KR102463258B1 - Hybrid operation method and system for low power operation of ultrasonic gas meter - Google Patents
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Abstract
초음파 가스미터 저전력 동작을 위한 하이브리드 동작 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 동작 시스템은, 가스 유량의 센싱 데이터가 입력 신호로 수신되면, 계산된 가스 유량값을 기반으로, 가스 유량값을 계산하기 위한 입력 신호의 신호 처리 방식을 디지털 방식 또는 아날로그 방식으로 결정하는 프로세서; 디지털 방식 수행 시, ADC(analog-digital converter)를 기반으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 제1 AFE(analog front end)부; 및 아날로그 방식 수행 시, 수신된 입력 신호와 임계값 및 Bias 값과 각각 비교하고, 비교 결과를 기반으로 가스 유량값을 계산하는 제2 AFE부;를 포함한다. 이에 의해, 아날로그 Comparator 방식과 ADC를 혼합한 하이브리드 AFE 구조를 제공하여, 초음파 가스미터 기반의 계량기 성능 고도화 및 계량기 저전력 동작이 가능하도록 할 수 있다.A hybrid operating method and system for low power operation of an ultrasonic gas meter are provided. In the hybrid operation system according to an embodiment of the present invention, when sensing data of a gas flow rate is received as an input signal, based on the calculated gas flow rate value, the signal processing method of the input signal for calculating the gas flow rate value is digitally or a processor that determines in an analog manner; a first analog front end (AFE) unit for calculating a gas flow rate by signal processing an input signal based on an analog-digital converter (ADC) when performing a digital method; and a second AFE unit that compares the received input signal with a threshold value and a bias value, respectively, and calculates a gas flow rate value based on the comparison result when performing the analog method. Accordingly, by providing a hybrid AFE structure in which the analog comparator method and ADC are mixed, it is possible to improve the performance of the ultrasonic gas meter-based meter and to enable low-power operation of the meter.
Description
본 발명은 초음파 가스미터 저전력 동작을 위한 하이브리드 동작 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 가스미터의 저전력 동작을 위한 아날로그/디지털 결합 하이브리드 AFE(analog front end)에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid operation method and system for low-power operation of an ultrasonic gas meter, and more particularly, to a hybrid analog/digital hybrid analog front end (AFE) for low-power operation of an ultrasonic gas meter.
기존의 ADC(analog-digital converter)만을 이용한 초음파 가스미터는 고성능 구조이나, 그에 따라 많은 연산량이 요구되어 일반적으로 전력 소모 측면에서 단점을 가진다. Although the conventional ultrasonic gas meter using only an analog-digital converter (ADC) has a high-performance structure, it requires a large amount of computation, and thus generally has a disadvantage in terms of power consumption.
특히, ADC만을 이용한 초음파 가스미터는, 특정 시간대에 따라 가스 사용량이 일정한 패턴을 가지는 유량 측정 시스템에서 측정 정확성이 요구되지 않는 시간대에서의 ADC 동작 및 그를 통한 연산으로 인하여, 전력 소모 측면에서 배터리를 이용한 시스템 동작에 적합하지 않다.In particular, the ultrasonic gas meter using only the ADC uses a battery in terms of power consumption due to the ADC operation and the operation in a time period that does not require measurement accuracy in a flow measurement system having a constant pattern of gas consumption according to a specific time period. Not suitable for system operation.
따라서, 유량 측정 시스템에서, 가스 사용 추이에 따라 특정 시점에 고성능 동작 또는 저전력 동작이 선택적으로 수행되도록 하는 방안의 모색이 요구된다. Therefore, in the flow measurement system, it is required to find a way to selectively perform a high-performance operation or a low-power operation at a specific point in time according to a gas usage trend.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 아날로그 Comparator 방식과 ADC(analog-digital converter)를 혼합한 하이브리드 AFE(analog front end) 구조를 제공함으로써, 초음파 가스미터의 고성능 동작 또는 저전력 동작이 선택적으로 수행 가능한 하이브리드 동작 방법 및 시스템을 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a hybrid analog front end (AFE) structure in which an analog comparator method and an analog-digital converter (ADC) are mixed, thereby providing an ultrasonic gas meter An object of the present invention is to provide a hybrid operation method and system capable of selectively performing high-performance operation or low-power operation.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 하이브리드 동작 시스템은, 가스 유량의 센싱 데이터가 입력 신호로 수신되면, 계산된 가스 유량값을 기반으로, 가스 유량값을 계산하기 위한 입력 신호의 신호 처리 방식을 디지털 방식 또는 아날로그 방식으로 결정하는 프로세서; 디지털 방식 수행 시, ADC(analog-digital converter)를 기반으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 제1 AFE(analog front end)부; 및 아날로그 방식 수행 시, 수신된 입력 신호와 임계값 및 Bias 값과 각각 비교하고, 비교 결과를 기반으로 가스 유량값을 계산하는 제2 AFE부;를 포함한다.In accordance with an embodiment of the present invention for achieving the above object, the hybrid operation system, when sensing data of a gas flow rate is received as an input signal, based on the calculated gas flow rate value, an input signal for calculating a gas flow rate value a processor for determining a signal processing method of the digital method or an analog method; a first analog front end (AFE) unit for calculating a gas flow rate by signal processing an input signal based on an analog-digital converter (ADC) when performing a digital method; and a second AFE unit that compares the received input signal with a threshold value and a bias value, respectively, and calculates a gas flow rate value based on the comparison result when performing the analog method.
