발간등록번호 11-1543000-001212-01 농기계스마트경광등개발 (The development of The warning light for Agricultural vechile) 미래 UT 농림축산식품부
편집순서 2 제출문 농림축산식품부장관귀하 이보고서를 농업기계용스마트경광등개발 과제의보고서로제출합니다. 2016 년 1 월 12 일 주관연구기관명 : 미래UT 주관연구책임자 : 안정균 연 구 원 : 김영수 연 구 원 : 황인옥
편집순서 3 요약문 Ⅰ. 제목 농업기계용스마트경광등개발 Ⅱ. 연구성과목표대비실적 1. 태양광농기계용고휘도 LED 경광등개발 1) SOLAR CELL( 출력전압 4.2V, 120mA, 5W) 을경광등상부에고정하여태양광에의한 BATTERY 충전 ( 완전충전 8시간 ) 이가능하며, 충전효율은 85%. 2) 고휘도 LED 황색, 5mm, 40,000mcd, 12개를원형으로 PCB에직접고정하여단락의안전성을도모하였으며, 조도는 20 35cd. 3) 섬광횟수는분당 50회, 점멸주기 (ON-OFF) 는 1:2 4) 경광등사용시간은완전충전후최소 12시간이상동작가능 2. 농기계운전중자동으로작동하는농기계용고휘도 LED 경광등개발 1) PIEZO(WIRE TYPE) 진동센서를적용하여공회전시운전중으로인식 2) SOLAR CELL에의한빛의감지여부에따라자동으로경광등동작 3) 경광등을자동모드로설정하면진동센서에의한진동이감지되고, SOLAR CELL이빛을감지하지못할때한하여자동으로작동예를들어야간또는터널내주행시에자동으로작동 3. 운반 적재물의높이와넓이에따라높이각도조절이용이한설치브래킷개발 1) 경광등의높이조절은 20 40Cm이며, 재질은아노다이징처리된알루미늄 Pipe 적용으로부식방지 2) 각도는브라켓의변형에따라각도조절가능 ( 아연도금 )
Ⅲ. 연구개발의목적및필요성 1. 저속주행농기계교통사고사망자지속적증가 경찰청에따르면최근 3 년간 1 천 249 건이발생해 227 명이숨지고 1 천 352 명이부상하였으며, 연도별로는 2011 년 379 건 (45 명사망 ), 2012 년 407 건 (83 명사망 ), 2013 년 463 건 (99 명사망 ) 등 매년증가추세 2. 농촌진흥청의농업기계교통사고실태분석자료에따르면농업기계운전자과실이큰사고가 49%, 농업기계운전자과실이적은사고가전체의 51% 로나타났다. 이처럼상대자동차과실에의한사고가약간더많아농업기계교통사고예방을위해서는자동차운전자의주의운전이중요한것으로판단된다. 있다 3. 경운기교통사고발생시기는농번기인모내기 (5 6 월 ) 및수확철 (9 10 월 ) 시기에집중되고
Ⅳ. 연구개발결과 1. 농업기계용스마트경광등 은진동감지 SENSOR에의해진동이감지되고 SOLAR CELL 이빛을감지하지못할경우에한하여경광등이자동으로점멸되고진동이감지되지않거나빛이감지되면자동으로꺼지도록개발하였다. 2. SOLAR CELL과충전 BATTERY를적용하여전원을공급하고저전력으로최대한장시간경광등을작동시키기위하여 SOLAR CELL이빛을감지하지못하는환경 ( 야간터널내 ) 에서만작동하고수동모드로설정하여인위적으로작동시킬수있도록개발하였다. 3. 진동은농업기계의주된주파수대역이 10 50Hz 임을감안 WIRE TYPE PIEZO(KPE-120) SENSOR 적용하여최적화감도가되도록회로를설계하였다.
