JP2020099217A

JP2020099217A - 灌水システム

Info

Publication number: JP2020099217A
Application number: JP2018238610A
Authority: JP
Inventors: 亮繁田; Ryo Shigeta; 圭博川原; Yoshihiro Kawahara; 一仁大山; Kazuhito Oyama
Original assignee: Sensprout Inc; University of Tokyo NUC
Current assignee: Sensprout Inc; University of Tokyo NUC
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: JP7076707B2

Abstract

【課題】センサ側の省電力化と灌水時の制御の適正化の両立を図る。【解決手段】灌水システムは、通信可能な複数の土壌状態検出センサと、灌水用パイプに取り付けられた複数のバルブと、複数の土壌状態検出センサと通信を行なうと共に複数のバルブを駆動制御する制御装置と、を備える。複数の土壌状態検出センサは、設定された通信間隔で制御装置に通信要請を行なうことにより制御装置と通信を行なう。制御装置は、所定時間内に灌水が行なわれると予測したときには、その後で最初に複数の土壌状態検出センサと通信を行なったときに通信間隔を灌水が行なわれると予測した以前より短く設定する。【選択図】図３

Description

本発明は、灌水システムに関する。

従来、この種の灌水システムとしては、複数の領域に区分けされた天然芝グラウンドに対し、各領域に灌水を行う灌水システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、天然芝グラウンドの各領域の地下に埋め込まれて水が地下に滲出する孔を有する複数のパイプと、領域ごとに設けられて各領域の土壌水分、土壌温度及び土壌中酸素を検出する複数のセンサユニットと、を備え、複数のセンサユニットのそれぞれによって検出された土壌水分、土壌温度及び土壌中酸素に応じて複数のパイプのそれぞれへの水の供給を制御することにより、天然芝グラウンドで競技を行っている最中に天然芝グラウンドへの水の供給を行うことができる、としている。

特開２０１８−１６６５０５号公報

しかしながら、上述の灌水システムでは、適正な灌水を行なうには、領域毎の土壌水分や土壌温度、土壌中酸素を常時監視する必要がある。この場合、バッテリを搭載するセンサユニットと制御装置とが通信を行なうシステムでは、センサユニットの電力消費が大きくなり、バッテリの大容量化が必要となる。センサユニットのバッテリの消費を小さくするには、センサユニットと制御装置との通信間隔を長くすればよいが、通信間隔を長くすると、灌水中では土壌水分や土壌温度、土壌中酸素の変化が大きいため適正な制御を行なうことができない。

本発明の灌水システムは、センサ側の省電力化と灌水時の制御の適正化の両立を図ることを主目的とする。

本発明の灌水システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の灌水システムは、
通信可能な複数の土壌状態検出センサと、灌水用パイプに取り付けられた複数のバルブと、前記複数の土壌状態検出センサと通信を行なうと共に前記複数のバルブを駆動制御する制御装置と、を備える灌水システムであって、
前記複数の土壌状態検出センサは、設定された通信間隔で前記制御装置に通信要請を行なうことにより前記制御装置と通信を行ない、
前記制御装置は、所定時間内に灌水が行なわれると予測したときには、その後で最初に前記複数の土壌状態検出センサと通信を行なったときに前記通信間隔を灌水が行なわれると予測した以前より短く設定する、
ことを特徴とする。

この本発明の灌水システムでは、複数の土壌状態検出センサは、設定された通信間隔で制御装置に通信要請を行なうことにより制御装置と通信を行なう。制御装置は、所定時間内に灌水が行なわれると予測したときには、その後で最初に複数の土壌状態検出センサと通信を行なったときに通信間隔を灌水が行なわれると予測した以前より短く設定する。即ち、所定時間内に灌水が行なわれないと予測した通常時には、複数の土壌状態検出センサは長い通信間隔で制御装置と通信を行なって土壌状態の情報を制御装置に送信する。これにより、センサ側の省電力化を図ることができる。一方、所定時間内に灌水が行なわれると予測したときには、複数の土壌状態検出センサは通常時より短い通信間隔で制御装置と通信を行なって土壌状態の情報を制御装置に送信する。これにより、制御装置は、短い通信間隔により得られる土壌状態の情報に基づいて複数のバルブの開閉を駆動制御することにより灌水を制御することができる。即ち、灌水時の制御をより適正に行なうことができる。これらの結果、センサ側の省電力化と灌水時の制御の適正化の両立を図ることができる。ここで、所定時間は、通常時の通信間隔やこれより若干長い時間が好ましい。