그리고 프로세서는, 기본적으로 아날로그 방식으로 가스 유량값을 계산하되, 아날로그 방식으로 계산된 가스 유량값이 기설정된 임계 유량값 미만인지 여부를 판단하여, 계산된 가스 유량값이 임계 유량값 미만인 경우, 신호 처리 방식을 아날로그 방식으로 유지하고, 가스 유량값이 임계 유량값 이상인 경우, 신호 처리 방식을 디지털 방식으로 결정할 수 있다. In addition, the processor basically calculates the gas flow rate in an analog method, but determines whether the gas flow rate calculated in the analog method is less than a preset threshold flow value, and when the calculated gas flow value is less than the threshold flow value, a signal If the processing method is maintained as an analog method, and when the gas flow rate value is equal to or greater than a threshold flow rate value, the signal processing method may be digitally determined.
또한, 제1 AFE부는, 디지털 방식 수행 시, 프로세서에 두 입력 신호가 입력되는 경우, 두 입력 신호 중 하나의 입력 신호를 선택하고, 대역 통과 필터(BPF)를 이용하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 획득한 후 기설정된 이득 값을 곱하여, 디지털 신호로 변환을 수행할 수 있다.In addition, the first AFE unit, when two input signals are input to the processor when performing the digital method, selects one of the two input signals, and acquires only a signal of a desired frequency band using a band pass filter (BPF) Then, by multiplying by a preset gain value, conversion into a digital signal may be performed.
그리고 제1 AFE부는, 변환된 디지털 신호의 펄스 간 상대 시간 차이 및 절대 시간 차이를 계산하고, 계산 결과를 기반으로 유량값을 계산할 수 있다.In addition, the first AFE unit may calculate a relative time difference and an absolute time difference between pulses of the converted digital signal, and calculate a flow rate value based on the calculation result.
또한, 제1 AFE부는, 변환된 디지털 신호에서 주변 노이즈를 제거하거나 또는 추가적인 보정 연산을 수행한 이후, 유량값을 계산할 수 있다.Also, the first AFE unit may calculate a flow rate value after removing ambient noise from the converted digital signal or performing an additional correction operation.
그리고 제2 AFE부는, 아날로그 방식 수행 시, 수신된 입력 신호를 임계값과 비교하여 제1 비교 신호를 생성하고, 수신된 입력 신호를 Bias 값과 비교하여 제2 비교 신호를 생성할 수 있다. In addition, the second AFE unit may generate a first comparison signal by comparing a received input signal with a threshold value, and may generate a second comparison signal by comparing the received input signal with a bias value when performing the analog method.
또한, 제2 AFE부는, 대역 통과 필터를 이용하여, 제1 비교 신호 및 제2 비교 신호의 특정 대역의 신호만을 각각 획득한 후, 기설정된 전압 이득을 곱하여, 제1 증폭 신호 및 제2 증폭 신호를 생성할 수 있다. In addition, the second AFE unit, using a band-pass filter, obtains only signals of a specific band of the first comparison signal and the second comparison signal, respectively, and then multiplies the voltage gain by a preset voltage gain, the first amplified signal and the second amplified signal can create
그리고 제2 AFE부는, 제1 증폭 신호 및 제2 증폭 신호가, 두 개의 각기 다른 비교기를 통과하여, 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 생성할 수 있다. In addition, the second AFE unit may generate a first pulse signal and a second pulse signal by passing the first amplified signal and the second amplified signal through two different comparators.
또한, 제2 AFE부는, 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호 간 상대 시간 차이 및 절대 시간 차이를 계산하고, 계산 결과를 기반으로 유량값을 계산할 수 있다.Also, the second AFE unit may calculate a relative time difference and an absolute time difference between the first pulse signal and the second pulse signal, and calculate a flow rate value based on the calculation result.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 하이브리드 동작 방법은, 하이브리드 동작 시스템이, 계산된 가스 유량값이 기설정된 임계 유량값 미만인지 여부를 판단하여, 입력 신호의 신호 처리 방식을 디지털 방식 또는 아날로그 방식으로 결정하는 단계; 및 가스 유량의 센싱 데이터가 입력 신호로 수신되면, 하이브리드 동작 시스템이, 디지털 방식 또는 아날로그 방식으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 단계;를 포함하고, 이때, 계산하는 단계는, 디지털 방식 수행 시, ADC(analog-digital converter)를 기반으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하고, 아날로그 방식 수행 시, 수신된 입력 신호와 임계값 및 Bias 값과 각각 비교하고, 비교 결과를 기반으로 가스 유량값을 계산할 수 있다. On the other hand, in the hybrid operation method according to another embodiment of the present invention, the hybrid operation system determines whether the calculated gas flow rate value is less than a preset threshold flow rate value, and converts the signal processing method of the input signal to a digital method or an analog method determining the manner; and when the sensing data of the gas flow rate is received as an input signal, the hybrid operation system signal-processes the input signal in a digital or analog manner to calculate a gas flow rate value. When performing the digital method, the input signal is processed based on the ADC (analog-digital converter) to calculate the gas flow rate, and when performing the analog method, the received input signal is compared with the threshold and bias values, respectively, and compared Based on the results, a gas flow rate value can be calculated.
