KR100383822B1 - 진동파를 이용한 해충 구제장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 마이크로프로세서를 이용해 인버터를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하므로써 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 운전을 하여 진동파의 크기와 주파수를 필요에 따라서 가변할 수 있게 하므로써 해충이 본 발명의 해충구제장치에서 발생되는 진동파에 적응할 수 없게 하여 퇴치효과를 극대화할 수 있고 1개의 장치를 가지고 다양한 동작을 수행하므로써 여러 가지 해충에 대한 대응이 가능하도록 고안하였다.

또한 본 장치는 마이크로프로세서와 반도체 메모리를 사용하므로 퇴치전략의 수립이 가능하다. 해충 구제 장치의 설치환경이나 퇴치목적의 해충이 무엇이냐에 따라 그 개개의 동작 상황이 다르므로 일률적인 음파의 발생방법은 한계가 있을 수밖에 없다. 그러므로 본 발명에서는 진동파의 크기와 주파수를 임의로 가변할 수 있으므로 설치환경이나 퇴치목적인 해충의 종류에 따라 가장 효과적인 진동파를 발생하도록 하는 퇴치전략을 수립할 수 있는 것이 큰 특징이다.

또한 본 장치는 다양한 퇴치전략 시나리오를 가지고 동물실험을 지속적으로 수행할 수 있도록 고안하였으며, 이러한 연구결과들을 종합하여 새로이 밝혀지는 사실들을 퇴치전략으로 수립할 수 있다. 퇴치전략은 각 개인이나 전문 연구자 모두 세울 수 있으며, 이렇게 결정된 퇴치전략은 PC를 이용해 사용자가 자신의 장치에 즉각적으로 반영할 수 있도록 하였다. 또한 개인이나 전문 연구자가 연구한 최신 연구 결과를 퇴치전략으로 수립하고 프로그램하여 인터넷이나 PC통신을 이용해 제공하면, 사용자는 이를 내려 받아서 자신의 장치의 퇴치전략을 업그레이드할 수 있게 하므로써 각 개인이나 전문 연구자가 개발하고 소유한 퇴치 Know-How들을 공유할 수 있도록 고안하였다.

Description

진동파를 이용한 해충 구제장치{Pest Control Apparatus using Sound Waves}

본 발명은 화학약품(독극물)이나 기계적인 장치(덫, 그물망)가 아닌 방법으로 해충(쥐, 뱀, 바퀴벌레 등)을 퇴치하는 방법에 관계된 것으로, 해충이 싫어하거나 두려워하는 진동파를 발생시켜 사람이 원하지 않는 해충을 쫓아내는 장치에 관한 것이다.

해충(특히 쥐)을 퇴치하기 위한 방법은 끊임없이 개발되어 왔다. 일반적으로 천적인 고양이를 이용하거나 독극물 및 덫을 사용하는 것이 가장 보편적인 방법이다. 최근 쥐의 청각이 사람의 청각으로 감지 못하는 고주파를 감지할 수 있다는 점을 착안하여 초음파를 이용한 퇴치기구가 개발되기도 하였다.

독극물의 사용은 사람, 가축에게도 해가 될 뿐만 아니라 사용할 수 있는 장소/시간이 제한되어 그 효과가 미미한 실정이다. 그리고 초음파를 이용한 해충 구제방법은 초기에는 효과가 있으나 어느 정도 시간이 지나면 쥐가 초음파의 진동 주파수에 적응하여 그 효과가 역시 떨어진다.

본 발명은 쥐, 뱀, 개미 및 바퀴벌레 등과 같이 배를 지면에 접촉하여 이동하거나 생활하는 동물은 진동에 아주 민감하다는 것에 착안하였다. 옛날부터 쥐, 뱀 및 바퀴벌레 등이 지진이 발생하기 조금 전에 미리 땅속에서 기어 나와 다른 곳으로 대피한다는 사실은 잘 알려져 있다. 또한 개미의 경우 멀리 떨어진 곳에서 소낙비가 오는 경우에 빗방울이 지면과 부딪칠 때 발생하는 미세한 진동을 감지하여 안전한 곳으로 사전 대피하는 현상을 자주 관찰할 수 있다. 최근 중국에서는 쥐, 뱀 및 바퀴벌레 등이 진동에 예민한 것을 이용하여 지진 예보를 위한 생태 예보 시스템을 개발 중에 있는 것으로 알고 있다. 현재 진동파를 이용한 해충 구제 장치는 일부 개발되어 사용을 하고 있으나 그 효과면에서 개선하여야 할 부분이 많다.

