KR20170001044A - Automatic control system using temperature humidity index for cattle shed environment - Google Patents

Automatic control system using temperature humidity index for cattle shed environment Download PDF

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Abstract

고온 스트레스 지수를 이용하여 온도와 습도를 조절하여 착유우의 고온에 의한 스트레스를 최소화할 수 있는 축사환경 자동제어 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 고온 스트레스 지수를 이용한 축사환경 자동제어 시스템은 축사의 환경정보 및 가축의 생체정보를 수집하는 센싱부와, 상기 환경정보 및 상기 생체정보를 서버장치로 중계하는 중계기와, 상기 중계기로부터 전송된 상기 환경정보 또는 상기 생체정보를 이용하여 고온 스트레스 지수를 연산하고, 상기 고온 스트레스 지수에 기초한 축사 시설물 제어데이터를 생성하는 서버장치를 포함한다.There is provided an automatic control system for a barn environment in which temperature and humidity can be controlled using a high temperature stress index to minimize stress due to high temperature of milking wastes. A system for automatically controlling a housing environment using a high-temperature stress index according to the present invention includes: a sensing unit for collecting environment information of housing and living body information; a repeater for relaying the environment information and the living information to a server device; And a server device for calculating a high-temperature stress index using the transmitted environmental information or the biometric information, and generating housing facility control data based on the high-temperature stress index.

Description

고온 스트레스 지수를 이용한 축사환경 자동제어 시스템{AUTOMATIC CONTROL SYSTEM USING TEMPERATURE HUMIDITY INDEX FOR CATTLE SHED ENVIRONMENT}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an automatic control system for a housing environment using a high-temperature stress index,

본 발명은 축사환경 자동제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 스트레스 지수를 이용하여 온도와 습도를 조절하여 착유우의 고온에 의한 스트레스를 최소화할 수 있는 축사환경 자동제어 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an automatic control system for a housing environment, and more particularly, to an automatic control system for a housing environment capable of minimizing stress due to high temperature of milking by controlling temperature and humidity using a high temperature stress index.

최근 정보통신 기술의 발달과 더불어, 농축산업의 자동화 기술에 활용되는 연구가 증가하고 있다. 특히, 축산업에서 대규모 농장을 운영하는 농가가 증가함에 따라서 기존의 센서 모니터링과 함께 자동으로 최적화된 환경을 제공하는 장치 개발의 필요성이 높아지고 있다. Recently, with the development of information and communication technology, researches for the automation technology of the enrichment industry are increasing. Especially, as the number of farms operating a large-scale farm in the livestock industry increases, there is an increasing need to develop a device that provides an optimized environment automatically together with existing sensor monitoring.

젖소 사육 농가의 경우 온도와 습도에 따른 생산성의 변화가 검증되어, 온도 및 습도와 생산성 변화의 상관 관계에 따라 통풍 및 선풍기 등의 축사 환경 제어의 자동화 시스템의 개발이 필요하다.  In the case of dairy cow farmers, the change of productivity according to temperature and humidity is verified and it is necessary to develop an automation system for control of housing environment such as ventilation and fan according to the relation between temperature and humidity and productivity change.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 센서 모니터링을 통해, 환경정보 및/또는 생체정보를 수집하고, 수집된 환경정보 및/또는 생체정보를 분석하여 고온 스트레스 지수(Temperature-Humidity Index, 이하 THI)를 연산하며, 상기 THI에 기반하여 축사환경을 자동으로 제어하는 시스템을 제공하는 것이다. Accordingly, a problem to be solved by the present invention is to collect environmental information and / or biometric information through sensor monitoring and analyze the collected environmental information and / or biometric information to obtain a temperature-humidity index (THI) And a system for automatically controlling the housing environment based on the THI.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 고온 스트레스 지수를 이용한 축사환경 자동제어 시스템은 축사의 환경정보 및 가축의 생체정보를 수집하는 센싱부와, 상기 환경정보 및 상기 생체정보를 서버장치로 중계하는 중계기와, 상기 중계기로부터 전송된 상기 환경정보 또는 상기 생체정보를 이용하여 고온 스트레스 지수를 연산하고, 상기 고온 스트레스 지수에 기초한 축사 시설물 제어데이터를 생성하는 서버장치를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a system for automatically controlling a housing environment using a high-temperature stress index, comprising: a sensing unit for collecting environmental information of housing and living body information of a domestic animal; And a server device for calculating a high temperature stress index using the environmental information or the biometric information transmitted from the relay device and generating housing facility control data based on the high temperature stress index.