그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른, 하이브리드 동작 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 하이브리드 동작 시스템이, 계산된 가스 유량값이 기설정된 임계 유량값 미만인지 여부를 판단하여, 입력 신호의 신호 처리 방식을 디지털 방식 또는 아날로그 방식으로 결정하는 단계; 및 가스 유량의 센싱 데이터가 입력 신호로 수신되면, 하이브리드 동작 시스템이, 디지털 방식 또는 아날로그 방식으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 단계;를 포함하고, 계산하는 단계는, 디지털 방식 수행 시, ADC(analog-digital converter)를 기반으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하고, 아날로그 방식 수행 시, 수신된 입력 신호와 임계값 및 Bias 값과 각각 비교하고, 비교 결과를 기반으로 가스 유량값을 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 동작 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된다.And, according to another embodiment of the present invention, the computer-readable recording medium in which the computer program for performing the hybrid operation method is recorded, the hybrid operation system determines whether the calculated gas flow rate value is less than a preset threshold flow rate value to determine a signal processing method of the input signal using a digital method or an analog method; and when the sensing data of the gas flow rate is received as an input signal, the hybrid operation system signal-processes the input signal in a digital or analog manner to calculate a gas flow rate value. When performing, the input signal is signal-processed based on the ADC (analog-digital converter) to calculate the gas flow rate. When performing the analog method, the received input signal is compared with the threshold and bias values, respectively, and the comparison result is compared. A computer program for performing a hybrid operation method, characterized in that for calculating a gas flow rate value based on the
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 하이브리드 동작 시스템은, 계산된 가스 유량값이 기설정된 임계 유량값 이상인 경우, 가스 유량의 센싱 데이터가 입력 신호로 수신되면, ADC(analog-digital converter)를 기반으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 제1 AFE(analog front end)부; 및 계산된 가스 유량값이 기설정된 임계 유량값 미만인 경우, 가스 유량의 센싱 데이터가 입력 신호로 수신되면, 입력 신호와 임계값 및 Bias 값과 각각 비교하고, 비교 결과를 기반으로 가스 유량값을 계산하는 제2 AFE부;를 포함한다. In addition, in the hybrid operation system according to another embodiment of the present invention, when the calculated gas flow rate value is equal to or greater than a preset threshold flow rate value, when sensing data of the gas flow rate is received as an input signal, an analog-digital converter (ADC) a first analog front end (AFE) unit for processing an input signal based on the signal to calculate a gas flow rate; and when the calculated gas flow rate value is less than a preset threshold flow rate value, when sensing data of the gas flow rate is received as an input signal, the input signal is compared with the threshold value and the bias value, respectively, and the gas flow rate value is calculated based on the comparison result and a second AFE unit.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 아날로그 Comparator 방식과 ADC를 혼합한 하이브리드 AFE 구조를 제공하여, 초음파 가스미터 기반의 계량기 성능 고도화 및 계량기 저전력 동작이 가능하도록 할 수 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, by providing a hybrid AFE structure in which an analog comparator method and an ADC are mixed, it is possible to improve the performance of the ultrasonic gas meter-based meter and to enable low-power operation of the meter.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터 저전력 동작을 위한 하이브리드 동작 시스템의 설명에 제공된 도면,
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터 저전력 동작을 위한 하이브리드 동작 시스템 구조의 설명에 제공된 도면,
도 3은, zero-cross 비교 신호로 생성되는 파형이 예시된 도면,
도 4는, 임계값과 비교하여 출력되는 신호가 예시된 도면, 그리고
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터 저전력 동작을 위한 하이브리드 동작 방법의 설명에 제공된 도면이다. 1 is a view provided in the description of a hybrid operation system for low-power operation of an ultrasonic gas meter according to an embodiment of the present invention;
2 is a view provided for the description of a hybrid operation system structure for an ultrasonic gas meter low power operation according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram illustrating a waveform generated as a zero-cross comparison signal;
4 is a diagram illustrating an output signal compared to a threshold value, and
5 is a view provided for explaining a hybrid operation method for low-power operation of an ultrasonic gas meter according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터 저전력 동작을 위한 하이브리드 동작 시스템(이하에서는 '하이브리드 동작 시스템'으로 총칭하기로 함)의 설명에 제공된 도면이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 동작 시스템 구조의 설명에 제공된 도면이며, 도 3은, zero-cross 비교 신호로 생성되는 파형이 예시된 도면이고, 도 4는, 임계값과 비교하여 출력되는 신호가 예시된 도면이다. 1 is a diagram provided for explanation of a hybrid operation system (hereinafter, collectively referred to as a 'hybrid operation system') for low-power operation of an ultrasonic gas meter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram of the present invention. It is a view provided for the description of the structure of the hybrid operation system according to an embodiment, and FIG. 3 is a diagram illustrating a waveform generated as a zero-cross comparison signal, and FIG. 4 is a diagram illustrating a signal output by comparison with a threshold value It is a drawing.
