KR200438407Y1 - 온도센서가 내장된 ｒｆｉｄ 캡슐 및 마이크로파 ｉｄ 캡슐 - Google Patents

Abstract

본 고안은, CPU와 메모리가 내장된 IC칩 및 안테나 코일로 이루어진 캡슐 형태의 무선주파수 태그에 있어서, 상기 IC칩은 클록 및 배터리 절전회로를 더 포함하고, 상기 태그는, 상기 태그의 일 단부에 설치되고 그 측정값을 상기 IC칩으로 전송하는 온도센서; 및 상기 안테나 코일의 내측에 일부 또는 전부가 삽입되어 있고 상기 IC칩에 전원을 공급하는 배터리;를 더 포함하고, 상기 배터리 절전회로는 상기 클록의 신호에 따라 일정 주기(제1 주기) 마다 활성화 신호를 상기 CPU에 전송하고, 이에 따라 적어도 상기 온도센서의 측정값 및 측정시각이 상기 메모리에 저장될 수 있는 무선주파수 태그를 개시하며, 이에 따라, 장기간에 걸쳐 동물의 체온 변화를 측정하고 관찰할 수 있고, 또한 가격이 저렴하고 간편하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

RFID, 태그, 캡슐, 배터리, 체온측정, 온도센서, 절전회로.

Description

온도센서가 내장된 ＲＦＩＤ 캡슐 및 마이크로파 ＩＤ 캡슐{RFID Capsule and Microwave ID Capsule having Temperature Sensor therein}

도1a 및 도1b는 종래의 RFID 태그의 기본 구성을 나타내는 도면,

도2는 본 고안에 따른 캡슐의 외관을 나타내는 도면,

도3은 본 고안에 따른 캡슐의 내부 구조를 나타내는 도면,

도4는 본 고안에 따른 캡슐의 온도측정 동작을 도시한 그래프.

본 고안은 무선주파수를 이용하여 비접촉식으로 RFID 태그의 정보를 판독하는 무선주파수 인식 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 동물의 질병관리를 위한 온도 센서가 태그 내에 내장된 무선주파수 인식 시스템에 관한 것이다.

소나 말 등의 가축을 사육하는 목축업에 있어서 종래부터 동물들의 질병을 치료하고 관리하는 일은 목축에 있어서 매우 중요한 일 중 하나이며, 동물이 질병에 걸렸는지 여부를 판단하는 방법 중 하나로 그 동물의 체온을 측정하는 방법이 주로 사용되어 왔다. 또한 동물의 체온측정은 다른 목적을 위해서도 중요한데, 예컨대 가축에 대한 열 스트레스로 인해 가축이 죽음에 이를 수도 있고, 그러면 이들 의 생산성이 감소되어 생산자에게 손실을 입힐 수 있기 때문에, 가축에 대한 장기간에 걸친 열 스트레스 연구에 있어서 동물의 체내 온도에 대한 정확한 정보 수집은 매우 중요하다고 할 수 있다.

가축의 체온측정을 위한 종래의 가장 오래된 방법으로서는, 각각의 가축에 직접 체온계를 접촉하여 온도를 측정하는 방법이 있으나, 수십 내지 수백마리 단위로 방목하는 경우에는 한번 측정할 때마다 상당한 시간과 노력이 소요되는 문제점이 있었다. 이 문제를 해결하는 방법으로서, 적외선이나 RFID를 이용하여 비접촉식으로 가축의 체온을 측정하는 방법이 지금까지 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 종래의 비접촉식 방법에 의하더라도, 체온을 측정하는 그 시점에서의 가축의 체온만을 측정하는 것이므로, 그 측정시점 이전의 상황에 대해서는 생산자가 전혀 알 수 없다는 문제점이 있고 일정 기간에 걸친 가축들의 체온 변화를 파악하기 위해서는 상기 방법에 따른 체온 측정을 일정 시간마다 해야하는 번거로움이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 가장 최근에 개발된 방법은, 온도감지기를 내장한 캡슐과 데이터 기록기를 사용하는 방법이 있다. 이 방법에 따르면, 온도감지기, 전지, 및 발신기로 구성된 작은 캡슐을 소나 돼지 등에 외과적으로 삽입시키거나 삼키게 하고, 가축의 등 부위에 데이터 기록기를 고정시킨 채, 가축의 체온을 기록하는 것이다. 이에 따라 가축에 대한 장기간의 체온 변화를 측정할 수 있게 되었지만, 그러나 가축의 피부나 체내에 삽입시키는 캡슐과는 별도로, 데이터 기록장치를 가축의 등에 고정시켜서 사용해야 했으므로 장치가 복잡하고 가격이 비싸다는 문제가 있었다. 뿐만 아니라, 비교적 짧은 시기 동안의 특정 연구목적을 위한 것 이 아니라 평상시에 가축을 넓은 목장 내에 방목하여 기르는 일상적인 상황하에서는, 가축들이 상기 장치를 장기간(수개월 또는 수년 동안) 매달고 있어야 하는 것은 거의 불가능할 뿐 아니라 생산자 입장에서도 매우 힘들고 번거롭다는 단점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장기간에 걸쳐 가축의 체온 변화를 측정하고 관찰할 수 있으면서도 가격이 저렴하고 간편하게 사용할 수 있는 무선주파수 인식 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 구성을 설명하기로 한다.

