JP3194323U - 飼料センサおよびこれを用いた飼料残量管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】高精度でありながら安価で導入しやすく、既設の飼料タンクに対しても穴空け加工等を施すことなく簡単に外付けすることができる飼料センサおよびこれを用いた飼料残量管理システムを提供する。【解決手段】飼料の残量を目視するための残量目視用スリットＳを備えている飼料タンクＴに設けられる飼料センサ１であって、目視用スリットＳの外表面に沿う所定の高さ位置に設けられ、光を発する発光素子と、飼料タンクＴ内部からの反射光を受けて光量に応じた検出値を出力する受光素子と、発光素子の発光に係るオンオフを制御するとともに、受光素子から出力された検出値を取得する制御手段とを有し、制御手段は、発光時検出値と非発光時検出値との検出値差を算出し、検出値差が判定用閾値以上の場合、前記高さ位置に飼料が存在すると判定し、検出値差が判定用閾値よりも小さい場合、前記高さ位置に飼料が存在しないと判定する。【選択図】図１

Description

本考案は、飼料タンク内に貯蔵される飼料の有無を検出する飼料センサおよびこれを用いた飼料残量管理システムに関するものである。

従来、農家や牧場等に設置してある飼料タンクには、図１４に示すように、垂直方向に沿って透明の残量目視用スリットが設けられており、飼料の残量は当該残量目視用スリットから目視によって確認されている。また、多くの飼料タンクは、飼料会社や運送会社等によって管理されており、作業者が飼料タンクを一基ずつ目視しながら手作業で残量を記録しているという現状がある。

一方、飼料タンク内の飼料の残量を検出するためのセンサが提案されており、例えば、特開２００３−２４７８８０号公報には、容器内における粉粒状の被測定物に接触することによる回転負荷の変動によってレベルを検出する回転式レベル検出装置が開示されている（特許文献１）。

特開２００３−２４７８８０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のレベル検出装置は、被測定物である飼料と接触するタイプであるため、飼料タンク内に穴空け加工が必要となる。このため、既設の飼料タンクに取り付けるには、既に貯蔵されている飼料を一旦取り出した上で、穴空け加工しなければならず、手間やコストや時間が非常にかかるという問題がある。また、飼料タンクに穴空け加工を施すと、飼料タンクの強度が低下し、飼料タンクの製品寿命を早めてしまうおそれもある。

また、飼料タンクは、一般的に、農家一戸あたりに複数設置されており、上記特許文献１に記載のレベル検出装置は、構造が複雑で単価が高額である。このため、複数の飼料タンクに対して、確認したい残量レベルごとにレベル検出装置を設置すると、高額な初期費用がかかり、個人や小規模ないし中規模の農家にとっては導入しにくいという問題もある。

本考案は、このような問題点を解決するためになされたものであって、高精度でありながら安価で導入しやすく、既設の飼料タンクに対しても穴空け加工等を施すことなく簡単に外付けすることができる飼料センサおよびこれを用いた飼料残量管理システムを提供することを目的としている。

本考案に係る飼料センサは、飼料の残量を目視するための残量目視用スリットを備えている飼料タンクに設けられる飼料センサであって、前記残量目視用スリットの外表面に沿う所定の高さ位置に設けられ、光を発する発光素子と、前記残量目視用スリットの外表面に沿う所定の高さ位置に設けられ、前記飼料タンク内部からの反射光を受けて光量に応じた検出値を出力する受光素子と、前記発光素子の発光に係るオンオフを制御するとともに、前記受光素子から出力された検出値を取得する制御手段とを有する。前記制御手段は、前記発光素子を発光させた状態で取得した検出値である発光時検出値と、前記発光素子を発光させない状態で取得した検出値である非発光時検出値との検出値差を算出し、前記検出値差が判定用閾値以上の場合、前記高さ位置に前記飼料が存在すると判定し、前記検出値差が前記判定用閾値よりも小さい場合、前記高さ位置に前記飼料が存在しないと判定する。

また、本考案の一態様として、前記発光素子と前記受光素子との間には、前記発光素子から発せられて前記残量目視用スリットの外表面で反射する光を遮光する遮光部材が設けられているのが好ましい。

さらに、本考案の一態様として、前記発光素子および前記受光素子は、略水平方向に沿う左右位置に設けられているとともに、前記遮光部材は、前記発光素子と前記受光素子との間で略垂直方向に沿って設けられていてもよい。

また、本考案の一態様として、前記発光素子と前記残量目視用スリットとの間、および前記受光素子と前記残量目視用スリットとの間には、光を拡散する拡散部材が設けられているのが望ましい。

また、本考案に係る飼料残量管理システムは、上述したいずれかに記載の飼料センサと、前記飼料センサによる判定結果を収集し、複数の前記飼料タンクに関する残量データを記憶するとともに、前記残量データをユーザ端末および／または飼料残量管理サーバへ配信する残量データ配信端末とを有している。