본 실시예에 따른 하이브리드 동작 시스템은, 초음파 가스미터의 저전력 동작을 위해, 아날로그 Comparator 방식과 ADC(analog-digital converter)를 혼합한 하이브리드 AFE(analog front end) 구조를 제공하기 위해 마련된다.The hybrid operation system according to the present embodiment is provided to provide a hybrid analog front end (AFE) structure in which an analog comparator method and an analog-digital converter (ADC) are mixed for low-power operation of the ultrasonic gas meter.
이때, 초음파 가스미터에서의 AFE 출력 값은 두 수신 신호의 상대/절대 시간 차이 계산에 사용되며 이로부터 현재 가스의 유량값을 계산할 수 있다. In this case, the AFE output value from the ultrasonic gas meter is used to calculate the relative/absolute time difference between the two received signals, and the current gas flow rate can be calculated therefrom.
구체적으로, 본 하이브리드 동작 시스템은, ADC를 기반으로 입력 신호를 디지털 방식으로 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 초음파 가스미터의 고성능 동작 또는 입력 신호를 Comparator를 이용하는 아날로그 방식으로 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 저전력 동작이 선택적으로 수행 가능하도록 할 수 있다.Specifically, this hybrid operation system digitally processes an input signal based on an ADC to perform a high-performance operation of an ultrasonic gas meter that calculates a gas flow rate or an analog method to process an input signal using a comparator, A low-power operation for calculating a flow rate value may be selectively performed.
이를 위해, 본 하이브리드 동작 시스템은, 입력부(110), 프로세서(120), 제1 AFE부(130), 제2 AFE부(140) 및 저장부(150)를 포함할 수 있다.To this end, the present hybrid operation system may include an
입력부(110)는, 가스 유량의 센싱 데이터를 입력 신호로 수신할 수 있다. The
구체적으로 입력부(110)는, 가스 유량을 측정하기 위해 마련되는 한 쌍의 트랜스듀서로부터 초음파 신호를 입력 신호로 수신할 수 있다. In more detail, the
프로세서(120)는, 입력 신호가 수신되면, 계산된 가스 유량값을 기반으로, 가스 유량값을 계산하기 위한 입력 신호의 신호 처리 방식을 디지털 방식 또는 아날로그 방식으로 결정할 수 있다. When the input signal is received, the
여기서, ADC를 기반으로 하는 제1 AFE부(130)의 동작은 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 MCU(Micro Controller Unit)에서의 신호처리를 수행하여, Comparator 기반으로 하는 제2 AFE부(140)의 동작에 비해 상대적으로 많은 전력을 소모하지만, 정확한 유량 계산이 가능하다. 제2 AFE부(140) 동작은 그 반대로 낮은 전력 소모와 상대적으로 낮은 성능을 가진다.Here, the operation of the
따라서, 프로세서(120)는, 기본적으로 아날로그 방식으로 가스 유량값을 계산하되, 아날로그 방식으로 계산된 가스 유량값이 기설정된 임계 유량값 미만인지 여부를 판단하여, 계산된 가스 유량값이 임계 유량값 미만인 경우, 신호 처리 방식을 아날로그 방식으로 유지하고, 가스 유량값이 임계 유량값 이상인 경우, 신호 처리 방식을 디지털 방식으로 결정할 수 있다. Therefore, the
즉, 프로세서(120)는, 임계 유량값 이상의 유량이 측정될 경우, 제1 AFE부(130)의 동작을 이용한 정확한 측정 방식을 수행하고, 임계 유량값 미만의 유량이 측정될 경우, Comparator 기반의 제2 AFE부(140)를 이용하는 저전력 측정 방식을 수행하여, 전체 시간 구간에서 전력 소모를 줄이면서도 유량값이 임계 유량값 이상인 구간에서는 정확한 측정을 하는 효율적인 동작이 가능하도록 할 수 있다. That is, the
그리고 프로세서(120)는, 초음파 가스미터의 배터리 전원에 대한 상태 데이터가 획득되면, 상태 데이터를 기반으로, 배터리 전원이 임계 전원값 이하인지 여부를 판단하여, 배터리 전원이 임계 전원값 이하인 경우, 계산된 가스 유량값과 상관없이 저전력 동작을 수행할 수 있다.And when the state data for the battery power of the ultrasonic gas meter is obtained, the
