JP2003169552A - 土壌散水装置 - Google Patents

土壌散水装置

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JP2003169552A JP2001368643A JP2001368643A JP2003169552A JP 2003169552 A JP2003169552 A JP 2003169552A JP 2001368643 A JP2001368643 A JP 2001368643A JP 2001368643 A JP2001368643 A JP 2001368643A JP 2003169552 A JP2003169552 A JP 2003169552A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 植物の水を吸収する根の位置付近に自由にセ
ットできる水分量検出センサとその位置で水分量を制御
できる装置部および水管開閉バルブを設けることによ
り、土中の水分量の渇き具合を検知して自動的に散水,
止水を行ない、作物に対し最適な水分量管理ができる土
壌散水装置を提供する。 【解決手段】 土中に2以上の金属棒を差込み、抵抗変
化により土の乾き具合を検出する。コントロールボック
ス1中の制御回路は土の水分量が所定以下になったこと
を検出したときは、散水信号を出力する。これにより電
磁弁15は作動してバルブは開く。管18の水はハウス
19内の導入管21に流れ込み、スプリンクラー20よ
り散水される。水分量が所定値に達したときには、止水
信号を出力し電磁弁15によりバルブを閉じ散水を停止
する。土壌の水分量に応じて散水,止水制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は花,ネギ等の植物の
土壌の水分量を所定値以上に保つため自動的に散水,止
水を行なう土壌散水装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、畑やハウス内などで散水する場
合、作業者が畑の状態,天候,等の状態を判断して手動
で30分から1時間ぐらい散水するか、またはタイマを
使用し、ある時間ごとに散水しているのが実情である。
手動の場合は散水し、または一定時間経過したときに止
水する必要がある。そのため、例えばネギ畑を何十棟に
及ぶハウスで栽培している場合には、水やり作業が1日
がかりとなり、ときにはバルブを止め忘れることなどが
あるという問題があった。また、タイマ使用の場合には
周囲の状態とは関係なしに一定時間水をまく装置である
ため、必要ないときも散水を行い水を無駄にしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図10は、従来の土壌
散水装置の一例を示す概略図である。栽培ハウス63の
中に水道管62が導かれ、栽培ハウス63上部には導入
管64が架設されている。水道管62と導入管64の接
続部には手動バルブ60が設けられている。導入管64
には一定間隔で多数のスプリンクラー61が垂設されて
いる。散水する場合は作業者が手動バルブ60を開き、
一定時間後に作業者の手によって手動バルブ60を閉じ
ていた。従来の土壌散水装置はこのように手動またはタ
イマによっていたため、ハウスや畑が多い場合には多大
な作業時間を要するとともに散水量は作業者の経験など
に頼らざるおう得なかった。また、散水時は夕方または
朝が通常であるため、作業者自身、時間的な制約も受け
ていた。タイマによる場合は散水量を無駄にする場合が
あり、その時の周囲環境に適した管理ができない。
【0004】本発明は上記欠点を解決するもので、その
目的は、植物の水を吸収する根の位置付近に自由にセッ
トできる水分量検出センサとその位置で水分量を制御で
きる装置部および水管開閉バルブを設けることにより、
土中の水分量の渇き具合を検知して自動的に散水,止水
を行ない、作物に対し最適な水分量管理ができる土壌散
水装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による土壌散水装置は、散水バルブを開閉する
電磁弁と、土中に2以上の金属棒を差込み、金属棒端子
間の土が含む水分の増減による抵抗変化を電圧値に変換