본 발명에 따른 고온 스트레스 지수를 이용한 축사환경 자동제어 시스템은, 강우 센서를 기존 고온 스트레스 지수(THI)와 결합하여 새로운 환경 제어 알고리즘을 제안한다.The automatic environment control system using the high temperature stress index according to the present invention proposes a new environment control algorithm by combining the rainfall sensor with the existing high temperature stress index (THI).

특히, 축산 농가에서는 노동자가 없는 환경에서도 자동으로 목장의 환경을 제어할 수 있으며, 온습도 센서, 조도 센서 및 고성능 CCTV 등을 용하여 농가의 정보를 획득하며, 축산 농가의 지붕 및 창문을 자동으로 개폐할 수 있다.In particular, livestock farmers can automatically control the environment of the ranch even in an environment where there is no worker. They also acquire information on farm households using temperature and humidity sensors, illuminance sensors and high-performance CCTVs, and automatically open and close the roofs and windows of livestock farms. .

또한, 본 발명에 따르면, 낙농 환경관리, 개체관리 (급이, 번식, 질병, 착유 등) 및 경영관리 토탈 솔루션 형태로 낙농산업뿐만 아니라 한우, 양돈, 양계 등 축산 전 분야에 확대 적용할 수 있다.
Further, according to the present invention, it is possible to apply the present invention not only to the dairy industry but also to all fields of livestock such as Korean cattle, swine, poultry etc. in the form of dairy environment management, individual management (feeding, breeding, disease, milking) .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고온 스트레스 지수를 이용한 축사환경 자동제어 시스템을 도시한 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 축사환경 자동제어 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도.
도 3은 도 1에 도시된 중계기(Gateway)와 센싱부와 서버장치 간의 관계를 도시한 개념도.
도 4는 도 1에 도시된 중계기와 센싱부 사이의 송수신되는 데이터 흐름을 도시한 개념도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a conceptual diagram showing a system for automatically controlling a housing environment using a high-temperature stress index according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the housing environment automatic control system shown in FIG. 1. FIG.
3 is a conceptual diagram showing the relationship between the gateway, the sensing unit, and the server apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a flow of data transmitted and received between the repeater and the sensing unit shown in FIG. 1;

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고온 스트레스 지수를 이용한 축사환경 자동제어 시스템을 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 축사환경 자동제어 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 도 1에 도시된 중계기(Gateway)와 센싱부와 서버장치 간의 관계를 도시한 개념도이고, 도 4는 도 1에 도시된 중계기와 센싱부 사이의 송수신되는 데이터 흐름을 도시한 개념도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a system for automatically controlling a housing environment using a high-temperature stress index according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal structure of the system for controlling the housing environment automatic control shown in FIG. 1, 3 is a conceptual diagram illustrating a relationship between a gateway, a sensing unit, and a server apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating data flow between a relay unit and a sensing unit shown in FIG.

이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고온 스트레스 지수를 이용한 축사환경 자동제어 시스템을 설명한다. Hereinafter, a system for automatically controlling a housing environment using a high-temperature stress index according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

도시된 바와 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 축사환경 자동제어 시스템은, 축사의 환경정보 및 가축의 생체정보를 수집하는 센싱부와, 상기 환경정보 및 상기 생체정보를 서버장치로 중계하는 중계기와, 상기 중계기로부터 전송된 상기 환경정보 또는 상기 생체정보를 이용하여 고온 스트레스 지수를 연산하고, 상기 고온 스트레스 지수에 기초한 축사 시설물 제어데이터를 생성하는 서버장치를 포함한다.  As shown in the drawings, the automatic system for controlling a housing environment according to an exemplary embodiment of the present invention includes a sensing unit for collecting environment information on housing and living body information, a repeater for relaying the environment information and the living body information to a server device, A server device for calculating a high-temperature stress index using the environmental information or the biometric information transmitted from the relay device, and generating housing facility control data based on the high-temperature stress index.

