温 室 内 の 環 境 情 報 を 活 用 し た 高 糖 度 ト マ ト 栽 培 に 関 す る 研 究
竹 中 智 哉
*・ 後 藤 和 弘
*・ 松 岡 伸 一 郎
***
電 子 ・ 情 報 担 当 ・
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株 式 会 社 サ ニ ー プ レ イ ス フ ァ ー ム
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El ec t r oni c I nf or mat i on Gr oup・
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Sunny Pl ac e F ar m Co. , L t d.
要
旨
平 成 ２ ３ 年 度 企 業 ニ ー ズ 対 応 型 研 究 事 業 に お い て ，産 業 科 学 技 術 セ ン タ ー と ( 株 ) サ ニ ー プ レ イ ス フ ァ ー ム は ，
温 室 内 の 環 境 情 報 を 活 用 し た 高 糖 度 ト マ ト 栽 培 法 の 共 同 研 究 を 実 施 し た ． 各 種 セ ン サ で 定 期 記 録 を す る 環 境 情
報 を 活 用 す る 上 で ， 環 境 情 報 と 同 じ 時 間 分 解 能 を も つ 温 室 内 出 力 機 器 の 動 作 推 移 を 取 得 で き な い こ と が ， 相 関
分 析 を 困 難 に し ， 品 質 研 究 の 障 害 と な っ て い た ． こ の 課 題 を 解 決 す る た め に ， 出 力 機 器 の 動 作 情 報 を 自 動 か つ
定 期 的 に 収 集 し ，事 務 所 や 自 宅 な ど の 遠 隔 地 か ら で も ネ ッ ト ワ ー ク 経 由 で 状 況 を 確 認 で き る シ ス テ ム を 開 発 し ，
効 率 よ く ， 高 品 質 な 高 糖 度 ト マ ト を 栽 培 で き る 環 境 を 構 築 し た ．
1.
はじめに
株式会社サニープレイスファーム（佐伯市）は，1. 8ha
の温室（ビニールハウス）で，高糖度トマト（糖度 8∼
10）を栽培している．設備としては，温室内環境（室温，
湿度，日射量など）を自動で管理するために，環境情報
をもとに出力機器（窓やカーテン，冷暖房機，循環扇な
ど）の動作を制御する複合制御盤を導入している．従業
員数は 16 名と栽培規模に対して少人数で，生産計画通り
の安定した品質（糖度，大きさ，質量）をもつトマトを
効率的に栽培する方法を研究している．本研究は，下記
のプロセスを繰り返し，取り組まれている．
①情報収集：温室内の環境情報（室温，湿度，日射量デ
ータなど）や出力機器の動作情報（窓，カーテン，冷暖
房機，循環扇など），作業記録，収量・品質記録などの
様々な情報を収集する．
②表示（見える化）：収集した情報を整理し，温室環境
推移や生育推移，出力機器の動作推移，作業履歴，収量・
品質推移といった統計データをグラフや表，図で表現す
る．
③分析・指示：見える化したデータを分析し，出荷予測
や品質管理（予兆監視，異常検知）を行う．これらの分
析結果をもとに，生産計画の修正や作業のマニュアル化，
新たな作業，温室環境の調整を行う．
しかし，①において，温室内の環境情報収集と収量・
品質記録はセンサや計測装置により自動化されているも
のの，出力機器の動作情報は定期巡回で収集しており，
作業者の負担が大きかった．また，定期巡回では分単位
といった細かい周期での定期収集が難しく，②において，
自動で収集された情報と同じ時間分解能をもつ出力機器
の動作推移を作成できないため，③での相関分析が困難
で，品質研究の障害となっていた．
この課題を解決するために，出力機器の動作情報を自
動かつ定期的に収集し，事務所や自宅などの遠隔地から
でもネットワーク経由で状況を確認できるシステム（出
力機器の稼働記録・監視システム）を開発した．
2.
出力機器の稼働記録・監視システム概要
開発したシステムを Fi g. 1 に示す．具体的に下記のハ
ードウェアとソフトウェアを開発した．
Fi g. 1 出力機器の稼働記録・監視システム
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①インターフェイス装置（以後，I / F 装置）：複合制御
盤（コントローラ）から出力される出力機器の動作を制
御する信号（以後，主信号）に影響を与えることなく，
その制御信号を分岐し，稼働計測装置へ入力する装置．
②稼働計測装置：I / F 装置から出力される信号から出力
機器の動作情報を算出し，保存やネットワーク通信を行
う稼働計測装置．
③遠隔監視・データ保存用ソフトウェア：稼働計測装置
へ保存された出力機器の動作情報をネットワーク経由で
受信し，表示や保存を行う遠隔監視・データ保存用のソ
フトウェア．
3.
