JP2021153537A - クラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】１の閉鎖空間での異なるセンサにより、環境因子のコントロールが困難であった。【解決手段】１の農業ハウス内のセンサ、他のセンサ、さらに他の農業ハウス内のセンサの各計測値に基づいて当該閉鎖空間内の温度、湿度、炭酸ガス濃度をコントロールすることがきわめて容易となる。センサ計測値をクラウドサーバに集約し、制御プログラムを実行することにより、制御値を算出する。この制御値に基づいて農業ハウス内のアクチュエータ、ヒータ、ミスト発生器などの運転状況をコントロールすることにより、目標とするハウス内環境を得ることとする。農業ハウス内環境に限られることなく、例えば野菜工場内部での環境因子を制御することもできる。さらには例えば病室環境を制御することもできる。温度、湿度の他、病原菌濃度等をコントロールすることもできる。患者の体調に合わせてこれらをコントロールする。【選択図】図１

Description

この発明はクラウドサーバを用いた農業ハウスなどの閉鎖空間の環境制御システムに関する。

閉鎖空間とは、例えば農業ハウス（ビニールハウス）、温室、植物育成工場などが含まれるが、この他ではエンタテインメント施設、ショッピング施設、交通車両の客室、宿泊施設の客室、アパートメントの居室などを含む概念である。
一例として、従来の温室内の栽培環境要素を測定する装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。
このものは、ケーシング内に複数の室を設けてＣＯ２農度センサと、その制御部とを別室に配置してこれらの室間を伝熱制御することとしている。センサなどへの半導体装置による発熱の影響を排除することとしている。
また、この装置にあっては、収集したデータは通信回線を介してコンピュータ（サーバ）に送信する構成とされている。コンピュータではこれらデータを収集し、栽培情報としての利用を図ることとしていた。

特許第５７４８５５６号公報

しかしながら、このような従来型の農業ハウス内の環境測定装置では、この装置で計測したＣＯ２濃度に基づいてハウス内のＣＯ２濃度を制御するものであり、この測定装置の他にはＣＯ２発生機とこれを制御するコントローラが設置されていた。また、コントローラに対して計測データを送信するためのＣＯ２センサも上記環境測定装置とは独立して配設されていた。
その結果、ハウス内に２つのＣＯ２センサが配設されていることとなり、これらの計測値にばらつきが生じた場合に混乱を生じさせていた。コントローラとしてＣＯ２発生機をどのように駆動するかが問題となっていた。

そこで、発明者は、コントローラに供給されるセンサ計測値をクラウドサーバに送信し、クラウドサーバにおいて演算を行い、この演算結果を用いてＣＯ２発生機の駆動を制御することによって、２つのセンサからの計測値をコントロール可能であることを知見し、この発明を完成させた。

この発明は、閉鎖空間内の環境因子についての制御を行うシステムとしてクラウドサーバを利用することにより、そのセンサ装置、制御プログラムなどを自由に変更可能とし、閉鎖空間内の環境因子の数量に対応した適切な制御を行うことができるクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、閉鎖空間の内部の環境因子を計測するセンサと、この閉鎖空間の内部の環境因子の数量を増減させるアクチュエータと、このアクチュエータの駆動状態をコントロールするコントローラと、上記センサから送信された上記計測値を受信し、上記アクチュエータの駆動状態を制御するクラウドサーバとを備えたクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。

請求項２に記載の発明は、上記閉鎖空間は、農業ハウス、エンタテインメント施設、レストラン、教室、病院、工場、作業場、集会所、体育館、劇場、温泉、浴室、ホテル、居室、車室、船室、交通手段での閉鎖空間のうちの少なくともいずれか１つであり、上記環境因子は、温度、湿度、炭酸ガス濃度、ウイルス濃度、騒音、臭い、日照度、明るさ、風量の少なくともいずれか１つである請求項１に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。

請求項３に記載の発明は、上記閉鎖空間は植物を育成する農業ハウスであって、この農業ハウス内でこの植物の成育に影響を及ぼす環境因子の数量を計測するセンサと、この農業ハウス内においてこの特定の環境因子の数量に対して影響を及ぼすアクチュエータと、このアクチュエータの動作を制御するコントローラと、インターネットを介して送信された上記センサによる計測値を受信し、この計測値と予め設定された当該環境因子の目標値とを用いて演算することにより、この環境因子の制御値を算出し、この制御値に基づいて上記アクチュエータの駆動を制御するクラウドサーバとを備えた請求項１に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。
環境因子には、ハウス内の、炭酸ガス濃度、温度、湿度、日照度、酸素濃度、水温などを含む。ハウスの広さによりこれらの因子は複数のセンサにより計測されることがある。例えば計測した時刻によってハウス内の一部が日陰となる場合などが想定される。

