WO2020045543A1 - 農業ハウス用センサ装置 - Google Patents

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WO2020045543A1
WO2020045543A1 PCT/JP2019/033826 JP2019033826W WO2020045543A1 WO 2020045543 A1 WO2020045543 A1 WO 2020045543A1 JP 2019033826 W JP2019033826 W JP 2019033826W WO 2020045543 A1 WO2020045543 A1 WO 2020045543A1
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sensor
main casing
casing
sensor device
agricultural house
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PCT/JP2019/033826
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Inventor
裕二 角
正博 吉岡
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リバティーポートジャパン株式会社
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    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/26Electric devices
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
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    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Definitions

  • the present invention relates to a sensor device for an agricultural house, and more particularly, to a humidity sensor device for an agricultural house in which a housing containing a plurality of sensors is suspended in the house.
  • Patent Literature 1 As a conventional system for measuring temperature, humidity, and the like in this type of agricultural house, for example, a system described in Patent Literature 1 is known.
  • This cultivation environment element measuring device is provided in a casing suspended in a house and has a plurality of chambers therein, and a control mechanism (CPU), a power supply, and a carbon dioxide concentration measuring means (CO2 sensor) are provided in one room.
  • the temperature sensor, the humidity sensor, and the fan are arranged in the adjacent separate room.
  • the purpose of the present invention is to prevent dew condensation on the CO2 sensor due to heat generated from the CPU and the power supply board constituting the control mechanism, and to prevent the influence of the heat generated on other sensors, that is, the occurrence of measurement errors.
  • such a conventional cultivation environment element measuring device has the following problems.
  • the CO2 sensor is housed and arranged inside the main body case, so that the calibration of the CO2 sensor is troublesome. That is, at the time of calibration, the entire case including the CO2 sensor had to be taken out of the house and exposed to the outdoor atmosphere for a predetermined time.
  • two rooms are horizontally arranged adjacent to each other in a suspended case, and a fan is provided in the humidity sensor installation room.
  • the attitude of the case as a whole is unstable, for example, it rotates and tilts, and as a result, there is a possibility that the measured value of the sensor is adversely affected.
  • the inventor has proposed a sensor device having a hanging type case, in which the CO2 sensor is hung and placed in a sub-case separate from the hanging case, and the inside of the hanging case is divided into two upper and lower chambers.
  • the present invention has been completed in order to solve the above-mentioned problem by separating and disposing a CPU or the like which is a heat generating unit in an upper chamber and a humidity sensor, a temperature sensor and a fan in a lower chamber.
  • An object of the present invention is to provide a sensor device for an agricultural house in which the CO2 sensor can be easily calibrated. It is another object of the present invention to provide a sensor device for an agricultural house in which the posture of the hanging case can be stabilized and measurement errors in the sensor can be eliminated.
  • a humidity sensor which is suspended in an agricultural house and measures humidity in the agricultural house, and a control unit having a CPU and processing a signal from the humidity sensor.
  • the sensor device for an agricultural house includes a main casing accommodated therein and a sub-casing suspended from the center of the bottom surface of the main casing and having a CO2 sensor for measuring CO2 in the agricultural house.
  • a polymer resistance type humidity sensor captures the electrical signal by electrical resistance
  • a polymer capacitance type humidity sensor captures the electrical signal by electrical capacitance.
  • the agricultural house is a so-called greenhouse for cultivating vegetables and fruits.
  • the concept includes a greenhouse and the like.
  • the humidity sensor for a house includes a temperature / humidity sensor.
  • These casings can be constituted by, for example, plastic boxes or the like.
  • CO2 sensor carbon dioxide absorbs infrared rays of a specific wavelength and undergoes an electrochemical reaction, so that the concentration is detected by utilizing those characteristics.
  • the CO2 sensor is housed in a sub-casing separate from the main casing, and it is easy to separate and remove the sub-casing from the main casing suspended in the agricultural house. It can be done with very simple tasks. That is, only the sub-casing is taken out of the agricultural house, and the calibration of the CO2 sensor can be performed outside the house. After the completion of the calibration work, the measurement is performed by connecting the main casing again. Calibration means finding the relationship between the value indicated by the sensor and the true value, and correcting the scale.
  • the main casing is provided with an upper chamber and a lower chamber that vertically separate an internal space of the main casing, the control unit is provided in the upper chamber, and the humidity sensor is provided in the lower chamber.
  • the control unit is provided in the upper chamber
  • the humidity sensor is provided in the lower chamber.
  • each of the sensors is disposed, and a fan is provided in the lower chamber.
  • a pair of intake ports is formed at a position facing the side wall of the main casing constituting the lower chamber, and an exhaust port of a predetermined size is formed at the bottom wall of the main casing, and a fan is arranged opposite to the exhaust port.
  • the fan takes in outside air (air in the house) into the lower chamber of the casing and discharges the air, thereby generating a flow of air in the lower chamber and stabilizing the measured value of the humidity sensor.
  • the control means for controlling the operation of the fan includes, for example, a control circuit of a control board disposed in the casing.
  • the communication circuit board can also be arranged and stored in the casing. Heat generated from the circuit of these boards is discharged to the outside by discharging air to the outside with a fan.
  • the communication in this case has a concept including wired and wireless.
  • As a fan output adjustment function for air supply and exhaust for example, the voltage of the fan is controlled by PWM, that is, the voltage is kept constant, and the ON time thereof is changed to control the rotation speed of the fan.
  • a pair of intake ports are respectively formed at opposing positions of the side wall of the lower chamber, and an exhaust port is provided at the bottom wall.
  • the main casing is a box body, and a projection for hanging the main casing in the agricultural house is formed by resin integral molding.
  • the sensor device for an agricultural house according to any one of the above.
  • the CO2 sensor is disposed in the sub-casing separate from the main casing, so that the CO2 sensor can be easily calibrated separately from the main casing. it can.
  • the sub-casing is arranged at the center position of the bottom surface of the main casing, the posture of the main casing and the sub-casing as a whole can be maintained vertically. This leads to minimizing the measurement error of each built-in sensor.
