家事農作業を営みながら,設定水面に田んぼの水位が達したら,携行受信機に音で知らせる便利なワイヤレスセンサ。ネット環境不要,商用電源不要。見通し距離 100/300 m 。 Batteries driven wireless water level sensor for agriculture.

プロジェクト本文

はじめに・ご挨拶

水田の水位が設定を超えたり,下がったりすると電波信号を発報する装置を製作します。パトロンさまのファンドをプリント基板 PCB 製作費に充当させていただきます。

ワイヤレスモジュール (Wireless module) は安価なワイヤレスチャイム (Wireless Doorbell),モノワイヤレス (Monowireless),XBee および sakura.io に対応します。

私は冷戦期に育ち,プロダクトは大量生産 大量消費の垂直統合 全盛期,そしてバブル崩壊を壮年期に経験しました。北海道で生まれ,東京で学生生活を送り,今は滋賀守山市在住です。

プロダクトのご紹介
Wired board assy in the bottle of the detector unitWired board assy in the main unit

以上に示す2枚のユニバーサル基板がプリント基板 PCB になります。Main unit and wireless module in the shade

ワイヤレスモジュールおよび本体を 2.7m 長パイプに取付しました。耐候性を高めるため,日除けを雨対策も兼ねて被せています。高温に曝されて劣化する電池の信頼性も向上します。

モノワイヤレスだと見通し距離 100m を得るのに送受ともに高さ3mを要しますが,水面上 0.6m に設置された送信機 Revex X10R と胸に掛けた高さ1.1m の X300 の組み合わせは見通し 100m の実証試験結果を得ました。

中国製ワイヤレスチャイム Cacazi は見通し距離 300m が得られます。Revex 受信機との比較写真を示します。どちらも単3電池3個で動作します。私は NiMH 充電池を使用しています。両者のレンジテストを市街地において実施しました。参考をご参照下さい。

Cacazi vs Revex receiver

水中と空気中では電気抵抗が大きく異なり,電極間に流れる微弱電流を検知して液面を検出します。検出部を支持する杭が電極を兼ねています。液面検知の位置設定は検出ロッドを所望の位置まで動かし,検出ロッドに明いている穴にピンを通して設定します。

一般に電波は周波数と距離の2乗に比例して減衰します。ワイヤレスチャイムの 315MHz 帯は 2.4GHz 帯に比べ,1/7 の周波数です。検出部と本体のケーブル伝送は 20m (呼び長)可能です。電波の届かない地下水槽,ドレインの水位監視にも適用できます。

参考
Arduino によるワイヤレスチャイムの距離試験 (Wireless doorbell range test by Arduino)

スケジュールについて
2019年6月10日 特許願 21900910075 電子化料金払込済
2019年9月末 入金予定
2019年10月末 設計完了予定
2019年11月上旬 加工組立開始予定
2019年11月下旬 リターン発送開始予定(ファーストイン ファーストアウト)

こだわり・特徴

本プロダクトは一部の機構部品を除いて,全て汎用輸入部品です。個人が設計し,加工組立てます。最も加工に時間を要する部品は電子部品を搭載するワイヤ配線基板です。本プロジェクトの主眼はプリント基板 PCB の設計製作です。製造元は中国です。その際,イニシャルコストが発生してしまいます。

3.3V の低電圧で検出部と本体間を2芯のケーブルで伝送します。オリジナルは電信から発達したテレタイプの技術です。低電圧動作の半導体がなかったので 24V 駆動でした。使用している半導体は東芝ブランドです。これもオリジナルは合衆国発祥のセカンドソースです。本プロダクトで使用している部品は電池形状,ケーブル,電子部品の全てと,素材も樹脂ガラス瓶も含め,日本オリジナルは皆無です。部品を締結するネジも西欧由来です。


プロダクト誕生までのお話

これまでの4年間,ワイヤレスモジュール XBee とモノワイヤレスを運用してきました。周波数が 2.4GHzと高く,100m の見通し距離を得るには送受とも高さ 3m に設置する必要があります。3m の高さを維持しながら農作業するのは不可能に近く,しかも高価です。BASE でも手製の農用ワイヤレス温度日照湿度測定器を販売しましたが,反応は皆無でした。農民の体感温度湿度で十分なのでしょうか,そして最高最低温度指示計が百均で買えます。植物工場でもない限り,環境測定器に経費をかける農民はないようです。

