보일러용 정전용량형 수위센서 시스템 개발

이영태,권익현,Lee, Young Tae,Kwon, Ik Hyun 한국반도체디스플레이기술학회 2021 반도체디스플레이기술학회지 Vol.20 No.3

In this paper, a capacitive water level sensor for boilers was developed. In order to accurately monitor the water level in a high-temperature boiler that generates a lot of precipitates, the occurrence of precipitates on the surface of the water level sensor should be small, and a sensor capable of measuring even if the sensor surface is somewhat contaminated is required. The capacitive water level sensor has a structure in which one of the two electrodes is insulated with Teflon coating, and the stainless steel package of the water level sensor is brought into contact with the water tank so that the entire water tank becomes another electrode of the water level sensor. A C-V converter that converts the capacitance change of the capacitive water level sensor into a voltage change was developed and integrated with the water level sensor to minimize noise. The performance of the developed capacitive water level sensor was evaluated through measurement.

TDR 센서 기반 수위 측정 시스템 구현

이승목,김태민,이용환,김영형 한국정보기술학회 2022 한국정보기술학회논문지 Vol.20 No.3

This paper proposes a method to measure the water level based on TDR(Time Domain Reflectometry) data by implementing water-level measurement system. Using the developed hardware board, a pulse was sent to the TDR sensor line and the TDR data was measured from the reflected wave. A monitoring program was developed to continuously receive and monitor this data. In the experiment to measure the water level, the TDR data was acquired by submerging the TDR sensor in water at a certain distance. The water level was measured by detecting the change point of the TDR data and calculating the distance. The performance of the proposed method was evaluated by comparing the actual water level of the sensor submerged in water with the measured water level, and the proposed method showed that the water level was stably measured with RMSE errors of 22.6cm, 16.6cm, 18.4cm, and 25.8cm of the 4 experiments. 본 논문은 수위 측정 시스템을 구현하여 TDR(Time Domain Reflectometry) 데이터에 기반한 수위를 측정하는 방법을 제안하였다. 개발된 보드를 사용하여 TDR 센서 라인에 펄스를 보내고 되돌아온 반사 신호로부터 TDR 데이터를 측정하였고 이 데이터를 연속적으로 전송 받고 이를 모니터링하는 프로그램을 개발하였다. 물의 수위를 측정하는 실험은 TDR 센서 라인을 일정 거리마다 물에 잠기게 하는 방법으로 TDR 데이터를 획득하였다. TDR 데이터의 변화 지점을 검출하고 이에 대한 거리를 계산함으로 수위 측정을 하였다. 실제 물에 잠긴 센서의 수위와 측정한 수위를 비교함으로 제한된 방법의 성능을 평가하였고, 제안된 방법으로 4회 실험한 수위 값의 RMSE 오차가 22.6cm, 16.6cm, 18.4cm, 및 25.8cm이며, 안정적인 수위가 측정됨을 확인하였다.

아두이노와 초음파 센서를 이용한 실험용 수위 측정 장치 개발

유문성,Yoo, Moonsung 한국인터넷방송통신학회 2018 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.18 No.4