도 1은 기존의 해충 구제 장치의 설명도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 해충 구제장치는 진동파 발생장치들은 해충을 퇴치하기 위하여 솔레노이드 코일을 사용하여 60Hz의 주파수를 갖는 진동파를 발생시켜 지면에 전달시키는 방법을 이용하여 왔다. 그러나 기존의 장치들은 60Hz의 신호를 캐리어(Carrier Frequency)로 사용하고 1Hz의 신호에 진폭 변조시켜서 사용하고 있으므로, 발생되는 진동파가 주기적이고 예측 가능하여 해충이 적응할 수 있는 가능성이 높다. 또한 이러한 점을 개선한 방법도 소개되고 있으나, 이도 역시 진동파를 비주기적인 것으로 만들기 위해 1Hz의 변조펄스 신호를 임의로 발생시키는 방법을 사용하고 있다. 이 또한 60Hz 캐리어 신호를 사용하므로 큰 효과를 기대하기 힘든다. 또한 장치가 설치되는 환경이 서로 다르고, 퇴치목적인 해충이 서로 달라서 일률적인 진동파의 발생방법은 그 효과가 제한적일 수밖에 없다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 비주기적이면서도 크기가 가변 되는 다양한 주파수의 진동파를 발생시키는 효과적인 방법을 제공하는 데 있다. 즉 설치환경이나 해충의 종류에 따라 가장 효과적으로 퇴치전략을 수립할 수 있는 해충 구제장치의 방법을 제공하고 인터넷이나 PC통신을 통해 해충퇴치에 대한 최신연구결과와 Know-How들을 공유할 수 있도록 하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 진동파를 이용한 해충 구제장치를 나타낸 설명도.

도 2는 본 발명이 적용되는 진동파를 이용한 해충구제장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 이용되는 진동파를 이용한 해충구제장치의 순서도.

도 4는 본 발명이 이용되는 인버터의 개념도.

도 5는 본 발명의 mode 1에서 출력되는 진동파의 파형도.

도 6은 본 발명의 mode 2에서 출력되는 진동파의 파형도.

도 7은 본 발명의 mode 3에서 출력되는 진동파의 파형도.

도 8은 본 발명의 mode 4에서 출력되는 진동파의 파형도.

도 9는 본 발명의 mode 5에서 출력되는 진동파의 파형도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

5 : 마이크로프로세서 7 : 인버터

12 : 솔레노이드 코일 14 : 반도체 메모리

16 : PC

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다양한 형태의 진동파를 효과적으로 발생시키기 위하여, 마이크로프로세서와 인버터를 TRiAC과 병용하여 캐리어 주파수를 필요에 따라 여러 가지로 선택할 수 있는 제 1단계; 마이크로프로세서와 인버터를 병용하여 진동파의 크기를 필요에 따라 제어할 수 있는 2단계; 및 본 발명품과 컴퓨터(PC)를 연결하여 퇴치전략을 언제든지 수시로 변경할 수 있도록 하여 장치의 성능을 최상으로 유지시킬 수 있는 방법을 제공한다. 그리하여 본 발명은 완벽한 임의의 진동파를 만들어 해충 구제효과를 극대화할 수 있는 방법을 제공한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 내용을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 구조도이다.

도면에 예시된 바와 같이, 본 발명의 해충 구제장치는 도 1의 전원(1)을 통하여 전기를 공급받는다. 전원 장치(1)는 일반 상용전원으로서 AC 220V 60Hz혹은 AC 110V 60Hz로 공급되며 어느 것으로 공급되더라도 장치의 사용이 가능하다. 전원은 2 가닥의 AC 전원 연결선과 1 가닥의 접지 연결선으로 이루어져 있다. 이 전원선들은 전원플러그에서 전원선으로 연결되어 있으며 커넥터를 통해 해충구제장치로 연결된다.

전원(10)으로부터 공급된 전원은 솔레노이드 액츄에이터 코일(12)을 구동하기 위한 부분과 이를 제어하기 위한 제어회로용 전원으로 나뉘어진다. 제어회로용으로 사용되기 위한 전원은 신호용 트랜스포머(2)를 통해서 전원(10)과 분리된 후트랜스포머의 권선비에 의해 전압의 크기가 AC 20V 이하로 출력된다.

트랜스포머(2)를 통해서 출력되는 제어회로용 AC 전원은 제어용 정류기(3)에 의해서 AC에서 DC로 변환된다. 제어회로용 정류기(3)는 정류다이오드 브리지 회로를 이용하는 회로로 전원을 정류한 뒤 평활용 커패시터를 사용해서 변환된 DC 전원의 리플을 제거한다.