편집순서 3 CONTENTS Chapter 1 Overview of performance golal of research project Section 1 Aim, necessity or scope of research project Section 2 Record to goal of research achievements Chapter 2 Current research status in domestic Section 1 Status of technology development of warning light Section 2 Status of technology development of warning light for Agricultural Vechile Chapter 3 Achievements and application plans of research Chapter 4 Marketability Analysis Chapter 5 References Appendix 1 Test Certificates Appendix 2 Warranty of Quality
편집순서 4 목 차 제 1 장 연구개발과제의개요 7 제 1 절연구개발의목적및필요성 7 1. 연구개발의목적 7 2. 연구개발의필요성 8 제 2 절연구성과및목표대비실적 10 1. 연구성과 10 2. 목표대비실적 10 제 2 장 기술개발현황 11 제 1 절국내관련분야에대한기술개발현황 11 1. 일반현황 11 2. 경광등의형상및용도별분류 11 제 2 절농업기계경광등에대한기술개발현황 14 1. 일반현황 14 2. 기술현황 14 3. 농업기계의후부등화 반사장치 14 제 3 장 연구개발수행내용및결과 17 제 1 절연구개발수행내용및결과 17 1. 주요연구내용 17 2. 주요연구결과 18 제 4 장 시장규모 25 1. 농업기계등화장치부착지원사업 25 2. 2013년도농업기계보유현황 26 3. 시장규모 27 4. 사업화계획 27 제 5 장참고문헌 28 < 첨부 > 1. 시험성적서 ( 한국기계전기전자시험연구원 ) 2. 품질보증서 ( 한국농기계공업협동조합 )
제 1 장 연구개발과제의개요및성과목표 제 1 절연구개발의목적및필요성 1. 연구개발의목적 가. 농촌인구의급격한고령화에따른농기계저속차량표시등미부착으로매년농기계사고가지속적으로증가하고있다. 이러한사고의 71.2% 가야간 ( 오후 6 8시 ) 에자동차운전자가도로주행중인저속의농기계를식별하지못해추돌하는사고이다.(2009. 삼성교통안전문화연구소 ) 나. 최근에경운기및트랙터등의농기계는야간식별장치장착을의무화하고 있지만, 대부분농사작업으로인해이물질이묻거나, 파손등으로인하여야간식별장치들이제 기능을못하는경우가많다. 다. 특히, 일부지방자치단체에서는등화장치부착을지원하고있으나, 저가의 수입제품으로제기능을하지못하고잦은고장이발생하고있는실정이다. 또한, 별도의전원 공급이필요하고적재물로인하여장착위치에한계가있다. 라. 따라서주간에태양광충전에의하여자체전원이공급되고, 야간주행시발 생하는진동을감지하여자동으로작동되고, 적재물에상태에따라높이및각도조절이가능 할뿐만아니라장착이용이한 농기계용스마트경광등개발 함을목적으로한다. 2. 연구개발의필요성 가. 저속주행농기계교통사고사망자지속적증가 1) 경찰청에따르면최근 3 년간 1 천 249 건이발생해 227 명이숨지고 1 천 352 명이
부상하였으며, 연도별로는 2011 년 379 건 (45 명사망 ), 2012 년 407 건 (83 명사망 ), 2013 년 463 건 (99 명사망 ) 등매년증가추세 2) 농촌진흥청의농업기계교통사고실태분석자료에따르면농업기계운전자과실이큰사고가 49%, 농업기계운전자과실이적은사고가전체의 51% 로나타났다. 이처럼상대자동차과실에의한사고가약간더많아농업기계교통사고예방을위해서는자동차운전자의주의운전이중요한것으로판단된다. 3) 운전자연령별농업기계교통사고발생비율은경운기의경우 70세이상연령층이 52.7% 로가장높았으며, 60대가 30.8% 로서 60대이상고령자의사고가전체사고의 83.5% 를차지한다. 기에집중되고있다 4) 경운기교통사고발생시기는농번기인모내기 (5 6 월 ) 및수확철 (9 10 월 ) 시 나. 경운기트레일러의등화장치부착실태 1) 조사결과에따르면등화장치가미부착된비율은저속차량표시등이 86.1% 이며, 후미등이 72.0%, 제동등은 72.5%, 방향지시등 74.3% 이며, 등화장치가부착되어있다고하더라도고장없이사용하는비율은후미등은 19.6% 제동등 19.3%, 방향지시등은 16.8% 이다. 2) 경운기트레일러의등화장치가고장난이유로는 파손 이가장많았으며, 그다음으로많은고장원인은전선단락으로 30% 이상이었고, 야간반사판은오래됨, 망실, 훼손이 27.0% 를차지하고있다.
