JP2000252857A

JP2000252857A - ターミナル及びワイヤレスセンサ

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Publication number: JP2000252857A
Application number: JP11055151A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Nishidai; 臺哲夫西
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: JP3882377B2

Abstract

(57)【要約】【課題】センサシステムを構築するワイヤレスセンサ
の設置数が増えても使用チャネル数を増加させることな
くデータの送受を行うことのできるターミナル及びワイ
ヤレスセンサを提供すること【解決手段】ターミナル２０から各センサ１０に対し
て検知条件を通知し、センサはセンシングした結果検知
条件を満たすもののみ自己のＩＤとセンシング結果を対
にした応答信号をターミナルに送信する。検知条件を適
宜に設定することにより、実際に応答信号を送信するセ
ンサ数を減らし、少ないチャネル数であっても通信が可
能となる。検知条件が緩いと、センサは強制応答信号を
送信し、積極的に衝突を発生させ、ターミナルは衝突を
検知すると検知条件の絞り込みを行うことにより、レス
ポンスの向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターミナル及びワ
イヤレスセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にセンサシステムは「センサヘッド
−センサ本体−コントローラ」間が有線で結線された構
成となっている。ここで有線区間（例えばセンサヘッド
−センサ本体間）を無線に置き換えることで、省配線か
つレイアウトフリーなセンシングが可能となる。

【０００３】この利点を活かし、ワイヤレスセンサを複
数個所に密に配置することで、例えば面分布状況をセン
スすることが可能となる。一例を示すと、ワイヤレスセ
ンサとして温度センサを用い、監視空間（室内）の各所
にそのワイヤレスセンサを点在させる。そして、各ワイ
ヤレスセンサで検出した温度情報を、無線を介してター
ミナルに送ることにより、そのターミナルは部屋の各所
の温度情報を収集でき、温度分布状況がわかる。この温
度分布状況を受けたコントローラが制御対象機器（例え
ばエアコン）を制御し、室内の温度分布を均一にするよ
うに制御することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ワイヤレスセンサとコントローラを用いたセンサシステ
ムでは、以下に示す問題があった。すなわち、ワイヤレ
スセンサとコントローラ間での無線通信は、割り当てら
れた無線伝送チャネルが空いているのを確認し、その空
きチャネルを使用してデータを送信する。従って、例え
ば同時に複数のワイヤレスセンサからターミナルに向け
てデータを送信しようとすると、チャネル衝突が発生
し、ターミナルでは正常にデータを受信することができ
なくなる。

【０００５】そこで、係る衝突を回避するには、伝送チ
ャネルを複数用意するか、全てのセンサを同期させる同
期タイムスロット（時分割）制御が必要となる。そのた
め、ワイヤレスセンサ数を増やすと伝送制御処理も累乗
的に増加し、回路規模も大型化し、また、制御処理の増
加に伴い消費電力が増し、ワイヤレスセンサの電源とな
る電池寿命が悪化し、頻繁に電池の交換をする必要が出
てくる。

【０００６】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、センサシステムを構築するワイヤレスセンサの設置
数が増えても使用チャネル数を増加させることなく少な
いチャネル数で対応でき、しかも、非同期に時分割制御
を行うことで、伝送処理の簡易化並びに負荷の軽減を図
ることができ、消費電力の低下から電源（電池）の長寿
命化を図ることのできるターミナル及びワイヤレスセン
サを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るターミナルでは、無線を介して検
知条件を送信し、その送信した検知条件に合致する応答
信号を受信することによりデータ収集を行うターミナル
であって、チャネル衝突を検知する衝突検知手段と、前
記衝突検知手段で衝突を検知した際に、前記検知条件を
修正する手段とを備え、その修正した検知条件に基づい
てデータ収集を行うように構成した（請求項１）。

【０００８】また、本発明に係るワイヤレスセンサで
は、無線を介して受信した検知条件に合致するか否かを
判断し、合致する場合に応答信号を送信するワイヤレス
センサであって、前記応答信号を送信するに際し、伝送
チャネルの状況を検出し、使用中の場合には所定時間待
機し再応答を試みる手段と、前記再応答によっても応答
信号を送信できない場合に、チャネル衝突させるための
強制応答信号を出力する強制応答手段を備えて構成した
（請求項２）。

