KR20210072426A - 축사의 원격 전력제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 축사의 원격 전력제어 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 기 축사의 내부에는 축사 내의 온도와 습도를 감지하여 제어부로 전송하는 센서부와 상기 축사와 일정거리 이격, 형성되어 팬모터의 속도제어, 전류제어, 입출력 제어를 수행하기 위하여 연산하는 MCU와 상기 MCU의 신호를 인가받아 전류 상태의 감지에 의한 신호, 상기 팬모터의 속도 제어, 상기 팬모터의 상태를 표시하기 위해 신호를 인가하는 인터페이스와 상기 센서부와 인접, 형성되어, 상기 MCU의 신호를 인가받아 PMW(펄스폭 변조) 인버터에 필요한 게이트 신호처리를 하며, 팬모터의 상태와 상기 센서부로부터 축사 내의 온, 습도의 정보를 수신하여 LoRa 게이트웨이에 전송하는 제어부와 상기 제어부의 신호를 인가받아 교류 사용전원을 상기 팬모터의 구동에 적합한 주파수 및 전력으로 변환시키는 전력변환부와 상기 축사 내부의 온도 및 습도의 정보 및 상기 팬모터의 상태를 상기 제어부로 부터 수집, 저장하여 LTE 또는 이더넷(ethernet)망을 이용하여 모바일폰에 전송하는 LoRA 게이트웨이와 상기 센서부로부터 감지한 온도와 습도의 정보 및 상기 팬모터의 정보를 상기 LoRa 게이트웨이를 통해 수신받아 모니터링할 수 있는 모바일폰을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

축사의 원격 전력제어시스템 {Remote electric power control system of cattle shed}

본 발명은 축사의 원격 전력제어시스템에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 디지털 인버터와 고출력 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 이용한 축사의 원격 전력제어시스템에 관한 것이다.

축사란 돼지, 닭, 소 등과 같은 가축을 사육하는 시설이다. 이러한 축사는 가축들의 안정된 사육환경을 조성하기 위하여 환기 및 온도 조절장치를 사용하는 것은 매우 필수적인 것이라 하겠다.

일반적으로 축사의 환기방식은 공기흐름의 자연적인 현상을 이용하는 자연환경 응용방식과 기계력을 이용하는 강제 환기방식 및 이들 두 가지 방식을 상호 보완적으로 사용하는 절출방식으로 구분되며, 축사의 일반적인 형태인 돈사를 예로 든다면, 대개 비육(肥肉) 돈사(豚舍)에는 자연환경 응용방식이 사용되고 무창돈사(창문없는 돈사라는 뜻이지만, 온도나 습도 등의 내부 환경요인을 자동으로 제어하여 돼지가 성장하기 적합한 상태로 유지하는 환경 제어형 돈사)에는 강제 환기방식이 사용된다.

축사에 사용되는 환기장치는 축사의 크기에 따라 1개 또는 다수개의 환풍기를 설치하여 축사의 공기를 외부로 배출하고 환풍기가 회전하면서 외부로부터 공기가 유입되어 축사 내부에 강제환기시키도록 하고 있는 것이 매우 일반적이다.

그러나, 종래의 축사용 환기장치에서는 외부의 온도조건이나 4계절 상태와는 관계없이 운전스위치의 조작만으로 다수의 환풍기 전체를 전속력으로 구동시키기 때문에, 동절기나 환절기에 환풍기를 가동시키는 경우에는 외부 온도에 관계없이 다수의 환풍기 전체를 전속력으로 가동시키게 되어 축사 내부의 온도를 적절하게 유지하기 어려운 문제가 있었다.

그리고, 가축의 수 또는 환풍기의 고장 등에 따라 다수의 환풍기 중에서 일부를 동작을 오프(OFF)시키기 위해서 각 환풍기에 차단기 스위치와 중앙 제어 판넬까지 배선을 하여야 하므로 장치가 복잡하고 비경제적이며, 중간정도의 속력으로 구동해도 충분히 환기가 되는 때에도 전속력으로 구동하거나 전원을 차단하여 동작하게 되어 불필요한 전력이 소비될 뿐만 아니라, 과도한 내부공기의 배출에 의해 적정온도의 유지가 어렵다는 문제점이 있다.