  • the main casing has a two-chamber upper and lower structure, the humidity sensor is located in the lower chamber, and the fan is also located in the lower chamber. It is possible to prevent the posture such as tilting from being lost, and in this regard, the measurement accuracy of the sensor can be improved.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a transparent perspective view which shows arrangement
  • the sensor device 11 for an agricultural house has a main casing 12 forming a main device, and a sub-casing 13 connected to the main casing 11 and forming a sub-device.
  • the main casing 12 is formed of a substantially hexahedral housing integrally molded with resin, and has a hook-like predetermined height projecting upward at a central portion (area center position) of a square flat upper surface thereof.
  • a projection 14 is formed.
  • a through hole 15 is formed in the vertical projection 14, and the main casing 12 is hung from the ceiling of the agricultural house via the through hole 15.
  • the sub-casing 13 connected downward via the bottom surface of the main casing 12 is formed of a hexahedral box, and is suspended from the main casing 12 via a connection cable 16.
  • reference numeral 17 denotes a lid which constitutes one side surface of the main casing 12 and forms a side wall of a lower chamber, which will be described later, and is openable and closable.
  • Reference numeral 18 denotes an intake port which similarly opens into the lower chamber. The intake port 18 opens into the lower chamber at the lower part of the side wall of the main casing 12.
  • FIG. 2 is a perspective view for explaining an arrangement of a main part of the sensor device 11 of the agricultural house.
  • the main casing 12 is separated into an upper chamber 21 and a lower chamber 22, and the upper chamber 21 is provided with an optical sensor 24 for measuring the intensity of light taken in from a lighting window 23 provided on the ceiling.
  • the optical sensor 24 is supported by a part of a control board 25 fixed in the upper chamber 21.
  • the control board 25 receives various sensor signals, performs arithmetic processing on the signals, transmits the signals to an external device via communication, a CPU having a communication function, a processing function, a semiconductor chip including a power supply, an electronic circuit, and the like. Is provided.
  • a pair of intake ports (vents) 27 and 28 are formed on opposing side walls, respectively.
  • An exhaust port 29 and a fan 30 mounted on the exhaust port 29 are provided at the center of the bottom wall of the lower chamber 22.
  • a humidity / temperature sensor 31 is provided in the lower chamber 22, and the humidity / temperature sensor 31 is connected to the control board 25 by a cable. That is, the humidity sensor 31 is isolated from the control board 25, which is a heat generating unit, and can obtain the effect of being disposed in an environment where humidity and temperature are constant by the air flow in the lower chamber 22 due to the operation of the fan 30. it can.
  • the sub-casing 13 is connected to the control board 25 via the connection cable 16 as described above, and a control board 34 for supporting the CO2 sensor 33 is disposed inside the sub-casing 13.
  • the control board 34 is provided with a power supply, and chips and circuits having a control function such as a CPU. 36 is a vent.
  • FIG. 3 shows the connection cable.
  • the sub casing 13 is connected and connected to the main casing 12 by fitting the pins into the sockets. Therefore, by pulling out (fitting) the pin from the socket, the connection / connection can be easily released and connected with a so-called one-touch operation.
  • 17A and 17B are connectors.
  • FIG. 4 shows that the main casing 12 has a two-layer structure having two inner and outer walls, which will be described in detail later.
  • a heat insulating layer 12C which is a predetermined gap, is provided between the outer layer (outer housing) 12A and the inner layer (inner housing) 12B. That is, the upper and lower chambers inside have a configuration that is hardly affected by the external temperature.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between the sensor device 11 of the agricultural house and an external network.
  • the sensor device 11 functioning as a slave unit is connected to the master unit 100 by a wireless communication function.
  • the parent device 100 sets and manages the plurality of child devices 11 as, for example, a computer of a farmhouse.
  • the personal computer 100 which is a parent device, is connected to the server 110 via an existing communication line or wired / wireless.
  • the server 110 may be installed in, for example, a union or corporation where a plurality of farmers have joined.
  • the data of the child device can also be provided to the cloud service via the parent device 100.
  • the slave unit 11 is configured to include a main device and a sub device, and may further include a ground temperature sensor, a moisture sensor, and the like.
  • the main device may include an optical sensor, a GPS circuit, a communication unit, and the like in addition to the CPU and the temperature / humidity sensor.
  • a battery as a power source is housed in addition to the CPU and the CO2 sensor.
  • FIG. 6 shows the device, that is, the main casing 12.
  • the outer casing 12A of the main casing 12 is vertically divided into two parts, and the upper casing 121 and the lower casing 122, both made of resin, are fitted to each other to form a box shape as a whole.
  • the main casing 12 is formed of an outer housing 12A having an open bottom and a box-shaped inner housing 12B fitted into the outer housing 12A from a lower opening.
  • the portion constitutes the bottom wall 12D of the main casing 12.
  • FIG. 9 shows the main casing 12 in a see-through manner, wherein the upper chamber 21 of the main casing 12 is formed above the partition plate 26, and the lower chamber 22 is formed below this.
  • a plurality of holes penetrating the upper and lower chambers are formed in the resin partition plate 26, and a cable is passed through these holes via a rubber seal or the like.
  • FIG. 10 shows an upper housing 121, on the upper surface of which is formed a translucent daylighting window 23 which is a thin circular portion formed at the time of resin integral molding. The intensity and the like of the light that has entered the upper chamber 21 through the lighting window 23 is detected and measured by an optical sensor (sunlight sensor).
  • FIG. 11 shows the external shape of the upper housing 121.
  • a handle-shaped protrusion 14 is formed integrally with the resin on the upper surface to enhance the airtightness of the space in the upper chamber 21.
  • FIG. 12 shows the lower housing 122 of the main housing 12.
  • a pair of circular windows that is, intake ports 27 and 28 are formed.
  • an opening window for replacing a sensor or the like is formed on one of the other side walls, and a plate-like lid 17 is attached to the rectangular opening window.