즉, 프로세서(120)는, 배터리 전원이 임계 전원값 이하인 경우에는, 계산된 가스 유량값과 상관없이 상대적으로 전력 소모가 낮은 제2 AFE부(140)를 이용하여, 아날로그 방식으로 가스 유량값을 계산할 수 있다. That is, when the battery power is less than or equal to the threshold power value, the
제1 AFE부(130)는, ADC를 기반으로 입력 신호를 디지털 방식으로 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산할 수 있다. The
구체적으로, 제1 AFE부(130)는, 프로세서(120)에 두 입력 신호가 입력되는 경우, 두 입력 신호 중 하나의 입력 신호를 선택하고, 대역 통과 필터(BPF)를 이용하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 획득한 후 기설정된 이득 값을 곱하여, 디지털 신호로 변환을 수행하고, 변환된 디지털 신호의 펄스 간 상대 시간 차이 및 절대 시간 차이를 계산하여, 계산 결과를 기반으로 유량값을 계산할 수 있다. Specifically, when two input signals are input to the
이때, 제1 AFE부(130)는, 유량값 계산 시, 변환된 디지털 신호에서 주변 노이즈를 제거하거나 또는 추가적인 보정 연산을 수행한 이후, 유량값을 계산할 수 있다. In this case, the
제2 AFE부(140)는, 수신된 입력 신호와 임계값 및 Bias 값과 각각 비교하고, 비교 결과를 기반으로 가스 유량값을 계산할 수 있다. The
제2 AFE부(140)는, 생성된 두 비교 신호가, 후처리 단에서 마찬가지로 상대/절대 시간 값을 구하는 데 사용되며, 이 경우, 제2 AFE부(140)에서 ADC가 사용되지 않기 때문에 상대적으로 낮은 전력 소모를 가진다. 반면, 입력 신호에서 발생하는 잡음 등의 문제로 인해 상대적으로 정확한 측정은 불가능하다. The
이러한 특징으로부터 Comparator 기반의 제2 AFE부(140)는 가스 유량값이 임계 유량값 미만인 상황에서 ADC 기반의 제1 AFE부(130)에 비해 전력 소모 대비 효과적인 동작이 가능하다. From these characteristics, the
구체적으로, 제2 AFE부(140)는, 수신된 입력 신호를 임계값과 비교하여 제1 비교 신호를 생성하고, 수신된 입력 신호를 Bias 값과 비교하여 제2 비교 신호를 생성할 수 있다. Specifically, the
그리고 제2 AFE부(140)는, 대역 통과 필터를 이용하여, 제1 비교 신호 및 제2 비교 신호의 특정 대역의 신호만을 각각 획득한 후, 기설정된 전압 이득을 곱하여, 제1 증폭 신호 및 제2 증폭 신호를 생성할 수 있다. Then, the
즉, 제2 AFE부(140)는, 제1 AFE부(130)와 마찬가지로 특정 대역의 입력 신호만을 취하기 위해 대역 통과 필터를 사용하며, 증폭기를 통해 적절한 전압 이득을 곱해줄 수 있다. That is, the
증폭된 신호는 두 개의 각기 다른 비교기를 통과하여 펄스 신호를 만들어내며 생성되는 신호는 도 3, 도 4에 예시된 바와 같다. The amplified signal passes through two different comparators to generate a pulse signal, and the generated signal is as illustrated in FIGS. 3 and 4 .
도 3은, zero-cross 비교 신호로 생성되는 파형을 나타내며, 비교기로 입력되는 레퍼런스 전압은 입력 신호 Rx에 Bias된 값과 일치하는 값을 나타낸다.3 shows a waveform generated as a zero-cross comparison signal, and a reference voltage input to the comparator has a value consistent with a value biased by the input signal Rx.
제2 AFE부(140)는, 제1 증폭 신호 및 제2 증폭 신호가, 두 개의 각기 다른 비교기를 통과하여, 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 생성할 수 있다. The
도 4는, 임계값과 비교하여 출력되는 신호를 나타낸다. 본 발명에서는 임계 전압 값을 가변시키기 위해 가변 저항으로 사용할 수 있는 모듈을 이용하며, 이 RF의 값을 변경시켜 임계 전압 값을 조절할 수 있다. 그리고 이 전압 값과 수신 신호를 비교하여 파형을 생성한다. 4 shows a signal output by comparison with a threshold value. In the present invention, a module that can be used as a variable resistor is used to change the threshold voltage value, and the threshold voltage value can be adjusted by changing the RF value. Then, a waveform is generated by comparing the voltage value with the received signal.
