JP2005117999A - 全自動植物栽培制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】植物栽培における栽培操作の開始・実行・終了をマニュアルによるタイマー設定ではなく、全自動化し、土壌水分センサーの測定情報を無線で伝送し、栽培植物体中の養分測定情報を無線で伝送し、それらの情報に基づいて植物を健全に全自動で栽培することを可能とする。
【解決手段】明るさセンサーで夜明けを感知して自動的に灌水を開始し、日没数時間前に自動的に灌水を終了するが、その間、無線送信装置に接続された土壌水分センサーから、その電気的出力を信号に変換し、複数の無線送信装置から制御部に伝送し、制御部は無線で伝送される信号を受信して土壌水分を制御すること、また、無線送信装置に接続されたECセンサーで植物体中の養分濃度を測定し、その電気的出力を信号に変換し、無線で制御部に伝送し、制御部は無線で伝送される信号を受信して液肥給液を制御することで、灌水と施肥をリアルタイムに行う栽培装置を構築する。
【選択図】 図1
【解決手段】明るさセンサーで夜明けを感知して自動的に灌水を開始し、日没数時間前に自動的に灌水を終了するが、その間、無線送信装置に接続された土壌水分センサーから、その電気的出力を信号に変換し、複数の無線送信装置から制御部に伝送し、制御部は無線で伝送される信号を受信して土壌水分を制御すること、また、無線送信装置に接続されたECセンサーで植物体中の養分濃度を測定し、その電気的出力を信号に変換し、無線で制御部に伝送し、制御部は無線で伝送される信号を受信して液肥給液を制御することで、灌水と施肥をリアルタイムに行う栽培装置を構築する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、明るさセンサー、照度センサー、水位センサー、土壌水分センサー、ECセンサー、pHセンサー、温度センサー、時刻を計時する時計、コンピューターで植物栽培環境条件を判定し、植物に水分と養分を自動的に供給する全自動植物栽培制御装置に関するものである。
潅水方法に関する公知技術の中で、特許文献4の少量高頻度潅水法を特徴とする施設園芸用潅水制御器は、一日の潅水時間帯、1回の潅水時間、潅水休止時間を設定し、土壌水分センサーにより潅水点(pF値)をマニュアルで設定するものである。
しかし、当該技術の中でクレームされている大部分は、当該号公報出願日より1年半以上も前に発行された非特許文献1の中に、すでに詳述されている。その著書の中には、少量づつ回数多く潅水する方法とその特徴・利点や、土壌水分センサーで適潅水点(pF値)を基準とする潅水制御方式、潅水後水が土壌に湿潤・展開していく湿潤帯の時間的経過も詳述されており、潅水時間帯、1回の潅水量も具体的に記述されている。
しかし、当該技術の中でクレームされている大部分は、当該号公報出願日より1年半以上も前に発行された非特許文献1の中に、すでに詳述されている。その著書の中には、少量づつ回数多く潅水する方法とその特徴・利点や、土壌水分センサーで適潅水点(pF値)を基準とする潅水制御方式、潅水後水が土壌に湿潤・展開していく湿潤帯の時間的経過も詳述されており、潅水時間帯、1回の潅水量も具体的に記述されている。
特許文献4の中で、湿潤タイムラグを考慮して、潅水休止タイマーが設けられているが、湿潤パターンと時間との関係にタイムラグがあることはすでに非特許文献2に明示されているが、計測したい深さの土壌水分を測れる既存のセンサーを使えば、わざわざ休止タイマー制御による湿潤時間を設ける必要性はない。もしトータルの潅水量が少な過ぎたり、土中で偏った水の流路や水の分布があって、水を必要とする根圏部に水が供給されない場合、この休止時間があることは植物にとっては逆にマイナス効果で、その場所では水分不足時間が積算され、重大な水不足を招来することになる。
湿潤タイムラグへの対応は、上述の非特許文献1のなかですでに、点滴潅水の場合12分で土壌深40cm程度まで湿潤することがパターン図で明快に示されており、この知見に準拠して休止タイマー時間を設定していることが特許文献4の実施例の設定時間に反映されているようであるが、タイマー設定ではなく土壌水分センサーで根圏の湿潤状態を知る方が望ましいことは言うまでもない。
このように所定深度の根圏部の所望する深さの土壌水分を測れるセンサーを用いれば、タイマー制御の潅水休止時間を設定する意味がなくなる。
このように所定深度の根圏部の所望する深さの土壌水分を測れるセンサーを用いれば、タイマー制御の潅水休止時間を設定する意味がなくなる。