축사 내에 설치하는 내부 환기를 위한 팬모터의 제어방식의 종래 기술에 의하면, 도 1과 같이 종래의 기술에 의한 환풍기 제어장치는 온도센서와 팬-모터, 팬제어기로 이뤄져 있다. 팬제어기는 메인제어 유닛(MCU), 릴레이 드라이버, 릴레이부, 가변 트랜스포머 및 전원공급부(AC 220V)를 포함하여 구성된다.(도면부호는 생략) 또한, 상기 제품의 제어방법은 교류전기를 직접적으로 제어하는 위상제어방식과 제로크로싱 제어방법의 두가지만 있다.

이러한 형태의 기존의 제품과 시스템으로는 돈방 내 온도와 습도 확인이 되지 않고 돈 방 내 적절한 공기의 흐름을 만들지 못한다. 더우기, 현재 국내의 팬제어기는 외부의 환경을 반영하지 않고 사전에 설정되어 있는 온도 이상일 때만 작동한다. 이렇게 되면 돈방 내 온도와 습도가 시간대별, 계절별로 변하게 된다.

이러한 문제점을 방지하기 위해 외부의 환경정보를 반영하고자 하는 기술의 개발이 절실하였다.

대한민국 특허공개 제2019-0037757호 대한민국 특허공개 제2013-0087902호 대한민국 특허공개 제2005-0081654호

따라서, 본 발명은 기존의 축사를 제어하는 방식이 교류전기를 직접적으로 제어하는 위상 제어방식이나 제로크로싱 제어방식에서 탈피하여, 디지털인버터와 고출력 BLDC모터를 정밀 제어하는 (절연 게이트 양극성 트랜지스터)를 이용한 제어방식으로 더욱 정밀한 제어가 가능한 축사의 원격전력 제어시스템을 제공하고자 하는데 있는 것이다.

또한, 축사 내부를 원격으로 스마트하게 제어하여 항상 쾌적한 내부의 환경을 유지하도록 하여 돼지 등과 같은 가축의 사육에 도움을 주는 축사의 원격전력 제어시스템을 제공할 수 있는 것을 목적으로 한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 축사의 원격 전력제어시스템은 상기 축사의 내부에 축사 내의 온도와 습도를 감지하여 제어부로 전송하는 센서부와 상기 축사와 일정거리 이격, 형성되어 팬모터의 속도제어, 전류제어, 입출력 제어를 수행하기 위하여 연산하는 MCU와 상기 MCU의 신호를 인가받아 전류 상태의 감지에 의한 신호, 상기 팬모터의 속도 제어, 상기 팬모터의 상태를 표시하기 위해 신호를 인가하는 인터페이스와 상기 센서부와 인접, 형성되어, 상기 MCU의 신호를 인가받아 PMW(펄스폭 변조) 인버터에 필요한 게이트 신호처리를 하며, 팬모터의 상태와 상기 센서부로부터 축사 내의 온, 습도의 정보를 수신하여 LoRa 게이트웨이에 전송하는 제어부와 상기 제어부의 신호를 인가받아 교류 사용전원을 상기 팬모터의 구동에 적합한 주파수 및 전력으로 변환시키는 전력변환부와 상기 축사 내부의 온도 및 습도의 정보 및 상기 팬모터의 상태를 상기 제어부로 부터 수집, 저장하여 LTE 또는 이더넷(ethernet)망을 이용하여 모바일폰에 전송하는 LoRA 게이트웨이와 상기 센서부로부터 감지한 온도와 습도의 정보 및 상기 팬모터의 정보를 상기 LoRa 게이트웨이를 통해 수신받아 모니터링할 수 있는 모바일폰을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전력변환부는 상기 팬모터의 회전속도와 주파수를 바꾸어 상기 팬모터의 회전속도로 제어하는 EMI필터와 상기 팬모터에 기동전력을 공급하는 IGBT 전력변환 모듈과 인버터에 필요한 게이트 신호처리를 하도록 하는 드라이브 게이트 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 제어부는 팬모터와 상기 팬모터의 회전속도를 온도에 의해 제어하여 온도를 감지하는 온도센서와 상기 팬모터의 회전과 속도를 제어하는 팬제어기가 일체형으로 이루어져서 내장되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제어부에는 LoRA통신모듈이 내장되며, 상기 LoRA통신모듈은 제어신호를 입출력하는 하나 이상의 입출력 단자와 485통신신호와 LoRa기반 프로토콜 무선통신 신호를 상호 변환하는 컨버터와 네트워크망에 무선통신되어 LoRA 무선통신망으로 연결되도록 안테나를 구비한 모듈송수신부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상기 팬모터는 상기 제어부의 PMW 신호에 의하여 구동력이 제어되는 3상 BLDC모터이며, 상기 BLDC모터의 실시간 속도를 감지하여 제어하기 위한 마그네틱 홀센서가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

