초록
본 논문에서는 원격 방사선 측정을 위한 ZigBee 원칩형 통신 모듈 설계방법을 제안한다. 제안된 ZigBee 원칩형 통신모듈 설계는 ZigBee 시스템 구성을 위해 일반적으로 사용되는 2개의 칩 제어 프로세서와 ZigBee RF 디바이스로 구성되는 방식을 한 개의 칩 모듈로 설계한다. 원격 방사선 측정을 위한 ZigBee 원칩형 통신 모듈은 무선통신 통합제어부, 센서 및 고전압 발생부, 충전 및 전원회로부, 유선통신부, RF 회로부 및 안테나부 등으로 구성된다. 무선통신 통합제어부는 ZigBee를 위한 무선통신 제어 기능 및 방사선 측정 및 제어를 위한 기능을 수행한다. 센서 및 고전압 발생부는 2차에 걸쳐 500V의 고전압을 생성하여 GM Tube를 통해 감지된 방사선에 대한 펄스를 증폭 필터링 하는 기능을 수행한다. 충전 및 전원회로부는 리튬이온 배터리의 충전 및 원칩 프로세서에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 유선통신부는 PC와의 인터페이스 및 디버깅을 위한 USB 인터페이스 및 원거리 유선 통신이 가능하도록 RS-485/422 인터페이스 기능을 수행한다. RF 회로부 및 안테나부는 칩안테나를 적용할 수 있도록 RLC 수동소자를 적용하여 BALUN 및 안테나 임피던스 매칭 회로를 구성하여 무선통신이 가능하도록 한다. 제안된 원격 방사선 측정을 위한 ZigBee 원칩형 통신 모듈을 설계 실험한 결과, 10m, 100m 구간에서 모두 데이터가 정상적으로 전송되어서 원격 방사선량 측정이 되었음을 확인할 수가 있었다. 또한 낮은 소비전류와 적은 비용으로 원격 방사선량 측정환경을 구축할 수 있었다. 따라서 방사선 측정장치의 선형성 확보 및 장치의 소형화를 통해 안정적인 방사선 측정 및 실시간 모니터링 환경을 구축할 수가 있었다.
This paper suggests how to design a ZigBee-chip-based communication module to remotely measure radiation level. The suggested communication module consists of two control processors for the chip as generally required to configure a ZigBee system, and one chip module to configure a ZigBee RF device. The ZigBee-chip-based communication module for remote radiation measurement consists of a wireless communication controller; sensor and high-voltage generator; charger and power supply circuit; wired communication part; and RF circuit and antenna. The wireless communication controller is to control wireless communication for ZigBee and to measure radiation level remotely. The sensor and high-voltage generator generates 500 V in two consecutive series to amplify and filter pulses of radiation detected by G-M Tube. The charger and power supply circuit part is to charge lithium-ion battery and supply power to one-chip processors. The wired communication part serves as a RS-485/422 interface to enable USB interface and wired remote communication for interfacing with PC and debugging. RF circuit and antenna applies an RLC passive component for chip antenna to configure BALUN and antenna impedance matching circuit, allowing wireless communication. After configuring the ZigBee-chip-based communication module, tests were conducted to measure radiation level remotely: data were successfully transmitted in 10-meter and 100-meter distances, measuring radiation level in a remote condition. The communication module allows an environment where radiation level can be remotely measured in an economically beneficial way as it not only consumes less electricity but also costs less. By securing linearity of a radiation measuring device and by minimizing the device itself, it is possible to set up an environment where radiation can be measured in a reliable manner, and radiation level is monitored real-time.
