JP2004061251A - Programmable instrumentation general-purpose module and instrumentation system using the same - Google Patents

Programmable instrumentation general-purpose module and instrumentation system using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a programmable instrumentation general-purpose module, and an instrumentation system using it, which performs circuit adjustment by software from a separate place without going to the present place, even when instrumentation is performed at a remote place via the Internet, and maintains its function by cutting a failure portion of an instrumentation circuit off and reassembling the other normal portions of the instrumentation circuit, even if a part of the circuit fails. <P>SOLUTION: A programmable instrumentation general-purpose module having a configuration of modularization or integration into an LSI of individual elements composed of circuits such as a digital synthesizer, an FPAA, an FPGA or a one-chip CPU, and if required a multiplier and an Ethernet controller, etc., is used. Various kinds of instrumentation systems in which patterns of wiring of elements and combination of functions in individual elements are changed are formed, by changing a program for the module at each line used for instrumentation. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
周波数合成及び再定義可能な回路から構成される各種の信号処理が行えるプログラマブル計測汎用モジュール回路並びにそれらの汎用モジュールを1以上用い、計測システムに関する。その計測システムは気象環境等の観測及び監視、農産物のための土壌水分などの計測及び観測、それら観測値の通信回線を介するデータ収集、乱数発生回路などの利用分野に関する。
【0002】
【従来の技術】
気象・生物・農産物・食品の計測では,土壌水分,湿度,植物体の水分など水に関する計測項目が多い。また,気象や環境に関するセンサは,半導体温度センサ,熱電対,風速計,日射量センサ等の電圧やインピーダンスがまちまちであり,それぞれに専用の回路を用意する必要があった。計測項目が増えると回路は非常に複雑となった。
【0003】
これらのデータをコンピュータで処理及び記録するためには,センサ出力をADコンバータ入力の電圧範囲及びサンプリング周波数に合わせて,アンプ,ローパスフィルタ,非線形性補正回路などを用意する必要がある。
アンプの増幅率,ローパスフィルタのカットオフ周波数などを適切な値にするためは,カットアンドトライを繰り返す必要がある。そのため,従来の計測用回路を屋外に設置する観測システムに組み込んで使用する場合,その調整作業やメインテナンスは非常に大変であった。
【0004】
また,0〜90%の土壌水分を計測する場合と0〜1%の水分を精密に計測する場合ではアンプのゲイン等を大幅に変える必要がある。そのため,オンライン計測の場合には2つの観測装置を設置しなければならなかった。
【0005】
例えば,1kHz,振幅0〜1Vの正弦波入力を要求するセンサから0〜1mV,DC〜1kHzの信号と1kHz以上のノイズが重畳する信号を入力信号の範囲が0〜5VのADコンバータでデータを得るとき,1000倍のゲインを持つアンプとカットオフ周波数1kHzのローパスフィルタが必要である。
このとき,別のセンサでは1〜100kHz,振幅0〜2Vの正弦波の入力を要求し,そのセンサは0〜10mV,DC〜100kHzの信号と100kH以上のノイズの重畳した信号を出力するとする。
【0006】
従来の方法では,この2つのセンサが要求するそれぞれの特性を持つ回路を個別に作製しなければならない。しかも,所定の特性が得られるように抵抗やコンデンサの値をカットアンドトライで決めて作製する必要があった。
FPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)はデジタル回路を,FPAA(フィールド・プログラマブル・アナログ・アレイ)はアナログ回路をソフトウェアで柔軟に変えることが出来る。FPGA,FPAAは単独で利用されてきたため,内部の結線やプログラムを変更するための周辺回路や開発用機器が必要であり,運用現場で書き換えることは困難であった。そのため,研究開発や試作用に用いられることがほとんどであり,その柔軟性が十分利用されていないのが現状であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アンプ,ローパスフィルタ,非線形回路などの計測に必要となる煩雑なアナログ回路を比較的単純な回路の組み合わせで構成し,その構成をソフトウェア的に変更できるようにする。
【0008】
これを単一の汎用の基本デバイス(プログラマブル計測汎用モジュール)として作成し,プログラマブル計測汎用モジュールを単独または多数組み合わせて利用することで,計測システムの大幅な小型化,低廉化,汎用化を図れるようにすることにある。
【0009】
例えば、土壌水分,湿度,植物体の水分など水に関する計測を行うセンサはキャパシタンスの変化として計測するものが多い。キャパシタンス計測と電圧計測する一つの回路で計測できる計測システムを提供するにある。
【0010】
また、インターネット等の通信回線を経由して,この回路の結線及び回路定数を遠隔地から変更できる計測システムにする。
これにより,単一の回路を多目的に利用できる。また,遠隔地から回路構成を容易に変更できる計測システムにする。
【0011】
これにより,計測対象の変更,回路中で故障した部分を取り除いて他の回路に代替できる計測システムを提供するにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のプログラマブル計測汎用モジュールは、CPU、DAコンバータ、メモリから少なくともなり、第1のプログラムによって決められた周波数合成波形信号を出力するデジタルシンセサイザと、
2つの入力電圧の積を電圧として出力する乗算器と、
オペアンプ、抵抗、コンデンサを少なくとも含む電子回路基本素子を複数有し、さらにそれらの定数と結線選択を第2のプログラムにより変更できる素子とからなるFPAA(フィールド・プログラマブル・アナログ・アレイ)と、
前記デジタルシンセサイザ、乗算器、FPAAも含めた総てを制御するCPUコアとなるコンピュータ部、DAコンバータ、ADコンバータを少なくとも有し前記第1及び第2のプログラムをデジタルバスを介して指令信号を出力するプログラマブル機能を有するFPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)とを有する4回路要素から構成されるモジュールであって
計測対象である被検体からの検出信号のアナログ入力端子及び、被験体への印加信号のアナログ出力端子を前記FPAAに備え、
前記FPGAのコンピュータ部は前記4回路要素間の配線選択を前記FPAAを用いて第3のプログラムにより組替える手段をさらに備え、
前記アナログ入力/出力端子に接続された被検体の計測条件に合致する前記第3のプログラムを前記コンピュータ部より起動して前記4回路要素間の配線を定め、前記被検体の計測の必要性に対応して第1又は/及び第2のプログラムを起動して周波数合成波形信号を出力させるか又は/及び前記FPAAの各素子の結線と素子定数を定めて、被検体の計測処理ができる汎用性のあるモジュールであることを特徴とする。
【0013】
また、前記4回路要素にさらにDC−DCコンバータを設け、前記DC−DCコンバータから前記4回路要素への安定電源としてそれぞれ接続配線されると共に、前記ADコンバータのリファレンス電圧及び前記乗算器の定数として用いることを特徴とする。
【0014】
一方、本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムはプログラマブル計測汎用モジュールの前記FPAAのアナログ出力端子に容量性の被検体を接続して、その端子に印加する交流電圧により前記被検体中を流れる交流電流の大きさ及び位相のずれの検出信号を前記アナログ入力端子に接続し、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記被検体へ印加すべき電圧値及び周波数の交流電圧を前記デジタルシンセサイザへバスを介して生成を指令するデジタルシンセサイザ電圧生成手段と、
前記FPAAとバスを介して指令し増幅回路を生成すると共に、デジタルシンセサイザとFPAA間の配線を選択し、前記生成電圧を前記増幅回路に入力し増幅させる配線設定/増幅回路生成手段と、
前記アンプ出力を前記アナログ出力端子へ出力する被検体への電圧印加手段と、
前記容量性の被検体に直列に接続された分割抵抗器の所定の分割端子における前記検出信号を前記アナログ入力端子から取得するためFPAA内に所定の増幅回路及びローパスフィルタの電子回路の生成と結線をバスを介して指令し、その検出信号を入力する電子回路生成/検出信号入力手段と、
そのローパスフィルタの出力をバスを介して指令し、アナログ信号線によりFPGAのADコンバータに入力し、被検体を流れる電流と位相のずれを検出する電流・位相検出手段とを備え、
その検出結果より被検体の誘電率、電気伝導度又は誘電率損失、イオン濃度の少なくともいずれかの物理的性質を計測することを特徴とする。
【0015】
また、前記分割抵抗器は、前記FPAA内の電子回路基本素子により前記FPGAコンピュータ部が、バスを介してFPAA内に生成する分割抵抗器生成手段を備えることを特徴とする。
【0016】
また、プログラマブル計測汎用モジュールの前記FPAAのアナログ入力端子に計測センサの電圧出力端子を接続し、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記計測センサからの計測信号電圧を前記FPAAを介して前記FPGAのADコンバータに入力するに際して、そのADコンバータの入力レンジの範囲とセンサの計測信号電圧の範囲とを一致するようにバスを介して指令しFPAA内の前記電子回路基本素子によりゲイン回路及びオフセット回路を生成するゲイン/オフセットの回路生成手段と、
その回路生成手段により一旦その範囲内で計測を行い、次にその計測値を中心として前記範囲を所定のより狭い範囲に設定するためバスを介して指令し前記ゲイン回路及びオフセット回路を調整し、計測値をADコンバータに入力させる回路調整手段とを備え、
再計測を行うことで、分解度機能における精度を向上させることを特徴とする。
【0017】
また、複数のプログラマブル計測汎用モジュールをそれぞれ計測地点に設置し、それら各プログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入出力端子と対応する被検体とをそれぞれ線で結線し、各プログラマブル計測汎用モジュールのFPGAコンピュータ部はそれぞれWebサーバの機能を備えると共に、各自のモジュールにはそれぞれ付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと
それらイーサーネットコントローラよりLANを経由して通信回線或はインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末とを備え、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記被検体を計測するに際し、その計測に適合した周波数、電圧値、アンプの増幅率を少なくとも含む電子回路のデータ条件を前記コンピュータ部のメモリ部に記憶する計測条件記憶手段と、前記コンピュータ部のメモリ部に記憶されたデータ条件によりデジタルシンセサイザ、FPAAへバスを介して指令し所定の電子回路を生成し、指令周波数及び電圧をアナログ出力端子へ出力する計測条件設定/出力手段と、
前記アナログ入力端子より入力した計測データをアナログ演算処理するFPAA内の電子回路の生成を指令し、それを介してADコンバータに入力し、そのデジタル計測データをWebサーバメモリ部に記憶する電子回路生成/計測データ蓄積手段と、
前記計測者のWebブラウザ或はエージェントソフトを備えるクライアント端末より前記各プログラマブル計測汎用モジュールに対するアクセスに応答して、コンピュータ部のメモリ部に蓄積された計測データをそのクライアント端末へ送信するアクセス応答/計測データ送信手段とを備え、
前記計測者はそのクライアント端末より通信回線を介してアクセスし、複数計測地点に設置されている被検体から収集した各プログラマブル計測汎用モジュールに蓄積した計測データを逐次受信し収集できることを特徴とする。
【0018】
また、プログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムにおいて、
各被検体に接続する計測アナログ入出力端子に加えて、複数の計測汎用モジュール間の計測情報データ交信のための交信アナログ入出力端子を設け、それらの交信アナログ入出力端子と接続する一本の単一アナログケーブルを備え、
各モジュールのFPGAコンピュータ部はデジタルシンセサイザ及び乗算器によりバスを介して指令し、周波数多重化信号を生成させる生成周波数変調波生成手段と、
各FPAAにその周波数多重化用信号を出力させるために、クロクバースイッチを含む多重化用電子回路を生成する多重化用電子回路生成手段と、
前記信号を受信して、コンピュータ部メモリ部を書換える転送指令受信/書換手段とを少なくとも備え、
複数の計測汎用モジュールの中でWebサーバ機能及びデジタル通信機能が少なくとも1台以上あれば、他のモジュールのWebサーバ機能及びデジタル通信機能が無くとも、1台のWebサーバ機能及びデジタル通信機能のある計測汎用モジュールを介して、総ての計測汎用モジュールを制御可能とすることを特徴とする。
【0019】
また、前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、さらに、前記計測条件記憶手段でコンピュータ部のメモリ部に記憶されているデータ条件内容の書換アクセス信号を、前記クライアント端末から通信回線を介して受付ける書換信号受付手段と、
前記受付に際し、クライアント端末からの少なくともID番号又はパスワードがそのモジュールのID番号又はパスワードと一致していればメモリ書換を許可し、書換信号によるデータ条件の上書を行う書換信号許可手段とを備え、
次回の計測に際しては、その更新されたデータ条件により前記FPAA、FPGA、デジタルシンセサイザの機能を定義するデータプログラムを書換え、計測条件・信号処理工程を変更し計測することを特徴とする。