본 발명에 따른 시스템은 고온 스트레스 지수(THI)를 통해 온도와 습도를 조절하여 착유우의 고온에 의한 스트레스를 줄이는 것을 목적으로 하는데, 서버장치가 고온 스트레스 지수를 산출하기 위해서는 온도 및 습도의 실시간 모니터링이 필요하며, 서버장치는 실시간으로 모니터링되는 온도 및 습도로부터 고온 스트레스 지수를 산출하고, 산출된 고온 스트레스 지수에 기초하여 축사의 팬 동작, 창문 및 지붕의 개폐 동작을 단계적으로 제어한다. 이와 함께, 강우 센서를 사용하여 강우 시, 비가 축사 내로 유입되는 것을 차단하여 보다 신뢰성 있는 축사 생육 환경을 제공할 수 있다.  The system according to the present invention aims at reducing the stress due to high temperature of milking wool by controlling the temperature and humidity through the high temperature stress index (THI). In order for the server apparatus to calculate the high temperature stress index, And the server apparatus calculates a high temperature stress index from the temperature and humidity monitored in real time and controls the fan operation of the housing and the opening and closing operation of the window and the roof step by step based on the calculated high temperature stress index. At the same time, when the rainfall sensor is used, the rain is prevented from flowing into the housing at the time of rainfall, so that a more reliable growth environment can be provided.

본 발명의 실시예에 따른 시스템에는 팬 제어기, 창 제어기, 지붕 제어기가 각각 분산 설치된다. 팬 제어기, 창 제어기, 지붕 제어기는 각각 팬, 창, 지붕의 동작을 전기적으로 제어하는 것으로서, 예컨대 팬, 창, 지붕이 모터에 의해 구동된다면, 모터의 동작 제어기로 구현될 수 있다. In the system according to the embodiment of the present invention, a fan controller, a window controller, and a roof controller are separately installed. The fan controller, the window controller, and the roof controller electrically control the operation of the fan, the window, and the roof, respectively, and can be implemented as an operation controller of the motor if the fan, the window, and the roof are driven by the motor.

센싱부는 축사의 환경정보 및 가축의 생체정보를 수집하여, 무선/유선 네트워크(예컨대, 지그비 통신)로 연결된 중계기로 수집된 환경정보 및 생체정보를 전송한다. 또한, 상기 서버장치에서 산출된 고온 스트레스 지수에 기초하여 축사 시설물(팬, 창, 지붕 등)에 대한 제어데이터가 생성되면, 상기 서버장치로부터 제어데이터를 전달받아 해당 시설물의 제어기(팬 제어기, 창 제어기, 지붕 제어기)로 중계한다. The sensing unit collects the environmental information of the housing and the biometric information of the livestock and transmits environmental information and biometric information collected by the repeater connected to the wireless / wired network (for example, ZigBee communication). When the control data for the housing facility (fan, window, roof, etc.) is generated based on the high-temperature stress index calculated by the server device, the controller receives the control data from the server device, Controller, roof controller).

이때, 상기 센싱부로부터 수집되는 환경정보는 축사의 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 조도 등을 포함하며, 풍속 또는 강우 여부와 같은 외부 환경정보도 이에 포함될 수 있다. 또한, 상기 센싱부로부터 수집되는 생체정보는 가축의 체온, 맥박, 움직임 여부 등의 정보를 포함하여, 이와 같은 생체정보는 RFID 기술을 활용하여 수집될 수 있다. At this time, the environmental information collected from the sensing unit includes temperature, humidity, carbon dioxide concentration, and illuminance of the housing, and external environmental information such as wind speed or rainfall may be included. In addition, the biometric information collected from the sensing unit includes information on the body temperature, pulse, and movement of the livestock, and the biometric information can be collected using the RFID technology.

RFID 시스템은 무선으로 정보를 읽거나 쓰기 위한 반도체가 내장된 태그에 고유 ID를 부여하고 이에 대한 정보를 수집하여 관리함으로써 물류, 교통, 유통 등의 분야에서 결제 시스템, 이력 관리 시스템에 적용되어 폭 넓게 사용되고 있다. 이는 LF(124~134 kHz), HF(13.56 MHz), UHF(860~960 MHz) 대역의 주파수를 이용하고, 태그, 리더, 안테나, 미들웨어, 객체이력 서버, 객체정보 서버, 그리고 검색 및 관리 소프트웨어 등으로 시스템이 구성되어 있다. LF, HF 대역은 10cm 이하에서 인식이 필요한 시스템에서 주로 사용되고, UHF는 수m 안에서도 인식할 수 있기 때문에 물류, 유통 등 대단위 인식이 필요한 경우에 사용되고 있다. RFID system is applied to billing system and history management system in logistics, transportation, distribution, etc. by collecting and managing information about RFID by giving a unique ID to a tag embedded in semiconductor for wirelessly reading or writing information. . It utilizes frequencies in the LF (124 to 134 kHz), HF (13.56 MHz), and UHF (860 to 960 MHz) bands and uses tags, readers, antennas, middleware, object history servers, object information servers, And so on. LF and HF bands are mainly used in systems requiring recognition at 10 cm or less, and UHF can be recognized even within a few meters. Therefore, they are used when mass recognition such as logistics and distribution is required.