その後,50ha の農地を有する ある農家がスマホ,インターネットを使わない現実を知りそういう方に使ってもらうには,どうしたらいいか考えました。

稲の栽培は水管理に手間を要します。経営拡大を目指す水田農家の農地は拡大しつつありますが,休耕田を借地するにも,飛び地となり水管理のための見回り往来の時間も必要になります。本センサの受信機(市販品)をキッチンに置いて家事をしながら,トラクタに吊り下げたり,携行すれば農作業中でも水位が達した事,あるいは下限を越えた事を適宜 知る事ができます。稲栽培は水を適宜管理すれば,食味と収量に優れた米を生産できる可能性があります。

そして稲は商品価値の高い野菜花卉を栽培するよりは楽で営農女子向きです。というのは田植えと稲刈りは標準機械化され請負が普及した結果,日本の婦女子は稲作季節重労働から解放されましたが,日常的に婦人の農業労働に依存しています。農作業が減れば,その時間をインターネットに親しんで,日本のテレビが伝えない外の世界に関心が広がるかもしれません。

水田の水位が所望の値に達したか,どうかを判定するのに具体的な水位の値は必要ありません。オンオフ信号だけで良いのです。その点,ワイヤレスチャイムを用いれば安価で,受信機を携行していても見通し距離 300/100 m が得られます。

水田農家の水管理に要する時間が短くなれば,水田から下流に放出される冨栄養水も減少し,肥料代も削減できる可能性があります。水環境も良くなると期待されます。特に滋賀の農業用水の多くは最終的に びわ湖に流れ込み,びわ湖は京都大阪の市水の水源でもあるので水環境を守る事は大切です。

そして世界的にも水資源は貴重です。本センサはワイヤレスモジュールに依存しないので,海外の放牧農家の水管理,とりわけ合衆国の稲作農民にも お使いいただけるのではないかと思っています。合衆国の FCC 規制だと,1km の見通し距離が可能です。

官による補助金を期待できる方は,官主導のセンサを申請するのがいいかと存じます。多分,据付調整設定も業者がしてくれると思います。スマホさえあれば,ほとんど何も考えなくて済み,メンテナンスも業者もしくは組合がしてくれます。その代償として経費が発生します。

官の助成を受けられない方とかスマホ インターネットとは無縁の方にお使いいただけると嬉しいです。どんな小さな事でもいいから,私の創意工夫が高齢化の進む東アジア稲作国に普及すればと思います。

本プロジェクトをご覧になり,インターネットを毛嫌いする旧世代向けにプロダクトをどう立ち上げたらいいのか,皆さまの批評,コメント,意見をお待ち申し上げております。

最後に,一言申し添えます。サハラ以南のアフリカ諸国の農業地域の水問題は現代日本では考えられない深刻さです。女子供とりわけ女児の最も重要な仕事は水汲みです。

プロジェクトが完済した時点で,パトロンの皆さまに支援していただき,目標金額を超え,CAMPFIREより送金された余剰金に関して,為替手数料を除いた相当額を,参考に示す NGO のファンドに寄付致します。

PayPal supports charity good

参考
適切な水管理で品質・食味・収量の向上を
琵琶湖の水質問題
加州の記録的大干ばつ 2011-2017
豪東部に50年で最悪の大干ばつ
African Well Fund


製品情報・仕様

本体,検出部のサイズは 800mL です。本体に内蔵される電池は単3 2個です。電池は含まれせん。検出部支持杭と本体取付杭は各自ご用意下さい。ホームセンタ等で入手可能です。

液面の上限を検知する正動作では,オン時の消費電流は 27mA,待機状態のオフ時は 0.1mA 以下です。

私が車での日帰り対応できる圃場に関しては,センサ持ち込み訪問可能です。それ以外の圃場は まことに恐れ入りますが,送受信機を購入して実状に即した距離試験をお薦めします。

