JP6028481B2 - Moisture content determination device and program - Google Patents
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Description
本発明は、水分量判定装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a water content determination apparatus and a program.
従来より、植物育成用等の土壌の水分量を判定する水分量判定装置が存在する。例えば、特許文献１に記載の水分量判定装置は、土壌に差し込み可能な複数の電極を有し、これらの電極間の電気抵抗値を計測することによって、当該土壌の水分量を判定している。
Conventionally, there is a water content determination device for determining the water content of soil for plant cultivation or the like. For example, the moisture content determination apparatus described in
しかしながら、特許文献１に記載の水分量判定装置は、直流電流を流し続けるため、分極が起こり、その結果として、電極が錆びて正確な判定が困難になる場合がある。
However, since the moisture content determination apparatus described in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、土壌の水分量を判定する水分判定装置に用いられる電極の錆びを防止することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a condition, and it aims at preventing the rust of the electrode used for the moisture determination apparatus which determines the moisture content of soil.
上記目的を達成するため、本発明の一態様の水分量判定装置は、
土壌に埋設させる複数の電極と、
所定のパルス幅を有するパルスを発生させ前記複数の電極に印加するパルス発生手段と、
当該パルスにより生ずる所定の場所の抵抗に対して発生する電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧の最大値に基づいて、水分量を判定する水分量判定手段と、
を備える。
In order to achieve the above object, a water content determination apparatus according to an aspect of the present invention includes:
A plurality of electrodes embedded in the soil;
A pulse generating means you applied to the plurality of electrodes to generate a pulse having a predetermined pulse width,
Voltage detecting means for detecting a voltage generated with respect to the resistance at a predetermined place caused by the pulse;
A water content determination means for determining a water content based on the maximum value of the voltage detected by the voltage detection means;
Is provided.
本発明によれば、土壌の水分量を判定する水分判定装置に用いられる電極の錆びを防止することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rust of the electrode used for the moisture determination apparatus which determines the moisture content of soil can be prevented.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明が適用される水分量判定装置の判定原理の概要を説明する模式図である。
水分量判定装置１は、検出回路１１と、２本の電極１２−１，１２−２と、を備えている。
検出回路１１は、例えばマイクロコンピュータ等で構成され、所定のパルス幅を有するパルス（電気信号）を発生させるパルス発生機能と、当該パルスにより生じる所定の場所の電圧を検出する電圧検出機能と、検出された電圧の最大値に基づいて土壌の水分量を判定する水分量判定機能と、を少なくとも有している。
２本の電極１２−１，１２−２は、その一端が検出回路１１に接続され、その他端が土壌に埋設される。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an outline of a determination principle of a water content determination apparatus to which the present invention is applied.
The water
The
One end of each of the two electrodes 12-1 and 12-2 is connected to the
検出回路１１が、２本の電極１２−１，１２−２の間に電圧を印加すると、土壌内に所定のキャパシタンスＣｓが生ずる。
この土壌のキャパシタンスＣｓにおける電流Ｉｃの瞬時値は、「土壌のキャパシタンスＣｓ」と、「土壌のキャパシタンスＣｓにおける電圧Ｖｃの時間微分値ｄＶｃ／ｄｔ」との積により表される。従って、２本の電極１２−１，１２−２の間に直流電圧が印加されると、「キャパシタンスＣにおける電圧Ｖｃの時間微分値ｄＶｃ／ｄｔ」は「０」になるので、理論上、土壌のキャパシタンスＣｓには電流Ｉｃが流れない。
ここで、直流電圧とは、一定時間以上略一定値が継続している電位差をいう。即ち、印加直後においてその値が時間と共に上昇している過渡状態の電位差は、直流電圧には含まず、目標値に到達して当該目標値で略一定となった定常状態の電位差が、直流電圧に該当する。
従って、２本の電極１２−１，１２−２の間に電圧が印加された直後の短期間の過渡状態では、土壌のキャパシタンスＣｓにおける電圧Ｖｃは徐々に上昇する。その結果、「土壌のキャパシタンスＣｓにおける電圧Ｖｃの時間微分値ｄＶｃ／ｄｔ」も「０を超えた値」となり、その結果、土壌のキャパシタンスＣｓに電流Ｉｃが流れる。
そこで、検出回路１１は、この過渡状態中の短期間に相当するパルス幅で、パルスを発生させることで、当該パルス幅程度の短期間だけ、土壌のキャパシタンスＣｓに電流Ｉｓを流させる。
When the
The instantaneous value of the current Ic in the soil capacitance Cs is represented by the product of “soil capacitance Cs” and “time differential value dVc / dt of the voltage Vc in the soil capacitance Cs”. Accordingly, when a DC voltage is applied between the two electrodes 12-1 and 12-2, the “time differential value dVc / dt of the voltage Vc at the capacitance C” becomes “0”. The current Ic does not flow through the capacitance Cs.
Here, the DC voltage refers to a potential difference in which a substantially constant value continues for a certain period of time. That is, the potential difference in the transient state in which the value increases with time immediately after application is not included in the DC voltage, and the steady-state potential difference that reaches the target value and becomes substantially constant at the target value is the DC voltage. It corresponds to.
Therefore, in a short-term transient state immediately after a voltage is applied between the two electrodes 12-1 and 12-2, the voltage Vc at the soil capacitance Cs gradually increases. As a result, the “time differential value dVc / dt of the voltage Vc at the capacitance Cs of the soil” also becomes “a value exceeding 0”, and as a result, the current Ic flows through the capacitance Cs of the soil.
