JP2013153691A - Plant cultivation system - Google Patents

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JP2013153691A
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JP2012017565A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Natsui
健 夏井
Yasushi Kubo
康司 久保
Hirotaka Suzuki
浩貴 鈴木
Hatsumi Nozue
はつみ 野末
Aoi Shimada
葵 島田
Masayuki Nozue
雅之 野末
Original Assignee
Agri Wave Co Ltd
アグリウェーブ株式会社
Shinshu Univ
国立大学法人信州大学
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plant cultivation system which can allow plants to fully grow and cultivate plants with stability while reducing the power consumption of illumination.SOLUTION: A plant cultivation system 1 includes an illumination 4 for plant cultivation, a lifting device 2 of the illumination 4, a beam light source 6 and a light receiver 7 that detect the height of plants 90, and a control unit 20 that controls the lifting device 2 so that the distance between the illumination 4 and the plants 90 may be constant based on the detection result and memorizes the irradiation condition of illumination 4 to control the illumination with the irradiation condition.

Description

本発明は、人工的な照明で植物を栽培する植物栽培システムに関するものである。   The present invention relates to a plant cultivation system for cultivating plants with artificial lighting.
近年、コンテナや建屋などの内部で植物を栽培する植物工場が、注目を集めている。植物工場では、人工的な照明や必要性に応じて空調設備を使用することで、季節や環境、設置場所に左右されず、一定品質の植物を安定して連続的に栽培することができる。その照明には、低消費電力であることから、発光ダイオード(LED)が使用され始めている。LEDを照明に使用して植物を栽培する植物栽培システムが、例えば特許文献1に記載されている。   In recent years, plant factories that cultivate plants inside containers and buildings have attracted attention. In plant factories, by using artificial lighting and air conditioning equipment according to need, plants of a certain quality can be cultivated stably and continuously regardless of the season, environment and installation location. Light emitting diodes (LEDs) are beginning to be used for the illumination because of their low power consumption. A plant cultivation system for cultivating plants using LEDs for illumination is described in Patent Document 1, for example.
特開2011−125274号公報JP 2011-125274 A
人工的な照明は電気機器であるので、低消費電力であるLEDを用いたとしても、電力を消費する。また、植物栽培にはある程度の長い期間が必要であるため、点灯時間が長くなり、消費電力量が多くなる。そのため、栽培開始から収穫までに照明で消費される電力量を少なくしたいという要求がある。特に、近年、省エネルギー化が求められており、消費電力量を少なくすることに対する重要性は高い。   Since artificial lighting is an electrical device, power is consumed even if an LED with low power consumption is used. Moreover, since a certain long period is required for plant cultivation, lighting time becomes long and electric power consumption increases. Therefore, there is a demand for reducing the amount of power consumed by lighting from the start of cultivation until harvest. In particular, in recent years, energy saving has been demanded, and the importance of reducing power consumption is high.
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、照明の消費電力量を少なくしつつ、植物を十分に成長させることができると共に安定して栽培することができる植物栽培システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a plant cultivation system that can grow plants sufficiently and stably grow while reducing power consumption of lighting. For the purpose.
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項1に記載された植物栽培システムは、植物栽培用の照明と、該照明の移動手段と、植物の高さを検知する植物高検知手段と、該植物高検知手段の検知結果により該照明と該植物との距離が一定になるように該移動手段を制御する照明位置制御手段と、該照明の照射条件を記憶する照射条件記憶手段と、該照射条件記憶部に記憶された照射条件で該照明を制御する照明制御手段とを備えることを特徴とする。   The plant cultivation system according to claim 1, which has been made to achieve the above object, is a plant cultivation illumination, a moving means for the illumination, and a plant for detecting the height of the plant. High detection means, illumination position control means for controlling the moving means so that the distance between the illumination and the plant is constant according to the detection result of the plant height detection means, and irradiation conditions for storing the illumination conditions of the illumination It is characterized by comprising storage means and illumination control means for controlling the illumination under the irradiation conditions stored in the irradiation condition storage section.
請求項2に記載された植物栽培システムは、請求項1に記載されたものであり、前記照射条件が、前記植物の生育段階の進行と共に、前記照明の照射光量と一日当たりの照射時間とを乗算した総光量を増加させることを特徴とする。   The plant cultivation system described in claim 2 is the one described in claim 1, and the irradiation condition includes the amount of irradiation light and the irradiation time per day as the growth stage of the plant progresses. The total light quantity multiplied is increased.
請求項3に記載された植物栽培システムは、請求項1または2に記載されたものであり、前記植物高検知手段が、ビーム光の出射源及び該ビーム光の受光器を、該照明と共に移動可能に備えていることを特徴とする。   A plant cultivation system according to a third aspect is the one according to the first or second aspect, wherein the plant height detecting means moves a beam light emission source and the beam light receiver together with the illumination. It is possible to prepare.
請求項4に記載された植物栽培システムは、請求項3に記載されたものであり、前記植物高検知手段が、前記ビーム光の出射源及び前記ビーム光の受光器の組を複数組、備えており、この各組のうちで該ビーム光を受光できない該受光器の数が所定数に達したときに、該ビーム光の高さを該植物の高さとして検知することを特徴とする。   The plant cultivation system described in claim 4 is the one described in claim 3, wherein the plant height detection means includes a plurality of sets of light beam emission sources and beam light receivers. The height of the light beam is detected as the height of the plant when the number of light receivers that cannot receive the light beam in each set reaches a predetermined number.
請求項5に記載された植物栽培システムは、請求項1または2に記載されたものであり、前記植物高検知手段が、接触センサを前記照明と共に移動可能に備えていることを特徴とする。   The plant cultivation system described in claim 5 is the one described in claim 1 or 2, wherein the plant height detection means includes a contact sensor so as to be movable together with the illumination.
請求項6に記載された植物栽培システムは、請求項1から5のいずれかに記載されたものであり、前記植物に照射される光量を検知する光量センサを備え、前記照明制御手段が、該光量センサの検知結果に基づき前記照射条件となるように前記照明を制御することを特徴とする。   The plant cultivation system described in claim 6 is the one described in any one of claims 1 to 5, and includes a light amount sensor that detects a light amount irradiated to the plant, and the illumination control means includes The illumination is controlled so as to satisfy the irradiation condition based on a detection result of a light amount sensor.
本発明の植物栽培システムによれば、照明が植物の高さに連動して一定の距離となるように移動するので、照明光が無駄にならず、照明の消費電力量を少なくすることができる。さらに、植物の種類に適した照明条件で照射することで、無駄に強い光を照射することがなくなり、必要なだけの光量を照射できるので、照明光が無駄にならず、照明の消費電力量を少なくすることができると共に、植物を安定して十分に栽培することができる。   According to the plant cultivation system of the present invention, since the illumination moves so as to be a fixed distance in conjunction with the height of the plant, the illumination light is not wasted and the power consumption of the illumination can be reduced. . Furthermore, by irradiating under lighting conditions suitable for the type of plant, it is possible to irradiate as much light as necessary without irradiating strong light, so that illumination light is not wasted and the power consumption of lighting The plant can be cultivated stably and sufficiently.
植物の生育段階の進行と共に、照明の照射光量と一日当たりの照射時間とを乗算した総光量を増加させる照明条件にする場合、常に一定の強い光量を照射しなくても、植物を十分に成長させることができると共に安定して栽培できる。したがって、消費電力量を一層少なくすることができる。   If the lighting conditions increase the total amount of light by multiplying the amount of illumination light and the irradiation time per day as the growth stage of the plant progresses, the plant will grow sufficiently even without constantly irradiating a constant amount of light. And can be cultivated stably. Therefore, the power consumption can be further reduced.
植物高検知手段が、ビーム光の出射源及びビーム光の受光器を、照明と共に移動可能に備える場合、簡便な構成で植物の高さを検知することができる。このような簡便な構成であると、例えばカメラを配置して画像処理で植物の高さを検知するような複雑な方法と比較して、消費電力量を一層少なくすることができる。   In the case where the plant height detection means includes the beam light emission source and the beam light receiver so as to be movable together with the illumination, the height of the plant can be detected with a simple configuration. With such a simple configuration, the amount of power consumption can be further reduced as compared with a complicated method in which, for example, a camera is arranged and the height of a plant is detected by image processing.
