JP6915783B2 - 農業ハウス用湿度センサ装置 - Google Patents

Description

この発明は農業ハウス用湿度センサ装置、詳しくは湿度センサの収納ハウジング内にファンを備えた農業ハウス用湿度センサ装置に関する。

従来の湿度センサを用いたファン制御システムとしては、例えば特許文献１に記載された除湿乾燥システムが知られている。
この除湿乾燥システムは、籾を収容するためのコンテナと、コンテナ内に温室内の空気を強制的に導入するための送風ユニットと、温室内の空気を除湿するための除湿機と、温室内の空気を温めるための加温機と、温室内の換気を行うための換気ファンと、温室内の雰囲気温度を検出するためのＩＣ型等の温度センサと、温室内の雰囲気湿度を検出するためのインピーダンス変化型等の湿度センサと、温度センサ及び湿度センサの制御情報に基づいて換気ファン及び送風ユニットの作動を制御するコントローラとを備えている。

特開２００７−２４７９４１号公報

しかしながら、このような従来の除湿乾燥システムにあっては、以下の課題が生じていた。
すなわち、湿度センサは温室内の湿度を検出し、温室を換気するための換気ファンの作動を制御するものに過ぎなかったため、温室内が高湿度状態となった場合には湿度センサそのものの故障・不具合が発生するおそれがあった。湿度センサは高分子容量式湿度検出素子などを有しているため、高湿度雰囲気ではその故障につながることになる。

そこで、発明者は、湿度センサが高湿度雰囲気では作動が不安定となることを知見し、湿度センサを収納するハウジングにファンを配設し、かつこのファンの稼働を制御することにより、上記課題を解決すべくこの発明を完成させた。

この発明は、高湿度雰囲気にても湿度センサの正常な作動を維持することができる農業ハウス用湿度センサ装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は農業用ハウス内に設置されてこの農業用ハウスの内部空間の湿度を検出するハウス用湿度センサと、このハウス用湿度センサを収納するハウジングと、このハウジング内に収納されて上記農業用ハウス内の日照度を検出する日照度センサと、ハウジング内に収納されてハウジング内の空気をハウジングの外部に排出するファンと、を含むハウス用湿度センサ装置において、日照度センサにより昼夜を判別し、夜間についてはハウジング内が低湿度であるときファンを駆動運転し、高湿度においてはファンの運転を停止するとともに、昼間においてはファン運転をＯＮとするようファン運転を制御する制御手段を備えた農業ハウス用湿度センサ装置である。
湿度センサを大きく分けると高分子抵抗式と高分子静電容量式の２種類に分類される。共に湿分を吸湿、脱湿する感湿材（高分子ポリマーなど）を使用し、電極間を橋渡ししている構造で、樹脂で封止されている。その電気信号を電気抵抗で捉えるのが高分子抵抗式湿度センサであり、その電気信号を電気容量で捉えるのが高分子静電容量式湿度センサである。
前者は、構造が簡単で、大量生産ができ、比較的安価である。電気抵抗を測定するためにノイズに強い。そのため、センサ部を小型化することができ、センサケーブルも細くすることが可能である。ただし、原理上１０〜２０％以下については測定ができない。
後者は、応答速度が早い。高温・低温度域での使用が可能である。低湿度測定に優れる。静電容量を測定するためノイズに弱い。したがってシールド性が必要でケーブルなども太い。
農業用ハウスとは、いわゆるビニールハウスであって、野菜、果物を栽培するものであり、この他にも温室などを含む概念である。このハウス用湿度センサは、温度・湿度センサを含むこととする。ハウジングは、例えばプラスチックボックスなどで構成することができる。
日照度センサは、例えばフォトダイオードと電流増幅回路を内蔵したアナログ型の照度センサである。
昼夜を判別するために時計ではなく日照度センサを用いた理由は、時計機能を追加するにはコスト高となること、時計の設定、管理が必要となること、バッテリを使用して時計の設定時間の保持が必要なこと、時計において遅れなどズレ（世界標準時等のプロトコルでズレるときがある）が発生した場合の回復困難性などである。現場での状況を反映できる日照度センサが好ましい。
高湿度・低湿度の判断は、例えば静電容量式湿度センサにおいて検出、測定が不安定となる場合をいう。例えば湿度９０％〜９２％である。樹脂封止した感湿材、電極が作動不安定となる場合である。