さらに、本考案の一態様として、前記飼料残量管理サーバは、前記残量データ配信端末から前記残量データを取得し、複数のエリアに設置されている前記飼料タンクの残量データを管理するとともに、飼料の補充が必要となった前記飼料タンクに飼料を配送する際の最適な配送ルートを探索してもよい。

また、本考案の一態様として、前記飼料センサと前記残量データ配信端末との間に介在されて前記飼料センサによる判定結果を前記残量データ配信端末へ送信するとともに、前記判定結果に基づいて前記飼料タンク内の飼料の有無を表示するセンサ親機を有していてもよい。

本考案によれば、高精度でありながら安価で導入しやすく、既設の飼料タンクに対しても穴空け加工等を施すことなく簡単に外付けすることができる。

本考案に係る飼料センサおよび飼料残量管理システムの一実施形態を示す全体図である。 本実施形態の飼料センサを示す正面透視図である。 図２の３Ａ−３Ａ線断面図である。 （ａ）飼料がある場合、および（ｂ）飼料がない場合における図２の４Ａ−４Ａ線断面図である。 本実施形態において、飼料あり、飼料なし・太陽光の入射なし、および飼料なし・太陽光の入射ありの各場合において、受光素子に入射する光量を示す図である。 本実施形態の遮光部材および拡散部材を設けない場合の断面図である。 本実施形態の遮光部材および拡散部材を設けない場合において、残量目視用スリットにキズがあり、飼料がある場合と飼料がない場合、および、残量目視用スリットにキズがなく、飼料がある場合と飼料がない場合の各場合において、受光素子に入射する光量を示す図である。 本実施形態の拡散部材を設けない場合において、（ａ）発光素子付近のみにキズがある場合、および（ｂ）受光素子付近のみにキズがある場合の断面図である。 本実施形態の拡散部材を設けない場合において、受光素子付近にのみにキズがあり、飼料がある場合と飼料がない場合、および発光素子付近にのみにキズがあり、飼料がある場合と飼料がない場合の各場合において、受光素子に入射する光量を示す図である。 本実施形態の飼料センサを示すブロック図である。 本実施形態の残量データ配信端末で保存される残量データの一例を示す図である。 本実施形態の飼料残量管理サーバで保存される残量データの一例を示す図である。 本実施形態の飼料センサによる処理を示すフローチャートである。 従来の飼料タンクを示す全体図である。

以下、本考案に係る飼料センサおよびこれを用いた飼料残量管理システムの一実施形態について図面を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態の飼料残量管理システム１０は、主として、飼料タンクＴに設けられる飼料センサ１と、この飼料センサ１に接続されるセンサ親機１１と、飼料の残量に関する残量データを収集して配信する残量データ配信端末１２と、複数の飼料タンクＴに関する残量データを一括管理する飼料残量管理サーバ１３と、飼料タンクＴの管理者が所有するユーザ端末１４とから構成されている。以下、各構成部について説明する。

飼料センサ１は、飼料タンクＴ内に貯蔵される飼料の有無を検出するためのものである。飼料センサ１は、図１に示すように、飼料の残量を目視するための残量目視用スリットＳを備えている飼料タンクＴに対し、接着テープ等により外付けして使用できるように構成されている。なお、残量目視用スリットＳは、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等の透明または半透明の合成樹脂によって上下方向に直線状に形成されている。

また、本実施形態において、飼料センサ１は、飼料タンクＴの残量が１／２の高さ位置と、２／３の高さ位置とにそれぞれ取り付けられている。しかしながら、一つの飼料タンクＴに対して取り付けられる飼料センサ１の数は、この構成に限定されるものではない。すなわち、飼料を補充すべき残量に対応する高さ位置に飼料センサ１を一つだけ設けてよく、三つ以上の飼料センサ１を適宜取り付けてもよい。

飼料センサ１の具体的な構成としては、図２から図４に示すように、防水性や耐寒性に優れた遮光ケース２と、光を発する発光素子３と、光を受ける受光素子４と、発光素子３と受光素子４との間に設けられる遮光部材５と、発光素子３および受光素子４と残量目視用スリットＳとの間に設けられる拡散部材６と、記憶手段７や制御手段８を備えたマイクロコンピュータ９と、電子回路基板９１とを有している。

遮光ケース２は、防水性や耐寒性に優れた素材によって、発光素子３、受光素子４、遮光部材５、拡散部材６およびマイクロコンピュータ９を被覆するように設けられる。また、接着テープ等によって飼料タンクＴの外表面に外付け可能に構成されている。

発光素子３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や半導体レーザ等で構成されており、制御手段８による制御によって光を発するものである。本実施形態において、発光素子３は、図２および図４に示すように、マイクロコンピュータ９を構成する電子回路基板９１上に設けられており、残量目視用スリットＳの外表面に沿う所定の高さ位置に設けられる。具体的には、発光素子３の高さ位置と、飼料が残っているか否かを確認したい高さ位置とが対応するように、飼料センサ１が取り付けられる。