ビーム光の出射源及びビーム光の受光器の組を複数組、備えて、この各組のうちでビーム光を受光できない受光器の数が所定数に達したときに、ビーム光の高さを植物の高さとして検知する場合、一部の成長の早い植物の高さを検知して、照明が早めに上昇してしまうことが防止され、多数の植物と照明との距離を一定の距離に保つことができる。このため、多数の植物に確実に照明光を照射できるので、低消費電力でありながら、植物を一層安定して栽培することができる。   A plurality of sets of beam light emission sources and beam light receivers are provided, and when the number of light receivers that cannot receive the beam light in each set reaches a predetermined number, the height of the beam light is adjusted. When detecting the height of a plant, the height of some fast-growing plants is detected to prevent the lighting from rising early, and the distance between many plants and the lighting is kept constant. Can keep. For this reason, since illumination light can be reliably irradiated to many plants, plants can be cultivated more stably with low power consumption.
植物高検知手段が、接触センサを照明と共に移動可能に備えている場合、簡便な構成であるため、消費電力量を一層少なくすることができる。   When the plant height detection means includes the contact sensor so as to be movable together with the illumination, the power consumption can be further reduced because of the simple configuration.
前記植物に照射される光量を検知する光量センサを備え、照明制御手段が、光量センサの検知結果に基づき照射条件となるように照明を制御する場合、確実に照射条件の光量を照射でき、植物を安定して栽培することができる。   When the light control unit includes a light amount sensor that detects the amount of light irradiated to the plant, and the illumination control unit controls the illumination to satisfy the irradiation condition based on the detection result of the light amount sensor, the light amount of the irradiation condition can be reliably irradiated, Can be cultivated stably.
本発明を適用する植物栽培システムの正面図(a)、及び側面図(b)である。It is the front view (a) of the plant cultivation system to which this invention is applied, and a side view (b). 本発明を適用する植物栽培システムの電気系の構成図である。It is a block diagram of the electric system of the plant cultivation system to which this invention is applied. 本発明を適用する植物栽培システムで栽培する植物の種類を設定するための外部のコンピュータに表示された「栽培植物の選択画面」の例である。It is an example of the "cultivated plant selection screen" displayed on the external computer for setting the kind of plant cultivated with the plant cultivation system to which the present invention is applied. 本発明を適用する植物栽培システムにおける昇降装置の動作を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows operation | movement of the raising / lowering apparatus in the plant cultivation system to which this invention is applied. 照明を移動させるための照明移動処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the illumination movement process for moving illumination. 植物高検知手段の他の例の動作を示す正面図である。It is a front view which shows operation | movement of the other example of a plant height detection means. 総光量を一定にしてコマツナを栽培した結果であり、(a)は高総光量での栽培結果のグラフ、(b)は低総光量での結果のグラフである。It is the result of cultivating Komatsuna with a constant total light amount, (a) is a graph of the cultivation result with a high total light amount, and (b) is a graph of the result with a low total light amount. 総光量を生育段階で変化させて栽培したコマツナの収穫量のグラフである。It is a graph of the yield of Komatsuna cultivated by changing the total amount of light at the growth stage. 総光量を生育段階で変化させて栽培したサラダカブの収穫量のグラフである。It is a graph of the harvest amount of the salad turnip cultivated by changing the total light amount at the growth stage.
以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態例に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments.
本発明を適用する植物栽培システムの一例を、図1(a)に正面図、図1(b)に側面図で示す。この植物栽培システム1は、コンテナや建屋内で使用されるものである。植物栽培システム1は、一例として、枠組みされたフレーム30に、上下2段の棚11を有しており、各棚11で植物を栽培可能になっている。また、フレーム30の上には、制御ユニット20が配置されていて、各棚11における栽培は各々独立して制御ユニット20に制御される。フレーム30に設けられた棚11の数は1段であってもよく、2段以上の複数段であってもよい。各棚11に備えられた構成は同様であるので、以下では、1つの棚11の構成について説明する。   An example of a plant cultivation system to which the present invention is applied is shown in a front view in FIG. 1 (a) and a side view in FIG. 1 (b). This plant cultivation system 1 is used in a container or a building. As an example, the plant cultivation system 1 has two upper and lower shelves 11 on a framed frame 30, and plants can be cultivated on each shelf 11. Moreover, the control unit 20 is arrange | positioned on the flame | frame 30, and the cultivation in each shelf 11 is controlled by the control unit 20 each independently. The number of shelves 11 provided in the frame 30 may be one or may be two or more. Since the configuration provided in each shelf 11 is the same, the configuration of one shelf 11 will be described below.
棚11には、培地台15、植物栽培用の照明4、照明の昇降装置2、ビーム光源6、受光器7、及び光量センサ5が備えられている。   The shelf 11 includes a culture medium table 15, plant cultivation illumination 4, illumination lifting device 2, beam light source 6, light receiver 7, and light amount sensor 5.
棚11は、地面と水平になるようにフレーム30に固定されている。棚11の上には、植物90の培地となる複数の培地台15が、等間隔の列(例えば5列)となるように載置されている。培地台15は、一例として、水漏れしない上部開口容器に吸水性スポンジ培地を入れたものである。培地台15には、図示しないが、養液を循環させるための養液タンク及び循環ポンプが配管を介して接続されている。   The shelf 11 is fixed to the frame 30 so as to be horizontal with the ground. On the shelf 11, a plurality of medium tables 15 that serve as a medium for the plant 90 are placed so as to be arranged in an equidistant row (for example, five rows). As an example, the culture medium table 15 is obtained by placing a water-absorbing sponge medium in an upper opening container that does not leak water. Although not shown, a nutrient solution tank and a circulation pump for circulating the nutrient solution are connected to the culture medium table 15 via a pipe.
培地台15の上方には、培地台15を照らすように培地台15に対向させて、植物栽培用の照明4が設けられている。この照明4は、昇降装置2(照明の移動手段の一例)によって昇降可能になっている。照明4は、LEDで構成されていることが好ましいが、例えば有機エレクトロルミネッセンス(EL)照明などの他の照明に変えてもよい。   An illumination 4 for plant cultivation is provided above the culture medium table 15 so as to face the culture medium table 15 so as to illuminate the culture medium table 15. The illumination 4 can be moved up and down by an elevating device 2 (an example of illumination moving means). Although it is preferable that the illumination 4 is comprised by LED, you may change into other illuminations, such as organic electroluminescence (EL) illumination, for example.
昇降装置2は、一例として、照明4の固定された昇降枠2a、4本のロッド2b、電動モーター2cを備えている。昇降枠2aの四隅には、雌ねじが形成されていて、これらの各雌ねじに、雄ねじの形成されたロッド2bが螺合して貫通している。各ロッド2bは、図示しないが、軸を中心としてスムーズに回転可能にベアリング軸受で支持されると共に、上端部に歯車が取り付けられている。全てのロッド2bの歯車を架け渡すようにチェーンベルトが掛けられていて、いずれのロッド2bも同じ回転をするようになっている。電動モーター2cには1本のロッド2bが結合しており、電動モーター2cを回転させると、すべてのロッド2bが同方向に回転して、ねじの螺合により昇降枠2aの高さが変わるようになっている。図1では、電動モーター2cは、1つしか図示していないが、棚11ごとに対応して備えられている。   As an example, the lifting device 2 includes a lifting frame 2a to which the illumination 4 is fixed, four rods 2b, and an electric motor 2c. Female screws are formed at the four corners of the elevating frame 2a, and rods 2b formed with male screws are threaded through these female screws. Although not shown, each rod 2b is supported by a bearing so as to be able to rotate smoothly around an axis, and a gear is attached to the upper end. A chain belt is hung so as to span the gears of all the rods 2b, and all the rods 2b rotate in the same manner. One rod 2b is coupled to the electric motor 2c, and when the electric motor 2c is rotated, all the rods 2b are rotated in the same direction so that the height of the lifting frame 2a is changed by screwing. It has become. In FIG. 1, only one electric motor 2 c is illustrated, but a corresponding one is provided for each shelf 11.