して出力するセンサ部と、土中の水分量を所定値に設定
可能な参照電圧部と、前記センサ部出力と前記参照電圧
部の電圧値とを比較し、設定された水分量以下になった
とき、散水信号を出力し、設定された水分量以上になっ
たとき、止水信号を出力する比較部と、前記散水信号に
より前記電磁弁を作動させて散水バルブを開く散水動作
回路と、前記止水信号により前記電磁弁を作動させて散
水バルブを閉じる散水停止回路と、所定の明るさになっ
たことを検出する照度検出センサと、前記照度検出セン
サ出力により前記比較部出力と前記散水動作回路および
散水停止回路の入力とを接続し、前記比較部から散水信
号が出力されたときは、その散水信号を前記散水動作回
路の入力に伝達させ、かつ前記比較部出力と前記散水動
作回路および散水停止回路の入力との接続を維持し、前
記比較部から止水信号が出力されたときは、その止水信
号を前記散水停止回路の入力に伝達させ、かつ前記比較
部出力と前記散水動作回路および散水停止回路の入力と
の接続を断とする時間制御部とを備え、土壌の水分量に
応じて散水,止水制御を行なうように構成されている。
また、本発明における前記センサ部は、所定時間毎に極
性を反転させて金属棒端子間に電流を流すことにより所
定の方向に土中の水分量対応の電圧値を得るように構成
することができる。さらに、本発明は土壌散水装置の電
源となる電池の電圧値が所定値以上であって前記散水動
作回路が散水動作中であること、および土壌散水装置の
電源となる電池の電圧値が所定値以上であって前記散水
停止回路が止水動作中であることを表示する電池モニタ
回路を設けることができる。さらには本発明は前記土中
の水分量を表示する表示器を設けることができる。
【0006】上記構成によれば、作業者の作業量が大幅
に緩和されるとともにその周囲環境に適した散水管理が
でき、常にその作物に適した水分量を土壌に与えること
ができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳しく説明する。図1は、本発明による土壌
散水装置のハウス内の設置状態を示す概略図である。栽
培ハウス19内には水道管18が導かれ、栽培ハウス1
9の上方に一定間隔で多数のスプリンクラー20が垂設
された導入管21が架設されている。水道管18と導入
管21との接続部にはこれらの間を開閉する電磁弁15
が設けられている。土壌散水装置のコントロールボック
ス1が立設され、コントロールボックス1内の制御回路
により電磁弁15がパルス信号により開閉制御される。
【0008】電磁弁15が作動してバルブが開いた場合
には栽培ハウス19内のスプリンクラー20によって散
水される。電磁弁15が作動してバルブが閉じた場合に
は水道管18の水は遮断され栽培ハウス19内のスプリ
ンクラー20による散水は停止する。土中の水分量を検
出するためのセンサ部17が、散水対象となる土壌に差
し込まれている。センサ部17が予め設定されている水
分量以下および水分量以上になったことを検出すると、
その検出信号がコントロールボックス1に送られ、その
信号に基づき電磁弁15がバルブを開くか、閉じるかの
制御を行なう。
【0009】図2は、本発明による土壌散水装置のコン
トロールボックスの外観を示す概略図である。ポール7
によって土上に立てられたコントロールボックス1の正
面には土壌の水分量を測定表示する水分量メータ5,止
水中であることを示す止水中表示部3,散水中であるこ
とを示す散水表示部2および水分量設定ボリューム4が
設けられている。水分量設定ボリューム4は、散水する
時期,場所,栽培作物によって適切な水分量になるよう
に予め設定するものである。コントロールボックス1の
下部には電源となる乾電池6が収容されている。
【0010】図3は、センサ部の構成を説明するための
図である。センサ基部8にガイドピン10が植設され、
その内側に4本の金属製のセンサピン9が貫通して設け
られている。センサ基部8の上部に突出しているセンサ
ピン9の頭部にはリード線13a,13bが接続されて
いる。センサピン9の上部の大部分は絶縁チューブ11
で覆われ、その先端部は尖った形状であり金属部分が露
出している。この先端部の金属部分の間の土壌の抵抗値
が検出される。センサ部17はセンサ基部8の下面まで