【0020】
また、前記計測データはコンピュータ部のメモリ部へHTML(Hyper Text Markup Language)ファイル及びXML(Extensible Markup Language)ファイルとして蓄積することを特徴とする。
【0021】
また、前記データ条件内容はXMLファイルとして定義し、このXMLファイルはコンピュータ部のメモリ部に保存することを特徴とする。
【0022】
また、プログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入力端子と、交流電圧を印加する電極、又は電磁波を受信するアンテナ、又は音波を検出するマイクロホン、又は振動波を検出する振動センサ等のプローブ又はトランスジューサの電気信号電圧端子とを接続し、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記デジタルシンセサイザに対して、前記電気信号電圧の計測すべき周波数帯域の下限から上限へ所定の周波数間隔で、一定時間ずつ交流電圧sin(ω)t(ω=周波数:t=時間)を生成する指令を送る計測周波数生成指令手段と、
その測定周波数生成電圧sin(ω)tを前記乗算器に入力する配線を選択する配線設定手段と、
前記アナログ入力端子からの計測電気信号電圧を前記乗算器へ出力するようにその信号電圧を、入力する受信回路の生成をFPAAに指令すると共に、その出力を乗算器へ入力する配線を選択する受信回路生成/配線設定手段と、
前記乗算器における前記2つの入力電圧の乗算値をFPAAに入力させる配線を選択すると共に、その乗算値を前記一定時間積分する積分回路をFPAA内に生成を指令する配線設定/積分回路生成手段と、
その積分回路の出力の直流成分を取出ためにFPAA内にローパスフィルタ及びその信号の増幅するアンプの生成を指令すると共に、その直流値を計測する直流値計測手段と、
以上の直流値の計測を、所定の周波数間隔毎に行い各周波数毎の直流値を計測し、FPGAのメモリに記憶する周波数対直流値記憶手段とを備え、
前記プローブ又はトランスジューサで検出された電気信号を周波数別に計測することを特徴とする。
【0023】
また、前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、さらにWebサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと、そのコントローラよりLANを経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末とを備え、
そのFPGAコンピュータ部は前記周波数毎の計測直流値を前記Webサーバのメモリ部へ蓄積させるWebサーバ蓄積手段と、
前記計測者のWebブラウザを備えるクライアント端末より前記モジュールに対するアクセスに応答して、Webサーバメモリ部に蓄積された計測直流値を送信する計測直流値送信手段とを少なくとも備えることを特徴とする。
【0024】
また、プログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入力端子と逆方向直流電位が印加されたダイオードとを接続し、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記アナログ入力端子からの前記ダイオードのノイズを受信・増幅するためのアンプをFPAA内部に生成させるアンプ生成手段と、
前記A/Dコンバータに取得された所定時刻毎の電圧値の数列を乱数としてFPGA内メモリ部へ蓄積させる数列蓄積手段とを備え、
前記ダイオードの時間的にランダムにゆらいでいるショットノイズの電圧をシーズとして乱数を発生させる周期性のない完全な乱数を生成することを特徴とする。
【0025】
また、前記ダイオードのショットノイズをアナログ入力端子より取得する代わりに、FPAA内部に半導体素子を設定し、その半導体素子に逆方向直流電位を印加して、その半導体素子から出力するノイズを用いて乱数を生成することを特徴とする。
【0026】
また、前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、さらにWebサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと、そのコントローラよりLANを経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末を設け、
そのFPGAコンピュータ部は前記特定周波数成分の所定時刻毎の電圧値の数列とする乱数をFPGAのWebサーバの一時メモリ又はシフトレジスタへ入力する乱数列入力手段と、
前記計測者のクライアント端末より、そのモジュールに対するアクセスに応答して、Webサーバの一時メモリ又はシフトレジスタメモリより前記乱数を送信する生成乱数送信手段とを備えることを特徴とする。
【0027】
また、プログラマブル計測汎用モジュールのアナログ出力端子と、高周波電力を幅射電磁波に変換するアンテナ、又は交流電圧を音波に変換する超音波・音波・振動波発振器、交流電圧を光波に変換するイルミネーション・表示器を含む発光器を含むトランスジューサとを接続し、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記デジタルシンセサイザに対してバスを介して前記トランジューザの動周波数帯域内の特定の周波数の搬送電圧波生成を指令すると共にその電圧波を乗算器へ入力するための配線選択を指令する搬送電圧波生成/配線設定手段と、
送信したい情報データをアナログ値としてFPGA内部のDAコンバータから出力させ、その出力電圧を前記乗算器へ入力させる配線選択を指令する情報データ出力/配線設定手段と、
前記乗算器における前記デジタルシンセサイザ及びFPGAからの2つの電圧値の乗算値を前記FPAAに取得させるため、そのFPAAと乗算器間の配線選択と、取得した乗算値をハイパスフィルタを通過させその出力電力増幅を行うための電子回路生成をFPAAへ指令する配線設定/電子回路生成手段とを備え、搬送波を送信したい情報データにより変調した変調高周波或は交流電圧を前記アナログ出力端子から出力し、前記トランスジューサへ送り、トランスジューサから少なくとも電磁波又は音波又は光が出力することを特徴とする。
【0028】
また、プログラマブル計測用モジュールを用いた計測システムの構成の複数台の送信装置を、予め、既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それら送信装置には、それぞれ、前記送信アンテナ、超音波・音波発振器、赤外線を含む発光器の少なくともいずれかのトランスジューサをアナログ出力端子へ接続し、
一方、プログラマブル計測用モジュールを用いた計測システムの構成の複数台の受信装置を、予め既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それら受信装置には、それぞれ、受信用アンテナ、マイクロホン、圧力センサ、加速度センサ、光センサ、温度センサ、電界計測プローブのいずれか複数を一体化した検出モジュールとしてアナログ入力端子へ接続し、
前記送信装置と前記受信装置の間で、あるエリアの地表面上で超高周波帯を含む電磁波、超音波を含む音波、赤外線を含む光を搬送波として所定の信号により変調して送信を行い、
受信装置のFPGA内コンピュータ部は、その受信データをメモリ部に記録し、その時間経過に従って変化が計測されたときは、変化のある周波数帯の伝搬状況の変化から天候・周囲状況変化・風・物の速度、人・動物の移動を推定する解析手段を備えることを特徴とする。
【0029】
また、設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の送信装置が、その接続されたトランスジューサが音波発振器であり、音波を放射し、一方、他の複数の設定点座標がそれぞれ既知の前記受信装置が、その接続された計測センサがマイクロホンであり、音波を受信する計測システムであって、
前記受信装置のFPGAコンピュータ部は、そのメモリ部にある通常(風速=0)の場合の検出音波と、移動変化している検出音波を比較してそのドップラー効果又は伝搬速度の差により装置間に吹いている風速を計測する手段を備えることを特徴とする。
【0030】
また、設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の受信装置が、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは少なくとも振動センサであり、振動波を受信するシステムであって、
人・動物が地面を歩行するときの各時刻毎の振動波を前記複数の受信装置を計測し、各振動波が各装置に到達する時刻経過をそれぞれのFPGAのコンピュータ部は、そのメモリ部へ記憶する手段を備え、
各メモリ部に記憶された振動の到達する時刻の差より歩行者の2次元位置を推定することを特徴する。
【0031】
また、前記複数の受信装置は、それぞれ各前記モジュールのFPGAコンピュータ部12は、さらに、Webサーバの機能を備えると共に、各モジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとLANとを経由してインターネット回線に接続する計測者のWebブラウザを備えたクライアント端末を備え、FPGAコンピュータ部はそのメモリ部に記憶された各時刻毎の振動波をWebサーバのメモリ部に蓄積し、その時刻経過毎の振動の振巾をインターネットを介してクライアント端末へ収集し、歩行者の2次元位置を推定することを特徴とする。
【0032】
また、設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の受信装置では、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは少なくともマイクロホンであり、
一方、設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の送信装置では、そのアナログ出力端子に接続された前記トランスジューサは少なくともスピーカを含む音波発生器であり、
前記複数の受信装置及び送信装置は、それぞれ各前記プログラマブル計測汎用モジュールのFPGAコンピュータ部には、さらに、Webサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとLANとを経由してインターネット回線に接続する計測者のWebブラウザを有するクライアント端末を備え、
各送信装置から出力される音波発生器の音波を各受信装置のマイクロホンで受信するシステムにおいて、
前記複数の送信装置のFPGA内の前記Webサーバのメモリ部にそれぞれ送信音量及び位相を時刻毎に記録する送信記録手段と、一方前記複数の受信装置のFPGA内の前記Webサーバのメモリ部にそれぞれ受信音量を時刻毎に記録する受信記録手段とを少なくとも備え、
前記計測者のクライント端末は、インターネットを介して受信装置の各Webサーバのメモリ部にある音量データを収集し、予め端末のメモリに設定されているそのエリアに定めた特定地点の音圧レベルと比較して、異なっていれば、その音圧レベルに一致するようにその周辺の送信装置の音量及び位相を調整する音量位相調整手段を備え、その特定地点の音圧レベルを増大又は減少させることができることを特徴とする。
【0033】
また、前記複数の受信装置では、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは超高周波帯まで含む受信アンテナ、マイクロホンを含む超音波検出器、赤外線を含む光センサであり、
前記複数の送信装置では、そのアナログ出力端子に接続された前記トランジューサは超高周波帯送信アンテナ、超音波を含む音波発振器、赤外線、レーザを含む発光器であり、
前記複数の受信装置及び送信装置は、それぞれ各前記プログラマブル計測汎用モジュールのFPGAコンピュータ部には、さらにWebサーバの機能を備えると共に、そのモジュールに付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとLANを経由してインターネット回線に接続するWebブラウザを有するクライアント端末を備え、
各地点に配置された前記送信装置から各地点に配置された前記受信装置への通信周波数及び電圧値(放射電力値)を前記クライアント端末からの指令によりインターネットを介し変更できるようにするため、前記送信装置は、FPGAコンピュータ部のWebサーバ内に通信周波数及び電圧値を記憶させるメモリ部を設け、
そのコンピュータ部は、前記メモリ部にある通信周波数と電圧値を読取り、その通信周波数が動作する前記トランジューサを選択して、読取った電圧値で送信する送信手段と、
クライアント端末からのアクセスに応答して、そのメモリ部の内容の変更を許可し、通信周波数と電圧値を更新させる通信周波数/電圧値更新手段とを少なくとも備え、
前記クラインアント端末は各前記受信装置のWebサーバメモリ部へ蓄積された時刻毎の受信電圧値をインターネットを介して取得し、予め設定している受信電圧値と比較し、位置・天候に関連して伝播状況により受信電圧値が低い場合には他の通信周波数に切替え、最もよい通信周波数で動作させる通信周波数切替手段と、
最良の通信周波数にセットされたときは、さらにその電圧を変化させ、必要最小限の電圧で動作させる電圧調整手段とを少なくとも備えることを特徴とする。
【0034】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下、図に基づいて説明する。図1は本発明のプログラマブル計測汎用モジュール10の実施例を示す。
【0035】
図中、11はデジタルシンセサイザ、12は乗算器、13はFPAA、14はFPGA、15はDC・CDコンバータ、16はFPGA14とデジタルシンセサイザ11との間のデジタル信号バス、17はFPGA14とFPAA13の間のデジタル信号バス、18はアナログ出力端子、19はアナログ入力端子を示す。 FPGA14は、コンピュータ部14a、DAコンバータ14x、ADコンバータ14yを少なくとも含む。18、19の端子は複数の要素を計測する際には複数であるが、簡単のため図中では一本の矢印で示している。
【0036】
ここで、デジタルシンセサイザ11は、所謂周波数合成回路であり、内部にDAコンバータ、メモリとそれらを制御するCPU部があり、外部から指令されるプログラム(第1のプログラム)により決められた波形の信号を出力する。
【0037】
乗算器12は2つの入力電圧値の積を電圧値として出力する。FPAA13はプログラマブルアナログ回路であり、内部にオペアンプ、抵抗、コンデンサ、クロスバースイッチ機構による配線の切換スイッチなどの電子回路の基本素子を複数有し、それらの定数と結線を外部から指令されるプログラム(第2のプログラム)で選択・変更できる。
【0038】
FPGA14は、プログラマブルデジタル回路であり、その内部にコンピュータ部14a、DAコンバータ14x、ADコンバータ14yを有し、そのコンピュータ部14aは前記デジタルシンセサイザ11、乗算器12、FPAA13も含めた総ての制御をする。
【0039】
すなわち、デジタル信号バス16、17を介してそれぞれ第1及び第2のプログラムに対して、指令する手段を備える。
【0040】
また、FPAA13は計測対象である被検体からの検出信号のアナログ入力端子18と、被検体への印加電圧信号などのアナログ出力端子19を備える。
【0041】
FPGA14のコンピュータ部14aは、さらに、前記デジタルシンセサイザ11、乗算器12、FPAA13、FPGA14から構成されるモジュールの4回路要素間の配線選択をプログラマブルなクロスバースイッチによって第3のプログラムにより組替える手段をさらに備える。ただし、このクロスバースイッチはFPGA14に内蔵されたものを利用することができるため、別に用意する必要はない。