なお、昇降装置2として、公知の種々の装置を用いることができる。例えば、昇降枠2aをワイヤロープで釣り上げて、そのワイヤロープを電動ウインチで巻き取り、巻き出しするようにして、昇降枠2aを昇降させてもよい。また、電動ピストンや油圧ピストンの出し入れで、昇降枠2aを押し上げ・下げして昇降させてもよい。昇降装置2としては、電力消費量が少ないものを用いることが、省エネルギーの観点から好ましい。   Various known devices can be used as the lifting device 2. For example, the elevating frame 2a may be lifted and lowered by hoisting the elevating frame 2a with a wire rope, winding the wire rope with an electric winch, and unwinding the wire rope. Further, the lifting / lowering frame 2a may be lifted / lowered by lifting / lowering the electric piston or hydraulic piston. As the lifting device 2, it is preferable to use a device with low power consumption from the viewpoint of energy saving.
ビーム光源6及び受光器7は、本発明における植物高検知手段に相当し、照明4と共に移動して植物の高さを検知するためのものである。ビーム光源6は、光軸に対して強い指向性を持つビーム光Lを出射するものであり、例えばレーザー光源や、指向性を有するレンズを組み合わせたLED等である。ビーム光源6は、照明4の照射光と区別可能に、照明4とは異なる波長の光を出射するものであることが好ましい。ビーム光源6は、ビーム光Lが照明4よりも下側で、ちょうど培地台15の列の上を、培地台15(地面)に対して水平に横切るように、昇降枠2aの一端部側(図の左側)に固定されている。   The beam light source 6 and the light receiver 7 correspond to the plant height detecting means in the present invention, and are for moving with the illumination 4 to detect the height of the plant. The beam light source 6 emits beam light L having a strong directivity with respect to the optical axis, and is, for example, a laser light source or an LED combined with a lens having directivity. The beam light source 6 preferably emits light having a wavelength different from that of the illumination 4 so as to be distinguishable from the irradiation light of the illumination 4. The beam light source 6 is positioned below one end of the elevating frame 2a so that the beam light L is below the illumination 4 and crosses the top of the medium table 15 horizontally with respect to the medium table 15 (ground). It is fixed to the left side of the figure.
受光器7は、ビーム光Lの波長の光を受光したときに、受光したことを示す検知信号を出力する光検出器であり、例えばフォトダイオードである。受光器7は、ビーム光Lを受光可能に、ビーム光源6に対向させて昇降枠2aの他端部側(図の右側)に固定されている。ビーム光源6及び受光器5の組は、一例として、培地台15の数と同じ数だけ複数組、設けられている。各々のビーム光源6は、ビーム光Lが各々培地台15から同じ高さを横切るように、配置されている。   The light receiver 7 is a light detector that outputs a detection signal indicating that a light having the wavelength of the beam light L is received, and is, for example, a photodiode. The light receiver 7 is fixed to the other end side (right side in the drawing) of the elevating frame 2a so as to face the beam light source 6 so as to receive the beam light L. As an example, a plurality of sets of the beam light source 6 and the light receiver 5 are provided in the same number as the number of the culture medium tables 15. Each beam light source 6 is arranged so that each beam light L crosses the same height from the culture medium table 15.
なお、培地台15の列ごとにビーム光源6及び受光器7の組を配置するように、数多くの組を配置したほうが植物の高さを精度よく検出することができるが、必要性に応じて全ての列に配置しなくてもよく、例えば1列飛ばしや2列飛ばしのように間引いてビーム光源6及び受光器7の組を配置してもよい。また、培地台15の列に対して直角、又は斜めにビーム光Lが横切るようにビーム光源6及び受光器7を配置してもよい。また、ビーム光L同士がクロスするように、正面及び側面にビーム光源6及び受光器7の組を配置してもよい。培地台15の大きさや培地台15,15・・・の列の間隔が栽培する植物によって変わる場合もあるので、ビーム光源6及び受光器7の位置を、列の位置等の変化に対応して移動できるようにすることが好ましい。   It should be noted that the height of the plant can be accurately detected by arranging a large number of sets such that a set of the beam light source 6 and the light receiver 7 is arranged for each column of the culture medium table 15, but according to necessity. For example, the set of the beam light source 6 and the light receiver 7 may be arranged by thinning out such as skipping one row or skipping two rows. Further, the beam light source 6 and the light receiver 7 may be arranged so that the beam light L crosses at right angles or obliquely with respect to the row of the culture medium table 15. Moreover, you may arrange | position the group of the beam light source 6 and the light receiver 7 on the front and the side so that the beam lights L may cross | cross. The size of the medium table 15 and the interval between the medium tables 15, 15... May vary depending on the plant to be cultivated. It is preferable to be able to move.
光量センサ5は、植物90に照明4から照射されている光量を検知する光量検知手段であり、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタや公知の光量測定器、PPFD測定器である。光量センサ5は、植物90に対向するように昇降枠2aの下部に配置されている。光量センサ5が照明4の照射光を直接受光せずに、植物90に当たった光の反射光だけを受光するように、光量センサ5を例えば有底筒状の遮光壁の中に配置して、その遮光壁の開口部を植物90に向けるように配置することが好ましい。また、図1では、光量センサ5を、照明4と重なる位置に配置した例を図示しているが、照明4と照明4との間の位置に配置するようにしてもよい。光量センサ5の数は、多いほうが光量を精度よく検知できるため好ましいが、必要性に応じて、培地台15の各列に1つずつ、列ごとに位置をずらして配置したり、1列飛ばしや2列飛ばしのように列を間引いて配置したり、1つだけ配置したりしてもよい。また、光量センサ5の位置は、植物90の位置に合わせて、移動できるようにしておくことが好ましい。   The light amount sensor 5 is a light amount detecting means for detecting the amount of light irradiated on the plant 90 from the illumination 4, and is, for example, a photodiode, a phototransistor, a known light amount measuring device, or a PPFD measuring device. The light quantity sensor 5 is disposed below the elevating frame 2a so as to face the plant 90. For example, the light quantity sensor 5 is disposed in a bottomed cylindrical light shielding wall so that the light quantity sensor 5 does not directly receive the irradiation light of the illumination 4 but only the reflected light of the light hitting the plant 90. It is preferable to arrange the light shielding wall so that the opening of the light shielding wall faces the plant 90. Further, in FIG. 1, an example in which the light amount sensor 5 is disposed at a position overlapping the illumination 4 is illustrated, but the light amount sensor 5 may be disposed at a position between the illumination 4 and the illumination 4. It is preferable that the number of the light quantity sensors 5 is large because the quantity of light can be detected with high accuracy. However, if necessary, the number of the light quantity sensors 5 may be arranged one by one in each column of the culture medium table 15 and shifted by one column. Alternatively, it may be arranged by thinning out the rows like skipping two rows, or just one. In addition, it is preferable that the position of the light quantity sensor 5 be moved according to the position of the plant 90.
制御ユニット20は、防水性の筐体内に納められていて、フレーム30の上部に設けられている。制御ユニット20は、一例として、無線データ通信が可能なように、アンテナ21が配置されている。   The control unit 20 is housed in a waterproof housing and is provided on the upper portion of the frame 30. As an example, the control unit 20 is provided with an antenna 21 so that wireless data communication is possible.
図2に植物栽培システム1の電気系の構成図を示す。   FIG. 2 shows a configuration diagram of the electric system of the plant cultivation system 1.
照明4は、一例として、赤色光を発光するLED10、緑色光を発光するLED10、及び青色光を発光するLED10が各々多数配置されている。照明4は、LED10,LED10,LED10の発光する光量を独立して設定できるようになっている。 As an example, the illumination 4 includes a large number of LEDs 10 R that emit red light, LEDs 10 G that emit green light, and LEDs 10 B that emit blue light. Lighting 4, it is possible to set independently the amount of light emission of the LED10 R, LED10 G, LED10 B .
