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【発明の名称】 土中水分検出装置およびそれを用いた灌水システム
【発明者】 【氏名】福里 文彦
【要約】 【課題】土壌の乾燥状態を自動的に検出できるようにし、さらには、土壌が乾燥しているときには、自動的に灌水できるようにする。

【解決手段】一対の検知体７1，７1の屈曲された複数の電極棒９1〜９3を、畑の畝１ａの両側から対向するように埋め込み、対向する両電極棒９1〜９3間に流れる電流に基づいて、畝１ａの水分を検出して閾値と比較して乾燥しているときには、電磁バルブを開放して給水ホース２から畝１ａに灌水するように構成している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 土壌中に埋設される少なくとも一対の検知体と、検知体間に流れる電流に基づいて、土壌中の水分を検出する検出手段とを備えることを特徴とする土中水分検出装置。
【請求項２】 前記検出手段は、検出された水分と予め定められた閾値とを比較して比較結果に応じた検出出力を与える請求項１記載の土中水分検出装置。
【請求項３】 前記検出手段は、少なくとも二つの第１および第２の閾値が予め学習記憶される記憶部を有するとともに、検出された水分が、前記両閾値の範囲内にあるか否かに応じた検出出力を与える請求項２記載の土中水分検出装置。
【請求項４】 前記検知体は、土壌中に埋設される複数の電極を備える請求項１ないし３のいずれかに記載の土中水分検出装置。
【請求項５】 前記複数の電極が、棒状であって、放射状に延出される請求項４記載の土中水分検出装置。
【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の土中水分検出装置を備え、前記検知体が、作物が栽培される土壌に埋設され、前記検出手段の検出出力に基づいて、前記土壌への灌水を制御することを特徴とする灌水システム。
【請求項７】 前記作物が栽培される土壌の畝に、その両側から対向するように各検知体の前記複数の電極をそれぞれ埋設する請求項６記載の灌水システム。
【請求項８】 前記第１の閾値として土壌への灌水を開始すべき状態に対応する水分の検出値を学習記憶させるとともに、前記第２の閾値として土壌への灌水を停止すべき状態に対応する水分の検出値を学習記憶させ、検出された水分の検出値が前記両閾値の範囲内にあるときに、灌水手段を制御して土壌に灌水する請求項６または７記載の灌水システム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、野菜や果物などの作物を栽培する土壌中の水や液体肥料（以下「液肥」という）などの水分を検出するのに好適な土中水分検出装置およびそれを用いた灌水システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】野菜や果物などの作物の栽培において、作物に供給する水や液肥の調整は、作物の生育にとって極めて重要な要素であり、従来では、天候や気温などに応じて、農業従事者が、土壌の状態を観察して土壌が乾燥しているときには、水や液肥が貯留されたタンクの給水バルブを開放して土壌に水や液肥を灌水し、十分に灌水されたことを確認して給水バルブを閉止していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来では、農業従事者が、土壌の状態を観察し、あるいは、天候や温度などに基づく経験や勘などによって土壌が乾燥しているときに、灌水するようにしているが、土壌の乾燥状態を観察して手動で灌水するのは面倒であり、特に、広い面積の田や畑では、乾燥状態にムラがあるので、容易でなく、また、経験や勘に基づく灌水では、必ずしも適切な灌水とならない場合もあり、したがって、土壌が乾燥したときには、それを正確に検出して自動的に灌水できるようにすることが望まれる。
【０００４】本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、土壌の乾燥状態を自動的に検出できるようにし、さらには、土壌が乾燥しているときには、自動的に灌水できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
