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【発明の名称】 自立電源式無線圃場観測装置およびそれを用いた観測方法
【発明者】 【氏名】水沼　守
【住所又は居所】東京都千代田区大手町二丁目３番１号　日本電信電話株式会社内
【要約】 【課題】本発明の課題は、バッテリ電圧を常に監視し、規定値を下回った場合にはデータをバックアップメモリに待避させ、その後規定値を上回った場合にはシステムを起動させる自立電源式無線圃場観測装置を提供することにある。

【解決手段】本発明は、太陽電池、風力発電機などの自立電源１１で充電されるバッテリ１３を有し、圃場における土壌、気象、水質に関するデータを検出するセンサと、センサで取得したセンサデータを管理室まで送信する無線通信システムと、バッテリ１３の電圧を監視する電源電圧監視回路１７からのシャットダウンコントロールパルスを受け取ると未送信のセンサデータ、現在時刻をデータバッファメモリに待避してシャットダウンし、リセットコントロールパルスを受信すると起動するコンピュータ１６とを具備することを特徴とするものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池、風力発電機などの自立電源と、
前記自立電源によって生成された電力が過充電を防ぐ充電制御器を経由して充電されるバッテリと、
前記バッテリの電力が過放電を防ぐ放電制御器を経て供給される圃場における土壌、気象、水質に関するデータを検出するセンサと、
前記センサで取得したセンサデータを管理室まで送信する無線通信システムと、
前記バッテリの電圧を監視し、バッテリ電圧が所定の電圧になるとコンピュータのシャットダウンコントロールパルスもしくはリセットコントロールパルスを送出する電源電圧監視回路と、
前記電源電圧監視回路からのシャットダウンコントロールパルスもしくはリセットコントロールパルスが受信され、シャットダウンコントロールパルスを受け取ると未送信のセンサデータ、現在時刻をデータバッファメモリに記録して待避するコンピュータと
を具備することを特徴とする自立電源式無線圃場観測装置。
【請求項２】
電源電圧監視回路およびデータバッファメモリが、バックアップ用電源を有することを特徴とする請求項１記載の自立電源式無線圃場観測装置。
【請求項３】
コンピュータとして、カード型コンピュータを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の自立電源式無線圃場観測装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の自立電源式無線圃場観測装置を用い、
コンピュータのシステムを起動するステップと、
コンピュータがセンサデータを取得すると共にデータを管理室に無線で定時的に送出するステップと、
コンピュータが電源電圧監視回路からシャットダウンコントロールパルスを受け取ると未送信のセンサデータ、現在時刻をデータバッファメモリに記録して待避するステップと、
コンピュータがシステムシャットダウンの信号を無線システムに送出するステップと、
コンピュータがリセットコントロールパルスを受信すると、コンピュータシステムを電源断状態から起動を行なうステップと
よりなることを特徴とする自立電源式無線圃場観測方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、農産物の栽培をする圃場の土壌、気象、水質等を管理する自立電源式無線圃場観測装置およびそれを用いた観測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、農産物の栽培をする圃場の定点における土壌、気象、水質等の管理用の複数のセンサのデータの確認は、直接、センサの箇所まで作業員が行って、データを読み取ったり、あるいは、定点に設置した記録計に記録していた。さらに、近年の太陽電池や風力発電機が安価に利用できるようになってきたこと、また、各種無線システムも安価に供給される状況になってきたことから、その定点のみで完結する自立電源に無線システムを接続して、無線によって、前記データを管理室まで送信するようになってきている。
【０００３】