수위는 하수장, 정수장, 하천, 댐, 공장의 저장탱크 등 다양한 분야에서 측정된다. 수위측정을 위한 초음파 기기가 판매중이나 산업용으로 실험에서 사용하기는 가격이 너무 비싸다. 전자 기술의 급속한 진보로 인해 다양한 종류의 측정, 모니터링 및 제어 기능이 저렴하게 구축하는 것이 가능해졌다. 저렴한 가격으로 초음파 수위 측정시스템을 만들기 위하여 본 연구가 시작되었다. 실험용으로 사용하기 위하여 아두이노, 초음파 센서 및 온도 센서로 시스템을 구성하였다. 초음파 센서는 센서에서 수위 표면까지의 시간을 측정한다. 온도 센서는 대기 온도를 측정하며 온도 변화로 인한 소리의 속도를 보정하여 초음파 거리 측정의 정확성을 높인다. 아두이노는 측정 전반을 관리하고 수위를 계산한다. 시스템의 모든 구성 요소는 장치거치대에 조립되었다. 제안된 시스템을 가지고 실험한 결과 수위가 실측치와 매우 가까웠다. 이 시스템은 또한 저렴하며 설치 및 유지하기가 쉬워 실험용으로 적절하다. Water levels are measured in various fields such as sewage treatment plants, water treatment plants, rivers, dams, factory storages' tanks. Ultrasonic instruments for water level measurement are expensive and are used for industrial field. Rapid advances in electronics have made it possible to build a wide variety of measurement, monitoring and control functions at low cost. This study was started to make ultrasonic level measurement system at low price. The system was constructed with an Arduino, an ultrasonic sensor and a temperature sensor for use in the experiment. The ultrasonic sensor measures the time from the sensor to the liquid surface. The temperature sensor measures the atmospheric temperature and improves the accuracy of the ultrasonic distance measurement by correcting the sound speed. Arduino controls measurements and calculates the water level. All components of the system are assembled into a device holder. Experiments with this system show that the water level measured by the system is very close to the actual value. This system is also inexpensive and easy to install and maintain, making it suitable for laboratory use.

저수조 범람 방지를 위한 자동 수위 조절 스마트 펌프 시스템의 설계 및 구현

장상균,박동민,노현석,박기현,배창석 한국차세대컴퓨팅학회 2022 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.18 No.1

Recent local heavy rains in summer rainy season frequently cause severe damages within city area. Even though there are many storm drains in city area, the capacity of them is easily exceeded because of local heavy rain. This paper proposes a smart pump system which can adjust water level of a tank in storm drain through continuous water level measurements. The proposed system consists of two parts such as a laser sensor based water level measurement module and a main system which controls pump. The water level measurement module uses several laser sensors to measure the water level more accurately due to the non-constant nature of water level. The measured water level is transmitted to the main system through Wi-Fi communications, and stored in a real-time database. In addition, the main system controls the drain pump autonomously by comparing it with the reference value to prevent flooding in advance. Various settings and operation status of the proposed smart system can be checked or controlled from the smartphone application and web site. In case of emergency, SMS notification is provided as well. Experimental results show that the proposed smart pump system can control the water level of tank only 14% or less compared to the conventional pump system. 최근 여름 장마철을 맞이하여 국지성 호우로 인해 도심지에서 우수관의 배수 용량을 초과하는 경우가 빈발하여 극심한 피해를 초래하고 있다. 이를 위해 본 논문에서는 연속적인 수위 계측을 통해 우수관 내 저수조의 수위를 자동으로 조절하는 시스템을 제안하고 있다. 제안하는 시스템은 별도의 펌프가 설치되어 있지 않은 도심지 우수관 저수조에 스마트 펌프 시스템을 설치하여 범람을 방지하도록 한다. 제안하는 시스템은 레이저 센서를 기반으로 수위를 계측하는 모듈과 계측한 수위를 바탕으로 자동으로 펌프를 제어하여 수위를 조절하는 메인 시스템으로 구성된다. 먼저 수위 계측 모듈에서는 높이가 일정하지 않은 수면의 특성상 보다 정확한 수위 계측을 위해 여러 개의 레이저 센서를 사용한다. 수위 계측 결과는 와이파이 통신을 통해 메인 시스템으로 전달하고 실시간 데이터베이스에 저장 관리된다. 또한, 메인 시스템에서는 실시간 수위 값을 바탕으로 기준 값과의 비교에 의해 배수펌프를 자동으로 제어하여 국지 호우에 따른 저수조 범람을 사전에 방지하도록 한다. 스마트 펌프 시스템의 각종 설정과 동작 상태는 스마트폰 어플리케이션과 웹사이트에서 확인 또는 제어할 수 있다. 또한, 위급 상황에서는 SMS를 통해 알려준다. 일반 펌프와의 비교 실험 결과 제안 시스템은 일반 펌프 대비 약 14% 이하의 낮은 수위로 유지하도록 조절함으로써 저수조 범람 방지에 더욱 효과가 있음을 확인할 수 있다.