부가적으로, 상기 인터페이스와 연결되어 상기 팬모터를 제어하며, 상기 팬모터의 설정 변경, 현재의 구동상태를 파악하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 축사의 내부의 팬모터를 원격으로 제어할 수 있으며, 온도와 습도정보를 모니터링할 수 있어, 이에 기초하여 축사 내의 온도와 습도를 일정하게 유지시킬수 있어 가축의 사육에 도움을 줄수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, IGBT를 이용한 펄스폭 변조(PWM)제어를 하는 방식을 실행함으로서, 정밀한 제어가 가능하며 과부하와 누전을 방지할수 있는 효과도 있는 것이다.

도 1은 종래의 기술에 의한 축사 내부의 환풍기 제어장치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 의한 축사의 원격 전력 제어시스템의 구성도.
도 3a는 선형화 제어 알고리즘을 그래프로 나타낸 도면.
도 3b는 알고리즘의 실행 명령어들을 나타낸 사진.
도 4는 전력변환부의 구성요소를 나타낸 도면.
도 5는 제어부에 해당하는 제어기 일체형 팬모터와 LoRa 게이트 웨이와의 연결관계의 사진.
도 6은 제어부의 구성요소를 나타낸 도면.
도 7은 축사의 원격 전력 제어방법의 흐름도.

이하에서는 본 발명의 양호한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시가 되더라도 가능한 한 동일 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현도 의미하는 것임을 미리 밝혀두고자 한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본원발명의 명세서에 자주 등장하는 용어 중의 하나인 로라(LoRa: Long Range)에 관하여 설명하기로 한다.

LoRa(Long Range)망 기술은 900MHz대 주파수를 사용하는 저전력 원거리 통신 프로토콜로서 많은 리피터 및 AP가 필요 없어 인프라 구축 비용이 감소되며, 네트워크에 비해 임베디드 애플리케이션을 위한 보다 높은 확장가능성과 비용 효율성을 제공할수 있는 통신 프로토콜을 의미한다.

이러한 LoRa 기술이 적용된 IoT(사물인터넷) 시스템은 LoRa 디바이스, 네트워크 서버 및 어플리케이션 서버 등으로 구현될 수 있다.

도 2는 본 발명에 의한 축사의 원격 전력제어시스템(100)의 구성도이고, 도 3a는 선형화 제어 알고리즘을 그래프로 나타낸 도면이고, 도 3b는 알고리즘의 실행 명령어들을 나타낸 사진이고, 도 4는 전력변환부의 구성요소를 나타낸 도면이고, 도 5는 제어부의 구성요소에 해당하는 제어기 일체형 팬모터와 LoRa 게이트 웨이와의 연결관계를 나타낸 사진이고, 도 6은 제어부의 구성요소를 나타낸 도면이고, 도 7은 축사의 원격 전력 제어방법의 흐름도이다.

도 2를 참조하여 본 발명의 전체적인 구성을 설명한다. 설명하기에 앞서, 본 명세서 상에 등장하는 용어인 상기 축사(10: 畜舍)는 가축을 사육하기 위한 소나 돼지를 사육하기 위하여 지어놓은 건물을 의미한다는 점을 밝혀둔다.