【０００６】すなわち、請求項１に係る発明の土中水分検出装置は、土壌中に埋設される少なくとも一対の検知体と、検知体間に流れる電流に基づいて、土壌中の水分を検出する検出手段とを備えている。
【０００７】ここで、水分とは、水に限らず、液肥などの液体をふくむのは勿論である。
【０００８】請求項２に係る発明の土中水分検出装置は、請求項１記載の発明において、前記検出手段は、検出された水分と予め定められた閾値とを比較して比較結果に応じた検出出力を与えるものである。
【０００９】請求項３に係る発明の土中水分検出装置は、請求項２記載の発明において、前記検出手段は、少なくとも二つの第１および第２の閾値が予め学習記憶される記憶部を有するとともに、検出された水分が、前記両閾値の範囲内にあるか否かに応じた検出出力を与えるものである。
【００１０】請求項４に係る発明の土中水分検出装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明において、前記検知体は、土壌中に埋設される複数の電極を備えている。
【００１１】請求項５に係る発明の土中水分検出装置は、請求項４記載の発明において、前記複数の電極が、棒状であって、放射状に延出されるものである。
【００１２】請求項６に係る発明の灌水システムは、請求項１ないし５のいずれかに記載の土中水分検出装置を備え、前記検知体が、作物が栽培される土壌に埋設され、前記検出手段の検出出力に基づいて、前記土壌への灌水を制御するものである。
【００１３】ここで、灌水とは、水に限らず、液肥などの液体の供給も含むものである。
【００１４】請求項７に係る発明の灌水システムは、請求項６記載の発明において、作物が栽培される土壌の畝に、その両側から対向するように各検知体の前記複数の電極をそれぞれ埋設するものである。
【００１５】請求項８に係る発明の灌水システムは、請求項６または７記載の発明において、前記第１の閾値として土壌への灌水を開始すべき状態に対応する水分の検出値を学習記憶させるとともに、前記第２の閾値として土壌への灌水を停止すべき状態に対応する水分の検出値を学習記憶させ、検出された水分の検出値が前記両閾値の範囲内にあるときに、灌水手段を制御して土壌に灌水するものである。
【００１６】〔作用〕請求項１に係る発明の構成によると、土壌中に含まれる水分の量に応じて土壌中に埋設される一対の検知体間に流れる電流が変化するので、前記電流に基づいて、土壌中の水分を検出することができる。
【００１７】請求項２に係る発明の構成によると、検出された水分と予め定められた閾値とを比較して比較結果に応じた検出出力を与えるので、閾値に比べて水分が多いか否かを検出できることになる。
【００１８】請求項３に係る発明の構成によると、土壌中に含まれる水分が、予め学習記憶させた第１，第２の閾値の範囲内にあるか否かを検出できることになる。
【００１９】請求項４に係る発明の構成によると、前記検知体は、土壌中に埋設される複数の電極を備えているので、一方の検知体の電極と他方の検知体の電極との間に流れる電流に基づいて、土壌中の水分を検出できることになる。
【００２０】請求項５に係る発明の構成によると、複数の電極が、棒状であって、放射状に延出されるので、広い検出領域で水分を検出できる。
【００２１】請求項６に係る発明の構成によると、作物が栽培される土壌中の水分を検出し、土壌の乾燥状態に応じて灌水を制御できることになる。
【００２２】請求項７に係る発明の構成によると、作物が栽培される土壌の畝に、その両側から対向するように各検知体の複数の電極をそれぞれ埋設するので、畝の部分の水分を検出して灌水できることになる。
【００２３】請求項８に係る発明の構成によると、土壌への灌水を開始すべき状態に対応する検出値と、土壌への灌水を停止すべき状態に対応する検出値とを、第１，第２の閾値として予め学習記憶させるので、水分の検出値が前記両閾値の範囲内にあるときには、土壌が乾燥状態にあるとして、灌水できることになり、さらに、土壌の質や栽培される作物の種類に応じて適切な閾値を予め学習記憶させることができるので、土壌の質や作物の種類に拘わらず、常に適切な灌水が行える。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の実施の形態に付いて、詳細に説明する。
【００２５】図１は、本発明の一つの実施の形態に係る灌水システムの概略構成図である。