制御ユニット20は、CPU(中央処理装置)、メモリ、インタフェース回路、RTC(リアルタイムクロック)、無線ユニットなどを備え、植物栽培システム1の動作を統括的に制御するものである。この制御ユニット20は、棚11ごとに独立して、照明4や昇降装置2などの制御を行う。メモリは、例えば半導体メモリやハードディスクなどの読み書き可能な不揮発性のメモリであり、CPUの動作プログラムを記憶すると共に、照明4の照射条件などを記憶する。インタフェース回路は、照明4や電動モーター2cなどの各部を駆動したり、受光器7や光量センサ5の信号を検出したりするための回路である。RTCは、年月日及び時刻の情報を出力する時計である。制御ユニット20は、栽培動作の開始操作が行われた時に、例えば、栽培を開始した時の年月日、時刻の情報をRTCから取得してメモリに記憶しておき、現在の年月日、時刻と比較することで、栽培を開始した時からの経過期間を判別できるようになっている。無線ユニットは、例えば無線LAN用のデータ通信ユニットであり、LANに接続された外部の例えばコンピュータ25と、無線でデータ通信が可能になっている。なお、有線でデータ通信できるようにしてもよい。   The control unit 20 includes a CPU (central processing unit), a memory, an interface circuit, an RTC (real time clock), a wireless unit, and the like, and comprehensively controls the operation of the plant cultivation system 1. The control unit 20 controls the lighting 4 and the lifting device 2 independently for each shelf 11. The memory is a readable / writable non-volatile memory such as a semiconductor memory or a hard disk, and stores an operation program of the CPU and irradiation conditions of the illumination 4. The interface circuit is a circuit for driving each part such as the illumination 4 and the electric motor 2c, and detecting signals from the light receiver 7 and the light quantity sensor 5. The RTC is a clock that outputs date and time information. When the start operation of the cultivation operation is performed, for example, the control unit 20 acquires the date, time, and time information when the cultivation is started from the RTC and stores the information in the memory, and the current date, By comparing with the time, it is possible to determine the elapsed period from the start of cultivation. The wireless unit is a data communication unit for wireless LAN, for example, and can perform data communication wirelessly with, for example, an external computer 25 connected to the LAN. Note that data communication may be performed by wire.
制御ユニット20は、本発明における照明制御手段を兼ねるものであり、LED10,LED10,LED10Bの各々に供給する電流を独立して制御して、照明4の光量を、メモリに記憶された照射条件に従って制御できるようになっている。また、制御ユニット20(照明制御手段)は、光量センサの検知結果に基づき照射条件となるように照明4を制御する。また、制御ユニット20は、ビーム光源6及び受光器7と共に、本発明における植物高検知手段を兼ねるものであり、植物の高さの検知が可能になっている。また、制御ユニット20は、本発明における照明位置制御手段を兼ねるものであり、植物高検知手段の検知結果により照明4と植物90との距離が一定になるように昇降装置2(電動モータ2c)を制御する。 The control unit 20 also serves as the illumination control means in the present invention, and independently controls the current supplied to each of the LED 10 R , LED 10 G , and LED 10 B , and stores the light quantity of the illumination 4 in the memory. It can be controlled according to the irradiation conditions. Further, the control unit 20 (illumination control means) controls the illumination 4 based on the detection result of the light quantity sensor so as to satisfy the irradiation condition. Moreover, the control unit 20 serves as the plant height detection means in the present invention together with the beam light source 6 and the light receiver 7, and can detect the height of the plant. The control unit 20 also serves as an illumination position control unit in the present invention, and the lifting device 2 (electric motor 2c) is configured so that the distance between the illumination 4 and the plant 90 is constant according to the detection result of the plant height detection unit. To control.
植物栽培システム1の動作を具体的に説明する。   The operation of the plant cultivation system 1 will be specifically described.
植物栽培システム1で栽培を開始する前に、先ず、栽培する植物の種類に対応した照明4の照射条件を、制御ユニット20に予め記憶させる。コンピュータ25には、複数の植物の種類の照射条件が記憶されており、栽培者が、植物の種類を選択できるようになっている。図3に、コンピュータ25のディスプレイ26に「栽培植物の選択画面」を表示させた例を示す。栽培者は、画面に表示された植物の中から、栽培する植物を、マウスやキーボードなどの操作機器で選択する。コンピュータ25は、選択された植物の照射条件を、制御ユニット20に送って記憶させる。栽培者は、コンピュータ25を操作して、照明条件を手動で設定できるようにしてもよい。照明条件については後述する。   Before starting cultivation with the plant cultivation system 1, first, the irradiation condition of the illumination 4 corresponding to the type of plant to be cultivated is stored in the control unit 20 in advance. The computer 25 stores irradiation conditions for a plurality of plant types, and the grower can select the plant type. FIG. 3 shows an example in which a “cultivated plant selection screen” is displayed on the display 26 of the computer 25. The grower selects a plant to be cultivated from operating plants such as a mouse and a keyboard from the plants displayed on the screen. The computer 25 sends the irradiation conditions of the selected plant to the control unit 20 for storage. The grower may operate the computer 25 so that the lighting conditions can be set manually. Illumination conditions will be described later.
なお、インターネット回線や電話回線などの公衆回線を介して、コンピュータ25と制御ユニット20とがデータ通信して、照明条件を設定するようにしてもよい。また、制御ユニット20に予め照明条件を記憶させるのではなく、照明条件が必要になる都度、制御ユニット20がコンピュータ25にアクセスして、コンピュータ25から読み込むようにしてもよい。この場合、コンピュータ25が本発明における照射条件記憶手段になる。コンピュータ25を制御ユニット20と共に配置してもよい。また、照明条件の記録されたUSBメモリ、フレキシブルディスクなどの外部記録媒体(照射条件記憶手段の他の例)を、制御ユニット20に直接接続してその照明条件を使用するようにしてもよい。また、制御ユニット20のメモリに複数の植物の種類の照明条件を予め記録させておいて、制御ユニット20に設けたスイッチなどの設定手段で、栽培する植物の種類を選択できるようにしてもよい。   Note that the computer 25 and the control unit 20 may perform data communication via a public line such as an Internet line or a telephone line to set lighting conditions. Further, instead of storing the lighting conditions in the control unit 20 in advance, the control unit 20 may access the computer 25 and read from the computer 25 whenever the lighting conditions are required. In this case, the computer 25 becomes the irradiation condition storage means in the present invention. The computer 25 may be arranged together with the control unit 20. Further, an external recording medium such as a USB memory or a flexible disk in which illumination conditions are recorded (another example of the irradiation condition storage means) may be directly connected to the control unit 20 to use the illumination conditions. Alternatively, the lighting conditions of a plurality of plant types may be recorded in advance in the memory of the control unit 20 so that the type of plant to be cultivated can be selected by setting means such as a switch provided in the control unit 20. .
栽培者は、苗を培地台15(図1参照)に植え付けてから、植物栽培システム1の栽培動作を開始させる。   The grower starts the cultivation operation of the plant cultivation system 1 after planting the seedling on the culture medium table 15 (see FIG. 1).
制御ユニット20は、栽培動作を開始すると、図4に示すように、植物の高さを検知して、照明4と植物90との距離が一定の短い距離になるように昇降装置2を制御する。具体的には、制御ユニット20は、ビーム光源6にビーム光Lを出射させ、植物90によってビーム光Lが遮られず、受光器7がビーム光Lを受光できるようになる位置まで、昇降装置2の昇降枠2aを上昇させる。図4(a)に植物90が苗期の状態を示す。ビーム光Lが植物90のちょうどすぐ上を通って受光器7に達する状態になっていて、ビーム光源6及び照明4が昇降枠2aに固定されているので、植物90と照明4との距離は一定の距離になる。植物90が成長して高くなると、ビーム光Lが遮られて、受光器7がビーム光Lを受光できなくなる。このため、制御ユニット20は、受光器7がビーム光Lをちょうど受光できる高さまで昇降装置2を上昇させる。図4(b)に植物90の成長期の状態を示し、図4(c)に植物90の収穫期の状態を示す。いずれの状態であっても、植物90と照明4との距離が一定に保たれる。   When the cultivation operation is started, the control unit 20 detects the height of the plant as shown in FIG. 4 and controls the lifting device 2 so that the distance between the illumination 4 and the plant 90 is a constant short distance. . Specifically, the control unit 20 causes the beam light source 6 to emit the beam light L, and raises and lowers the beam light L to a position where the plant 90 can receive the beam light L without being blocked by the plant 90. 2 elevating frame 2a is raised. FIG. 4A shows a state where the plant 90 is in the seedling stage. Since the beam light L passes through the plant 90 and reaches the light receiver 7 and the beam light source 6 and the illumination 4 are fixed to the lifting frame 2a, the distance between the plant 90 and the illumination 4 is as follows. It becomes a certain distance. When the plant 90 grows and becomes taller, the light beam L is blocked and the light receiver 7 cannot receive the light beam L. For this reason, the control unit 20 raises the elevating device 2 to a height at which the light receiver 7 can receive the light beam L. FIG. 4B shows the state of the plant 90 in the growth period, and FIG. 4C shows the state of the plant 90 in the harvest period. In any state, the distance between the plant 90 and the illumination 4 is kept constant.