본 발명은 축사(10)의 내부에 상기 축사(10) 내의 온도와 습도를 감지하여 제어부(50)로 전송하는 센서부(20)와 상기 축사(10)와 일정거리 이격, 형성되어 팬모터(55)의 속도제어, 전류제어, 입출력 제어를 수행하기 위하여 연산하는 MCU(30)와 상기 MCU(30)의 신호를 인가받아 전류 상태의 감지에 의한 신호, 상기 팬모터(55)의 속도 제어, 상기 팬모터(55)의 상태를 표시하기 위해 신호를 인가하는 인터페이스(40)와 상기 센서부(20)와 인접, 형성되어, 상기 MCU(30)와 상기 인터페이스(40)의 신호를 인가받아 PMW(펄스폭 변조) 인버터에 필요한 게이트 신호처리를 하며, 상기 팬모터(55)의 상태와 상기 센서부(10)로부터 축사 내의 온, 습도의 정보를 수신하여 LoRa 게이트웨이(70)에 전송하는 제어부(50)와 상기 제어부(50)의 신호를 인가받아 교류 사용전원을 상기 팬모터(55)의 구동에 적합한 주파수 및 전력으로 변환시키는 전력변환부(60)와 상기 축사(10) 내부의 온도 및 습도의 정보 및 상기 팬모터(55)의 상태를 상기 제어부(50)로부터 수집, 저장하여 LTE 또는 이더넷(ethernet)망을 이용하여 모바일폰(80)에 전송하는 LoRA 게이트웨이(70)와 상기 센서부(20)로부터 감지한 온도와 습도의 정보 및 상기 팬모터(55)의 정보를 상기 LoRa 게이트웨이(70)를 통해 수신받아 모니터링할 수 있는 모바일폰(80)으로 크게 이루어진다.

참고로, 본 명세서 상에서 등장하는 모바일폰(80)은 스마트폰과 같은 이동전화 또는 이동통신 단말기를 의미한다는 것을 미리 밝혀두고자 한다.

이하. 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동에 관하여 설명하기로 한다. 도 2를 보면, 앞에서도 설명했지만 축사(畜舍: 10)는 돼지 또는 소 등과 같은 동물들을 내부에 수용하여 기르기 위하여 설치되는 건물이다. 상기 축사(10)의 내부에는 센서부(20)와 제어부(50)가 설치되어 있다.

상기 센서부(20)는 축사(10)의 온도와 습도를 감지하여 제어부(50)로 전송하는 역할을 하는데 이외에도, 상기 센서부(20)는 축사(10) 내부 공기청정도도 측정하는데, 예를 들어, 실내 온도, 습도, CO 농도, CO2 농도, 휘발성 유기 화합물(Total Volatile Organic Carbon, TVOC) 농도, 가정 난방/취사 연료인 LPG 농도, 또는 LNG 농도 등을 측정한다. 이후, 측정 결과를 근거리 무선 통신을 통하여 LoRa 게이트웨이(70)에 전송할 수도 있다.

상기 축사(10)와 일정거리 이격되어 설치되어 있는 MCU(Micro Controller Unit: 30)는 인터페이스(40)를 통해 상기 팬(fan)모터(55)의 속도 제어, 온도 제어, 입출력 제어 등을 수행하기 위해 각종 입력/출력 데이터를 바탕으로 연산을 수행하고, 연산결과에 따라 상기 제어부(50)로 제어신호를 인가하며, 제어에 필요한 내부적인 시간을 계산하거나 팬모터(55)의 제어 상태를 외부로 출력한다.

여기서, 상기 팬모터(55)의 중요한 특징은 상기 제어부(50)의 PMW(펄스폭 변조) 신호에 의하여 구동력이 제어되는 3상(U, V, W) BLDC모터이며, 상기 BLDC모터의 실시간 속도를 감지하여 제어하기 위한 마그네틱 홀센서(미도시)가 형성되어 있다.

