JP4036638B2

JP4036638B2 - 土壌散水装置

Info

Publication number: JP4036638B2
Application number: JP2001368643A
Authority: JP
Inventors: 貞広池崎
Original assignee: Nippon Keiki Works Ltd
Current assignee: Nippon Keiki Works Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2021-12-03
Also published as: JP2003169552A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は花，ネギ等の植物の土壌の水分量を所定値以上に保つため自動的に散水，止水を行なう土壌散水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、畑やハウス内などで散水する場合、作業者が畑の状態，天候，等の状態を判断して手動で３０分から１時間ぐらい散水するか、またはタイマを使用し、ある時間ごとに散水しているのが実情である。
手動の場合は散水し、または一定時間経過したときに止水する必要がある。そのため、例えばネギ畑を何十棟に及ぶハウスで栽培している場合には、水やり作業が１日がかりとなり、ときにはバルブを止め忘れることなどがあるという問題があった。また、タイマ使用の場合には周囲の状態とは関係なしに一定時間水をまく装置であるため、必要ないときも散水を行い水を無駄にしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、従来の土壌散水装置の一例を示す概略図である。
栽培ハウス６３の中に水道管６２が導かれ、栽培ハウス６３上部には導入管６４が架設されている。水道管６２と導入管６４の接続部には手動バルブ６０が設けられている。導入管６４には一定間隔で多数のスプリンクラー６１が垂設されている。
散水する場合は作業者が手動バルブ６０を開き、一定時間後に作業者の手によって手動バルブ６０を閉じていた。
従来の土壌散水装置はこのように手動またはタイマによっていたため、ハウスや畑が多い場合には多大な作業時間を要するとともに散水量は作業者の経験などに頼らざるおう得なかった。また、散水時は夕方または朝が通常であるため、作業者自身、時間的な制約も受けていた。タイマによる場合は散水量を無駄にする場合があり、その時の周囲環境に適した管理ができない。
【０００４】
本発明は上記欠点を解決するもので、その目的は、植物の水を吸収する根の位置付近に自由にセットできる水分量検出センサとその位置で水分量を制御できる装置部および水管開閉バルブを設けることにより、土中の水分量の渇き具合を検知して自動的に散水，止水を行ない、作物に対し最適な水分量管理ができる土壌散水装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明による土壌散水装置は、散水バルブを開閉する電磁弁と、土中に２以上の金属棒を差込み、金属棒端子間の土が含む水分の増減による抵抗変化を電圧値に変換して出力するセンサ部と、土中の水分量を所定値に設定可能な参照電圧部と、前記センサ部出力と前記参照電圧部の電圧値とを比較し、設定された水分量以下になったとき、散水信号を出力し、設定された水分量以上になったとき、止水信号を出力する比較部と、前記散水信号により前記電磁弁を作動させて散水バルブを開く散水動作回路と、前記止水信号により前記電磁弁を作動させて散水バルブを閉じる散水停止回路と、所定の明るさになったことを検出する照度検出センサと、前記照度検出センサ出力により前記比較部出力と前記散水動作回路および散水停止回路の入力とを接続し、前記比較部から散水信号が出力されたときは、その散水信号を前記散水動作回路の入力に伝達させ、かつ前記比較部出力と前記散水動作回路および散水停止回路の入力との接続を維持し、前記比較部から止水信号が出力されたときは、その止水信号を前記散水停止回路の入力に伝達させ、かつ前記比較部出力と前記散水動作回路および散水停止回路の入力との接続を断とする時間制御部とを備え、土壌の水分量に応じて散水，止水制御を行なうように構成されている。
また、本発明における前記センサ部は、所定時間毎に極性を反転させて金属棒端子間に電流を流すことにより所定の方向に土中の水分量対応の電圧値を得るように構成することができる。