従来技術に関連する文献として、無線による圃場観測情報装置と運用方法（特許文献１）、圃場管理装置（特許文献２）、圃場遠隔管理装置（特許文献３）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２１２４８４号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１７５９３号公報
【特許文献３】
特開２０００−１３４３４７号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような太陽電池または風力発電機などの自立電源によるシステムでは、天候不良、日照不足、無風状態その他の原因によって、バッテリ電圧の低下をきたし、システムの停止に至り、データの欠落等の不具合が起こっている。また、天候・日照の回復、有風状況への推移が起こり、バッテリの電圧が回復した後にも、システム停止が継続し、作業員が直接システムの箇所まで行って、再起動その他の処置をしているために、効率が悪く、面倒である。
【０００５】
また、このような自立電源システムでは、太陽光、風など自然現象に頼っていることもあって、システム停止が全く無いものを設計することは、困難であるし、もしできたとしても、予期せぬ大掛かりなものとなるなど経済性に問題が残るものとなるのが通例である。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、バッテリ電圧を常に監視し、規定値を下回った場合にはデータをバックアップメモリに待避させ、その後規定値を上回った場合にはシステムを起動させる自立電源式無線圃場観測装置およびそれを用いた観測方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の自立電源式無線圃場観測装置は、太陽電池、風力発電機などの自立電源と、前記自立電源によって生成された電力が過充電を防ぐ充電制御器を経由して充電されるバッテリと、前記バッテリの電力が過放電を防ぐ放電制御器を経て供給される圃場における土壌、気象、水質に関するデータを検出するセンサと、前記センサで取得したセンサデータを管理室まで送信する無線通信システムと、前記バッテリの電圧を監視し、バッテリ電圧が所定の電圧になるとコンピュータのシャットダウンコントロールパルスもしくはリセットコントロールパルスを送出する電源電圧監視回路と、前記電源電圧監視回路からのシャットダウンコントロールパルスもしくはリセットコントロールパルスが受信され、シャットダウンコントロールパルスを受け取ると未送信のセンサデータ、現在時刻をデータバッファメモリに記録して待避するコンピュータとを具備することを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明は、前記自立電源式無線圃場観測装置において、電源電圧監視回路およびデータバッファメモリが、バックアップ用電源を有することを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明は、前記自立電源式無線圃場観測装置において、コンピュータとして、カード型コンピュータを用いることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明は、前記自立電源式無線圃場観測装置を用い、コンピュータのシステムを起動するステップと、コンピュータがセンサデータを取得すると共にデータを管理室に無線で定時的に送出するステップと、コンピュータが電源電圧監視回路からシャットダウンコントロールパルスを受け取ると未送信のセンサデータ、現在時刻をデータバッファメモリに記録して待避するステップと、コンピュータがシステムシャットダウンの信号を無線システムに送出するステップと、コンピュータがリセットコントロールパルスを受信すると、コンピュータシステムを電源断状態から起動を行なうステップとよりなることを特徴とする。
【００１１】