こうした本発明の灌水システムにおいて、前記制御装置は、灌水時刻が設定されたときには、設定された灌水時刻の前記所定時間前に前記所定時間内に灌水が行なわれると予測するものとしてもよい。こうすれば、設定した灌水時刻より前に通信間隔を短くすることができ、灌水時の制御をより適正に行なうことができる。

また、本発明の灌水システムにおいて、前記制御装置は、前記複数の土壌状態検出センサからの土壌状態情報、気温情報、天気情報、前回の灌水からの経過時間の少なくとも一つを含む灌水用情報に基づいて前記所定時間経過後に灌水が行なわれる灌水確率を計算し、前記灌水確率が所定確率以上のときに前記所定時間内に灌水が行なわれると予測するものとしてもよい。こうすれば、灌水確率が所定確率以上に至ったときに通信間隔を短くすることができる。

実施形態の灌水システムの構成の概略を示す説明図である。土壌状態検出センサ３０の構成の概略を示す説明図である。各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊと灌水ＥＣＵ４０との通信の際の動作の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、実施形態の灌水システム２０の構成の概略を示す説明図である。実施形態の灌水システム２０は、図示するように、ハウス１０内の土壌に引き込まれた灌水用の灌水本管２２と、この灌水本管２２から枝分かれした複数の灌水管２４ａ〜２４ｅと、この複数の灌水管２４ａ〜２４ｅの灌水本管２２との枝分かれ近傍に各々取り付けられた複数の電磁調整弁２６ａ〜２６ｅと、ハウス１０内の土壌に差し込まれた複数の土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊと、灌水用電子制御ユニット（以下、「灌水ＥＣＵ」という。）４０と、灌水サーバ５０と、を備える。

図２は、土壌状態検出センサ３０の構成の概略を示す説明図である。複数の土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊは、いずれも土壌状態検出センサ３０として構成されており、図示するように、着脱自在なセンサ部材３２および制御装置３５により構成されている。

センサ部材３２は、樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタラート(ＰＥＴ））により幅が５ｃｍ程度、長さが５０ｃｍ程度、厚みが５ｍｍ程度の長板状の板材に複数対の電極３３ａ〜３３ｃや図示しない配線などが印刷されて構成されている。センサ部３２の頂部（図中、上部）は、複数対の電極３３ａ〜３３ｃからの図示しない配線に接続された接続端子やセンサ識別端子を有する雄型のコネクタ３４として構成されている。センサ部材３２は、複数対の電極３３ａ〜３３ｃの印刷パターンを変更すると共に複数対の電極３３ａ〜３３ｃの電圧（或いは電流）に基づくソフトウエアを変更することにより、土壌水分量（体積含水率）を検出する水分量センサとして機能したり、土壌中の温度を検出する温度センサとして機能したり、土壌の電気伝導率を検出するセンサとして機能したり、土壌マトリックポテンシャルを検出するセンサとして機能したり、水田などの水位を検出する水位センサとして機能する。本実施形態では、灌水制御に用いるため、水分量センサとして機能させている。