受光素子４は、フォトトランジスタやフォトダイオード等で構成されており、光を受けて光量を測定するものである。本実施形態では、光量に応じた電流を検出値として出力する受光素子４を用いているが、この構成に限定されるものではなく、光量に応じた検出値を示すものであれば、光量に応じて抵抗値が変化する受光素子４を用いてもよい。また、本実施形態において、受光素子４は、図２に示すように、発光素子３と略同一の高さ位置となるように電子回路基板９１上に設けられている。すなわち、発光素子３および受光素子４は、略水平方向に沿う左右位置に所定の間隔を隔てて設けられている。しかしながら、受光素子４の取り付け位置は、この構成に限定されるものではなく、残量目視用スリットＳの外表面に沿う所定の高さ位置に設けられ、飼料タンク内部からの反射光を受けられる位置であればよい。

この構成により、図４（ａ）に示すように、飼料タンクＴ内に飼料がある場合、発光素子３から発せられた光は、拡散部材６および残量目視用スリットＳを透過した後、飼料によって反射される。このため、受光素子４には強い反射光が戻ってくる。一方、図４（ｂ）に示すように、飼料タンクＴ内に飼料がない場合、発光素子３から発せられた光は、拡散部材６および残量目視用スリットＳを介してそのまま飼料タンクＴ内へ透過される。このため、受光素子４に戻ってくる反射光は弱いものとなる。本考案では、この反射強度の違いを利用して、飼料の有無を検知するようになっている。

ただし、本考案において、検知対象となる飼料タンクＴは、図１に示すように、残量目視用スリットＳが上下に長く設けられているため、飼料センサ１が取り付けられている箇所以外の部分からも太陽光が飼料タンクＴの内部へ入射する。このため、飼料タンクＴ内に飼料がない場合であっても、飼料タンクＴ内に飼料があるときと同様の強い反射光が検出される場合がある。よって、単純に発光素子３を発光させたときの反射強度の強弱のみで飼料の有無を判定しようとすると、誤検知してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、発光素子３が発光しているときの検出値から、太陽光の光強度に相当する、発光素子３が発光していないときの検出値を差し引いた検出値差を用いることにより太陽光の影響をキャンセルし、誤検知を防止するようになっている。これにより、図５に示すように、飼料タンクＴ内に飼料がないにも関わらず、太陽光によって飼料があるときと同様の強い反射光が検出される場合であっても、太陽光の影響が除去された実質的な反射強度によって飼料の有無が判定されるため、検知精度が向上するようになっている。

遮光部材５は、黒色のシーリング材や遮光ガラス等で構成されており、発光素子３から発せられて残量目視用スリットＳの外表面で反射する光を遮光するものである。本実施形態において、遮光部材５は、図２に示すように、左右に配置された発光素子３と受光素子４との間における略中間位置において、略垂直方向に沿って設けられている。これにより、図３に示すように、断面円弧状の残量目視用スリットＳの外表面に対して、遮光部材５の端部が隙間なく接触し、光が漏れないようになっている。

本実施形態において、遮光部材５を設ける理由は、飼料センサ１を取り付けた残量目視用スリットＳの表面にキズがある場合や、当該残量目視用スリットＳが経年劣化により黄変等している場合でも、飼料の有無を正確に検知するためである。具体的には、残量目視用スリットＳの表面にキズや黄変等があると、図６に示すように、発光素子３から発せられた光は、飼料のみならず残量目視用スリットＳの表面で拡散反射する。このため、キズや黄変等がない場合と比較して、受光素子４に入射する反射光の光量が大きくなる。

一方、上述したとおり、飼料タンクＴ内に飼料がある場合の反射光は、飼料が無い場合の反射光よりも光量が大きい。このため、上述したとおり、発光時と非発光時の検出値差を用いて太陽光の影響をキャンセルしたとしても、図７に示すように、残量目視用スリットＳの表面にキズ等があり、かつ、飼料がない場合と、前記残量目視用スリットＳの表面にキズ等がなく、かつ、飼料がある場合とで、検出値差（光量差）がほぼ同じになる可能性があり、この場合、検出値差の判定用閾値が飼料センサ１の生産時に設定されていると、飼料の有無の判定を誤ってしまうこととなる。そこで、本実施形態では、遮光部材５を設けることにより、残量目視用スリットＳ表面のキズや黄変による影響を低減するようになっている。

拡散部材６は、拡散フィルムを貼付した透明樹脂板や、拡散性を有する塗料を塗布した透明樹脂板等によって構成されており、光を拡散するものである。本実施形態において、拡散部材６は、図４に示すように、発光素子３と残量目視用スリットＳとの間、および受光素子４と残量目視用スリットＳとの間にそれぞれ設けられている。なお、各拡散部材６の端部は、発光素子３および受光素子４よりもそれぞれ１０ｍｍ程度外側に張り出して設けられていればよい。