【０００９】ターミナルは、管理するワイヤレスセンサ
に対して「検知条件」を送信する。ワイヤレスセンサ
は、センシングした結果、受信した検知条件を満たす場
合のみターミナルに対して応答信号を送信する。よっ
て、たとえ複数のワイヤレスセンサがあっても全てのも
のが送信する訳ではないので、少ないチャネルでもって
送信可能となる。

【００１０】また、検知条件が緩い場合には、多くのワ
イヤレスセンサが応答を試みるためレスポンスが悪化す
る。係る場合にワイヤレスセンサは強制応答信号を出力
して強制的に衝突させる。すると、ターミナルはその衝
突を検知することにより、係る事態（設定した検知条件
が緩やかで、応答できずにいること）にあることがわか
るので、検知条件の絞り込みを行い、検知条件を満たす
センサの数を減らし、レスポンス改善を図る。よって、
非同期に時分割制御を行うことができ、伝送処理の簡易
化並びに負荷の軽減を図ることができ、消費電力の低下
から電源（電池）の長寿命化を図ることができる。

【００１１】また、ワイヤレスセンサの別の解決手段と
しては、無線を介してデータの送受を行うワイヤレスセ
ンサであって、自己の異常状態を検知する検知手段と、
その検知手段により異常を検知した際に、チャネル衝突
により異常通知を優先的に出力する異常通知手段を備え
て構成しても良い（請求項３）。もちろん、この請求項
３の構成と請求項２の構成を合わせて構成するとなお良
い。このようにすると、衝突を積極的に活用することに
より、センサ故障・電池容量低下等の異常事態をターミ
ナルに知らせることができる。

【００１２】従来衝突を回避してデータを送るようにし
たのに対し、積極的に衝突を起こすことにより、センサ
の状態を知らせることを特徴としており、請求項１，２
では回線が混雑しているという状態を知らせ、請求項３
では故障等の異常状態にあることを知らせるという点で
共通する。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るターミナル
（無線ターミナル）を親局とし、複数のワイヤレスセン
サを子局とした１：ｎの通信制御形態をとったセンサシ
ステムを空調管理に適用した例を示している。

【００１４】同図に示すように、監視領域Ｒ内の各所
に、多数のワイヤレスセンサ１０を設置している。この
ワイヤレスセンサ１０は、設置位置の温度を検出（セン
シング）し、その検出結果に応じて所定のデータを伝送
チャネルを用いた無線でターミナル２０に送るようにな
っている。そして、このワイヤレスセンサ１０が、本発
明に係るワイヤレスセンサの第１の実施の形態であり、
ターミナル２０が本発明に係るターミナルの第１の実施
の形態である。

【００１５】ターミナル２０は、受信した温度に関する
情報（位置−温度情報）をプログラマブルコントローラ
（ＰＬＣ）２１に送る。そしてプログラマブルコントロ
ーラ２１は、制御対象機器であるエアコン２２のファン
・ルーバー・ヒーター等を制御することで、風向・風量
・温度を調整し、任意の面空調を行うことができるよう
にしている。つまり、例えば室内全体の温度分布を均一
にしたり、所定の温度分布になるように制御したりする
ことができるようになっている。

【００１６】そして、ターミナル２０から各ワイヤレス
センサ１０に対して送る情報は、１つの下りチャネルを
用いて行う。また、各ワイヤレスセンサ１０からターミ
ナル２０に対して送る情報も、１つの上りチャネルを用
いるようにしている。つまり、伝送チャネルは上り／下
りが各１本ずつの計２本で対応するようにしている。

【００１７】このように多数のワイヤレスセンサ１０と
の間でデータ通信をする場合でも２本の伝送チャネルで
対応するために、本形態における基本シーケンスとし
て、ターミナル２０はワイヤレスセンサ１０に対して
「検知条件」の通知を行い、ワイヤレスセンサ１０は検
出したセンスデータが検知条件に合致した時のみ応答す
ることにより、ターミナル２０に対する送信回数を低減
している。これにより、たとえ上りチャネルが１チャネ
ルであっても、伝送チャネルが使用中で待機状態になる
ことが少なくなる。