I / F 装置の開発
I / F 装置の構成と外観を，Fi g. 2，Fi g. 3 に示す．
信号分岐部では，汎用の多極リレーを用いて，主信号
から分岐信号を生成する．主信号は出力形式によって有
電圧信号と無電圧信号，接点信号に分類される．出力形
式に適した分岐回路を構成し，インターロック回路を使
用して安全設計を行っている．
レベルシフト部では，分岐信号のレベル( AC 200V) をマ
イコンで取り扱えるレベル ( DC 3. 3V) に変換する．変換に
は，AC 対応のフォトカプラを利用し，AC200V 信号を光信
号に変換して，後段の 3. 3V 回路に信号情報のみを伝達す
る．これにより，稼働計測装置を AC200V から絶縁保護で
きる．フォトカプラ入力部には RC 直列回路を構成し，電
流と電圧の位相をずらし，電力消費による発熱を抑制し
ている．
電源部には，雷や他の機器が発するサージから回路を
保護するために，バリスタを用いて保護回路を構成して
いる．
分岐 信号出力 主信号
入 力
主信号 出力 AC 200V
リレー 主信号
入力部
配線 ブレーカー
稼動計測装置 出力機 器 複合制御盤
稼動計測 装置盤内 I/ F 装置盤内
信号分岐部
漏電 ブレーカー
200V 線 3.3V 線 DC
3.3V 絶縁部
電源 サージ
保護部
主信号 出力部 分岐信号
出力部
ヒューズ
絶縁部 レベル シフト部
Fi g. 2 I / F 装置の構成（ブロック図）
Fi g. 3 I / F 装置の外観
4.
稼働計測装置の開発
稼働計測装置の仕様を Tabl e 1 に示す．出力機器の動
作状況は，15 秒周期で監視を行い，10 分周期で CSV ファ
イルに記録し，日単位で管理する．ファイルのヘッダ情
報として，デバイス No を記録する．記録媒体は mi cr oSD
で，10 日分のデータを保存し，日付の古いファイルから
自動更新する．記録データは，専用アプリ( データ自動保
存用アプリ) を使用してホスト PCから自動抽出ができ
る．データを記録した CSV ファイルの表示例を Fi g. 4 に
示す．また，バッテリ動作を可能とし，AC 入力電源の停
電を監視・記録する．
Tabl e 1 稼働計測装置の仕様
稼働計測装置の構成を F ig. 5 に示す．T able 1 の仕様を実
現するために，ラピッドプロトタイピングツールとしてARM社
が開 発 したマイコンボー ド「mbed」を採 用した．mbed には
C ortex- M3 をベースとした 32bit C PU コアを内蔵した ARM
項目 仕様 備考
デバ イスNo.
・書式：1∼99 ・装 置の識 別ID。
・本 装置を複 数台 設置した際に利用 。 日時 ・書式：Y Y Y Y / MM/ DDhh:mm
出 力機 器の動 作状 況
・書式：％or ON/ OF F
・窓、カーテンは開度率 [％ ]、その他はON/ OF F で記録 。
電 源状 況
・書 式：正常 / 停電
・本 装置の 電源 供給状 況を記 録。
・AC 100V 動作 時に正常 。バッテリ動 作時 に停電と表示 。
出力機 器 対応数
・有 電圧 機器（窓 ）：４ ・無 電圧 機器（カーテン）：２ ・接 点機 器：８
・有 電圧機 器… 有電圧 信号 で制御される機器 ・無 電圧機 器… 無電圧 信号 で制御される機器 ・接 点機器 … 接 点信号 で制御 される機器 監視/ 記録周期 15秒 / 10分
記録フォーマット ・.c svファイル ・日 単位 でファイルを作成
記録媒体 mic roS D ・10日分 のデータを保 存。日 付の古 いファイルか ら更新 。
記録抽 出方 法 L AN通信
・専 用のアプリを使 用して記 録を抽出 。
・ネットワーク通信遮断時は mic roS Dか ら記録抽 出可 能。 監視方法 webブラウザ/ L C D
記録情 報
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Fi g. 4 出力機器の動作状況記録ファイルの表示例
mbed マイコン (L P C 1768、
AR M C OR T E X)
L C D表示器
計測記録部 (mic roS D)
タクトS W
L AN (Et hernet ) AC 100V
漏電ブレーカー
サージ保護
ノイズフィルタ
信号 検出部
DC 5V
DC 4.5V
電源判別信号 DC 5V
DC 3V リセットS W
電源 監視切替部
バッテリー ボタン電池 (R T Cバ ックアップ用)
リセット信号
バッテリー 単3電池×3直 AC / DC 変換回路
(スイッチング電源)
電源S W
L C D表示切替信号 動作信号 (接点機器分岐信号)
割り込み信号 （有電圧、無電圧機器分岐信号）
I/ F装置
分岐信号
DC3.3V
入力ポート 拡張部
Fi g. 5 稼働計測装置の構成 ( ブロック図)
マイコン( LPC1768 NXP Semi c onduc t or s 社製) が搭載され