  • 13 and 14 show the internal housing 12B.
  • An exhaust port 29 and a fan 30 are provided on the bottom wall 12D, and an opening into which the connection cable 16 is inserted is formed next to the exhaust port 29 and the fan 30.
  • a hook 12E having a predetermined height protruding downward is integrally formed at the area center position of the bottom wall 12D.
  • the sub-casing 13 as a sub-device is suspended below the main casing 12 via the hook 12E.
  • FIG. 15 shows the partition plate 26.
  • the resin used for each of the casings for example, the same material as that of an automobile part can be used to have high weather resistance and high strength.
  • the sensor device 11 of the agricultural house is suspended from a ceiling frame or the like in the agricultural house, and can measure humidity, temperature, sunlight, CO2 concentration, and the like in the agricultural house. .
  • the data collected by each sensor of the sensor device 11 (slave unit) is transmitted from the slave unit (main device) to the master unit.
  • data from the slave unit can be transmitted to a cloud service, or transmitted to, for example, a personal computer or a smartphone of each farmer via a server.
  • the humidity sensor 31 since the humidity sensor 31 is completely separated from the lower chamber 21 and the heat generating portion is completely separated from the upper chamber 21, the humidity sensor 31 is not affected by the heat generation.
  • the casings 12, 13 have an inner and outer two-layer structure, so that the influence of direct sunlight can be greatly reduced. Temperature error is eliminated. Further, since the sensor device 11 is of the hanging type, it can be easily installed in a field (house). The main sensor is protected by a resin housing. In addition, since the side wall of the lower chamber can be opened and closed with a large lid, maintenance such as sensor replacement and component replacement is easy.
  • the sub-casing 13 that is, the sub-device, can be easily attached and detached from the main device (main casing 12) using a connector portion. As a result, the calibration of the CO2 sensor 33 can be performed very easily. By taking the sub-device box 13 with a built-in power supply out of the house, easy calibration is possible.
  • the auxiliary device may be further provided with a buzzer and an LED indicator, which can warn the user of the necessity of the calibration of the CO2 sensor 33.
  • the GPS data can increase the value of the measured data by supplying the geographical positions of the slaves (main device and sub device) to the server.
  • the main casing 12 having a two-layer casing having inner and outer walls has improved waterproofness, and can reduce the influence of solar radiation on the sensor.
  • the thermal insulation layer 12C can eliminate temperature errors.
  • the outer casing 121 has a vertically split two-piece fitting structure, it is possible to cope with a size change and a shape change, for example, by adding parts between them. The division can reduce the size of the mold, which also contributes to a reduction in manufacturing costs.
  • the intake ports (air supply ports) 27 and 28 are formed opposite to the left and right side walls of the lower chamber 22, so that the waterproofness is improved and the intake performance is also improved.
  • the left and right intake ports 27 and 28 have a structure capable of minimizing intrusion of moisture transmitted through the outer surface of the side wall. By arranging the louvers with high waterproofness, it is possible to prevent moisture from entering the lower chamber 22.
  • the main casing 12 has an upper and lower two-chamber structure of an upper chamber and a lower chamber, the upper chamber (built-in CPU and the like) is sealed, and only the lower chamber can be accessed and operated by a user. Failure can be prevented from occurring due to improper handling of the user.
  • the suspension since the protrusion 14 is formed integrally with the resin at the center position of the upper surface, there is no water leakage, the suspension posture is stable, and the suspension work is easy as compared with the retrofit hook structure.
  • the partition plate 26 serving as the bottom plate of the upper chamber 21 is detachable and easy to replace, and can be used for a plurality of products. New sensor installation and replacement can be handled by changing the shape of the partition plate.
  • the bottom hook 12E is also arranged at the center of the area, when the auxiliary casing 22 is suspended via the hook 12E, its posture is stabilized. It should be noted that a lithium ion battery can be disposed in the auxiliary device as a battery, and this allows the above-mentioned CO2 sensor 33 to be calibrated by removing the auxiliary device from the main device.
  • the atmospheric calibration of the CO2 sensor 33 can be automated by a CPU arranged in the sub device.
  • the waiting time is automatically calculated by the CPU using the timing circuit, and then the calibration operation of the sensor 33 is performed.
  • the CPU executes the program to compare the state of the atmosphere with the current state of the CO2 sensor, and starts the calibration operation only when it is determined that calibration is necessary. This is to avoid unnecessary calibration and prevent deviation due to calibration.
  • the calibration result is recorded in the non-volatile memory of the sub device. When reconnected to the main unit, the data can be transmitted, and the result can be stored in the CPU of the main unit.
  • a data communication function is added as a unit of the CO2 sensor 33, and data obtained by the sensor can be stored in an external memory (non-volatile memory).
  • the calibration information of the CO2 sensor 33 is stored in the memory, and the calibration information is transferred and stored in the memory of the main device by connection with the main device. Share calibration information.
  • the power supply circuits thereof are separated using a relay or the like.
  • the power supply circuit of the main device is used as both power sources.
  • the battery of the sub device is used. As a result, even if connection and disconnection are mixed due to a user error, an accident can be prevented by power supply separation.
  • a non-contact switch such as an induction type, a capacitance type, and a magnetic type.
  • a Hall element and a reed switch are used, and a switch operation is performed by a magnet.
  • This magnet can be built into the main unit or attached to the structure (housing) of the main casing.
  • the sub-device has a non-contact structure, and its switching is enabled by bringing the switch unit of the sub-device separated from the magnet close to the magnet. Further, in the sub device, a buzzer and an LED indicator are mounted. At the time of calibration, the end of the calibration, the need for the calibration, and the like are notified using the visual and auditory senses of the user.
  • the sensor device 11 has the main casing 12 and the sub-casing 13.
  • the main casing 12 is a main device, and its internal space is separated into an upper chamber 21 and a lower chamber 22 via a partition plate 26.
  • a sunlight sensor (optical sensor) 24 is disposed below the lighting window 23.