植物90と照明4との距離、つまりビーム光Lと照明4との距離は、植物90のなるべく近くに照明4が位置するように、短い距離であることが好ましい。例えば、植物90と照明4との距離が、好ましくは20cm以下、より好ましくは10cm以下、さらに好ましくは5cm以下となるように、ビーム光Lと照明4との距離を規定する。LEDは熱の発生が少ないので、照明4を植物90に近づけることができる。なお、照明4の発する熱が植物90に悪影響を及ぼす場合には、熱を考慮した距離とする。   The distance between the plant 90 and the illumination 4, that is, the distance between the beam light L and the illumination 4, is preferably a short distance so that the illumination 4 is located as close as possible to the plant 90. For example, the distance between the light beam L and the illumination 4 is defined so that the distance between the plant 90 and the illumination 4 is preferably 20 cm or less, more preferably 10 cm or less, and even more preferably 5 cm or less. Since the LED generates less heat, the illumination 4 can be brought closer to the plant 90. In addition, when the heat | fever which the illumination 4 emits has a bad influence on the plant 90, it is set as the distance which considered heat.
このように、植物90と照明4とを一定の近い距離に保つことで、照明4が移動しない植物栽培システムと比較して、照明4の光を無駄なく植物90に照射することができる。したがって、照明4の消費電力量を少なくすることができる。   Thus, by keeping the plant 90 and the illumination 4 at a certain close distance, the light of the illumination 4 can be irradiated to the plant 90 without waste as compared with a plant cultivation system in which the illumination 4 does not move. Therefore, the power consumption of the illumination 4 can be reduced.
制御ユニット20は、植物の高さの具体的な値を、昇降枠2aを昇降させた電動モーター2cの回転量から判別できる。制御ユニット20は、植物の高さの値を、外部のコンピュータ25(図2参照)にデータ送信するようにしてもよい。   The control unit 20 can determine a specific value of the height of the plant from the amount of rotation of the electric motor 2c that raises and lowers the elevating frame 2a. The control unit 20 may transmit the plant height value to the external computer 25 (see FIG. 2).
図1に示すように、同じ棚11内に、ビーム光源6及び受光器7の組を複数組有する場合、一組でもビーム光Lが遮られたときに、照明4(昇降装置2)を上昇させるようにしてもよいが、複数組のうちで所定数の組のビーム光Lが遮られたときに、照明4を上昇させるようにすることが好ましい。図5を参照して説明する。   As shown in FIG. 1, when a plurality of sets of beam light sources 6 and light receivers 7 are provided in the same shelf 11, the illumination 4 (elevating device 2) is raised when the beam light L is blocked even by one set. However, it is preferable to raise the illumination 4 when a predetermined number of sets of light beams L are blocked from the plurality of sets. This will be described with reference to FIG.
制御ユニット20は、図5にフローチャートで示す照明移動処理を、植物90の生長速度に対応させて予め設定された、例えば1〜48時間ごとの所定時間間隔で実行する。このように所定時間間隔で実行するとリアルタイムで実行するよりも消費電力量を少なくできるので好ましい。   The control unit 20 executes the illumination movement process shown in the flowchart in FIG. 5 at a predetermined time interval, for example, every 1 to 48 hours set in advance corresponding to the growth speed of the plant 90. As described above, it is preferable to execute at a predetermined time interval because the amount of power consumption can be reduced as compared with execution in real time.
同図に示すように、制御ユニット20は、複数のビーム光源6にビーム光Lを出射させる(ステップS11)。このとき制御ユニット20は、ビーム光Lを受光できない非検出の受光器7の数を判別する(ステップS12)。続いて、制御ユニット20は、ビーム光Lが非検出だった受光器7の数が所定数以上であるか判別し(ステップS13)、所定数に満たないときは、処理を終了する。この場合、照明4の位置は、移動しない。ステップS13で、所定数以上であったときは、制御ユニット20は、照明4(昇降装置2)を上昇させて、ステップS11に戻る。ステップS11からステップS13のループを繰り返し、ビーム光Lが非検出となる数が所定数に満たなくなるまで、照明4を上昇させて処理を終了する。処理の終了と共にビーム光Lの出射を停止させる。   As shown in the figure, the control unit 20 causes the plurality of beam light sources 6 to emit beam light L (step S11). At this time, the control unit 20 determines the number of undetected light receivers 7 that cannot receive the light beam L (step S12). Subsequently, the control unit 20 determines whether or not the number of the light receivers 7 in which the light beam L has not been detected is equal to or greater than a predetermined number (step S13). In this case, the position of the illumination 4 does not move. If the number is greater than or equal to the predetermined number in step S13, the control unit 20 raises the illumination 4 (elevating device 2) and returns to step S11. The loop from step S11 to step S13 is repeated, and the illumination 4 is raised until the number of non-detected light beams L is less than the predetermined number, and the process is terminated. The emission of the beam light L is stopped at the end of the process.
このように制御することで、植物90の成長に個体差があって成長の早い一部の植物90がビーム光Lを遮ったとしても、所定数の植物90が遮るまで照明4が上昇しないので、照明4が早めに上昇してしまい、多くの植物90と照明4との距離が一定の距離よりも離れてしまうことが防止されるので、照明光を無駄なく安定して植物90に照射することができる。   By controlling in this way, even if there are individual differences in the growth of the plants 90 and some of the fast growing plants 90 block the beam light L, the illumination 4 does not rise until a predetermined number of plants 90 block. Since the illumination 4 rises early and the distance between many plants 90 and the illumination 4 is prevented from being separated from a certain distance, the illumination light is stably irradiated to the plant 90 without waste. be able to.
ステップS13で判別する所定数は、適宜設定することができるが、例えば受光器7の数のうちの半数に設定したり、受光器7の数が5個であれば3個や、10個のうちの6個のように半数以上の多数となる数(多数決できる最小の数)に設定したりすると、全体の中の半数程度の平均的な植物90の高さを検知することができるので、平均的に植物90と照明4との距離を一定の距離にすることができる。   The predetermined number determined in step S13 can be set as appropriate. For example, the predetermined number can be set to half of the number of the light receivers 7, or three or ten if the number of the light receivers 7 is five. If you set it to a number that is more than half (such as the minimum number that can be majority), such as six of them, you can detect the height of the average plant 90 of about half of the total, On average, the distance between the plant 90 and the illumination 4 can be made constant.
なお、植物高検知手段として、ビーム光源6及び受光器7を用いた例について説明したが、照明4と共に移動可能に接触センサを設け、植物90が接触センサに達した高さを検知するようにしてもよい。図6に、昇降枠2aに接触センサを設けた場合の例を示す。   In addition, although the example using the beam light source 6 and the light receiver 7 was demonstrated as a plant height detection means, the contact sensor was provided so that movement with the illumination 4 was possible, and the plant 90 detects the height which reached the contact sensor. May be. FIG. 6 shows an example in which a contact sensor is provided on the lifting frame 2a.
図6(a)に示すように、接触センサとして、スイッチ8及び可動板9を、各培地台15毎に備えている。スイッチ8は、レバースイッチ、マイクロスイッチ、押しボタンスイッチなどのスイッチであり、レバー等の操作部が押されてことにより接点がオンになるものである。同図に示すように、スイッチ8は、照明4よりも下側で、支柱9a付近の昇降枠2a(照明4)に固定されている。可動板9は、照明光を通過させる透明な板であり、例えば、ガラス板、アクリル板である。可動板9は、培地台15と同じ程度の面の大きさを有し、照明4と培地台15との間に、培地台15に平行に対向するように配置されている。可動板9は、昇降枠2aに固定された支柱9aに沿って上下方向にスライド可能に、四隅を支柱9aで支持されている。可動板9が軽い力で上方にスライドし易いように、可動板9の重量を相殺するようなスプリングばね等の弾性体を支柱9aに挿入してもよい。   As shown in FIG. 6A, a switch 8 and a movable plate 9 are provided for each medium table 15 as a contact sensor. The switch 8 is a switch such as a lever switch, a micro switch, or a push button switch, and the contact is turned on when an operation unit such as a lever is pressed. As shown in the figure, the switch 8 is fixed to the elevating frame 2a (illumination 4) near the support column 9a on the lower side of the illumination 4. The movable plate 9 is a transparent plate that allows illumination light to pass through, and is, for example, a glass plate or an acrylic plate. The movable plate 9 has the same size as the medium table 15 and is disposed between the illumination 4 and the medium table 15 so as to face the medium table 15 in parallel. The movable plate 9 is supported by four columns 9a so that it can slide in the vertical direction along the columns 9a fixed to the lifting frame 2a. An elastic body such as a spring spring that offsets the weight of the movable plate 9 may be inserted into the column 9a so that the movable plate 9 can easily slide upward with a light force.