【００２６】この実施の形態は、例えば、イチゴなどの作物が栽培される畑の灌水システムに適用して説明する。畑１は、複数の山状の畝１ａがほぼ平行に延びており、各畝には、その頂部に、液肥を給水するための給水ホース２がそれぞれ配設されており、各給水ホース２はその一端が封止されるとともに、各他端が連結されて電磁弁３を介して液肥が貯留されている貯留タンク４に連結されている。
【００２７】各給水ホース２は、多数の給水孔２ａがそれぞれ形成されており、前記電磁弁３が開放されると、貯留タンク４内の液肥が、給水ホース２の給水孔２ａから各畝１ａに散水（灌水）されるように構成されている。貯留タンク４の給水管路に設置された前記磁弁３および給水ホース２によって畑１に灌水する灌水手段が構成されている。
【００２８】この実施の形態では、畑１の土壌中の水分を検出して土壌が乾燥しているときには、電磁弁３を開放して液肥を散水し、十分に散水できたときには、電磁弁３を閉止して液肥の散水を停止できるように次のように構成している。
【００２９】すなわち、この実施の形態の灌水システムでは、土壌中の液肥などの水分を検出する土中水分検出装置５1，５2を二つ備えるとともに、両土中水分検出装置５1，５2の出力に基づいて、電磁弁３の駆動を制御する駆動制御回路６を備えている。両土中水分検出装置５1，５2の検出装置本体８1，８2と駆動制御回路６とは、適宜の箇所に配置された制御盤１６に設けられている。
【００３０】各土中水分検出装置５1，５2は、各一対の検知体７1，７1；７2，７2を備えるとともに、各一対の検知体７1，７1；７2，７2の出力をそれぞれ取り込む前記検出装置本体８1，８2とを備えており、各検知体７1，７1；７2，７2は、図２の斜視図および図３の平面図にも示されるように、複数、この実施の形態では、３本の電極棒９1，９2，９3と、これら電極棒９1，９2，９3を保持する電極保持器１０とを有している。
【００３１】３本の電極棒９1，９2，９3の内の中央の電極棒９2は、電極保持器１０から下方に延出されてその中間部分が、ほぼ直角に屈曲され、その両側の電極棒９1，９3は、電極保持器１０から下方へ延出されるとともに、中央の電極棒９2とそれぞれほぼ６０度をなすように放射状（扇状）に屈曲されており、これら３本の電極棒９1，９2，９3は、電極保持器１０の内部において、電気的に接続されている。一対の各検知体７1，７1；７2，７2の電極棒９1，９2，９3が、図４に示されるように、畑の畝１ａに互いに対向するように畝１ａの両側から埋め込まれている。
【００３２】この実施の形態では、畝１ａの両側の一対の検知体７1，７1；７2，７2間、すなわち、一方の検知体７1（７2）の３本の電極棒９1，９2，９3と、対向する他方の検知体７1（７2）の３本の電極棒９1，９2，９3との間に流れる電流が、畝１ａに含まれる導電性物質としての水分によって変化することを利用して畝１ａに含まれる水分を検出するものである。すなわち、水分が多いと、対向する一対の検知体７1，７1（７2，７2）間の抵抗は低くなって流れる電流が大きくなり、逆に水分が少ないと、対向する一対の検知体７1，７1（７2，７2）間の抵抗は高くなって流れる電流が小さくなる。
【００３３】検出装置本体５1，５2は、図５に示されるように、交流電源に接続される電源端子１１と、一対の各検知体７1，７1；７2，７2に接続される入力端子１２と、後述のように学習モードを設定して閾値を設定させるための各種のキーなどを備えた設定部１３と、閾値を学習記憶するとともに、各検知体７1，７1；７2，７2の検出出力に基づいて水分を検出して閾値と比較して比較結果に応じた出力を与える制御部１４と、制御部１４からの出力を外部に与える出力リレー等を備えた出力部１５とを備えている。制御部１４は、一対の各検知体７1，７1；７2，７2間に流れる電流を、入力端子１２間の電圧値として取り込んで処理するものである。
【００３４】このように一対の検知体７1，７1；７2，７2間に流れる電流に基づいて水分を検出する基本原理は、電極間に流れる電流に基づいて水漏れを検知する従来の漏水検知器と同様である。
【００３５】この実施の形態では、灌水システムを通常モードで作動させる前に、予め設定部１３のの図示しないモード設定キーを操作して学習モードを設定し、この学習モードにおいて、電磁弁３を開放して散水を開始すべき乾燥状態に対応する第１の閾値と、散水が十分を行われて散水を停止すべき状態に対応する第２の閾値とを学習記憶させる。