【００１８】そして、仮に検知条件に合致するセンサが
多いと、チャネルがビジー状態になり、各ワイヤレスセ
ンサは待機状態になり、ターミナル１０も情報収集効率
が悪化する。係る場合には、検知条件を変更（条件が厳
しくなるようにする）し、検知条件に合致するセンサ数
を減らすことにより、待機状態になる確率を減らし、ス
ムーズな伝送を可能とする。

【００１９】このとき、検知条件に合致するセンサが多
くいることを知らせるため、ワイヤレスセンサから、チ
ャネル衝突させるための強制応答信号を送信するように
している。このように、今まで衝突しないように各種の
制御・改良を行ってきたが、本発明では積極的に衝突を
発生させて通信不能にすることにより、混んでいること
（レスポンスの低下）をターミナルに知らせるようにし
ている。そして、係る処理を行うための具体的な構造
は、以下のようになっている。

【００２０】まず、ワイヤレスセンサ１０は、図２に示
すようにセンサヘッド１１を備え、そのセンサヘッド１
１で検出した検出値（本形態の場合には、周囲温度）を
レベル変換部１２でレベル変換後、ＣＰＵ１３に送る。
ＣＰＵ１３は、センサヘッド１１でセンシングして得ら
れた検出値が、ターミナル２０から与えられる検知条件
（例えば、「２５℃以上」等）に合致するか否かを判断
し、合致する場合には応答信号を送信するようにしてい
る。ここで応答信号は、自己のセンサＩＤとセンシング
情報、つまり本形態では検出した温度情報としている。

【００２１】さらにＣＰＵ１３は、応答信号を送信する
に先立ち、上りチャネルの使用状況をチェックし、使用
可能か否かを判断し、空きチャネルの場合にはそのまま
応答信号を送信し、使用中の場合には所定時間（所定フ
レーム分）待機し、その待機後に再応答（リトライ）を
試みるマルチアクセス機能を有している。この待機時間
は、内蔵するタイマにより計時する。

【００２２】また、待機する際の所定時間は、本形態で
は乱数により決定するようにしている。このように待機
時間が乱数により決定されるので、仮に複数のセンサが
同時に待機中に入ったとしても再応答を試みる時期がず
れることが多いので、次は送信可能となる可能性が高く
なる。すなわち、この待機時間は、送信ビット数［ｂｉｔ］／伝送速度［ｂｉｔ／ｓ］で示される「１送信所要時間」以上に設定する。さらに
待機時間を、１送信所要時間×ＣＰＵ生成疑似乱数とすることで、待機時間が分散し、待ち回数を低下させ
ることが可能となる。

【００２３】さらにまた、再応答を試みた回数を記憶す
るメモリも有し、その記憶された再応答回数が一定以上
となった場合には、チャネル衝突させるための強制応答
信号を出力する機能も持っている。つまり、通常は伝送
チャネルが使用中の場合には応答信号を送信しないが、
再応答回数が一定以上となった場合には、伝送チャネル
の使用の有無に関わらず送信するようになっている。こ
れにより、上りチャネルは衝突を生じ、ターミナル２０
側では正常受信が不能となる。また、上記再応答の回数
を記憶するメモリは、プログラム上でソフト的に処理す
るものでもよいし、カウンタでも良く具体的な実現手段
は任意である。

【００２４】そして、上記検知条件はアンテナ１６を介
して受信部１５が受信し、ＣＰＵ１３に与え、応答信号
は送信部１４からアンテナ１６を介して送信するように
なっている。なおまた、本形態におけるワイヤレスセン
サ１０は、内部電源として電池１７を備え、その電池１
７により駆動している。

【００２５】そして、ＣＰＵ１３の具体的な処理機能
は、図３に示すようなフローチャートとなっている。す
なわち、電源投入後センサを初期化し（ＳＴ１１）、そ
の後スリープモードに入る（ＳＴ１２）。このスリープ
モードになっても、受信部１５を介してターミナル２０
から送られてくる検知条件は受信できるようになってい
る。