また、特許文献4は、それ以前のストレスを与える方法が栽培植物へダメージを与え、収穫物の糖度は上がるものの収量低下を起こすという課題への解決手段として、高頻度少量潅水、土壌水分センサー技術の導入により、省力化、高品質化、高収量化、減肥、節水が図れることをあげているが、これらのこともすでに非特許文献1で明確に述べられており、指摘されている課題への解決策はすでに明らかにされている。
特許文献4の運転開始時間、終了時間、潅水時間、潅水休止時間等の設定はマニュアルによって行われるもので、日々の天候を考慮し前日夕刻または当日早朝温室を訪問し設定することになり、このためその時間帯は不在にできず、農家にとって大きなプレッシャーである。気象条件、環境条件は一日の内でも激しく変化することがあるため、事前にマニュアルでタイマーを設定しても種々の問題が発生する。快晴を予想して1回の給水量を増し、灌水時間を長くすると、急に曇り、雨でも降り出すと水過剰をきたすことになる。
上記の特許文献4では、1日の潅水時間帯を親タイマーで設定し、1回の潅水時間を子タイマーで、潅水の土壌中への浸潤時間を潅水休止タイマーで設定しており、潅水時間帯、1回の潅水時間、灌水休止時間は、経験と勘に頼ってタイマーをマニュアルで設定している。さらに、タイマー制御の場合、水の消費量は時間・時期・作物の生育状況、土性、培土が開放系か有底内か等土壌水分条件は大きく変化するため、潅水の過多・過少は避けられない。
他の公知技術として、特許文献1および特許文献6の自動給水制御器は、給水対象の水分が不足したことを水分センサーにより検出し、その検出に応じてタイマー部が所定時間を計測し、前記所定時間内に水分センサーにより水分が充足したことを検出しない場合に給水し、前記所定時間内に水分が充足したことを検出した場合にタイマー部を初期化するものである。
しかし、この公知技術の給水対象は栽培領域の下方の貯水タンクであり、水分センサーは土壌水分を測定するものではなく、貯水タンク底に設置され、貯水タンクの水が空になると検知される仕組みで、栽培が行われている土壌の水分の不足に対応して作動するものではなく、また、通常の農園芸に用いられるように水や液肥を栽培土壌の土壌表面から供給する仕組みになっておらず、農園芸分野で利用できるものではない。
しかし、この公知技術の給水対象は栽培領域の下方の貯水タンクであり、水分センサーは土壌水分を測定するものではなく、貯水タンク底に設置され、貯水タンクの水が空になると検知される仕組みで、栽培が行われている土壌の水分の不足に対応して作動するものではなく、また、通常の農園芸に用いられるように水や液肥を栽培土壌の土壌表面から供給する仕組みになっておらず、農園芸分野で利用できるものではない。
農場や屋上緑化にも利用できるとあるが、畑ではその下部に貯水タンクは設けられないし、人工地盤上に栽培ユニットを置くにしても屋上緑化のための水分制御には多くの問題がある。例えば本方式では、雨水が栽培領域を経由して貯水タンクに流入する構造であり、水が貯水タンクからあふれ出ることが起こり、水分センサーで制御できないことも大問題である。貯水タンクに水を供給するのであれば、ドリップチューブなどは不要である。また、給水は吸水孔から毛細管現象で吸い上げる方式となっており、この方式であれば根圏全体の土壌を湿潤させるのは困難で、リアルタイムの制御もできない。
有線・無線方式で電磁弁や水分センサーを制御するとあるが、貯水タンクの水が空になったことを検知するだけの水分センサーでリアルタイムの制御ができない構造であり、無線の授受の仕組みも開示されていない。
有線・無線方式で電磁弁や水分センサーを制御するとあるが、貯水タンクの水が空になったことを検知するだけの水分センサーでリアルタイムの制御ができない構造であり、無線の授受の仕組みも開示されていない。
特許文献11の芝生の散水管理装置では、散水対象が芝生に限定されている上に、地表情報として風向風速計、日射計、感雨計、温湿度計等からの情報、地中情報として、pH、EC計、地温計、水分計等からの情報を収集して制御する必要があるとしているが、その情報は監視目的で、制御には利用されていない。また、散水後の地中に吸水される水分は管理されておらず、散水後の水分が土表から流れてしまう場合には、水分不足で植物が枯れると共に水分の無駄使いになるという不具合を生ずる。pH、EC計の記述はあるが、その目的、用途およびその情報を利用しての制御は不明である。