尚、規模の小さい計測汎用モジュールとして、前記第4要素のFPGA14をコンピュータ部14a、DAコンバータ14x、ADコンバータ14yからなる1チップコンピュータとしてもよい。また、前記デジタルシンセサイザ11は内部にDAコンバータ、メモリとそれらを制御するCPU部となることから、FPGA14内で構成してもよい。
【0042】
以上のプログラマブル計測汎用モジュール10は、以下のような動作の流れとなる。
【0043】
前記アナログ入力/出力端子19、18に接続された被検体の計測条件に合致する第3のプログラムをコンピュータ部14aより起動し、前記4回路要素間の配線を定め、次にその被検体の計測の必要性に対応して、第1又は/及び第2のプログラムを起動して周波数合成信号を出力させるか、又は/及びFPAA13の各素子の結線と素子定数を定める。よって、被検体の計測処理ができる。被検体からのセンサ信号は次のようになる。
【0044】
被検体からのセンサ信号は、入力端子19に入力される。FPAA13内部の結線はFPGA14内部のコンピュータ部14aからの指令によって決定される。FPAA13内部のオペアンプのゲインは精密な増幅を行う場合や変調など高速に増幅率を変化させる場合に乗算器12(アナログマルチプライア)を利用する。
【0045】
これらの結線はFPAA13のプログラマブルな結線変更機能を利用して,コンピュータ部14aからの指令によって決定される。
【0046】
たとえば,交流ブリッジ回路はデジタルシンセサイザ11で発生した交流電源又は電圧とFPAA13内部の抵抗で生成する。
センサ信号が微弱または過大な場合には,乗算器12(アナログマルチプライア)によってDAコンバータ14xで発生した電圧等と乗算し,必要となる値に調整する。これらの信号をADコンバータ14yでデジタルに変換するために必要となるアンプ及びローパスフィルタはFPAA13内部のオペアンプで生成する。その際に,それぞれのセンサに対して必要となる増幅率やカットオフ周波数などの回路定数はFPAA13の第2のプログラムを書き換えて行う。
【0047】
また,DC−DCコンバータ15によって各回路の電源を安定化させるとともに,ADコンバータ14yのリファレンス電圧及び乗算器12の定数として用いることで,計測精度及び回路の安定性を向上させる。
【0048】
ADコンバータ14y等の回路は電源電圧の影響を受けやすく,また本発明の使用は屋外での利用が多いためノイズや電源電圧がゆらぎやすい。特にデジタルシンセサイザ11やFPAA13の電源がゆらぐと計測値が不確かになり,また外部ノイズ等によって誤動作や回路の破断が起こる可能性がある。
そのため回路にDC−DCコンバータ15を内蔵して1つのモジュール(LSI)にすると,電源電圧が多様なPCや家電製品に容易に組み込むことが出来るようになる。また,DC−DCコンバータ15の入力電圧範囲を大きくすることで,電圧変動が大きい太陽電池,風力発電機、バッテリ等の屋外で使用する電源を容易に利用できる。
【0049】
図1に戻り、説明する。実線の矢印は、電圧が出力される方向を示すアナログ信号線である。ただし、FPAA内部のクロスバースイッチによって、この配線はプログラマブルに変更可能である。そのため、生成される回路によっては切断されている場合もある。両端に矢印のある幅の太い矢印は回路間のデジタル信号を伝送するための接続用バス16,17を示す。
【0050】
図中2重実線は、DC−DCコンバータ15から前記4回路要素への電源用配線を示す。
【0051】
さらに、詳しくは前述したようにDC・DCコンバータ15は,デジタルシンセサイザ11,FPGA14,FPAA13,乗算器12に電力を供給すると同時に,基準電圧としてADコンバータ14yに電圧を供給する。また,定数を示す電圧として乗算器12に信号を送る。
【0052】
なお,実装は用途によって変えて良い。例えば,FPGA14のコンピュータ部14a、DAコンバータ14x,ADコンバータ14yはそれぞれ個別のICを使って構成する場合や,逆にFPGA14内部にデジタルシンセサイザ11を組み込む場合,更に図1の回路全体を一つのLSIで実装する場合がある。
【0053】
複数のセンサを用いた多チャンネルの計測では,アナログ入力端子18を複数組用意して,特定のセンサを内部または外部に組み込んでおきマルチプレクサを付加して切り替える。または,マルチプレクサの代わりにFPAA13内部のクロスバースイッチの結線をプログラム(第2のプログラム)で変更してセンサを切り替えてもよい。
【0054】
図2は本発明のプログラマブル計測汎用モジュール10を用いた計測システム20の実施例を示す。
【0055】
図2の計測システム20は、FPGA14のコンピュータ部14aの命令によってデジタルシンセサイザ11で発生される交流電圧の電圧値及び周波数を変化させ,その交流電圧を計測対象である被検体に印加し,被検体を介して流れる電流の大きさ及び位相のずれをプログラマブル回路のFPAA13で信号処理し,被検体25の誘電率,電気伝導度,イオン濃度などの物理的性質を計測する計測システム20である。尚、被検体25の計測に関しては、絶縁体被覆された電極25a、b間の交流電流によって誘電率を計測する場合や、絶縁体被覆のない電極25a、b間を流れる交流電流によってインピーダンスを計測する場合、或いは湿度によってキャパシティが変化する湿度センサ等を含む。
【0056】
図2において、図中の符号番号が図1と同一番号は同一機能であり、その説明を省略する。
【0057】
25は被検体を示し電極25a、b間にある、アナログ出力端子18により交流電圧が印加される。26は分割抵抗器を示し、その抵抗を流れる電流とその位相等を計測するための中間タップとアナログ入力端子19を接続する。
【0058】
24はFPGAであり、そのコンピュータ部24aは図1のコンピュータ部14aに加えて、図2(b)に示す手段24b〜24fを備える。
【0059】
ここで、手段24bは、被検体25へ印加すべき電圧値及び周波数の交流電圧をデジタルシンセサイザ11へバス16を介して生成を指令するデジタルシンセサイザ電圧生成手段である。
【0060】
手段24cは、FPAA13へバス17を介して指令し、アンプ電子回路を生成すると共に、デジタルシンセサイザ11とFPAA13間の配線27を選択し、その生成電圧を前記アンプに入力し、増幅させる配線設定/アンプ生成手段である。
【0061】
手段24dはアンプ出力をアナログ出力端子18へ出力する被検体25への電圧印加手段である。
【0062】
手段24eは容量性の被検体25に直列に接続された分割抵抗器26の所定の分割端子(中間タップ)における検出信号をアナログ入力端子19から取得するためFPAA13内に所定のアンプ及びローパスフィルタの電子回路の生成と結線をバス17を介して指令し、その検出信号を入力する電子回路生成/検出信号入力手段である。
【0063】
手段24fは、そのローパスフィルタの出力をバス17を介して指令し、アナログ信号線28によりFPGAのADコンバータ24yへ入力し、被検体25を流れる電流と位相のずれを検出する電流・位相検出手段である。
【0064】
尚、FPAA13内の電子回路基本素子により、FPGAコンピュータ部14aがバス17を介して指令し、FPAA13内と分割抵抗器を生成したときは、(分割抵抗器生成手段24g)図2(a)における分割抵抗器26はFPAA13内に入る。
【0065】
実施例20の計測システムの動作の流れを以下に示す。
FPGA24のコンピュータ部24aからデジタルシンセサイザ11に生成する信号の波形データを送る。
【0066】
デジタルシンセサイザ11は,その波形の電圧をFPAA13のアンプを経由して被検体25に印加する。なお,デジタルシンセサイザ11の出力が十分大きくFPAA13内の増幅回路が不要な場合には,FPAA13を介し、直接印加する。流れる電流を分割抵抗器26により電圧に変換してFPAA13の入力とする。
【0067】
FPAA13はADコンバータ24yが要求する電圧レベル及びフィルタリングを行ってADコンバータ24yに出力する。なお,図2中の抵抗26はFPAA13内部で生成すれば外付けする必要はない。したがって,その場合には図1の構成で図2がソフトウェア的に実現できる。
【0068】
この計測システム20は含有水分によってキャパシタンスが非線形に変化する湿度センサや土壌,植物体に適用して,水分を計測することができる。
湿度センサの場合は,湿度によって含水量が変化しキャパシタンスが変化する湿度センサを図2の被検体25の部分に接続する。
【0069】
土壌水分を計測する場合には,絶縁体で被覆された電極を土壌に挿入し,土壌中の水分をキャパシタンスの変化として計測する。
【0070】
植物体に含まれる水分を計測する場合には,絶縁被覆された電極の間に計測したい植物を配置し,水分をキャパシタンスの変化として計測する。
マルチプレクサによって上記の配線を適宜切換えることで,図2の回路一つで複数の被検体25に対する計測を行う。
尚、この場合入力端子19はFPAA内で切換える必要があるが、一方、出力端子18は被検体25に対しパラレルに印加し、切換える必要がない場合もある。
【0071】
絶縁体で被覆された電極を土壌等の被検体25に挿入し,被検体25に含まれる元素,イオン濃度等で変化するキャパシタンス及び位相のずれ及び周波数依存性に関するスペクトラム情報も計測できる。
尚、FPAA内のAMPは被検体25の印加電圧値によっては必要のない場合がある。この場合はAMP生成手段は不要となる。
【0072】
図3は本発明のプログラマブル計測汎用モジュール10を用いた計測システム30の実施例の一つを示す。
【0073】
図3の計測システム30は計測するレンジに応じて周波数や電圧、ゲインなどを柔軟に変更することで広範囲において精度の高い計測を行える計測システムである。
【0074】
図3において、図中の符号番号が図1と同一番号は同一機能であり、その説明を省略する。
【0075】
35は計測センサであり、その出力アナログ信号はアナログ入力端子19を介してFPAAへ入力する。
【0076】
34はFPGAであり、そのコンピュータ部34aは図1のコンピュータ部14aに加えて、図3(b)示す手段34b、34cを備える。
【0077】
ここで、手段34bは、計測センサ35からの計測信号電圧をFPAA13を介してFPGA14のADコンバータ34yに入力するに際して、そのADコンバータ34yの入力レンジ範囲とセンサの計測信号電圧の範囲とを一致するようにバス17を介して指令し、FPAA内の電子回路基本素子によりゲイン回路、オフセット回路を生成するゲイン回路/オフセット回路生成手段である。
【0078】
また、その回路生成手段34bにより一旦その範囲内で計測を行い、次に、その計測値を中心として、前記範囲を所定のより狭い範囲(レンジ)に設定するため、バス17を介して指令し、前記ゲイン回路、オフセット回路を調整し、計測値をADコンバータ34yに入力させる回路調整手段である。これによって、分解機能における精度を向上させることができる計測システム30である。
【0079】
次に、具体的に以下に説明する。
【0080】
例えば、計測入力用のADコンバータ34yが0〜5Vの範囲の時に、日射量や温度といったような計測値に比例するセンサを取り付ける場合、そのレンジを例えば0〜50℃とした場合、ADコンバータの分解能に応じて計測値の精度が定まってしまう。そこで一旦その範囲内で計測を行い、例えば温度がおおよそ20〜24℃の範囲の分解能で計測することができた後、FPAA13及びFPGA14の機能を用いてオフセットやゲインを変化させ、計測可能なレンジを例えば20〜24℃になるよう調整し、再計測を行うことで分解能における精度を向上することができる。
【0081】
図4、図5は、本発明の複数のプログラマブル計測汎用モジュール10を用いた計測システムの40、50の実施例を示す。
ここで、システム40の計測汎用モジュールは総てWebサーバ機能を有し、システム50は少なくとも1台以上のWebサーバ機能を有する計測汎用モジュールを有する場合を示す。システム50は汎用モジュール間の情報交信のため単一アナログケーブルKが必要となる。
【0082】
図4の計測システム40、図5の計測システム50はいずれもそのプログラマブル計測汎用モジュール10のFPGA44、54のコンピュータ部44a、54aにそれぞれ、Webサーバの機能を有するWebサーバ部44w、54wを設けた汎用モジュール10´を備える。
さらに、図5計測システム50はWebサーバのない計測汎用モジュール10を備える構成となる。
【0083】
汎用モジュール10´は、Webサーバ部44wを設けたコンピュータ部44´a、54´a以外は図1の汎用モジュール10と全く同一の機能を有するので、同一符号は説明を省略する。
【0084】
計測システム40及び50はいずれも汎用モジュール10´を複数台、さらにシステム50は汎用モジュール10を複数台使用し、各地点に存在する被検体群45、55を計測するシステムである。
【0085】
図4の計測システム40は汎用モジュールは総てWebサーバのある汎用モジュール10´から構成される場合を示し、図5の計測システム50はWebサーバのある汎用モジュール10´は少なくとも1台で他は総て汎用モジュール10の場合を示す。
【0086】
計測システム50の場合は、汎用モジュール間の結線数が増加するので、各デジタルシンセサイザ11と乗算器12によりキャリア周波数の異なる被変調波を生成し、各計測汎用モジュール10、10´のアナログ信号を周波数多重化によって伝送する。これによって、単一アナログケーブルKを利用できる。
尚、単一アナログケーブルKの代わりに光ケーブル、あるいはアンテナ、あるいはLED及びフォトダイオードを用いた無線送受信機による交信としてもよい。
【0087】
図4では、コンピュータ部44aのWebサーバ部44wは各自のモジュール10´にそれぞれ付加又は内蔵するイーサーネットコントローラ46、56を備える。図4では、それを含めてモジュール10´´として示す。イーサーネットコントローラ46はLANに接続し、ルータなどを経由して、インターネット49を介してWebブラウザを備えた計測者のクライアント端末48、58と交信できる計測システム40である。
【0088】
計測システム40、50のここで、モジュール10、10´のそれぞれのFPGA44、54のコンピュータ部44a、54aは以下に示す手段44b〜44i、54b〜54j、54b〜54jを備える。
【0089】
手段44b、54b、54´bは被検体45,55を計測するに際し、その計測に適合した周波数、電圧値、アンプの増幅率を少なくとも含む電子回路のデータ条件をWebサーバ44w、54wメモリ部に記憶する計測条件記憶手段である。
【0090】
手段44c、54c、54´cはWebサーバメモリ部に記憶されたデータ条件によりデジタルシンセサイザ11、FPAA13へバス16,17を介して指令し、所定の電子回路を生成し、指定周波数電圧をアナログ出力端子18へ出力する計測条件設定/出力手段である。
【0091】
手段44d、54d、54´dは、アナログ入力端子19より計測データを受信するFPAA14内の電子回路の生成を指令し、それを介してADコンバータ44y、54yに入力し、そのデジタル計測データをWebサーバ44w、54wメモリ部に記憶する電子回路生成/計測データ蓄積手段である。
【0092】
手段44e、54e、54´eは、計測者のWebブラウザ48a、58a或はエージェントソフトを備えるクライアント端末48、58よりモジュール10´に対するアクセスに応答して、Webサーバメモリ部に蓄積された計測データを、そのクラインアント端末48、58へ送信するアクセス応答/計測データ送信手段である。
【0093】
図4の計測システム40は、以上の手段44b〜44eにより計測者はそのクライアント端末48より通信回線を介してアクセスし複数の計測地点に設置されている被検体45から収集した各プログラマブル計測汎用モジュール10´bに蓄積した計測データを逐次受信し、収集できるシステムである。
【0094】
従って、モジュール10´の一つが不良となっても測定は継続することができる。
【0095】
図5の計測システム50では、FPGA54、54´のコンピュータ部54a、54´aは手段55b〜55e、55´b〜55´eに加えて以下の手段55f、55´f、55g、55´gを備える。
【0096】