Therefore, the
ここで、土壌のキャパシタンスＣｓは、固定値ではなく、２本の電極１２−１，１２−２が埋設された土壌の水分量に応じて、その値が変化する。
図２は、土壌のキャパシタンスＣｓと当該土壌の水分量との関係を示す図である。
図２において、横軸は土壌の水分量を示し、縦軸は土壌のキャパシタンスＣｓを示す。
図２に示すように、土壌の水分量の増加に伴い、土壌のキャパシタンスＣｓも増加する、といった関係が存在する。これは、土壌の水分量の増加に伴い、当該土壌の誘電率εも増加していくため、その結果として、土壌のキャパシタンスＣｓが増加するからである。
Here, the capacitance Cs of the soil is not a fixed value, but varies depending on the moisture content of the soil in which the two electrodes 12-1 and 12-2 are embedded.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the capacitance Cs of soil and the amount of water in the soil.
In FIG. 2, the horizontal axis indicates the amount of water in the soil, and the vertical axis indicates the capacitance Cs of the soil.
As shown in FIG. 2, there is a relationship that the soil capacitance Cs increases as the soil moisture content increases. This is because the soil capacitance Cs increases as a result of an increase in the amount of water in the soil, since the dielectric constant ε of the soil also increases.
このように土壌の水分量の増加に応じて土壌のキャパシタンスＣｓが増加する。また、土壌のキャパシタンスＣｓが増加すると、当該土壌のキャパシタンスＣｓにおける電流Ｉｓも増加する。従って、土壌の水分量の増加に応じて、当該土壌のキャパシタンスＣｓにおける電流Ｉｓも増加する、という関係が成立する。
検出回路１１は、この関係を利用して、パルスを発生させた際の土壌のキャパシタンスＣｓにおける電流Ｉｃの大きさに基づいて、土壌の水分量を判定する。
As described above, the capacitance Cs of the soil increases in accordance with the increase in the moisture content of the soil. Further, when the capacitance Cs of the soil increases, the current Is in the capacitance Cs of the soil also increases. Therefore, the relationship is established that the current Is in the capacitance Cs of the soil increases as the moisture content of the soil increases.
Using this relationship, the
ただし、土壌のキャパシタンスＣｓにおける電流Ｉｃを実際に検出することは、非常に困難である。
そこで、本実施形態では、土壌のキャパシタンスＣｓと（等価回路として）直列接続される抵抗Ｒ１が、検出回路１１に設けられている。これにより、検出回路１１は、当該抵抗Ｒ１における電圧の大きさを、土壌のキャパシタンスＣｓに流れる電流Ｉｃの大きさとして検出することができる。
即ち、本実施形態における検出回路１１の電圧検出機能とは、所定の場所として抵抗Ｒ１が採用されており、土壌のキャパシタンスＣｓにおける電流Ｉｃの大きさとして、抵抗Ｒ１における電圧の大きさを検出する機能である。換言すると、電圧検出機能により電圧が検出される所定の場所とは、土壌のキャパシタンスＣｓに流れる電流Ｉｃの変化と連動して電圧が変化する場所であれば足り、抵抗Ｒ１である必要は特にない。
However, it is very difficult to actually detect the current Ic in the soil capacitance Cs.
Therefore, in the present embodiment, the
That is, the voltage detection function of the
このようにして、検出回路１１は、抵抗Ｒ１における電圧を検出し、その検出値に基づいて土壌の水分量を判定する。
ただし、上述したように、土壌のキャパシタンスＣｓに流れる電流Ｉｃは一定ではなく、過渡状態中は時間とともに変化しているため、同様に、抵抗Ｒ１における電圧の値も時間とともに変化している。
そこで、本実施形態の検出回路１１は、パルスを発生させ、そのパルスにより土壌のキャパシタンスＣｓに流れる電流Ｉｃの大きさを抵抗Ｒ１における電圧の大きさとして検出するが、その検出値のうち最大値に基づいて土壌の水分量を判定している。
In this way, the
However, as described above, the current Ic flowing through the capacitance Cs of the soil is not constant and changes with time during the transient state. Similarly, the value of the voltage at the resistor R1 also changes with time.
Therefore, the
このように、本実施形態の検出回路１１は、従来のように直流電圧を印加し続けることなく、短期間のパルス幅を有するパルスを発生させるだけで、土壌の水分量を判定することができる。
従って、電極１２−１，１２−２は、分極が発生することは無くなるので、従来と比較して錆び難くなる。その結果、本実施形態の水分量判定装置１は、長期に渡って正確な判定を維持することができる。
さらに、分極が発生すると土壌に何かしらの悪影響を与えることが想定される。本実施形態の水分量判定装置１は、この悪影響を生じさせないようにすることができる。
また、検出回路１１の消費電力は、パルス発生時の電力と、抵抗Ｒ１の電圧検出時の電力（後述するＡ／Ｄ変換等のための電力）とのみで済むことになる。一方で、従来は、直流電流を常時流し続けるための電力が必要であった。従って、検出回路１１の消費電力は、直流電流を常時流し続ける従来のものと比較して圧倒的に低い。即ち、本実施形態の水分量判定装置１は、従来のものと比較して著しい省電力効果がある。
As described above, the
Therefore, since the electrodes 12-1 and 12-2 are not polarized, the electrodes 12-1 and 12-2 are less likely to rust compared to the conventional case. As a result, the moisture
Furthermore, it is assumed that the occurrence of polarization has some adverse effect on the soil. The water
In addition, the power consumption of the
図３は、このような図１の判定原理により動作する水分量判定装置１の等価回路を示している。
図３に示すように、水分量判定装置１の等価回路として、パルス発生部２１の両端のうち、一端が１つのキャパシタンスＣｐに接続され、他端が抵抗Ｒ１を介して別の１つのキャパシタンスＣｐに接続されている。また、この２つのキャパシタンスＣｐの間に、土壌のキャパシタンスＣｓが直列接続されている。そして、抵抗Ｒ１の両端には、その電圧を検出する検出部２２が接続されている。
なお、検出部２２には、抵抗Ｒ１の電圧を示すアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ変換）処理を施すＡＤＣが含まれている。即ち、検出部２２は、ＡＤＣにより変換されたディジタル信号に基づいて、抵抗Ｒ１の電圧の値を検出する。
FIG. 3 shows an equivalent circuit of the water
As shown in FIG. 3, as an equivalent circuit of the moisture
The
キャパシタンスＣｐは、水分量の判定という点で必須な構成要素ではないが、直流電流を確実にカットすることができるので、電極１２−１，１２−２の錆び防止という効果をより顕著なものとすることができる。
さらに、土壌内で直流の静電気等が発生して、マイクロコンピュータ等で構成される検出回路１１に侵入してしまうと、当該検出回路１１に悪影響を与える場合がある。しかし、本実施形態では、キャパシタンスＣｐが静電気等を検出回路１１に侵入する前にカットすることができるので、検出回路１１に対する悪影響の発生を未然に防止することができる。
Capacitance Cp is not an essential component in terms of determining the amount of water, but since direct current can be cut reliably, the effect of preventing rusting of electrodes 12-1 and 12-2 is more pronounced. can do.