請求項２に記載の発明は、上記ハウジングは排気口を有し、この排気口に対峙して上記ファンが設けられ、ファンの運転により排気口からハウジング内部の空気を排出する請求項１に記載のハウス用湿度センサ装置である。
ハウジングの一面に所定大きさの排気口を形成し、この排気口に対向してファンを配置することとなる。ファンの運転を制御する制御手段は、例えばハウジング内に配置した制御基板の制御回路、基板に搭載したＣＰＵのプログラムなどを含むこととする。

請求項３に記載の発明は、上記ハウジング内部には上記センサ信号を送信する通信用回路基板を備えた請求項１または２に記載のハウス用湿度センサ装置である。
通信回路用の基板についてもハウジング内に配置収納することができる。これらの基板の回路からの発熱がファンにより外部に空気を排出することにより外部に放出される。なお、通信は有線、無線を含む概念とする。

請求項１〜３に記載の発明によれば、農業ハウス内が高湿度雰囲気にある場合でもファンを適正に運転制御することにより、湿度センサに対する負荷が過大とならないようにコントロールすることができる。また、昼間はファンを駆動するため、回路などからの発熱は常時外部に放出されることとなる。夜間においては雰囲気温度は低下するため、昼間に比較して高湿度となり易い。そこで、ファンの運転を制御することにより湿度センサは発生する不具合を未然に防止することができ、湿度センサの耐久性を高めることができる。そして、ハウジング内の温度、湿度は農業用ハウス内部のハウジング設置位置のそれとほぼ同じとされる。適正な温度・湿度測定を可能とする。なお、外部との通信用回路基板を備えることにより、ンサ信号を得た外部機器からの指令信号によって、直接外部端末からファンの運転を制御するよう構成することができる。

この発明の一実施例に係るセンサ装置を示す平面図である。 この発明の一実施例に係るセンサ装置を示すその側面図である。 この発明の一実施例に係る正面図である。 この発明の一実施例に係るセンサ装置を示す背面図である。 この発明の一実施例に係るセンサ装置のハウジングボックスを示すその斜視図である。 この発明の一実施例に係るセンサ装置の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センサ装置の作用を説明するためのフローチャートである。

以下、この発明に係るハウス用湿度センサ装置の一実施例を具体的に説明する。

図１〜図５において、11は湿度センサ装置を示し、このセンサ装置は農業用ハウスの内部の例えばその天井部に吊り下げられて配設される。センサ装置１１は、直方体からなるプラスチック板製のハウジング１２を有しており、その内部に温度・湿度センサ１３、電動のファン１４、環境光センサ１５、図示していないがこれらのセンサの出力をインタネット回線を介して外部端末に送信する通信ユニット、また、ファン駆動のための制御回路などを有する回路基板などを収容している。また、これら装置に対しての電源としては、例えばハウスに設置した外部電源を使用することができる。内部電源により対応可能とすることもできる。
ハウジング１２の一側面の所定高さ位置には内外を連通する排気口１６が形成されており、この側面または他の側面の所定位置（排気口から離れた位置）には吸気口１７が形成されている。ファン１４はこの排気口１６に対峙した側面位置に固定されている。また、環境光センサ１５（日照度センサ）が配置されたハウジング１２側面においては、外部の光を感知するために薄く半透明に形成された光取得用窓１８が形成されている。ファン１４が駆動回転することにより、吸気口１７よりハウジング１２内部空間に吸入された外部空気は排気口１６からハウジング外部である農業用ハウス内に排出される。

温度・湿度センサ１３は、市販の樹脂封止した半導体センサであって、電気式湿度センサの抵抗変化型を用いている。しかし、静電容量変化型のそれであっても許容できる。
ファン１４の役割は、センサ１３，１５自身の通電による自己発熱を放熱させること、筐体内部の基板回路からの発熱を放熱すること、さらに、センサ周辺の雰囲気を筐体（ハウジング１２）外部の被測定エリアの雰囲気に近づけることにある。
なお、日照度センサとしての環境光センサ１５にあっては、市販品を使用する。