【００２６】そして、その検知条件を受信したならば
（ＳＴ１３）、スリープモードを解除し、センシング処
理をする（ＳＴ１４）。つまり、センサヘッド１１を用
いて周囲温度を計測する。そして、計測して得られた温
度が検知条件に満たすか否かを判断し（ＳＴ１５）、満
たさない場合にはステップ１４に戻り再度センシングを
する。また、検知条件を満たす場合には、再応答の回数
を記憶するメモリとしての「待ちカウンタ」をクリアし
（ＳＴ１６）、上りチャネルのチャネル状況の確認をす
る（ＳＴ１７）。

【００２７】そして、使用中でない、つまり空きチャネ
ルとなっている場合には、自己を示すＩＤとセンスデー
タ（計測した周囲温度）を対にして、ターミナル２０へ
向けて送信する（ＳＴ１８，ＳＴ１９）。一方、使用中
である場合には、待ちカウンタのカウンタ値をチェック
し、閾値（ｎ回）以上か否かを判断する（ＳＴ２０）。

【００２８】そして、閾値（ｎ回）未満の場合には、待
ちカウンタをインクリメントした後、乱数で決定された
フレーム分だけ待機する（ＳＴ２１，ＳＴ２２）。次い
で、この待機ステップ１７に戻りチャネル状況の確認を
行う。一方、閾値（ｎ回）以上待っても送信できない場
合には、ステップ２０の分岐判断でステップ２３に進
み、強制応答信号を送信する。このとき送るデータは、
通常の応答（再応答を含む）を含む。

【００２９】なお、この強制応答信号を受けたターミナ
ル２０は、たまたまその送信時に他のセンサから応答信
号がない場合には、ＩＤとセンサデータを強制的に伝達
することができる。そして、仮にチャネルが使用中の場
合には、チャネルの衝突が生じ、データの伝達が不能と
なる。

【００３０】ターミナル２０は、図４に示すように、ア
ンテナ２３を備え、そのアンテナ２３に接続された送信
部２４を介して検知条件を送信し、アンテナ２３で受信
したワイヤレスセンサ１０からの情報（応答信号／強制
応答信号）を受信部２５で受信し、ＣＰＵ２７に与える
ようになっている。

【００３１】ＣＰＵ２７は、検知条件を決定し、送信部
２４，アンテナ２３を介して各ワイヤレスセンサ１０に
向けて送信したり、受信した応答信号に基づいてＩＤ−
位置テーブル２６を参照し、受信した応答信号の送信元
のワイヤレスセンサ１０の位置情報を取得し、係る位置
情報とその位置における温度情報を関連付けて上位のプ
ログラマブルコントローラ２１へ送るようになってい
る。

【００３２】そして、ＩＤ−位置テーブル２６は、図５
に示すようにセンサＩＤとその存在位置を関連付けたテ
ーブルを格納するようになっている。なお、タ−ミナル
に位置テ−ブルを設けず、各センサのＩＤに位置情報を
付加してもよい。この場合は各センサに位置記憶手段が
必要である。

【００３３】さらに、ＣＰＵ２７の具体的な処理は、図
６に示すフローチャートのようになっている。すなわ
ち、プログラマブルコントローラから検知温度条件の通
知を受け取ると、下りチャネルを用いて各センサに対し
てその検知条件を一斉同報通知し（ＳＴ３１，ＳＴ３
２）、その後受信待機状態になる（ＳＴ３３）。

【００３４】そして、受信があったか否かを判断する
（ＳＴ３４）。そして、受信した場合には、その衝突の
有無を判断する（ＳＴ３５）。つまり、センサＩＤと温
度情報などのセンス情報を正常に受信した場合には、衝
突がないと判断し、受信したセンサＩＤに基づいてＩＤ
−位置テーブルを参照して、そのセンサＩＤの位置情報
を取得する（ＳＴ３６）。そして、テーブル参照して得
られた、応答信号を発したセンサの位置と、そのセンサ
から送られてきた温度情報を対にしてプログラマブルコ
ントローラ２１に送る（ＳＴ３７）。