【００３６】すなわち、畑１が散水を開始すべき乾燥状態になったときには、学習モードを設定するとともに、設定部１３の図示しないセットキーを操作してそのときの一対の検知体７1，７1（７2，７2）間に流れる電流を、電圧値として取り込んで第１の閾値として制御部１４のメモリに記憶し、さらに、電磁弁３を開放して散水を開始して十分に散水されて給水を停止してもよい状態なったときに、設定部１３の図示しないリセットキーを操作してそのときの一対の検知体７1，７1（７2，７2）間に流れる電流を、電圧値として取り込んで第２の閾値として制御部１４のメモリに記憶させて学習モードを終了する。
【００３７】次に、設定部１３のモード設定キーを操作して通常モードに移行し、この通常モードでは、一対の検知体７1，７1（７2，７2）間に流れる電流を電圧値として取り込み、第１，第２の閾値と比較し、電磁弁３を開放して散水を行うべき両閾値の範囲内にあるか否かを判断し、範囲内にあるときには、電磁弁３を開放するべき検出信号を出力し、範囲内にないときには、電磁弁３を閉止すべき検出信号を出力する。
【００３８】両土中水分検出装置５1，５2からの検出出力が与えられる駆動制御回路６は、いずれか一方の土中水分検出装置から電磁弁３を開放すべき検出信号が与えられている期間に亘って電磁弁３を開放する駆動信号を出力して液肥を散水し、両土中水分検出装置５1，５2から電磁弁３を閉止すべき検出信号が与えられたときには、電磁弁３を閉止して散水を停止するものである。
【００３９】以上の構成を有する灌水システムによれば、水分が少なくなって乾燥していずれかの土中水分検出装置５1，５2の検知体７1，７1；７2，７2間に流れる電流に基づく検出値が、前記第１，第２の閾値の範囲内の値となり、電磁弁３を開放すべ検出信号が出力されると、駆動制御回路６は、電磁弁３を開放し、これによって、貯留タンク４から液肥が給水ホース２を介して散水されることになる。
【００４０】この散水によって十分に液肥が供給されると、両土中水分検出装置５1，５2の一対の検知体７1，７1；７2，７2間に流れる電流に基づく検出値が、前記第１，第２の閾値の範囲外となり、電磁弁３を閉止すべき検出信号が出力され、駆動制御回路６は、電磁弁３を閉止し、貯留タンク４からの液肥の散水が停止される。
【００４１】これによって、自動的に畝１ａの水分が検出されて散水すべき乾燥状態にあるときには、散水されて適切な状態に維持されることになり、従来例のように、農業従事者が、畑の状態を観察して手動で給水バルブを開閉して散水するといった面倒な作業の必要がなく、また、農業従事者の経験や勘に頼るのではなく、常に水分を検出しているので、乾燥状態に応じて確実に灌水が行えることになる。
【００４２】さらに、この実施の形態では、二つの土中水分検出装置５1，５2を、貯留タンク４に近い側と遠い側との両方に配置して水分を検出しているので、散水の際に圧力差が生じる貯留タンク４に近い側および遠い側のいずれの側において、乾燥したときには、確実にそれを検出して散水できることになる。
【００４３】また、実際に畑を乾燥させた状態における検出値、さらには、給水した状態における検出値を、閾値としてそれぞれ学習記憶させるので、栽培する作物の種類や栽培する場所などによって土壌の質などが異なってもそれに応じた閾値が学習記憶されることになり、したがって、栽培する作物や土壌の質などが異なる場合にも適切な灌水が行えることになる。
【００４４】（その他の実施の形態）上述の実施の形態では、土中水分検出装置は、一対の検知体間を流れる電流に基づいて水分を検出したけれども、本発明の他の実施の形態として、複数対の検知体を備え、各対の検知体間を流れる電流に基づいて水分を検出するように構成してもよい。
【００４５】上述の実施の形態では、二つの土中水分検出装置によって複数の畝の散水を制御したけれども、本発明の他の実施の形態として、各畝毎に、土中水分検出装置および電磁弁を設けて各土中水分検出装置の検出出力によって対応する各電磁弁を制御して各畝毎に散水を制御するようにしてもよく、あるいは、単一の土中水分検出装置によって複数の畝の散水を一括して制御するようにしてもよい。
【００４６】上述の実施の形態では、第１，第２の閾値を学習記憶させたけれども、本発明の他の実施の形態として、単一の閾値を学習記憶させ、検出された水分が前記単一の閾値以下になったときには、乾燥しているとして、例えば一定時間散水するように構成してもよい。また、土壌や栽培される作物が限定されている用途などにおいては、閾値を個別に学習記憶させるのではなく、予め設定しておいてもよい。また、閾値を設定して検出値と比較することなく、水分の検出値を、そのまま出力するようにしてもよい。
