본 기술은 “ICT를 접목한 효율적인 구제역 대응 기술 개발” 사업의 수행결과로 나오는 결과물 중 돈사 환경 모니터링 기술에 관한 것이다. 본 기술은 축사의 열악한 환경으로부터 센서들을 차단하여 보호하기 위한 챔버, 모듈형 다중 센서, 제어 기술을 포함한다. 본 기술 이전은 기술문서, 환경 모니터링 장치 구성 및 구조, 장치 설계도, 환경 데이터 수집 기술을 제공한다.
o 양돈 농가수는 감소한 반면 양돈 농가의 대형화 및 전문화로 농가당 사육두수는 급격히 증가하였으나, 양돈 농가의 생산력은 크게 증가하지 않았다. 양돈 농가가 대형화됨에 따라 사육되는 돼지의 밀집도가 높아지게 되면서 과거 농장 관리자에 의한 개별 가축 관리 방식의 한계 및 전염성 질병의 발병 증가와 빠른 확산으로 돼지 폐사율 증가 및 성장 지연 등의 문제가 유발되어 생산력이 증가하지 못하고 있음을 나타낸다. 돼지의 생육 환경은 돼지의 성장 및 농가 생산 능력에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나로 대규모 농장과 같이 밀집 사육이 이루어지는 경우 돼지의 분뇨 및 사료로부터 다양한 가스가 발생한다.
o 이러한 가스들로 인해 돈방 공기질이 악화됨으로써 호흡기 질병을 유발하거나 성장 지연을 발생시켜 농가의 생산능력이 저하될 뿐만 아니라 일부 가스들은 유독성 및 부식성을 가지므로 돈사의 시설물에 유해한 영향을 미치는 동시에 작업자의 건강에도 나쁜 영향을 미치게 된다.
o 따라서 돈사에서 발생하는 악취 및 유해 가스를 제거할 수 있는 기술과 돈사 환경 제어 시스템 개발에 많은 연구들이 이루어지고 있다. 그러나 ICT 기술을 접목하여 돈사 환경의 모니터링 및 돼지의 생체신호를 분석하여 돈사 환경 제어 시스템에 응용하기 위해서는 정보 수집을 위해 다양한 센서들이 요구되며, 이러한 센서들은 돈방의 열악한 환경 아래에서 운용하기 어려울 뿐만 아니라 고가의 개별 센서 사용으로 인해 유지·보수 등 관리에 높은 비용이 발생하는 문제가 있다. 특히 돈방에서 발생되는 분진 및 부식성 가스들은 센서의 주요 고장의 원인으로 열악한 돈방 환경으로부터 센서들을 보호함으로써 센서의 수명 연장 및 모듈화된 센서의 통합 관리를 통해 관리에 편의성을 제공할 수 있는 기술이 요구된다.
o 환경 모니터링 장치는 돈방의 열악한 환경으로부터 센서들을 차단하여 보호함으로써 센서의 수명을 연장하고, 주기적으로 생육 환경을 모니터링하기 위하여 사용되는 모듈화된 다중 센서들을 통합 관리함으로써 관리 편의성을 제공할 수 있는 특징을 가진다.
o 환경모니터링 장치는 시스템 제어를 위한 제어부와 돈방의 환경 데이터를 수집하기 위한 모듈화된 다양한 센서들을 포함하는 센서부로 구성되며, 센서부는 제어부 하우징 내부에 독립 챔버 형태로 구성된다.
o 제어부는 밸프, 팬 그리고 전원 공급 장치로 구성되어 프로그래밍 제어를 통해 각 장치의 on/off를 제어를 하며, 센서에서 수집된 환경 데이터의 처리 및 전송 기능을 가진다. 또한 제어부는 독립 구동 또는 서버와 데이터 송/수신이 가능하며, 앱 또는 디스플레이를 통해 사용자에게 현재 생육 환경 정보를 제공할 수 있다. 센서부는 모듈화된 다양한 센서들로 구성되며, 주기적으로 환경 데이터를 수집하여 제어부로 데이터를 전송하는 기능을 가진다.