도 3a에 나타난 대로, 특별한 알고리즘인 팬제어 알고리즘인 선형화된 그래프 형태로 나타나 있다. 이것은 팬모터(55)를 제어할 때 흔들림 없이 부드럽게 제어 할 수 있는 제어기술이 중요하기 때문이다. 이를 위하여 기존의 FET의 단상 모터가 아닌 IGBT를 사용하여 3상(U, V, W)의 고출력의 모터도 정밀하게 제어하는 알고리즘을 구현하여 탑재한 것이다.

따라서, 일반적으로 종래의 그래프 형태가 '

' 형의 계단 형태였지만, 기울기가 완만한 부드러운 곡선의 형태로 되어 있으므로 더욱 완벽하면서도 치밀한 제어가 가능한 것이다.

도 3b의 Speed UP과 Speed DOWN은 알고리즘 명령어를 순서대로 기재한 것을 나타낸 사진이다.

인터페이스(40)는 상기 MCU(30)의 신호를 인가받아 BLDC(Brushless Direct Current motor)형태의 팬모터(55)의 구동상태를 감지에 따른 신호와 상기 팬모터(55)의 속도 제어 및 작동상태를 표시할 수 있도록 컨트롤러(90)로 신호를 인가한다.

또한, 상기 인터페이스(40)는 MCU(30)와 팬모터(55) 사이에 동작에 따른 신호인가, 검출신호 등을 상호 입출력하여, 제어부(50)가 외부동작 상태를 표시하거나, 컨트롤러(90)에서 상기 MCU(30)에 과전류, 과열, 에러 검출 등에 따른 각종 신호를 인가할 때에 인터페이스하는 기능을 행한다.

상기 제어부(50)는 팬모터(55)와 상기 팬모터(55)의 회전속도를 온도에 의해 제어하여 온도를 감지하는 온도센서(미도시)와 상기 팬모터(55)의 회전과 속도를 제어하는 팬제어기(미도시)가 일체형으로 이루어져서 내장되어 있다(도 5, 6참조).

상기 제어부(50)는 상기 인터페이스(40) 및 전력변환부(60)와 전기적으로 연결되며, 하드웨어의 구성 및 수정을 용이하게 하고 기판상에 차지하는 공간을 줄이기 위하여 디지털 논리회로인 Programmable ASIC(Application Specific IC)으로 구성하여 스위칭 주파수를 일정하게 유지하기 위해 전류 오차의 증폭을 삼각파 주파수(삼각파는 스위칭 주파수와 같다)와 비교하여 PWM신호를 발생한다.

또한, 상기 제어부(50)는 Pulse의 Duty Ratio(듀티비)로 전압 혹은 전류의 양을 컨트롤함으로써 원활한 컨트롤과 제어과정에서의 불필요한 전력낭비와 발열을 막는다.

도 4를 보면, 전력변환부(60)는 상기 팬모터(55)의 회전속도와 주파수를 바꾸어 상기 팬모터의 회전속도로 제어하는 필터(61)와 상기 팬모터(55)에 기동전력을 공급하는 IGBT 전력변환 모듈(62)와 인버터(도시는 생략)에 필요한 게이트 신호처리를 하도록 하는 드라이브 게이트회로(63)를 포함한다.

참고로, 상기 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)라는 것은 전기의 흐름을 막거나 통하게 하는 스위칭 기능을 빠르게 수행할수 있게 만든 고전력 스위칭용 반도체를 의미하는 것이다. 이렇듯, IGBT를 이용함으로서, 회로에 과부하등이 걸렸을 경우 상기 IGBT의 온도가 상승하게 되므로 과부하나 누전 등을 방지할수 있는 것이다.

참고로, 상기 필터(61)의 종류로는 EMI(electro magnetic interference) 필터가 바람직할 것이다. 상기 EMI필터란 전자간섭을 방지하기 위해 차재의 전자기기 전원 라인에 삽입하는 필터이다.

또한, 상기 전력변환부(60)는 상기 제어부(50)에서 출력되는 신호의 종류에 따라 선택적으로 알고리즘을 구현하여 전력명령을 생성하고, 상기 전력명령에 의하여 상기 전력변환부(60)의 전압, 전류 정보를 이용하여 상기 전력변환부(60) 내의 인버터로 PWM(pulse width modulation) 출력으로 스위칭 신호를 출력하는 형태인 것이다.