手段55f、55´fは各モジュール10、10´のアナログ入出力端子19、18と総ての被検体55とをそれぞれ結線すると共に、さらに入出力端子19、18を設けて、一本の単一アナログケーブルKに各アナログ入出力端子19、18と被検体55と結線してモジュール10、10´間の情報データの交信ができるように、各モジュール10、10´のFPGAコンピュータ部54a、54´aはデジタルシンセサイザ11及び乗算器12によりバスを介して指令し、多重化用周波数変調波を生成させる周波数変調波生成手段である。
【0097】
手段55g、55´gは、各FPAA14にその生成周波数変調を出力するための多重化用電子回路を生成させる電子回路生成手段である。
【0098】
図4の計測システム40及び図5の計測システム50はさらに、それぞれ手段45hと45i、手段55´hと55´iを備える。
【0099】
手段45h、55´hは、各モジュール10のFPGAコンピュータ部45a、55aに計測条件記憶手段45b、55´bでコンピュータ部のメモリ部に記憶されているデータ条件内容の書換アクセス信号をクライアント端末48、58から通信回線49、59を介して受付ける書換信号受付手段である。
【0100】
手段45i、55iは、前記受付に際し、クライアント端末48、58から少なくともID番号又はパスワードがそのモジュール10´のID番号又はパスワードと一致していれば、メモリ書換を許可し、書換信号によるデータ条件の上書を行う書換信号許可手段である。
計測システム50の場合は、さらにクライアント端末58から受信した指令信号を他のモジュール10へ転送するためモジュール10´は指令信号転送手段54´jを備え、一方モジュール10は転送指令/メモリ書換手段54jを備える。
【0101】
以上の手段45h〜i、55h〜iにより、次回の計測に際しては、その更新されたデータ条件により、FPAA13、FPGA14、デジタルシンセサイザ11の機能を定義するデータプログラムを書換え、よって計測条件、信号処理工程などを変更して計測できる計測システム40、50となる。
【0102】
ここで計測した計測データはコンピュータ部のメモリ部へHTML(Hyper Text Markup Language)ファイル及びXML(Extensible Markup Language)ファイルとして蓄積するので、ユーザのブラウザやエージェントソフトからアクセスできるようにすることで、ハードウェアの変更に伴うソフトウェアの処理の変更を必要最小限に抑えることができる。
【0103】
図4、図5の計測システム40、50は以下に示す機能を備える。
すなわち、計測点数が増えてもイーサーネットに接続するだけで配線できるため,設置が容易であり一部が故障しても全体にはその影響が及ばないというロバストネスがある。更に,ネットワークで接続されたプログラマブル計測汎用モジュール10からなる全体のシステムを一つの回路として動作させ,非常に複雑な電子回路を構成することができる。各要素は個別のサーバであると同時に回路部品の一つとなることで,高機能性,信頼性,柔軟性,ロバストネスを兼ね備えた電子回路を作ることが出来る。
【0104】
イーサーネット接続が利用の中心となる場合には,イーサーネットコントローラ46、56は計測汎用モジュール10と同一のLSIとして実装する。この際,計測データと同時に計測する際のハードウェア構成のデータ(アンプの増幅率,周波数など)をXMLファイルとして定義する。このXMLファイルはコンピュータ部44a、54aのメモリ上に必ずしも格納する必要はなく,外部サーバ上に保存しても良い。
【0105】
プログラマブル計測汎用モジュール10間の通信はインターネット等のネットワークで行い,アナログ信号は予め直接結線しておく。この結線数はプログラマブル計測汎用モジュール10の数の2乗に比例して増大するため,プログラマブル計測汎用モジュール10の機能を利用してデジタル信号に変換し,ネットワーク経由でリアルタイムに伝送する。
【0106】
ただし,図5に示すようにアナログ信号の周波数が高くネットワークのバンド幅が不足する場合には,プログラマブル計測汎用モジュール10内の乗算器とデジタルシンセサーザ11を用いて周波数変調し,アナログ信号を周波数多重化によって伝送する。これにより,単一のアナログケーブルを利用することができる。すなわち,ネットワークのためのデジタル信号を伝送するデジタル信号線とアナログ信号を伝送するアナログ信号線の2組のみの配線で非常に複雑な電子回路を組み上げることが出来る。
【0107】
図6は本発明のプログラマブル計測汎用モジュール10を用いた計測システム60の実施例を示す。
【0108】
図6の計測システム60は受信アンテナ、マイクロホン、振動センサ等の計測センサ等の計測センサで検出された電気信号を入力して、その電気信号を周波数別に計測する受信装置となる計測システムである。
【0109】
図6において、汎用モジュール10はコンピュータ部64a以外は図1の汎用モジュール10と全く同一の機能を有するので同一符号は説明を省略する。
【0110】
65は受信アンテナ、マイクロホン、振動センサなどのいずれかの計測センサを示す。その計測センサの電気信号出力端子はFPAA13のアナログ入力端子19と接続する。
【0111】
64aは、汎用モジュール10のFPGA64のコンピュータ部であり、図6(b)に示すように、手段64b〜64gを備える。
【0112】
手段64bは、デジタルシンセサイザ11に対して、前記電気信号電圧の計測すべき周波数帯域の下限から上限へ所定の周波数間隔或は複数の周波数を指定し、一定時間ずつ交流電圧sin(ω)t(ω:周波数 t:時間)を生成する指令をバス17を介して送る計測周波数生成指令手段である。
【0113】
手段64cは、その測定周波数生成電圧sin(ω)tを乗算器12に入力する配線66を選択する配線66設定手段である。
【0114】
手段64dはアナログ入力端子19からの計測電気信号電圧を乗算器12へ出力するようにその信号電圧を入力する受信回路の生成をFPAA13へバス17を介して指令すると共に、その出力を乗算器12へ入力する配線67を選択する受信回路生成/配線67設定手段である。
【0115】
手段64eは、乗算器12における2つの入力電圧の乗算値をFPAAに入力させる配線68を選択すると共にその乗算値を一定時間積分する積分回路をFPAA内に生成を指令する配線68設定/積分回路生成手段である。
【0116】
手段64fは、その積分回路の出力の直流成分を取出すためFPAA13内にローパスフィルタ及びその信号を増幅するアンプの生成を指令すると共に、その直流値を計測する直流値計測手段である。
【0117】
手段64gは、その直流値の計測値を所定の周波数間隔毎或は指定周波数毎に行い、それら周波数毎の直流値を計測し、FPGA64のメモリに記憶する周波数対直流値記憶手段である。
【0118】
次に、この測定システム60による測定センサからの電気信号の周波数別に計測する動作をより詳細に説明する。
【0119】
アンテナ等から入力される信号を
=xsin(ω)t+xsin(ω)t+・・・+xsin(nω)t
とする。ここで、xsin(ω)tを復調したい信号とする。図6においてFPGAコンピュータ部64aからの指令によってデジタルシンセサイザ11にsin(ω)tを出力させ,これを乗算器12に入力して,入力信号eと乗算し,一定時間積分すると,直流成分はxのみとなる。FPAA13内部でこの直流成分を取り出すローパスフィルタ及びその信号を増幅するアンプをFPGAコンピュータ部64aからの指令によって生成する。
【0120】
FPGAコンピュータ部64aからの指令によってデジタルシンセサイザ11が出力する信号を変化させることで,x〜xの信号を順次,計測することができる。
【0121】
ここで,デジタルシンセサイザ11で生成される信号を
sin(ω)t+xsin(ω)t+・・・+xsin(nω)t
とすると得られる信号はx+ x+…x(n:整数)となる。これは,x〜xの値を特定の組み合わせとしたとき,情報伝送に利用できる,x〜xの値を特定の組み合わせを一つの符号としてノイズに対する弁別能を高める場合,例えば,x〜xの値を全て1にすると和はn,−1にすると和は−n,1,−1,1,−1,…とすると和は0になることで3種類の符号を伝送できる。単純な和ではなく,重み付けする方法もある。
【0122】
例えば,コンピュータ部64a内部でx〜xの信号とコンピュータ部64a内部に予め用意されたn次元のベクトルによる内積(ベクトルの成分で重み付けした和)を取るようにすると,このベクトルに平行な成分だけが取り出せる。これにより,検出できる情報量を増やすことができる。
【0123】
すなわち上記は図1の汎用モジュール10に図6の回路構成をプログラムすることで実現出来る。
【0124】
図7は本発明のプログラマブル計測汎用モジュール10を用いた計測システム70の実施例を示す。
【0125】
図7の計測システム70はダイオードなどに発生するノイズをバイナリ化し、それを用いて乱数を生成させる測定システム70である。
【0126】
図7において、汎用モジュール10はコンピュータ部74a以外は図1の汎用モジュール10と全く同一の機能を有するので同一符号は説明を省略する。
【0127】
75は、逆方向電位を印加したダイオードを示す。陰極側をアナログ入力端子19に接続する。
【0128】
74aは、汎用モジュール10のFPGA64のコンピュータ部であり、図7(b)に示すように手段74b、74cを備える。
【0129】
手段74bは、アナログ入力端子19からダイオードのノイズを受信、増幅するためのアンプをFPAA13内部に生成させ、そのアンプ出力を乗算器12へ出力させる電子回路の生成をさせる手段である。
【0130】
手段74bはA/Dコンバータ74yに取得された所定時刻毎の電圧値の数列を乱数としてFPGA内メモリ部へ蓄積させる数列蓄積手段である。
【0131】
以上の測定システム70は、ダイオード75の時間的にランダムにゆらいでいるショットノイズの電圧を単に数値に変換することで周期性のない完全な乱数を生成させることになる。
【0132】
尚、ダイオードのショットノイズは図7に示すようにアナログ入力端子19より取得する代わりに、FPAA13内部に半導体素子を生成させて、その半導体素子に逆方向直流電位を印加し、その半導体素子から出力するノイズを用いて乱数を生成する計測システム70としてもよい。
【0133】
また、図7の測定システム70において、FPGAコンピュータ部74aにさらにWebサーバ機能を備え、その汎用モジュール10にはイーサーネットコントローラを付加又は内蔵させ、そのイーサーネットコントローラよりLANの経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末を設けてもよい。(図示せず)
【0134】
以上のような測定システム70´では、FPGAコンピュータ部74aにさらに以下に示す手段74f及び74gを備える。
【0135】
手段74fは、前記所定時刻毎の電圧値を数列とする乱数をFPGAのWebサーバの一時メモリ又はシフトレジスタへ入力する乱数列入力手段である。
【0136】
手段74gは、計測者のクライアント端末より、そのモジュール10へ対するアクセスに応答して、Webサーバの一時メモリ又はシフトレジスタよりクライアント端末へ送信する生成乱数送信手段である。
【0137】
図8は、本発明のプログラマブル計測汎用モジュール10を用いた計測システム80の実施例を示す。
【0138】
図8の計測システム80はデジタルシンセサイザ11で発生させた高周波電圧をFPGA84のDAコンバータ80xの出力信号で乗算器12を介して変調し、FPAA13を経由してアナログ出力端子18に接続されたトランスジューサ85から送信させる送信装置となる計測システムである。
【0139】
図8において、汎用モジュール10はコンピュータ部84a以外は図1の汎用モジュール10と全く同一機能を有するので同一符号は説明を省略する。
【0140】
85は、高周波電力を輻射電磁波に変換する送信アンテナ、交流電圧を音波・超音波に変換する振動発振器、交流電圧を光波に変換するイルミネーション、表示器を含む発光器等のトランスジューサである。トランスジューサの入力端子はアナログ出力端子18に接続する。
【0141】
84aは、汎用モジュール10のFPGA74のコンピュータ部であり、図8(b)に示すように手段84b〜84dを備える。
【0142】
手段84bはデジタルシンセサイザ11に対してバス16を介して、トランスジューサ85の動作周波数帯域内の特定の周波数の搬送電圧波生成を指定すると共に、その電圧波を乗算器12へ入力するための配線86選択を指令する搬送電圧波生成/配線86設定手段である。
【0143】
手段84cは、送信したい情報データをアナログ値としてFPGA14のDAコンバータ84xから出力させ、その出力電圧を乗算器12へ入力させる配線87選択を指令する情報データ出力/配線87設定手段である。
【0144】
手段84dは、乗算器12におけるデジタルシンセサイザ11及びFPGA14からの2つの電圧値の乗算値をFPAA13に取得させるため、そのFPAA13と乗算器間の配線88選択と、取得した乗算値をハイパスフィルタを通過させ、その出力電力増幅を行うための電子回路生成をバス17を介してFPAAへ指令する配線88設定/電子回路生成手段である。
【0145】
計測システム80は、搬送波を送信したい情報データにより変調した変調高周波或は交流電圧をアナログ出力端子18を経由してトランスジューサ85へ送り、電磁波又は音波又は光波を出力する送信装置となる。
【0146】
次に、測定システム90について述べる。
【0147】
図8における測定システム80の送信装置Tを複数台備え、一方図6における測定システム60の受信装置Rを複数台備え、組合わせれば以下のような測定システム90となる。
【0148】
すなわち、天候や周囲の状況変化によりサブミリ波を含む電磁波、音波、振動、赤外線を含む光、の伝搬状態が変わる性質を利用して、各複数台の送・受信装置で周波数毎の伝搬状況の変化から降雨、風速、人間・動物の接近等の計測システム90となる。
【0149】
そのためには、測定システム80の送信装置Tを複数台、予め、既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それらの送信装置には送信アンテナ、超音波・音波発振器、赤外線を含む発光器、レーザの少なくともいずれかのトランスジューサ85をアナログ出力端子18へ接続する。
【0150】
一方、測定システム60の受信装置Rを複数台、予め、既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それらの受信装置にはそれぞれ受信アンテナ、マイクロホン、圧力センサ、加速センサ、光センサ、温度センサ、電界計測プローブのいずれか複数を一体化した検出モジュールとしてアナログ入力端子へ接続詞、FPAA13内のマルチプレクサで入力信号を選択切換できるようにする。
【0151】
以上の構成の計測システム80は送信装置Tと受信装置R間で、ある所定エリアの地表面上で超高周波帯を含む電磁波、超音波を含む音波、赤外線を含む光、レーザの各周波数を搬送波として所定情報データで変調して送受信を行う。
【0152】
受信装置RのFPGA内コンピュータ部84aはその受信データをメモリ部に記録し、その時間経過に従って変化が計測されたとき、その変化のある周波数帯の伝搬状況の変化から天候・周囲状況変化、風・物の速度、人・動物の移動を推定する解析手段を備える計測システム80である。
【0153】
図9(a)は計測システム80における複数の送信及び受信装置T、Rを用いた風速の計測の説明図である。
【0154】
計測システム80において設定点座標がそれぞれ既知の複数の送信装置Tは、それと接続されたトランスジューサ85が音波発振器であり、音波を放射する。
【0155】
一方、他の複数の設定点座標がそれぞれ既知の受信装置Rは、それに接続された計測センサがマイクロホンであり、音波を受信する計測システム90である。
【0156】