請求項３に記載の発明によれば、クラウドサーバに対してセンサ計測値を送信し、この値に基づいて制御プログラムにより制御値を演算し、コントローラを介してアクチュエータを制御することとした。このため、複数のセンサを含む農業ハウスにおいてもそのアクチュエータによる制御を適正に行うことが可能となった。
また、制御プログラムの更新などの自由度が増し、より効率的な装置制御を行うことも可能となった。
さらに、１の農業用ハウス内のセンサ計測値だけでなく、他の農業用ハウスでの計測値（炭酸ガス濃度）などを参考として当該ハウス内の環境因子を適切に制御することもできる。

請求項４に記載の発明は、上記農業ハウス内の該環境因子の数量を測定する第２のセンサを備えた環境測定装置をさらに有し、この第２のセンサの計測値は上記クラウドサーバに送信され、この計測値に基づいて上記環境因子の制御値が算出される請求項３に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。
この発明によれば、第２のセンサによる計測値をもクラウドサーバに送信することで、同種の環境因子センサについての計測値による制御を可能とした。

請求項５に記載の発明は、上記クラウドサーバに制御プログラムを格納し、上記センサの出力をクラウドサーバに送信し、このクラウドサーバが演算した結果としての制御信号により、上記アクチュエータを駆動する請求項３または請求項４に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。

請求項５に記載の発明によれば、上記クラウドサーバにおいては制御プログラムにより、上記センサの出力に基づいて制御値を演算し、演算結果としての制御信号により、上記アクチュエータを駆動する。その結果、農業ハウス内での当該環境因子についての適切な制御が可能とされる。

請求項６に記載の発明は、上記センサは複数個設置され、各センサの計測値は上記クラウドサーバに送信され、クラウドサーバはこれらの複数の計測値に基づいて環境因子の制御値を算出する請求項３〜５のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。

請求項６に記載の発明によれば、クラウドサーバはこれらの複数の計測値に基づいて環境因子の制御値を算出する。例えばＣＯ２センサ、湿度センサ、日照度センサを含むシステムにおいては、これらの異なる因子の影響に基づいた制御値が算出されることにより、より適切な制御が可能となる。

請求項７に載の発明は、上記アクチュエータは複数個設けられ、上記制御値に基づいて各アクチュエータは制御される請求項３〜６のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。

請求項７に記載の発明によれば、複数個のアクチュエータは、それぞれセンサ計測値による制御値に基づいて独立してまたは関連して制御される。この結果、より適切なハウス内環境の制御、すなわち育成環境を最適化することができる。

請求項８に記載の発明は、上記環境因子としては、農業ハウス内の炭酸ガス濃度、温度およびまたは湿度である請求項３〜７のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。
請求項８に記載の発明によれば、農業ハウス内の炭酸ガス濃度、温度およびまたは湿度を制御する。これにより植物の適正な育成に資することができる。

請求項９に記載の発明は、上記センサは、炭酸ガス濃度センサ、温度計、湿度計のいずれか１つを含む請求項３〜８のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。
請求項９に記載の発明によれば、複数種の環境因子、炭酸ガス濃度、湿度、温度を計測し、これらの計測値に基づいてアクチュエータの運転状況を制御することができる。

請求項１０に記載の発明は、上記アクチュエータはバーナ、ヒータ、ファン、ミスト発生器のいずれか１である請求項３〜９のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。
請求項１０に記載の発明によれば、バーナ、ヒータ、ファン、ミスト発生器のいずれか１つについて制御値を演算し、この制御値に基づいてその運転状況をコントロールする。最適なハウス内環境を実現することが可能となる。

請求項１１に記載の発明は、上記クラウドサーバにおいては、上記計測値と目標値との差値を算出し、この差値に基づいて算出されたアクチュエータのＯＮ時間を制御値とする請求項３〜１０のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムである。
請求項１１に記載の発明によれば、上記クラウドサーバにおいては、上記計測値と目標値との差値を算出し、この差値に基づいて算出されたアクチュエータのＯＮ時間を制御値とする。適切なハウス内環境を実現する。

上記クラウドサーバは、ＰＩＤ制御により上記制御値を算出することもできる。より適正な値を用いての制御が可能となる。

この発明によれば、閉鎖空間、例えば農業ハウス内の環境因子、例えばＣＯ２ガス濃度を制御することができる。この場合、センサによる計測値が複数の場合にも対応することができる。特に、１のハウス内に同じ環境因子についての複数のセンサを備えた場合であっても、アクチュエータの制御を適切に行うことが可能とされる。さらには、他のハウスのデータなどを用いた制御も可能となる。また、制御プログラムなどについても最適のプログラムを使用して効率的な制御を可能としている。