Furthermore, if direct current static electricity or the like is generated in the soil and enters the
ここで、２つのキャパシタンスＣｐは、土壌のキャパシタンスＣｓに比較して相対的に十分に大きな値、例えば１０倍乃至それ以上の値となっている。これは、キャパシタンスＣｐと土壌のキャパシタンスＣｓとの合成容量を考慮した場合、キャパシタンスＣｐが土壌のキャパシタンスＣｓに比較して相対的に小さな値になると、水分量が変化しても、土壌のキャパシタンスＣｓの変化が明確に現れなくなり、精度良い判定が行えなくなるからである。 Here, the two capacitances Cp are relatively sufficiently larger than the capacitance Cs of the soil, for example, 10 times or more. In consideration of the combined capacitance of the capacitance Cp and the soil capacitance Cs, if the capacitance Cp becomes a relatively small value compared to the soil capacitance Cs, even if the amount of water changes, the soil capacitance Cs. This is because the change in the value does not appear clearly and accurate determination cannot be performed.
図４は、このような図３の等価回路を有する水分量判定装置１の実装形態を示す図である。
図４に示す水分量判定装置１において、検出回路１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１と、抵抗Ｒ１、を備えている。
FIG. 4 is a diagram showing a mounting form of the water
In the water
ＣＰＵ３１は、検出回路１１全体の動作を制御し、入出力端子として、少なくとも図４に示す、端子ＧＰＩＯ、端子ＡＤＣ、端子Ｖｃｃ、及び端子ＧＮＤを有する。
端子ＧＰＩＯは、所定のパルス幅を有するパルスを出力する端子であり、キャパシタンスＣｐを介して電極１２−１に接続されている。
端子ＡＤＣは、そこに入力されたアナログ信号を、ＣＰＵ３１内のＡＤＣ（図３の等価回路の検出部２２）に供給するための端子であり、本実施形態では、抵抗Ｒ１の電圧を示すアナログ信号が入力される。即ち、図４の例では、抵抗Ｒ１は、その一端が接地され、その他端がキャパシタンスＣｐを介して電極１２−２に接続されている。抵抗Ｒ１の当該他端に端子ＡＤＣが接続されており、当該他端の電圧を示すアナログ信号が端子ＡＤＣに入力される。
端子Ｖｃｃは、電源電圧を入力する端子である。後述の図５に示すように、パルスの高さは、電源電圧の値（以下、端子と同符号であるが「Ｖｃｃ」を用いる）となる。
端子ＧＮＤは、接地するための端子である。
The
The terminal GPIO is a terminal that outputs a pulse having a predetermined pulse width, and is connected to the electrode 12-1 via the capacitance Cp.
The terminal ADC is a terminal for supplying an analog signal input thereto to the ADC in the CPU 31 (the
The terminal Vcc is a terminal for inputting a power supply voltage. As shown in FIG. 5, which will be described later, the height of the pulse is the value of the power supply voltage (hereinafter, the same sign as the terminal, but using “Vcc”).
The terminal GND is a terminal for grounding.
以上、水分量判定装置１の構成について説明した。次に、図５及び図６を参照して、水分量判定装置１の動作（判定処理）について説明する。
In the above, the structure of the moisture
図５は、図４の水分量判定装置１における判定時のタイミングチャートを示している。
具体的には同図中上方には、ＣＰＵ３１の端子ＧＰＩＯにおけるタイミングチャート、即ちパルスを示すタイミングチャートが示されている。同図中下方には、ＣＰＵ３１の端子ＡＤＣにおけるタイミングチャート、即ち抵抗Ｒ１における電圧を示すタイミングチャートを示している。
何れのタイミングチャートにおいても、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。
FIG. 5 shows a timing chart at the time of determination in the water
Specifically, in the upper part of the figure, a timing chart at the terminal GPIO of the
In any timing chart, the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time.