図6(b)に示すように、植物90が成長すると、可動板9を押し上げてスイッチ8がオンになる。これにより、スイッチ8の接続された制御ユニット20は、植物90の高さを検知できる。可動板9が傾いて押し上げられたとしても、いずれかのスイッチ8がオンになることで検出が可能である。必要性に応じて、スイッチ8や支柱9aを例えば中央付近に設けてもよく、その位置や数は、栽培領域の大きさなどに対応させて適宜設定すればよい。可動板9は、1枚でなくてもよく、複数に分割して配置してもよい。   As shown in FIG. 6B, when the plant 90 grows, the movable plate 9 is pushed up and the switch 8 is turned on. Thereby, the control unit 20 to which the switch 8 is connected can detect the height of the plant 90. Even if the movable plate 9 is tilted and pushed up, it can be detected by turning on one of the switches 8. Depending on the necessity, the switch 8 or the support 9a may be provided near the center, for example, and the position and number thereof may be set as appropriate in accordance with the size of the cultivation area. The movable plate 9 does not have to be a single plate, and may be divided into a plurality of pieces.
制御ユニット20は、スイッチ8がオンになったときに、スイッチ8がオフになるまで昇降枠2aを上昇させる。これにより、植物90の高さに連動して照明4が上昇する。複数のスイッチ8が所定数以上オンになったときに、昇降枠2aを上昇させるようにしてもよい。   When the switch 8 is turned on, the control unit 20 raises the lifting frame 2a until the switch 8 is turned off. Thereby, the illumination 4 rises in conjunction with the height of the plant 90. When a plurality of switches 8 are turned on by a predetermined number or more, the elevating frame 2a may be raised.
制御ユニット20は、栽培動作の開始操作が行われると、メモリに記憶されている照明条件を読み込み、その照明条件に合わせて照明4を点灯させる。制御ユニット20は、照明条件の光量に対応する予め定めた電流をLED10〜LED10に供給してもよいが、光量センサ5によって植物90に照射されている光量を検出し、植物90に照明条件に合った光量が実際に照射されるように、照明4の発光強度を負帰還制御することが好ましい。光量センサ5が複数配置されているときは、一例として、制御ユニット20は、全ての光量センサ5の検出値を平均化し、その平均値で照明4を負帰還制御する。なお、光量センサ5の数が多いときには、光量センサ5の位置に対応する培地台15ごとに、照明4の発光強度を制御してもよいし、光量センサ5の位置ごとに照明4の発光強度を細かく制御するようにしてもよい。各植物90の個体差や葉の向きなどから、光量センサ5の検出値に誤差が生じたり、ばらつきが生じたりする可能性があるので、少なくとも2つ以上の光量センサ5の検出値を平均化して用いることが好ましい。 When the cultivation operation start operation is performed, the control unit 20 reads the illumination condition stored in the memory and turns on the illumination 4 in accordance with the illumination condition. The control unit 20 may supply a predetermined current corresponding to the light amount of the illumination condition to the LEDs 10 R to LED 10 B , but detects the light amount irradiated to the plant 90 by the light amount sensor 5 and illuminates the plant 90. It is preferable to perform negative feedback control of the light emission intensity of the illumination 4 so that the amount of light matching the conditions is actually irradiated. When a plurality of light quantity sensors 5 are arranged, as an example, the control unit 20 averages the detection values of all the light quantity sensors 5, and performs negative feedback control of the illumination 4 with the average value. When the number of the light quantity sensors 5 is large, the light emission intensity of the illumination 4 may be controlled for each medium table 15 corresponding to the position of the light quantity sensor 5, or the light emission intensity of the illumination 4 for each position of the light quantity sensor 5. You may make it control finely. Since there is a possibility that the detection value of the light quantity sensor 5 may have an error or variation due to the individual difference of each plant 90 or the direction of the leaves, the detection values of at least two light quantity sensors 5 are averaged. Are preferably used.
また、光量センサ5が検出する光量は、植物90で反射した光の光量であるので、実際に植物90に当たる光量よりも弱く検出される場合がある。そのため、植物90の位置で測定した照明光の光量と、光量センサ5が検出する光量との差を、予め補正値として測定して制御ユニット20のメモリに記憶させておき、この補正値で光量センサ5の検出した光量を補正することが好ましい。このように補正することで、実際に植物90に当たっている照明光の光量を正確に検出することができる。   Further, since the light amount detected by the light amount sensor 5 is the light amount reflected by the plant 90, it may be detected to be weaker than the light amount actually hitting the plant 90. Therefore, the difference between the light amount of the illumination light measured at the position of the plant 90 and the light amount detected by the light amount sensor 5 is measured in advance as a correction value and stored in the memory of the control unit 20, and the light amount is determined with this correction value. It is preferable to correct the amount of light detected by the sensor 5. By correcting in this way, the amount of illumination light actually hitting the plant 90 can be accurately detected.
次に、照明条件について説明する。   Next, illumination conditions will be described.
本願発明者は、人工的な照明による植物の栽培について鋭意研究を行っているが、植物の生育に必要な光量や1日当たりの照射時間(照射条件)は、苗期から収穫期まで常に一定の強い光量が日夜(又は日中)必要なわけではなく、生育段階によって必要な光量や照射時間が変わることを見出した。したがって、生育段階に応じて必要なだけの光を照射することで、無駄な電力を消費することがなくなり、かつ、植物を十分に生育することが可能であることが分かった。以下、詳述する。   The inventor of the present application has intensively studied the cultivation of plants by artificial lighting, but the amount of light necessary for plant growth and the irradiation time per day (irradiation conditions) are always constant from the seedling stage to the harvest period. It was found that a strong light intensity was not necessary day and night (or daytime), and the necessary light intensity and irradiation time varied depending on the growth stage. Therefore, it was found that by irradiating only the necessary light according to the growth stage, wasteful power is not consumed and the plant can be sufficiently grown. Details will be described below.
図7に、基礎実験として、照射光量と1日当たりの照射時間とを乗算した「総光量」を一定にしてコマツナを栽培した結果を示す。一週間(W)毎にサンプリングして、可食部の乾燥重量を測定した。図7(a)は高総光量で栽培し、図7(b)は低総光量で栽培した結果である。図7(a)には、蛍光灯(FL)で1日に照射光量(PPFD:光合成有効光量子束密度)200μmol・m-2・S-1による12時間照射(以下、「200−12L」のように表す)、LEDで200−12L、LEDで100−24Lで生育した3種の測定データを示し、図7(b)には、蛍光灯で100−12L、LEDで100−12L、LEDで50−24Lで生育した3種の測定データを示す。なお、PPFDとは、光合成に有効な可視領域400〜700nmの波長領域だけの光量子束密度を表す。 FIG. 7 shows the results of growing Komatsuna as a basic experiment with a constant “total light amount” obtained by multiplying the irradiation light amount by the irradiation time per day. Sampling was performed every week (W), and the dry weight of the edible portion was measured. FIG. 7A shows the result of cultivation with a high total light amount, and FIG. 7B shows the result of cultivation with a low total light amount. FIG. 7 (a) shows an irradiation light amount (PPFD: photosynthetic effective photon flux density) of 200 μmol · m −2 · S −1 for 12 hours (hereinafter referred to as “200-12L”) per day with a fluorescent lamp (FL). 3) shows three types of measurement data grown at 200-12L for LED, 100-24L for LED, and FIG. 7B shows 100-12L for fluorescent lamp, 100-12L for LED, and LED for LED. The three types of measurement data grown at 50-24L are shown. PPFD represents the photon flux density only in the visible wavelength range of 400 to 700 nm, which is effective for photosynthesis.