計測システム90は受信装置のFPGAコンピュータ部はそのメモリ部にある通常(風速=0)の場合の検出音波と、空気が移動して変化している検出音波を比較して、そのドプラ−効果又は伝搬速度の差により装置間に吹いている風速を計測する手段を備えている。受信装置のデータは、インターネットを介して計測者のクライアント端末へ収集して解析してもよい。
【0157】
そのためには、FPGAコンピュータ部84aにWebサーバ80wを備え、イーサーネットコントローラを付加又は内蔵させ、LANを経由してインターネットを介してクライアント端末と交信するシステムとする。
【0158】
図9(b)は複数の受信装置Rを用いた人・動物の移動計測システム100の説明図を示す。
【0159】
この場合は、受信装置Rの振動センサであって、送信装置は不要の場合である。
【0160】
人・動物が地面を歩行するときの各時刻毎の振動波を複数の受信装置Rを計測し、各装置に到達する時刻経過をそれぞれのFPGAのコンピュータ部84aのメモリ部へ記憶する手段を備えて、その時刻の差により歩行者の2次元、或は3次元位置を推定できる。受信装置のデータはインターネットを介して計測者のクライアント端末へ収集し、解析してもよい。そのためには前述したようにWebサーバを備える。
【0161】
また,人間や動物の歩行による振動を複数の装置で計測し,振動が装置に到達する時刻の差から歩行者の位置を推定する。振動の伝搬速度が既知の場合には,歩行者の2次元位置を推定するためには少なくとも3台の装置を用いる。伝搬速度が未知の場合には。最低4台用いることで推定できる。装置がそれ以上に多い場合には,最小2乗法により位置を精度良く推定できる。車両等の騒音を発する音源があるとき,この方法でその位置及び移動速度が計測できる。
【0162】
電磁波,音波の伝搬は途中の障害物による遮蔽や反射によって変化し,この変化は周波数に依存する。その変化のパターンは非常に複雑であるが,流星の落下がFM放送等の放送波の反射によって検出されるように,周波数ごとにその変化を計測し,実際のイベントと比較することで人の通過等で生起するパターンを統計的に推定することが可能である。
【0163】
人・動物移動計測システム100は複数の送信装置Tに超音波発振器のトランスジューサを用い、その超音波を受信するセンサのある複数の受信装置Rからなる人・動物移動計測システム110であってもよい。
【0164】
次に、計測システム80において、各送信装置毎の音量及び位相を調整した音波を発生させ、特定地点での音圧レベルを増大又は減少させる計測システム120について述べる。
【0165】
この計測システム120では、複数の受信装置Rはアナログ入力端子19に接続された検出モジュールは少なくともマイクロホンである。
【0166】
一方、複数の送信装置Tはアナログ出力端子18に接続されたトランスジューサは少なくともスピーカを含む音波発生器である。
【0167】
いずれも、送受信装置T、Rは設定点座標が既知である。
【0168】
それぞれの汎用モジュール10はFPGAコンピュータ部84aにWebサーバ84wの機能を備え、イーサーネットコントローラをモジュール10に付加又は内蔵して、LAN、インターネットを介して計測者のクライアント端末と交信できる。
【0169】
送信装置TのFPGA内Webサーバメモリ部にはそれぞれ送信音量及び位相を時刻毎に記録する送信記録手段を備える。
【0170】
一方、受信装置RのFPGA内Webサーバメモリ部にはそれぞれ受信音量を時刻毎に記録する受信記録手段を備える。
【0171】
計測者のクラインアント端末は、インターネットを介して受信装置の各Webサーバのメモリ部にある音量データを収集し、予め、端末のメモリに設定されているエリアに定めた特定地点の音圧レベルと比較して、異なっていれば、その音圧レベルに一致するように、その周辺の送信装置の音量及び位相を逐次に、カットアンドトライによる調整を行う位相調整手段を備える。
【0172】
すなわち、多数の装置があるとき,各装置から出力される音量及び位相を調節することで特定地点での平均的な音量を大きくすることができる。装置間のイーサーネット等による通信速度が十分速い場合,各装置から出力される音波の位相を正確に調整することが可能である。既存のアクティブノイズコントロール法と組み合わせて利用することで,特定地点の音圧レベルを増大または減少させることができる。特定地点に騒音源があるとき,多数の装置を設置することでその騒音を弱めることが可能である。
【0173】
次に、測定システム80において、送受信装置間の位置、天候などの伝播状況に応じて周波数や電圧を変更し、最小の消費電力で信号を送信する計測システム130について述べる。
【0174】
測定システム80において複数の受信装置Rでは、そのアナログ入力端子19に接続された検出計測モジュールは超高周波帯まで含む受信アンテナ、マイクロホンを含む超音波検出器、赤外線を含む光センサである。
【0175】
一方、その複数の送信装置Tでは、そのアナログ出力端子18の接続されたトランスジューサは超高周波帯送信アンテナ、超音波を含む音波発振器、赤外線・レーザを含む発光器が少なくとも1つからなる。
【0176】
複数の受信装置R及び送信装置Tは、それぞれ各汎用モジュール10のFPGAコンピュータ部84aにはさらにWebサーバ機能を備える。さらに、そのモジュール10に付加又は内蔵してイーサーネットコントローラがあり、LANを経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末を備える。
【0177】
各地点に配置された送信装置Tから各地点に配置された受信装置Rへの通信周波数及び放射電力値(電圧値)をクライアント端末からの指令により、インターネットを介し変更できるようにするため、送信装置Tは、そのFPGAコンピュータ部のWebサーバ内に通信周波数及び電圧値を記憶させるメモリ部を設ける。
【0178】
そのコンピュータ部は、メモリ部にある通信周波数と放射電力値(或は電圧値)を読取り、その通信周波数が動作するトランスジューサを選択して、読取った放射電力値(電圧値)で送信する送信手段と、クライアント端末からのアクセスに応答して、そのメモリ部の内容の変更を許可し、通信周波と電圧値を更新させる通信周波数/電圧値更新手段を少なくとも備える。
【0179】
クライアント端末は各受信装置RのWebサーバメモリ蓄積された時刻毎の受信電圧値をインターネットを介し、取得し、予めクライアント端末のメモリに設定している受信電圧値と比較し、位置・天候に関連して伝播状況により受信電圧値が低い場合には、他の通信周波数に切替え、最もよい通信周波数で動作させる通信周波数切替手段と、最良の通信周波数にセットされたときは、さらにその電圧を変化させて、必要最小限の電圧で動作させる電圧調整手段を備える。
【0180】
図11に以上述べた計測システム130の構成を示してある。
【0181】
図10(a)は送信装置Tの動作周波数を変化させた場合の周波数の指向性が変わることを示す説明図である。動作周波数により受信装置Rの受信感度が大きく変化する。
【0182】
図10(b)は、送信装置Tの放射電力を変化させた場合、受信装置Rまでの到達距離が変化することを示す。
【0183】
以上のように送受信装置間の位置や天候などの伝播状況に応じて周波数や電圧を変更し,最小の消費電力で信号を送信する計測システム130であり、
電波、音波等の伝播は通信周波数に依存しており,直進性や回りこみなども異なる。また障害物などがある場合,通信状態が劣化する。そこで最初に装置間の通信を行う際、この装置の周波数や出力を任意に変化させて通信できる機能を用いて、周波数や出力を変化させ,これらと通信状態との関係を求め、設定通信速度が確保できるレベルまで周波数や出力を調整することで、消費電力を抑えた通信を行うことができるシステムとなる。通信手段を複数備えることは、LSIの集積度向上に伴って製作上の大きな障害要因とはならないが、太陽電池発電や熱電発電、あるいは受信した電波を電力源として、プログラマブル汎用計測モジュールを駆動する際には、消費電力を減らすことは非常に重要な要素となる。更に異なる通信手段を有することで、環境変化によって通信が切断されることが少なくなる。
【0184】
図12はプログラマブル計測汎用モジュール10を用い、そのメモリにある計測方向のプログラムをインターネットを介し、書換え、計測対象及び信号処理方法を変更することのできる計測システム140を示す。
【0185】
各要素は個別のサーバであると同時に回路部品の一つとなることで,高機能性,信頼性,柔軟性,ロバストネスを兼ね備えた電子回路を作ることが出来る。例えば,プログラマブル計測モジュール1を高周波アンプ,プログラマブル計測モジュール2を中間周波数へ変換するミキサー,プログラマブル計測モジュール3を中間周波数アンプ,プログラマブル計測モジュール4を検波回路,プログラマブル計測モジュール5を低周波アンプとすることで,スーパーヘテロダイン受信機を構成することが出来る。
【0186】
このとき,もしプログラマブル計測モジュール1が故障しても,プログラマブル計測モジュール2の内部回路に代替させることができる。更に深刻な故障の場合には,プログラマブル計測モジュール5を予備として用意しておき,これを故障したプログラマブル計測モジュールの代替に利用すれば良い。
【0187】
ラジオやテレビ等の音声信号や画像信号をプログラマブル計測モジュールで検出しそれをインターネット経由でパソコンに伝送することで視聴することができる。
【0188】
家電製品で利用されているアンプ等をプログラマブル計測モジュールに置き換えると,音量等の操作をインターネット経由できる。また,機能を変更できる。
【0189】
図13は本発明の各計測システムの組合わせと、デジタルカメラ、無線LANなどの追加で、図に示すように動植物、環境、人間や財産の監視等を行う小型で安価な観測装置を作ることができることを示す。
【0190】
【発明の効果】
本発明のプログラマブル計測汎用モジュール並びにそれらを用いた計測システムは、以下に示す効果を奏する。
【0191】
(1)回路の単純化と調整の容易さ
従来では、センサを利用する計測では,センサからの信号を増幅器や周波数フィルタなどで必要な強度と周波数の信号に調整する必要がしばしばあり,ゲインやフィルタ特性などの調整をカットアンドトライで行っていた。また、この作業は屋外では非常に困難な作業であったが、以下のように容易に作業を行うことができる。
【0192】
本発明によって、インターネット等を介して遠隔地において計測を行う場合でも現地に赴かずに離れたところから回路調整をソフトウェア的に行うことが出来る。また,回路の一部が故障した場合には,故障部位を切り離して他の正常な回路部分を組み換えることで機能を維持することができる。
【0193】
このような回路を,デジタルシンセサイザ,FPAA,FPGA(またはワンチップマイコン)必要ならば乗算器を加えた複数のLSIまたはモジュールだけで実現でき,さらに様々なセンサからの信号をインターネット経由で計測可能となる。
【0194】
(2)集積化が容易
デジタルシンセサイザ,FPAA,FPGA(またはCPU),乗算器、イーサーネットコントローラ等必要な回路は既に個別にはLSIまたはICとして実装されているためプログラマブル計測汎用モジュールとは,全体を1つのLSIとして集積化することが容易である。
【0195】
(3)量産化が容易
センサや計測用用途に応じて個別のハードウェアを設計するのではなく,同じハードウェアを作り,プログラムを変えることで様々な用途に適用できる。
【0196】
(4)小型化が可能
用途に応じてプログラムを書き換えることで限られたハードウェア資源を有効に利用でき,小さなチップ面積で実現できる。
また,汎用性が高いことから以下のような効果がある。
【0197】
(5)LSIに組み込むことが可能な温度,加速度センサ等はひとつのLSI内に実装することが出来るため,高機能なセンサ用チップとして利用できる出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールの一実施例10の構成である。
【図2】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例20の構成である。
【図3】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例30の構成である。
【図4】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例40の構成である。
【図5】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例50の構成である。
【図6】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例60の構成である。
【図7】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例70の構成である。
【図8】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例80の構成である。
【図9】(a)は複数の送信装置を用いた風速計測の説明図である。
(b)は複数の受信装置を用いた人・動物移動計測の説明図である。
【図10】(a)は動作周波数を変化した場合の周波数指向性が変わる説明図である。
(b)は放射電力を変化した場合の到達距離が変わる説明図である。
【図11】本発明の光・音波・電磁波等の送信部・受信部を有する計測システム130の構成である。
【図12】本発明のインターネットを介し計測条件を変更できる計測システム140の構成である。
【図13】本発明の各種計測システムを組合わせた観測装置の一実施例の構成説明図である。
【符号の説明】
10、10´  プログラマブル計測汎用モジュール
11  デジタルシンセサイザ
12  乗算器
13  FPAA
14  FPGA、或いは1チップコンピュータ
14a コンピュータ部
14x DAコンバータ
14y ADコンバータ
15  DC・CDコンバータ
16  FPGA―デジタルシンセサイザ間バス
17  FPGA−FPAA間バス
18  アナログ出力端子
19  アナログ入力端子
20、30、40、50、60、70、80  モジュール10を用いた測定システム
24、34、44´、54、54´、64、74、84  測定システムのFPGA
24a、34a、44´a、54a、54´a、64a、74a、84a、  測定システムのFPGAコンピュータ部
44w、54w  Webサーバ
25、45、55  被検体
35、65  計測センサ
48、58  計測者のクライアント端末
49、59  インターネット回線
46  イーサーネットコントローラ
75  ダイオード
85  トランスジューサ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a programmable measurement general-purpose module circuit capable of performing various kinds of signal processing composed of a frequency synthesis and redefinable circuit, and a measurement system using one or more of these general-purpose modules. The measurement system relates to observation and monitoring of weather environment, etc., measurement and observation of soil moisture and the like for agricultural products, data collection of those observation values via a communication line, and a use field such as a random number generation circuit.