図５の上方のタイミングチャートに示すように、ＣＰＵ３１は、パルスを出力する。このパルスにおいては、その高さが電源電圧Ｖｃｃとなり、そのパルス幅が時間Ｔとなっている。
このパルスの立ち上がりが、２つのキャパシタンスＣｐ及び土壌のキャパシタンスＣｓの直列接続の部分に到達すると過渡状態となり、上述したように、当該部分における電圧の時間微分値が上昇して、当該部分に電流が流れ始め、その大きさは徐々に上昇していく。その後、当該部分が定常状態となる前に、時間Ｔ（パルス幅）が経過してパルスが立ち下がり、当該部分における電圧の時間微分値が下降してゼロになるので、今度は電流Ｉｃが徐々に減少していき、最終的には流れなくなる。
この電流Ｉｃの変化に応じて、抵抗Ｒ１における電圧も、図５の下方のタイミングチャートに示すように変化する。
ＣＰＵ３１は、この抵抗Ｒ１における電圧の大きさの時間推移を、端子ＡＤＣから検出し、その検出結果に基づいて、土壌の水分量を判定する。具体的には、ＣＰＵ３１は、端子ＡＤＣから入力されるアナログ信号を、所定の時間間隔でサンプリしていくことでディジタル信号に変換し、当該ディジタル信号の最高値を、抵抗Ｒ１における電圧の最大値として検出する。
そして、ＣＰＵ３１は、当該ディジタル信号の最高値、即ち抵抗Ｒ１における電圧の最大値に基づいて、土壌の水分量を判定する。
As shown in the upper timing chart of FIG. 5, the
When the rise of this pulse reaches the part of the series connection of the two capacitances Cp and the soil capacitance Cs, a transient state occurs, and as described above, the time differential value of the voltage at that part rises and current flows through the part. It begins to flow and its size gradually increases. Thereafter, before the portion reaches a steady state, the time T (pulse width) elapses and the pulse falls, and the time differential value of the voltage in the portion decreases to zero, so that the current Ic gradually increases. It will decrease and eventually will not flow.
In accordance with the change in the current Ic, the voltage at the resistor R1 also changes as shown in the lower timing chart of FIG.
CPU31 detects the time transition of the magnitude | size of the voltage in this resistance R1 from terminal ADC, and determines the moisture content of soil based on the detection result. Specifically, the
Then, the
土壌の水分量の判定手法は、上述の図２の関係を用いる手法であれば特に限定されず、例えば、抵抗Ｒ１における電圧の最大値を入力パラメータとして、土壌の水分量を出力する関数であって、上述の図２の関係（又は近似の関係）を満足するような関数を予め生成し、当該関数を用いて水分量を算出するという手法を採用してもよい。 The determination method of the water content of the soil is not particularly limited as long as it uses the above-described relationship shown in FIG. 2. Thus, a method may be adopted in which a function that satisfies the above-described relationship (or approximate relationship) in FIG. 2 is generated in advance and the moisture content is calculated using the function.
ただし、本実施形態では、図６に示すように、土壌の水分量と、抵抗Ｒ１における電圧の最大値との３段階の対応関係が、予め実測により求められている。
図６は、土壌の水分量と、抵抗Ｒ１における電圧の最大値と、の関係の一例を示す図である。
図６において、左側の項目には、３段階で土壌の水分量が示されている。上方から順に、土壌の水分量が「高」である旨の「水分Ｈ」、土壌の水分量が「中」である旨の「水分Ｍ」、及び土壌の水分量が「低」である旨の「水分Ｌ」が、それぞれ示されている。
図６において、右側の項目には、３段階で土壌の水分量の夫々の際に、実際に判定された抵抗Ｒ１における電圧のタイミングチャート（図５の下方のタイミングチャートに相当）の夫々が示されている。即ち、１行目の「水分Ｈ」のタイミングチャートは、土壌の水分量が「高」である際に現れる、抵抗Ｒ１における電圧のタイミングチャートを示している。２行目の「水分Ｍ」のタイミングチャートは、土壌の水分量が「中」である際に現れる、抵抗Ｒ１における電圧のタイミングチャートを示している。３行目の「水分Ｌ」のタイミングチャートは、土壌の水分量が「低」である際に現れる、抵抗Ｒ１における電圧のタイミングチャートを示している。
このように、土壌の水分量が高くなる程、抵抗Ｒ１における電圧の最大値も上昇していくことが実測でも確認された。
However, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the three-level correspondence between the amount of moisture in the soil and the maximum value of the voltage at the resistor R1 is obtained in advance by actual measurement.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the relationship between the amount of moisture in the soil and the maximum value of the voltage at the resistor R1.
In FIG. 6, the amount of moisture in the soil is shown in the left item in three stages. In order from the top, “moisture H” indicating that the moisture content of the soil is “high”, “moisture M” indicating that the moisture content of the soil is “medium”, and that the moisture content of the soil is “low” The “moisture L” of each is shown.
6, the items on the right side show respective voltage timing charts (corresponding to the lower timing chart in FIG. 5) of the resistance R1 actually determined in each of three levels of soil moisture content. Has been. That is, the timing chart of “moisture H” in the first row shows a timing chart of the voltage at the resistor R1 that appears when the amount of moisture in the soil is “high”. The timing chart of “moisture M” in the second row shows a timing chart of the voltage at the resistor R1 that appears when the amount of moisture in the soil is “medium”. The timing chart of “moisture L” in the third row shows a timing chart of the voltage at the resistor R1 that appears when the amount of moisture in the soil is “low”.
Thus, it was also confirmed by actual measurement that the maximum value of the voltage at the resistor R1 increases as the moisture content of the soil increases.
