JP2011147413A - Plant factory - Google Patents

Abstract

Translated fromJapanese

【課題】配線をコードレス化して栽培室内に設置するセンサを容易に移動・メンテナンスできる植物工場を提供する。
【解決手段】各種センサ７は、太陽電池パネル９を動作電源とし、センサ回路７１に送信側ＲＦ回路７２を接続して測定データを制御ユニット８に無線伝送する。太陽電池パネル９は、ＬＥＤランプ５１の照射光を光電変換して電力を生成する。制御ユニット８は、前段に受信側ＲＦ回路８１を設置して各種センサ７の測定データを収集し、ＣＯ2供給装置２、空調設備３、ＬＥＤモジュール５、ファン６を制御する。
【選択図】図２To provide a plant factory capable of easily moving and maintaining a sensor installed in a cultivation room with a cordless wiring.
Various sensors use a solar cell panel as an operating power source, connect a transmission side RF circuit to a sensor circuit, and wirelessly transmit measurement data to a control unit. The solar cell panel 9 photoelectrically converts the irradiation light of the LED lamp 51 to generate electric power. The control unit 8 installs a reception-side RF circuit 81 in the preceding stage, collects measurement data of various sensors 7, and controls the CO 2 supply device 2, the air conditioning equipment 3, the LED module 5, and the fan 6.
[Selection] Figure 2

Description

Translated fromJapanese

本発明は、閉鎖的な空間内で光強度、ＣＯ2濃度、温度、湿度などの生育環境を人工的に制御して作物を計画的に生産する植物工場に関する。  The present invention relates to a plant factory that artificially controls a growth environment such as light intensity, CO2 concentration, temperature, and humidity in a closed space to produce crops in a planned manner.

植物工場は、環境の調節が可能な閉鎖された空間において、光強度、温度、湿度、ＣＯ2濃度、照度、養液濃度、ｐＨなど植物成長に影響を与える生育環境を人工的に制御することで、露地栽培に比べ天候不順などの自然環境や病虫害などに左右されることなく、高品質の無農薬野菜を一年中安定栽培し、安定価格で、安定供給できるメリットがある。特にＬＥＤ照明の場合、光の波長（色）や照射方法（点滅照射など）を変えることで更なる作物の成長促進が可能になる。また、これまでの年１回の収穫に比べ、植物の成長能力を最大限に引き出すので、年数回の収穫が可能になり、さらに立体化・多段栽培化により単位面積当たりの栽培効率を大幅に向上させることができる。  In a closed space where the environment can be adjusted, the plant factory artificially controls the growth environment that affects plant growth, such as light intensity, temperature, humidity, CO2 concentration, illuminance, nutrient solution concentration, and pH. Compared to outdoor cultivation, there is an advantage that high quality pesticide-free vegetables can be cultivated stably throughout the year without being affected by the natural environment such as bad weather and pest damage. Especially in the case of LED lighting, further growth promotion of crops can be achieved by changing the wavelength (color) of light and the irradiation method (flashing irradiation, etc.). In addition, the plant's ability to grow is maximized compared to the previous annual harvesting, so it is possible to harvest several times a year, and further increase the cultivation efficiency per unit area through three-dimensional and multi-stage cultivation. Can be improved.

植物を効率よく良好に育成するためには光合成速度を最大限に高める必要がある。この光合成速度は光強度、ＣＯ2濃度、温度、湿度に依存するので、これらの状態を細かく見極め、それに応じて細かく制御する必要がある。そのため特許文献１では、図４に示すように、太陽電池などの光強度検知手段１０、ＣＯ2センサ２０、温度センサ３０などを配置して出力を制御手段４０へ送り、栽培室に設置したＬＥＤなどの照明システム５０、ＣＯ2を排出する改質器６０、エアコンディショナなどの温度制御手段７０を制御している。  In order to grow plants efficiently and satisfactorily, it is necessary to maximize the photosynthetic rate. Since this photosynthetic rate depends on light intensity, CO2 concentration, temperature, and humidity, it is necessary to determine these states in detail and to control them accordingly. Therefore, inpatent document 1, as shown in FIG. 4, the light intensity detection means 10, such as a solar cell,CO2 sensor 20,temperature sensor 30, etc. are arrange | positioned, an output is sent to the control means 40, LED installed in the cultivation room, etc. The temperature control means 70 such as alighting system 50, areformer 60 for discharging CO2, and an air conditioner are controlled.