[0002]
[Prior art]
In measurement of weather, organisms, agricultural products, and foods, there are many measurement items related to water, such as soil moisture, humidity, and plant moisture. In addition, sensors relating to weather and the environment have different voltages and impedances such as semiconductor temperature sensors, thermocouples, anemometers, solar radiation sensors, etc., and it is necessary to prepare dedicated circuits for each. The circuit became very complicated as the number of measurement items increased.
[0003]
In order to process and record these data with a computer, it is necessary to prepare an amplifier, a low-pass filter, a nonlinearity correction circuit, and the like in accordance with the sensor output in accordance with the voltage range of the AD converter input and the sampling frequency.
In order to set the amplification factor of the amplifier, the cutoff frequency of the low-pass filter, and the like to appropriate values, it is necessary to repeat cut and try. Therefore, when the conventional measurement circuit is used by incorporating it into an observation system installed outdoors, the adjustment work and maintenance have been extremely difficult.
[0004]
In addition, when the soil moisture of 0 to 90% is measured and when the moisture of 0 to 1% is precisely measured, it is necessary to largely change the gain and the like of the amplifier. Therefore, in the case of online measurement, two observation devices had to be installed.
[0005]
For example, from a sensor that requires a sine wave input of 1 kHz and amplitude of 0 to 1 V, a signal of 0 to 1 mV, a signal of DC to 1 kHz and a signal in which noise of 1 kHz or more is superimposed is converted into data by an AD converter having an input signal range of 0 to 5 V. To achieve this, an amplifier having a gain of 1000 times and a low-pass filter with a cutoff frequency of 1 kHz are required.
At this time, it is assumed that another sensor requires input of a sine wave having a frequency of 1 to 100 kHz and an amplitude of 0 to 2 V, and that the sensor outputs a signal of 0 to 10 mV, DC to 100 kHz, and a signal in which noise of 100 kHz or more is superimposed.
[0006]
In the conventional method, circuits having the respective characteristics required by the two sensors must be individually manufactured. In addition, it was necessary to determine the values of the resistors and capacitors by cut-and-try so as to obtain predetermined characteristics.
An FPGA (field programmable gate array) can change a digital circuit flexibly, and an FPAA (field programmable analog array) can flexibly change an analog circuit by software. Since FPGAs and FPAAs have been used independently, peripheral circuits and development equipment for changing internal connections and programs have been required, and it has been difficult to rewrite them at operation sites. Therefore, they are mostly used for R & D and prototyping, and their flexibility has not been fully utilized.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to combine a complicated analog circuit necessary for measurement of an amplifier, a low-pass filter, a non-linear circuit, and the like with a combination of relatively simple circuits. Configure and enable the configuration to be changed by software.
[0008]
By creating this as a single general-purpose basic device (programmable measurement general-purpose module) and using the programmable measurement general-purpose module singly or in combination, it is possible to significantly reduce the size, cost, and generalization of the measurement system. It is to be.
[0009]
For example, many sensors that measure water, such as soil moisture, humidity, and plant moisture, measure capacitance as a change. It is an object of the present invention to provide a measurement system capable of measuring with a single circuit that measures capacitance and voltage.
[0010]
Further, a measurement system capable of changing connection and circuit constants of this circuit from a remote place via a communication line such as the Internet is provided.
This allows a single circuit to be used for multiple purposes. In addition, a measurement system that can easily change the circuit configuration from a remote location will be provided.
[0011]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a measurement system that can change a measurement target, remove a failed part in a circuit, and replace the circuit with another circuit.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a programmable measurement general-purpose module of the present invention includes at least a CPU, a DA converter, and a memory, and outputs a frequency synthesized waveform signal determined by a first program.
A multiplier for outputting a product of two input voltages as a voltage,
An FPAA (Field Programmable Analog Array) including a plurality of electronic circuit basic elements including at least an operational amplifier, a resistor, and a capacitor, and further including elements whose constants and connection selection can be changed by a second program;
A computer unit serving as a CPU core for controlling all of the digital synthesizer, multiplier, and FPAA, and at least a DA converter and an AD converter, outputting a command signal for the first and second programs via a digital bus Module comprising four circuit elements having an FPGA (Field Programmable Gate Array) having a programmable function,
An analog input terminal of a detection signal from a subject to be measured and an analog output terminal of an applied signal to a subject are provided in the FPAA,
The computer unit of the FPGA further includes means for rearranging wiring selection among the four circuit elements by using a third program by using the FPAA.
The third program, which matches the measurement conditions of the object connected to the analog input / output terminals, is started by the computer unit to determine the wiring between the four circuit elements. Correspondingly, the first or / and second program is started to output a frequency-synthesized waveform signal, and / or the connection and the element constant of each element of the FPAA are determined, and the measurement processing of the subject can be performed. The module is characterized by having
[0013]
Further, a DC-DC converter is further provided in the four circuit elements, and connected and wired as a stable power source from the DC-DC converter to the four circuit elements, respectively, and as a reference voltage of the AD converter and a constant of the multiplier. It is characterized by using.
[0014]
On the other hand, a measurement system using the programmable measurement general-purpose module of the present invention connects a capacitive test object to the analog output terminal of the FPAA of the programmable measurement general-purpose module, and uses an AC voltage applied to the terminal to perform a measurement in the test object. A detection signal of the magnitude and phase shift of the flowing alternating current is connected to the analog input terminal,
An FPGA computer unit of the module, a digital synthesizer voltage generating means for instructing the digital synthesizer to generate an AC voltage having a voltage value and a frequency to be applied to the subject via a bus,
Wiring setting / amplifying circuit generating means for instructing the FPAA and a bus to generate an amplifying circuit, selecting wiring between a digital synthesizer and the FPAA, inputting the generated voltage to the amplifying circuit, and amplifying the wiring;
Voltage applying means to the subject that outputs the amplifier output to the analog output terminal,
Generation and connection of a predetermined amplifier circuit and an electronic circuit of a low-pass filter in the FPAA for obtaining the detection signal at a predetermined division terminal of a division resistor connected in series to the capacitive test object from the analog input terminal. Via a bus, and an electronic circuit generation / detection signal input means for inputting the detection signal;
A current / phase detecting means for instructing the output of the low-pass filter via a bus, inputting the output to an A / D converter of the FPGA via an analog signal line, and detecting a phase difference between a current flowing through the subject and a phase;
It is characterized in that at least one of the physical properties of the dielectric constant, electrical conductivity or dielectric loss, and ion concentration of the subject is measured from the detection result.
[0015]
Further, the split resistor is provided with split resistor generating means for generating the FPGA in the FPAA via a bus by the electronic circuit basic element in the FPAA.
[0016]
Also, a voltage output terminal of the measurement sensor is connected to an analog input terminal of the FPAA of the programmable measurement general-purpose module,
The FPGA computer section of the module, when inputting the measurement signal voltage from the measurement sensor to the A / D converter of the FPGA via the FPAA, determines the range of the input range of the A / D converter and the range of the measurement signal voltage of the sensor. Gain / offset circuit generation means for instructing a match via a bus and generating a gain circuit and an offset circuit by the electronic circuit basic elements in the FPAA;
The circuit generating means once measures within the range, and then instructs via a bus to set the range to a predetermined narrower range around the measured value, adjusts the gain circuit and the offset circuit, Circuit adjustment means for inputting the measured value to the AD converter,
By performing re-measurement, the accuracy in the resolution function is improved.
[0017]
In addition, a plurality of programmable measurement general-purpose modules are installed at measurement points, respectively, and the analog input / output terminals of each of the programmable measurement general-purpose modules are connected to corresponding subjects by wires, respectively. Each module has the function of a Web server, and each module has an Ethernet controller added or built in.
A client terminal of a measurer connected to the communication line or the Internet line from the Ethernet controller via the LAN,
The FPGA computer section of the module, when measuring the subject, stores the data conditions of the electronic circuit including at least the frequency, the voltage value, and the amplification factor of the amplifier suitable for the measurement in the memory section of the computer section. A storage means and a measurement condition setting for instructing a digital synthesizer or FPAA via a bus based on data conditions stored in a memory unit of the computer unit to generate a predetermined electronic circuit, and outputting a command frequency and a voltage to an analog output terminal. / Output means,
An electronic circuit generator for instructing the generation of an electronic circuit in the FPAA for performing analog arithmetic processing on the measurement data input from the analog input terminal, inputting it to an AD converter via the instruction, and storing the digital measurement data in a Web server memory unit / Measurement data storage means,
An access response / measurement for transmitting measurement data accumulated in a memory unit of a computer unit to the client terminal in response to an access to each of the programmable measurement general-purpose modules from a client terminal having a web browser or agent software of the measurer. Data transmission means,
The measurer accesses the client terminal via a communication line, and can sequentially receive and collect measurement data accumulated in each programmable measurement general-purpose module collected from subjects installed at a plurality of measurement points.
[0018]
In a measurement system using a programmable measurement general-purpose module,
In addition to the measurement analog input / output terminals connected to each subject, communication analog input / output terminals for communication of measurement information data between multiple measurement general-purpose modules are provided, and one communication analog input / output terminal connected to these communication analog input / output terminals is provided. With a single analog cable,
An FPGA computer unit of each module is instructed via a bus by a digital synthesizer and a multiplier, and generates frequency modulated wave generating means for generating a frequency multiplexed signal.
Multiplexing electronic circuit generating means for generating a multiplexing electronic circuit including a clock bar switch in order to cause each FPAA to output the frequency multiplexing signal;
At least a transfer command receiving / rewriting means for receiving the signal and rewriting the computer memory unit,
If there is at least one Web server function and digital communication function among a plurality of measurement general-purpose modules, there is one Web server function and digital communication function without the Web server function and digital communication function of other modules. All the measurement general-purpose modules can be controlled via the measurement general-purpose module.
[0019]
Further, the FPGA computer section of the module further receives a rewrite access signal of the data condition content stored in the memory section of the computer section by the measurement condition storage means from the client terminal via a communication line. Means,
A rewriting signal permitting means for permitting rewriting of the memory if at least the ID number or the password from the client terminal matches the ID number or the password of the module, and overwriting the data condition by the rewriting signal. ,
In the next measurement, the data programs defining the functions of the FPAA, FPGA, and digital synthesizer are rewritten according to the updated data conditions, and the measurement conditions and signal processing steps are changed for measurement.
[0020]
Further, the measurement data is stored in a memory section of the computer section as an HTML (Hyper Text Markup Language) file and an XML (Extensible Markup Language) file.
[0021]
The content of the data condition is defined as an XML file, and the XML file is stored in a memory unit of a computer unit.
[0022]
Also, an analog input terminal of a programmable measurement general-purpose module, an electrode for applying an AC voltage, an antenna for receiving an electromagnetic wave, a microphone for detecting a sound wave, or an electric signal voltage of a probe or a transducer such as a vibration sensor for detecting a vibration wave. Connect with the terminal,
The FPGA computer unit of the module sends an AC voltage sin (ω) t (ω = frequency) to the digital synthesizer at predetermined frequency intervals from a lower limit to an upper limit of a frequency band in which the electric signal voltage is to be measured. : T = time) measurement frequency generation command means for sending a command to generate
Wiring setting means for selecting a wiring for inputting the measured frequency generation voltage sin (ω) t to the multiplier;
A receiving circuit for instructing the FPAA to generate a receiving circuit for inputting the measured electrical signal voltage from the analog input terminal to the multiplier so as to output the signal voltage to the multiplier, and selecting a wiring for inputting the output to the multiplier. Circuit generation / wiring setting means;
Wiring setting / integrating circuit generating means for selecting a wiring for inputting the multiplied value of the two input voltages to the FPAA in the multiplier and for instructing the FPAA to generate an integrating circuit for integrating the multiplied value for the predetermined time; ,
DC value measurement means for instructing the FPAA to generate a low-pass filter and an amplifier for amplifying the signal in order to extract a DC component of the output of the integration circuit, and measuring the DC value;
The above DC value is measured at predetermined frequency intervals, a DC value for each frequency is measured, and a frequency vs. DC value storage means is stored in the memory of the FPGA.
The electric signal detected by the probe or the transducer is measured for each frequency.
[0023]
In addition, the FPGA computer unit of the module further has a Web server function, and an Ethernet controller added to or incorporated in the module, and a client terminal of a measurer connected to the Internet line via the LAN from the controller. With
A web server storage unit for storing the measured DC value for each frequency in a memory unit of the web server;
At least measurement DC value transmission means for transmitting a measurement DC value stored in a Web server memory unit in response to an access to the module from a client terminal having a Web browser of the measurer is characterized by being provided.
[0024]
Also, connect the analog input terminal of the programmable measurement general-purpose module to a diode to which a reverse DC potential is applied,
The FPGA computer section of the module, an amplifier generating means for generating an amplifier for receiving and amplifying the noise of the diode from the analog input terminal inside the FPAA,
A sequence storage means for storing a sequence of voltage values at each predetermined time acquired by the A / D converter as a random number in a memory unit in the FPGA;
The method is characterized in that a complete random number having no periodicity for generating a random number is generated by using the voltage of shot noise that fluctuates at random in the diode as a seed.