特許文献3では、水分センサー、明るさセンサー、タイマー、制御装置、電源装置(太陽は発電、蓄電池、家庭電源)、液肥供給装置(ポンプ、電磁弁)などが繋がりを持っており、液肥の供給も開示されている。しかし、明るさセンサーで日没・夜明けを境に作業を終了・開始するという夜間だけは潅水しないという単純な方式で、本出願とは大きく異なるところである。土壌水分の目安であるpF値への対応も詳述されておらず、またECセンサーへの対応もない。
特許文献9では、水分センサーでゴルフ場のグリーン毎の芝管理が遠隔地のクラブハウスから行いうるという自動潅水であるが、大規模な工事と設備を要し、用途も芝用に限定されていて、ガーデニングや施設園芸に利用できるものではない。また、簡易無線に言及しているが、それは情報を受ける手段で、機器を制御するものではない。
特許文献7では、小さく小分けされた栽培ベッドは地面から隔離でき移動できるもので、メインタイマーで一日の潅水時間、繰り返しタイマーで潅水間の時間、長さタイマーで一回の潅水時間(3秒位)を設定し、全てタイマーで作動させる方式で、液肥混入装置が敷設されているが、水分センサー、ECセンサー制御による方式ではない。
特許文献10では、ECセンサーの使用が述べられているが、ECセンサーは液肥タンク内の液の状態でのチェックで、栽培する培土や植物体におけるチェックではなく、また培土も特殊なセラミックボールという培地に限定されているので、農園芸に利用できるものではない。
特許文献6では、水分が不足したことを水分センサーで検出するものの、給水対象が植物栽培領域ではなく、栽培領域下方に別に設けられた貯水空間で、植物栽培土壌に直接給水したり、給肥するものではない。
特許文献8では、自動的に潅水と施肥を別個に実行する制御方法において、日射量を測定するセンサーと水分値を測定するセンサーが利用されている。しかし、前者は日射量が少ないと潅水を実行させない手段として、後者はタイマー制御されている潅水を実行させない手段として用い、植物の水消費量にリンクして土壌水分を制御することには用いられていない。
特許文献4では、土壌溶液中の電気伝導度を測定し、その値が設定された値の範囲に入るように養液中の肥料濃度、養液供給量を調整する方法が記述されているが、このような方法はすでに本出願以前に発行された、非特許文献1に例示されている。
特許文献2では、土壌溶液中の電気伝導度を測定する際に、予め電気伝導度を左右する塩素イオン濃度と硫酸イオン濃度を測っておき、補正をして肥料溶液の濃度と液量を調節するものであるが、これらのイオンが電気伝導度に影響することはすでに公知の知見であった(非特許文献1)。
特開2003-102295号公報
特開2003-079215号公報
特開2002-300817号公報
特開2002-281842号公報
特開2002-058369号公報
特開2001-211768号公報
特開2001-23571号公報
特開2000-186824号公報
実開平7-43982号公報
特開平7-194261号公報
実登2501992
六本木和夫・加藤俊博著「野菜・花卉の養液土耕」農文協発行 2000年
解決しようとする問題点は、いずれの公知技術も、植物栽培における潅水管理において、その作業時間帯の設定はマニュアルによりタイマー設定するもので、自動的に運転開始・終了できるようにはなっていない点である。公知技術では、作業の開始および終了は前日にマニュアル設定することが要求されており、設定を怠ると日変化、季節変化を無視して同じ作業が繰り返されることになり問題である。
具体的に挙げると、(1)植物の自動栽培においては、光合成にリンクして肥料、水分が要求され、その時間帯は日ごとに変化していくが、これにはマニュアルで設定するタイマー方式では対応できないこと、(2)潅水した水は土中に湿潤し展開していくことを考慮して、タイマーでタイムラグを設ける等の勘にたよる手段で対応しているが、所望する部位の土壌水分を測定して対応していないこと、(3)土壌水分センサーは土質、保水力、水分布の異なる土壌で、かつ面積、高低さ、日当たり、風通しの異なる栽培地、栽培施設では少数の水分センサーによる測定では対応しきれないこと、(4)複数の水分センサーを設置するには、何本もの長いリード線を張り巡らせる必要が生じ、その場所での栽培や管理の作業上障害となること、(4)ECセンサーの導入、設置においても土壌水分センサーと同様な問題点があること、(5)施肥が、植物の肥料要求度に応じてリアルタイムに対応できていないことなどの問題点がある。