本実施形態において、拡散部材６を設ける理由は、残量目視用スリットＳ表面のキズや黄変の位置に基づく誤検知を防止するためである。具体的には、図８（ａ）に示すように、拡散部材６がない場合において、発光素子３付近のみに多くのキズや黄変箇所があると、当該キズ等によって光が拡散し受光素子４に入射する光が少なくなる。一方、図８（ｂ）に示すように、受光素子４付近のみに多くのキズや黄変箇所があると、キズや黄変がなければ直進する光も受光素子４に向けて拡散し、受光素子４に入射する光が多くなる。

このため、図９に示すように、受光素子４付近にのみキズ等があり、飼料がない場合と、発光素子３付近にのみキズ等があり、飼料がある場合とで、検出値差（光量差）がほぼ同じになり、区別できなくなる可能性がある。そこで、本実施形態では、発光素子３側および受光素子４側の双方に拡散部材６を設けることにより光の拡散度合を均等化し、残量目視用スリットＳの表面のキズや黄変の位置による影響を低減するようになっている。

マイクロコンピュータ９は、電子回路基板９１に搭載されたワンチップマイコン等で構成されており、図１０に示すように、各種のデータを記憶する記憶手段７と、各種の演算処理を実行する制御手段８とを有している。なお、マイクロコンピュータ９は、ノイズを低減するため、受光素子４に隣接する位置、または受光素子４から５０ｃｍ以内の近傍位置に設置することが好ましい。

記憶手段７は、各種のデータを記憶するとともに、制御手段８が演算処理を行う際のワーキングエリアとして機能するものである。本実施形態において、記憶手段７は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等で構成されており、図１０に示すように、プログラム記憶部７１と、判定用閾値記憶部７２とを有している。

プログラム記憶部７１には、本実施形態の飼料センサ１を制御するための飼料検知プログラム１ａが組み込まれている。そして、制御手段８が、飼料検知プログラム１ａを実行することにより、マイクロコンピュータ９を後述する各構成部として機能させるようになっている。

判定用閾値記憶部７２は、飼料タンクＴ内に飼料があるか否かを判定するための閾値である判定用閾値を記憶するものである。本実施形態では、上述したとおり、発光素子３が発光しているときの検出値から、発光素子３が発光していないときの検出値を差し引いた検出値差を算出し、当該検出値差が判定用閾値に対して大きいか小さいかによって飼料の有無を判定するようになっている。

また、上述した検出値差は太陽光の影響等が除去されている値であるため、判定用閾値としては、メーカーサイド等で予め求めた適切な値を用いることができる。このため、本実施形態では、飼料センサ１を製造する際の一工程として、当該判定用閾値を事前に判定用閾値記憶部７２に設定するようになっている。これにより、飼料センサ１を取り付ける際に、判定用閾値を設定する必要がなく、作業コストが低減する。

制御手段８は、主として、発光素子３の発光に係るオンオフを制御するとともに、受光素子４での検出値を取得するものである。本実施形態において、制御手段８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等で構成されており、記憶手段７にインストールされた飼料検知プログラム１ａを実行することにより、図１０に示すように、オンオフ制御部８１と、検出値取得部８２と、検出値差算出部８３と、飼料判定部８４と、判定結果出力部８５として機能するようになっている。以下、各構成部についてより詳細に説明する。

オンオフ制御部８１は、発光素子３の発光に係るオンオフを制御するものである。本実施形態において、オンオフ制御部８１は、マイクロコンピュータ９の内蔵時計により現在時刻を監視し、予め設定された計測タイミングになったとき、所定の電圧を付与して発光素子３を所定時間だけ発光させるようになっている。なお、計測タイミングとしては、１日に２回（例：１０時と１４時）等、ユーザによって適宜設定することができる。

検出値取得部８２は、受光素子４から検出値を取得するものである。本実施形態において、検出値取得部８２は、発光素子３が発光しているとき、および発光素子３が発光していないときの双方において、受光素子４から出力された電流を検出値として取得する。以下、本考案において、発光素子３を発光させた状態で取得した検出値を発光時検出値といい、発光素子３を発光させない状態で取得した検出値を非発光時検出値という。

検出値差算出部８３は、発光時検出値と非発光時検出値との検出値差を算出するものである。具体的には、検出値差算出部８３は、検出値取得部８２によって取得された発光時検出値から、検出値取得部８２によって取得された非発光時検出値を差し引くことにより、検出値差を算出するようになっている。

飼料判定部８４は、飼料センサ１が取り付けられた高さ位置における飼料の存在有無を判定するものである。本実施形態において、飼料判定部８４は、検出値差算出部８３によって算出された検出値差が、判定用閾値記憶部７２に設定されている判定用閾値以上の場合、当該高さ位置に飼料が存在すると判定する。一方、飼料判定部８４は、検出値差が判定用閾値よりも小さい場合、当該高さ位置に飼料が存在しないと判定するようになっている。