도1a 및 도1b는 종래부터 사용되는 RFID 장치의 기본적인 구성을 나타낸다. 도1a에 도시된 바와 같이, RFID 태그(10)는 자체적으로 전원을 갖지 않는 수동형 태그로서, CPU(11), 메모리(12) 등이 장착된 반도체 IC칩과 안테나(13) 등으로 이루어져 있다. 태그(10)는 다양한 모양을 가질 수 있다. 이러한 구성에서, 리더(도시생략)는 RF 대역의 특정 주파수 신호를 전송한다. 이 때 리더의 RF 신호에 의해 형성되는 전자기장 내에 태그(10)가 위치하게 되면, 태그(10)는 IC 칩을 동작시키는데 필요한 동작 전원을 리더의 상기 RF 신호로부터 얻게 되고, 태그(10)는 메모리(12)에 저장된 데이터를 안테나(13)를 통해 리더로 전송한다.

가축을 사육하는 목축업에 있어서, 도1a에 도시된 것과 같은 태그는 통상적으로 가축의 식별을 위해 사용되어 왔는데. 예컨대, 각 동물을 식별할 수 있는 ID 가 내장된 태그를 각 동물의 특정 부위(예컨대, 소의 귀 등에)에 부착시키고, 상기 태그를 판독함으로써 각각의 동물을 식별하여 왔다.

한편, 도1b는 태그(10) 내부에 배터리(16)가 내장되어 있는 능동형 태그로서, 자체적으로 읽기/쓰기가 가능하고 센서가 결합되어 외부의 온도, 습도 등의 정보를 검출하고 저장할 수 있는 기능을 가진다. 그러나 능동형 태그는 자체 내에 배터리를 내장해야 하므로 소형화가 어렵고 가격이 전원수명에 따라 사용기간이 제한받는 단점이 있고, 따라서 이러한 형태의 태그는 목축업이나 동물을 기르는데 그다지 유용하게 활용되지 못하였다.

이러한 종래기술을 바탕으로, 본 고안자는, 동물의 식별을 위한 ID를 저장할뿐만 아니라 장기간에 걸쳐 동물의 체온 변화 등의 체내정보를 측정하고 관찰할 수 있고 가격이 저렴하고 간편하게 사용할 수 있는 태그를 고안하기에 이르렀고, 도2 및 도3은 본 고안에 따른 캡슐형 태그의 일 실시예의 외관(도2) 및 내부 구성(도3)을 각각 나타낸다.

도2에 도시된 것처럼 본 고안의 RFID 태그는 그 외관이 캡슐 형태를 하고 있다. 캡슐 내에는 도3의 구성과 같이 CPU, 메모리 등을 구비한 IC칩(30), RF 안테나(40), 온도센서(50), 및 배터리(60) 등이 포함되어 있는데, 배터리를 극히 소형으로 하여도 본 고안의 캡슐이 동작가능하기 때문에(후술함) 캡슐의 크기는 실제로 매우 작아질 수 있고, 따라서 큰 거부반응을 일으키지 않으면서 동물의 피부 바로 아래 삽입되어 위치할 수 있다.

캡슐의 일 단부에는 온도센서(50)가 부착되어 있어서 동물의 체내에서 온도 를 측정하는 역할을 한다. 본 실시예에서는 온도센서(50)가 캡슐의 단부에 설치된 것으로 하였지만 그 설치위치는 필요에 따라 달라질 수 있다. 예컨대 대안적인 실시예에서는 캡슐의 중심부에 온도센서가 위치할 수도 있다.

또한 통상적으로 'RFID'라는 용어에서의 'RF'는 저주파의 신호를 의미하고 리더기가 태그를 인식하는 인식거리도 1m 이하로 짧은 경우가 많으나, 본 고안은 저주파의 RFID에 한정되지는 않는다. 예컨대 본 고안의 대안적인 실시예에서는 UHF, 마이크로파 등의 초단파를 사용할 수도 있고, 이 경우 태그와 리더기와의 거리가 10m 이상이어도 작동가능하기 때문에, 예컨대 가축을 방목하며 기르는 경우와 같이 리더기를 태그에 가깝게 하여 판독하는 것이 극히 어렵거나 불가능한 상황에서도 본 고안은 동작할 수 있다.