植物の生育環境を細かく制御するには多くのセンサを必要とし、そのため栽培室内に電源ケーブルや信号ケーブルなど多くの配線が必要になる。ところがセンサは植物の作付けや収穫時は作業の邪魔になるので一時的に取り除いたり、コストを抑えるため数を減らしたり、最適な測定場所を探して数を増やしたり場所を変えたりする。そのため多くの配線があるとこのような数の変更や移動が容易にできなくなる。また、配線が邪魔して光を遮ったり、多段栽培時に高さを取られないようにするときの障害になったり、ＣＯ2の拡散を防ぐ囲いやＬＥＤ光の反射板などの設置が困難になる。また、配線が高温多湿な環境や酸性の養液に長時間さらされて腐食したり、水が配線を伝わって基板に滲み込んでショートしたり、誤動作する恐れもある。
何よりも栽培室内で配線が複雑に絡み合いながら露呈する様は美観上好ましくない。In order to finely control the plant growth environment, many sensors are required. For this reason, many wirings such as power cables and signal cables are required in the cultivation room. However, the sensor interferes with the work when planting or harvesting plants, so it is temporarily removed, the number is reduced to reduce costs, and the number is increased or changed in search of the optimal measurement location. Therefore, when there are many wirings, such a change and movement of the number cannot be easily performed. In addition, the wiring obstructs the light, obstructs the height not being taken up in multi-stage cultivation, and it becomes difficult to install an enclosure for preventing the diffusion of CO2 or a reflector for LED light. . In addition, the wiring may be corroded by being exposed to a hot and humid environment or an acidic nutrient solution for a long time, or water may penetrate the substrate through the wiring to cause a short circuit or malfunction.
Above all, it is not aesthetically pleasing that the wiring is exposed while being intertwined in the cultivation room.

特開２００６−２６２８５２号公報JP 2006-262852 A

解決しようとする問題点は以上のような点であり、本発明は、配線をコードレス化して栽培室内に設置するセンサを容易に移動・メンテナンスできる植物工場を提供することを目的になされたものである。  The problems to be solved are as described above, and the present invention was made for the purpose of providing a plant factory that can easily move and maintain a sensor that is cordless and installed in a cultivation room. is there.

そのため本発明は、栽培室内の状態を感知するセンサに、太陽電池パネルを取り付けて動作電源とする一方、ＲＦ回路を接続してセンサ出力を無線伝送し、これよりセンサに接続する電源ケーブルと信号ケーブルを不要にしたことを最も主要な特徴とする。  Therefore, the present invention attaches a solar cell panel to the sensor that senses the state of the cultivation room and uses it as an operating power supply, while connecting an RF circuit to wirelessly transmit the sensor output, and thereby connecting the power cable and signal to the sensor The main feature is that no cables are required.

本発明は、栽培室内の状態を感知するセンサに太陽電池パネルを取り付けて動作電源とし、ＲＦ回路を接続してセンサ出力を無線伝送するので、センサに接続する電源ケーブルや信号ケーブルなどの配線が不要になる。従って、センサの増減や移動が容易になり作業の都合やコストの低減に合わせて取り除いたり、設置場所を変更したりすることが自由にできるようになる。  In the present invention, a solar panel is attached to a sensor that senses the state in the cultivation room as an operation power supply, and an RF circuit is connected to wirelessly transmit the sensor output. Therefore, wiring such as a power cable and a signal cable connected to the sensor is not necessary. It becomes unnecessary. Therefore, the increase / decrease and movement of the sensor can be facilitated, and it can be freely removed or the installation location can be changed according to the convenience of work and cost reduction.

本発明を実施した植物工場の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the plant factory which implemented this invention.各種センサと制御ユニットのシステム関連図である。It is a system related figure of various sensors and a control unit.センサ回路のブロック図である。It is a block diagram of a sensor circuit.従来例の植物工場の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the plant factory of a prior art example.

以下、本発明の実施の形態について説明する。  Embodiments of the present invention will be described below.

