温室用の自律分散型ユビキタス環境制御システムの構築

要約

構築した温室用ユビキタス環境制御システムは、動作機器やセンサ機器がインターネット規格のネットワーク通信による情報を利用して自律的に動作する。必要な機器をネットワークで接続するだけで、情報管理が容易で汎用性・拡張性の高い環境制御システムを構成できる。

  • キーワード:施設栽培、環境制御、自律分散型、ユビキタス環境制御システム
  • 担当:野菜茶研・果菜研究部・栽培システム研究室
  • 連絡先:電話0569-72-1490、電子メールmtaka@affrc.go.jp
  • 区分:野菜茶業・野菜栽培生理、共通基盤・農業気象
  • 分類:技術・普及

背景・ねらい

施設栽培用の環境制御コンピュータは、機能を一台に集中して制御する方式が主流で、各メーカーが独自に集中型制御コンピュータの ハードウェアを開発して互換性のない専用ソフトウェアで動作させている。このため低価格化が進まず、近年急増している大型施設への対応も遅れている。そこ で、各制御機器にマイコンを搭載して、共通規格のネットワーク通信により、異なるメーカーの機器でも相互に連携した動作が可能で、汎用性・拡張性が高く、 低コストな自律分散型の環境制御システムを構築する。

成果の内容・特徴

  • 構築した自律分散型の環境制御システム(ユビキタス環境制御システム)では、各機器にマイコン基板USE(Ubiquitous System Engine、基板サイズ90mm×110mm)を搭載したものをノードとする。各ノードをインターネットの各種通信規格(IEEE802.3, IP, UDP, TCP, HTTP)でXMLとHTMLを使用して接続する。
  • ユビキタス環境制御の基本システムは、動作ノード(天窓開閉、カーテン開閉、暖房機)、センサノード(室内気象、室外気象(基本型)、室外風向風速)、操作ノード(簡易コンソール(操作・表示器)、手動スイッチ)からなる(図1)。
  • センサノードは計測値をシステム全体に配信する。動作ノードはセンサノード、操作ノード等の情報を参照しながら自律して制御動作を行い、動作状況等を配信する(表1)。
  • 各ノードの自律動作のための制御変数の設定や動作状況のモニタを行うためには、簡易コンソールあるいはパソコンのインターネットブラウザを利用する(図2)。専用ソフトウェアは不要で、ブラウザ機能を有する汎用携帯端末(PDA等)でも操作が可能である。
  • 簡易コンソールは、1日を6つの時間帯に分けて各ノードに制御目標値の変更を配信する。これらの基本システムにおける室内気温の変温管理の動作実証例を図3に示す。

成果の活用面・留意点

  • 各機器メーカーがユビキタスシステム仕様対応機器を開発するための、マイコン基板(有償、約1万円)および機器開発用基本ミドルウェア(無償)は、共同研究機関のエヌアイエスシステムから提供される。
  • 本システムでは施設の系統・区画毎に独立・協調した制御が可能であるほか、インターネットに接続して、遠隔管理・保守、および地域分散した施設の統合管理が容易に実現できる。
  • 本システムでは、ハウス内の電気工事の設計・施工が容易になり、低コストでのシステム導入が可能になる。

具体的データ

図1 自律分散型ユビキタス環境制御システムのネットワーク構成例(ハウス内2区画)

図2 天窓開閉ノードのWeb設定画面

表1 各ノードの主な機能・制御変数および連携ノード

図3 変温管理設定時の温度制御の実施例

その他

  • 研究課題名:施設生産のためのユビキタス環境制御システムの開発
  • 課題ID:11-02-02-01-35-05
  • 予算区分:高度化事業
  • 研究期間:2004?2005年度
  • 研究担当者:高市益行、黒崎秀仁、渡辺慎一、川嶋浩樹、中野有加、星 岳彦(東海大学)、林 泰正(エヌアイシステム)、山口浩明(誠和)、馬場 勝(ネポン)、相原祐輔(ネポン)
  • 発表論文等: 林ら(2004) 農及園 79:845-853.