さらに、本発明は土壌散水装置の電源となる電池の電圧値が所定値以上であって前記散水動作回路が散水動作中であること、および土壌散水装置の電源となる電池の電圧値が所定値以上であって前記散水停止回路が止水動作中であることを表示する電池モニタ回路を設けることができる。
さらには本発明は前記土中の水分量を表示する表示器を設けることができる。
【０００６】
上記構成によれば、作業者の作業量が大幅に緩和されるとともにその周囲環境に適した散水管理ができ、常にその作物に適した水分量を土壌に与えることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明による土壌散水装置のハウス内の設置状態を示す概略図である。
栽培ハウス１９内には水道管１８が導かれ、栽培ハウス１９の上方に一定間隔で多数のスプリンクラー２０が垂設された導入管２１が架設されている。水道管１８と導入管２１との接続部にはこれらの間を開閉する電磁弁１５が設けられている。土壌散水装置のコントロールボックス１が立設され、コントロールボックス１内の制御回路により電磁弁１５がパルス信号により開閉制御される。
【０００８】
電磁弁１５が作動してバルブが開いた場合には栽培ハウス１９内のスプリンクラー２０によって散水される。電磁弁１５が作動してバルブが閉じた場合には水道管１８の水は遮断され栽培ハウス１９内のスプリンクラー２０による散水は停止する。
土中の水分量を検出するためのセンサ部１７が、散水対象となる土壌に差し込まれている。センサ部１７が予め設定されている水分量以下および水分量以上になったことを検出すると、その検出信号がコントロールボックス１に送られ、その信号に基づき電磁弁１５がバルブを開くか、閉じるかの制御を行なう。
【０００９】
図２は、本発明による土壌散水装置のコントロールボックスの外観を示す概略図である。
ポール７によって土上に立てられたコントロールボックス１の正面には土壌の水分量を測定表示する水分量メータ５，止水中であることを示す止水中表示部３，散水中であることを示す散水表示部２および水分量設定ボリューム４が設けられている。水分量設定ボリューム４は、散水する時期，場所，栽培作物によって適切な水分量になるように予め設定するものである。
コントロールボックス１の下部には電源となる乾電池６が収容されている。
【００１０】
図３は、センサ部の構成を説明するための図である。
センサ基部８にガイドピン１０が植設され、その内側に４本の金属製のセンサピン９が貫通して設けられている。センサ基部８の上部に突出しているセンサピン９の頭部にはリード線１３ａ，１３ｂが接続されている。センサピン９の上部の大部分は絶縁チューブ１１で覆われ、その先端部は尖った形状であり金属部分が露出している。この先端部の金属部分の間の土壌の抵抗値が検出される。
センサ部１７はセンサ基部８の下面まで差し込むように埋設され、この例では土中１５ｃｍ付近まで達し、その深さ付近の土壌の水分量を検知することとなる。
埋設深さを調整すれば、土壌の任意の深さの水分量を測定できる。このセンサピン９の極性が変わるように反転する電流を加えることにより、交流的に抵抗値を検知して所定方向の電圧を得、安定した抵抗値を測定できるようにしている。
【００１１】
図４は、センサ部の電気等価回路を示す図である。
センサ部１７は４本のセンサピンからなり、根元（突出部）で対角線状に配線してある。センサピンを４本設けたのは信頼性向上のためであり、センサピン２本では１ヵ所抵抗測定に対して４本のセンサピンでは４ヵ所の測定になるからである。各センサピンの先端部の金属露出部分間の土壌の抵抗値は等価的に記載するとＲ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４となる。
【００１２】
図５は、本発明による土壌散水装置の回路の実施の形態を示すブロック図である。
センサ部１７には定電流部２５の定電流が供給される。これによりセンサ部１７の出力端には土壌の抵抗値に対する電圧値が出力される。センサ部１７の出力端のインピーダンスはインピーダンス変換部２６により高インピーダンスから低インピーダンスに変換される。インピーダンス変換部２６の出力端には土中の水分量の測定値を表示する表示器（水分量メータ５）２７が接続されている。インピーダンス変換部２６の出力と水分量を設定可能な参照電圧部（摺動抵抗）２８の電圧はコンパレータ（比較部）２９に入力され比較される。比較の結果、参照電圧部で設定した値より土壌の水分量が減少した場合には、コンパレータ２９の出力端からは散水信号（ＬからＨレベルになる）が出力される。また、参照電圧部で設定した値より土壌の水分量が増加した場合には、コンパレータ２９の出力端からは止水信号（ＨからＬレベルになる）が出力される。
【００１３】