본 발명의 실시예에 따른 시스템에서는, 가축 생체 내부에 삽입되어 생체 정보를 센싱하여 모니터링하는 생체 삽입형 센서 태그를 사용할 수 있으며, 어느 정도 거리에서 다수의 태그 정보를 읽을 수 있고, 태그 안테나 크기를 더욱 작게 만들 수 있는 UHF 대역 RFID 기술을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, RFID 기술을 통해 중계기로 전송되는 생체정보에는 RFID 개체 인식번호 정보를 포함한다. In the system according to the embodiment of the present invention, it is possible to use a biosensor-type sensor tag which is inserted into a living body of a domestic animal to sense and monitor biometric information, can read a large number of tag information at a certain distance, It is desirable to use UHF band RFID technology which can make small. At this time, the biometric information transmitted to the repeater through the RFID technology includes the RFID entity identification number information.

또는, 센싱부는 사료잔량 정보, 음수 품질 정보, 창문 열림 정도 정보, 지붕 열림 정도 정보, 팬 동작 여부 정보 등을 중계기를 통해 서버장치로 전송할 수 있다. Alternatively, the sensing unit may transmit the feed remaining amount information, the negative water quality information, the window opening degree information, the roof opening degree information, the fan operation information, and the like to the server device through the repeater.

상기 센싱부를 통해 수집되는 정보의 종류, 혹은 정보를 수집하는 센서의 종류에 따라 중계기와 센싱부 사이의 네트워크 프로토콜은 세부사항(Spec)이 용이하게 변경될 수 있어, 유동적인 축사 환경에서 정보 전송의 신뢰성을 담보할 수 있다.  The specifications of the network protocol between the repeater and the sensing unit can be easily changed depending on the type of information collected through the sensing unit or the type of sensor collecting the information, Reliability can be assured.

중계기는 센싱부로부터 수신된 환경정보 및/또는 생체정보 등을 서버장치로 전송하며, 이때 서버장치로 전송되는 센서 데이터의 패킷 크기는 30Byte로 할당될 수 있다. 서버장치는 중계기로부터 전송된 데이터를 파싱하여 데이터베이스를 구축한다. 중계기와 서버장치 간에는 TCP/IP 통신 프로토콜이 이용될 수 있으며, 서버장치로부터 전송받은 제어데이터는 중계기를 통해 해당 시설물의 제어기(팬 제어기, 창 제어기, 지붕 제어기)로 중계되는데, 이때 중계기와 시설물의 제어기 간에는 RS232 통신 프로토콜이 이용될 수 있다. The repeater transmits environment information and / or biometric information received from the sensing unit to the server device. At this time, the packet size of the sensor data transmitted to the server device can be allocated to 30 bytes. The server apparatus parses the data transmitted from the repeater to construct a database. A TCP / IP communication protocol may be used between the relay device and the server device. The control data transmitted from the server device is relayed to the controller (fan controller, window controller, roof controller) of the corresponding facility through a repeater. An RS232 communication protocol may be used between the controllers.

서버장치는 데이터베이스로 구축된 온도 및 습도 데이터를 활용하여 아래 수학식 1과 같이 고온 스트레스 지수를 연산한다. The server device calculates the high temperature stress index using the temperature and humidity data constructed in the database as shown in the following Equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, T는 온도, Hr은 상대습도를 의미한다. Where T is the temperature and Hr is the relative humidity.

또한, 서버장치는 산출된 고온 스트레스 지수를 기반으로 하여, 축사의 시설물을 제어하기 위한 제어데이터를 생성한다. 제어데이터를 생성하기 위한 알고리즘(축사환경 제어 알고리즘)은 상기 서버장치에 미리 구축되어 있으며, 축사환경 제어 알고리즘은 산출된 고온스트레스 지수 및 강우 여부를 독립변인으로 하여, 해당 시설물의 동작을 종속변인으로 하는 매핑 테이블로 구축될 수 있다. 아래 표 1은 구촉된 축사환경 제어 알고리즘의 일 예를 나타낸다. Further, the server apparatus generates control data for controlling facilities of the housing, based on the calculated high-temperature stress index. An algorithm (housing environment control algorithm) for generating control data is constructed in advance in the server apparatus, and the housing environment control algorithm uses the calculated high-temperature stress index and rainfall as independent variables and determines the operation of the facility as a dependent variable Can be constructed as a mapping table. Table 1 below shows an example of a housed environment control algorithm.