検出部筐体は可燃物のため防爆仕様ではありませんので,油槽あるいはメタンなどが発生する雰囲気での使用不可です。

チームの紹介

アドバイザ 滋賀在住 エンジニア Taniguchi Takeshi
私は、農業(水稲)に携わっています。センシング技術を活用したいと考えています。

アドバイザ 大阪在住 大学講師 Julija Knezevic

Q&A

納品後技術サポート
Eメールもしくは LINE にてお問い合わせいただき,回答致します。インターネットに不案内な方は固定電話を案内させていただきます。

プロジェクト信用リスク
CAMPFIRE の審査を通過して認証が得られ,パトロンの皆さまにプロジェクトを開示できました。信用と担保は不可分の関係にありますでしょうか。無名の私が信用に値する担保に何を充てられるのか考え,本プロジェクトに関して特許を出願しました。1年半後に政府が公開します。それなりに真剣に取り組んでいる証として認めていただければ幸甚です。

スポンサ都合によるリターンの変更・キャンセル・返金
CAMPFIRE の規約に「5項 選択したリターンの変更・キャンセル・返金は一切受け付けておりません。リターンの変更・キャンセル・返金については、各プロジェクトオーナへ直接お問い合わせください」とありますが,本プロダクトは他用途への転用および転売が著しく困難なため,変更およびキャンセルをお断りします。またリバースエンジニアリングを目的とし,返品を前提としたパトロンさまと善意のパトロンさまの識別は不可能でもあります。

部品入手難等によるオーナ都合リスク
以下に示す諸事情により,プロジェクト不履行に至った場合,CAMPFIRE より私への相当入金額から CAMPFIRE 請求のキャンセル料を差し引いた残金を返金します。返金方法は ゆうちょ銀行もしくは新生銀行口座振り込みとします。他行の場合,振込手数料の 1/2 をご負担願います。

最重要部品入手難リスク
最重要電子部品の PCB 製造は中国で行います。米中貿易戦争が激化するなか,日中間には領土紛争と歴史認識問題があります。中国政府が対日経済制裁を発動し,レアメタルと PCB が狙い撃ちされて禁輸される可能性もあります。禁輸制裁を受けると,本プロダクトのロットサイズでは国内生産はコスト高で事実上不可能になり,プロジェクトを中断せざるを得ません。本プロダクトの電子部品は全て中国台湾および東南アジア製です。

保証期間は?
Revex 社のワイヤレスモジュールに保証期間の明示はありません。一般に屋外使用の電気製品は寿命が短いのは暗黙の了解なのかもしれません。電子工作に携わる者にとりメッカみたいなところの秋月電子では保証期間は2週間です。本プロダクトの保証期間は6箇月です。元払いにて お送りいただければ,無償修理致します。返送料は私が負担します。

有償保証期間
本プロダクトはワイヤレスモジュールと水田液面センサは明瞭に分けられ,パトロンの皆さまによるシステム診断をテスタにより簡単に行えますので,ワイヤレスモジュールの故障に関しては新品と交換するのが簡単でしょう。センサ部(本体,伝送部と検出部)の診断も簡単です。支持杭を除いた本体,伝送ケーブル,および検出部を元払いにて,お送りいただき修理費用の見積もり致します。送料が費用の大部を占めます。有償保証期間は7年を想定しています。部品とりわけ電子部品の代替が不可能の場合,修理依頼の際,事前にお知らせ致します。PCB は在庫がなくなり次第,基板単体の交換はできません。搭載電子部品はすべて汎用品です。PCB も含め,保守電子部品の取り置き保証しかねますが,汎用品のため製造中止になる可能性は少ないです。また私の健康が損なわれたりして実務をできなくなった場合,修理の引き受けをお断りするリスクをご承知下さい。

参考
商品の保証期間と不良原因調査・不良解析

部品性状変更,外観異同および構造変更
改良および入手部品の形状変更に伴い,構造変更と外観異同の可能性についてご承知下さい。

本プロジェクトはAll-or-Nothing方式で実施します。目標金額に満たない場合、計画の実行及びリターンのお届けはございません。

合意管轄裁判所
パトロンさま と私との間で係争が生じた場合の合意管轄裁判所を大津地方裁判所とします。

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