照度検出センサ３０は、散水する時間帯を決めるもので、冬場は朝，夏場は夕方になるようにするため、照度検出センサ３０で明るさを検知し、後段の回路３８（図６参照）から朝方と夕方に単独にパルスを出力する。
時間制御部３１は、上記照度検出センサ３０出力（朝方か夕方のパルス信号または常時出力信号）によりコンパレータ２９出力と散水動作回路の立ち上り微分回路３４および散水停止回路の立ち下り微分回路３２の入力とを接続する。そして、コンパレータ２９から散水信号が出力されたとき、その散水信号を立ち上り微分回路３４の入力に伝達させ、かつコンパレータ２９出力と立ち上り微分回路３４および立ち下り微分回路３２の入力との接続を維持し続ける。さらにコンパレータ２９から止水信号が出力されたときは、その止水信号を立ち下り微分回路３２の入力に伝達させ、かつコンパレータ２９出力と立ち上り微分回路３４および立ち下り微分回路３２の入力との接続を断とする。
【００１４】
立ち上り微分回路３４は入力がＬレベルからＨレベルになったとき、立ち上り信号を出力するものである。立ち下り微分回路３２は入力がＨレベルからＬレベルになったとき、立ち下り信号を出力するものである。
散水用ドライバ３５は散水信号により電磁弁１５を起動しバルブを開成させる。止水用ドライバ３３は止水信号により電磁弁１５を起動しバルブを閉成させる。
【００１５】
図６は、図５の回路の詳細図である。
定電流部２５は、ＦＥＴ２５ａ，２つの抵抗２５ｂ，２５ｃおよび切替スイッチ２５ｄより構成され、センサ部１７に定電流を供給する。切替スイッチ２５ｄは測定すべき土質の抵抗値が大きい場合（シラス台地など）には予め「乾」側に切替選択される。反対に測定すべき土質の抵抗値が小さい場合は「湿」側に切替選択される。
この定常電流がセンサ部１７に流れるためセンサ部の抵抗値が電圧値として検出できる。センサ部１７はＡ回路を含んでおり、２つの電極に加えられる電流の向きは２つのスイッチ１７ａおよび１７ｂによって交互に変えられる。
【００１６】
図７（ｂ）にこのＡ部分を含むセンサ部１７の詳細を示す。
センサ部１７のＡ部分はセンサ端子１７ｃおよび端子１７ｄの接続を切り換えるアナログスイッチＩＣであり、コンデンサ，抵抗，ナンドゲート，インバータよりなる発振回路の５Ｈｚの発振出力によりセンサ端子１７ｃおよび端子１７ｄを交互に切り換える交流動作を行なっている。このため抵抗値変化はこの例の場合は０Ｖ〜５Ｖの範囲で変換される。
図８に土壌の湿度に対するセンサ部の抵抗値の変化を示す。
図８（ａ）に示すように土壌の抵抗値は水分が多くなると低くなる。そして図８（ｂ）に示すように直流の電圧を加えて抵抗を測定すると、時間とともに増加する性質を示す。すなわち、直流で検出すると抵抗値が時間とともに大きくなることが分かる。そこで、抵抗値を安定化させるために図７（ｂ）のアナログスイッチを用いてセンサ部の電圧を交流で出力するようにしたのである。
【００１７】
図６に戻って説明する。
センサ部の出力インピーダンスはそのままでは高いため、抵抗，コンデンサおよびＯＰアンプよりなるインピーダンス変換部２６によりインピーダンスを小さくしている。その出力電圧値を表示器２７であるアナログメータで表示し水分量を表示している。参照電圧部２８は２つの抵抗と摺動抵抗である水分量設定ボリューム４より構成され、上述したように水分量設定ボリューム４は、散水する時期，場所，栽培作物によって適切な水分量になるように予め設定するものである。
コンパレータ２９は２つの抵抗とＯＰアンプより構成され、インピーダンス変換部２６の出力が参照電圧部２８の設定電圧より小さくなった場合（土が湿ってくる）には止水信号であるＬレベル信号を出力する。反対にインピーダンス変換部２６の出力が参照電圧部２８の設定電圧より大きくなった場合（土が乾いてくる）には散水信号であるＨレベル信号を出力する。
【００１８】
照度検出センサ３０はフォトトランジスタ３０ａ，それぞれ明るさ検出レベルを規定する抵抗３０ｂ，３０ｃおよび切替スイッチ３０ｃより構成されている。その季節によって切替スイッチ３０ｃを切り替えることにより散水する明るさを選択することができる。切替スイッチ３０ｃを例えば図示の位置（抵抗３０ｃ（５ＭΩ））に切り替えた場合には周囲の明るさが３０ルクスで散水が開始する。また反対側（抵抗３０ｂ（２Ｍオーム））に切り替えた場合に６０ルクスで散水が開始する。回路３８とアナログスイッチ３７は時間制御部３１に対応する回路部分である。回路３８の上側の２つのインバータ，ナンドゲート，抵抗，コンデンサ，インバータで構成されるパルス発生回路は朝明るくなってきたときにワンパルスを発生させる。回路３８の下側のインバータ，ナンドゲート，抵抗，コンデンサ，インバータで構成されるパルス発生回路は夕方暗くなってきたときにワンパルスを発生させる。すなわち、朝方明るくなって所定レベルに達すると、回路３８にはＬレベル信号が入力するため、上側のパルス発生回路出力にはＨレベルのワンパルスが発生する。また、夕方暗くなって所定レベル以下になると、回路３８にはＨレベルの信号が入力するため、下側のパルス発生回路出力にはＨレベルのワンパルスが発生する。