【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例を詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施形態例に係る自立電源式無線圃場観測装置を示す構成説明図である。定点に設置された太陽電池、風力発電機などの自立電源１１によって生成された電力は、例えばＣＶＣＣ充電等により過充電を防ぐ充電制御器１２を経由して、バッテリ（鉛蓄電池）１３に充電される。バッテリ１３に蓄えられた電力は、過放電を防ぐ放電制御器１４を経て、負荷１５に供給される。負荷１５としては、農産物の栽培をする圃場の定点における土壌、気象、水質などに関するデータを検出するのセンサ、前記センサで取得したセンタデータを管理室まで無線通信システムで送信する無線ルータ、直流電力を交流電力に変換して各種機器に給電するＤＣ／ＡＣコンバータなどが上げられる。一方、センサデータを取得し無線ルータに送出するなどシステム全体を制御するリナックス（Ｌｉｎｕｘ）搭載カード型コンピュータ１６には、バッテリ１３から直接バッテリ電圧ＶＢが供給される。１７はバッテリ１３の電圧を監視して電圧モニタ信号が伝送される電源電圧監視回路（スーパーバイザ）であり、電圧モニタ信号による制御信号をコンピュータ１６に伝送する。
【００１３】
図２は、図１のコンピュータのシステムを示す構成説明図である。また、図３は、図２に示したコンピュータシステムの動作を示すフローチャートである。すなわち、コンピュータ１６のシステムは、起動されると、ＣＰＵ（Ｃｏｒｅ）２１が入出力回路（Ｉ／Ｏ）２２を介して土壌センサ２３、気象センサ２４、水質センサ２５のデータを取得し、ＣＰＵ２１から入出力回路２２を介して無線ルータ２６にデータを送出し、無線ルータ２６から図示しない管理室に例えば１日に２回等定時的にデータを送出（通信）する動作を繰り返す定常状態に推移する。
【００１４】
一方、天候不良・日照不足などによって、バッテリ電圧ＶＢが、コンピュータシステムの運用に支障を来たす寸前までに低下した場合、電源電圧監視回路１７は、シャットダウン　コントロール　パルス（Ｓｈｕｔｄｏｗｎ　ＣＯＮＴＲＯＬ　ＰＵＬＳＥ）を送出し、ＰＭＵ（Ｐｏｗｅｒ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）２７に知らせる。ＰＭＵ２７は、シャットダウン　コントロール　パルスを受け取ると、ＣＰＵ２１に指示し、図３のプログラムに従って、未送信のセンサデータ、現在時刻等をデータバックアップメモリ（データバックアップ用ＲＡＭ）２８に記録して待避した上で、システムシャットダウンの信号を入出力回路２２を介して無線システムの無線ルータ２６に送出し、引き続いて、コンピュータシステムをシャットダウンする。バッテリ電圧ＶＢが低下している間は、コンピュータシステムは、この状態で休止する。２９はバックアップ用リチウムバッテリであり、電源電圧監視回路１７およびデータバックアップメモリ２８のバックアップ用電源である。
【００１５】
しかし、天候・日照／風況の回復によって、コンピュータシステムの起動が可能と判断される電圧にまで、バッテリ電圧ＶＢが復旧した場合には、電源電圧監視回路１７は、リセット　コントロール　パルス（Ｒｅｓｅｔ　ＣＯＮＴＲＯＬＰＵＬＳＥ）を送出し、ＰＭＵ２７に知らせる。ＰＭＵ２７は、リセット　コントロール　パルスを受信すると、ＣＰＵ２１に指示し、図３のプログラムに従って、コンピュータシステムを電源断状態からの起動を行い、再び定常状態に復帰する。なお、バッテリ電圧ＶＢが再び上昇してシステムが再起動した場合は、通常データを送信するタイミングではなくても、まず、それまでバックアップされていたデータを送信してから、新たにデータを取得・蓄積していくように動作する。
【００１６】
図４は本発明の実施形態例に係るバッテリ電圧と充電制御器の動作を示す特性図である。また、図５（ａ）は本発明の実施形態例に係るバッテリ電圧と放電制御器の動作を示す特性図であり、図５（ｂ）は本発明の実施形態例に係るバッテリ電圧とコンピュータの動作を示す特性図である。
【００１７】
まず、バッテリ電圧ＶＢが満充電に近い状態にある場合には、図４に示すように動作する。すなわち、さらに充電状態にあって、過充電電圧１２．６Ｖを越える場合には、充電制御器１２が短絡状態になり、充電を停止する。電力が使用され放電して、バッテリ電圧ＶＢが低下した場合には、充電を再開する。このような状況の場合には、バッテリ電圧ＶＢは、負荷１５を駆動するのに十分であるから、負荷１５は動作状態（ＯＮ）にあり自立電源式無線圃場観測装置のシステムの停止等の動作は起こらない。
【００１８】
