CO2センサ採用事例　農業IoTにおけるCO2施用と濃度管理の有効性

セラク様が展開されている「みどりクラウド」は、農業をデータ化することで農業生産の可視化や省力化を実現し、更に付加価値の高い食農バリューチェーンを構築することで、収益性の高い農業を実現する農業ITプラットフォームです。
「みどりクラウド」における圃場モニタリングサービスサービス「みどりモニタ」では、温度・湿度・CO2濃度・日射量・土壌EC値などを計測するセンサやカメラを圃場に設置し、PC・スマートフォン・Apple Watchなどから遠隔監視・制御でき、生産現場の負担を軽減すると共に、取得したデータを活用した生産性・秀品率の向上を支援しています。
数ある計測項目のうち、特にCO2濃度は作物の光合成を促進させて品質・収量をアップさせるために重要なコントロール指標で、ハウス内のCO2濃度を正しくセンシングし、CO2を適切なタイミングで適切な量をハウスへ注入することで、効率的で無駄のないCO2施用が求められています。

環境モニタリングにおけるCO2センサの課題は、測定精度・耐久性・長期使用や保管による測定値のドリフトがあります。測定精度は、光合成促進によりハウス内のCO2濃度は大気の約400ppm以下となるので、400ppm以下を精度よく測定できるセンサが必要です。耐久性は、農業用ハウスの厳しい高温・高湿度環境で故障しないことが求められます。
セラク様では3つ目の“長期使用や保管による測定値のドリフト”が特に課題となっていました。環境モニタリングにおけるCO2センサはサービス開発の真っ最中であった2014年当時に農業用途として広く利用されていたものを採用されており、自動校正機能を備えたタイプでしたが、CO2濃度がコントロールされている農業用ハウスではこの機能を利用できず、ドリフトが問題となっていました。特に作が終了してCO2センサを取り外して保管し、再度設置した場合に大きくドリフトする傾向があり、周囲の水分や粉塵が要因となった事象もありました。これらによりエンドカスタマーからの問い合わせ・交換対応が多数発生し、人的・経済的負担が発生していました。

農業用ハウスの作物栽培に適したCO2濃度管理を行い、作物の品質・収量を向上させることが採用の目的でした。
CO2センサは濃度を正しく測れること、厳しい使用環境で長期間使用しても故障しない耐久性が必要で、更に計測の安定性や維持管理に関わる手間や工数を削減することも採用される上で重要となります。

ムラタのCO2センサはNDIR方式を採用しており、CO2濃度400ppm以下を精度よく測定する原理を取り入れています。CO2センサの機構は、光源・光路・受光素子は1つ、CO2に反応する波長と反応しない波長を切り替える2つのフィルタを使用しており、光源・光路・受光素子の劣化をフィルタの切り替えで補正する1ビームNDIR方式を採用しています。
また、独自の測定値補正アルゴリズムを採用し温度や機構部品（光源・光路・受光素子）の劣化を補正しています。その結果、設置環境で測定値を自動校正する手法によりメンテナンスフリーを実現しています。外気による補正は一切必要ありません。センサの耐久性を得るために、各種電子部品の選定や防湿コーティングなどによる耐久性アップを盛り込んだ設計となっています。

温度・湿度などの環境変化に応じた自動構成機能を備えメンテナンスフリーにて使用できる点と、エアフィルタを備えていることで耐環境性能の向上にも期待できるという理由から、ムラタのCO2センサを採用していただいております。

既存センサでは当時年間20～30件程度の問い合わせがありましたが、直近では年間6件程度と、70％の問い合わせ削減効果が見られ、人的な負担・経済的な負担が著しく軽減されました。
また、エアフィルタを備えており、形状的に異物が混入しにくいという点より、畜産関係の用途（ファームクラウド）での導入も進んでいます。