この発明の一実施例に係るクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムの全体構成を示すブロック図である。 この発明の一実施例に係るクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムのセンサ適用例を説明するブロック図である。 この発明の一実施例に係るクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムのＣＰＵの拡張例を説明するブロック図である。

この発明の一実施例に係るクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムについて、以下、図面を参考にして説明する。この実施例にあっては、閉鎖空間の一例として農業ハウスを提示する。
図１に示すように、この発明の一実施例に係るクラウドサーバを用いた農業ハウスの環境制御システム１０は、農業ハウス１１内に子機である環境測定装置１２と、同じく子機であるＣＯ２コントローラ１３とを有して構成されている。これらの子機、環境測定装置１２およびＣＯ２コントローラ１３は同じくハウス内に設置された親機（サーバ）１４を介してクラウドサーバ２０にインターネット回線を介して接続されている。
環境測定装置１２には各種センサ１５、例えば湿度センサ、温度計、日照度計などが接続されているとともに、ハウス内の二酸化炭素の濃度を検出する第１のＣＯ２センサ１６が接続されている。
ＣＯ２コントローラ１３においては、ハウス内の炭酸ガス濃度を計測する第２のＣＯ２センサ１７が接続されているとともに、ハウス内にＣＯ２ガスを供給するＣＯ２発生機１８が接続されている。これは例えばバーナなどで構成することができる。
また、クラウドサーバ２０については上記親機１４（ハウス内サーバ）を介してハウス内のＣＯ２センサ１６，１７に接続可能とされている。

コントローラ１３は、一般的な構成を有している。入出力部Ｉ／Ｏには、センサおよび制御対象となるアクチュエータが接続されている。そのＣＰＵ（ＭＰＵ）は入力信号に基づいて制御プログラムにより所定の演算を行う。その出力は制御対象となるアクチュエータに出力されることとなる。

すなわち、この実施例に係るクラウドサーバを用いた農業ハウスの内部環境制御システムにあっては、ハウス１０内に環境測定装置１２と、ＣＯ２コントローラ１３とを配置してある。これは第１，第２のＣＯ２センサ１６，１７が同一ハウス内に設置されていることを意味する。
この場合、このシステムにあっては、クラウドサーバ２０を通じてこれらのセンサ情報（ＣＯ２濃度計測値の情報）を共有する。
ＣＯ２センサからの計測値情報は、親機１４を介してクラウドサーバ２０に提供される。この計測値情報はクラウドサーバ２０から親機１４を介して環境測定装置１２などに供給される。

ハウス内のＣＯ２濃度を制御する場合について説明する。すなわち、ハウスに２個のＣＯ２センサを有する場合、これらのセンサからの２つの計測値をクラウドサーバにおいては平均し、目標値との差を求め（演算し制御値を求め）、単一のアクチュエータ（ＣＯ２発生器）に出力し、例えばそのon時間を制御する。または、センサ値が目標値となるまでフィードバック制御をかける。

以上の結果、本システムにあっては、同一種のセンサ（例えばＣＯ２センサ）をハウス内にて複数個設置する必要がなくなり、単一のセンサによる計測値を他の子機について用いることが容易となる。統一的な制御が可能となり、センサを単数化することでコスト削減効果も得られる。
また、ハウス外のクラウドサーバを用いることにより、ハウス内での各種のセンサを組み合わせた制御が可能となる。例えば当初は温度制御を目的としてハウス内制御装置を構築したとしても、後から湿度制御も併せて行うとした場合、このクラウドサーバを用いた制御システムにおいて、湿度センサは子機に対して接続することでこれが可能となる。このことはハウス内温度と湿度とを組み合わせた複合制御も可能とする。
さらには、このシステムによれば例えば当該ハウス外の隣接ハウスのセンサなどの情報を有効に活用することができる。ハウス栽培を開始した当初の作業者にとっても、その地域にて経験の深い農家の援助によりハウス栽培についての環境制御情報を得ることも容易となる。
なお、このシステムによれば、ハウス農家のみに限られることなく、各種の業態、例えば農林水産業、また二次産業である各種製造業にあってもこのシステムにより容易に事業を開始すること、操業を続行することも可能となる。センサにより得られた製造業、その他（例えばパン屋さん、レストランなど）での他社情報などを有効利用することができるからである。

図２はクラウドサーバを用いた制御システムを示している。この例はクラウドサーバに対して子機１，子機２およびコントローラを接続したものであり、これらの子機１にはセンサＢが、子機２にはセンサＣが、さらにコントローラにはセンサＡがそれぞれ接続されており、これらのセンサ情報はクラウドサーバに提供され、サーバでは必要な制御値を演算してこれ機器に送信・制御する。このシステムにあっては。コントローラとセンサ［Ｂ，Ｃが接続された場合と同等の制御が可能となる。コントローラについてはそのセンサ、また、制御における拡張、追加などが容易となる。なお、クラウドサーバでの制御プログラムについても任意に追加、変更、拡張などができることを意味する。