本発明は、植物栽培における、潅水管理と肥料供給の管理とを、明るさセンサーで、当該日の夜明けを感知してその時刻を給液開始時間とし、当該前日の日没を感知してその時刻を記憶しその時刻から一定時間後の時刻を当該日の給液終了時間とし、その間、一定間隔で土壌水分センサーによる土壌水分判定を行い、設定値以下の乾燥状態になると潅水すること、さらにこの間またはこの後、一定間隔でECセンサーによる植物体中の肥料濃度判定を行い、設定値以下の肥料不足状態になると液肥を給液することを繰り返えすという、全自動で潅水作業と肥料投与作業とを開始し、実施・継続し、終了することを最も主要な特徴とする。
本発明の方式によると、本装置がどの地域で、いつ使われようと、その地域にふさわしい時間帯に適切に潅水、施肥を全自動で行わせることができるという大きな特徴がある。
本発明の方式によると、本装置がどの地域で、いつ使われようと、その地域にふさわしい時間帯に適切に潅水、施肥を全自動で行わせることができるという大きな特徴がある。
具体的に挙げると、(1)植物の自動栽培においては、液肥による施肥と潅水の開始時刻と終了時刻をマニュアル設定によるタイマー方式ではなく、夜明け・日没を起点に自動的に運転することを可能とし、さらには日ごと、季節ごとに変化していく施肥および潅水の適正時間に対応することを可能とするため、明るさセンサーで、当該日の夜明けを感知してその時刻を給液開始時間とし、当該前日の日没を感知してその時刻から所定時間後の時刻を当該日の給液終了時間とすることを最も主要な特徴とする。すなわち特許文献3に記述されている日没・夜明けを境に作業を終了・開始し、夜間だけは潅水しないという単純な方式と異なり、水分消費活性とリンクさせたのが特徴である。
(2)潅水した水は土中に湿潤し展開していくが、それを考慮して、潅水休止時間を設ける等の勘にたよる手段(公知技術)ではなく、根圏部の土壌水分を判定して対応していくことを可能とするため、所定深度の根圏部の土壌水分の計れる機能をもつ水分センサーで、この所望する深さの土壌水分を測定することを主要な特徴とする。
(3)土壌水分センサーは土質、保水力、水分布の異なる土壌で、かつ栽培地の面積、高低差、日当たり、風通しの異なる栽培地、栽培施設での土壌水分測定ができるようにするため、複数の土壌水分センサーで測定することを主要な特徴とする。
(3)土壌水分センサーは土質、保水力、水分布の異なる土壌で、かつ栽培地の面積、高低差、日当たり、風通しの異なる栽培地、栽培施設での土壌水分測定ができるようにするため、複数の土壌水分センサーで測定することを主要な特徴とする。
(4)複数の水分センサーを設置するには、何本もの長いリード線を張り巡らせる必要が生じ、その場所での栽培や管理の作業上障害となるが、その障害を回避するため、無線送信部を備えた末端の水分センサーで土壌水分を測定し、受信機を備えた制御部にデータを伝送することを主要な特徴とする。
(5)ECセンサーにおいても土壌水分センサーと同様、長いリード線を用いることには障害があることから、複数のECセンサーでEC値を測定し、無線送信装置から制御部にデータを伝送することを主要な特徴とする。
(6)土壌水分センサーおよびECセンサーの出力を信号に変換して伝送する無線送信装置は、1台に対し複数個の水分センサーおよびECセンサーが有線で接続されていることを主要な特徴とする。
(5)ECセンサーにおいても土壌水分センサーと同様、長いリード線を用いることには障害があることから、複数のECセンサーでEC値を測定し、無線送信装置から制御部にデータを伝送することを主要な特徴とする。
(6)土壌水分センサーおよびECセンサーの出力を信号に変換して伝送する無線送信装置は、1台に対し複数個の水分センサーおよびECセンサーが有線で接続されていることを主要な特徴とする。
(7)施肥および潅水が、植物の肥料要求度に応じて給液できるようにするため、作物の種類によって明らかにされている肥料要求量および硝酸態窒素量、目安とされるEC値、pH値に対応しながら、一日必要肥料量を一日の早い時期にストレスを与えない薄い濃度で、液肥の形態で潅水を兼ねて何回か投与し、その後は主に水のみの投与を目的として潅水することもできることを主要な特徴とする。
肥料を液肥の形態で投与する時、植物体液に溶存するイオン化した植物栄養成分を、ECセンサーにより一定間隔で測定して、予め設定したEC値の適正範囲内にあるかどうかを判定し、範囲内に達しない肥料成分不足の時は液肥を、範囲内に達しているときは水のみを投与することもできることを主要な特徴とする。植物栄養成分の測定装置は、ECセンサー以外でも、例えば硝酸イオンメーター等測定装置からの電気的出力を信号に変換できる機能のものであれば用いることができる。