図１に、本発明を実施した植物工場の概略構成図を示す。
植物工場は、半閉鎖空間の栽培室１にＣＯ2供給装置２と空調設備３を接続し、栽培室１内に既存の水耕栽培ユニット４を多段に設置する。
水耕栽培ユニット４は、各段にＬＥＤモジュール５とファン６を取り付け、各段の適正箇所にＣＯ2センサ、温度センサ、湿度センサなどの各種センサ７を配置する。水耕栽培ユニット４は、養液を循環させてＬＥＤモジュール５の放射熱を吸収させる働きもある。
各種センサ７の測定データは制御ユニット８に伝送し、これら測定データの分析結果に基づいて制御ユニット８がＣＯ2供給装置２、空調設備３、ＬＥＤモジュール５、ファン６を制御して栽培室１内のＣＯ2濃度、光強度、温度、湿度などを調節する。In FIG. 1, the schematic block diagram of the plant factory which implemented this invention is shown.
The plant factory connects theCO2 supply device 2 and the air conditioning equipment 3 to thecultivation room 1 in a semi-closed space, and installs existinghydroponic cultivation units 4 in thecultivation room 1 in multiple stages.
Thehydroponic cultivation unit 4 has anLED module 5 and afan 6 attached to each stage, andvarious sensors 7 such as a CO2 sensor, a temperature sensor, and a humidity sensor are arranged at appropriate positions on each stage. Thehydroponic unit 4 also has a function of absorbing the radiant heat of theLED module 5 by circulating the nutrient solution.
The measurement data of thevarious sensors 7 is transmitted to thecontrol unit 8, and thecontrol unit 8 controls theCO 2supply device 2, the air conditioning equipment 3, theLED module 5, and thefan 6 based on the analysis results of these measurement data, and in thecultivation room 1 Adjust the CO2 concentration, light intensity, temperature, humidity, etc.

ＣＯ2供給装置２は、ＣＯ2ボンベ２１に取り付けた電磁バルブ２２を開閉してＣＯ2の供給量を制御する。ＣＯ2は比重が空気の１．５倍あり、下に沈むので横から供給する。また、水に溶けると酸性化するのでその分炭酸塩などで養液を中和する必要がある。
ＣＯ2ボンベ２１は、工場から排出されたＣＯ2を充填することでＣＯ2の工場排出量を削減し、ＣＯ2削減ビジネスの関連事業とすることができる。TheCO2 supply device 2 controls the supply amount of CO2 by opening and closing theelectromagnetic valve 22 attached to theCO2 cylinder 21. CO2 has a specific gravity 1.5 times that of air and sinks down, so it is supplied from the side. Moreover, since it will acidify if it melts in water, it is necessary to neutralize the nutrient solution with carbonate or the like accordingly.
TheCO2 cylinder 21 can reduce the amount of CO2 discharged from the factory by filling the CO2 discharged from the factory, and can be a related business of the CO2 reduction business.

ＬＥＤモジュール５は、赤、緑、青の３色のＬＥＤランプ５１を複数配列して赤、緑、青の回路ブロックを形成し、回路ブロック毎にパルス幅のデュ−ティ・サイクルを変えるＰＷＭ制御して発光量や色相を制御する。
光合成には例えば３５０〜８００ｎｍの波長の光が有効で、波長を限定すればＬＥＤの消費電力を低減できる。そのため植物の種類毎や生育状況に応じて適した波長（色）の光を選択できるよう、このように色の異なるＬＥＤランプ５１をいくつか組み合わせて配置する。TheLED module 5 includes a plurality ofLED lamps 51 of three colors of red, green, and blue to form red, green, and blue circuit blocks, and PWM control that changes the duty cycle of the pulse width for each circuit block. Thus, the light emission amount and hue are controlled.
For photosynthesis, for example, light having a wavelength of 350 to 800 nm is effective. If the wavelength is limited, the power consumption of the LED can be reduced. Therefore,several LED lamps 51 having different colors are arranged in combination so that light having a wavelength (color) suitable for each type of plant and the growing situation can be selected.

ファン６は、多段に設置した水耕栽培ユニット４の各段の空気を攪拌し、各段のＣＯ2濃度、温度、湿度を平均化する。  Thefan 6 stirs the air of each stage of thehydroponics unit 4 installed in multiple stages, and averages the CO2 concentration, temperature, and humidity of each stage.

各種センサ７は、図２に示すように、太陽電池パネル９を動作電源とし、センサ回路７１に送信側ＲＦ回路７２を接続して測定データを制御ユニット８に無線伝送する。
太陽電池パネル９は、ＬＥＤランプ５１の照射光を光電変換して電力を生成する。
制御ユニット８は、前段に受信側ＲＦ回路８１を設置して各種センサ７の測定データを収集し、ＣＯ2供給装置２、空調設備３、ＬＥＤモジュール５、ファン６を制御する。As shown in FIG. 2, thevarious sensors 7 use thesolar battery panel 9 as an operating power source, connect a transmissionside RF circuit 72 to thesensor circuit 71, and wirelessly transmit measurement data to thecontrol unit 8.
Thesolar cell panel 9 photoelectrically converts the irradiation light of theLED lamp 51 to generate electric power.
Thecontrol unit 8 installs a reception-side RF circuit 81 in the preceding stage, collects measurement data ofvarious sensors 7, and controls theCO 2supply device 2, the air conditioning equipment 3, theLED module 5, and thefan 6.