そこで、本実施形態では、この図６の実測の関係に基づいて、土壌の水分量の「低」と「中」とを切り分けるための第１の閾値（電圧の第１の値）と、土壌の水分量の「中」と「高」とを切り分けるための第２の閾値（電圧の第２の値＞第１の値）と、が予め定義されているものとする。
ＣＰＵ３１は、抵抗Ｒ１における電圧の最大値が第１の閾値未満である場合、土壌の水分量は「低」であると判定する。ＣＰＵ３１は、抵抗Ｒ１における電圧の最大値が第１の閾値以上第２の閾値未満である場合、土壌の水分量「中」であると判定する。ＣＰＵ３１は、抵抗Ｒ１における電圧の最大値が第２の閾値を超えている場合、土壌の水分量「高」であると判定する。
Therefore, in the present embodiment, based on the actual measurement relationship of FIG. 6, the first threshold value (first value of voltage) for separating “low” and “medium” of the moisture content of the soil, and the soil It is assumed that a second threshold value (second value of voltage> first value) for separating “medium” and “high” of the moisture content of the liquid is defined in advance.
When the maximum value of the voltage at the resistor R1 is less than the first threshold, the
以上説明したように、水分量判定装置１は、検出回路１１と、土壌に埋設させる電極１２−１，１２−２を備えている。
検出回路１１は、所定のパルス幅を有するパルスを発生させるパルス発生機能と、当該パルスにより生ずる所定の場所（抵抗Ｒ１）の電圧を検出する電圧検出機能と、検出された電圧の最大値に基づいて土壌の水分量を判定する水分量判定機能と、を備えている。
このように、本実施形態の検出回路１１は、従来のように直流電圧を印加し続けることなく、短期間のパルス幅を有するパルスを発生させるだけで、土壌の水分量を判定することができる。
従って、電極１２−１，１２−２は、分極が発生することは無くなるので、従来と比較して錆び難くなる。その結果、本実施形態の水分量判定装置１は、長期に渡って正確な判定を維持することができる。
その他、本実施形態の水分量判定装置１は、上述したように、分極による土壌への悪影響の発生を未然に防止するという効果や、省電力効果も奏することができる。
As described above, the water
The
As described above, the
Therefore, since the electrodes 12-1 and 12-2 are not polarized, the electrodes 12-1 and 12-2 are less likely to rust compared to the conventional case. As a result, the moisture
In addition, as described above, the water
本実施形態の水分量判定装置１は、さらに、２つの電極１２−１，１２−２の間に直列に挿入されるキャパシタンスＣｐを備えている。
これにより、直流電流を確実にカットすることができるので、電極１２−１，１２−２の錆び防止という効果をより顕著なものとすることができる。
The water
Thereby, since direct current can be cut reliably, the effect of preventing rust of the electrodes 12-1 and 12-2 can be made more remarkable.
２つの電極１２−１，１２−２の間に、２つのキャパシタンスＣｐが直列に挿入される。これにより、直流の静電気等が発生した場合でも、検出回路１１に侵入する前にカットすることができるので、静電気による検出回路１１に対する悪影響の発生を未然に防止することができる。
Two capacitances Cp are inserted in series between the two electrodes 12-1 and 12-2. As a result, even if direct current static electricity or the like occurs, it can be cut before entering the
上述の電圧検出機能により検出される所定の場所（抵抗Ｒ１）の電圧の大きさは、土壌のキャパシタンスＣｓにおける電流Ｉｓの大きさを示しており、
２つの電極１２−１，１２−２の間に直列に挿入されるキャパシタンスＣｐは、土壌のキャパシタンスＣｓと比較してその値が大きい。
キャパシタンスＣｐと土壌のキャパシタンスＣｓとの合成容量を考慮した場合、このように、キャパシタンスＣｐを土壌のキャパシタンスＣｓと比較して相対的に大きな値とすることで、水分量の変化に応じて、土壌のキャパシタンスＣｓの変化も明確に現れるようになり、精度良い判定が行なえるようになる。
The magnitude of the voltage at the predetermined location (resistance R1) detected by the voltage detection function described above indicates the magnitude of the current Is in the soil capacitance Cs.
The capacitance Cp inserted in series between the two electrodes 12-1 and 12-2 has a larger value than the capacitance Cs of the soil.
When considering the combined capacitance of the capacitance Cp and the capacitance Cs of the soil, the capacitance Cp is set to a relatively large value as compared with the capacitance Cs of the soil in this way, so that the soil The change in the capacitance Cs also appears clearly, so that accurate determination can be made.
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The deformation | transformation in the range which can achieve the objective of this invention, improvement, etc. are included in this invention.
例えば上述の実施形態では、キャパシタンスＣｐは、図４に示すように回路素子（コンデンサ）により形成されていたが、特にこれに限定されず、電極２−１，２−２を覆う絶縁体により形成されてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the capacitance Cp is formed by a circuit element (capacitor) as shown in FIG. 4, but is not particularly limited thereto, and is formed by an insulator covering the electrodes 2-1 and 2-2. May be.
図７は、キャパシタンスＣｐが絶縁体で形成された場合の、本発明が適用される水分量判定装置の概要を説明する模式図である。
図１等の上述の実施形態の水分量判定装置１と同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付してあり、これらの説明は適宜省略する。
図７の例では、電極２−１を覆う絶縁体５１−１と、電極２−２を覆う絶縁体５１−２とが設けられている。これら絶縁体５１−１，５１−２の夫々が、２つのキャパシタンスＣｐとして機能している。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an outline of a water content determination apparatus to which the present invention is applied when the capacitance Cp is formed of an insulator.
Elements having the same functions and configurations as the water
In the example of FIG. 7, an insulator 51-1 that covers the electrode 2-1 and an insulator 51-2 that covers the electrode 2-2 are provided. Each of these insulators 51-1 and 51-2 functions as two capacitances Cp.