制御装置３５は、センシングに必要な電力や通信に必要な電力を供給するバッテリ３６と、センサ部材３２がいずれのセンサとして機能するものであるかを識別すると共に識別したセンサに必要なソフトウエアを起動してセンシングする制御部３７と、灌水ＥＣＵ４０と通信する通信モジュール３８と、センサ部材３２のコネクタ３４を挿入して連結する雌型のコネクタ３９と、を備える。制御部３７は、小型のマイクロコンピュータにより構成されており、センサ部材３２の複数対の電極３３ａ〜３３ｃの電圧（或いは電流）に基づいて土壌水分量や土壌温度、土壌の電気伝導率、土壌マトリックポテンシャル、水位などを検出するためのソフトウエアを記憶している。センサ部材３２の識別は、センサ部材３２のコネクタ３４に印刷されたセンサ識別端子の接続状態などにを読み込むことにより行なうことができる。

灌水ＥＣＵ４０は、ＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、通信モジュール４２や図示しない出力ポートを備える。灌水ＥＣＵ４０からは複数の電磁調整弁２６ａ〜２６ｅへの駆動制御信号が出力されている。灌水ＥＣＵ４０は、複数の土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊとの通信により各部の土壌水分量を受信したり、灌水サーバ５０からの制御信号に基づいて複数の電磁調整弁２６ａ〜２６ｅを開閉することによりハウス１０内の土壌への灌水を行なう。灌水ＥＣＵ４０では、複数の土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊとの通信は、複数の土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊのバッテリ３６の電力消費を小さくするために各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊとの通信を行なう間隔（通信間隔）を設定し、通信間隔毎に各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊからの通信要請を受信したときに行なわれる。

灌水サーバ５０は、ＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、入力された灌水時刻を灌水ＥＣＵ４０に送信したり、灌水ＥＣＵ４０から受信したハウス１０内の土壌水分量や土壌温度、土壌状態情報、土壌の電気伝導率、土壌マトリックポテンシャル、水位などからなる土壌状態情報や、前回までの灌水時刻、外部のサーバとの通信により受信する気温情報や天気情報などに基づいて灌水を行なうべき確率（灌水確率）を計算したりする。

次に、こうして構成された灌水システム２０の動作、特に灌水が行なわれると推定したときの動作について説明する。図３は、各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊと灌水ＥＣＵ４０との通信の際の動作の一例を示す説明図である。まず、各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊから通信間隔時間が経過するのを待って（ステップＳ１００）、灌水ＥＣＵ４０に通信要請を行なう（ステップＳ１１０）。この通信要請は、各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊを識別するセンサ個体識別情報を伴って行なわれる。こうした通信要請を受信した灌水ＥＣＵ４０は、センサ個体識別情報に基づいて複数の土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊのうち通信要請に係るセンサを識別し（ステップＳ１２０）、識別したセンサに土壌状態情報（この場合、土壌水分量）を送信する要請を行なう（ステップＳ１３０）。この要請を受信したセンサは、検出した土壌状態情報（土壌水分量）を灌水ＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１４０）。灌水ＥＣＵ４０では、土壌状態情報（土壌水分量）を受信し（ステップＳ１５０）、現在灌水中であるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。現在灌水中であると判定したときには、識別したセンサとの通信間隔を１分間に設定する（ステップＳ１８０）。一方、現在灌水中ではないと判定したときには、所定時間内に灌水が行なわれるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。ここで、所定時間は、灌水が行なわれていない通常時の通信間隔（後述するステップＳ１９０の３０分）より若干長い時間を用いることができる。ステップＳ１６０の判定は、灌水サーバ５０に灌水時刻が入力されているときには、灌水時刻が所定時間内であるか否かにより行なわれる。また、灌水サーバ５０に灌水時刻が入力されていないときには、灌水確率が所定確率（例えば８０％や８５％など）未満のときには所定時間内に灌水は行なわれないと判定し、灌水確率が所定確率以上のときには所定時間内に灌水が行なわれると判定する。所定時間内に灌水が行なわれると判定したときには、通信間隔を１分間に設定し（ステップＳ１８０）、所定時間内に灌水は行なわれないと判定したときには、通信間隔を３０分間に設定する（ステップＳ１９０）。そして、通信間隔を識別したセンサに送信する（ステップＳ２００）。通信間隔を受信したセンサは、受信した通信間隔を設定し（ステップＳ２１０）、通信を終了する。