  • a temperature / humidity sensor 31 and a fan 30 are provided in the lower chamber 22.
  • the upper room 21 accommodates a controller that processes signals from a humidity sensor, an optical sensor, a temperature sensor, and the like.
  • the control unit is formed on the control board 25 having a CPU, a memory (ROM, RAM), an input / output circuit, a communication circuit, and the like.
  • the auxiliary casing 13 functions as an auxiliary device, and is suspended from the center of the bottom surface of the main casing 12 via the connection cable 16.
  • the sub casing 13 constituting the sub device houses a CO2 sensor 33 for measuring CO2 in the agricultural house, a power supply, a communication unit, a control board, a CPU, a memory, and the like.
  • the main casing 12 is a plastic box made of a rectangular parallelepiped, and a suspension projection 14 is formed integrally with the resin on the upper surface thereof.
  • the main casing 12 is formed to have an inner wall 12B and an outer wall 12A opposed to the inner wall with a predetermined gap 12C therebetween.
  • the main casing 12 accommodates a communication unit for transmitting outputs of various sensors to a terminal via an Internet line, a circuit board having a control circuit, and the like.
  • a power source for these devices for example, an external power source installed in a house can be used. It can be handled by the internal power supply arranged on the control board.
  • the solar illuminance sensor (optical sensor) 24 is, for example, an analog illuminance sensor including a photodiode and a current amplifier circuit.
  • the temperature / humidity sensor 31 is a commercially available resin-sealed semiconductor sensor, and uses a resistance change type electric humidity sensor.
  • the role of the fan 30 is to dissipate heat generated by the sensor itself, to dissipate heat generated from the circuit inside the housing, and to bring the atmosphere around the sensor closer to the atmosphere in the area to be measured outside the housing. It is in.
  • the fan control means can be constituted by a circuit incorporated in a semiconductor chip disposed on a control board.
  • An ambient light sensor (sunshine sensor) 24 mainly measures sunshine to determine day or night.
  • the fan ON is performed when the humidity is 89% or less or the illuminance is 50 lux or more.
  • the fan is turned off at a humidity of 91% or more and an illuminance of 20 lux or less. This is because the inside of the housing is heated by the influence of sunlight during the daytime, so that the fan is always turned on to avoid temperature errors, and at night, it is turned off at 91% or less to protect the equipment from high humidity. In order not to take in. If it is 89% or less, the fan is turned on regardless of day or night.
  • the fan control means turns on the fan when the humidity is 89% or less or the illuminance is 50 lux or more.
  • the fan OFF condition is a case where the illuminance is 20 lux or less at night and the humidity is 91% or more, especially at night.
  • the fan can be turned off at a high humidity of 91% or more, and for example, the fan can be turned on at a humidity of less than 91%.
  • the control can also be performed by, for example, a smartphone or a personal computer via an Internet line.