図８は、このような図７の例の水分量判定装置の実装形態を示す図である。
なお、等価回路については、上述の実施形態と同様である。即ち、図３は、図７の例の水分量判定装置の等価回路も示している。
図８に示す水分量判定装置１のうち、検出回路１１の構成と機能は、上述の実施形態の図４の構成と機能と基本的に同様であるため、これらの説明はここでは省略する。
図８の構成において、図４の構成と異なる点は次のとおりである。
即ち、所定のパルス幅を有するパルスを出力する端子ＧＰＩＯは、電極１２−１に直接接続されている。この電極１２−１を覆う様に絶縁体５１−１が設けられている。
抵抗Ｒ１は、その一端が接地され、その他端が電極１２−２に直接接続されている。この電極１２−１を覆う様に絶縁体５１−１が設けられている。
FIG. 8 is a diagram showing a mounting form of the moisture content determination apparatus of the example of FIG.
The equivalent circuit is the same as that in the above-described embodiment. That is, FIG. 3 also shows an equivalent circuit of the water content determination apparatus of the example of FIG.
In the moisture
The configuration of FIG. 8 is different from the configuration of FIG. 4 as follows.
That is, the terminal GPIO that outputs a pulse having a predetermined pulse width is directly connected to the electrode 12-1. An insulator 51-1 is provided so as to cover the electrode 12-1.
The resistor R1 has one end grounded and the other end connected directly to the electrode 12-2. An insulator 51-1 is provided so as to cover the electrode 12-1.
図７や図８に示すように、２つのキャパシタンスＣｐとして、電極２−１を覆う絶縁体５１−１と、電極２−２を覆う絶縁体５１−２とを採用した場合の効果は次の通りである。
即ち、土壌に直接接触するのは絶縁体５１−１，５１−２であり、電極２−１，２−２は土壌に直接接触しない。従って、電極２−１，２−２がより一段と錆び難くなる。
換言すると、電極２−１，２−２の素材として、錆び難い金属を採用する必要は特にない。従って、例えば電子基板の配線パターン（Ｃｕ）を電極２−１，２−２にそのまま採用してもよい。
２つのキャパシタンスＣｐが、土壌のキャパシタンスＣｓと比較して、その容量が十分大きい方が、判定精度が高まる点で好適であることは、上述の実施形態と同様である。従って、絶縁体５１−１，５１−２については、その表面積（それらに覆われる電極２−１，２−２の表面積）は大きくし、誘電率は大きくし、かつ厚さは薄くする方が好適である。
As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the effect when the insulator 51-1 covering the electrode 2-1 and the insulator 51-2 covering the electrode 2-2 are adopted as the two capacitances Cp is as follows. Street.
That is, the insulators 51-1 and 51-2 are in direct contact with the soil, and the electrodes 2-1 and 2-2 are not in direct contact with the soil. Therefore, the electrodes 2-1 and 2-2 are more difficult to rust.
In other words, it is not particularly necessary to use a metal that does not easily rust as the material of the electrodes 2-1 and 2-2. Therefore, for example, the wiring pattern (Cu) of the electronic board may be employed as it is for the electrodes 2-1 and 2-2.
It is the same as that of the above-mentioned embodiment that two capacitances Cp are suitable in the point that the one where the capacity | capacitance is large enough compared with the capacitance Cs of soil from the point that determination accuracy increases. Therefore, for the insulators 51-1 and 51-2, the surface area (surface area of the electrodes 2-1 and 2-2 covered by them) is increased, the dielectric constant is increased, and the thickness is decreased. Is preferred.
例えば上述の実施形態では、キャパシタンスＣｐは２個設けられたが、特にこれに限定されない。即ち、キャパシタンスＣｐは、水分判定という点だけを考慮するならば必須な構成要素ではなく、また、直流カットという機能だけを考慮するならば１個でもよい。ただし、検出回路１１に対する静電気対策という点を考慮するならば、電極２−１，２−２の両方から静電気が検出回路１１に侵入させないための対策が必要であり、この対策のためには上述の実施形態のように、電極２−１，２−２の夫々に接続される２個のキャパシタンスＣｐが設けられると好適である。なお、当然ながら必要に応じて、キャパシタンスＣｐが３個以上設けられてもよい。
For example, in the above-described embodiment, two capacitances Cp are provided, but the present invention is not particularly limited to this. That is, the capacitance Cp is not an essential component if only the point of moisture determination is considered, and may be one if only the function of DC cut is considered. However, if the countermeasure against static electricity with respect to the
例えば上述の実施形態では、電極の数は２つ（電極２−１，２−２）とされたが、特にこれに限定されず、３つ以上でもよい。例えば、複数の区域に分割された各土壌の水分量を判定するために、パルスの送信用の電極は１つ用意するのに対して、抵抗Ｒ１の電圧検出用の電極は複数の区域毎にそれぞれ容易するようにしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the number of electrodes is two (electrodes 2-1 and 2-2), but is not particularly limited thereto, and may be three or more. For example, in order to determine the moisture content of each of the soils divided into a plurality of areas, one electrode for transmitting pulses is prepared, whereas the electrode for detecting the voltage of the resistor R1 is provided for each of the plurality of areas. Each may be facilitated.
