広範囲の土壌情報を
リアルタイムモニタリング

土壌センサで実現する
農業IoTソリューション

農業IoTソリューションのボトルネック
1番の課題は「栽培工程は天候などの状況に左右されやすい

農業の「6次産業化」による工程管理が加速

最近、農業の「6次産業化」が注目されており、栽培から加工、流通、販売、消費までを工程管理していくトレンドがあります。 しかしながら、栽培・収穫工程は天候などの状況に左右されやすく、工程管理のボトルネックとなっていました。

土壌センサによる栽培工程の見える化によって、生産性の向上や効率化に向けての効果が期待されています。

従来のICT (情報通信技術) では広範囲のリアルタイム土壌情報の計測は困難

農業分野では圃場へのICT (情報通信技術) の導入が始まってきており、栽培や加工・流通情報などのデジタルデータ化や管理に加えて、圃場環境情報をリアルタイムでモニタリングしたいというニーズがあります。

従来は土壌を実際に採取した後、評価施設に持ち帰り、分析する必要がありました。そのため、土壌環境のリアルタイム計測や広範囲の土壌情報を同時に取得することは困難でした。

リアルタイム、広範囲で
圃場環境情報を計測出来るシステムが必要

このような中、ラピスセミコンダクタは半導体技術をベースにした土壌センサを開発し、得意とする無線通信や低消費電力マイコン技術などと組み合わせ、農業IoTソリューション分野での実証実験を行ってまいりました。そして今回、実証実験結果などを踏まえ、土壌センサユニット「MJ1011」を開発し、商品化しました。

MJ1011 ニュースリリースへ

EC (電気伝導度)、pH (酸性度)、地中温度、含水率
4つの土壌情報を土壌センサユニット「MJ1011」1台で計測できる

土壌センサ MJ1011は、土壌や水中など測定対象に埋設し先端に配置したセンサ部で地中や水中のEC (電気伝導度)、PH (酸性度)、地中温度、含水率といった環境情報の計測が可能です。

土壌センサ MJ1011の特長は、以下の4つで構成されています。

1. リアルタイム測定が可能

pH測定にはISFET方式を採用。土壌や水中など測定対象に埋設し、先端に配置したセンサ部で地中や水中のEC (電気伝導度)、pH (酸性度)、地中温度、含水率といった環境情報の計測が可能です。従来の技術では土壌環境指標4項目を同時に計測する製品はなく、ラピスセミコンダクタの半導体をベースにした集積化技術により可能になりました。
また、これまで土壌環境指標は対象土壌を採取した後に実験室などで測定していましたが、本製品と通信システムを併用することでリアルタイムでの測定も可能になります。

2. 低消費電力

計測したデータは、専用に開発したアナログフロントエンドLSIと、業界トップクラスの低消費電力を実現した16bitローパワーマイコンML620Q504Hで処理。消費電流は計測時20mA、待機時27µAと低消費電力化を実現しました。
太陽電池での動作が可能なため、圃場などでの電源供給の課題が解決され、土壌モニタリングの実現性を高めます。

3. どこでも使用できる小型・防水モジュール

IP67の環境耐性防水規格に対応。土壌、水耕、養液栽培などの各種栽培方式にも使用可能で、各種施設栽培、露地、植物工場などの様々な環境での使用が可能です。
※ IP67は、完全な防塵構造で一定の圧力、時間で水中に没しても水の侵入しない構造を示す。

4. 汎用インターフェース

デジタルインターフェースUARTを搭載。
汎用コネクタ[ヒロセ電機 HR30-6PA-6S (71) ]を採用し、接続仕様を合わせることで、各種データロガー等、既存のIoTシステムへの導入も可能です。また接続可能なIoTシステムのご紹介もいたします。

土壌センサユニット 「MJ1011」の仕様

機 能
  • ラピスセミコンダクタオリジナル 土壌センサ搭載
  • 土中、水中のEC、含水率、pH、温度を計測。土壌中埋設可能
  • 露地、施設、植物工場、土耕、水耕などあらゆる栽培形態に対応可能
性 能
  • pH : 半導体 ISFET方式、測定範囲 pH2-9、精度 ±0.2
  • EC : 交流二電極法、計測範囲 0.001-50mS/cm、精度 ±5%
  • 温度 : 半導体式、測定範囲 0 to 60°C、精度 ±0.5°C
消費電力 計測時 : 20mA、待機時 : 27µA (ラピスオリジナルローパワーマイコン採用)
I / F UARTデジタルインターフェース対応
コネクタ
  • HR30-6PA-6S (71) : ヒロセ電機
  • 極数 : 6
  • 防止性能 : IP68
サイズ 122 × 42 × 42mm、ケーブル2m (延長ケーブル3m)
防 水 IP67対応
保 証 1年間の製品保証。先端のセンサヘッドは脱着式で交換可能。
サンプル
出荷時期
2018年1月末から 初回生産数量 : 1,000台
量産出荷
(予定)
2018年 4月下旬から 生産数量 月産500台 (当面)
サンプル価格
(参考)
センサユニット 56,300円 (税別) センサヘッド 24,700円 (税別)
センサユニット 56,300円 (税別) はセンサヘッドも付属しています。
 