[표 1] [Table 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

일반적으로 THI가 72 이상이 되면, 착유우는 고온 스트레스를 받기 시작한다. 이러한 연구에 기초하여, 표 1의 축사환경 제어 알고리즘은 THI와 강우에 따른 지붕, 창, 팬의 제어를 정의한다. In general, when the THI is above 72, milking begins to experience high temperature stress. Based on these studies, the housing environment control algorithm in Table 1 defines the control of roof, window, and fan according to THI and rainfall.

Claims (5)

축사환경 자동제어 시스템에 있어서,
축사의 환경정보 및 가축의 생체정보를 수집하는 센싱부,
상기 환경정보 및 생체정보에 기초하여 고온 스트레스 지수를 산출하고, 상기 고온 스트레스 지수에 기초하여 축사의 시설물을 제어하기 위한 제어 데이터를 생성하는 서버 장치 및
상기 환경정보 및 생체정보를 상기 서버 장치로 전달하는 중계기를 포함하는 축사환경 자동제어 시스템.
In a housing environment automatic control system,
A sensing unit for collecting environmental information of housing and biometric information of livestock,
A server device for calculating a high-temperature stress index based on the environmental information and the biometric information, and generating control data for controlling facilities of the housing on the basis of the high-
And a repeater for transmitting the environment information and the biometric information to the server device.
제 1 항에 있어서,
상기 환경정보는 축사의 내부 환경정보 및 외부 환경정보를 포함하고,
상기 생체정보는 가축의 체온, 맥박 및 움직임 여부 중 하나 이상을 포함하되,
상기 내부 환경정보는 온도, 습도, 이산화탄소 농도 및 조도 중 하나 이상을 포함하고, 상기 외부 환경정보는 풍속 및 강우 중 하나 이상을 포함하는 것인 축사환경 자동제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the environmental information includes internal environmental information and external environmental information of the housing,
Wherein the biometric information includes at least one of body temperature, pulse and movement of a livestock,
Wherein the internal environment information includes at least one of temperature, humidity, carbon dioxide concentration, and illuminance, and the external environment information includes at least one of wind velocity and rainfall.
제 1 항에 있어서,
상기 축사의 시설물은 하나 이상의 팬, 창 및 지붕을 각각 포함하고,
상기 서버 장치는 상기 고온 스트레스 지수에 기초하여, 축사에 설치된 팬을 제어하는 팬 제어기, 창을 제어하는 창 제어기 및 지붕을 제어하는 지붕 제어기를 제어하기 위한 제어 데이터를 생성하되,
상기 팬 제어기, 창 제어기 및 지붕 제어기는 설치 위치에 따라 각각 하나 이상이 그룹화되어 있고, 상기 서버 장치는 상기 그룹화된 팬 제어기, 창 제어기 및 지붕 제어기를 제어하는 것인 축사환경 자동제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the facilities of the barn include one or more fans, windows and roofs, respectively,
Wherein the server device generates control data for controlling a fan controller for controlling the fan installed in the housing, a window controller for controlling the window, and a roof controller for controlling the roof, based on the hot stress index,
Wherein the fan controller, the window controller, and the roof controller are each grouped according to installation positions, and the server device controls the grouped fan controller, the window controller, and the roof controller.
제 3 항에 있어서,
상기 센싱부는 강우 여부 정보를 센싱하는 강우 센서를 포함하되,
상기 서버 장치는 상기 고온 스트레스 지수의 상승 정도 및 상기 강우 여부 정보에 기초하여, 상기 그룹화된 팬 제어기, 창 제어기 및 지붕 제어기를 각각 단계적으로 제어하는 것인 축사환경 자동제어 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the sensing unit includes a rainfall sensor for sensing rainfall information,
Wherein the server apparatus controls the grouped fan controller, the window controller, and the roof controller, respectively, step by step, based on the degree of elevation of the hot stress index and the rainfall information.
제 1 항에 있어서,
상기 서버 장치는 상기 중계기를 통해, 상기 센싱부에 의해 수집된 사료 잔량 정보, 음수 품질 정보, 창문 열림 정도 정보, 지붕 열림 정도 정보 및 팬 동작 여부 정보 중 하나 이상의 데이터를 수신하고,
상기 수신한 하나 이상의 데이터에 기초하여 제어 데이터를 생성하는 것인 축사환경 자동제어 시스템.
The method according to claim 1,
The server device receives one or more data of the feed remaining amount information, the negative quality information, the window opening degree information, the roof opening degree information, and the fan operation information collected by the sensing unit,
And generates control data based on the received one or more pieces of data.
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