제 2 절연구성과및목표대비실적 1. 연구성과 가. 태양광농기계용고휘도 LED 경광등개발 1) SOLAR CELL( 출력전압 4.2V, 120mA, 5W) 을경광등상부에고정하여태양광에의한 BATTERY 충전 ( 완전충전 8시간 ) 이가능하며, 충전효율은 85%. 2) 고휘도 LED 황색, 5mm, 40,000mcd, 12개를원형으로 PCB에직접고정하여단락의안전성을도모하였으며, 조도는 20 35cd. 3) 섬광횟수는분당 50회, 점멸주기 (ON-OFF) 는 1:2 4) 경광등사용시간은완전충전후최소 12시간이상동작가능 나. 농기계운전중자동으로작동하는농기계용고휘도 LED 경광등개발 1) PIEZO(WIRE TYPE) 진동센서를적용하여공회전시운전중으로인식 2) SOLAR CELL에의한빛의감지여부에따라자동으로경광등동작 3) 경광등을자동모드로설정하면진동센서에의한진동이감지되고, SOLAR CELL이빛을감지하지못할때한하여자동으로작동예를들어야간또는터널내주행시에자동으로작동 다. 운반 적재물의높이와넓이에따라높이각도조절이용이한설치브래킷개발 1) 경광등의높이조절은 20 40Cm이며, 재질은아노다이징처리된알루미늄 Pipe 적용으로부식방지 2) 각도는브라켓의변형에따라각도조절가능 ( 아연도금 ) 라. 개발품 1,035대지자체공급경기 (277대), 강원 (250대), 충북 (230대), 전북 (178대), 전남 (40대), 제주 (60대) 2. 목표대비실적 구분기술적목표달성도 충전회로설계 충전효율 85% 이상 100% 완전충전소요시간 8 시간 100% LED 조명부자체발광시인식거리 : 1Km 후방서인식 100% 진동및조도에의한 LED 작동 가시거리 50M 자동발광 90% 이상 100% 정지상태에서공회전시자동발광 90% 이상 100% 각도조절 45 도 90 도조절가능 100% 높이조절발광체의상 하이동가능 100%
3. 목표대비실적미흡사항 구분미흡사유향후조치 특허 기술 제품인증 교육지도 ( 현장컨설팅 ) - 농가의구매능력등을감안, 보편화된기술을융복합화함에따라새로운기술인정지난 - 전문인증기관없슴 - 개발품의신뢰성감증은 한국기계전자시험연구원의 공인성적서 로대체 - 개발품의객관적인보증을위한한국농기계공업협동조합의 품질보증서 확보 - 농가의자비구입필요성미흡 - 농가의필요성은인정되나, 구매의지없슴 - 지원사업으로공급시, 농가대상현장컨설팅 실시
제 2 장 기술개발현황 제 1 절국내관련분야에대한기술개발현황 1. 일반현황 가. 광원 광원은경광등의신호전달거리와시인성뿐만아니라소모전력량, 내구성및 경제성을고려하여전구, LED 및크세논램프를일반적으로적용하고있다. 1) 전구는필라멘트에흐르는전류에의해발생되는온도반사를이용한발광체로서, 유리구내에는불활성가스가주입되어있다. 가스인입전구의특징은사용전압이전구의정격전압보다 10% 낮아지면수명은 4배로늘고, 소비전력은 85% 로감소하는반면광도는약 30% 낮아진다. 따라서사용전압이 10% 상승하면수명은약 30% 로짧아지고소비전력은 16% 정도상승하는반면밝기는약 40% 증가하며, 표준수명은약 1,000-1,500시간으로내구성및경제성을고려하면경광등광원으로는부적합하다. 2) LED는특수반도체의 PN접합부에전류를주입하여발광시킨발광소자로서반도체는전기-광변환에연구되어진 GaAs, GaP 등과같은반도체가이용되고있다. 일반적인반도체소자와같이과전압이나주위온도가수명에영향을미치지만전구와같이필라멘트가타서가늘어지는소모현상이없고기계적마모부분이없기때문에특별한내진구조를가지지않아도충격이나진동에강해수명이깁니다. LED 의표준수명은약 20,000-25,000시간으로내구성및경제성을고려하여경광등광원으로많이이용되고있다. 3) 크세논램프는단시간에비교적큰에너지를램프에투입해서순간적으로 고출력의빛을내는구조이며, 기동전압이매우높아특별한기동장치가필요하며, 후래쉬 램프이다. 연속발광램프와비교해서순간적으로엄청나게많은전력의입력이필요하며
아주큰광량이발산된다. 또한광원중에서자연광에가장가까운빛을내며연색성이좋아 주위가밝은환경에서도시인성이우수하다. 2. 경광등의형상및용도별분류 회전형으로주로주차장에서출차경고용으로사용 적층식으로공장등실내에서위험및접근주의경고용 장방형으로소방또는경찰차량등긴급차량용