ラピスセミコンダクタの環境モニタリングソリューション
「フィールドスキャンシステム™」とは

 

ラピスセミコンダクタは農業法人などと連携し、土壌センサを埋設し圃場の土壌環境をモニタリングする実証試験を行なってきました。土壌センサをエンドポイントと呼ばれる無線通信機に接続し、複数個所に設置。計測データをコンセントレータ (中継器) 経由で、ゲートウエイまで送信します。これをCloudサーバ経由で見える化することにより、環境モニタリングと圃場管理を行ないました。
本実験に使用したエンドポイント、コンセントレータには、当社の920MHz帯域 無線通信LSI (ML7345 ) と業界トップクラスの低消費電力を実現した16bit ローパワーマイコン (ML620Q504H ) を使用しました。

920MHz帯域の無線通信の採用で、見通しが良ければ500m程度の無線通信が可能なため、複数の圃場をカバーすることを確認しました。
また、圃場や山間地でのIoT化には電源確保の課題があり、実用化の障害になっていました。本実験では当社の16bit ローパワーマイコン (ML620Q504H ) などによる低消費電力技術を活かし、太陽電池での駆動が可能であることを確認。様々な設置条件での土壌モニタリングの可能性を示唆しました。

取得した環境データは手元のスマートフォンやタブレット、パソコンなどで確認することができます。これらのデータを蓄積することで、定量的に栽培や管理へのフィードバックが可能となり、肥料や水分、地温の管理、土壌改良、経年データの比較や将来予測など、生産性向上に貢献することが期待されます。

※ ラピスセミコンダクタ評価による。

圃場での環境モニタリング事例

土壌センサ JAフーズ みやざき/JA宮崎経済連
ジェイエイフーズ みやざき/JA宮崎経済連
土壌センサ JAあさひな 水田圃場
JAあさひな 水田圃場
土壌センサ JAあさひな アスパラガス圃場
JAあさひな アスパラガス圃場
土壌センサ 宮崎大学
宮崎大学
土壌センサ 東北大学 農学部
東北大学
土壌センサ 加美農業高校
加美農業高校

(敬称略、順不同)

株式会社 ジェイエイフーズみやざき (宮崎県西都市) 代表取締役専務 内野宮 由康様

従来の野菜栽培は、感覚値や勘、経験と、細やかな感性によって行われてきました。最近では経験豊富な営農指導員も少なくなり、また気象変動も大きくなってきている状況ではセンサによる細かなデータをリアルタイム取得し、それにより勘と経験を補完することで、良質・低コストで安定した野菜生産を実現していくことが急務です。
今回ラピスセミコンダクタが開発したこの土壌センサは、野菜栽培の基本である「土壌」の状態 (pH値、EC、地温など)をモニタリングでき、環境変化に応じた最適な施肥等栽培管理が実現可能になります。
「勘や経験による野菜栽培」から脱却し、データに基づき生産工程管理 (GAP)ができる「科学的農業 (IoT)」をジェイエイフーズみやざきはラピスセミコンダクタと目指します。

JAあさひな (宮城県黒川郡) 園芸特産課長 藤原 浩記様

ラピスセミコンダクタとJAあさひなは本年5月から土壌内環境を測定する土壌センサの実証実験を開始しました。ラピスセミコンダクタが開発した土壌センサを土中に埋め込み、圃場内土壌のpHやEC、温度などを定期的に測定し数値化、無線通信によりパソコンや携帯端末を介してリアルタイムに情報を確認することができ、土壌環境変化に応じた適切な肥培管理が可能となりました。
この土壌センサを製造するラピスセミコンダクタ宮城が当JA管内にあることからプロジェクトが進行し、管内の水田や野菜圃場の計4ヶ所に設置しデータの集積を行いました。
今後は土壌センサを実際の現場で活用することにより、作業の効率化や生産性の向上などの多くの効果が期待されます。

土壌センサ ニュースリリースへ 土壌センサ お問い合わせはこちらから ラピスセミコンダクタ LSI商品はこちらから

掲載されている会社名・商品名・サービス名は各社の商標または登録商標です。