그리고 제2 AFE부(140)는, 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호 간 상대 시간 차이 및 절대 시간 차이를 계산하고, 계산 결과를 기반으로 유량값을 계산할 수 있다. In addition, the
저장부(150)는, 프로세서(120)가 동작함에 있어 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 저장매체이다. The
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터 저전력 동작을 위한 하이브리드 동작 방법(이하에서는 '하이브리드 동작 방법'으로 총칭하기로 함)의 설명에 제공된 도면이다. FIG. 5 is a view provided for explanation of a hybrid operation method (hereinafter, collectively referred to as a 'hybrid operation method') for low-power operation of an ultrasonic gas meter according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 하이브리드 동작 방법은, 하이브리드 동작 시스템을 이용하여, 기본적으로 아날로그 방식으로 가스 유량값을 계산하며(S510), 계산된 가스 유량값이 임계 유량값 미만인 경우(S520-Y), 신호 처리 방식을 아날로그 방식으로 유지하고(S530), 가스 유량값이 임계 유량값 이상인 경우(S520-N), 신호 처리 방식을 디지털 방식으로 변경할 수 있다(S540). Referring to FIG. 5 , the hybrid operation method uses a hybrid operation system to basically calculate a gas flow rate value in an analog manner (S510), and when the calculated gas flow rate value is less than a critical flow rate value (S520-Y), If the signal processing method is maintained as an analog method (S530) and the gas flow rate is equal to or greater than the threshold flow rate value (S520-N), the signal processing method may be changed to a digital method (S540).
그리고 하이브리드 동작 방법은, 하이브리드 동작 시스템을 이용하여 결정된 신호 처리 방식으로 가스 유량값을 계산할 수 있다(S550). In addition, the hybrid operation method may calculate a gas flow rate using a signal processing method determined using the hybrid operation system ( S550 ).
즉, 하이브리드 동작 방법은, 하이브리드 동작 시스템을 이용하여, 임계 유량값 이상의 유량이 측정될 경우, 제1 AFE부(130)의 동작을 이용하여 정확한 측정 방식을 수행하고, 임계 유량값 미만의 유량이 측정될 경우, Comparator 기반의 제2 AFE부(140)를 이용하는 저전력 측정 방식을 수행하여, 전체 시간 구간에서 전력 소모를 줄이면서도 고유량 구간에서는 정확한 측정을 하는 효율적인 동작이 가능하도록 할 수 있다.That is, the hybrid operation method uses the hybrid operation system to perform an accurate measurement method using the operation of the
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.On the other hand, it goes without saying that the technical idea of the present invention can also be applied to a computer-readable recording medium containing a computer program for performing the functions of the apparatus and method according to the present embodiment. In addition, the technical ideas according to various embodiments of the present invention may be implemented in the form of computer-readable codes recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be any data storage device readable by the computer and capable of storing data. For example, the computer-readable recording medium may be a ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, hard disk drive, or the like. In addition, the computer-readable code or program stored in the computer-readable recording medium may be transmitted through a network connected between computers.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims In addition, various modifications may be made by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.
110 : 입력부
120 : 프로세서
130 : 제1 AFE(analog front end)부
140 : 제2 AFE(analog front end)부
150 : 저장부110: input unit
120: processor
130: first AFE (analog front end) unit
140: second AFE (analog front end) unit
150: storage
Claims (12)
디지털 방식 수행 시, ADC(analog-digital converter)를 기반으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 제1 AFE(analog front end)부; 및
아날로그 방식 수행 시, 수신된 입력 신호와 임계값 및 Bias 값과 각각 비교하고, 비교 결과를 기반으로 가스 유량값을 계산하는 제2 AFE부;를 포함하며,
프로세서는,
기본적으로 아날로그 방식으로 가스 유량값을 계산하되, 아날로그 방식으로 계산된 가스 유량값이 기설정된 임계 유량값 미만인지 여부를 판단하여, 계산된 가스 유량값이 임계 유량값 미만인 경우, 신호 처리 방식을 아날로그 방식으로 유지하고, 가스 유량값이 임계 유량값 이상인 경우, 신호 처리 방식을 디지털 방식으로 결정하고,
제1 AFE부는,
디지털 방식 수행 시, 프로세서에 두 입력 신호가 입력되는 경우, 두 입력 신호 중 하나의 입력 신호를 선택하고, 대역 통과 필터(BPF)를 이용하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 획득한 후 기설정된 이득 값을 곱하여, 디지털 신호로 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 동작 시스템.
a processor that determines, based on the calculated gas flow rate value, a signal processing method of the input signal for calculating the gas flow rate value in a digital method or an analog method, when the sensing data of the gas flow rate is received as an input signal;
a first analog front end (AFE) unit for calculating a gas flow rate by signal processing an input signal based on an analog-digital converter (ADC) when performing a digital method; and
a second AFE unit that compares the received input signal with the threshold value and the bias value, respectively, and calculates a gas flow rate value based on the comparison result when performing the analog method;
The processor is
Basically, the gas flow value is calculated in an analog method, but it is determined whether the gas flow value calculated in the analog method is less than a preset threshold flow value, and if the calculated gas flow value is less than the threshold flow value, the signal processing method is changed to digitally determine the signal processing method when the gas flow rate value is greater than or equal to the threshold flow rate value;
The first AFE unit,
When performing the digital method, when two input signals are input to the processor, one of the two input signals is selected, only a signal of a desired frequency band is obtained using a band pass filter (BPF), and a preset gain value is applied. A hybrid operation system, characterized in that by multiplying and converting into a digital signal.