LEDは、赤(R):660nm、緑(G):520nm、青(B):450nmの波長で発光する三色混合LED素子(昭和電工株式会社製)を使用し、各色の光量レベルを自在に調整するために専用電源コントローラー(12CH用RGB制御ユニット:株式会社シバサキ製)を用いて、各色の光量PPFDの比がR:G:B=6:1:3となるように調整した。栽培は、室温20℃、湿度50〜70%の恒温室内における養液栽培(EC=1.5)で行った。   The LED uses a three-color mixed LED element (manufactured by Showa Denko KK) that emits light at a wavelength of red (R): 660 nm, green (G): 520 nm, and blue (B): 450 nm. In order to make adjustments, the ratio of the light quantity PPFD of each color was adjusted to R: G: B = 6: 1: 3 using a dedicated power controller (12CH RGB control unit: manufactured by Shibasaki Corporation). Cultivation was carried out by hydroponics (EC = 1.5) in a constant temperature room at a room temperature of 20 ° C. and a humidity of 50 to 70%.
同図からわかるように、各図内では、LED同士の比較において12時間照射(12時間暗期)と24時間連続照射との差は無かった。高総光量の図7(a)と低総光量の図7(b)との比較から、第4週目(4W)の生育後期(収穫期)になるほど高光量のほうが収穫量が大きく増加することが分かった。この結果から、生育前期は低総光量で栽培し、生育後期に高総光量で栽培しても収穫量は大きく差が出ず、消費電力量を少なくできることが推察された。   As can be seen from the figure, there was no difference between the 12-hour irradiation (12-hour dark period) and the 24-hour continuous irradiation in the comparison between the LEDs. From the comparison of FIG. 7A with the high total light intensity and FIG. 7B with the low total light intensity, the harvest amount increases with the higher light intensity in the late growth period (harvest period) of the fourth week (4W). I understood that. From this result, it was inferred that even when cultivated with a low total light intensity in the early growth period and with a high total light intensity in the late growth period, the yield was not significantly different and the power consumption could be reduced.
図8に、生育段階で総光量を変化させてコマツナを栽培した収穫量(葉の乾燥重量)の結果を示す。使用したLED等や温度等は図7の栽培時の条件と同様である。育成段階は、前期(1W〜3W)と後期(4W)との2段階に設定した。照射条件(光量、1日当たりの照射時間)を表1に示す。総光量は、既に記載したように、光量(PPFD)×1日当たりの照射時間である。栽培総光量は、育成段階ごとに総光量×栽培日数を算出して、それらの総和を求めたものである。つまり、栽培総光量は、栽培(育成)に要した総光量の総和を表している。
FIG. 8 shows the result of the yield (dry weight of leaves) in which Komatsuna was cultivated by changing the total amount of light at the growth stage. The used LEDs and the like, the temperature, and the like are the same as the conditions during cultivation in FIG. The growth stage was set in two stages, the first period (1 W to 3 W) and the second period (4 W). Irradiation conditions (light quantity, irradiation time per day) are shown in Table 1. As described above, the total light amount is light amount (PPFD) × irradiation time per day. The total amount of cultivation is obtained by calculating the total amount of light × the number of cultivation days for each growth stage, and obtaining the sum thereof. That is, the cultivation total light quantity represents the sum total of the total light quantity required for cultivation (nurturing).
比較のために、Aは蛍光灯(FL)で生育前期、後期共に高総光量、BはLEDで生育前期、後期共に高総光量で栽培した。C,Dは生育前期に低総光量、生育後期に高総光量、Eは生育前期に高光量、生育後期に低光量で栽培した。栽培するために照明で要した消費電力量も測定し、その結果を表1に比で表している。   For comparison, A was cultivated with a fluorescent lamp (FL) with high total light intensity in both the early and late stages of growth, and B was cultivated with LED with high total light intensity in both the early and late stages of growth. C and D were cultivated with a low total light quantity in the early growth period, a high total light quantity in the late growth stage, and E with a high light quantity in the early growth stage and a low light quantity in the late growth stage. The power consumption required for lighting for cultivation was also measured, and the results are shown in Table 1 as a ratio.
同図のC,Dの結果から、コマツナは生育前期に照射する総光量は少なくし、生育後期に照射する総光量を増加させることで、著しい生育促進効果が得られた。なお、24時間連続照射か12時間照射の暗期設定かによる違いはみられなかった。   From the results of C and D in the figure, Komatsuna reduced the total amount of light irradiated in the early growth period, and increased the total amount of light irradiated in the late growth stage, thereby obtaining a remarkable growth promoting effect. Note that there was no difference depending on whether 24 hours of continuous irradiation or 12 hours of irradiation was set to the dark period.
C,Dは、同図の表に示すように、A,B,Eよりも栽培総光量及び消費電力量が最も少なかった。   As shown in the table of FIG. C, C and D had the least amount of total cultivation and less power consumption than A, B and E.
この栽培結果から、コマツナを栽培するための照射条件として、第1週〜第3週は、100−12L又は50−24Lとし、第4週は175−24Lとする。   From this cultivation result, as irradiation conditions for cultivating Komatsuna, the first week to the third week are set to 100-12L or 50-24L, and the fourth week is set to 175-24L.
図9に、生育段階で総光量を変化させてサラダカブを栽培した収穫量(株の乾燥重量)の結果を示す。育成段階は、前期(1W〜3W)と後期(4W〜5W)との2段階に設定した。照射条件を表2に示す。使用したLED等や温度等の条件は図7の栽培時の条件と同様である。
FIG. 9 shows the results of the harvest amount (dry weight of the strain) in which the salad turnip was cultivated while changing the total amount of light at the growth stage. The growth stage was set in two stages, the first period (1 W to 3 W) and the second period (4 W to 5 W). Table 2 shows the irradiation conditions. The conditions such as the LED used and the temperature are the same as the conditions during cultivation in FIG.
Aは蛍光灯(FL)で生育前期、後期共に高総光量、B,CはLEDで生育前期、後期共に高総光量で栽培した。Dは生育前期に低総光量、生育後期に高総光量、Eは生育前期に高光量、生育後期に低光量で栽培した。栽培するために照明で要した消費電力量も測定し、その結果を表2に比で表している。   A was cultivated with a fluorescent lamp (FL) with high total light intensity in both the early and late stages, and B and C were cultivated with LED with high total light intensity in both the early and late stages. D was cultivated with a low total light intensity in the early growth period, a high total light intensity in the late growth period, and E with a high light intensity in the early growth period and a low light intensity in the late growth period. The power consumption required for lighting for cultivation was also measured, and the results are shown in Table 2 as a ratio.
同図のDの結果から、サラダカブは生育前期に照射する総光量は少なくし、生育後期に照射する総光量を増加させることで、顕著な株の肥大がみられた。   From the results of D in the figure, the Salad Turnip showed a significant increase in strain by reducing the total amount of light irradiated in the early growth period and increasing the total amount of light irradiated in the late growth stage.
Dは、同図の表に示すように、A〜Cと栽培総光量が同じでありEよりも少なく、消費電力量はBと共に最も少なかった。   As shown in the table of FIG. D, the total amount of cultivation was the same as that of A to C, less than E, and the amount of power consumption was the smallest with B.
この栽培結果から、サラダカブを栽培するための照射条件として、第1週〜第3週は、100−12Lとし、第4週〜第5週は175−24Lとする。   From this cultivation result, as irradiation conditions for cultivating the salad turnip, the first week to the third week are set to 100-12L, and the fourth week to the fifth week are set to 175-24L.
このように、生育段階の進行と共に総光量を増加させることで、栽培に必要な消費電力量を少なくすることができる。なお、上記の照射条件の例は、一例であり、適宜変えてもよい。また、生育段階を2段階に設定する例を示したが、3段階、5段階のように、より細かな複数段階に設定してもよい。   Thus, the amount of power consumption required for cultivation can be reduced by increasing the total light amount as the growth stage progresses. In addition, the example of said irradiation conditions is an example and you may change suitably. Moreover, although the example which sets a growth stage to two steps was shown, you may set to a more detailed several step like three steps and five steps.