判定結果出力部８５は、飼料判定部８４による判定結果をセンサ親機１１へリアルタイムで出力するものである。本実施形態において、飼料判定部８４による判定結果は、オープンコレクタによる出力方式によって「無し（Ｌ）」か「有り（Ｈ）」かの二値情報で構成されている。このため、判定結果出力部８５は、各飼料センサ１ごとに割り当てられたチャネルから当該二値情報を出力するようになっている。なお、後述するとおり、センサ親機１１を設けず、飼料センサ１と残量データ配信端末１２とを直接接続する場合、判定結果出力部８５は、飼料判定部８４による判定結果を残量データ配信端末１２へ直接出力する。

つぎに、センサ親機１１は、飼料センサ１と残量データ配信端末１２との間に介在されて飼料センサ１による判定結果を残量データ配信端末１２へ送信するものである。本実施形態において、センサ親機１１は、飼料タンクＴに取り付けられた一つまたは複数の飼料センサ１と接続ケーブルによって接続されており、データ通信および送電可能に構成されている。そして、各飼料センサ１の判定結果出力部８５から出力された判定結果を取得し、当該判定結果を各飼料センサ１のチャネルに対応付けて残量データ配信端末１２へ送信するようになっている。

また、本実施形態において、センサ親機１１は、図１に示すように、判定結果出力部８５から出力された判定結果に基づいて、飼料タンクＴ内の飼料の有無を表示する飼料有無表示部１１ａを有している。この飼料有無表示部１１ａは、２色ＬＥＤ等によって構成されており、一つの飼料センサ１に対して一つずつ設けられている。そして、センサ親機１１は、判定結果が「有り」の場合は飼料有無表示部１１ａを緑色に発光させ、「無し」の場合は飼料有無表示部１１ａを赤色に発光させる。これにより、センサ親機１１を地面の近くに設置することで、飼料センサ１が正常に動作しているか否かが視認可能となっている。

なお、本実施形態では、予期せぬ不具合をできるだけ少なくするため、飼料センサ１と残量データ配信端末１２との間にセンサ親機１１を設け、接続ケーブルが長くなり過ぎないようにしている。しかしながら、この構成に限定されるものではなく、センサ親機１１を設けることなく、飼料センサ１と残量データ配信端末１２とを直接接続するようにしてもよい。

残量データ配信端末１２は、データロガー等で構成されており、飼料センサ１による判定結果を収集し、複数の飼料タンクＴに関する残量データを記憶するとともに、当該残量データをユーザ端末１４および／または飼料残量管理サーバ１３へ配信するものである。具体的には、残量データ配信端末１２は、センサ親機１１から複数のチャネルを介して、複数の飼料タンクＴに関する判定結果を取得する。そして、残量データ配信端末１２は、各判定結果に基づいて、各飼料タンクＴに関する残量データを保存するようになっている。

例えば、所定の飼料タンクＴに設けられている全ての飼料センサ１の判定結果が「有り」であった場合、残量データ配信端末１２は、飼料の補充が不要であることを残量データとして記憶する。一方、全ての飼料センサ１の判定結果が「無し」であった場合、残量データ配信端末１２は、飼料の補充が必要であることを残量データとして記憶する。この場合、残量データ配信端末１２は、当該飼料タンクＴに関する残量データを電子メール等によってユーザ端末１４や飼料残量管理サーバ１３へ配信する。

本実施形態において、残量データ配信端末１２にて保存される残量データは、図１１に示すように、各チャネルに対応するタンクＩＤに対応付けて、飼料の残量、発注先および連絡先（メールアドレスや電話番号）が登録されている。このため、ユーザ端末１４や飼料残量管理サーバ１３へ配信される電子メールには、補充が必要となった飼料タンクＴのタンクＩＤと、発注先の連絡先が記載されるようになっている。なお、残量データに含まれる項目は、上記に限定されるものではなく、飼料の残量を含むものであれば、適宜追加・変更してもよい。

また、本実施形態において、残量データ配信端末１２は、各飼料センサ１による判定結果をセンサ親機１１から一括して取得しているが、この構成に限定されるものではない。上記のとおり、センサ親機１１が設けられていない場合、残量データ配信端末１２は、各飼料センサ１から直接判定結果を取得してもよい。

さらに、本実施形態において、残量データ配信端末１２は、全ての飼料センサ１の判定結果が「無し」の場合に、飼料の補充が必要と判定しているが、この構成に限定されるものではなく、適宜変更しうる。例えば、本実施形態のように、異なる高さ位置に二つの飼料センサ１が設けられている場合、低い方の飼料センサ１の判定結果が「有り」でも、高い方の飼料センサ１の判定結果が「無し」となった時点で、飼料の補充が必要であると判定してもよい。