정류다이오드 브리지 회로(3)를 통해서 DC로 변환된 전원은 솔레노이드 코일(12)을 제어하기 위한 마이크로프로세서(5)와 반도체메모리(14) 및 주변회로(6, 15)의 전원으로 사용되기 적당하도록 전압 레귤레이터(4)를 통해 직류 5V로 조정된다. 전압 레귤레이터(4)는 정류다이오드 브리지 회로(3)에서 출력된 20V의 DC 전원을 입력받아 5V로 출력하는 IC 7805를 사용하며, 입력과 출력측에 전압의 평활과 잡음제거를 위해 전해 커패시터를 부착하여 사용한다. 이렇게 하여 제어회로부의 전원이 완성되며 이 전원을 제어회로 전반에 공급하여 제어동작을 수행하며, 이는 솔레노이드 구동 전원과 분리되어 있다.

마이크로프로세서(5)는 전압레귤레이터(4)에서 전원을 공급받아 예정된 동작을 수행하며, 도 2의 해충구제장치의 동작 전반을 제어 및 관장한다. 미리 마련된 프로그램은 반도체메모리(14)에 저장되어 있으며, 이 프로그램은 전원공급과 동시에 마이크로프로세서로 전달되어 수행된다. 마이크로프로세서(5)는 반도체메모리(14)뿐만 아니라 솔레노이드 코일(12)을 구동하기 위한 TRiAC(10)과 인버터의 전력용 반도체 스위치(7)를 구동해 주기 위한 게이트 드라이버(6)의 구동 신호를 주기 위해 연결되며, 퇴치 전략 및 프로그램의 수정을 위해 직렬통신포트(15)를 통해 PC(16)의 직렬통신 포트와 연결된다.

마이크로프로세서(5)는 도 3의 순서도에 따라 인버터(7)를 사용할 것인가 아니면 TRiAC(10)을 사용할 것인가를 결정한 뒤, 결정된 부분에 퇴치 전략에 따른 게이트 구동신호를 발생시킨다. TRiAC(10)의 게이트 구동신호는 다시 2가지의 모드로 나뉘어질 수 있으며, 도 1의 기존방법에서와 같이 1Hz 신호에 60Hz의 전원신호를 Carrier로 사용하는 모드 1과 60Hz의 전원신호를 그대로 Carrier로 사용하면서 1Hz 외에도 임의의 주파수를 첨가하여 여러 가지 주파수 성분을 갖도록 하는 모드 2가 있다. 여기서 모드 1은 고정적인 1Hz 신호를 출력시키므로써 1Hz 주기로 고정적인 진동파를 만들어 낼 수 있다. 또한 모드 2는 마이크로프로세서(5)에서 임의의 주파수를 생성하여 이를 TRiAC(10)의 게이트 구동용 신호로 사용하므로써 해충이 싫어하는 여러 가지의 주파수를 가지고 진동파를 만들어 낼 수 있어 퇴치에 더욱 효과적일 수 있다.

그러므로 인버터(7)의 구동을 통해 보다 다양하고 위협적인 진동파를 만들어 내므로써 퇴치효과에 대한 적응력을 없애고, 퇴치효과를 극대화할 수 있는 해충구제장치를 만들 수 있다. 인버터 구동에는 캐리어 주파수만을 변화시키는 모드 3과 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 운전을 하는 모드 4, 그리고 모드 1에서 모드 4까지를 혼용해서 사용하는 모드 5가 있다. 인버터(7)를 이용하면 기존과는 달리 진동의 주파수뿐만 아니라 크기를 변화시킬 수 있으므로 더욱 해충이 싫어하는 진동파를 만들어 내기가 용이하다. 자연에서의 진동파는 주파수가 일정하지도 않고 크기도 천차만별일 것이므로 인버터(7)의 VVVF 운전을 이용한다면 임의의 주파수에 임의의 크기의 진동파를 발생시켜 자연의 진동파와 거의 유사한 상황을 만들 수 있으므로 퇴치효과가 더욱 커질 것으로 기대된다. 또한 모드 5는 모드 1에서 모드 4의 장점들을 살릴 수 있도록 효과적으로 조합하여 사용하는 모드이다. 따라서 퇴치 전략의 연구가 필요하며, 때와 장소와 시간에 따라 퇴치효과가 다르게 나타날 것이므로 적재 적소에 효과적인 퇴치 전략의 수립이 가능하다. 또한 계속 연구되어 알려지는 해충들의 습성이나 본능들에 대한 즉각적인 대처가 가능한 전략이 수립됨과 동시에 적용될 수 있는 장점이 있다.