公知技術では、植物栽培における潅水管理において、その作業時間はマニュアルでタイマー設定するもので、自動的に運転できるようにはなっていない点であり、これを解決するために、本発明では夜明けを感知してその時刻を給液可能開始時間とし、当該前日の日没を感知してその時刻を記憶し、その時刻から一定時間後の時刻を当該日の給液終了時間とする全自動潅水することを特徴とするが、本法以外にも、月日時刻時計機能を内蔵することにより、地域名を選択するだけで長期に渡り自動的に記憶部よりその地域に合った情報を取り出し、当該地域での適切な潅水開始時刻、終了時刻を自動的に決定し、潅水と施肥が全自動で制御されるような仕組みにしてもよく、またこの仕組みがLANケーブルを経由して行われてもよい。
本発明の全自動植物栽培制御装置は、明るさセンサーで、当該日の夜明けを感知して自動的に給液を開始し、当該前日の日没を感知してその時刻を記憶しその時刻から一定時間後に自動的に給液を終了することができるので、日ごと、季節ごとに変化していく灌水および施肥の適正時間に対応できるという利点がある。このため、植物の自動栽培においては、マニュアル設定によるタイマー方式では対応できないこと、具体的には光合成にリンクして灌水、施肥を行うことが、本方式で対応できるという利点がある。
また、潅水した水は土中に湿潤し展開していくことを考慮して、タイマーでタイムラグを設ける等の勘にたよる手段でマニュアルで対応していたことが、本発明では、所望する土壌深度の土壌水分を測定することにより故意にタイムラグを設定するのではなく、実際にその深度まで湿潤したことを測定して、リアルタイムに全自動的に潅水管理を行うという利点がある。
複数の水分センサーを設置し、何本もの長いリード線を張り巡らせることなく無線で末端の水分センサーまたはECセンサーをもつ無線送信部から制御部にデータを送信することができるので、栽培場所での栽培や管理の作業上の障害やリード線の断線というトラブルを回避できるという利点がある。さらに、耐久性に限度のある有線用の線への経費支出を節減できるという利点もある。
無線送信部には有線で、複数のECセンサーを接続できるので、植物体内のEC値だけではなく土壌EC値も同時に平行して測定し、異なる周波数を用いて、送信することができるという利点がある。
また、無線送信部には有線で複数の土壌水分センサーを接続できるので、制御器から距離のあるエリア、広大なエリアの土壌水分条件や肥料条件を容易に測定し、まとめて送信し、潅水・施肥管理ができるという利点がある。無線方式として、無線電波を利用してもよいし、その代わりに赤外線によって送受信部を構成することもできるという利点がある。
また、無線送信部には有線で複数の土壌水分センサーを接続できるので、制御器から距離のあるエリア、広大なエリアの土壌水分条件や肥料条件を容易に測定し、まとめて送信し、潅水・施肥管理ができるという利点がある。無線方式として、無線電波を利用してもよいし、その代わりに赤外線によって送受信部を構成することもできるという利点がある。
土壌水分センサーをもつ無線送信部では、土壌水分感知レベルを調整する機能をもつことができ、複数の信号を送信することができる。一方、制御部側では複数の信号を受信し制御することができるので、感知レベル、感知点数を調整して異なる栽培植物、栽培条件、栽培環境に応じ、リアルタイムに栽培環境を制御できるという利点がある。
土壌水分センサーによる土壌水分の測定は、一定間隔(例えば1秒毎)で行われ、そのときのみ電流が流れるので、感知部の電食は大幅に軽減され長期間性能が保持されるという利点がある。
ECセンサーによる土壌と植物体中のEC値の測定も、一定間隔(例えば1秒毎)で行われ、そのときのみ電流が流れるので、感知部の電食は大幅に軽減され、長期間性能が保持されるという利点がある。
ECセンサーによる土壌と植物体中のEC値の測定も、一定間隔(例えば1秒毎)で行われ、そのときのみ電流が流れるので、感知部の電食は大幅に軽減され、長期間性能が保持されるという利点がある。
制御部はAC、DC電源、ソーラー発電にも対応でき、無線方式の水分センサー、ECセンサーは電池で作動するので、施設園芸における種々の作物の土耕栽培、養液栽培、養液土耕栽培、高床栽培、袋土壌栽培、一般農地における種々の作物の種々の栽培、苗生産地、公園・建物・テーマパーク等の花壇、植え込みや芝、非農耕地、ゴルフ場、屋上庭園、ベランダや菜園でのガーデニング等、いろいろの場所や施設で利用することができるという利点がある。