도3은 본 고안에 따른 캡슐형 태그의 내부구조를 나타낸다.

IC칩(30)은 CPU(31), 메모리(32), 클록(33), 및 배터리 절전회로(34)를 포함한다. 도시된 실시예에서의 RF 안테나(40)는 통상의 RFID 태그에 사용되는 것과 마찬가지의 안테나 코일로 구성된 것으로 나타내었지만, 대안적인 실시예에서는 필름 형태의 플렉시블 안테나로 구성할 수도 있고, 이 경우 캡슐 외장의 적어도 일부분이 바로 안테나로서의 역할을 할 수도 있다. 따라서 도3의 안테나 코일(40)이 차지하는 공간을 제거할 수 있으므로 캡슐의 부피를 줄일 수 있다. 더 나아가, IC칩(30)을 플렉시블 PCB로 구성할 경우에는 안테나와 집적회로를 동시에 실장할 수 있기 때문에 CPU(31), 메모리(32), 클록(33), 및 배터리 절전회로(34) 등과 같은 구성요소들도 캡슐 외장 역할을 하는 상기 플렉시블 PCB에 실장하게 됨으로써 캡슐 의 부피를 한층 더 감소시킬 수 있다.

온도센서(50)는 캡슐(20)의 일 단부에 부착되어서, 캡슐이 동물의 피부에 삽입된 상태에서 동물의 체온을 검출하는 기능을 한다. 검출된 체온 정보는 도선(51)을 통해 IC칩(30)으로 전송되어 메모리(32)에 저장된다. 메모리(32)에는 기본적으로 캡슐(20)의 고유 ID가 저장되어 있고 그 외에 작업자 등의 부가정보가 저장되어 있을 수도 있다.

배터리(60)는 리튬이온 전지와 같은 통상의 전지가 사용될 수 있다. 본 고안에서는 작은 용량의 소형 배터리를 사용하며, 도시된 것처럼 안테나 코일(40) 내측의 공간에 배터리(60)의 전부 또는 일부분을 위치시키기 때문에 전체 캡슐의 부피를 줄일 수 있으므로, 캡슐이 체내 삽입용으로 사용되기에 적합한 작은 크기를 가질 수 있게 된다.

한편 도3에서는 온도센서(50)로부터의 도선(51)이 안테나 코일(40)과 배터리(60) 사이의 공간을 통해 IC칩(30)으로 연결된 것으로 도시되었지만, 이러한 구성은 실시예에 따라 달라질 수 있다. 또한 위에서 설명한 바와 같이 배터리(60)는 안테나 코일(40)의 내측에 위치하며 캡슐 부피를 최소로 하는 것이 바람직하지만, 대안적인 실시예에서는 안테나 코일(40), 온도센서(50), 배터리(60) 등의 배치구조가 얼마든지 변경될 수 있다.

이하에서는 도4를 참조하여 본 고안에 따른 캡슐(20)의 온도측정 방법에 대해 설명한다.

본 고안의 캡슐(20)에 내장된 온도센서(50)는 통상의 상황에서는 일정 시간 주기(Pa) 마다 온도를 측정한다. 일정 주기(Pa)는 예컨대 24시간 또는 12시간이 될 수 있고, 따라서 캡슐(20)이 삽입되어 있는 동물에 대해 그 체온을 하루에 한번 또는 두번 측정할 수 있다. 즉, IC칩(30)에 포함된 클록(33)에 의해 시간이 카운트됨에 따라, 절전회로(34)는 상기 주기(Pa) 마다 전체 시스템을 활성화시키는 명령어를 CPU(31)로 보내고, CPU(31)는 이 명령에 따라 활성모드가 되어, 그 시각에서의 온도센서(50)로부터의 측정값을 읽어들여서 이 측정값과 함께 측정시각을 메모리(30)에 저장한다. 측정시각은 측정시의 연월일 까지만 저장될 수도 있고, 시, 분, 초까지도 저장될 수 있다. 온도센서의 측정값을 수신하여 메모리에 저장하는 활성모드의 동작은 예컨대 수 마이크로초의 매우 짧은 시간(P1) 동안에 이루어지므로, 전체 주기(Pa)의 극히 일부(P1)만을 차지하고 나머지 대부분의 시간은 절전모드에 있게 되므로, 배터리의 사용량을 현저하게 감소시킬 수 있다.

그런데 상기 캡슐(20)이 삽입되어 있는 동물이 질병에 걸리는 등의 이상에 의해 체온이 일정 온도범위를 벗어나는 경우가 발생할 수 있다. 이 때, 본 고안에 따르면, 도4에 도시된 것과 같이, 예컨대 동물의 체온이 미리 설정된 체온 범위(T₀±Tα)를 초과하게 되면 이를 모니터링하고 있던 CPU(31)는 자체적으로 활성모드로 되어, 체온의 측정값과 그 때의 측정시각을 메모리(32)에 저장한다.