差し込むように埋設され、この例では土中15cm付近
まで達し、その深さ付近の土壌の水分量を検知すること
となる。埋設深さを調整すれば、土壌の任意の深さの水
分量を測定できる。このセンサピン9の極性が変わるよ
うに反転する電流を加えることにより、交流的に抵抗値
を検知して所定方向の電圧を得、安定した抵抗値を測定
できるようにしている。
【0011】図4は、センサ部の電気等価回路を示す図
である。センサ部17は4本のセンサピンからなり、根
元(突出部)で対角線状に配線してある。センサピンを
4本設けたのは信頼性向上のためであり、センサピン2
本では1ヵ所抵抗測定に対して4本のセンサピンでは4
ヵ所の測定になるからである。各センサピンの先端部の
金属露出部分間の土壌の抵抗値は等価的に記載するとR
1,R2,R3およびR4となる。
【0012】図5は、本発明による土壌散水装置の回路
の実施の形態を示すブロック図である。センサ部17に
は定電流部25の定電流が供給される。これによりセン
サ部17の出力端には土壌の抵抗値に対する電圧値が出
力される。センサ部17の出力端のインピーダンスはイ
ンピーダンス変換部26により高インピーダンスから低
インピーダンスに変換される。インピーダンス変換部2
6の出力端には土中の水分量の測定値を表示する表示器
(水分量メータ5)27が接続されている。インピーダ
ンス変換部26の出力と水分量を設定可能な参照電圧部
(摺動抵抗)28の電圧はコンパレータ(比較部)29
に入力され比較される。比較の結果、参照電圧部で設定
した値より土壌の水分量が減少した場合には、コンパレ
ータ29の出力端からは散水信号(LからHレベルにな
る)が出力される。また、参照電圧部で設定した値より
土壌の水分量が増加した場合には、コンパレータ29の
出力端からは止水信号(HからLレベルになる)が出力
される。
【0013】照度検出センサ30は、散水する時間帯を
決めるもので、冬場は朝,夏場は夕方になるようにする
ため、照度検出センサ30で明るさを検知し、後段の回
路38(図6参照)から朝方と夕方に単独にパルスを出
力する。時間制御部31は、上記照度検出センサ30出
力(朝方か夕方のパルス信号または常時出力信号)によ
りコンパレータ29出力と散水動作回路の立ち上り微分
回路34および散水停止回路の立ち下り微分回路32の
入力とを接続する。そして、コンパレータ29から散水
信号が出力されたとき、その散水信号を立ち上り微分回
路34の入力に伝達させ、かつコンパレータ29出力と
立ち上り微分回路34および立ち下り微分回路32の入
力との接続を維持し続ける。さらにコンパレータ29か
ら止水信号が出力されたときは、その止水信号を立ち下
り微分回路32の入力に伝達させ、かつコンパレータ2
9出力と立ち上り微分回路34および立ち下り微分回路
32の入力との接続を断とする。
【0014】立ち上り微分回路34は入力がLレベルか
らHレベルになったとき、立ち上り信号を出力するもの
である。立ち下り微分回路32は入力がHレベルからL
レベルになったとき、立ち下り信号を出力するものであ
る。散水用ドライバ35は散水信号により電磁弁15を
起動しバルブを開成させる。止水用ドライバ33は止水
信号により電磁弁15を起動しバルブを閉成させる。
【0015】図6は、図5の回路の詳細図である。定電
流部25は、FET25a,2つの抵抗25b,25c
および切替スイッチ17a,17bより構成され、セン
サ部17に定電流を供給する。切替スイッチ17a,1
7bは測定すべき土質の抵抗値が大きい場合(シラス台
地など)には予め「乾」側に切替選択される。反対に測
定すべき土質の抵抗値が小さい場合は「湿」側に切替選
択される。この定常電流がセンサ部17に流れるためセ
ンサ部の抵抗値が電圧値として検出できる。センサ部1
7はA回路を含んでおり、2つの電極に加えられる電流
の向きは2つのスイッチ17aおよび17bによって交
互に変えられる。
【0016】図7(b)にこのA部分を含むセンサ部1
7の詳細を示す。センサ部17のA部分はセンサ端子1
7cおよび端子17dの接続を切り換えるアナログスイ
ッチICであり、コンデンサ,抵抗,ナンドゲート,イ
ンバータよりなる発振回路の5Hzの発振出力によりセ
ンサ端子17cおよび端子17dを交互に切り換える交
流動作を行なっている。このため抵抗値変化はこの例の