飼料残量管理サーバ１３は、複数のエリアに設置されている複数の飼料タンクＴに関する残量データを一括管理するものである。本実施形態において、飼料残量管理サーバ１３は、インターネット網を介して接続されるクラウドサーバ等によって構成されている。そして、飼料残量管理サーバ１３は、複数の牧場や複数の農家等のように、複数のエリアに設置されている残量データ配信端末１２から残量データを取得し、複数のエリアに設置されている飼料タンクＴの残量データを管理するようになっている。

本実施形態において、飼料残量管理サーバ１３にて管理される残量データは、図１２に示すように、データの取得日時、飼料タンクＴの設置拠点、タンクＩＤ、飼料の残量および配送担当等が登録されている。なお、残量データに含まれる項目は、上記に限定されるものではなく、飼料の残量を含むものであれば、適宜追加・変更してもよい。

また、本実施形態において、飼料残量管理サーバ１３は、飼料の補充が必要となった飼料タンクＴに飼料を配送する際の最適な配送ルートを探索し、配送担当者等へ通知するようになっている。具体的には、飼料残量管理サーバ１３によって管理されている牧場や農家のうち、複数の牧場や農家において飼料タンクＴに飼料の補充が必要となった場合、各飼料タンクＴの配送担当を確認する。そして、同一の配送担当が、複数のエリア（牧場や農家）へ配送することが必要となった場合、当該複数のエリアおよび配送拠点の位置関係を把握し、配送拠点から複数のエリアへ飼料を配送するのに最適な配送ルートを探索する。そして、探索した配送ルートを配送担当者の端末等へ送信するようになっている。なお、最適な配送ルートとは、最短距離となるルートや、渋滞等を考慮した最短時間となるルート等である。

さらに、本実施形態において、飼料残量管理サーバ１３は、飼料価格の上下動を監視し、できるだけ飼料を安く購入しうる時期を推測し、購入タイミングを調整するようになっている。

ユーザ端末１４は、スマートフォン、携帯電話、タブレット、デスクトップ型・ノート型パーソナルコンピュータ等で構成されており、ユーザが所有する端末である。ユーザ端末１４は、モバイル通信網やインターネット網等を介して、残量データ配信端末１２から残量データを受信するようになっている。なお、ユーザ端末１４を所有するユーザとしては、牧場主、農家、飼料会社、配送会社等が挙げられる。

つぎに、以上の構成を備えた本実施形態の飼料センサ１および飼料残量管理システム１０による作用について図面を参照しつつ説明する。

まず、本実施形態の飼料センサ１によって飼料の有無を検知する場合、飼料タンクＴの残量目視用スリットＳの外表面に沿う所定の高さ位置に飼料センサ１を取り付ける。このとき、飼料センサ１は、光を用いて飼料タンクＴの外部から飼料の有無を検知する方式であるため、既設の飼料タンクＴに対しても簡単に外付けすることができる。また、既に貯蔵されている飼料を取り出したり、飼料タンクＴに穴空け加工する必要が一切なく、取り付け作業にかかるコストや時間が低減される。

つぎに、図１３に示すように、オンオフ制御部８１が、予め設定された計測タイミングになったか否かを監視する（ステップＳ１）。そして、所定の計測タイミングになったとき（ステップＳ１：ＹＥＳ）、オンオフ制御部８１は、発光素子３を所定時間だけ発光させる（ステップＳ２）。これにより、飼料タンクＴ内に飼料がある場合、発光素子３から発せられた光は飼料によって反射され、受光素子４に強い反射光が戻ってくる。一方、図４（ｂ）に示すように、飼料タンクＴ内に飼料がない場合、発光素子３から発せられた光はそのまま飼料タンクＴ内へ透過され、受光素子４に戻ってくる反射光は弱いものとなる。

発光素子３がオンになっている間、検出値取得部８２は、受光素子４から発光時検出値を取得するとともに（ステップＳ３）、発光素子３がオフになった後（ステップＳ４）、受光素子４から非発光時検出値を取得する（ステップＳ５）。このとき、本実施形態では、遮光部材５が、発光素子３から発せられて残量目視用スリットＳの外表面で反射する光を遮光する。このため、残量目視用スリットＳの表面にキズや黄変があったとしても、遮光部材５は当該キズ等によって拡散反射した光が受光素子４に入射するのを防止する。これにより、残量目視用スリットＳ表面のキズや黄変による検出値への影響が低減され、飼料の有無の検知精度が向上する。

また、本実施形態では、拡散部材６が、発光素子３から残量目視用スリットＳへ入射する光、および残量目視用スリットＳから受光素子４へ入射する光をそれぞれ拡散する。これにより、発光素子３または受光素子４のいずれか一方側にのみ、残量目視用スリットＳの表面にキズや黄変があったとしても、発光素子３側および受光素子４側の双方の光がほぼ均等に拡散される。このため、残量目視用スリットＳ表面のキズや黄変の位置による検出値への影響が最小限に抑制され、検知精度が向上する。