릴레이방식으로점멸되며굴삭기등건설기계용 방범용 크세논램프스트로브구조로서전원은 DC 12V 제 2 절농업기계경광등에대한기술개발현황 1. 일반현황 가. 농업기계의야간시인성과밀접한관계가있는등화장치및반사장치의경우 등화장치에대한장착조항과적용농기계등만을규정할뿐세부성능기준인광도성능, 반사휘도성능, 조광면적기준, 설치위치등에대한실질적인기준이없는실정임. 나. 도로주행농기계야간교통사고가지속적으로증가하고있으나, 피해당사자인농업인은등화장치및반사장치부착에의한안전사고예방에대한의식이결여되어있음에따라농기계에적합한등화장치관련기술개발은경제성및사업성등을감안, 현저히미흡한실정임 2. 기술현황 가. 차량용 BATTERY 구동등화장치 일반산업용안전장치또는건설기계의운전시경고용등화장치로서전원은차량용 BATTERY 에서공급됨에따라경운기에는적합하지아니함
나. 건전지구동등화장치 1) 일반건전지 (AA TYPE 1,5V 4EA) 전원으로구동되는등화장치로서건전지를주기적으로교환하여야하는불편함이있음. 2) 인위적인별도의조작에의거동작 다. 태양광충전식등화장치 1) 태양광충전방식의등화장치로서주기적인건전지교환필요없음 2) 인위적인별도의조작에의거동작 3. 농업기계의후부등화 반사장치종류 가. 원형반사기
나. 고휘도반사판 다. 시트지 라. 등화장치
제 3 장 연구개발수행내용및결과 제 1 절연구개발수행내용 1. 주요연구내용 가. 농업기계용스마트경광등 은진동감지 SENSOR 에의해진동이감지되고 SOLAR CELL 이빛을감지하지못할경우에한하여경광등이자동으로점멸되고진동이감지되지않 거나빛이감지되면자동으로꺼지도록개발하였다. 나. SOLAR CELL과충전 BATTERY를적용하여전원을공급하고저전력으로최대한장시간경광등을작동시키기위하여 SOLAR CELL이빛을감지하지못하는환경 ( 야간, 터널내 ) 에서만작동하고수동모드로설정하여필요한경우에는인위적으로작동시킬수있도록개발하였다. 다. 진동은농업기계의주된주파수대역이 10 50Hz 임을감안 WIRE TYPE PIEZO(KPE-120) SENSOR 적용하여최적화감도가되도록회로를설계하였다. 구분 12 kω 13 kω 14 kω 15 kω 16 kω 17 kω 작동여부작동안함작동안함작동작동민감민감 라. 발광부는저전력으로장시간안정적으로경광등을작동시키기위하여고휘도 LED 12 개를적용하였다. 구분 0 도 90 도 180 도 270 도 실효광도 (cd) 35 27 20 28
2. 주요연구결과 가. 태양광충전농기계용고휘도 LED 경광등개발 1) 고휘도 LED 경광등발광에적합한태양전지판충전회로설계 가 ) 충전회로블록도 나 ) 충전회로설계도 2) 농기계운전중자동으로작동하는농기계용고휘도 LED 경광등개발 가 ) 제어회로블록도
나 ) 제어회로설계도 다 ) 제어회로알고리즘 2) 주요구성품 가 ) SOLAR CELL - 출력전압 4.2V, 120mA, 5W
나 ) BATTERY - 리튬이온 ( 보호회로적용 ) - 3.7V, 1,200mA 다 ) LED - 황색, 5mm, 40,000mcd, 12EA 라 ) 진동센서
라 ) PCB 3) 경광등케이스및하부고정브라켓 가 ) 설계도및제품 1 상부 2 하부
3 하부고정브라켓 4) 경광등의각도및높이조절이가능한설치브래킷 지지대및고정브라켓 고정브라켓체결
5) 농업용스마트경광등 6) 농업기계용스마트경광등부착농업기계
제 4 장 시장규모 1. 