図３に、センサ回路のブロック図を示す。
センサ回路７１は、センサ７１１の出力をアンプ７１２で増幅し、Ａ／Ｄ変換器７１３でデジタル信号に変換してＣＰＵ７１４に入力する。
ＣＰＵ７１４は、ＲＯＭ７１５に格納されたプログラムを実行してデジタル信号の測定データを送信側ＲＦ回路７２へ送出し、測定データをＲＡＭ７１６に記録する。FIG. 3 shows a block diagram of the sensor circuit.
Thesensor circuit 71 amplifies the output of thesensor 711 by theamplifier 712, converts it to a digital signal by the A /D converter 713, and inputs it to theCPU 714.
TheCPU 714 executes a program stored in theROM 715, sends digital signal measurement data to the transmission-side RF circuit 72, and records the measurement data in theRAM 716.

センサ７１１は、ＣＯ2センサの場合、赤外線吸収式やガラス電極式に比べ小型で安価な固体電解質型センサを用いる。固体電解質型センサは、イオン導電性を有する固体電解質の両面に一対の電極を形成し、一方の電極がＣＯ2と接触したときに２つの電極間で発生する導電イオンの濃度差に基づく起電力の変化を検出することによってＣＯ2濃度を測定する。
温度センサや湿度センサの場合、出力を電気信号で取り出せ、センサ部を小型化できる抵抗変化型や静電容量変化型の電子式センサを用いる。In the case of a CO2 sensor, thesensor 711 uses a solid electrolyte sensor that is smaller and less expensive than the infrared absorption type or glass electrode type. A solid electrolyte type sensor has a pair of electrodes formed on both sides of a solid electrolyte having ionic conductivity, and an electromotive force based on a difference in concentration of conductive ions generated between the two electrodes when one electrode comes into contact with CO2. The CO2 concentration is measured by detecting the change.
In the case of a temperature sensor or a humidity sensor, a resistance change type or capacitance change type electronic sensor that can take out an output with an electric signal and can downsize the sensor unit is used.

１ 栽培室
２ ＣＯ2供給装置
２１ ＣＯ2ボンベ
２２ 電磁バルブ
３ 空調設備
４ 水耕栽培ユニット
５ ＬＥＤモジュール
５１ ＬＥＤランプ
６ ファン
７ 各種センサ
７１ センサ回路
７１１ センサ
７１２ アンプ
７１３ Ａ／Ｄ変換器
７１４ ＣＰＵ
７１５ ＲＯＭ
７１６ ＲＡＭ
７２ 送信側ＲＦ回路
８ 制御ユニット
８１ 受信側ＲＦ回路
９ 太陽電池パネル
１０ 光強度検知手段
２０ ＣＯ2センサ
３０ 温度センサ
４０ 制御手段
５０ 照明システム
６０ 改質器
７０ 温度制御手段DESCRIPTION OFSYMBOLS 1Cultivation room 2CO2 supply apparatus 21CO2 cylinder 22 Electromagnetic valve 3Air conditioning equipment 4Hydroponics unit 5LED module 51LED lamp 6Fan 7Various sensors 71Sensor circuit 711Sensor 712 Amplifier 713 A /D converter 714 CPU
715 ROM
716 RAM
72 Transmission-side RF circuit 8Control unit 81 Reception-side RF circuit 9Solar cell panel 10 Light intensity detection means 20CO2 sensor 30Temperature sensor 40 Control means 50Illumination system 60Reformer 70 Temperature control means

Claims (3)

Translated fromJapanese

栽培室内の状態を感知するセンサに、
太陽電池パネルを取り付けて動作電源とする一方、
ＲＦ回路を接続してセンサ出力を無線伝送し、
これよりセンサに接続する電源ケーブルと信号ケーブルを不要にしたことを特徴とする植物工場。To the sensor that senses the state in the cultivation room,
While installing a solar cell panel as an operating power source,
Connect the RF circuit to transmit the sensor output wirelessly,
A plant factory characterized by eliminating the need for power and signal cables to connect to the sensor. 前記栽培室にＣＯ2ボンベを接続し、
このＣＯ2ボンベのバルブを開閉して栽培室内のＣＯ2濃度を調節することを特徴とする請求項１記載の植物工場。Connect a CO2 cylinder to the cultivation room,
2. The plant factory according to claim 1, wherein the CO2 concentration in the cultivation room is adjusted by opening and closing a valve of the CO2 cylinder. 前記ＣＯ2ボンベに工場から排出されたＣＯ2を充填することを特徴とする請求項２記載の植物工場。  3. The plant factory according to claim 2, wherein the CO2 cylinder is filled with CO2 discharged from the factory.

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