図３ではこのシステムでのＣＰＵの演算能力の拡張について説明する。独立した子機による制御を行う従来の場合は、その仕様によりＣＰＵでの演算能力に限界が生じることがあるが、図３では、クラウドサーバに子機、親機、コントローラを接続することにより、ＣＰＵの演算能力を他のサーバ、親機などのＣＰＵ、ＴＰＵを使用することにより、その演算能力を飛躍的に増大させることが可能である。１の農園の複数のハウスの制御に限られず、複数の農園の環境制御を統一して行うなどの場合に、その制御値の演算を行う場合に有利である。これらはハウス単位、農家単位での制御についても、クラウドサーバを用いることにより、その環境制御が極めて容易になることを意味しており、その場合のコスト低減にも寄与している。
また、閉鎖空間の一例として例えば病室とすると、環境因子としては室内温度、湿度、病原菌（各種のウイルスを含む）濃度などを制御することとなる。

この発明は、例えば農業ハウスなどを対象としたクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システムの技術として有用である。

１０ 農業ハウスの環境制御システム、
１１ 農業ハウス、
１２ 環境測定装置、
１３ ＣＯ２コントローラ、
１４ 親機、
１６ ＣＯ２センサ、
１７ ＣＯ２センサ、
１８ＣＯ２発生機、
２０ クラウドサーバ。

Claims (11)

1. 閉鎖空間の内部の環境因子を計測するセンサと、
   この閉鎖空間の内部の環境因子の数量を増減させるアクチュエータと、
   このアクチュエータの駆動状態をコントロールするコントローラと、
   上記センサから送信された上記計測値を受信し、上記アクチュエータの駆動状態を制御するクラウドサーバとを備えたクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム。
2. 上記閉鎖空間は、農業ハウス、エンタテインメント施設、レストラン、教室、病院、工場、作業場、集会所、体育館、劇場、温泉、浴室、ホテル、居室、車室、船室、交通手段での閉鎖空間のうちの少なくともいずれか１つであり、
   上記環境因子は、温度、湿度、炭酸ガス濃度、ウイルス濃度、騒音、臭い、日照度、明るさ、風量の少なくともいずれか１つである請求項１に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム。
3. 上記閉鎖空間は植物を育成する農業ハウスであって、この農業ハウス内でこの植物の成育に影響を及ぼす環境因子の数量を計測するセンサと、
   この農業ハウス内においてこの特定の環境因子の数量に対して影響を及ぼすアクチュエータと、
   このアクチュエータの動作を制御するコントローラと、
   インターネットを介して送信された上記センサによる計測値を受信し、この計測値と予め設定された当該環境因子の目標値とを用いて演算することにより、この環境因子の制御値を算出し、この制御値に基づいて上記アクチュエータの駆動を制御するクラウドサーバとを備えた請求項１に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム。
4. 上記農業ハウス内の該環境因子の数量を測定する第２のセンサを備えた環境測定装置をさらに有し、この第２のセンサの計測値は上記クラウドサーバに送信され、この計測値に基づいて上記環境因子の制御値が算出される請求項３に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム。
5. 上記クラウドサーバに制御プログラムを格納し、
   上記センサの出力をクラウドサーバに送信し、
   このクラウドサーバが演算した結果としての制御信号により、上記アクチュエータを駆動する請求項３または請求項４に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム。
6. 上記センサは複数個設置され、各センサの計測値は上記クラウドサーバに送信され、クラウドサーバはこれらの複数の計測値に基づいて環境因子の制御値を算出する請求項３〜５のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム。
7. 上記アクチュエータは複数個設けられ、上記制御値に基づいて各アクチュエータは制御される請求項３〜６のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム。
8. 上記環境因子としては、農業ハウス内の炭酸ガス濃度、温度およびまたは湿度である請求項３〜７のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム。
9. 上記センサは、炭酸ガス濃度センサ、温度計、湿度計のいずれか１つを含む請求項３〜８のいずれか１項に記載のクラウドサービスを用いた閉鎖空間の環境制御システム。
10. 上記アクチュエータはバーナ、ヒータ、ファン、ミスト発生器のいずれか１である請求項３〜９のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム。
11. 上記クラウドサーバにおいては、上記計測値と目標値との差値を算出し、この差値に基づいて算出されたアクチュエータのＯＮ時間を制御値とする請求項３〜１０のいずれか１項に記載のクラウドサーバを用いた閉鎖空間の環境制御システム。

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