明るさセンサーで、当該日の夜明けを感知してその時刻を給液開始可能時間とし、当該前日の日没を感知してその時刻を記憶し、その時刻から一定時間後の時刻を当該日の給液終了時間とし、その間、一定間隔でECセンサーによる植物体中の肥料濃度判定を行い、設定値以下の肥料不足状態になると液肥槽または液肥混入器から送液装置(ポンプおよび電磁弁付通水管)を作動させ、配液管(点滴チューブ、ドリップチューブ、潅水チューブ)を経由して液肥を給液することを繰り返すこと、さらにこの間またはこの後、一定間隔で土壌水分センサーで土壌水分判定を行い、設定値以下の乾燥状態になると送液装置から配液管を経由して潅水することを繰り返すという、全自動で肥料投与作業と潅水作業を開始し、実施・継続・終了し、その過程をコンピューターで制御し、その作業条件(開始時刻、終了時刻、灌水時刻、液肥給液時刻等)、環境条件(土壌水分pF値、植物体内EC値、照度、pH、温度などの変化等)をUSBケーブル接続で直接、またはメモリーカード経由でコンピューターに記憶するという目的を単純な方式で実現した。
発明を実施するための基本的な最良の形態は、明るさセンサー、照度センサー、水位センサー、土壌水分センサー、ECセンサー、pHメーター、温度センサー、夜明け、日没時刻を計時する時計と、諸作業を制御しその内容を記憶するコンピューター、無線送信装置などから構成されるが、施設園芸での植物栽培制御における施肥管理、潅水管理の方式として、以下に実施例を提示する。
図1は、実施例1の動作フロー図である。スタートの時点で、明るさセンサーのデータから、前日の日没時刻が書き込まれている。当日の全自動植物栽培制御装置の作業は、明るさセンサーのデータを制御部に取り込み、夜明け時刻を決定し、それを起点にスタートする。水位センサーによるチェックで液肥が十分量ない場合、制御部の警報ランプあるいはブザーでそれを知らせるので、液肥を十分補充する。液肥槽に十分液肥があれば、ポンプ(日立製C−PC-P30J,工進製BP-101K等)を駆動させて液肥槽から液肥を送液し、配液管(点滴チューブ、ドリップチューブ、潅水チューブ)を経由して液肥を植物に給液する。
土壌水分センサーで土壌中のpF値およびその相当値を測定し、設定値より乾燥状態にあれば制御部からポンプを駆動させて液肥を供給する。給液間隔は、土壌水分センサーで測定する間隔とし任意の時間を設定でき、また1回の給液時間も任意の時間を設定できるが、全く制御装置まかせの運転も可能である。
給液作業の終了時刻は、前日の日没時刻を起点に、その一定時間後の時刻を終了時間とするのが望ましく、その間、水分センサーの制御により、給液肥を繰り返えす。この実施例でも、水分センサーの制御の情報を制御部に伝達する場合、複数の水分センサーを設置し、水分センサーを接続した無線送信部から制御部に無線でデータを送信する。これらの過程はすべてコンピューターで制御し、その作業条件(開始時刻、終了時刻、灌水時刻、液肥給液時刻等)、環境条件(土壌水分pF値、植物体内EC値、照度、pH、温度などの変化等)をUSBケーブル接続で直接、またはメモリーカード経由でコンピューター内に記憶する。
給液作業の終了時刻は、前日の日没時刻を起点に、その一定時間後の時刻を終了時間とするのが望ましく、その間、水分センサーの制御により、給液肥を繰り返えす。この実施例でも、水分センサーの制御の情報を制御部に伝達する場合、複数の水分センサーを設置し、水分センサーを接続した無線送信部から制御部に無線でデータを送信する。これらの過程はすべてコンピューターで制御し、その作業条件(開始時刻、終了時刻、灌水時刻、液肥給液時刻等)、環境条件(土壌水分pF値、植物体内EC値、照度、pH、温度などの変化等)をUSBケーブル接続で直接、またはメモリーカード経由でコンピューター内に記憶する。
図2は、実施例2のフロー図である。実施例1が、肥料と水を分けて与えるのに対し、実施例2は、薄い液肥を潅水を兼ねて与える例である。
スタートの時点で、明るさセンサーのデータから、前日の日没時刻が書き込まれている。当日の全自動植物栽培制御装置の作業は、明るさセンサーのデータを制御部に取り込み、夜明け時刻を決定し、それを起点にスタートする。