복합 미생물 배양기의 제어시스템 개발

김홍직,이원복,이승호 한국전기전자학회 2023 전기전자학회논문지 Vol.27 No.1

In this paper, a control system for a complex microbial incubator was proposed. The proposed control systemconsists of a control unit, a communication unit, a power supply unit, and a control system of the complex microbialincubator. The controller of the complex microbial incubator is designed and manufactured to convert analog signalsand digital signals, and control signals of sensors such as displays using LCD panels, water level sensors, temperaturesensors, and pH concentration sensors. The water level sensor used is designed and manufactured to enable accuratewater level measurement by using the IR laser method with excellent linearity in order to solve the problem thatexisting water level sensors are difficult to measure due to foreign substances such as bubbles. The temperature sensoris designed and used so that it has high accuracy and no cumulative resistance error by measuring using the thermalresistance principle. The communication unit consists of two LAN ports and one RS-232 port, and is designed andmanufactured to transmit signals such as LCD panel, PCT panel, and load cell controller used in the complex microbialincubator to the control unit. The power supply unit is designed and manufactured to supply power by configuring itwith three voltage supply terminals such as 24V, 12V and 5V so that the control unit and communication unit canoperate smoothly. The control system of the complex microbial incubator uses PLC to control sensor values such as pHconcentration sensor, temperature sensor, and water level sensor, and the operation of circulation pump, circulationvalve, rotary pump, and inverter load cell used for cultivation. In order to evaluate the performance of the controlsystem of the proposed complex microbial incubator, the result of the experiment conducted by the accreditedcertification body showed that the range of water level measurement sensitivity was -0.41mm~1.59mm, and the rangeof change in water temperature was ±0.41℃, which is currently commercially available. It was confirmed that theproduct operates with better performance than the performance of the products. Therefore, the effectiveness of thecontrol system of the complex microbial incubator proposed in this paper was demonstrated. 본 논문에서는 복합 미생물 배양기의 제어시스템을 제안하였다. 제안하는 제어시스템은 복합 미생물 배양기의 제어부, 통신부, 전원부, 제어시스템 등으로 구성된다. 복합 미생물 배양기의 제어부는 아날로그 신호와 디지털 신호의 변환, LCD 패널을 이용한 디스플레이, 수위센서, 온도센서, pH 농도센서 등과 같은 센서들의 신호 제어를 하도록 설계 및 제작한다. 사용하는 수위센서는 기존수위센서가 거품과 같은 이물질 등으로 인해 측정이 어려운 문제점을 해결하고자 직진성이 우수한 IR 레이저 방식을 사용하여 정확한 수위 측정이 가능하도록 설계 및 제작한다. 온도센서는 열 저항 원리를 사용하여 측정함으로써, 높은 정확도와 누적 저항 오차가없도록 설계하여 사용한다. 통신부는 2개의 LAN 포트와 1개의 RS-232 포트로 구성하여 복합 미생물 배양기에서 사용되는 LCD패널, PCT 패널, 로드셀 컨트롤러 등의 신호를 제어부에 전달할 수 있도록 설계 및 제작한다. 전원부는 제어부와 통신부가 원활하게 동작할 수 있도록 24V, 12V 5V 등 3개의 전압 공급 단자로 구성하여 전원을 공급하도록 설계 및 제작한다. 복합 미생물 배양기의 제어시스템은 PLC를 사용하여 pH 농도센서, 온도센서, 수위센서 등의 센서값과 배양에 사용되는 써큘레이션 펌프, 써큘레이션밸브, 로터리 펌프와 인버터 로드셀 등의 동작을 제어한다. 제안된 복합 미생물 배양기의 제어시스템의 성능을 평가하기 위하여 공인인증기관에서 실험한 결과는 수위 측정감도의 범위가 -0.41mm~1.59mm로, 물 온도의 변화 폭이 ±0.41℃로 현재 상용으로 판매되는 제품들 성능보다 우수한 성능으로 동작됨이 확인되었다. 따라서, 본 논문에서 제안한 복합 미생물 배양기의 제어시스템의 효용성이 입증되었다.

