ロームグループのラピスセミコンダクタ、pHなど土壌環境をリアルタイムで見える化する土壌センサユニット「MJ1011」を開発 – IoTNEWS (プレスリリース)

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ロームグループのラピスセミコンダクタ、pHなど土壌環境をリアルタイムで見える化する土壌センサユニット「MJ1011」を開発

ロームグループのラピスセミコンダクタは、農業法人や農業分野のICTサービスベンダ向けに、土壌センサと低消費電力マイコンの技術を活かした土壌センサユニット「MJ1011」を開発した。2018年1月末よりサンプル出荷を開始し、2018年4月末より量産出荷開始を予定しているという。

土壌センサユニット「MJ1011」は、農業圃場管理において重要な土壌環境情報の見える化を可能にする技術。直接土の中に埋め込むことで、EC(電気伝導度)、pH(酸性度)、地中温度、含水率などの土壌環境指標を同時にリアルタイムで測定することが可能だ。

半導体方式の土壌センサやAFE(アナログフロントエンド)チップ、16bitローパワーマイコンML620Q504Hなどラピスセミコンダクタオリジナルのチップセットを搭載。低消費電力と小型化を実現し、ソーラーパネルを使ったシステムにも有効だ。

定量的にデータを蓄積することで、栽培や管理へのフィードバックができるため、経年データの比較や将来予測などによる生産性向上および品質管理への貢献や、スーパーなど販売店への安定した出荷などへの効果も期待される。

背景

近年農業分野では「6次産業化」が注目を集め、圃場へもIoTの導入が行われてきている。しかし栽培や加工・流通情報などのデジタルデータ化や管理が進められる中、栽培工程は天候などの状況に左右されやすく、管理のボトルネックとなっている。

栽培工程の見える化のため、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に対して、従来は土壌の採取後に評価施設で分析する必要があり、数メートルで大きく変化する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だった。

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。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PoCを行ってきた。そして今回、その結果を踏まえ、土壌センサユニットMJ1011を開発し、商品化に至った。

土壌センサユニット「MJ1011」の特長

1. 土壌環境指標4 項目(EC、pH、地中温度、含水率)を同時に計測可能。通信システムとの接続により、リアルタイム計測を実現

pH測定にはISFET(※1)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。

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ったのだという。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たが、同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ができる。

※1 ISFET:Ion Sensitive Field Effect Transistor(イオン感応性電界効果トランジスタ)。イオン感応膜を有するFETで、イオン活量によって発生する測定サンプルとイオン感応膜の表面電位を検出する。シリコン半導体製造技術により作製できる。

2. 独自の制御技術により低消費電力を実現。太陽電池での長時間駆動も可能に

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、低消費電力を実現する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る。

3. どこでも使用できる小型・防水モジュール

専用のアナログフロントエンドLSIによって部品点数を削減し、サイズは122 x 42 x 42mmと小型化を実現。先端部の土壌センサ実装部分(センサヘッド)はワンタッチの交換式で、別売りのセンサヘッドと交換できる。

また、IP67(※2)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だ。

※2 IP67:機器の保護構造についての防塵・防水性を等級に分類し、そのテスト方法を規定している国際規格に基づく表示。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I/Fにより、既存のIoTシステムにもかんたん接続

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。また接続可能なIoTシステムの紹介も対応するという。

IoT土壌環境モニタリングのPoCについて

ロームグループのラピスセミコンダクタ、pHなど土壌環境をリアルタイムで見える化する土壌センサユニット「MJ1011」を開発

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た。

土壌センサをエンドポイントの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、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った。

同実験のエンドポイント、コンセントレータには、同社の920MHz帯域無線通信LSI(ML7345)と16bitローパワーマイコン(ML620Q504H)を使用。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たという。

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たが、同実験では同社の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たとのことだ。

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る。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る。

土壌センサユニット「MJ1011」の仕様・特長

ロームグループのラピスセミコンダクタ、pHなど土壌環境をリアルタイムで見える化する土壌センサユニット「MJ1011」を開発

※注4 センサユニット:56,300 円(税別)はセンサヘッドも付属。

【関連リンク】
ローム(ROHM)
ラピスセミコンダクタ(LAPIS Semiconductor)





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