제1 AFE부는,
변환된 디지털 신호의 펄스 간 상대 시간 차이 및 절대 시간 차이를 계산하고, 계산 결과를 기반으로 유량값을 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 동작 시스템.
The method according to claim 1,
The first AFE unit,
A hybrid operation system, comprising calculating the relative time difference and absolute time difference between pulses of the converted digital signal, and calculating a flow rate value based on the calculation result.
제1 AFE부는,
변환된 디지털 신호에서 주변 노이즈를 제거하거나 또는 추가적인 보정 연산을 수행한 이후, 유량값을 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 동작 시스템.
The method according to claim 1,
The first AFE unit,
A hybrid operation system, characterized in that after removing ambient noise from the converted digital signal or performing an additional correction operation, the flow rate value is calculated.
디지털 방식 수행 시, ADC(analog-digital converter)를 기반으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 제1 AFE(analog front end)부; 및
아날로그 방식 수행 시, 수신된 입력 신호와 임계값 및 Bias 값과 각각 비교하고, 비교 결과를 기반으로 가스 유량값을 계산하는 제2 AFE부;를 포함하며,
프로세서는,
기본적으로 아날로그 방식으로 가스 유량값을 계산하되, 아날로그 방식으로 계산된 가스 유량값이 기설정된 임계 유량값 미만인지 여부를 판단하여, 계산된 가스 유량값이 임계 유량값 미만인 경우, 신호 처리 방식을 아날로그 방식으로 유지하고, 가스 유량값이 임계 유량값 이상인 경우, 신호 처리 방식을 디지털 방식으로 결정하고,
제2 AFE부는,
아날로그 방식 수행 시, 수신된 입력 신호를 임계값과 비교하여 제1 비교 신호를 생성하고, 수신된 입력 신호를 Bias 값과 비교하여 제2 비교 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 동작 시스템.
a processor that determines, based on the calculated gas flow rate value, a signal processing method of the input signal for calculating the gas flow rate value in a digital method or an analog method, when the sensing data of the gas flow rate is received as an input signal;
a first analog front end (AFE) unit for calculating a gas flow rate by signal processing an input signal based on an analog-digital converter (ADC) when performing a digital method; and
a second AFE unit that compares the received input signal with the threshold value and the bias value, respectively, and calculates a gas flow rate value based on the comparison result when performing the analog method;
The processor is
Basically, the gas flow value is calculated in an analog method, but it is determined whether the gas flow value calculated in the analog method is less than a preset threshold flow value, and if the calculated gas flow value is less than the threshold flow value, the signal processing method is changed to digitally determine the signal processing method when the gas flow rate value is greater than or equal to the threshold flow rate value;
The second AFE unit,
A hybrid operation system, characterized in that when performing the analog method, a first comparison signal is generated by comparing a received input signal with a threshold value, and a second comparison signal is generated by comparing the received input signal with a bias value.
제2 AFE부는,
대역 통과 필터를 이용하여, 제1 비교 신호 및 제2 비교 신호의 특정 대역의 신호만을 각각 획득한 후, 기설정된 전압 이득을 곱하여, 제1 증폭 신호 및 제2 증폭 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 동작 시스템.
7. The method of claim 6,
The second AFE unit,
Using a band-pass filter, only the signals of a specific band of the first comparison signal and the second comparison signal are respectively obtained, and then multiplied by a preset voltage gain to generate the first amplified signal and the second amplified signal Hybrid motion system.
제2 AFE부는,
제1 증폭 신호 및 제2 증폭 신호가, 두 개의 각기 다른 비교기를 통과하여, 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 동작 시스템.
8. The method of claim 7,
The second AFE unit,
A hybrid operating system, characterized in that the first amplified signal and the second amplified signal pass through two different comparators to generate a first pulse signal and a second pulse signal.
제2 AFE부는,
제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호 간 상대 시간 차이 및 절대 시간 차이를 계산하고, 계산 결과를 기반으로 유량값을 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 동작 시스템.
9. The method of claim 8,
The second AFE unit,
A hybrid operation system, comprising: calculating a relative time difference and an absolute time difference between the first pulse signal and the second pulse signal, and calculating a flow rate value based on the calculation result.