  • the fan can be turned on / off at an arbitrary timing by operating the terminal screen by the terminal user. By turning off the fan at the time of spraying the pesticide and turning it on again at the end of spraying, the control is restarted by the signal from each sensor.
  • the sensor device for an agricultural house according to the present invention is useful as a sensor device technology for measuring sunlight, humidity, temperature, CO2 concentration, and the like in the house.

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Abstract

センサ装置は主ケーシングと副ケーシングとを有する。主ケーシングの内部空間は上室と下室とに分離され、上室にはセンサ信号を処理する制御部が収容される。制御部は制御基板にCPU、通信回路などを有する。下室には、温度・湿度センサ、ファンが配設される。副ケーシングは、主ケーシングの底面中心から接続ケーブルで吊り下げられる。副ケーシングには、CO2センサ、電源、CPUなどが収容される。下室側壁の対向位置には一対の吸気口が、その底壁には排気口が配設され、この部分にファンが配置される。主ケーシングの上面には吊下げ用突起が樹脂一体成形される。主ケーシングは、内壁と外壁との二重壁構造である。副ケーシングを分離してセンサ校正を容易とする。これにより、農業用ハウスのセンサ装置にてCO2センサの校正を簡単に行うことができる。センサ装置のケーシングの姿勢を安定させて、内装センサの測定誤差をなくすことができる。

Description

農業ハウス用センサ装置
 この発明は農業ハウス用センサ装置、詳しくは複数のセンサを収納したハウジングをハウス内に吊り下げて用いる農業ハウス用湿度センサ装置に関する。
 従来のこの種の農業ハウスにおける温度、湿度などを測定するシステムとしては、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。
 この栽培環境要素測定装置は、ハウス内に吊り下げられたケーシングにあってその内部に複数の室を設け、一室に制御機構部(CPU)、電源、二酸化炭素濃度測定手段(CO2センサ)を配置し、隣り合う別室に温度センサ、湿度センサ、ファンを配置している。制御機構部を構成するCPUや電源基板からの発熱によりCO2センサへの結露を回避し、かつ、他のセンサへの当該発熱による影響、すなわち測定誤差の発生を防止するものである。
特開2012-239407号公報
 しかしながら、このような従来の栽培環境要素測定装置にあっては、以下の課題が生じていた。
 従来装置では、(イ)CO2センサが本体ケース内部に収納・配置されていたため、CO2センサの校正が面倒である。すなわち、校正時は、CO2センサを含むケース全体をハウス外部に持ち出し、屋外雰囲気に所定時間さらす必要があった。
 また、(ロ)吊り下げられたケース内に水平方向に2室が隣り合って配設され、湿度センサ設置室にはファンが設けられていたため、ファンの運転により空気流れが生じるが、この流れによりケース全体としての姿勢がたとえば回転し、傾斜するという不安定さを呈し、結果としてセンサの測定値に悪影響を及ぼすおそれがあった。
 そこで、発明者は、吊り下げ型のケースを有するセンサ装置にあって、CO2センサを吊り下げケースとは別体の副ケースに吊り下げて配置するとともに、吊り下げケースの内部を上下2室に分離し、上室に発熱部であるCPUなどを、下室に湿度センサ、温度センサおよびファンをそれぞれ配置することにより、上記課題を解決すべくこの発明を完成させた。
 この発明は、CO2センサの校正が容易な農業用ハウス¥のセンサ装置を提供することを目的としている。また、吊り下げケースの姿勢が安定してセンサにおける測定誤差をなくすことができる、農業用ハウスのセンサ装置を提供することを目的としている。
 請求項1に記載の発明は、農業用ハウス内に吊り下げられて、農業用ハウス内の湿度を測定する湿度センサと、CPUを有してこの湿度センサからの信号を処理する制御部とが収容された主ケーシングと、この主ケーシングの底面中心から吊り下げられて、農業用ハウス内のCO2を測定するCO2センサを内部に保有する副ケーシングとを備えた農業用ハウスのセンサ装置である。
 湿度センサは高分子抵抗式と高分子静電容量式の2種類がある。これらは湿分を吸湿、脱湿する感湿材(高分子ポリマーなど)を使用し、電極間を橋渡ししている構造で、樹脂で封止されている。その電気信号を電気抵抗で捉えるのが高分子抵抗式湿度センサであり、その電気信号を電気容量で捉えるのが高分子静電容量式湿度センサである。
 農業用ハウスとは、いわゆるビニールハウスであって、野菜、果物を栽培するためのものであり、この発明にあっては、この他にも温室などを含む概念である。ハウス用湿度センサは、温度・湿度センサを含むこととする。これらのケーシング(ハウジング)は、例えばプラスチック製のボックスなどで構成することができる。
 CO2センサでは、二酸化炭素が特定の波長の赤外線を吸収し、また電気化学反応するのでそれらの特性を利用して濃度を検出する。光学式、電気化学式や半導体式等、複数の形式がある。
 CO2センサは主ケーシングとは別体の副ケーシング内に収容されており、農業用ハウス内に吊り下げられた主ケーシングから副ケーシングを分離して取り外すことが容易であるため、CO2センサの校正もきわめて簡単な作業で行うことができる。すなわち、副ケーシングのみを農業用ハウスの外部に持ち出し、CO2センサの校正をハウス外部で行うことができる。校正作業の完了後は、再び主ケーシングに接続することで、その測定を行うこととなる。校正とは、センサが示す値と真の値との関係を求め,目盛りの補正などを行うことである。
 請求項2に記載の発明は、上記主ケーシングには、その内部空間を上下に分離する上室および下室が設けられ、この上室内には上記制御部が、この下室内には上記湿度センサがそれぞれ配設されるとともに、この下室内にはファンが設けられた請求項1に記載の農業ハウス用センサ装置である。
 下室を構成する主ケーシングの側壁の対向位置に一対の吸気口を形成するとともに、主ケーシングの底壁に所定大きさの排気口を形成し、この排気口に対向してファンを配置することとなる。ファンはケーシング下室内に外気(ハウス内空気)を取り入れ、これを排出することにより、下室内に空気の流れを生じさせ、湿度センサの測定値を安定させるものである。
 ファンの運転を制御する制御手段は、例えばケーシング内に配置した制御基板の制御回路などを含むこととする。
 通信回路用の基板についてもケーシング内に配置収納することができる。
 これらの基板の回路からの発熱がファンにより外部に空気を排出することにより外部に放出される。
 この場合の通信は、有線、無線を含む概念とする。
 給気排気用のファン出力調整機能としては、例えばファンの電圧をPWM制御することで、すなわち電圧を一定とし、そのON時間を変化させてファンの回転数を制御する。
 請求項3に記載の発明は、上記下室の側壁の対向する位置には一対の吸気口がそれぞれ形成されるとともに、その底壁には排気口が配設された請求項1または請求項2に記載の農業ハウス用センサ装置である。