場合は0V〜5Vの範囲で変換される。図8に土壌の湿
度に対するセンサ部の抵抗値の変化を示す。図8(a)
に示すように土壌の抵抗値は水分が多くなると低くな
る。そして図8(b)に示すように直流の電圧を加えて
抵抗を測定すると、時間とともに増加する性質を示す。
すなわち、直流で検出すると抵抗値が時間とともに大き
くなることが分かる。そこで、抵抗値を安定化させるた
めに図7(b)のアナログスイッチを用いてセンサ部の
電圧を交流で出力するようにしたのである。
【0017】図6に戻って説明する。センサ部の出力イ
ンピーダンスはそのままでは高いため、抵抗,コンデン
サおよびOPアンプよりなるインピーダンス変換部26
によりインピーダンスを小さくしている。その出力電圧
値を表示器27であるアナログメータで表示し水分量を
表示している。参照電圧部28は2つの抵抗と摺動抵抗
である水分量設定ボリューム4より構成され、上述した
ように水分量設定ボリューム4は、散水する時期,場
所,栽培作物によって適切な水分量になるように予め設
定するものである。コンパレータ29は2つの抵抗とO
Pアンプより構成され、インピーダンス変換部26の出
力が参照電圧部28の設定電圧より小さくなった場合
(土が湿ってくる)には止水信号であるLレベル信号を
出力する。反対にインピーダンス変換部26の出力が参
照電圧部28の設定電圧より大きくなった場合(土が乾
いてくる)には散水信号であるHレベル信号を出力す
る。
【0018】照度検出センサ30はフォトトランジスタ
30a,それぞれ明るさ検出レベルを規定する抵抗30
b,30cおよび切替スイッチ30cより構成されてい
る。その季節によって切替スイッチ30cを切り替える
ことにより散水する明るさを選択することができる。切
替スイッチ30cを例えば図示の位置(抵抗30c(5
MΩ))に切り替えた場合には周囲の明るさが30ルク
スで散水が開始する。また反対側(抵抗30b(2Mオ
ーム))に切り替えた場合に60ルクスで散水が開始す
る。回路38とアナログスイッチ37は時間制御部31
に対応する回路部分である。回路38の上側の2つのイ
ンバータ,ナンドゲート,抵抗,コンデンサ,インバー
タで構成されるパルス発生回路は朝明るくなってきたと
きにワンパルスを発生させる。回路38の下側のインバ
ータ,ナンドゲート,抵抗,コンデンサ,インバータで
構成されるパルス発生回路は夕方暗くなってきたときに
ワンパルスを発生させる。すなわち、朝方明るくなって
所定レベルに達すると、回路38にはLレベル信号が入
力するため、上側のパルス発生回路出力にはHレベルの
ワンパルスが発生する。また、夕方暗くなって所定レベ
ル以下になると、回路38にはHレベルの信号が入力す
るため、下側のパルス発生回路出力にはHレベルのワン
パルスが発生する。
【0019】回路38の後段には上側パルス回路,下側
パルス回路および電源レベル出力を選択するためロータ
リースイッチ38aが設けられている。散水を1日の何
時するかはこのロータリースイッチ38aで選択するこ
とができる。図示の位置は電源レベルが接続されてお
り、アナログスイッチ37は(ハ)より制御信号として
Hレベル信号が印加されている。この場合には明るさに
は関係なく散水信号が入力した時点で散水が開始する。
アナログスイッチ37の37bのスイッチは回路38の
Hレベル信号((ハ)より入力)が入力している間のみ
接続するスイッチである。また37aのスイッチはHレ
ベル信号が一旦入力すると、接続されその接続状態を保
つホールドスイッチである。
【0020】例えば、ロータリースイッチ38aが朝側
に切り替えられている状態で、朝方所定の明るさになっ
てワンパルスが入力した場合には、スイッチ37bがそ
の期間のみ接続される。既に散水信号(Hレベル)信号
がコンパレータ29より出力されている場合には散水信
号が後段の立ち上り微分回路34に印加されるため散水
が開始される。そして、同時にスイッチ37aが接続さ
れてホールドされるため、回路38からのワンパルスが
消滅してスイッチ37bが断となってもスイッチ37a
で接続が維持されるため散水が継続する。そして所定の
水分量に達し止水信号(Lレベル)がコンパレータ29
より入力すると、立ち下り微分回路32により散水が停
止する。このとき、アナログスイッチ37の出力側がL