ファン１４の制御手段については、基板に形成した制御回路によりまたは基板に固定した半導体チップに組み込まれた回路（格納されたプログラム）により構成することができる。
環境光センサ１５はハウス内の日照度を測定し、昼夜の判別を行う。
すなわち、ファン１４がＯＮは、湿度９１％未満、または日照度が５０ルクス以上のときとする。また、ファン１４がＯＦＦの条件は、湿度が９１％以上で、日照度が５０ルクス未満（夜間）とする。なお、夜間を例えば２０ルクス未満の場合として判別することもできる。
これは、昼間は日射の影響で筐体（ハウジング１２）内部が熱せられるため、温度誤差を避けるため常時ファン１４をＯＮとするとともに、夜間は高湿度から湿度センサ機器を保護するため、湿度９１％未満でＯＦＦ、高湿度雰囲気を筐体内部に取りこまないようにするためである。なお、９１％未満では昼夜に限らず、ファン１４をＯＮとする。
すなわち、制御手段は、湿度９１％未満、または日照度が５０ルクス以上でファン１４をＯＮとする。その電動ファン１４がＯＦＦ条件は夜間（日照度が５０ルクス未満、特に照度２０ルクス以下とすることもできる）であって、湿度が９１％以上の場合である。夜間は湿度９１％以上の高湿度でＯＦＦとし、例えば９１％未満ではファンをＯＮとする。
なお、湿度、日照度についてはその判断のためのしきい値は適宜変更することも可能であり、個別のハウスの環境・その他の事情などによる。

図６には、この発明の一実施例に係るセンサ装置における制御概念を説明するためのブロック図である。すなわち、制御手段は例えばＣＰＵなどで構成されており、センサからの入力信号により、図７のフローチャートにしたがって演算し、ファンに対して駆動信号ＯＮ、停止信号ＯＦＦを出力し、制御することとなる。
なお、以上に示すような基板に形成した制御回路や、チップに組み込んだ上記ソフトウェア制御だけでなく、例えばインタネット回線を介して外部端末（例えばスマートフォン、パソコン）などからも制御可能とすることもできる。
または、端末使用者が手動により端末画面操作することで任意のタイミングでファンをＯＮ／ＯＦＦするように構成することもできる。
これは農薬散布時に手動でファンをＯＦＦとし、散布終了時に手動で再度ＯＮとすることで、上記各センサからの信号で制御を再開するものである。また、自動制御が故障した場合の非常手段（フェイルセーフ機能）とする。
また、インタネット回線を介して接続されたサーバからの指令によりファンをＯＮ／ＯＦＦする構成とすることができる。
ファンＯＮ／ＯＦＦの制御が複雑化した場合、処理能力の高い外部サーバからこの制御を行うこともできる。この場合、日照度センサにトラブルが生じても外部サーバの時計機能などで夜間を判別することとする。
なお、上記電気式湿度センサとして最も一般的な電子センサは、公共的な気象観測に用いられる容量性及び抵抗性のものである。これらはともに感湿体として多孔質のセラミックスまたは吸湿性の高分子膜を用いる。
容量性センサは、感湿体を挟む２つの板状電極の間に交流電圧を印加することによって、感湿体の水分吸収に伴う誘電率の変化がもたらす電極間の静電容量の変化から湿度を測定する。
抵抗性センサは、感湿体の水分吸収に伴う導電性の変化を利用する。これらによって得られた計測値は普通の計量器（容量計・抵抗計）やデータ収集ボード（data acquisition board）によって可視化される。
測定原理の性質上、温度変化による誤差を避けられず、これを温度変化１℃につき湿度０．２％以内に抑えるため、実際の製品では温度センサを用いた補正機構を持つ。また、感湿体にフィルタを装着しているが、表面の汚損等による経時変化が避けられないため、定期的な整備と校正とが必要である。

この発明に係る農業用ハウスの湿度センサ装置は、湿度センサ装置技術として有用である。

１１ 湿度センサ装置、
１２ ハウジング、
１３ 湿度センサ、
１４ ファン、
１５ 環境光センサ。

Claims (3)

1. 農業用ハウス内に設置されてこの農業用ハウスの内部空間の湿度を検出するハウス用湿度センサと、
   このハウス用湿度センサを収納するハウジングと、
   このハウジング内に収納されて上記農業用ハウス内の日照度を検出する日照度センサと、
   ハウジング内に収納されてハウジング内の空気をハウジングの外部に排出するファンと、を含むハウス用湿度センサ装置において、
   日照度センサにより昼夜を判別し、夜間についてはハウジング内が低湿度であるときファンを駆動運転し、高湿度においてはファンの運転を停止するとともに、昼間においてはファン運転をＯＮとするようファン運転を制御する制御手段を備えたハウス用湿度センサ装置。
2. 上記ハウジングは排気口を有し、この排気口に対峙して上記ファンが設けられ、ファンの運転により排気口からハウジング内部の空気を排出する請求項１に記載のハウス用湿度センサ装置。
3. 上記ハウジング内部には上記センサ信号を送信する通信用回路基板を備えた請求項１または２に記載のハウス用湿度センサ装置。

Images