【００１９】
回路３８の後段には上側パルス回路，下側パルス回路および電源レベル出力を選択するためロータリースイッチ３８ａが設けられている。散水を１日の何時するかはこのロータリースイッチ３８ａで選択することができる。図示の位置は電源レベルが接続されており、アナログスイッチ３７は（ハ）より制御信号としてＨレベル信号が印加されている。この場合には明るさには関係なく散水信号が入力した時点で散水が開始する。
アナログスイッチ３７の３７ｂのスイッチは回路３８のＨレベル信号（（ハ）より入力）が入力している間のみ接続するスイッチである。また３７ａのスイッチはＨレベル信号が一旦入力すると、接続されその接続状態を保つホールドスイッチである。
【００２０】
例えば、ロータリースイッチ３８ａが朝側に切り替えられている状態で、朝方所定の明るさになってワンパルスが入力した場合には、スイッチ３７ｂがその期間のみ接続される。既に散水信号（Ｈレベル）信号がコンパレータ２９より出力されている場合には散水信号が後段の立ち上り微分回路３４に印加されるため散水が開始される。そして、同時にスイッチ３７ａが接続されてホールドされるため、回路３８からのワンパルスが消滅してスイッチ３７ｂが断となってもスイッチ３７ａで接続が維持されるため散水が継続する。そして所定の水分量に達し止水信号（Ｌレベル）がコンパレータ２９より入力すると、立ち下り微分回路３２により散水が停止する。このとき、アナログスイッチ３７の出力側がＬレベルとなるためスイッチ３７ａのホールドは解除されて接続断となる。
【００２１】
立ち上り微分回路３４はインバータ，抵抗，コンデンサおよびナンドゲートにより構成され、散水信号のＨレベル信号が入力すると、その出力にはＬレベル信号を発生する。これによりインバータ，抵抗，トランジスタよりなる散水用ドライバ３５は起動され、リレー３９に電流が流れるためその２つの接点３９ａが閉じて電磁弁１５がバルブを開くように起動する。立ち上り微分回路３４のＬレベル信号はフリップフロップ回路の一方のナンドゲート４１の端子に入力するため、図７（ａ）で示す散水中表示部が点滅して散水状態を表示する。
【００２２】
一方、立ち下り微分回路３２は２つのインバータ，抵抗，コンデンサおよびナンドゲートにより構成され、止水信号のＬレベル信号が入力すると、その出力にはＬレベル信号を発生する。これによりインバータ，抵抗，トランジスタよりなる散水用ドライバ３３は起動され、リレー４０に電流が流れるためその２つの接点４０ａが閉じて電磁弁１５がバルブが閉じるように起動する。立ち下り微分回路３２のＬレベル信号はフリップフロップ回路の他方のナンドゲート４２の端子に入力するため、図７（ａ）で示す止水中表示部が点滅して止水状態を表示する。
【００２３】
図７（ａ）は、図５の回路に接続される電池モニタ回路の詳細図である。
本図の（イ）および（ロ）には図６のフリップフロップ回路のナンドゲート４２の出力（イ）とナンドゲート４１の出力（ロ）がそれぞれ入力する。
電池モニタは抵抗４５と４６の分割電圧と、抵抗５１とダイオード５２の分割電圧をＯＰアンプ４３で比較することにより電池電圧を監視している。電池電圧が所定電圧以上ある場合には抵抗，コンデンサおよびナンドゲート４４からなる発振回路により発振信号が出力される。散水信号がナンドゲート４８の一方の端子に入力すると、散水中を表示するＬＥＤ５０が点滅する。また、止水信号がナンドゲート４７の一方の端子に入力すると、止水中を表示するＬＥＤ４９が点滅する。電池電圧が所定電圧以下になると、発振が停止するため、散水中，止水中の点滅表示も消滅する。
【００２４】
図９は環境の明るさ変化に対する散水，止水動作を説明するための図である。本発明は、散水時間をタイマを使用せず、照度の変化および季節により決めている。散水する時間帯は、冬場は朝，夏場は夕方にしている。これは、夏場では日中の日が照っているときに散水するとハウス中で蒸れてしまい、冬場は朝方に散水すると露により作物がだめになるからである。そしてタイマ制御は日照時間により常に設定の変更をしなければならないからである。
図６においては環境の明るさを検知する照度検出センサ３０および常時，朝方，夕方を切替えるための回路３８がその機能を果すものである。