レベルとなるためスイッチ37aのホールドは解除され
て接続断となる。
【0021】立ち上り微分回路34はインバータ,抵
抗,コンデンサおよびナンドゲートにより構成され、散
水信号のHレベル信号が入力すると、その出力にはLレ
ベル信号を発生する。これによりインバータ,抵抗,ト
ランジスタよりなる散水用ドライバ35は起動され、リ
レー39に電流が流れるためその2つの接点39aが閉
じて電磁弁15がバルブを開くように起動する。立ち上
り微分回路34のLレベル信号はフリップフロップ回路
の一方のナンドゲート41の端子に入力するため、図7
(a)で示す散水中表示部が点滅して散水状態を表示す
る。
【0022】一方、立ち下り微分回路32は2つのイン
バータ,抵抗,コンデンサおよびナンドゲートにより構
成され、止水信号のLレベル信号が入力すると、その出
力にはLレベル信号を発生する。これによりインバー
タ,抵抗,トランジスタよりなる散水用ドライバ33は
起動され、リレー40に電流が流れるためその2つの接
点40aが閉じて電磁弁15がバルブが閉じるように起
動する。立ち下り微分回路32のLレベル信号はフリッ
プフロップ回路の他方のナンドゲート42の端子に入力
するため、図7(a)で示す止水中表示部が点滅して止
水状態を表示する。
【0023】図7(a)は、図5の回路に接続される電
池モニタ回路の詳細図である。本図の(イ)および
(ロ)には図6のフリップフロップ回路のナンドゲート
42の出力(イ)とナンドゲート41の出力(ロ)がそ
れぞれ入力する。電池モニタは抵抗45と46の分割電
圧と、抵抗51とダイオード52の分割電圧をOPアン
プ43で比較することにより電池電圧を監視している。
電池電圧が所定電圧以上ある場合には抵抗,コンデンサ
およびナンドゲート44からなる発振回路により発振信
号が出力される。散水信号がナンドゲート48の一方の
端子に入力すると、散水中を表示するLED50が点滅
する。また、止水信号がナンドゲート47の一方の端子
に入力すると、止水中を表示するLED49が点滅す
る。電池電圧が所定電圧以下になると、発振が停止する
ため、散水中,止水中の点滅表示も消滅する。
【0024】図9は環境の明るさ変化に対する散水,止
水動作を説明するための図である。本発明は、散水時間
をタイマを使用せず、照度の変化および季節により決め
ている。散水する時間帯は、冬場は朝,夏場は夕方にし
ている。これは、夏場では日中の日が照っているときに
散水するとハウス中で蒸れてしまい、冬場は朝方に散水
すると露により作物がだめになるからである。そしてタ
イマ制御は日照時間により常に設定の変更をしなければ
ならないからである。図6においては環境の明るさを検
知する照度検出センサ30および常時,朝方,夕方を切
替えるための回路38がその機能を果すものである。図
9で示すように朝方明るくなるときに1秒のパルスを出
力し、夕方暗くなるときに同様に1秒のパルスを出力し
て散水する時間を設定している。
【0025】
【発明の効果】以上、説明したように本発明は花、ネギ
等の植物の土壌の水分量をチェックし自動的に散水,止
水をコントロールする装置であり、現在の水分量が表示
され、別に水分量設定のボリュームを持ち、常に散水,
止水を繰り返し一定の湿度に保つことができるという特
徴を有する。そして先端付近のみが導通し上部に絶縁処
理を施した2本以上の電極となる金属棒を土中に差し込
む構成の水分量検出センサを用いているので、場所や深
さなどの土壌のチェック位置を簡単に変更することが可
能である。また、水分量検出センサは、高価な土壌セン
サ,タイマ等と異なり、安価に製作することができる。
常時、土壌の水分量をモニタすることが可能であり、商
用電源は不要で乾電池で動作させることができるので、
地球環境に優しく省電力の装置を実現することができ
る。さらに切替スイッチを設けることにより、常時散水
(乾いてきた時点で)と朝方,夕方の散水を選択するこ
ともできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による土壌散水装置のハウス内の設置状
態を示す概略図である。
【図2】本発明による土壌散水装置のコントロールボッ
クスの外観を示す概略図である。
【図3】センサ部の構成を説明するための図である。