농업기계등화장치부착지원사업 정부에서는 2016년도도로주행농기계의안전사고를사전방지함으로써농업인의귀중한생명과재산을보호하기위하여동력경운기및농업용트랙터운전시주행속도가느리고야간에식별이잘안되어자동차와추돌사고발생가능성이높아이를사전예방하기위하여경운기트랙터등도로주행농기계등화장치부착지원 지원대상 경운기또는트랙터를보유사용하고있는농가 사업비 - 총사업비 : 30억원 ( 국고보조 1,200백만원 ) 지원수량 : 30,000대 단가 : 100천원 / 대 지원대상제품 - 시험검정기관에서농기계등화장치시험을받은제품 - 빛의발산효과가높아야하며, 농업인스스로부착가능한볼트형 ( 나사 ) 으로공급되어야함. - 높낮이는 20Cm 이상조절이가능한구조일것 - 태양광충전방삭으로완전충전시최소 6시간가동및점멸이가능하여야하며, 등광색은황색 ( 붉은색, 청색포함 ) 의구조일것 - 저속차량표시등 ( 등화장치 ) 의 1등당광도는 20칸델라이상이어야하며형상은원형 ( 설치밑면이원형인원통모양 ) 의섬광방식일것 - 등화장치는수동및자동의 ON-OFF 장치가부착되어있을것 - 매분 40회이상 80회이하의일정주기 [ON(1)-OFF(2)] 로점멸하는구조일것 - 한국농기계공업협동조합의품질보증을받은제품일것
2. 2013 년도국내농업기계보유현황 ( 대 ) 구분합계 917,166 총계 (30,000) 농용트랙터 동력경운기 계 소형 중형 대형 277,649 75,854 145,762 56,033 639,517 서울 425 218 153 41 24 207 부대인광대울세경강충충전전경경제 산구천주전산종기원북남북남북남주 5,394 (400) 8,055 (500) 11,303 (500) 4,698 (500) 2,356 (500) 8,162 (500) 4,489 (500) 86,589 (3,200) 56,530 (3,200) 58,056 (3,200) 112,327 (3,200) 88,123 (3,200) 149,007 (3,200) 182,876 (3,200) 119,013 (3,200) 19,763 (1,000) 2,027 1,209 671 147 3,367 1,893 749 978 166 6,162 4,038 1,119 1,454 1,465 7,265 1,629 565 767 297 3,069 583 170 343 70 1,773 2,102 1,064 867 171 6,060 1,505 385 667 453 2,984 37,202 14,280 16,243 6,679 49,387 19,184 4,470 10,783 3,931 37,346 15,875 3,568 8,928 3,379 42,181 35,823 8,884 19,558 7,381 76,504 30,935 6,141 16,152 8,642 57,188 41,022 7,743 21,727 11,552 107,985 45,288 13,362 26,183 5,743 137,588 33,753 11,351 18,062 4,340 85,260 4,572 641 2,338 1,593 15,191 주 : ( ) 내서는 2016 년도농업기계등화장치부착지원사업량
3. 시장규모 정부의 2016 년도농업기계등화장치부착지원사업을기준으로추정 단위 : 수량 - 대, 금액백만원 구분 2016 2017 2018 수량 30,000 35,000 40,000 금액 3,000 3,500 4,000 4. 사업화계획 가 ) 생산계획 구분 2016 2017 2018 시장점유율 (%) 10 20 30 판매량 ( 개 ) 3,000 7,000 12,000 판매단가 ( 원 ) 100,000 100,000 100,000 매출액 ( 백만원 ) 300 700 1,200 생산능력 ( 대 / 년 ) 10,000 15,000 20,000
제 5 장 참고문헌 1. 진동장치를이용한자동점멸광광등개발, 배정섭, 김재선, 2012. 2. 도로주행농기계야간교통사고감소방안, 삼성교통문화연구소, 2009. 3. 농기계사고실태와비용추정, 강창용, 오세익, 2013. 4. 2012 농업기계안전사고실태, 농촌진흥청국립농업과학원, 2013. 5. 2013년도농업기계보유현황, 농림축산식품부. 6. 2016년도농림축산사업시행지침, 농림축산식품부. 7. 소방자동차경광등의인정기준 8. 농업기계검정및안전관리세부실시요령
< 첨부 > 1. 시험성적서
2. 품질보증서
주 의 1. 이보고서는농림축산식품부에서시행한농림축산식품기술료사업의연구 보고서입니다. 2. 이보고서내용을발표할때에는반드시농림축산식품부에서시행한농림 축산식품기술료사업의연구결과임을밝혀야합니다. 3. 국가과학기술기밀유지에필요한내용은대외적으로발표또는공개하여서는 아니됩니다.