이는 그림의 마이크로프로세서(5)와 연결된 PC(16)를 이용해서 전략의 수립과 수립된 전략의 프로그램을 작성하여 해충퇴치장치로 바로 전송할 수 있기 때문이다. PC(16)와 마이크로프로세서(5)의 연결은 PC(16)의 여러 가지 통신방법을 모두 이용할 수 있으며, 빠른 데이터의 전송이 그리 요구되지 않으므로 직렬통신방법이 적당할 것으로 판단된다. 직렬 통신을 통해 마이크로프로세서(5)로 전송된 퇴치전략 프로그램은 지우고 다시 쓸 수 있는 프로그램용 반도체메모리(14)에 저장되어 장치의 동작시 곧바로 적용되어 수행된다.

퇴치전략은 퇴치를 목적으로 하는 해충에 따라 구분될 수 있으며, 해충에 대한 연구가 진행되면 더욱 더 개선된 퇴치전략의 수립이 가능할 것이다.

게이트 드라이버(6, 13)는 전력용 전원(9)으로부터 제어용 회로를 보호하기 위해서 광 커플러를 사용하여 신호를 전달하기 위한 수단으로 사용한다. 전력용 전원(9)은 고전압, 고전류의 전원으로서 마이크로프로세서(5)나 반도체메모리(14)가 속한 제어용 회로 소자들은 솔레노이드 코일(12) 구동용 전원이 인가되면 파괴되므로 이를 위해 사용전원 자체도 분리하여 제어용 회로는 저전압, 저전류 전원을 생성하여 인가한다. 또한 전력용 전원(9)은 실제 솔레노이드 코일(12)을 구동해야 하므로 고전력이 필요하므로 TRiAC(10)을 사용할 경우 입력되는 전원 그대로 솔레노이드 코일(12)에 인가하여 구동하며, 인버터(7)를 사용하는 경우 입력되는 AC 전원을 정류하여 생긴 DC 전원이 솔레노이드 코일(12)에 직접 인가된다. 이때 PWM(Pulse Width Modulation) 구동방식을 사용하며, 이는 솔레노이드 코일(12)의 구동 주파수와 전압의 크기가 프로세서(5)에서 도 3의 과정을 거쳐 결정되면 이를 위한 기준 신호가 발생되고, PWM을 발생하기 위한 삼각파를 발생시켜, 기준신호와 삼각파를 비교하여 게이트 구동신호를 출력한다. 이 과정은 마이크로프로세서(5) 내부에서 S/W적으로 수행되거나, 외부의 별도의 부가회로를 첨가하여 H/W적으로 발생시킬 수도 있다. 이 과정을 통해서 발생된 PWM 신호는 인버터(7)를 구성하고 있는 도 4에서와 같이 4개의 전력용 반도체 스위치의 구동신호로 인가된다.

도 4의 인버터(7)는 전력용 반도체 스위치(Tr. MOSFET, IGBT등) 4개(17, 18, 19, 20)를 H bridge 방식으로 연결해서 제어하므로 회로가 단락되는 것을 방지해야 한다. 스위치의 제어는 17, 18이 1쌍으로 19, 20이 1쌍으로 묶여져서 동작하며, 17, 18이 ON일 때 19, 20은 OFF상태로 되고, 반대로 19, 20이 ON일 때는 17, 18이 OFF상태로 제어된다. 17, 18이 ON일 때, 솔레노이드 코일의 양단에는 +Vdc 전압이 걸리게 되고, 19, 20이 ON일 때, 솔레노이드 코일에는 -Vdc가 걸리도록 회로가 구성된다. 따라서 두 쌍 모두가 동시에 ON되면 Vdc가 단락을 일으키게 되므로 이러한 단락을 방지하기 위해 각 쌍의 게이트신호가 동시에 ON되는 일이 없도록 해야 한다. 따라서 PWM 제어신호에 dead band를 준 뒤 인버터의 전력용 반도체 스위치의 게이트로 입력한다.

인버터(7)의 H bridge 양단에는 솔레노이드 코일(12)이 연결되어 인버터의 동작에 따라 진동파를 발생하게 되는데 PWM 신호에 따라 전력용 반도체 스위치가 ON/OFF되므로 그 주파수가 일반적으로 수 kHz이상이 된다. 그렇지만 솔레노이드 코일(12)의 동작은 수 kHz로 진동할 수 없으므로 PWM 신호의 평균에 의해 동작하는데, PWM 신호의 평균을 취하면 PWM 신호의 Pulse width에 따라 도 6과 7과 같이 전압의 크기와 주파수가 달라지게 된다. 따라서 인버터(7)를 이용하면 VVVF제어가 가능하게 된다.