무선통신을 이용한 스마트 농장 시스템 개발에 관한 연구

최원혁(Won-Hyuck Choi),지민석(Min-Seok Jie) 한국엔터테인먼트산업학회 2014 한국엔터테인먼트산업학회논문지 Vol.8 No.4

무선 센서 네트워크는 어느 곳에나 부착된 태그와 센서로부터 사물 및 환경 정보를 감지, 저장, 가공하여 인터넷을 통해 전달하는 기술로 거의 모든 인간생활에 활용하는 것을 목적으로 한다. 본 논문에서는 온도센서, 습도센서, 조도센서, 수위감지센서를 주요부품으로 이용하여 인공 환경으로 쉽고 편리한 농작물을 재배함을 실현한다. 온도, 습도센서는 상대습도와 온도를 동시에 측정할 수 있는 온습도 센서 모듈을 사용하여 실시간으로 측정되는 온도와 습도를 LCD에 출력하였다. 조도센서는 가장 보편적인 Cds를 이용하였고 정확한 Lux값 보다는 명암을 판별하여 LED 작용을 제어하였다. 수위감지센서를 사용하여 공급되는 물탱크의 수위를 감지하며 감지된 수위를 LCD에 표현하였다. 이러한 주요 부품들을 이용하여 장소나 날씨에 구애받지 않고 식물을 재배함으로서 언제 어디서든 재배 가능한 스마트 농장개발하고, 무선 센서 통신 기술을 활용한 생장환경 모니터링 및 제어 시스템의 효과와 활용방안을 제안한다. The aim of wireless sensor network is the technology which utilizes in almost hu-man being’s daily life. It uses tags and sensors on which are sticking on almost eve-7ywhere. These tags and sensors detect, preserve and process the information and transmit through the internet. In this paper, the smart farm project provides easy and convenient environment for growing plants by using temperature sensor, humidity sensor, illuminance sensor and water level sensor. Temperature and humidity are measured by Humidity Sensor Module and displayed on the LCD in real-time. As for the illuminance factor, the most common Cds sensor was used and MCU controls the LED bar with the light intensity data of the sensor. The water level sensor detects the water level of the basket and it is also displayed on the LCD. The smart farm system allows virtually anyone to grow plants regardless of the weather or the location and suggests the effectiveness and utilization of the growth environment monitoring and control system using wireless sensor network.

우수 저류조 수위측정 및 제어에 대한 연구

김기환 국제문화기술진흥원 2016 The Journal of the Convergence on Culture Technolo Vol.2 No.4

본 논문에서는 물 부족, 불균형을 해결하기 위해 우수 이용률을 높이는 방법의 하나로 지하저류조를 설치하여 빗물 을 저장하고, 관리하고자 하는 곳을 위한 저류조 수위의 모니터링과 제어에 대한 시스템을 제안하고 이를 구현하였다. 이를 위 해 제어를 위한 모듈에는 ATMEL사의 Atmega 128의 마이크로프로세서를 사용하고 수위를 측정할 수 있는 센서는 접촉식 센 서의 일종인 부자형태의 레벨센서를 사용하였다. 특히 레벨센서는 출력을 산업체 일반에서 많이 사용하는 크기로 출력하므로 기존의 센서를 대체할 수 있도록 호환성이 높도록 하였다. In this paper, we propose a system for monitoring and controlling the level of the rainwater tank by installing an underground storage tank as one of ways to increase the utilization rate to solve the water shortage and imbalance. For this purpose, a microprocessor of ATMEL's Atmega 128 is used for the control module, and the sensor capable of measuring the water level uses a float type level sensor which is a kind of tactile sensor. In particular, the level sensor outputs the output in a industry standard dimension, so that the compatibility is improved so as to replace the existing sensor.