こうした通信処理により、所定時間内に灌水が行なわれると判定されてから灌水が終了するまでは通信間隔は１分に設定され、それ以外では通信間隔は３０分に設定される。したがって、灌水ＥＣＵ４０は、灌水中では、１分間隔で検出されて各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊから送信される土壌状態情報（土壌水分量）に基づいて複数の電磁調整弁２６ａ〜２６ｅの開平や開度を調整することにより灌水を制御する。灌水ＥＣＵ４０は、灌水が終了すると、所定時間内に灌水が行なわれると判定されるまでは通信間隔は３０分に設定することにより、３０分毎に検出されて各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊから送信される土壌状態情報を取得する。

以上説明した実施形態の灌水システム２０では、所定時間内に灌水が行なわれると判定されてから灌水が終了するまでは通信間隔を１分に設定することにより、１分間隔で検出されて各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊから送信される土壌状態情報（土壌水分量）に基づいて複数の電磁調整弁２６ａ〜２６ｅの開平や開度を調整することができる。また、灌水が終了してから所定時間内に灌水が行なわれると判定するまでは通信間隔を３０分に設定することにより、各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊのバッテリ３６の電力消費を抑制することができる。これらの結果、各土壌状態検出センサ３０ａ〜３０ｊの省電力化と灌水時の制御の適正化の両立を図ることができる。

実施形態の灌水システム２０では、所定時間内に灌水が行なわれると判定されてから灌水が終了するまでは通信間隔を１分に設定するものとしたが、通信間隔を２０秒や３０秒，４０秒などに設定したり、９０秒や２分などに設定するものとしてもよい。また、灌水が終了してから所定時間内に灌水が行なわれると判定するまでは通信間隔を３０分に設定するものとしたが、通信間隔を２０分や２５分などに設定したり、４０分や１時間などに設定するものとしてもよい。

実施形態の灌水システム２０では、灌水サーバ５０は、ハウス１０内の土壌状態情報や、前回までの灌水時刻、気温情報や天気情報などに基づいて灌水確率を計算するものとしたが、これらの一部を用いて灌水確率を計算するものとしたり、これら以外の情報をも用いて灌水確率を計算するものとしてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、灌水システムの製造産業などに利用可能である。

１０ハウス、２０灌水システム、２２灌水本管、２４ａ〜２４ｅ灌水管、２６ａ〜２６ｅ電磁調整弁、３０，３０ａ〜３０ｊ土壌状態検出センサ、３２センサ部材、３３ａ〜３３ｃ電極、３４コネクタ、３５制御装置、３６バッテリ、３７制御部、３８通信モジュール、３９コネクタ、４０灌水用電子制御ユニット（灌水ＥＣＵ）、４２通信モジュール、５０灌水サーバ。

Claims

通信可能な複数の土壌状態検出センサと、灌水用パイプに取り付けられた複数のバルブと、前記複数の土壌状態検出センサと通信を行なうと共に前記複数のバルブを駆動制御する制御装置と、を備える灌水システムであって、
前記複数の土壌状態検出センサは、設定された通信間隔で前記制御装置に通信要請を行なうことにより前記制御装置と通信を行ない、
前記制御装置は、所定時間内に灌水が行なわれると予測したときには、その後で最初に前記複数の土壌状態検出センサと通信を行なったときに前記通信間隔を灌水が行なわれると予測した以前より短く設定する、
ことを特徴とする灌水システム。
請求項１記載の灌水システムであって、
前記制御装置は、灌水時刻が設定されたときには、設定された灌水時刻の前記所定時間前に前記所定時間内に灌水が行なわれると予測する、
灌水システム。
請求項１または２記載の灌水システムであって、
前記制御装置は、前記複数の土壌状態検出センサからの土壌状態情報、気温情報、天気情報、前回の灌水からの経過時間の少なくとも一つを含む灌水用情報に基づいて前記所定時間経過後に灌水が行なわれる灌水確率を計算し、前記灌水確率が所定確率以上のときに前記所定時間内に灌水が行なわれると予測する、
灌水システム。