一方、天候不良等が長引いてバッテリ電圧ＶＢが低下した場合には、図５（ａ），（ｂ）に示すように動作する。まず、放電状態になって、バッテリ電圧ＶＢが負荷遮断電圧１２．０Ｖよりも低下する過放電の状況では、放電制御器１４はＶＢ＝１２．０Ｖで負荷１５を切り離し（切断）、過放電を回避するように動作する。この直前に電源電圧監視回路１７は、ＶＢ＝１２．０５Ｖでシャットダウン　コントロール　パルスを送出し、ＰＭＵ２７を介して、ＣＰＵ２１にその状況を知らせる（図２）。コンピュータシステムは、バッテリ電圧ＶＢの低下を知って、未送信のセンサデータ、現在時刻等をデータバックアップメモリ２８に待避し、システムシャットダウンの信号を送出した後、システムを停止し、「電源断」の状態に推移する（図３）。ここで、「電源断」の状態になっても、電源電圧監視回路１７は低下したバッテリ電圧ＶＢで動作するようにするか、または、リチウム電池などのバックアップ用リチウムバッテリ２９を用意して動作するように設計する。
【００１９】
同様に、天候が回復し、バッテリ１３が充電を開始して、バッテリ電圧ＶＢが負荷再接続電圧１２．４Ｖを上回るようになる充電状況では、放電制御器１４はバッテリ電圧ＶＢ＝１２．４Ｖで負荷１５を再接続してシステムを立ち上げる。この後、電源電圧監視回路１７は、バッテリ電圧ＶＢ＝１２．４５Ｖでリセットコントロール　パルスを送出し、ＰＭＵ２７を介して、ＣＰＵ２１にその状況を知らせる（図２）。システムは、バッテリ電圧ＶＢの復帰を知って、センサデータを取得・データ送出の定常状態に推移する（図３）。
【００２０】
なお、バッテリ電圧ＶＢ＝１２．０Ｖ、１２．０５Ｖ、１２．４Ｖ、１２．４５Ｖなどの設定値は、実施形態例での一例であり、設置場所の気象条件その他によって、適切に設定する必要がある。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、天候不良等により一時的なシステム停止が発生しても、長期間のデータ収集が、定点に出向くことなく、確実に自立的にでき、また、一時的な天候不良等によるシステム停止では、作業員が出向く必要がないため、運用が簡便になるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る自立電源式無線圃場観測装置を示す構成説明図である。
【図２】図１のコンピュータのシステムを示す構成説明図である。
【図３】図２に示したコンピュータシステムの動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態例に係るバッテリ電圧と充電制御器の動作を示す特性図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態例に係るバッテリ電圧と放電制御器の動作を示す特性図であり、（ｂ）は本発明の実施形態例に係るバッテリ電圧とコンピュータの動作を示す特性図である。
【符号の説明】
１１　太陽電池、風力発電機などの自立電源
１２　充電制御器
１３　バッテリ（鉛蓄電池）
１４　放電制御器
１５　負荷
１６　リナックス（Ｌｉｎｕｘ）搭載カード型コンピュータ
１７　電源電圧監視回路（スーパーバイザ）
２１　ＣＰＵ（Ｃｏｒｅ）
２２　入出力回路（Ｉ／Ｏ）
２３　土壌センサ
２４　気象センサ
２５　水質センサ
２６　無線ルータ
２７　ＰＭＵ（Ｐｏｗｅｒ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）
２８　データバックアップメモリ（データバックアップ用ＲＡＭ）
２９　バックアップ用リチウムバッテリ
【出願人】 【識別番号】０００００４２２６
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区大手町二丁目３番１号
【出願日】 平成１４年１０月１日（２００２．１０．１）
【代理人】 【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江　武彦

【識別番号】１０００８４６１８
【弁理士】
【氏名又は名称】村松　貞男

【識別番号】１０００８７９６３
【弁理士】
【氏名又は名称】石川　義雄
【公開番号】 特開２００４−１２１０７１（Ｐ２００４−１２１０７１Ａ）
【公開日】 平成１６年４月２２日（２００４．４．２２）
【出願番号】 特願２００２−２８８８６６（Ｐ２００２−２８８８６６）