가스 유량의 센싱 데이터가 입력 신호로 수신되면, 하이브리드 동작 시스템이, 디지털 방식 또는 아날로그 방식으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 단계;를 포함하고,
계산하는 단계는,
디지털 방식 수행 시, ADC(analog-digital converter)를 기반으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하고,
아날로그 방식 수행 시, 수신된 입력 신호와 임계값 및 Bias 값과 각각 비교하고, 비교 결과를 기반으로 가스 유량값을 계산하고,
계산하는 단계는,
기본적으로 아날로그 방식으로 가스 유량값을 계산하되, 아날로그 방식으로 계산된 가스 유량값이 기설정된 임계 유량값 미만인지 여부를 판단하여, 계산된 가스 유량값이 임계 유량값 미만인 경우, 신호 처리 방식을 아날로그 방식으로 유지하고, 가스 유량값이 임계 유량값 이상인 경우, 신호 처리 방식을 디지털 방식으로 결정하고,
계산하는 단계는,
디지털 방식 수행 시, 프로세서에 두 입력 신호가 입력되는 경우, 두 입력 신호 중 하나의 입력 신호를 선택하고, 대역 통과 필터(BPF)를 이용하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 획득한 후 기설정된 이득 값을 곱하여, 디지털 신호로 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 동작 방법.
determining, by the hybrid operation system, whether the calculated gas flow rate value is less than a preset threshold flow rate value, and determining a signal processing method of the input signal in a digital method or an analog method; and
When the sensing data of the gas flow rate is received as an input signal, the hybrid operation system signal-processes the input signal in a digital or analog manner to calculate a gas flow rate value;
The calculation steps are,
When performing the digital method, the input signal is signal-processed based on the ADC (analog-digital converter) to calculate the gas flow rate,
When performing the analog method, the received input signal is compared with the threshold and bias values, respectively, and the gas flow rate is calculated based on the comparison result,
The calculation steps are,
Basically, the gas flow value is calculated in an analog method, but it is determined whether the gas flow value calculated in the analog method is less than a preset threshold flow value, and if the calculated gas flow value is less than the threshold flow value, the signal processing method is changed to digitally determine the signal processing method when the gas flow rate value is greater than or equal to the threshold flow rate value;
The calculation steps are,
When performing the digital method, when two input signals are input to the processor, one of the two input signals is selected, only a signal of a desired frequency band is obtained using a band pass filter (BPF), and a preset gain value is applied. A hybrid operation method, characterized in that by multiplying and converting into a digital signal.
가스 유량의 센싱 데이터가 입력 신호로 수신되면, 하이브리드 동작 시스템이, 디지털 방식 또는 아날로그 방식으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하는 단계;를 포함하고,
계산하는 단계는,
디지털 방식 수행 시, ADC(analog-digital converter)를 기반으로 입력 신호를 신호 처리하여, 가스 유량값을 계산하고,
아날로그 방식 수행 시, 수신된 입력 신호와 임계값 및 Bias 값과 각각 비교하고, 비교 결과를 기반으로 가스 유량값을 계산하고,
계산하는 단계는,
기본적으로 아날로그 방식으로 가스 유량값을 계산하되, 아날로그 방식으로 계산된 가스 유량값이 기설정된 임계 유량값 미만인지 여부를 판단하여, 계산된 가스 유량값이 임계 유량값 미만인 경우, 신호 처리 방식을 아날로그 방식으로 유지하고, 가스 유량값이 임계 유량값 이상인 경우, 신호 처리 방식을 디지털 방식으로 결정하고,
계산하는 단계는,
디지털 방식 수행 시, 프로세서에 두 입력 신호가 입력되는 경우, 두 입력 신호 중 하나의 입력 신호를 선택하고, 대역 통과 필터(BPF)를 이용하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 획득한 후 기설정된 이득 값을 곱하여, 디지털 신호로 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 동작 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.determining, by the hybrid operation system, whether the calculated gas flow rate value is less than a preset threshold flow rate value, and determining a signal processing method of the input signal in a digital method or an analog method; and
When the sensing data of the gas flow rate is received as an input signal, the hybrid operation system signal-processes the input signal in a digital or analog manner to calculate a gas flow rate value;
The calculation steps are,
When performing the digital method, the input signal is signal-processed based on the ADC (analog-digital converter) to calculate the gas flow rate,
When performing the analog method, the received input signal is compared with the threshold and bias values, respectively, and the gas flow rate is calculated based on the comparison result,
The calculation steps are,
Basically, the gas flow value is calculated in an analog method, but it is determined whether the gas flow value calculated in the analog method is less than a preset threshold flow value, and if the calculated gas flow value is less than the threshold flow value, the signal processing method is changed to digitally determine the signal processing method when the gas flow rate value is greater than or equal to the threshold flow rate value;
The calculation steps are,
When performing the digital method, when two input signals are input to the processor, one of the two input signals is selected, only a signal of a desired frequency band is obtained using a band pass filter (BPF), and a preset gain value is applied. A computer-readable recording medium containing a computer program for performing a hybrid operation method, characterized in that multiplication and conversion to a digital signal are performed.
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|---|---|---|---|---|
| JP2003504992A (en) * | 1999-07-17 | 2003-02-04 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Analog or digital signal processor |
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