[0025]
Also, instead of acquiring the shot noise of the diode from the analog input terminal, a semiconductor element is set inside the FPAA, a reverse DC potential is applied to the semiconductor element, and a random number is generated using noise output from the semiconductor element. Is generated.
[0026]
In addition, the FPGA computer unit of the module further has a Web server function, and an Ethernet controller added to or incorporated in the module, and a client terminal of a measurer connected to the Internet line via the LAN from the controller. And
The FPGA computer unit is a random number sequence input unit that inputs a random number as a sequence of voltage values of the specific frequency component at predetermined times to a temporary memory or a shift register of a Web server of the FPGA,
And generating means for transmitting the random number from a temporary memory or a shift register memory of a Web server in response to an access to the module from the client terminal of the measurer.
[0027]
In addition, the analog output terminal of the programmable measurement general-purpose module, an antenna that converts high-frequency power into electromagnetic radiation, or an ultrasonic / sound / vibration wave oscillator that converts AC voltage into sound waves, and an illumination / display that converts AC voltage into light waves Connected to a transducer containing a light emitter,
The FPGA computer section of the module instructs the digital synthesizer via a bus to generate a carrier voltage wave of a specific frequency within the dynamic frequency band of the transducer and inputs the voltage wave to a multiplier. Carrier voltage wave generation / wiring setting means for instructing wiring selection;
Information data output / wiring setting means for outputting information data to be transmitted as an analog value from a DA converter inside the FPGA and instructing a wiring selection for inputting the output voltage to the multiplier;
In order for the FPAA to obtain a multiplied value of the two voltage values from the digital synthesizer and the FPGA in the multiplier, a wiring selection between the FPAA and the multiplier, and the obtained multiplied value are passed through a high-pass filter to output power. A wiring setting / electronic circuit generating means for instructing the FPAA to generate an electronic circuit for performing amplification; outputting a modulated high-frequency or AC voltage modulated by information data to transmit a carrier wave from the analog output terminal; And at least an electromagnetic wave, a sound wave, or light is output from the transducer.
[0028]
In addition, a plurality of transmission devices having a configuration of a measurement system using a programmable measurement module are installed in advance at each point of known coordinates, and the transmission devices are respectively provided with the transmission antenna and the ultrasonic / sonic wave oscillator. Connecting at least one of the transducers of the emitter containing infrared light to the analog output terminal,
On the other hand, a plurality of receivers having a configuration of a measurement system using a programmable measurement module are installed in advance at respective points of known coordinates, and the receivers respectively include a receiving antenna, a microphone, a pressure sensor, an acceleration, A sensor, optical sensor, temperature sensor, or electric field measurement probe is connected to the analog input terminal as an integrated detection module,
Between the transmitting device and the receiving device, on the ground surface of an area, an electromagnetic wave including an ultra-high frequency band, a sound wave including an ultrasonic wave, and a light including an infrared ray are transmitted by being modulated by a predetermined signal as a carrier wave,
The computer unit in the FPGA of the receiving device records the received data in the memory unit, and when a change is measured in accordance with the lapse of time, the change in the propagation condition in the changing frequency band indicates the change in the weather, surrounding conditions, wind, It is characterized by comprising analysis means for estimating the speed of an object and the movement of a person / animal.
[0029]
Also, the plurality of transmitting devices whose set point coordinates are respectively known, the transducer connected thereto is a sound wave oscillator, and emits a sound wave, while the other plurality of set point coordinates are each of the known receiving devices, The connected measurement sensor is a microphone, a measurement system that receives sound waves,
The FPGA computer section of the receiving apparatus compares the detected sound wave in the normal case (wind speed = 0) in the memory section with the detected sound wave that is moving and compares the detected sound wave with the Doppler effect or the difference in propagation speed between the devices. It is characterized by comprising means for measuring the blowing wind speed.
[0030]
Further, the plurality of receivers each having a known set point coordinate, the detection module connected to its analog input terminal is at least a vibration sensor, a system for receiving a vibration wave,
Each of the plurality of receivers measures the vibration wave at each time when a person / animal walks on the ground, and the computer unit of each FPGA sends the time lapse at which each vibration wave reaches each device to its memory unit. With means for storing,
It is characterized in that the two-dimensional position of the pedestrian is estimated from the difference between the times of arrival of the vibrations stored in the respective memory units.
[0031]
In the plurality of receiving apparatuses, the FPGA computer section 12 of each module further has a Web server function, and each module has an Internet connection via an Ethernet controller and a LAN added or built in to each module. The FPGA computer unit accumulates the vibration wave at each time stored in its memory unit in the memory unit of the Web server, and stores the vibration wave at each time passage. The amplitude is collected by the client terminal via the Internet, and the two-dimensional position of the pedestrian is estimated.
[0032]
Further, in the plurality of receivers each of which the set point coordinates are known, the detection module connected to the analog input terminal is at least a microphone,
On the other hand, in the plurality of transmitting devices whose set point coordinates are respectively known, the transducer connected to the analog output terminal is a sound wave generator including at least a speaker,
The plurality of receiving devices and transmitting devices are each provided with a Web server function in the FPGA computer section of each of the programmable measurement general-purpose modules, and are connected to the module via an Ethernet controller and a LAN added or built in. A client terminal having a web browser of a measurer to connect to an Internet line,
In a system in which the sound wave of the sound wave generator output from each transmitting device is received by the microphone of each receiving device,
Transmission recording means for recording a transmission volume and a phase for each time in a memory unit of the Web server in the FPGA of the plurality of transmitting devices; and a memory unit of the Web server in the FPGA of the plurality of receiving devices, respectively. At least reception recording means for recording the reception volume for each time,
The client terminal of the measurer collects sound volume data in the memory unit of each Web server of the receiving device via the Internet, and sets a sound pressure level of a specific point defined in the area set in advance in the memory of the terminal. In comparison, if the sound pressure level is different, a sound phase level adjusting means for adjusting the sound volume and phase of the peripheral transmission device so as to match the sound pressure level is provided, and the sound pressure level at the specific point is increased or decreased. It is characterized by being able to.
[0033]
Further, in the plurality of receiving devices, the detection module connected to the analog input terminal is a receiving antenna including an ultra-high frequency band, an ultrasonic detector including a microphone, an optical sensor including infrared light,
In the plurality of transmitting devices, the transducer connected to the analog output terminal is a super high frequency band transmitting antenna, a sound wave oscillator including ultrasonic waves, infrared rays, a light emitting device including a laser,
The plurality of receiving devices and transmitting devices are each provided with a Web server function in the FPGA computer unit of each of the programmable measurement general-purpose modules, and are connected to the Internet via a LAN and an Ethernet controller added to or incorporated in the module. A client terminal having a web browser connected to the line,
The communication frequency and the voltage value (radiation power value) from the transmitting device arranged at each point to the receiving device arranged at each point can be changed via the Internet according to a command from the client terminal. The transmitting device is provided with a memory unit for storing a communication frequency and a voltage value in a Web server of the FPGA computer unit,
The computer unit reads a communication frequency and a voltage value in the memory unit, selects the transducer on which the communication frequency operates, and transmits the read voltage value,
At least communication frequency / voltage value updating means for permitting change of the content of the memory unit in response to access from the client terminal and updating the communication frequency and voltage value;
The client terminal obtains, via the Internet, a reception voltage value for each time accumulated in the Web server memory unit of each of the reception devices, compares the reception voltage value with a preset reception voltage value, and relates to the position / weather. Communication frequency switching means for switching to another communication frequency when the received voltage value is low due to propagation conditions, and operating at the best communication frequency,
When the communication frequency is set to the best, at least a voltage adjusting means for changing the voltage and operating with the minimum necessary voltage is provided.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a programmable measurement general-purpose module 10 according to the present invention.
[0035]
In the figure, 11 is a digital synthesizer, 12 is a multiplier, 13 is an FPAA, 14 is an FPGA, 15 is a DC / CD converter, 16 is a digital signal bus between the FPGA 14 and the digital synthesizer 11, and 17 is between the FPGA 14 and the FPAA 13. , A reference numeral 18 denotes an analog output terminal, and 19 denotes an analog input terminal. The FPGA 14 includes at least a computer unit 14a, a DA converter 14x, and an AD converter 14y. There are a plurality of terminals 18 and 19 when measuring a plurality of elements, but for simplicity, they are indicated by a single arrow in the figure.
[0036]
Here, the digital synthesizer 11 is a so-called frequency synthesizing circuit, includes a DA converter, a memory, and a CPU for controlling them, and has a signal having a waveform determined by a program (first program) externally commanded. Is output.
[0037]
The multiplier 12 outputs a product of two input voltage values as a voltage value. The FPAA 13 is a programmable analog circuit. The FPAA 13 includes a plurality of basic elements of an electronic circuit such as an operational amplifier, a resistor, a capacitor, and a wiring changeover switch formed by a crossbar switch mechanism. (2nd program).
[0038]
The FPGA 14 is a programmable digital circuit and includes therein a computer unit 14a, a DA converter 14x, and an AD converter 14y, and the computer unit 14a performs all control including the digital synthesizer 11, the multiplier 12, and the FPAA 13. I do.
[0039]
That is, it has means for instructing the first and second programs via the digital signal buses 16 and 17, respectively.
[0040]
Further, the FPAA 13 includes an analog input terminal 18 for a detection signal from a subject to be measured and an analog output terminal 19 for a voltage signal applied to the subject.
[0041]
The computer section 14a of the FPGA 14 further includes means for changing the wiring selection among four circuit elements of the module composed of the digital synthesizer 11, the multiplier 12, the FPAA 13, and the FPGA 14 by a third program using a programmable crossbar switch. Further prepare. However, since this crossbar switch can use the one built in the FPGA 14, there is no need to prepare it separately.
As a small-scale measurement general-purpose module, the fourth element FPGA 14 may be a one-chip computer including a computer unit 14a, a DA converter 14x, and an AD converter 14y. Further, the digital synthesizer 11 may be configured in the FPGA 14 because the digital synthesizer 11 includes a D / A converter, a memory, and a CPU for controlling them.
[0042]
The above-described programmable measurement general-purpose module 10 has the following operation flow.
[0043]
A third program that matches the measurement conditions of the object connected to the analog input / output terminals 19 and 18 is started from the computer unit 14a, and the wiring between the four circuit elements is determined. In response to the necessity of (1), the first or / and second program is activated to output a frequency synthesized signal, or / and the connection of each element of the FPAA 13 and the element constant are determined. Therefore, measurement processing of the subject can be performed. The sensor signal from the subject is as follows.
[0044]
The sensor signal from the subject is input to the input terminal 19. The connection inside the FPAA 13 is determined by a command from the computer unit 14a inside the FPGA 14. The gain of the operational amplifier in the FPAA 13 uses the multiplier 12 (analog multiplier) when performing precise amplification or when changing the amplification rate at high speed such as modulation.
[0045]
These connections are determined by a command from the computer unit 14a using the programmable connection change function of the FPAA 13.
[0046]
For example, the AC bridge circuit generates the AC power or the voltage generated by the digital synthesizer 11 and the resistance inside the FPAA 13.
If the sensor signal is weak or excessive, it is multiplied by the voltage or the like generated by the DA converter 14x by the multiplier 12 (analog multiplier) and adjusted to a required value. An amplifier and a low-pass filter necessary for converting these signals into digital signals by the AD converter 14y are generated by an operational amplifier inside the FPAA 13. At this time, circuit constants such as an amplification factor and a cutoff frequency required for each sensor are updated by rewriting the second program of the FPAA 13.
[0047]
In addition, the power supply of each circuit is stabilized by the DC-DC converter 15, and the measurement accuracy and the stability of the circuit are improved by using the reference voltage of the AD converter 14y and the constant of the multiplier 12.
[0048]
Circuits such as the AD converter 14y are susceptible to power supply voltage, and the use of the present invention is frequently used outdoors, so that noise and power supply voltage are likely to fluctuate. In particular, when the power of the digital synthesizer 11 or the FPAA 13 fluctuates, the measured value becomes uncertain, and malfunction or circuit breakage may occur due to external noise or the like.
Therefore, if the circuit incorporates the DC-DC converter 15 to form a single module (LSI), the power supply voltage can be easily incorporated into PCs and home electric appliances of various types. In addition, by increasing the input voltage range of the DC-DC converter 15, a power source used outdoors such as a solar cell, a wind power generator, and a battery having a large voltage fluctuation can be easily used.
[0049]
Returning to FIG. The solid arrow is an analog signal line indicating the direction in which the voltage is output. However, this wiring can be programmably changed by a crossbar switch inside the FPAA. For this reason, some circuits may be disconnected depending on the generated circuit. Thick arrows with arrows at both ends indicate connection buses 16 and 17 for transmitting digital signals between circuits.
[0050]
The double solid line in the figure indicates the power supply wiring from the DC-DC converter 15 to the four circuit elements.
[0051]
More specifically, as described above, the DC / DC converter 15 supplies power to the digital synthesizer 11, FPGA 14, FPAA 13, and multiplier 12 and also supplies a voltage to the AD converter 14y as a reference voltage. Further, a signal is sent to the multiplier 12 as a voltage indicating a constant.
[0052]
The mounting may be changed depending on the application. For example, when the computer unit 14a, the DA converter 14x, and the AD converter 14y of the FPGA 14 are configured using individual ICs, or when the digital synthesizer 11 is built in the FPGA 14, the entire circuit of FIG. May be implemented by
[0053]
In multi-channel measurement using a plurality of sensors, a plurality of sets of analog input terminals 18 are prepared, a specific sensor is incorporated inside or outside, and a multiplexer is added for switching. Alternatively, instead of the multiplexer, the connection of the crossbar switch inside the FPAA 13 may be changed by a program (second program) to switch the sensor.