例えば上述の実施形態では、土壌の水分量は、所定の場所（抵抗Ｒ１）の電圧の最大値と所定の閾値とに基づいて判定され、閾値として２つの閾値が採用されたが、特にこれに限定されない。
即ち、所定の場所（抵抗Ｒ１）の電圧の最大値と所定の閾値との比較といった非常に簡易なロジックで、土壌の水分量を判定することができるので、低コストかつ容易に水分量判定装置１を具現化することができる。
この場合、閾値の種類数は、特に２つに限定されない。例えば閾値の種類数を増やすほど、判定の段階数（土壌の水分量の区分数）が増加するので、より精度の良い判定が可能になる。一方で、判定の段階数を増加させることは、その分だけロジックを複雑にし、高コスト化や具現化の困難性を増大させることを意味する。従って、設計者等は、判定の精度と、コストや具現化の困難性とのバランスを取りながら、所望の種類及び所望の数の閾値を設定すればよい。
For example, in the above-described embodiment, the moisture content of the soil is determined based on the maximum value of the voltage at the predetermined location (resistance R1) and the predetermined threshold value, and two threshold values are adopted as the threshold value. It is not limited.
That is, since the moisture content of the soil can be determined with a very simple logic such as comparing the maximum value of the voltage at a predetermined location (resistor R1) with a predetermined threshold value, the moisture content determination device can be easily and inexpensively 1 can be embodied.
In this case, the number of types of threshold values is not particularly limited to two. For example, as the number of types of the threshold value is increased, the number of determination steps (the number of soil moisture content categories) increases, so that determination with higher accuracy is possible. On the other hand, increasing the number of determination steps means that the logic is complicated by that amount, which increases the cost and difficulty of implementation. Therefore, a designer or the like may set a desired type and a desired number of thresholds while balancing the accuracy of determination with cost and difficulty of implementation.
例えば上述の実施形態では、判定対象は土壌とされたが、特にこれに限定されない。即ち、電極２−１，２−２を埋設させてパルスを与えると土壌のキャパシタンスＣｓが生じ、当該土壌のキャパシタンスＣｓの容量が水分量に応じて変化する対象であれば、判定対象とすることができる。 For example, in the above-described embodiment, the determination target is soil, but is not particularly limited thereto. That is, if the electrodes 2-1 and 2-2 are buried and given a pulse, the capacitance Cs of the soil is generated, and if the capacitance of the capacitance Cs of the soil changes according to the amount of moisture, the determination is made. Can do.
上述した一連の処理（土壌の水分の判定処理等）は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。
換言すると、図４や図８の実装形態は例示に過ぎず、特に限定されない。即ち、上述した一連の処理を全体として実行できる機能が水分量判定装置１等に備えられていれば足り、この機能を実現するためにどのような実装形態を取るのかは特に図４や図８の例に限定されない。
The above-described series of processing (soil moisture determination processing and the like) can be executed by hardware or can be executed by software.
In other words, the mounting forms in FIGS. 4 and 8 are merely examples, and are not particularly limited. That is, it is sufficient if the water
一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータ等にネットワークや記録媒体からインストールされる。
コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
When a series of processing is executed by software, a program constituting the software is installed on a computer or the like from a network or a recording medium.
The computer may be a computer incorporated in dedicated hardware. The computer may be a computer capable of executing various functions by installing various programs, for example, a general-purpose personal computer.
このようなプログラムを含む記録媒体は、ユーザにプログラムを提供するために装置本体とは別に配布されるリムーバブルメディアにより構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体等で構成される。リムーバブルメディアは、例えば、磁気ディスク（フロッピディスクを含む）、光ディスク、または光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等により構成される。光磁気ディスクは、ＭＤ（Ｍｉｎｉ−Ｄｉｓｋ）等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体は、例えば、プログラムが記録されているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やハードディスク等で構成される。 A recording medium including such a program is provided not only to a removable medium distributed separately from the apparatus main body in order to provide the program to the user, but also to the user in a state of being incorporated in the apparatus main body in advance. It consists of a recording medium. The removable medium is composed of, for example, a magnetic disk (including a floppy disk), an optical disk, a magneto-optical disk, or the like. The optical disk is composed of, for example, a CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory), a DVD (Digital Versatile Disk), or the like. The magneto-optical disk is configured by an MD (Mini-Disk) or the like. In addition, the recording medium provided to the user in a state of being incorporated in advance in the apparatus main body includes, for example, a ROM (Read Only Memory) in which a program is recorded, a hard disk, or the like.
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。 In the present specification, the step of describing the program recorded on the recording medium is not limited to the processing performed in chronological order according to the order, but is not necessarily performed in chronological order, either in parallel or individually. The process to be executed is also included.
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is only an illustration and does not limit the technical scope of this invention. The present invention can take other various embodiments, and various modifications such as omission and replacement can be made without departing from the gist of the present invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention described in this specification and the like, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［付記１］
土壌に埋設させる複数の電極と、
所定のパルス幅を有するパルスを発生させるパルス発生手段と、
当該パルスにより生ずる所定の場所の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧の最大値に基づいて、土壌の水分量を判定する水分量判定手段と、
を備える水分量判定装置。
［付記２］
前記複数の電極の間に直列に挿入されるキャパシタンス
をさらに備える付記１に記載の水分量判定装置。
［付記３］
前記電極は２つ存在し、前記キャパシタンスは２つ存在し、
２つの前記電極の間に、２つの前記キャパシタンスが直列に挿入される、
付記２に記載の水分量判定装置。
［付記４］
前記２つのキャパシタンスの夫々は、前記２つの電極を覆う絶縁体により形成される、
付記３に記載の水分量判定装置。
［付記５］
前記電圧検出手段により検出される所定の場所の電圧の大きさは、前記土壌のキャパシタンスにおける電流の大きさを示しており、
前記複数の電極の間に直列に挿入される前記キャパシタンスは、前記土壌のキャパシタンスと比較してその値が大きい、
付記２乃至４のうち何れか１つに記載の水分量判定装置。
［付記６］
前記水分量判定手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧の最大値と所定の閾値とに基づいて、土壌の水分量を判定する、
付記１乃至５のうち何れか１項に記載の水分判定装置。
［付記７］
前記所定の閾値は、複数ある、
付記６に記載の水分判定装置。
［付記８］
土壌に埋設させる複数の電極を用いて当該土壌の水分量を判定するコンピュータを、
所定のパルス幅を有するパルスを発生させるパルス発生手段、
当該パルスにより生ずる所定の場所の電圧を検出する電圧検出手段、
前記電圧検出手段により検出された電圧の最大値に基づいて、土壌の水分量を判定する水分量判定手段、
として機能させるためのプログラム。
The invention described in the scope of claims at the beginning of the filing of the present application will be appended.