水位センサーによるチェックで液肥が十分量ない場合、制御部の警報ランプあるいはブザーでそれを知らせるので、液肥を補充する。液肥槽に十分液肥があれば、ポンプを駆動させて液肥槽から液肥を送液し、配液管(点滴チューブ、ドリップチューブ、潅水チューブ)を経由して液肥を植物が栽培されている土壌に給液する。ECセンサー(改良したEUTECH INSTRUMENTS製TDScan等)で植物体中のEC値が設定値以下であればさらに液肥を給液する。EC値が設定値を超えていれば、土壌水分センサーで土壌中のpF値およびその相当値を測定し、設定値より乾燥状態にあれば制御部から電磁弁(CKD製ADK11等)を開くよう指示を出し、潅水する。
スタートの時点で、明るさセンサーのデータから、前日の日没時刻が書き込まれている。当日の全自動植物栽培制御装置の作業は、明るさセンサーのデータを制御部に取り込み、夜明け時刻を決定し、それを起点にスタートする。
水位センサーによるチェックで液肥が十分量ない場合、制御部の警報ランプあるいはブザーでそれを知らせるので、液肥を補充する。液肥槽に十分液肥があれば、ポンプを駆動させて液肥槽から液肥を送液し、配液管(点滴チューブ、ドリップチューブ、潅水チューブ)を経由して液肥を植物が栽培されている土壌に給液する。ECセンサー(改良したEUTECH INSTRUMENTS製TDScan等)で植物体中のEC値が設定値以下であればさらに液肥を給液する。EC値が設定値を超えていれば、土壌水分センサーで土壌中のpF値およびその相当値を測定し、設定値より乾燥状態にあれば制御部から電磁弁(CKD製ADK11等)を開くよう指示を出し、潅水する。
予め混合槽で、液肥と水道水を混合し施肥と給水を同時に行う方法では、1日の勘水量が5トン/10アール以上にもなるため、設備の敷設、メンテナンスに多大の経費、労力を要するが、本実施例では濃厚液肥を少量の混合槽でまかなえるというメリットがある。
給液間隔および潅水間隔は、ECセンサーおよび土壌水分センサーで測定する間隔とし任意の時間を設定でき、また1回の給液時間と潅水時間も任意の時間を設定できるが、制御装置まかせの全自動運転も可能である。施肥、潅水作業の終了時刻は、前日の日没時刻を起点に、その一定時間後の時刻を終了時間とするのが望ましく、その間、ECセンサー、水分センサーの制御により、給液肥と潅水を繰り返えす。
給液間隔および潅水間隔は、ECセンサーおよび土壌水分センサーで測定する間隔とし任意の時間を設定でき、また1回の給液時間と潅水時間も任意の時間を設定できるが、制御装置まかせの全自動運転も可能である。施肥、潅水作業の終了時刻は、前日の日没時刻を起点に、その一定時間後の時刻を終了時間とするのが望ましく、その間、ECセンサー、水分センサーの制御により、給液肥と潅水を繰り返えす。
ECセンサー、水分センサーの制御の情報を制御部に伝達する場合、複数のECセンサーおよび水分センサーを設置し、ECセンサーおよび水分センサーを接続した無線送信部から制御部にデータを送信する。これらの過程はすべてコンピューターで制御し、その作業条件(開始時刻、終了時刻、灌水時刻、液肥給液時刻等)、環境条件(土壌水分pF値、植物体内EC値、照度、pH、温度などの変化等)をUSBケーブル接続で直接、またはメモリーカード経由でコンピューター内に記憶する。
制御部内に記憶されているデータを定期的にコンピューター等の記憶部に集中管理のために送信することにより、遠隔地で監視し制御してもよい。さらに、集中管理装置から、各種データを現地地域個々の制御装置へ送信し、潅水条件と施肥条件を設定してもよい。
制御部内に記憶されているデータを定期的にコンピューター等の記憶部に集中管理のために送信することにより、遠隔地で監視し制御してもよい。さらに、集中管理装置から、各種データを現地地域個々の制御装置へ送信し、潅水条件と施肥条件を設定してもよい。
図3は、実施例3のフロー図である。実施例1が、薄い液肥を潅水を兼ねて与える例で、実施例2は肥料と水を分けて与える例であるのに対し、実施例3は、液肥混入器を使用して給液する例である。
スタートの時点で、明るさセンサーのデータから、前日の日没時刻が書き込まれている。当日の全自動植物栽培制御装置の作業は、明るさセンサーのデータを制御部に取り込み、夜明け時刻を決定し、それを起点にスタートする。
土壌水分センサーで土壌中のpF値およびその相当値を測定し、設定値より乾燥状態にあれば制御部から電磁弁を開くよう指示を出し、潅水する。このとき、ECセンサーで植物体中のEC値を測定し、設定最低値以下であれば液肥混入器(ネタフィム製ネタトロン等)接続の電磁弁を作動して液肥を給液する。
予め混合槽で、液肥と水道水を混合し施肥と給水を同時に行う方法では、1日の勘水量が5トン/10アール以上にもなるため、設備の敷設、メンテナンスに多大の経費、労力を要するが、本実施例では、混合槽がなくて済むというメリットがある。