 上述したように、下室内に空気流れを形成する場合、吸気口が対向位置に配置されることで下室内の空気流れを層流ではなく、乱流として、下室内の湿度、温度を均一にすることができ、湿度センサによる湿度測定値を正確なものとすることができる。
 請求項4に記載の発明は、上記主ケーシングは箱体であってその上面には農業用ハウス内での吊り下げのための突起が樹脂一体成形により形成されている請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の農業ハウス用センサ装置である。
 請求項5に記載の発明は、上記主ケーシングは、内壁と、この内壁との間に所定の隙間を有して対向する外壁とを有して形成された請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の農業ハウス用センサ装置である。
 主ケーシングを内外壁の二重壁構造とし、これらの内外壁間に空気層を形成するため、熱伝達を阻害し、各室内が過度に高温となることを防止することができる。
 請求項1~5に記載の発明によれば、CO2センサを主ケーシングとは別体の副ケーシング内に配設したため、主ケーシングとは分離してのCO2センサの校正作業が容易に行うことができる。また、吊り下げ型の装置において、主ケーシングの底面の中心位置に副ケーシングを配置したため、全体としての主ケーシング、副ケーシングの姿勢を垂直に維持することができる。これは内蔵する各センサの測定誤差を極力排除することにつながる。さらに、主ケーシングを上下2室構造とし、湿度センサを下室に、ファンについても下室に配置し、2つの吸気口から下室内に吸気を行うため、ファンの運転により主ケーシング自体が回転、傾斜するなどの姿勢を崩すことが防止でき、この点でもセンサの測定精度を高めることができる。吸気能力を高めることにもつながる。また、内外壁の2壁構造とすることで、日射の影響を防ぎ、かつ防水性も高めることができる。また、主ケーシングを樹脂一体成形とすることで気密性、防水性を高めることができる。
この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置を示す斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置のセンサなどの配置を示す透視斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置における主装置と副装置との連結コネクタの斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置のハウジング構造を示す部分斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業ハウス用センサ装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置の主ケーシングを示す斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置の主ケーシングの底面を示すための斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置の仕切り板を示す斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置を透視して示す斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置の採光窓を示す斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置の上面の突起を示す斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置の吸気口を示す斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置の底面の要部を示す斜視図である。 この発明の一実施例に係る農業用ハウスのセンサ装置の内側筐体を示す斜視図である。 この発明の一実施例の農業用ハウスのセンサ装置の仕切り板を示す斜視図である。
 以下、この発明に係る農業ハウス用のセンサ装置の一実施例を図1~図15を参照して具体的に説明する。
 図1において示すように、農業用ハウスのセンサ装置11は、主装置を構成する主ケーシング12と、主ケーシング11に連結されて副装置を構成する副ケーシング13とを有している。
 主ケーシング12は樹脂一体成形された大略6面体の筐体で形成されており、その四角形の平坦な上面の中央部(面積中心位置)には上方に向かって突出するフック状の所定高さの突起14が形成されている。この垂直な突起14には貫通孔15が形成されており、この貫通孔15を介して主ケーシング12は農業用ハウスの天井から吊り下げられることとなる。
 主ケーシング12の底面を介して下方に連結された副ケーシング13は、6面体のボックスで形成され、接続ケーブル16を介して主ケーシング12に吊り下げられている。
 なお、図中、17は主ケーシング12の一側面を構成する蓋であって、後述する下室の側壁を形成し、かつ開閉自在としている。18は、同じく下室に開口する吸気口であって、この吸気口18は主ケーシング12の側壁下部で下室内に開口している。
 図2は、この農業用ハウスのセンサ装置11の主要部の配置を説明するための透視図である。
 主ケーシング12は上室21と下室22とに分離されており、上室21には天井部に設けた採光窓23より取り込んだ光の強度などを測定する光センサ24が配設されている。光センサ24は上室21内に固定された制御基板25の一部に支持されている。制御基板25には、各種センサ信号が入力され、これを演算処理して、通信を介して外部機器などに送信する通信機能、処理機能などを有するCPU、電源などを含む半導体チップ、電子回路などが設けられている。
 仕切り板26により上室21とは分離された下室22にあっては、対向する側壁には一対の吸気口(通気口)27,28がそれぞれ形成されている。また、下室22の底壁中央部には排気口29、これに装着されたファン30が配設されている。下室22内には湿度・温度センサ31が配設されており、この湿度・温度センサ31は制御基板25にケーブルで接続されている。すなわち、湿度センサ31は、発熱部である制御基板25から隔離されており、ファン30の運転による下室22内の空気流れにより湿度、温度が一定となる環境に配置された効果を得ることができる。
 副ケーシング13は上述のように接続ケーブル16を介して制御基板25に接続されているが、その内部にはCO2センサ33を支持する制御基板34が配設されている。この制御基板34には、電源が配設される他、CPUなどの制御機能を有するチップ、回路が配設されている。36は通気口である。
 図3は、上記接続ケーブルを示す。ピンをソケットに嵌入することで副ケーシング13は主ケーシング12に連結・接続されている。よって、このピンをソケットから抜き取る(嵌入する)ことで、いわゆるワンタッチで簡単にその結合・接続を解除しまた接続することができる。17A,17Bはコネクタである。
 次に、図4には、後に詳述するが、主ケーシング12が内外2壁の2層構造であることを示す。外層(外部筐体)12Aと内層(内部筐体)12Bとの間には所定の隙間である断熱層12Cが設けられている。すなわち、内部の上室、下室は外部温度に作用されにくい構成を有している。