본 고안의 일 실시예에서는, 이러한 동물의 체온 이상에 대해, 체온이 설정 범위(T₀±Tα)를 초과한 최초의 시각에만 상기 활성모드 동작을 행하도록 할 수 있고, 대안적인 실시예에서는, 도4에 도시된 것처럼 상기 체온 설정 범위를 초과한 때로부터 일정 주기(Pb: Pb>Pa) 마다 체온측정 및 저장 동작을 반복할 수도 있다.

이와 같이 본 고안에 따른 캡슐(20)은 일정 주기(Pa 또는 Pb) 마다 동물의 체온 측정값 및 그 때의 측정시각을 저장하게 되며, 직접 사용자가 리더기(도시생략)를 캡슐(20)에 갖다대거나, 또는 하나 또는 다수의 리더기가 농장의 특정 지역에 설치되어 있는 상황하에서 캡슐(20)이 삽입된 동물이 상기 다수의 리더기 중 어느 하나의 동작범위 내에 들어가게 되면, 기존의 RFID 태그의 동작과 마찬가지로, 메모리(32)에 저장되어 있던 정보들이 안테나(40)를 통해 리더기로 전송되고, 이에 따라 사용자는 시간에 따른 동물의 체온변화를 파악하여 동물의 질병 유무를 판별하거나 각종 연구에 이 정보를 사용하게 된다.

이상과 같이 본 고안에 따른 캡슐형 태그를 사용함으로써, 장기간에 걸쳐 동물의 체온 변화를 측정하고 관찰할 수 있고, 또한 가격이 저렴하고 간편하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 고안의 캡슐은 반드시 동물에만 사용되는 것도 아니고 또한 경우에 따라서는 온도센서(50) 대신 다른 정보를 검출하는 센서를 장착할 수도 있으므로, 이러한 경우 예컨대 인체에 내부의 특정 신체정보를 얻기 위한 센서를 상기 온도센서(50) 대신 장착하고, 이 캡슐을 피험자의 인체의 피부 아래에 삽입하거나 피험자가 직접 입으로 삼킴으로써 피험자의 신체정보를 얻는데 본 고안의 캡슐이 사용될 수도 있다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않고 후술하는 특허청구범위에 의해서만 한정되며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안의 구성을 다양하게 변경하거나 개조할 수 있다.

Claims (5)

1. CPU와 메모리가 내장된 IC칩 및 안테나 코일로 이루어진 무선주파수 태그에 있어서,

   상기 IC칩은 클록 및 배터리 절전회로를 더 포함하고,

   상기 태그는 캡슐 형태의 형상을 하고 있으며, 상기 태그의 일 단부에 설치되고 그 측정값을 상기 IC칩으로 전송하는 온도센서; 및 상기 안테나 코일의 내측에 일부 또는 전부가 삽입되어 있고 상기 IC칩에 전원을 공급하는 배터리;를 더 포함하고,

   상기 배터리 절전회로는 상기 클록의 신호에 따라 일정 주기(제1 주기) 마다 활성화 신호를 상기 CPU에 전송하고, 이에 따라 적어도 상기 온도센서의 측정값 및 측정시각이 상기 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 무선주파수 태그.
2. CPU와 메모리가 내장된 IC칩 및 안테나로 이루어진 무선주파수 태그에 있어서,

   상기 IC칩은 클록 및 배터리 절전회로를 더 포함하고,

   상기 태그는 캡슐 형태의 형상을 하고 있으며, 상기 태그의 일 단부에 설치되고 그 측정값을 상기 IC칩으로 전송하는 온도센서; 및 상기 IC칩에 전원을 공급하는 배터리;를 더 포함하고,

   상기 안테나는 상기 캡슐 외장의 적어도 일부분을 구성하는 필름 형태의 플 렉시블 안테나이며, 상기 배터리 절전회로는 상기 클록의 신호에 따라 일정 주기(제1 주기) 마다 활성화 신호를 상기 CPU에 전송하고, 이에 따라 적어도 상기 온도센서의 측정값 및 측정시각이 상기 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 무선주파수 태그.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도센서가 측정하는 값이 미리 설정된 일정 온도범위를 벗어날 경우, 이 때의 온도 측정값 및 측정시각을 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 태그.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 온도센서가 측정하는 값이 미리 설정된 일정 온도범위를 벗어날 경우, 이 때의 측정값 및 측정시각, 및 그 시각으로부터 일정 주기(제2 주기) 마다 측정된 측정값 및 측정시각을 상기 메모리에 저장하고, 상기 제2 주기는 상기 제1 주기보다는 작은 것을 특징으로 하는 무선주파수 태그.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 무선주파수 태그가 마이크로파 신호에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 태그.

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