【００４７】上述の実施の形態では、畝の長手方向の一方側に貯留タンクを配設するとともに、畝毎に、一本の給水ホースを配設したけれども、本発明の他の実施の形態として、畝の長手方向の両側に貯留タンクをそれぞれ配設するとともに、畝毎に、一方の貯留タンクから給液される給水ホースと、他方の貯留タンクから給液される給水ホースとの２本を配設し、二つの貯留タンクから交互に散水するようにしてもよく。この場合には、貯留タンクからの遠近によって生じる給水時の圧力差に起因する乾燥状態のバラツキを抑制できることになる。
【００４８】上述の実施の形態では、給水ホースは、畝の上に配置したけれども、本発明の他の実施の形態として、栽培する作物の種類などに応じて、給水ホースを土壌に埋設して作物の根に近い位置で給水するようにしてもよい。
【００４９】上述の実施の形態では、液肥を散水したけれども、本発明は、液肥に限らず、水の散水に適用してもよいのは勿論であり、また、散水もホースによる散水に限らず、スプリンクラーのような他の灌水手段を使用してもよい。
【００５０】なお、水分を検出する土壌は、土のみの土壌に限らず、砂、軽石、セシガラなどを含むような各種の土壌であってもよく、要は、作物を栽培する土壌であればよい。
【００５１】上述の実施の形態では、検知体は、３本の電極棒を備えていたけれども、本発明の電極は、３本に限らず、１本、２本あるいは４本以上であってもよく、また、棒状に限らず、角柱状や平板状などの他の形状であってもよく、サイズも適宜選択すればよい。さらに、電極棒の屈曲形状も上述の実施の形態に限るものではなく、また、屈曲することなく、真っすぐな電極を、畝の横から差し込むように埋め込んでもよい。
【００５２】また、水分を検出する土壌は、畑に限らず、田圃などの作物を栽培する土壌であってもよいのは勿論である。
【００５３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下に示すような効果が期待できる。
【００５４】請求項１に係る発明によれば、土壌中に含まれる水分を、比較的安価な構成で検出できる。
【００５５】請求項２に係る発明によれば、予め定められた閾値に比べて土壌中に含まれる水分が多いか否かを検出できる。
【００５６】請求項３に係る発明によれば、閾値を、土壌の質などに応じて予め学習記憶させることができるので、土壌の質が異なるような場合にも正確な検出が可能となる。
【００５７】請求項４に係る発明によれば、一方の検知体の複数の電極と他方の検知体の複数の電極との間に流れる電流に基づいて、土壌中の水分を検出するので、広い検出領域で水分を検出できることになる。
【００５８】請求項５に係る発明によれば、複数の電極が、棒状であって、放射状に延出されるので、広い検出領域で効率的に水分を検出できる。
【００５９】請求項６に係る発明によれば、作物が栽培される土壌中の水分を検出し、土壌の乾燥状態に応じて灌水を制御できることになる。
【００６０】請求項７に係る発明によれば、作物が栽培される土壌の畝に、その両側から対向するように各検知体の複数の電極をそれぞれ埋設するので、畝の部分の水分を検出して灌水を制御できることになる。
【００６１】請求項８に係る発明によれば、土壌への灌水を開始すべき状態に対応する検出値と、土壌への灌水を停止すべき状態に対応する検出値とを、第１，第２の閾値として予め学習記憶させるので、水分の検出値が前記両閾値の範囲内にあるときには、土壌が乾燥状態にあるとして、灌水できることになり、さらに、土壌の質や栽培される作物の種類に応じて適切な閾値を予め学習記憶させることができるので、土壌の質や作物の種類に拘わらず、常に適切な灌水が行える。
【出願人】 【識別番号】０００００２９４５
【氏名又は名称】オムロン株式会社
【出願日】 平成１１年２月１６日（１９９９．２．１６）
【代理人】 【識別番号】１０００８６７３７
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 和秀
【公開番号】 特開２０００−２３２８２８（Ｐ２０００−２３２８２８Ａ）
【公開日】 平成１２年８月２９日（２０００．８．２９）
【出願番号】 特願平１１−３６９００