 図5は、この農業用ハウスのセンサ装置11と外部ネットワークとの関係を説明する図である。子機として機能するこのセンサ装置11は無線通信機能により親機100に接続されている。子機1,子機2,子機3・・を各ハウスに設置したと想定すると、親機100はそれら複数の子機11を管理制御する、例えば農家のコンピュータとして設定する。そして、親機であるパソコン100は既存の通信回線または有線・無線によりサーバ110と接続されている。サーバ110は例えば複数の農家が加入した組合、法人などに設置されることも考えられる。なお、親機100を介して子機のデータはクラウドサービスに提供することもできる。
 図示のように、子機11は、主装置と副装置とを有して構成され、さらに地温センサ、水分センサなどを備えることもできる。また、主装置においては、CPU、温度・湿度センサの他にも光センサ、さらにはGPS回路、通信ユニットなどを含むこともできる。なお、副装置にあってはCPU、CO2センサの他に電源としてのバッテリを収容する。
 図6~図15を参照して、以下、この農業用ハウスのセンサ装置11についての筐体部分を説明する。
 図6においては、装置すなわち主ケーシング12を示す。主ケーシング12の外部筐体12Aは上下に2分割されていずれも樹脂製の上側筐体121と下側筐体122とが嵌合して全体が箱状に構成されている。
 図7、図8にて示すように、主ケーシング12は底面が開口した外部筐体12Aとこれに下方開口から嵌入された箱形の内部筐体12Bとで形成され、内部筐体12Bの底面部分が主ケーシング12の底壁12Dを構成している。
 図9は、主ケーシング12を透視して示すが、主ケーシング12の上室21は仕切り板26より上方に、下室22はこれより下方に形成されている。樹脂製の仕切り板26には上下室に貫通する複数の孔が形成され、これらの孔にゴムシールなどを介してケーブルが通されることとなる。
 図10は上側筐体121を示し、その上面には樹脂一体成形時形成された円形の肉厚が薄い部分である半透明の採光窓23が形成されている。この採光窓23を介して上室21に侵入した光の強度などを光センサ(日照度センサ)により検出、測定する。
 図11は上部筐体121の外観形状を示す。取っ手形状の突起14が上面に樹脂一体成形されており、上室21空間の密閉性を高めている。
 図12は主ハウジング12の下側筐体122を示す。対向側壁のそれぞれに一対の円形窓である吸気口27,28が形成されている。また、他の側壁の一にはセンサなどを交換用にするための開口窓が形成され、この矩形の開口窓に板状の蓋17が装着される構成である。
 図13,図14では内部筐体12Bを示す。その底壁12Dには排気口29およびファン30が設けられ、その隣には接続ケーブル16が挿入される口が形成されている。さらに底壁12Dの面積中心位置には下方に突出する所定高さのフック12Eが一体成形されている。このフック12Eを介して副装置である副ケーシング13が主ケーシング12の下方に吊り下げられることとなる。
 図15は、仕切り板26を示す。
 なお、上記各ケーシングについて使用される樹脂としては例えば自動車部品と同一素材を使用して高い耐候性、高い強度を持たすことができる。
 以上の構成に係る農業用ハウスのセンサ装置11は、農業用ハウス内の天井フレームなどに吊り下げられて、農業用ハウス内の湿度、温度、日照度、CO2濃度、その他を測定することができる。そして、センサ装置11(子機)の各センサで収集したデータは、子機(主装置)から親機に対して送信される。親機では子機からのデータはクラウドサービスに送信すること、またサーバを介して例えば各農家のパソコン、スマホなどに伝送することもできる。
 これらの場合、センサ装置11では湿度センサ31を下室21に、発熱部を上室21にと、完全に分離したため、湿度センサ31がこの発熱の影響を受けることがない。また、筐体ケーシング12,13を内外2層構造としており、直射日光の影響を大幅に減少させることができた。温度誤差が解消する。
 また、吊り下げ型のセンサ装置11であるため、圃場(ハウス)への設置も容易となっている。主要センサについては樹脂製筐体により保護されている。また、下室の側壁については大きな蓋により開閉可能としたため、センサ交換・部品交換などでのメンテナンスが容易となっている。
 また、各吸気口には防水型のルーバを装着したため、下室への水分の侵入を排除でき、フィルタを内蔵させたこのルーバでは散布薬剤からの影響をも排除できる。
 そして、このセンサ装置11にあっては、副ケーシング13すなわち副装置は主装置(主ケーシング12)からコネクタ部分を用いて容易に着脱することができる。この結果、CO2センサ33の校正を極めて簡単に行うことができる。電源を内蔵した副装置ボックス13をハウスの外に持ち出すことで容易な校正を可能としている。
 また、給排気についてはファン30の回転数を制御することで、適切な流れ(乱流での室内湿度、温度の均等化)を下室22内の湿度・温度センサ31に与えることとなる。これらのセンサの測定精度を高めることができる。
 なお、副装置にあっては、この他にもブザーおよびLEDインジケータを備えることができ、これらにより、CO2センサ33の校正の要不要などを警報することができる。
 さらに、GPSデータは子機(主装置および副装置)の地理的位置をサーバに供給することで測定したデータの価値を高めることができる。
 また、内外壁の2層構造の筐体とすることで主ケーシング12は、防水性が高まり、日射のセンサへの影響を低減することができ、特に断熱層12Cにより温度誤差を排除できる。
 また、外部筐体121は上下2分割嵌合構造としたため、その間にパーツを継ぎ足すなどサイズ変更、形状変更にも対応することができる。分割により金型のサイズを小さくでき、製造コスト低減にも資する。
 吸気口(給気口)27,28については下室22の左右側壁に対向形成したため、その防水性が高まるとともに、吸気性能も向上する。左右吸気口27,28は側壁外面を伝わる水分侵入を極力防ぐことができる構造であり。防水性の高いルーバを配置することで、下室22への水分侵入を阻止することができる。
 また、ファン30の位置を底面略中心の排気口に配置したため、吊り下げたケーシング自体はバランスしており、さらにファン運転中の下室内の空気流れも対称となり、吊り下げた主副両ケーシング12,13の姿勢の傾きなどを防ぎ、ひいてはセンサの測定誤差を生じることを防ぐことができる。
 さらに、主ケーシング12にあっては、上室・下室の上下2室構造としたため、上室(CPUなど内蔵)を密閉構造とし、下室のみユーザによるアクセス、操作可能な構造とした。ユーザの不適切なハンドリングによる故障発生を未然に防止できる。
 吊り下げに関しては上面中心位置に突起14を樹脂一体成形した構造のため、後付けフック構造に比較して、水漏れがなく、吊り下げ姿勢が安定し、その吊り下げ作業も容易となる。これは採光窓23を樹脂成形で筐体と一体として製造したための防水構造と同じである。
 なお、上室21の底板である仕切り板26は着脱自在、交換容易としてあり、複数の製品に対応が可能である。新たなセンサ設置や、その交換についても、仕切り板形状を変更することで対応可能である。
 底面フック12Eもその面積中心に配置しているため、このフック12Eを介して副ケーシング22を吊り下げたとき、その姿勢が安定する。
 なお、バッテリとしてはリチウムイオン電池を副装置に配置することができ、これは主装置から副装置を取り外して上述したCO2センサ33の校正を可能としたものとなる。