スタートの時点で、明るさセンサーのデータから、前日の日没時刻が書き込まれている。当日の全自動植物栽培制御装置の作業は、明るさセンサーのデータを制御部に取り込み、夜明け時刻を決定し、それを起点にスタートする。
土壌水分センサーで土壌中のpF値およびその相当値を測定し、設定値より乾燥状態にあれば制御部から電磁弁を開くよう指示を出し、潅水する。このとき、ECセンサーで植物体中のEC値を測定し、設定最低値以下であれば液肥混入器(ネタフィム製ネタトロン等)接続の電磁弁を作動して液肥を給液する。
予め混合槽で、液肥と水道水を混合し施肥と給水を同時に行う方法では、1日の勘水量が5トン/10アール以上にもなるため、設備の敷設、メンテナンスに多大の経費、労力を要するが、本実施例では、混合槽がなくて済むというメリットがある。
給液間隔は、ECセンサーおよび土壌水分センサーともに測定する間隔とし任意の時間を設定でき、また1回の給液時間も任意の時間を設定できる。給液作業の終了時刻は、前日の日没時刻を起点に、その一定時間後の時刻を終了時間とするのが望ましく、その間、ECセンサーおよび水分センサーの制御により、給液肥および潅水を繰り返えす。この実施例でも、ECセンサーおよび水分センサーの制御の情報を制御部に伝達する場合、複数のセンサーを設置し、無線で末端のセンサーから制御部にデータを送信する。これらの過程はすべてコンピューターで制御し、その作業条件(開始時刻、終了時刻、灌水時刻、液肥給液時刻等)、環境条件(土壌水分pF値、植物体内EC値、照度、pH、温度などの変化等)をUSBケーブル接続で直接、またはメモリーカード経由でコンピューター内に記憶する。
日々の天候を考慮し前日夕刻または当日早朝温室を訪問し潅水の開始時間、終了時間、その間隔、毎回の潅水時間、湿潤時間等を経験と勘に頼ってマニュアルで設定するのではなく、植物の生きる基本である光合成に自動的に対応できるよう、夜明けを感知して潅水と施肥を開始し、日没(前日の日没を起点)の一定時間前に施肥・潅水作業を終了し、その間、一定間隔でECセンサーと水分センサーで植物体中の肥料濃度と水分を追跡測定し、肥料と水を適切に、リアルタイムに、かつ自動的に管理することによって、特徴のある(例えば高糖度)、安全で(過湿・乾燥による病害虫の減少による低農薬化)、高品質で(養分の過大・過少による生理障害の減少による品質向上)、美しい農産物を、省力的に高収量(高品質化)で生産する技術として適用できる。
N N時間
Claims (5)
- 明るさセンサー、照度センサー、水位センサー、土壌水分センサー、ECセンサー、pHセンサー、温度センサー、時刻を計時する時計、コンピューターとで構成される植物栽培制御装置において、
明るさセンサーで、当該日の夜明けを感知してその時刻を給液可能開始時間とし、当該前日の日没を感知してその時刻を記憶し、その時刻から一定時間後の時刻を当該日の給液終了時間とし、その間、一定間隔で土壌水分センサーによりで土壌水分判定を行い、設定値以下の乾燥状態になると送液装置から配液管を経由して潅水することを繰り返し、ECセンサーにより植物体中の養分濃度判定を行い、設定値以下の低栄養状態になると送液装置から配液管を経由して液肥を給液することを繰り返すという、全自動で潅水作業を開始し、継続、終了し、その過程をコンピューターで制御し、その作業条件、環境条件をコンピューターに記憶することを特徴とする全自動植物栽培制御装置。 - 請求項1記載の土壌水分センサーは無線送信装置に接続され、土壌水分センサーからの電気的出力を信号に変換し、無線で制御部に伝送し、制御部は複数の無線送信装置から伝送される信号を受信して土壌水分を制御することを特徴とする全自動植物栽培制御装置。
- 請求項2記載の土壌水分センサーの出力を信号に変換して伝送する無線送信装置は、1台に複数個の水分センサーが有線接続されていることを特徴とする全自動植物栽培制御装置。
- 請求項1記載のECセンサーは無線送信装置に接続され、ECセンサーからの電気的出力を信号に変換し、無線等で制御部に伝送し、制御部は複数の無線送信装置から伝送される信号を受信して液肥の給液を制御して植物体のECを調節することを特徴とする全自動植物栽培制御装置。
- 請求項4記載のECセンサーの出力を信号に変換して伝送する無線送信装置は、1台に対し複数個のECセンサーが有線接続されていることを特徴とする全自動植物栽培制御装置。
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