つぎに、検出値差算出部８３が、発光時検出値と非発光時検出値との検出値差を算出した後（ステップＳ６）、飼料判定部８４が、当該検出値差と判定用閾値とを比較する（ステップＳ７）。そして、当該検出値差が判定用閾値以上の場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、当該飼料センサ１の高さ位置に飼料が存在すると判定する（ステップＳ８）。一方、検出値差が判定用閾値よりも小さい場合（ステップＳ７：ＮＯ）、当該高さ位置に飼料が存在しないと判定する（ステップＳ９）。このように、発光時検出値のみを用いるのではなく、検出値差を用いることにより、残量目視用スリットＳを通して受光素子４へ入射する太陽光によって検出値に及ぼされる影響が除去されるため、検知精度が向上する。

飼料判定部８４による判定結果は、判定結果出力部８５によってリアルタイムでセンサ親機１１へ出力される（ステップＳ１０）。一方、判定結果を受信したセンサ親機１１では、当該判定結果を残量データ配信端末１２へ転送するとともに、当該判定結果に基づいて、飼料タンクＴ内の飼料の有無を飼料有無表示部１１ａに表示する（ステップＳ１１）。これにより、ユーザは飼料センサ１が正常に動作しているか否かを一目瞭然で確認する。また、飼料センサ１との接続ケーブルを短くすることができ、予期せぬ不具合を未然に防止する。

つづいて、残量データ配信端末１２が、飼料センサ１の判定結果を収集し、複数の飼料タンクＴに関する残量データを記憶する（ステップＳ１２）。そして、残量データ配信端末１２は、当該残量データをユーザ端末１４や飼料残量管理サーバ１３へ配信する（ステップＳ１３）。これにより、ユーザ端末１４では、補充が必要となった飼料タンクＴのタンクＩＤや、発注先の連絡先がリアルタイムで配信されるため、速やかに補充の手続を進めることが可能となる。

なお、牛等のように飼料を食べなければすぐに痩せてしまう家畜も存在するため、近年では、一頭ごとに家畜の体重等を管理する場合も多い。この場合、飼料会社や運送会社は、牧場主や農家等から飼料タンクＴ内の飼料を絶対に絶やさないことが厳しく要求される。この点、飼料会社や運送会社の作業者が所有するユーザ端末１４には、高精度な残量データがリアルタイムで配信されるため、飼料タンクＴ内の飼料を絶やしてしまうことが防止される。

一方、残量データが配信された飼料残量管理サーバ１３では、複数のエリアに設置されている複数の飼料タンクＴに関する残量データを記憶する（ステップＳ１４）。これにより、複数の牧場主や農家が所有する飼料タンクＴの残量を一括して管理することが可能となる。このため、管理規模が大きくなって残量データがビッグデータとなれば、これを解析することで生乳等の生産状況や飼料の使用状況等を予測し、ユーザへフィードバックすることも可能となる。

また、飼料残量管理サーバ１３は、複数のエリアへ飼料を配送するのに最適な配送ルートを探索し、配送担当者へ通知する（ステップＳ１５）。これにより、無駄な配送コストが低減されるため、牧場主や農家の管理費用負担が軽減される。

以上のような本実施形態の飼料センサ１および飼料残量管理システム１０によれば、以下のような効果を奏する。
１．高精度でありながら安価で、既設の飼料タンクＴに対しても穴空け加工等を施すことなく簡単に外付けすることができ、個人や小規模および中規模の牧場や農家であっても導入しやすい。
２．太陽光による影響を抑制し、飼料の有無の検知精度を向上することができる。
３．残量目視用スリットＳの表面のキズや黄変による影響を抑制し、飼料の有無の検知精度を向上することができる。
４．残量目視用スリットＳの表面のキズや黄変の位置による影響を抑制し、飼料の有無の検知精度を向上することができる。
５．飼料センサ１が正常に動作しているか否かを一目瞭然で確認することができる。
６．飼料の補充が必要となった飼料タンクＴをリアルタイムで知ることができ、飼料タンクＴ内の飼料を絶やしてしまうことを防止することができる。
７．複数の牧場主や農家が所有する複数の飼料タンクＴの残量を一括して管理することができる。
８．複数エリアへの最適な配送ルートを探索でき、牧場主や農家の管理費用負担を軽減することができる。

なお、本考案に係る飼料センサ１および飼料残量管理システム１０は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。例えば、上述した本実施形態では、遮光部材５が、左右に配置された発光素子３と受光素子４との間で略垂直方向に沿って設けられているが、この構成に限定されるものではない。すなわち、発光素子３および受光素子４を略垂直方向に沿う上下に配置し、両者の略中間位置に遮光部材５を略水平方向に沿って設けてもよい。ただし、この場合、遮光部材５の端部を残量目視用スリットＳの外表面にフィットする円弧状に形成し、光を漏れにくくすることが好ましい。