그리고, 상기 전력변환부(60)는 상기 제어부(50) 내부의 팬모터(55)와 전기적으로 연결되며, 인입되는 전원선상에 설치되며, PWM 스위칭 주파수를 일정하게 유지하기 위해 전류 오차의 증폭을 삼각파 주파수와 비교하여, PWM신호를 발생하고 Pulse의 Duty Ratio(듀티비)로 전압 혹은 전류의 양을 컨트롤함으로써 원활한 컨트롤과 제어과정에서의 불필요한 전력낭비와 발열을 막는 PWM 인버터이다.

상기 팬모터(55)는 제어를 담당하는 메인보드(미도시)와 전력을 공급하는 파워보드(미도시)를 포함한다. 전류 검출 회로, 보호 회로, 구동 회로 및 고밀도 집적 회로를 모터 내부에 다이렉트로 결합하여 내장시켜 신뢰성 향상, 고밀도 집적화, 소형 및 경량화를 실현할 수 있다.

또한, BLDC모터인 상기 팬모터(55)의 실시간 속도를 감지하여 제어하기 위한 마그네틱 홀 센서(미도시)가 형성되어 있는 것이다.

이러한 기능을 하는 팬모터(55)를 내장한 상기 제어부(50)는 LoRA 게이트웨이(70)에 전달하는 역할을 하게 되는데, 상기 제어부(50)와 상기 LoRa 게이트웨이(70)는 서로 근거리 무선 통신이 가능하도록 각각 근거리 무선 통신모듈(미도시), 예를 들어 지그비 모듈을 구비한다.

본 실시예에서는 상기 근거리 무선 통신으로서 지그비 통신 방식을 사용하는 것이 바람직하지만, 지그비 통신 방식 외에 블루투스, 무선랜 통신, UWB 통신, 또는 NFC 통신 등이 사용될 수 있다.

또한, 도 5를 참조하면 상기 LoRA 게이트웨이(70)와 상기 제어부(50)는 ISM주파수 통신의 WAN(광대역 네트워크)로 연결된 것을 특징으로 한다. 즉, 광대역 통신도 역시 가능하여, 최대 20km까지 송수신이 가능한 사물인터넷(IoT) 통신망을 응용한 것이다. 그러므로, 정확하면서도 신속한 전달이 가능한 것이다.

또한, 상기 LoRa 게이트웨이(70)는 유, 무선 공유기 또는 xDSL 등의 인터넷 전용선과 연결되어 인터넷과 접속하며, 상기 센서부(20)로부터 수신한 온도와 습도, 공기청정도 등의 측정 결과 및 제어부(50)에서 처리하는 것을 인터넷 및 이동통신망을 통하여 모바일폰(80)으로 전송할 수 있다.

상기와 같은 기능과 역할을 할수 있도록 하기 위하여, 상기 제어부(50)에는 LoRA통신모듈(M)이 더 내장되어 있는 것이다.

이를 설명하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 LoRA통신모듈(M)은 제어신호를 입출력하는 하나 이상의 입출력 단자(61)와 485통신신호와 LoRA 기반 프로토콜 무선통신 신호를 상호 변환하는 컨버터(57)와 네트워크망에 무선통신되어 LoRA 무선통신망(미도시)으로 연결되도록 안테나(미도시)를 구비한 모듈송수신부(56)로 이루어진다.

상기 모듈송수신부(56)는 공용화된 로라 통신용 칩셋(미도시)을 포함하여 구성될 수 있으며 상기 칩셋 및 안테나는 공지의 요소들이 적용될 수 있을 것이다.

그리고, 상기 LoRA통신모듈(M)은 특정 영역에 배치되어 유선 또는 무선으로 연결되는 각각의 장비들과 비교적 적은 양의 데이터를 송수신함으로써 통합적인 제어 가능하도록 하는 효과도 있다.

다시 말해서, LoRA 게이트웨이(70)는 상기 축사(10) 내부의 온도 및 습도의 정보 및 상기 팬모터(55)의 상태를 상기 제어부(50)로부터 수집, 저장하여 LTE 또는 이더넷(ethernet)망을 이용하여 모바일폰(80)에 전송한다.