【００３５】一方、ステップ３５の分岐判断で衝突があ
ると判断した場合、つまり、正常なデータを受信できず
にバーストエラーを検知した場合には、検知条件を満た
すセンサが多数存在し、レスポンスが悪化し、応答信号
を送信することができない状態にあると判断できる。こ
の状態を放置すると、チャネルが混雑しリアルタイム性
が悪化し、センサシステムとしての応答性も悪化するた
め、急激な温度変化に追従できなくなる。

【００３６】そこで、ステップ３８に飛び、検知条件の
絞り込みを行い、条件を厳しく設定する（ＳＴ３８）。
その後、ステップ３２に戻り、再設定した検知条件を再
度各センサに通知する。これにより、検知条件を満たす
センサが少なくなり、レスポンスが向上し、スムーズに
情報収集ができるようになる。

【００３７】なお、検知条件の絞り込みとは、該当する
センサが少なくなるような条件にすることであり、例え
ば、当初は「２５℃以上」としていたのを「３０℃以
上」のように基準値を変えたり、「２５℃〜２８℃」の
ように範囲を限定することなどがある。さらには、「２
５℃以上でかつセンサＩＤがＸ番目以降」や「２５℃以
上でかつ待ちカウント数がＮ回以上」というように複数
の条件を設定するものでもよい。

【００３８】図７は、本発明に係るワイヤレスセンサの
第２の実施の形態の要部を示している。本実施の形態
は、第１の実施の形態と比較し、ＣＰＵ２７の処理が異
なる。すなわち、第１の実施の形態では、再応答する回
数が所定回数以上となった場合に強制応答信号を送信す
るようにしたが、本実施の形態では、応答信号が送信で
きない時間が一定時間以上になった場合に強制応答信号
を送信するようにしている。

【００３９】すなわち、「待ちカウンタ」に替えて応答
信号が送信できないでいる待ち時間を計測する「待ちタ
イマ」を設け、その待ちタイマのタイマ値（待ち時間）
が所定値を超えると強制応答信号を送信するようにして
いる。

【００４０】それに伴い、図７に示すように、センシン
グした結果検知条件を満たした場合（ＳＴ１５でＹｅ
ｓ）に、まず「待ちタイマ」をクリアする（ＳＴ１
６′）。そして、上りチャネルのチャネル状況を確認し
（ＳＴ１７）、使用中の場合には、タイマ値が閾値（ｎ
秒）以上か否かを判断し（ＳＴ２０′）、閾値以上の場
合には強制応答信号を強制的に送信する（ＳＴ２３）。
また、待ちタイマのタイマ値が閾値（ｎ秒）未満の場合
には、疑似乱数で決定した待機時間だけ待機後（ＳＴ２
２）ステップ１７に戻り再応答を試みるようになる。な
お、その他の構成並びに作用効果は上記した第１の実施
の形態と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

【００４１】図８は、本発明に係るワイヤレスセンサの
第３の実施の形態を示している。同図に示すように、本
実施の形態では、自己診断部１８と電源電圧監視部１９
を搭載している。そして、それら自己診断部１８と電源
電圧監視部１９は、常時もしくは所定間隔周期で動作さ
せ、センサ故障の有無や電圧低下などの異常が発生して
いないかを監視するようにしている。

【００４２】そして、異常を検知すると、ＣＰＵ１３に
対して検知信号を送る。ＣＰＵ１３は、係る検知信号を
受け取ると、割り込みを起こし、送信ルーチンを起動し
て自ＩＤと異常内容を対にした異常通知信号を強制送信
する。

【００４３】また、この異常通知信号の送信時間は、通
常の送信時間の２倍以上となるよう連続送信するように
している。これにより、他のセンサ通信との衝突を回避
した伝達が可能となる。つまり、１フレーム分で衝突し
ていても、その他のフレームのときに衝突することなく
送信可能となる。このような構成とすることで、複数個
所に設置されたセンサの保守が容易となる。