図９で示すように朝方明るくなるときに１秒のパルスを出力し、夕方暗くなるときに同様に１秒のパルスを出力して散水する時間を設定している。
【００２５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は花、ネギ等の植物の土壌の水分量をチェックし自動的に散水，止水をコントロールする装置であり、現在の水分量が表示され、別に水分量設定のボリュームを持ち、常に散水，止水を繰り返し一定の湿度に保つことができるという特徴を有する。
そして先端付近のみが導通し上部に絶縁処理を施した２本以上の電極となる金属棒を土中に差し込む構成の水分量検出センサを用いているので、場所や深さなどの土壌のチェック位置を簡単に変更することが可能である。また、水分量検出センサは、高価な土壌センサ，タイマ等と異なり、安価に製作することができる。常時、土壌の水分量をモニタすることが可能であり、商用電源は不要で乾電池で動作させることができるので、地球環境に優しく省電力の装置を実現することができる。
さらに切替スイッチを設けることにより、常時散水（乾いてきた時点で）と朝方，夕方の散水を選択することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による土壌散水装置のハウス内の設置状態を示す概略図である。
【図２】本発明による土壌散水装置のコントロールボックスの外観を示す概略図である。
【図３】センサ部の構成を説明するための図である。
【図４】センサ部の電気等価回路を示す図である。
【図５】本発明による土壌散水装置の回路の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】図５の回路の詳細図である。
【図７】図５の回路に接続される電池モニタ回路およびＡ部分の詳細図である。
【図８】土壌の湿度に対するセンサ部の抵抗値の変化を説明するための図である。
【図９】環境の明るさ変化に対する散水，止水動作を説明するための図である。
【図１０】従来の土壌散水装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１コントロールボックス
２散水中表示部
３止水中表示部
４水分量設定ボリューム
５水分量メータ
６乾電池
７ポール
８センサ基部
９センサピン
１０ガイドピン
１１絶縁チューブ
１２端子
１５電磁弁
１７センサ部
１８，６２水道管
１９，６３ハウス
２０，６１スプリンクラー
２１，６４導入管
２５定電流部
２６インピーダンス変換部
２７表示器
２８摺動抵抗
２９コンパレータ
３０照度検出センサ
３１時間制御部
３２立ち下り微分回路
３３止水用ドライバ
３４立ち上り微分回路
３５散水用ドライバ
６０主動バルブ

Claims

散水バルブを開閉する電磁弁と、
土中に２以上の金属棒を差込み、金属棒端子間の土が含む水分の増減による抵抗変化を電圧値に変換して出力するセンサ部と、
土中の水分量を所定値に設定可能な参照電圧部と、
前記センサ部出力と前記参照電圧部の電圧値とを比較し、設定された水分量以下になったとき、散水信号を出力し、設定された水分量以上になったとき、止水信号を出力する比較部と、
前記散水信号により前記電磁弁を作動させて散水バルブを開く散水動作回路と、
前記止水信号により前記電磁弁を作動させて散水バルブを閉じる散水停止回路と
所定の明るさになったことを検出する照度検出センサと、
前記照度検出センサ出力により前記比較部出力と前記散水動作回路および散水停止回路の入力とを接続し、前記比較部から散水信号が出力されたときは、その散水信号を前記散水動作回路の入力に伝達させ、かつ前記比較部出力と前記散水動作回路および散水停止回路の入力との接続を維持し、前記比較部から止水信号が出力されたときは、その止水信号を前記散水停止回路の入力に伝達させ、かつ前記比較部出力と前記散水動作回路および散水停止回路の入力との接続を断とする時間制御部とを備え、
土壌の水分量に応じて散水，止水制御を行なうことを特徴とする土壌散水装置。
前記センサ部は、所定時間毎に極性を反転させて金属棒端子間に電流を流すことにより所定の方向に土中の水分量対応の電圧値を得ることを特徴とする請求項１記載の土壌散水装置。
土壌散水装置の電源となる電池の電圧値が所定値以上であって前記散水動作回路が散水動作中であること、および土壌散水装置の電源となる電池の電圧値が所定値以上であって前記散水停止回路が止水動作中であることを表示する電池モニタ回路を有することを特徴とする請求項１または２記載の土壌散水装置。
前記土中の水分量を表示する表示器を有することを特徴とする請求項１，２または３記載の土壌散水装置。