[Appendix 1]
A plurality of electrodes embedded in the soil;
Pulse generating means for generating a pulse having a predetermined pulse width;
Voltage detecting means for detecting a voltage at a predetermined location generated by the pulse;
Based on the maximum value of the voltage detected by the voltage detection means, a moisture content determination means for determining the moisture content of the soil,
A water content determination apparatus comprising:
[Appendix 2]
The water content determination apparatus according to
[Appendix 3]
There are two electrodes, two capacitances,
Two capacitances are inserted in series between the two electrodes,
The water content determination apparatus according to attachment 2.
[Appendix 4]
Each of the two capacitances is formed by an insulator covering the two electrodes.
The water content determination apparatus according to attachment 3.
[Appendix 5]
The magnitude of the voltage at the predetermined location detected by the voltage detection means indicates the magnitude of the current in the capacitance of the soil,
The capacitance inserted in series between the plurality of electrodes has a larger value than the capacitance of the soil,
The water content determination apparatus according to any one of supplementary notes 2 to 4.
[Appendix 6]
The moisture content determination means determines the moisture content of the soil based on the maximum value of the voltage detected by the voltage detection means and a predetermined threshold value.
The moisture determination apparatus according to any one of
[Appendix 7]
There are a plurality of the predetermined threshold values.
The moisture determination apparatus according to appendix 6.
[Appendix 8]
A computer that determines the moisture content of the soil using a plurality of electrodes embedded in the soil,
Pulse generating means for generating a pulse having a predetermined pulse width;
Voltage detection means for detecting a voltage at a predetermined location generated by the pulse;
Moisture content determination means for determining the moisture content of the soil based on the maximum value of the voltage detected by the voltage detection means,
Program to function as.
１・・・水分量判定装置，１１・・・検出装置，１２−１，１２−２・・・電極，２１・・・パルス発生部，２２・・・ＡＤＣ，３１・・・ＣＰＵ，５１−１，５１−２・・・絶縁体，Ｃｓ・・・土壌のキャパシタンス，Ｃｐ・・・キャパシタンス，Ｒ１・・・抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (8)
所定のパルス幅を有するパルスを発生させ前記複数の電極に印加するパルス発生手段と、
当該パルスにより生ずる所定の場所の抵抗に対して発生する電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧の最大値に基づいて、水分量を判定する水分量判定手段と、
を備える水分量判定装置。 A plurality of electrodes embedded in the soil;
A pulse generating means you applied to the plurality of electrodes to generate a pulse having a predetermined pulse width,
Voltage detecting means for detecting a voltage generated with respect to the resistance at a predetermined place caused by the pulse;
A water content determination means for determining a water content based on the maximum value of the voltage detected by the voltage detection means;
A water content determination apparatus comprising:
２つの前記電極の間に、２つの前記キャパシタンスが直列に挿入される、
請求項２に記載の水分量判定装置。 There are two electrodes, two capacitances,
Two capacitances are inserted in series between the two electrodes,
The water content determination apparatus according to claim 2.
請求項３に記載の水分量判定装置。 Each of the two capacitances is formed by an insulator covering the two electrodes.
The water content determination apparatus according to claim 3.
前記複数の電極の間に直列に挿入される前記キャパシタンスは、前記土壌のキャパシタンスと比較してその値が大きい、
請求項２乃至４のうち何れか１項に記載の水分量判定装置。 The magnitude of the voltage at the predetermined location detected by the voltage detection means indicates the magnitude of the current in the capacitance of the soil,
The capacitance inserted in series between the plurality of electrodes has a larger value than the capacitance of the soil,
The water content determination apparatus according to any one of claims 2 to 4.
請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の水分量判定装置。 The moisture content determination means determines the moisture content of the soil based on the maximum value of the voltage detected by the voltage detection means and a predetermined threshold value.
The water content determination apparatus according to any one of claims 1 to 5.
請求項６に記載の水分量判定装置。 There are a plurality of the predetermined threshold values.
The water content determination apparatus according to claim 6.
所定のパルス幅を有するパルスを発生させ前記複数の電極に印加するパルス発生手段、
当該パルスにより生ずる所定の場所の抵抗に対して発生する電圧を検出する電圧検出手段、
前記電圧検出手段により検出された電圧の最大値に基づいて、土壌の水分量を判定する
水分量判定手段、
として機能させるためのプログラム。 A computer that determines the moisture content of the soil using a plurality of electrodes embedded in the soil,
Pulse generating means you applied to the plurality of electrodes to generate a pulse having a predetermined pulse width,
Voltage detection means for detecting a voltage generated with respect to a resistance in a predetermined place caused by the pulse;
Moisture content determination means for determining the moisture content of the soil based on the maximum value of the voltage detected by the voltage detection means,
Program to function as.
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