ている．AC100V からスイッチング電源を介して供給さ
れる DC5. 0V 電圧が停電等の理由により，バッテリ電圧よ
りも低下すると稼働計測装置の電源をスイッチング電源
からバッテリに切り替える．スイッチング電源とバッテ
リの両電源の電圧が低下した際にも mbedに内蔵された
リアルタイムクロック I C の停止を避けるため，RTC 用バ
ックアップ電源として，ボタン電池 CR2032 を使用してい
る．
接点機器の動作状況は，15 秒周期でマイコンが入力ポ
ート拡張部にアクセスし，動作信号の状態を確認するこ
とで判断する．有電圧機器と無電圧機器の動作状況は，
信号検出部から送信される割り込み信号から算出する．
割り込み信号は，機器の動作開始時に立ち上がり，機器
の動作終了時に立ち下がる．マイコンに内蔵されたタイ
マーで割り込み信号の立ち上がりから立ち上がりまでの
時間を計測することで現在の開度率[ %] を算出する．開度
率と機器の動作時間は比例関係にあるため，開度率は式
( 1) にて求められる．
開度率[%] =
積 算 動作時間ൣ秒൧
全 開 動作時間ൣ秒൧
× 100 … ( 1)
積算動作時間は，計測を開始してから現在までの出力
機器の積算動作時間を示す．開動作が起きれば開動作時
間を積算動作時間に加算し，閉動作が起きれば閉動作時
間を積算動作時間から減算する．天窓のように窓重量に
よる減速機の惰性が発生する出力機器では，閉動作時間
に惰性分を考慮した補正値を含める．全開動作時間は出
力機器が動作し，全閉状態から全開状態に達するまでの
動作時間を示す．
5.
遠隔監視・データ保存用ソフトウェアの開発
5. 1 遠隔監視用アプリ
ホスト PC 以外の PC や携帯でもリアルタイム監視を行
えると便利であることから，WEBブラウザに出力機器の
動作状況を表示できる仕様とした．ブラウザでの表示例
を Fi g. 6 に示す．ブラウザにて更新ボタンを押すごとに
最新の状態が表示される．プログラムは J avaSc r i pt言語
で記述しており，HTTP サーバーとして動作する稼働計測
装置内に組み込んでいる．ブラウザでホスト PC からアク
セスした際に，表示用のホームページを作成する．また
本アプリは，ホスト PC からのアクセスごとに稼働計測装
置の時刻をホスト PC の時刻に更新する．
Fi g. 6 WEB ブラウザでの表示例
5. 2 データ自動保存用アプリ
データ自動保存用アプリを Fi g. 7 に示す．日単位の出
力機器の稼働記録ファイルを，設定した周期で，稼働計
測装置から設定したフォルダに自動でダウンロードする．
本アプリは Vi s ual Bas i c 言語で記述している．データを
保存するフォルダと稼働計測装置の I P アドレス，自動保
存する周期を設定し，保存開始/ 停止ボタンを押すと自動
保存を開始する．保存開始/ 停止ボタンはトグル動作をす
るため，再度ボタンを押すと自動保存を停止する．
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Fi g. 7 データ自動保存用アプリ
6.
現地試験
サニープレイスファーム社温室に，開発した出力機器
の稼働記録・監視システムを設置し動作試験を行った．
設置風景を Fi g. 8 に示す．稼働計測を行った出力機器を
Tabl e 2 に示す．
Fi g. 8 設置風景
Tabl e 2 出力機器の一覧
制御信号 出力機器名
有電圧信号 天窓（北），天窓（南），側窓（西）
無電圧信号 保温カーテン，遮光カーテン
接点信号 ヒートポンプ，温風機，循環扇
出力機器の稼働記録・監視システムを構築したことで，
出力機 器の動作情報を自 動で定期収集で きるように な
り，他の情報（温度，湿度，日射量などの環境情報や作
業記録，収量・品質記録）との相関分析が容易になった．
参考資料として，ある日の出力機器の動作推移を Fi g. 9
に示す．また，遠隔地（事務所や自宅）にて温室内出力
機器の誤作動やヒューマンエラーによる誤動作を予兆で
きるようになった．これにより，定期巡回の回数を軽減
でき，作業者の負担が軽減された．
7.
まとめ
出力機器の稼働記録・監視システムを開発した．本シ
※ ON：1 OFF：0
Fi g. 9 出力機器の動作推移記録例（１日）
ステムにより効率よく，高品質な高糖度トマトを栽培で
きる環境を構築できた．具体的には，温室内出力機器の
動作情報を自動で定期収集できるようになり，他の情報
（温度，湿度，日射量などの環境情報や作業記録，収量・
品質記録）との相関分析が容易になった．今後は，必要
な期間分のデータを収集後，相関分析を行い作業の改善
に繋げる．また，遠隔地（事務所や自宅）にて，温室内
出力機器の誤作動やヒューマンエラーによる誤動作を予
兆でき るようになったこ とで定期巡回の 回数を軽減 で
き，作業者の負担が軽減された．
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