도 3은 마이크로프로세서(5)를 이용한 퇴치전략 및 해충구제장치 동작 프로그램의 순서도이다. 전원이 인가되면서 처음에는 퇴치전략에 의해서 동작 모드를 결정하며, 동작 모드가 결정되면 각 모드별 동작으로 들어가게 된다. 동작 모드에는 모드 1부터 모드 5까지가 있으며, 모드 1은 종래의 방식과 동일하게 60 Hz의 캐리어 신호를 TRiAC에 그대로 인가하여 1Hz 주기로 진동파를 출력하는 모드이다. 도 5는 모드 1에서의 출력 파형을 그린 그림이다. 모드 2는 캐리어 주파수는 60Hz로 동일하지만 TRiAC의 게이트 신호를 임의의 주기로 인가하므로써 임의의 주파수의 진동파를 출력하는 모드로 도 6은 모드 2에서의 출력 파형을 나타내고 있다.

모드 3은 인버터 구동모드로 인버터를 구동해서 캐리어 주파수를 임의로 변경시켜 동작하는 모드이다. 따라서 임의의 캐리어 주파수의 신호를 발생시키고 임의의 주기로 인버터의 동작을 수행하여 임의의 진동파를 출력하는 모드로 도 7에서출력파형의 그림을 나타내었다. 모드 4는 모드3의 동작에서 캐리어 주파수 및 크기를 변화시켜 구동하므로써 발생되는 진동파의 주파수 및 크기를 제어하는 모드로 인버터는 VVVF 동작을 수행하며, 도 8에 출력파형을 나타내었다. 마지막으로 모드 5는 모드 1에서 모드 4까지의 동작들을 유효적절하게 혼합하여 구동하는 모드로 1가지의 동작 모드가 고정되는 것이 아니라 퇴치 전략에 따라서 수시로 모드를 변경해 가면서 진동파를 출력한다. 따라서 이 때의 출력파형은 도 9와 같은 형태를 가지게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 해충을 구제하는데 있어서, 진동파의 크기와 주파수를 임의로 가변 할 수 있어, 다양한 형태의 진동파를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 설치환경과 대상 해충의 종류에 적합한 퇴치 전략의 수립이 가능하며, 각 개인이나 전문 연구자가 소유한 Know-How들을 서로 공유할 수 있도록 하여 해충 구제 효과를 극대화할 수 있다.

Claims (3)

1. 해충 퇴치전략을 포함하는 프로그램을 저장하는 반도체 메모리;

   전체적인 동작을 제어하며, 상기 반도체 메모리로부터 상기 프로그램을 읽어와서 모드를 결정하고, 결정된 모드에 따른 구동신호를 출력하는 마이크로프로세서;

   상기 마이크로프로세서로부터 출력되는 구동신호를 입력받아 하기하는 인버터로 전달하는 게이트 드라이버;

   상기 케이트 드라이버로부터 공급되는 구동신호에 따라서, 전력용 정류기로부터 공급되는 DC 전원을 소정 크기의 AC 전원으로 변환하여 출력하는 인버터;

   상기 케이트 드라이버로부터 공급되는 구동신호에 따라서, 전력용 트랜스로부터 AC 전원을 직접 공급받아 소정 크기의 AC 전원을 발생시키는 트라이악;

   상기 트라이악이나 인버터에서 공급되는 AC 전원에 의해 크기와 주파수중 적어도 하나가 가변되는 진동파를 발생시키는 솔레노이드 코일; 및

   외부의 PC와 상기 마이크로프로세서를 직렬통신으로 연결해주는 직렬통신부

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 해충구제장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마이크로프로세서는 60Hz의 캐리어 주파수를 가지고 1Hz의 진동파를 출력하는 모드 1, 60Hz의 캐리어 주파수를 가지고 임의의 주파수를 갖는 진동파를 출력하는 모드 2, 임의의 캐리어 주파수를 가지고 일정한 크기의 임의의 주파수를 갖는 진동파를 출력하는 모드 3, 임의의 캐리어 주파수를 가지고 임의의 크기와 주파수를 갖는 진동파를 출력하는 모드 4, 및 모드 1에서 모드 4까지 퇴치전략에 따라 모드를 결정하여 임의의 모드 출력을 가지는 모드 5 중에서 선택된 어느 하나의 모드에 대응하여 상기 인버터 또는 트라이악을 구동하기 위한 구동신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 해충구제장치.
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