수위변화에 따른 하상재료의 분광특성정보 분석

강준구,이창훈,김지현,고동우,김종태 응용생태공학회 2019 Ecology and resilient infrastructure Vol.6 No.4

The purpose of this study is to analyze the reflectance of bed materials according to changes in the water level using a drone-based hyperspectral sensor. For this purpose, we took hyperspectral images of bed materials such as soil, gravel, cobble, reed, and vegetation to compare and analyze the spectral data of each material. To adjust the water level, we constructed an experimental channel to control the discharge and installed the bed materials within the channel. In this study, we configured 3 cases according to the water level (0.0 m, 0.3 m, 0.6 m). After the imaging process, we used the mean value of 10 points for each bed material as analytical data. According to the analysis, each material showed a similar reflectance by wavelength and the intrinsic reflectance characteristics of each material were shown in the visible and near-infrared region. Also, the deeper the water level, the lower the peak reflectance in the visible and near-infrared region, and the rate of decrease differed depending on the bed material. We expect the intrinsic properties of these bed materials to be used as basic research data to evaluate river environments in the future. 본 연구는 드론 기반의 초분광 센서를 활용하여 수위변화에 대한 하상재료의 분광정보 차이를 분석하는 것이 목적이다. 하상재료는 흙, 자갈, 호박돌, 갈대, 식생을 대상으로 하였으며 5개 하상재료에 대한 초분광 영상촬영을 실시하고 각 재료의 분광정보를비교 분석하였다. 수위 변화를 위해 유량조절이 가능한 실험수로를 제작하고 수로 내 하상재료를 설치하였다. 수위 조건은0.0 m, 0.3 m, 0.6 m이며 수위에 따라 CASE를 구분하였다. 영상촬영 후 각 하상재료별 10개 포인트를 평균한 값을 분석 자료로사용하였다. 분석 결과 흙, 자갈, 호박돌, 갈대의 파장별 반사율은 비슷한 유형을 보이지만 각 재료별 가시광선과 근적외선 영역에서는분광정보의 고유특징이 나타났다. 또한 수위가 깊어질수록 가시광선과 근적외선 영역에서 반사율은 감소하고 있으며 감소 비율은하상재료에 따라 차이가 발생하였다. 하상재료에 대한 고유정보는 향후 하천환경평가를 위한 기초연구 자료로 활용될 것으로 기대된다.

산업용 소형 전동차량 배터리 증류수 관리 시스템

김근식(Keunsik Kim),김영일(Youngil Kim) 한국자동차공학회 2020 한국자동차공학회 지부 학술대회 논문집 Vol.2020 No.6

Most industrial electric vehicles such as forklifts, which use electric motors as power sources, are equipped with large-capacity lead acid batteries in order to reduce environmental pollution. This lead acid battery must be replenished periodically. However, it is manually watered in the field. That’s why there is the problem of environmental pollution such as sulfuric acid gas being exposed to workers as well as a risk of fire in electric vehicles due to electrolyte leakage. In order to solve this problem, this paper proposes a technique for the development of a batch process replenishing system for distilled water in a battery that can be attached and detached in series with multiple batteries. The electronic sensitive sensor module is developed to replenish distilled water in a sealed lead-acid battery inside. This sensor module consists of a electronic circuit that converts the measured electrical capacitor to frequency. And it automatically shuts off the distilled water by a solenoid valve when it is detected that a battery is fully filled up with distilled water.

광섬유와 OTDR을 이용한 실시간 수위 및 온도 측정

심혁인(Hyeok In Sim),유욱재(Wook Jae Yoo),신상훈(Sang Hun Shin),장재석(Jaeseok Jang),김재석(Jae Seok Kim),장경원(Kyoung Won Jang),조승현(Seunghyun Cho),문주현(Joo Hyun Moon),이봉수(Bongsoo Lee) 대한전기학회 2014 전기학회논문지 Vol.63 No.9

In this study, two fiber-optic sensors were fabricated to measure water level and temperature using optical fibers, a coupler, a Lophine and an OTDR (optical time-domain reflectometer). First, using Fresnel"s reflection generated at the distal-ends of each optical fiber, which was installed at different depth, we measured the water level according to the variation of water level. Next, we also measured the temperature of water using a temperature sensing probe based on the Lophine, whose absorbance changes with the temperature. The measurable temperature range of the fiber-optic sensor is from 5℃ to 65℃ because the maximum operation temperature of the optical fiber without a physical deterioration is up to 80℃.