이러한 방식으로 농장주 등과 같은 축사(10)의 관리자는 상기 모바일폰(80)을 통하여 상기 센서부(20)로부터 감지한 온도와 습도의 정보 및 상기 팬모터(55)의 정보를 상기 LoRa 게이트웨이(70)를 통해 수신받아 모니터링할 수 있는 것이다. 그리고, 상기 인터페이스(40)와 연결되어 상기 팬모터(55)를 제어하며, 상기 팬모터(55)의 설정 변경 또는 현재의 구동상태를 파악하는 컨트롤러(90)를 더 포함한다.

상기 컨트롤러(90)는 유선 또는 무선을 통해 인터페이스(40)와 연결되며, 팬모터(55)의 설정상태를 변경, 현재의 구동 상태 등을 파악할 있도록 노트북 데스크 탑 또는 태블릿PC 등을 포함하는 PC 또는 스마트폰(도시는 생략)을 포함한다.

상기 PC 또는 스마트폰에서 팬모터(55)의 구동 상태, 설정 변경 등을 행할 수 있도록 하나의 이미지 형태, 즉 아이콘 또는 애플리케이션 형태로 구성하며, 상기 애플리케이션을 통해 동작상태, 정지상태, 에러 상태 등을 포함하는 구동상태, 설정 변경 등을 행할 수 있도록 한다.

그러므로, 상기 인터페이스(40)는 컨트롤러(90)로부터 인가되는 신호를 입출력하여 전류의 상태를 감지에 따른 신호, 팬모터(55)의 속도 제어, 상태를 표시할수 있는 것이다.

이와 같은 구성과 작동특성을 가지는 본 발명에 의한 구성요소를 가지고 축사(10)의 원격전력 제어방법에 관하여 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 앞서 설명한 내용과 중복되는 부분은 어느정도 생략하기로 한다.

우선, 센서부(20)에서 축사(10) 내의 온도와 습도의 정보를 제어부(50)에 전송한다. (제1단계)

상기 센서부(20)는 상기와 같은 온도와 습도의 정보에 국한되지 아니하고 축사(10)내의 공기청정도, 유해가스 농도 등과 같은 정보도 포함되는 것이다.

다음으로, 상기 축사(10)와 일정 거리 이격되어 위치한 MCU(30)에서 상기 제어부(50) 내의 팬모터(55)의 속도, 작동상태 등을 체크하여 인터페이스(40: Interface)에 신호를 인가한다. (제2단계)

더 나아가, 상기 제2단계에서 인터페이스(40)는 상기 속도와 작동 상태 등과 같은 신호를 이하 제5단계의 컨트롤러(90)에 인가하는 역할도 함께 하는 것이다.

다음 단계로, 상기 제어부(50)가 MCU(30)의 신호를 받아 상기 축사(10)의 정보를 수신받아 LoRa 게이트웨이(70)를 통해서 전송하게 되는 것이다. (제3단계)

상기 축사(10)의 정보에는 온, 습도를 비롯하여 유해가스 농도, 공기청정도 등도 포함하는 것이며, LoRa 게이트웨이(70)를 통해 관리자 또는 담당자의 모바일폰(80)으로 전송시키는 것이다.

그 다음 단계로, 상기 LoRa 게이트웨이(70)를 통하여 축사(10)의 정보를 관리자가 모바일폰(80)을 통하여 수신받아 축사(10) 내부의 상황을 모니터링할 수 있도록 하는 것이다. (제4단계)

상기 제4단계에서 내부 상황을 모니터링한 관리자는 축사(10) 내에 사육하는 동물의 성장에 맞는 온도와 습도로 다시 한번 재설정을 할수도 있는 것이다. 따라서, 상기 모바일폰(80)에는 이러한 것들을 설정할 수 있는 앱이 깔려져 있는 것이 바람직할 것이다.