o 환경모니터링 장치의 구동을 위해서는 먼저 제어 프래그램이 환경모니터링 장치에 설치되어있어야 하며, 돈방의 생육 환경을 모니터링하고자 하는 위치로부터 환경모니터링 장치의 센서부 챔버까지 배관을 통해 연결되어 있어야 한다.
o 환경모니터링 장치의 구동은 시퀀스 프로그램 제어에 따라 이루어지며, 먼저 돈방과 센서부 챔버 사이의 배관에 연결된 흡기 밸브가 오픈되면 센서부 후면의 팬을 구동시켜 돈방의 공기를 센서부 챔버로 유입시키게 된다.
o 센서부 챔버에 돈방의 공기가 유입되어 유속이 안정화되면 각각의 센서에 전원이 공급되어 온도, 습도, 이산화탄소 및 암모니아등의 센서가 측정을 시작하여 데이터를 수집하며, 센서부에서 측정된 데이터는 제어부로 전송된다.
o 제어부는 측정 데이터의 안정화 구간에서 데이터를 수집 및 처리하여 저장하거나 외부 서버로 전송할 수 있다. 측정이 완료되면 돈방과 연결된 배관의 흡기 밸브가 닫히게 되며 각각의 센서에 공급되던 전원이 차단된다.
o 전원이 차단된 후 각각의 센서들의 리프래쉬 및 건조를 위해 설정 시간 동안 팬을 구동시켜 센서부 챔버에 외기를 유입시킨다.
o 환경모니터링 장치는 순차적 구동을 통해 주기적으로 돈방의 생육 환경을 모니터링 할 수 있으며, 돈방의 열악한 환경으로부터 센서들을 차단하여 보호함으로써 센서의 수명 연장과 모듈화된 다양한 센서를 사용함으로써 상용 제품 대비 낮은 비용으로 유지 보수가 가능하며, 센서들을 통합하여 관리함으로써 관리의 편의성을 제공할 수 있다는 장점을 가진다.
O 기술명 : 환경 모니터링 기술
축사 내부와 같이 분진, 가스, 습도 등이 대단히 높은 열악한 환경에서 사용될 수 있는 저가의 환경 모니터링 센서 기술로서 아래의 요소 기술을 포함한다.
- 환경 모니터링 장치 설계 및 제작 기술
- 4종 (온도, 습도, 암모니아, 이산화탄소) 환경 데이터 측정 기술
- 환경 모니터링 데이터 관리 기술
O 기술명 : 환경 모니터링 기술
- 요구사항 정의서
- 환경 모니터링 기술 시험절차 및 결과서
- 환경 모니터링 장치 구성 및 구조
- 환경 모니터링 장치 설계도
- 환경 데이터 수집 기술
- 측정 raw data
o 주요 적용 분야
- 축산 농가 환경 모니터링 분야: 축산 농가에서 발생하는 가스 및 온/습도 모니터링 분야에 적용 가능
- 스마트팜 환경 모니터링 분야: 스마트팜 온실 내부의 가스 및 온/습도 모니터링 분야에 적용 가능
- 작업 환경 모니터링 분야: 공사현장(배수로, 가스관), 석유 및 가스, 정제, 화학, 광업 및 대규모 냉동 시스템 작업 공간, 식당 등에서 발생하는 가스 및 온/습도 모니터링 분야에 적용 가능
o 기대효과
- 저가형 환경모니터링 장치: 다양한 가스 및 온/습도의 측정이 가능한 환경모니터링 장치로서 교체형 모듈 타입 센서를 사용하여 유지 및 보수 비용 절감이 가능하여 다양한 센서의 통합 관리에 따른 관리 편의성 제공.
- 내구성 향상을 통한 유지 관리 비용 절감: 센서부 독립 챔버 및 시퀀스 제어를 통한 센서 보호로 센서 수명의 연장을 통해 사용자의 환경모니터링에 따른 경비 절감 효과가 기대됨
- 안정적인 데이터 수집/저장 및 처리: 안정화 구간에서 데이터 수집 및 처리 가능
- 독립 구동 또는 서버로 데이터 송/수신을 통한 네트워크 구성 가능