【図4】センサ部の電気等価回路を示す図である。
【図5】本発明による土壌散水装置の回路の実施の形態
を示すブロック図である。
【図6】図5の回路の詳細図である。
【図7】図5の回路に接続される電池モニタ回路および
A部分の詳細図である。
【図8】土壌の湿度に対するセンサ部の抵抗値の変化を
説明するための図である。
【図9】環境の明るさ変化に対する散水,止水動作を説
明するための図である。
【図10】従来の土壌散水装置の一例を示す概略図であ
る。
【符号の説明】
1 コントロールボックス 2 散水中表示部 3 止水表示部 4 水分量設定ボリューム 5 水分量メータ 6 乾電池 7 ポール 8 センサ基部 9 センサピン 10 ガイドピン 11 絶縁チューブ 12 端子 15 電磁弁 17 センサ部 18,62 水道管 19,63 ハウス 20,61 スプリンクラー 21,64 導入管 25 定電流部 26 インピーダンス変換部 27 表示器 28 摺動抵抗 29 コンパレータ 30 照度検出センサ 31 時間制御部 32 立ち下り微分回路 33 止水用ドライバ 34 立ち上り微分回路 35 散水用ドライバ 60 手動バルブ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成13年12月7日(2001.12.
7)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図8】
【図9】
【図10】
【図6】
【図7】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 散水バルブを開閉する電磁弁と、 土中に2以上の金属棒を差込み、金属棒端子間の土が含
    む水分の増減による抵抗変化を電圧値に変換して出力す
    るセンサ部と、 土中の水分量を所定値に設定可能な参照電圧部と、 前記センサ部出力と前記参照電圧部の電圧値とを比較
    し、設定された水分量以下になったとき、散水信号を出
    力し、設定された水分量以上になったとき、止水信号を
    出力する比較部と、 前記散水信号により前記電磁弁を作動させて散水バルブ
    を開く散水動作回路と、 前記止水信号により前記電磁弁を作動させて散水バルブ
    を閉じる散水停止回路と 所定の明るさになったことを検出する照度検出センサ
    と、 前記照度検出センサ出力により前記比較部出力と前記散
    水動作回路および散水停止回路の入力とを接続し、前記
    比較部から散水信号が出力されたときは、その散水信号
    を前記散水動作回路の入力に伝達させ、かつ前記比較部
    出力と前記散水動作回路および散水停止回路の入力との
    接続を維持し、前記比較部から止水信号が出力されたと
    きは、その止水信号を前記散水停止回路の入力に伝達さ
    せ、かつ前記比較部出力と前記散水動作回路および散水
    停止回路の入力との接続を断とする時間制御部とを備
    え、 土壌の水分量に応じて散水,止水制御を行なうことを特
    徴とする土壌散水装置。
  2. 【請求項2】 前記センサ部は、所定時間毎に極性を反
    転させて金属棒端子間に電流を流すことにより所定の方
    向に土中の水分量対応の電圧値を得ることを特徴とする
    請求項1記載の土壌散水装置。
  3. 【請求項3】 土壌散水装置の電源となる電池の電圧値
    が所定値以上であって前記散水動作回路が散水動作中で
    あること、および土壌散水装置の電源となる電池の電圧
    値が所定値以上であって前記散水停止回路が止水動作中
    であることを表示する電池モニタ回路を有することを特
    徴とする請求項1または2記載の土壌散水装置。
  4. 【請求項4】 前記土中の水分量を表示する表示器を有
    することを特徴とする請求項1,2または3記載の土壌
    散水装置。
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KR100740708B1 (ko) * 2006-02-23 2007-07-18 이기훈 무인 자동 분무 장치

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