마지막 단계로, 상기 인터페이스(40)와 연결된 컨트롤러(90)는 BLDC모터로 구성된 팬모터(55)의 온도를 설정 온도로 유지되었는지의 여부, 상기 팬모터(55)의 회전에 따른 실시간 속도측정, 설정상태 등을 통해 속도나 온도 등을 체크하여 범위를 넘어섰으면, 설정된 범위 이내의 상태로 다시 복귀할 수 있도록 제어하는 것이다. (제5단계)

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상기 기술한 실시예는 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 첨부된 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 축사 20 : 센서부
30 : MCU 40 : 인터페이스
50 : 제어부
55 : 팬모터 56 : 모듈송수신부
57 : 컨버터 58 : 입출력단자
60 : 전력변환부 61 : 필터
62 : IGBT전력변환모듈 63 : 게이트회로
70 : LoRa 게이트웨이
80 : 모바일폰 M : LoRA 통신모듈
90 : 컨트롤러 100 : 축사 원격제어시스템

Claims (6)

1. 축사의 원격 전력제어시스템에 있어서,
   상기 축사의 내부에는 축사 내의 온도와 습도를 감지하여 제어부로 전송하는 센서부;
   상기 축사와 일정거리 이격, 형성되어 팬모터의 속도제어, 전류제어, 입출력 제어를 수행하기 위하여 연산하는 MCU;
   상기 MCU의 신호를 인가받아 전류 상태의 감지에 의한 신호, 상기 팬모터의 속도 제어 및 상태를 표시하기 위해 신호를 인가하는 인터페이스;
   상기 센서부와 인접, 형성되어, 상기 MCU와 상기 인터페이스의 신호를 인가받아 PMW(펄스폭 변조) 인버터에 필요한 게이트 신호처리를 하며, 상기 팬모터의 상태와 상기 센서부로부터 축사 내의 온, 습도의 정보를 수신하여 LoRa 게이트웨이에 전송하는 제어부;
   상기 제어부의 신호를 인가받아 교류 사용전원을 상기 팬모터의 구동에 적합한 주파수 및 전력으로 변환시키는 전력변환부;
   상기 축사 내부의 온도 및 습도의 정보 및 상기 팬모터의 상태를 상기 제어부로 부터 수집, 저장하여 LTE 또는 이더넷(ethernet)망을 이용하여 모바일폰에 전송하는 LoRA 게이트웨이;
   상기 센서부로부터 감지한 온도와 습도의 정보 및 상기 팬모터의 정보를 상기 LoRa 게이트웨이를 통해 수신받아 모니터링할 수 있는 모바일폰을 포함하는 것을 특징으로 하는 축사의 원격 전력제어시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전력변환부는
   상기 팬모터의 회전속도와 주파수를 바꾸어 상기 팬모터의 회전속도로 제어하는 EMI필터;
   상기 팬모터에 기동전력을 공급하는 IGBT 전력변환 모듈;
   인버터에 필요한 게이트 신호처리를 하도록 하는 드라이브 게이트 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 축사의 원격 전력제어시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 팬모터와 상기 팬모터의 회전속도를 온도에 의해 제어하여 온도를 감지하는 온도센서와 상기 팬모터의 회전과 속도를 제어하는 팬제어기가 일체형으로 이루어져서 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 축사의 원격 전력제어시스템.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제어부에는 LoRA통신모듈이 내장되며, 상기 LoRA통신모듈은 제어신호를 입출력하는 하나 이상의 입출력 단자와 485통신신호와 LoRa기반 프로토콜 무선통신 신호를 상호 변환하는 컨버터와 네트워크망에 무선통신되어 LoRA 무선통신망으로 연결되도록 안테나를 구비한 모듈송수신부를 구비하는 것을 특징으로 하는 축사의 원격 전력제어시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 팬모터는 상기 제어부의 PMW 신호에 의하여 구동력이 제어되는 3상 BLDC모터이며, 상기 BLDC모터의 실시간 속도를 감지하여 제어하기 위한 마그네틱 홀센서가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 축사의 원격 전력제어시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 인터페이스와 연결되어 상기 팬모터를 제어하며, 상기 팬모터의 설정 변경 또는 현재의 구동상태를 파악하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축사의 원격 전력제어시스템.
   
   
   

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