また、上述した本実施形態では、残量データ配信端末１２が、ユーザ端末１４および飼料残量管理サーバ１３の双方へ残量データを配信しているが、この構成に限定されるものではなく、いずれか一方へのみ配信するようにしてもよい。

さらに、上述した本実施形態では、飼料センサ１を製造する際の一工程として、当該判定用閾値を事前に判定用閾値記憶部７２に設定しているが、この構成に限定されるものではなく、飼料センサ１を取り付ける際に判定用閾値を設定してもよい。ただし、飼料は液体のような一様な色をしておらず、コーンフレークのように大きなつぶつぶであるため、飼料がある場合は検出値が大きく上下する一方、飼料がない場合はほとんど上下しない。このため、飼料センサ１の取り付け時に判定用閾値を設定する場合は、飼料タンクＴ内に飼料がない状態で設定することが望ましい。

また、上述した本実施形態では、残量目視用スリットＳのキズや黄変による影響を低減するため、遮光部材５および拡散部材６を使用しているが、残量目視用スリットＳにキズや黄変が全くない場合等には、必ずしも使用しなくてもよい。ただし、この場合、上述したとおり飼料は液体ではなく大きなつぶつぶであるため、拡散部材６がないと、飼料がある状態で飼料を撹拌しながら検出値を観察すると、飼料がない状態での検出値を下回ることがある。つまり、実際には飼料があるにも関わらず、誤って「飼料なし」と判断してしまう可能性がある。

１ 飼料センサ
１ａ 飼料検知プログラム
２ 遮光ケース
３ 発光素子
４ 受光素子
５ 遮光部材
６ 拡散部材
７ 記憶手段
８ 制御手段
９ マイクロコンピュータ
１０ 飼料残量管理システム
１１ センサ親機
１１ａ 飼料有無表示部
１２ 残量データ配信端末
１３ 飼料残量管理サーバ
１４ ユーザ端末
７１ プログラム記憶部
７２ 判定用閾値記憶部
８１ オンオフ制御部
８２ 検出値取得部
８３ 検出値差算出部
８４ 飼料判定部
８５ 判定結果出力部
９１ 電子回路基板
Ｓ 残量目視用スリット
Ｔ 飼料タンク

Claims (7)

1. 飼料の残量を目視するための残量目視用スリットを備えている飼料タンクに設けられる飼料センサであって、
   前記残量目視用スリットの外表面に沿う所定の高さ位置に設けられ、光を発する発光素子と、
   前記残量目視用スリットの外表面に沿う所定の高さ位置に設けられ、前記飼料タンク内部からの反射光を受けて光量に応じた検出値を出力する受光素子と、
   前記発光素子の発光に係るオンオフを制御するとともに、前記受光素子から出力された検出値を取得する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記発光素子を発光させた状態で取得した検出値である発光時検出値と、前記発光素子を発光させない状態で取得した検出値である非発光時検出値との検出値差を算出し、前記検出値差が判定用閾値以上の場合、前記高さ位置に前記飼料が存在すると判定し、前記検出値差が前記判定用閾値よりも小さい場合、前記高さ位置に前記飼料が存在しないと判定する、飼料センサ。
2. 前記発光素子と前記受光素子との間には、前記発光素子から発せられて前記残量目視用スリットの外表面で反射する光を遮光する遮光部材が設けられている、請求項１に記載の飼料センサ。
3. 前記発光素子および前記受光素子は、略水平方向に沿う左右位置に設けられているとともに、前記遮光部材は、前記発光素子と前記受光素子との間で略垂直方向に沿って設けられている、請求項２に記載の飼料センサ。
4. 前記発光素子と前記残量目視用スリットとの間、および前記受光素子と前記残量目視用スリットとの間には、光を拡散する拡散部材が設けられている、請求項１から請求項３のいずれかに記載の飼料センサ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の飼料センサと、前記飼料センサによる判定結果を収集し、複数の前記飼料タンクに関する残量データを記憶するとともに、前記残量データをユーザ端末および／または飼料残量管理サーバへ配信する残量データ配信端末とを有している、飼料残量管理システム。
6. 前記飼料残量管理サーバは、前記残量データ配信端末から前記残量データを取得し、複数のエリアに設置されている前記飼料タンクの残量データを管理するとともに、飼料の補充が必要となった前記飼料タンクに飼料を配送する際の最適な配送ルートを探索する、請求項５に記載の飼料残量管理システム。
7. 前記飼料センサと前記残量データ配信端末との間に介在されて前記飼料センサによる判定結果を前記残量データ配信端末へ送信するとともに、前記判定結果に基づいて前記飼料タンク内の飼料の有無を表示するセンサ親機を有している、請求項５または請求項６に記載の飼料残量管理システム。

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