他の種類の植物の照射条件も、実験的に幾つか照射条件を変えて栽培を行い、その中で収穫量が最も大きくなる照射条件を採用する。照射する総光量を増加させる週(期間)は、例えば、図7で行った栽培実験のように、週ごとにサンプリングした乾燥重量が大きく増加する週とする。また、本発明は、水耕で栽培する装置だけでなく、土耕で栽培する装置にも適用することができる。栽培する植物は、コマツナ、ホウレンソウなどの葉物野菜、サラダカブやゴボウなどの根や地下茎を食用とする根菜、トマトなどの果菜といった種々の野菜に限られず、花卉、観葉植物、苗木や果物等の樹木というように種々の植物の栽培に本発明を適用することができる。   As for the irradiation conditions of other types of plants, cultivation is carried out by experimentally changing some irradiation conditions, and among them, the irradiation conditions that maximize the yield are adopted. The week (period) in which the total amount of light to be irradiated is increased is, for example, a week in which the dry weight sampled every week increases significantly as in the cultivation experiment performed in FIG. Moreover, this invention is applicable not only to the apparatus cultivated by hydroponics but also to the apparatus cultivated by soil plowing. Plants to be cultivated are not limited to various vegetables such as leafy vegetables such as Komatsuna and spinach, root vegetables such as salad turnips and burdock roots, root vegetables edible for underground stems, fruit vegetables such as tomatoes, etc. The present invention can be applied to the cultivation of various plants such as trees.
図8,9の栽培では、照明の各色の光量比をR:G:B=6:1:3としたが、この割合は植物栽培に適した比に適宜変更してもよい。また、白色光の照明を使用してもよい。また、上記のように栽培段階の進行と共に総光量を増加させる照明条件とすることが最も好ましいが、必要性に応じて、常に一定の総光量で栽培したり、逆に総光量を減少させるようにしたりしてもよい。また、照射条件の光量は、植物への照射であるので光合成有効光量子束密度(PPFD)で設定することが好ましいが、光量子束密度で設定するようにしてもよいし、他の光の単位系で設定してもよい。光量センサ4は、照射条件で規定された単位系(例えばPPFD)で測定できるものか、測定値を補正や換算できるものを用いる。   In the cultivation of FIGS. 8 and 9, the light quantity ratio of each color of illumination is R: G: B = 6: 1: 3, but this ratio may be appropriately changed to a ratio suitable for plant cultivation. Alternatively, white light illumination may be used. In addition, as described above, it is most preferable that the lighting condition is to increase the total light amount as the cultivation stage progresses. Or you may. In addition, since the light amount of the irradiation condition is irradiation to a plant, it is preferable to set it with the photosynthetic effective photon flux density (PPFD), but it may be set with the photon flux density or other light unit system It may be set with. As the light amount sensor 4, one that can be measured by a unit system (for example, PPFD) defined by irradiation conditions or one that can correct or convert a measured value is used.
このようにして得られた植物の種類に対応させた照明条件をコンピュータ25に予め記憶させておく。制御ユニット20は、コンピュータ25からメモリに転送された照明条件に合わせて照明4を点灯させる。   The lighting conditions corresponding to the plant types obtained in this way are stored in the computer 25 in advance. The control unit 20 turns on the illumination 4 in accordance with the illumination conditions transferred from the computer 25 to the memory.
なお、植物は成長と共に高さが高くなるので、植物の高さで生育段階を判別できる。そのため、照明条件を設定するための生育段階を、植物の高さで規定してもよい。また、生育段階を、経過期間及び植物の高さの両方で規定してもよい。例えば、第1週〜第3週を100−12Lとし、第4週で高さが所定長以上あれば200−12Lとし、高さが所定長以下であれば生育を促進させるために200−24Lとするというように設定する。   In addition, since a plant becomes high with growth, a growth stage can be discriminate | determined by the height of a plant. Therefore, you may prescribe | regulate the growth stage for setting illumination conditions with the height of a plant. Moreover, you may prescribe | regulate a growth stage by both an elapsed period and the height of a plant. For example, the first week to the third week are set to 100-12L, the fourth week is set to 200-12L if the height is a predetermined length or more, and the height is set to 200-24L to promote the growth if the height is less than the predetermined length. And so on.
植物栽培システムを用いることで、誰でも、どのような場所でも、季節や天候に左右されず、省エネルギーで植物を栽培することができる。   By using the plant cultivation system, anyone can cultivate plants with energy savings regardless of the season and weather.
1は植物栽培システム、2は昇降装置、2aは昇降枠、2bはロッド、2cは電動モーター、4は植物栽培用の照明、5は光量センサ、6はビーム光源、7は受光器、8はスイッチ、9は可動板、9aは支柱、10は赤色LED、10は緑色LED、10は青色LED、11は棚、15は培地台、20は制御ユニット、21はアンテナ、25はコンピュータ、26はディスプレイ、30はフレーム、90は植物、Lはビーム光である。 1 is a plant cultivation system, 2 is a lifting device, 2a is a lifting frame, 2b is a rod, 2c is an electric motor, 4 is illumination for plant cultivation, 5 is a light quantity sensor, 6 is a beam light source, 7 is a light receiver, and 8 is switch, 9 is a movable plate, 9a are struts, 10 R the red LED, 10 G green LED, 10 B is a blue LED, 11 shelves, 15 medium base, 20 control unit, 21 an antenna, 25 is a computer , 26 is a display, 30 is a frame, 90 is a plant, and L is beam light.

Claims (6)

  1. 植物栽培用の照明と、該照明の移動手段と、植物の高さを検知する植物高検知手段と、該植物高検知手段の検知結果により該照明と該植物との距離が一定になるように該移動手段を制御する照明位置制御手段と、該照明の照射条件を記憶する照射条件記憶手段と、該照射条件記憶部に記憶された照射条件で該照明を制御する照明制御手段とを備えることを特徴とする植物栽培システム。   Lighting for plant cultivation, moving means for the lighting, plant height detecting means for detecting the height of the plant, and the detection result of the plant height detecting means so that the distance between the lighting and the plant is constant Illumination position control means for controlling the moving means, irradiation condition storage means for storing the irradiation conditions of the illumination, and illumination control means for controlling the illumination with the irradiation conditions stored in the irradiation condition storage unit Plant cultivation system characterized by
  2. 前記照射条件が、前記植物の生育段階の進行と共に、前記照明の照射光量と一日当たりの照射時間とを乗算した総光量を増加させることを特徴とする請求項1に記載の植物栽培システム。   2. The plant cultivation system according to claim 1, wherein the irradiation condition increases a total light amount obtained by multiplying an irradiation light amount of the illumination and an irradiation time per day as the growth stage of the plant progresses.
  3. 前記植物高検知手段が、ビーム光の出射源及び該ビーム光の受光器を、該照明と共に移動可能に備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の植物栽培システム。   The plant cultivation system according to claim 1 or 2, wherein the plant height detection means includes a beam light emission source and a beam light receiver that can move together with the illumination.
  4. 前記植物高検知手段が、前記ビーム光の出射源及び前記ビーム光の受光器の組を複数組、備えており、この各組のうちで該ビーム光を受光できない該受光器の数が所定数に達したときに、該ビーム光の高さを該植物の高さとして検知することを特徴とする請求項3に記載の植物栽培システム。   The plant height detecting means includes a plurality of sets of light beam emission sources and beam light receivers, and the number of the light receivers that cannot receive the beam light in each set is a predetermined number. The plant cultivation system according to claim 3, wherein the height of the beam light is detected as the height of the plant when reaching the value.
  5. 前記植物高検知手段が、接触センサを前記照明と共に移動可能に備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の植物栽培システム。   The plant cultivation system according to claim 1 or 2, wherein the plant height detection means includes a contact sensor that can move together with the illumination.
  6. 前記植物に照射される光量を検知する光量センサを備え、前記照明制御手段が、該光量センサの検知結果に基づき前記照射条件となるように前記照明を制御することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の植物栽培システム。   A light amount sensor for detecting a light amount irradiated to the plant is provided, and the illumination control unit controls the illumination so as to satisfy the irradiation condition based on a detection result of the light amount sensor. The plant cultivation system according to any one of 5.
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