 CO2センサ33の大気校正については、副装置に配置したCPUにより自動化することができる。従来からのCO2センサでは、センサをハウス外部に移動させ、屋外雰囲気に順応させるための待ち時間を計測する必要があった。これに対して、本発明については上記CPUによりタイミング回路を用いて自動的に待ち時間を計算し、その後、センサ33の校正動作を行う。また、CPUによって、プログラムを実行させて大気の状態と現在のCO2センサの状態とを比較し、校正必要と判断した場合のみ校正動作を開始する。不必要な校正を回避し、校正によるズレを防ぐものである。なお、校正結果は、副装置の不揮発性メモリに記録する。主装置と再度接続したときそのデータを伝達し、主装置のCPUにその結果を格納することもできる。
 また、上記実施例にあっては、CO2センサ33のユニットとしてデータ通信機能を加え、当該センサの取得データを外部メモリ(不揮発性メモリ)に格納することができる。これによりCO2センサ33の校正情報を含めてメモリに格納し、主装置との接続によりその校正情報を主装置のメモリに転送、格納させる。校正情報の共有を行う。
 さらに、主装置と副装置とが接続された場合と、これらが切離された場合とについて、リレーなどを用いてそれらの電源回路を分離している。CO2センサ33の校正時以外の主装置、副装置接続時にあっては、主装置の電源回路を双方の電源として使用する。副装置を切離してのCO2センサ33の校正の際は、副装置のバッテリを使用する。その結果、ユーザのミスにより接続、切離が混在したとしても、電源分離により事故を防止できる。
 副装置においては、さらに、誘導型、静電容量型、磁気型などの非接触スイッチにより、各種の操作を可能としている。磁気型ではホール素子、リードスイッチを用い、磁石によりスイッチ操作を行う。この磁石は主装置に内蔵し、または、主ケーシングの構造体(筐体)に取り付けることができる。
 副装置について非接触構造とし、切り離した後の副装置のスイッチ部を上記磁石に近づけることでそのスイッチングを可能とする。
 さらに、副装置にあっては、ブザーとLEDインジケータを実装している。校正時、ユーザの視覚及び聴覚を利用して校正終了、校正不要などについて報知することとなる。
 以上のように、このセンサ装置11は、主ケーシング12と副ケーシング13とを有している。主ケーシング12は主装置であって、その内部空間は仕切り板26を介して上室21と下室22とに分離されている。上室21には採光窓23の下方位置に日照度センサ(光センサ)24が配置されている。下室22には、温度・湿度センサ31およびファン30が配設されている。上室21には、湿度センサ、光センサ、温度センサなどの信号を処理する制御部が収容されている。制御部は制御基板25にCPU、メモリ(ROM、RAM)、入出力回路、通信回路などを有して形成されている。
 副ケーシング13は副装置として機能し、主ケーシング12の底面中心から接続ケーブル16を介して吊り下げられている。副装置を構成する副ケーシング13内には、農業用ハウス内のCO2を測定するCO2センサ33、電源、通信ユニット、制御基板、CPU、メモリなどが収容されている。
 上記下室22の側壁の対向する位置には一対の吸気口27,28がそれぞれ形成されるとともに、その底壁には円形の排気口29が配設され、この排気口部分にファン30(市販品)が配置されている。
 上記主ケーシング12は直方体からなるプラスチック製の箱体であってその上面には吊り下げ用突起14が樹脂一体成形されている。主ケーシング12は、内壁12Bと、この内壁との間に所定の隙間12Cを有して対向する外壁12Aとを有して形成されている。
 具体的には、主ケーシング12には、各種センサの出力についてインタネット回線を介して端末に送信する通信ユニット、制御回路を有する回路基板などを収容している。これら装置に対しての電源としては、例えばハウスに設置した外部電源を使用することもできる。制御基板に配置した内部電源により対応できる。
 日照度センサ(光センサ)24は、例えばフォトダイオードと電流増幅回路を内蔵したアナログ型の照度センサである。
 温度・湿度センサ31は、市販の樹脂封止した半導体センサであって、電気式湿度センサの抵抗変化型を用いている。
 ファン30の役割は、センサ自身の通電による自己発熱を放熱させること、筐体内部の回路からの発熱を放熱すること、さらに、センサ周辺の雰囲気を筐体外部の被測定エリアの雰囲気に近づけることにある。
 日照度センサ24としての環境光センサにあっては、市販品を使用する。
 ファンの制御手段については、制御基板に配置した半導体チップに組み込まれた回路により構成することができる。
 環境光センサ(日照度センサ)24は主として日照度を測定し、昼夜の判別を行う。
 ファン30の制御では、ファンONは、湿度89%以下、または照度が50ルクス以上のときとする。ファンOFFの条件は、湿度91%以上かつ照度が20ルクス以下とする。これは、昼間は日射の影響で筐体内部が熱せられるため、温度誤差を避けるため常時ファンをONとするとともに、夜間は高湿度から機器を保護するため、91%以下でOFF、高湿度雰囲気を取りこまないためである。89%以下では昼夜に限らず、ファンをONとする。
 ファン制御手段は、湿度89%以下、または照度が50ルクス以上でファンをONとする。ファンOFF条件は夜間特に照度20ルクス以下であって、湿度が91%以上の場合である。夜間は高湿度91%以上でOFFとし、例えば91%未満ではファンをONとすることもできる。
 以上に示す基板に形成した制御回路や、チップに格納したソフトウェアによる制御だけでなく、例えばインタネット回線を介して例えばスマートフォン、パソコンからも制御できる。
 または、端末使用者が端末画面を操作することで任意のタイミングでファンをON/OFFできる。
 農薬散布時にファンをOFFとし、散布終了時に再度ONとすることで、各センサからの信号で制御を再開する。
 この発明に係る農業用ハウスのセンサ装置は、ハウス内の日照度、湿度、温度、CO2濃度などを測定するセンサ装置技術として有用である。
 11 農業ハウス用センサ装置、
 12 主ケーシング、
 13 副ケーシング、
 21 上室、
 22 下室、
 27,28 吸気口、
 29 排気口、
 30 ファン、
 31 温度・湿度センサ、
 33 CO2センサ。

Claims (5)

  1.  農業用ハウス内に吊り下げられて、農業用ハウス内の湿度を測定する湿度センサと、CPUを有してこの湿度センサからの信号を処理する制御部とが収容された主ケーシングと、
     この主ケーシングの底面中心から吊り下げられて、農業用ハウス内のCO2を測定するCO2センサを内部に保有する副ケーシングとを備えた農業用ハウスのセンサ装置。
  2.  上記主ケーシングには、その内部空間を上下に分離する上室および下室が設けられ、
     この上室内には上記制御部が、
     この下室内には上記湿度センサがそれぞれ配設されるとともに、
     この下室内にはファンが設けられた請求項1に記載の農業ハウス用センサ装置。
  3.  上記下室の側壁の対向する位置には一対の吸気口がそれぞれ形成されるとともに、その底壁には排気口が配設された請求項1または請求項2に記載の農業ハウス用センサ装置。
  4.  上記主ケーシングは箱体であってその上面には農業用ハウス内での吊り下げのための突起が樹脂一体成形により形成されている請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の農業ハウス用センサ装置。
  5.  上記主ケーシングは、内壁と、この内壁との間に所定の隙間を有して対向する外壁とを有して形成された請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の農業ハウス用センサ装置。
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