【００４４】また、仮に送信した異常通知信号が全て衝
突をしたとしても、ターミナル側でそのように一定時間
以上連続して衝突が発生しているような場合には、何ら
かの異常があったと推定できる。そこで、例えば各セン
サに対し、通常の送信を停止するような命令を送るよう
にすると、異常通知信号のみ送信されてくるので、異常
のあったセンサとその内容を特定できる。そして、本実
施の形態は、上記した第１，第２の実施の形態と組み合
わせて構成するとより好ましい実施の形態となる。

【００４５】なお、上記した実施の形態では、上りチャ
ネルと下りチャネルをそれぞれ１チャネルとしたが、本
発明はこれに限る必要はなく複数チャネルとしても良
い。但し、本実施の形態のように片側を１チャネルに固
定すると、チャネル切替が不要であるため、回路構成が
さらに簡略化され、小型化・省電力化が図れるので好ま
しい。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るターミナル
及び請求項２に記載のワイヤレスセンサでは、検知条件
を満たすセンサのみが応答信号を送信するので、たとえ
使用するチャネル数が少なくても通信が可能となり、ま
た無用な送信を減らし、消費電流を低減することができ
る。

【００４７】しかも、検知条件が緩やかで該当するセン
サが多い場合には、ワイヤレスセンサは強制応答信号を
送信して係る状態をターミナルに通知し、ターミナルは
検知条件を再設定することから、伝送チャネルの有効利
用と、レスポンス効率が向上する。しかも、非同期に時
分割制御を行うことができ、伝送処理の簡易化並びに負
荷の軽減を図ることができ、消費電力の低下から電源
（電池）の長寿命化を図ることができる。

【００４８】また、請求項３に記載のワイヤレスセンサ
では、衝突の積極活用を図り、センサ異常・電池容量低
下等の異常状態にあることをターミナルに通知すること
ができる。よって、複数個所に設置されたセンサの保守
が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るターミナルセンサ及びワイヤレス
センサからなるセンサシステムの一例を示す図である。

【図２】本発明に係るワイヤレスセンサの第１の実施の
形態を示す図である。

【図３】第１の実施の形態のワイヤレスセンサのＣＰＵ
の機能を説明するフローチャートである。

【図４】本発明に係るターミナルの好適な一実施の形態
を示す図である。

【図５】ＩＤ−位置情報テーブルのデータ構造を示す図
である。

【図６】ターミナルのＣＰＵの機能を説明するフローチ
ャートである。

【図７】本発明に係るワイヤレスセンサの第２の実施の
形態の要部であるＣＰＵの機能を説明するフローチャー
トである。

【図８】本発明に係るワイヤレスセンサの第３の実施の
形態を示す図である。

【符号の説明】

１０ワイヤレスセンサ１１センサヘッド１２レベル変換部１３ＣＰＵ１４送信部１５受信部１６アンテナ１７電池１８自己診断部１９電源電圧監視部２０ターミナル２１プログラマブルコントローラ２２エアコン２３アンテナ２４送信部２５受信部２６ＩＤ−位置テーブル２７ＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無線を介して検知条件を送信し、その送
信した検知条件に合致する応答信号を受信することによ
りデータ収集を行うターミナルであって、チャネル衝突を検知する衝突検知手段と、前記衝突検知手段で衝突を検知した際に、前記検知条件
を修正する手段とを備え、その修正した検知条件に基づいてデータ収集を行うよう
にしたことを特徴とするターミナル。
【請求項２】無線を介して受信した検知条件に合致す
るか否かを判断し、合致する場合に応答信号を送信する
ワイヤレスセンサであって、前記応答信号を送信するに際し、伝送チャネルの状況を
検出し、使用中の場合には所定時間待機し再応答を試み
る手段と、前記再応答によっても応答信号を送信できない場合に、
チャネル衝突させるための強制応答信号を出力する強制
応答手段を備えたことを特徴とするワイヤレスセンサ。
【請求項３】無線を介してデータの送受を行うワイヤ
レスセンサであって、自己の異常状態を検知する検知手段と、その検知手段により異常を検知した際に、チャネル衝突
により異常通知を優先的に出力する異常通知手段を備え
たことを特徴とするワイヤレスセンサ。