 신호로 이상 유무 탐지

        - 유선 전송으로 DAQ 이용


지그비 임베디드 시스템 논문[Embedded System 사례] 사물인터넷과 컴퓨터공학


DAQ (Data AcQuisiton)

데이터 수집이란 의미이나 일반적으로 DAQ 기능을 탑재한 장비를 말한다.


        - 임베디드 시스템, 실시간 모니터링 프로그램은 LabView 이용


LabView

측정, 테스트, 제어 시스템을 개발할 수 있는 그래픽 기반의 프로그램. 분석과 데이터 시각화 처리 등을 위한 라이브러리를 제공하며 1986년에 처음 출시된 이후 꾸준히 업데이트되고 있다.


        - 지그비는 제안된 시스템에서 독립적으로 작동하는 센서들의 신호 송수신을 위해 사용

3. 기존 연구 조사


 □ Miroslav Sveda

    ◯ 로컬 영역의 네트워크를 기반으로 산업용 센서 응용 프로그램 도입


로컬 영역의 네트워크

Local Area Network, 약칭 LAN - 집, 사무실, 학교 등의 건물과 같이 가까운 지역을 한데 묶는 컴퓨터 네트워크로서, 광역 통신망(WAN) 보다 더 높은 데이터 전송 속도를 갖는다. 


    ◯ 사례 기반의 추론(CBR)을 장비(기계류)를 보호하기 위한 컨셉으로 사용


Case Based Reasoning, 약칭 CBR

문제와 해답 쌍의 형식으로 저장된 사례를 사용하여 문제를 해결하는 추론 방식. 해결하고자 하는 문제와 유사한 사례를 DB에서 검색, 수정하여 해답을 얻는다.


임베디드 시스템 실시간 모니터링[Embedded System 사례] 사물인터넷과 컴퓨터공학


 □ Giuseppe

    ◯ 서로 다른 가정으로 도출된 중심 값(central value)이 일관되어야 한다고 주장

    ◯ 그로 인해, 추가적인 측정이 필요하고 모든 범위의 배포판은 국제 표준을 따라야 명확한 결론을 도출 할 수 있다고 주장


 □ Wirandi, Kulesza, Lauber (2004)

    ◯ 제품의 품질을 분석하고 이를 토대로 품질을 향상 시킬 수 있는 온라인 산업 자동화 측정 임베디드 시스템을 발표


 □ Misgra, Panda, Das (2005)

    ◯ (지그비 포함) 설계 시, 선형 조정 범위(linear adjustment range)를 확장


Linear Range

신호 증폭기에 직접 입력된 신호를 선형 함수를 이용해 출력하는 값의 범위를 의미한다. 범위가 넓어질수록 더 많은 신호를 응용해 사용할 수 있다.

    ◯ 수동 조정의 단점을 극복하기 위해 뉴럴 네트워크(neural)와 함께 사용되도록 의도된 LVDT 기반의 센서 시스템을 개발하는 간단한 방법을 제시


Neural Network

인간의 뇌의 기능을 적극적으로 모방하려는 생각에 기초를 두었다. 무엇인지 인식하여 필요에 따라 행동을 취하는 방식. 본문에서 의미하는 것은 뉴럴 네트워크의 개념을 적용한 센서 시스템을 의미한다. 실시간 모니터링에 적용 가능.


Linear Variable Differential Transfomer (차동 변압기)

힘, 중량, 압력 등의 계측에 많이 사용된다. LVDT는 선형 거리 차이를 측정하는 전기적 변환기 형태를 말하는데 도선을 촘촘하고 균일하게 원통형으로 길게 감아 만든 기기로 에너지 변환 장치와 전자석으로 이용될 수 있는 솔레노이드 코일 3개가 튜브 주변에 위치한다.


임베디드 시스템 컴퓨터 공학[Embedded System 사례] 사물인터넷과 컴퓨터공학


가운데 코일이 주된 것이고 나머지 두 개가 바깥에 직렬로 연결되어 위치한다. 실린더 형태의 자석 코어가 튜브 중심을 따라 이동하여 측정 대상의 위치값을 알려준다.


1차 코일에 교류가 가해지면, 2차 코일에 교류 전압이 유도되는데 코어를 중간에 위치시키면 양쪽 코일이 같은 양의 자성 코어를 갖게 되므로 유도 되는 전압은 동일하다. 그러나, 2차 코일이 반대의 극성 전압을 유도하므로 2차 코일의 출력은 0이 된다.


 □ Ford, Weissbach, Loker (2000)

    ◯ LVDT 시그널 프로세싱이 복잡하기 때문에 상업적으로 사용하기 어려움 (임베디드 시스템의 일반적 문제)

    ◯ 이 문제를 해결하기 위해 이중 사이드 밴드를 억제하는(DSBSC-AM) 통신 시스템을 개발


Double Sideband Suppressed Carrier Transmission (이중 사이드밴드 억제 반송파 전송)

변조에 의해 생기는 주파수 스펙트럼의 분포를 말하는 것으로 분포가 생기는 것은 전파 에너지의 분산을 나타내는 것이므로(Sideband) 이를 가능한 억제하는 것이 필요하다.

 □ Drumea, Vasilem, Comse, Blejan (2006)

    ◯ LVDT가 유압, 압력, 전자 기계의 측정에 사용될 수 있다고 발표 (지그비 응용)

    ◯ LVDT는 사용 범위가 매우 넓고 손실율도 매우 적음

    ◯ 동기식 복조(Synchronous demodulation)에 대한 신호 처리 방법은 상대적으로 복잡해 LVDT에

       대한 신호 조절기로 MSP430F149 칩의 사용을 제안

        - 이 칩은 시리얼의 통신과 고장을 테스트하는 부가 기능을 보유


4. 임베디드 시스템 구조

이 시스템은 연산 과정에 따라 세 부분으로 나눌 수 있다

    ◯ 센서 터미널 (LVDT, 온도와 습도, 전류 실시간 모니터링, 이산화탄소 농도, 전류 감지)

    ◯ 노드 라우팅 (GIO-ZM)


Node Routing

도메인간 라우트 아키텍처는 자원요구 라우트(SDR)과 노드 라우트(Node Route)로 구성된다. 이러한 아키텍처는 공통적으로 사용되는 범위를 확대해 정보의 공유를 돕는다. 그러나 범위가 지나치면 너무 많은 비용이 소모되기에 SDR을 사용하는 것이 유리하다.


    ◯ 중앙 실시간 모니터링 시스템의 네트워크 서버 메인프레임

    ◯ 그림 1 : 제안한 시스템의 프레임 워크


그림 1. System framework of this study[그림 1. System framework of this study] [Embedded System 사례] 사물인터넷과 컴퓨터공학


    ◯ 센서로 측정된 데이터를 위한 실시간 모니터링이 구현

    ◯ 지그비 플랫폼의 성능은 단말기에 장착해 이용

    ◯ 중앙(서버)에서 데이터 관리 터미널은 중앙의 메인 노드인 GIO-ZM 메인 프레임과 PC로 구성되며, 이 둘은 블루투스와 기타 무선 전송 방식을 통해 데이터 전송을 할 수 있음



[임베디드 시스템] 지그비 + 실시간 모니터링 프로그램 설계 (논문 번역)

댓글(0)

Designed by JB FACTORY