[0054]
FIG. 2 shows an embodiment of the measurement system 20 using the programmable measurement general-purpose module 10 of the present invention.
[0055]
The measurement system 20 shown in FIG. 2 changes the voltage value and frequency of an AC voltage generated by the digital synthesizer 11 according to a command from the computer unit 14a of the FPGA 14, applies the AC voltage to a subject to be measured, Is a measurement system 20 for processing the magnitude and phase shift of the current flowing through the FPAA 13 of the programmable circuit to measure physical properties such as the dielectric constant, electrical conductivity, and ion concentration of the subject 25. Regarding the measurement of the subject 25, the dielectric constant is measured by an alternating current between the electrodes 25a and b coated with the insulator, or the impedance is measured by the alternating current flowing between the electrodes 25a and 25b without the insulator coated. Or a humidity sensor whose capacity changes depending on the humidity.
[0056]
2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same functions, and a description thereof will be omitted.
[0057]
Reference numeral 25 denotes a subject, and an AC voltage is applied to the analog output terminal 18 between the electrodes 25a and 25b. Reference numeral 26 denotes a dividing resistor, which connects the analog input terminal 19 to an intermediate tap for measuring a current flowing through the resistor and its phase and the like.
[0058]
Reference numeral 24 denotes an FPGA. The computer unit 24a includes means 24b to 24f shown in FIG. 2B in addition to the computer unit 14a in FIG.
[0059]
Here, the means 24b is a digital synthesizer voltage generation means for instructing the digital synthesizer 11 to generate an AC voltage having a voltage value and a frequency to be applied to the subject 25 to the digital synthesizer 11 via the bus 16.
[0060]
The means 24c instructs the FPAA 13 via the bus 17, generates an amplifier electronic circuit, selects the wiring 27 between the digital synthesizer 11 and the FPAA 13, inputs the generated voltage to the amplifier, and amplifies the wiring. It is an amplifier generating means.
[0061]
The means 24d is a means for applying a voltage to the subject 25, which outputs the amplifier output to the analog output terminal 18.
[0062]
The means 24e includes a predetermined amplifier and a low-pass filter in the FPAA 13 for obtaining a detection signal at a predetermined division terminal (middle tap) of the division resistor 26 connected in series to the capacitive subject 25 from the analog input terminal 19. Electronic circuit generation / detection signal input means for instructing generation and connection of an electronic circuit via the bus 17 and inputting a detection signal thereof.
[0063]
The means 24f instructs the output of the low-pass filter via the bus 17, inputs the output to the A / D converter 24y of the FPGA via the analog signal line 28, and detects a phase difference between the current flowing through the subject 25 and the phase. It is.
[0064]
When the FPGA computer unit 14a instructs via the bus 17 by the electronic circuit basic elements in the FPAA 13 to generate the divided resistors in the FPAA 13 (divided resistor generating means 24g) in FIG. Split resistor 26 enters FPAA 13.
[0065]
The flow of the operation of the measurement system of Example 20 is shown below.
The computer 24a of the FPGA 24 sends waveform data of a signal to be generated to the digital synthesizer 11.
[0066]
The digital synthesizer 11 applies the waveform voltage to the subject 25 via the amplifier of the FPAA 13. When the output of the digital synthesizer 11 is sufficiently large and the amplification circuit in the FPAA 13 is unnecessary, the voltage is directly applied via the FPAA 13. The flowing current is converted into a voltage by the dividing resistor 26 and used as an input to the FPAA 13.
[0067]
The FPAA 13 performs filtering and voltage level required by the AD converter 24y, and outputs the result to the AD converter 24y. Note that the resistor 26 in FIG. 2 does not need to be externally provided if it is generated inside the FPAA 13. Therefore, in that case, FIG. 2 can be realized by software with the configuration of FIG.
[0068]
The measurement system 20 can measure moisture by applying it to a humidity sensor whose capacitance changes non-linearly depending on the moisture content, soil, or a plant.
In the case of a humidity sensor, a humidity sensor whose water content changes according to humidity and whose capacitance changes is connected to the part of the subject 25 in FIG.
[0069]
When measuring soil moisture, an electrode covered with an insulator is inserted into the soil, and the moisture in the soil is measured as a change in capacitance.
[0070]
When measuring the moisture contained in the plant, the plant to be measured is placed between the electrodes covered with the insulation, and the moisture is measured as a change in capacitance.
By appropriately switching the above-mentioned wiring by a multiplexer, measurement for a plurality of subjects 25 is performed by one circuit in FIG.
In this case, the input terminal 19 needs to be switched in the FPAA. On the other hand, the output terminal 18 may be applied to the subject 25 in parallel and need not be switched.
[0071]
The electrode covered with the insulator is inserted into the subject 25 such as soil, and the spectrum information on the capacitance and the phase shift and the frequency dependence depending on the elements and the ion concentration included in the subject 25 can be measured.
The AMP in the FPAA may not be necessary depending on the voltage applied to the subject 25. In this case, the AMP generation means becomes unnecessary.
[0072]
FIG. 3 shows one embodiment of a measurement system 30 using the programmable measurement general-purpose module 10 of the present invention.
[0073]
The measurement system 30 in FIG. 3 is a measurement system capable of performing highly accurate measurement over a wide range by flexibly changing the frequency, voltage, gain, and the like according to the range to be measured.
[0074]
3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same functions, and a description thereof will be omitted.
[0075]
Reference numeral 35 denotes a measurement sensor, and the output analog signal is input to the FPAA via the analog input terminal 19.
[0076]
Numeral 34 denotes an FPGA. The computer section 34a includes means 34b and 34c shown in FIG. 3B in addition to the computer section 14a shown in FIG.
[0077]
Here, when inputting the measurement signal voltage from the measurement sensor 35 to the AD converter 34y of the FPGA 14 via the FPAA 13, the means 34b matches the input range of the AD converter 34y with the range of the measurement signal voltage of the sensor. And a gain circuit / offset circuit generating means for generating a gain circuit and an offset circuit by the basic electronic circuit elements in the FPAA.
[0078]
The circuit generating means 34b once measures within the range, and then instructs via the bus 17 to set the range to a predetermined narrower range (range) around the measured value. Circuit adjustment means for adjusting the gain circuit and the offset circuit and inputting the measured value to the AD converter 34y. Thus, the measurement system 30 can improve the accuracy in the disassembly function.
[0079]
Next, a specific description will be given below.
[0080]
For example, when the AD converter 34y for measurement input is in the range of 0 to 5 V, when a sensor proportional to the measured value such as the amount of solar radiation or temperature is attached, when the range is set to 0 to 50 ° C., for example, The accuracy of the measured value is determined according to the resolution. Therefore, once measurement is performed within the range, for example, the temperature can be measured with a resolution in the range of approximately 20 to 24 ° C., and then the offset and gain are changed using the functions of the FPAA 13 and the FPGA 14 to obtain a measurable range. Is adjusted to, for example, 20 to 24 ° C., and remeasurement is performed, whereby the accuracy in resolution can be improved.
[0081]
FIG. 4 and FIG. 5 show embodiments 40 and 50 of a measurement system using a plurality of programmable measurement general-purpose modules 10 of the present invention.
Here, a case is shown in which all the measurement general-purpose modules of the system 40 have a Web server function, and the system 50 has at least one or more measurement general-purpose modules having a Web server function. The system 50 requires a single analog cable K for exchanging information between general-purpose modules.
[0082]
Each of the measurement system 40 of FIG. 4 and the measurement system 50 of FIG. 5 is provided with Web server units 44w and 54w having Web server functions in the computer units 44a and 54a of the FPGAs 44 and 54 of the programmable measurement general-purpose module 10, respectively. A general-purpose module 10 'is provided.
Further, the measurement system 50 of FIG. 5 has a configuration including the measurement general-purpose module 10 without a Web server.
[0083]
The general-purpose module 10 'has exactly the same functions as the general-purpose module 10 of FIG. 1 except for the computer units 44'a and 54'a provided with the Web server unit 44w, and the description of the same reference numerals is omitted.
[0084]
Each of the measurement systems 40 and 50 is a system that uses a plurality of general-purpose modules 10 ′, and the system 50 uses a plurality of general-purpose modules 10 to measure the subject groups 45 and 55 existing at each point.
[0085]
The measuring system 40 of FIG. 4 shows a case where all the general-purpose modules are composed of general-purpose modules 10 'having a Web server, and the measuring system 50 of FIG. 5 has at least one general-purpose module 10' having a Web server and the other. All show the case of the general purpose module 10.
[0086]
In the case of the measurement system 50, since the number of connections between the general-purpose modules increases, modulated waves having different carrier frequencies are generated by the digital synthesizers 11 and the multipliers 12, and the analog signals of the general-purpose modules 10, 10 ′ are converted. It is transmitted by frequency multiplexing. Thus, a single analog cable K can be used.
It should be noted that instead of the single analog cable K, an optical cable, an antenna, or a wireless transceiver using an LED and a photodiode may be used.
[0087]
In FIG. 4, the Web server unit 44w of the computer unit 44a includes Ethernet controllers 46 and 56 which are added to or incorporated in the respective modules 10 '. In FIG. 4, the module is included as a module 10 ″. The Ethernet controller 46 is a measurement system 40 connected to a LAN and capable of communicating with client terminals 48 and 58 of a measurer equipped with a Web browser via the Internet 49 via a router or the like.
[0088]
Here, the computer sections 44a, 54a of the FPGAs 44, 54 of the modules 10, 10 'of the measurement systems 40, 50 are provided with the following means 44b to 44i, 54b to 54j, 54b to 54j.
[0089]
When measuring the specimens 45 and 55, the means 44b, 54b and 54'b store the data conditions of the electronic circuit including at least the frequency, the voltage value and the amplification factor of the amplifier suitable for the measurement in the Web server 44w and 54w memory units. This is a measurement condition storage means for storing.
[0090]
The means 44c, 54c and 54'c instruct the digital synthesizer 11 and the FPAA 13 via the buses 16 and 17 according to the data conditions stored in the Web server memory, generate a predetermined electronic circuit, and output the designated frequency voltage as an analog output. This is a measurement condition setting / output unit that outputs to the terminal 18.
[0091]
The means 44d, 54d and 54'd instruct the generation of an electronic circuit in the FPAA 14 for receiving the measurement data from the analog input terminal 19, and input the digital circuit data to the AD converters 44y and 54y via the Web. Servers 44w and 54w are electronic circuit generation / measurement data storage means stored in the memory unit.
[0092]
The means 44e, 54e, and 54'e store the measurement data stored in the Web server memory unit in response to the access to the module 10 'from the web browser 48a, 58a or the client terminal 48, 58 having agent software of the measurer. Is transmitted to the client terminals 48 and 58.
[0093]
The measurement system 40 shown in FIG. 4 uses the above-mentioned means 44b to 44e to allow the measurer to access each of the programmable measurement general-purpose modules collected from the subject 45 installed at a plurality of measurement points by accessing the client terminal 48 via a communication line. This is a system that can sequentially receive and collect measurement data stored in 10'b.
[0094]
Therefore, the measurement can be continued even if one of the modules 10 'becomes defective.
[0095]
In the measurement system 50 of FIG. 5, the computer units 54a and 54'a of the FPGAs 54 and 54 'include the following means 55f, 55'f, 55g and 55'g in addition to the means 55b to 55e and 55'b to 55'e. Is provided.
[0096]
The means 55f and 55'f connect the analog input / output terminals 19 and 18 of the modules 10 and 10 'to all the subjects 55, respectively, and further provide the input / output terminals 19 and 18 to provide a single unit. The FPGA computer units 54a, 54 of the modules 10, 10 'are connected to the analog input / output terminals 19, 18 and the subject 55 via one analog cable K so that information data can be exchanged between the modules 10, 10'. 'A' is a frequency modulation wave generation means for instructing via the bus by the digital synthesizer 11 and the multiplier 12 to generate a frequency modulation wave for multiplexing.
[0097]
The means 55g and 55'g are electronic circuit generating means for causing each FPAA 14 to generate a multiplexing electronic circuit for outputting the generated frequency modulation.
[0098]
The measuring system 40 of FIG. 4 and the measuring system 50 of FIG. 5 further include means 45h and 45i and means 55'h and 55'i, respectively.
[0099]
The means 45h and 55'h transmit the rewriting access signal of the data condition content stored in the memory section of the computer section by the measurement condition storage means 45b and 55'b in the FPGA computer section 45a and 55a of each module 10 to the client terminal 48. , 58 via the communication lines 49, 59.
[0100]
The means 45i, 55i allow the memory rewriting from the client terminal 48, 58 if at least the ID number or the password matches the ID number or the password of the module 10 'at the time of the reception, and Rewriting signal permission means for overwriting.
In the case of the measurement system 50, the module 10 'further includes a command signal transfer unit 54'j for transferring a command signal received from the client terminal 58 to another module 10, while the module 10 includes a transfer command / memory rewriting unit 54j. Is provided.
[0101]
By the above means 45h-i and 55h-i, in the next measurement, the data program defining the functions of the FPAA 13, the FPGA 14, and the digital synthesizer 11 is rewritten according to the updated data condition. The measurement systems 40 and 50 can perform measurement by changing the above.
[0102]
The measurement data measured here is stored as an HTML (Hyper Text Markup Language) file and an XML (Extensible Markup Language) file in a memory unit of the computer unit, so that the hardware can be accessed from a user's browser or agent software. A change in software processing accompanying a change in software can be minimized.
[0103]
The measurement systems 40 and 50 shown in FIGS. 4 and 5 have the following functions.
That is, even if the number of measurement points is increased, wiring can be performed simply by connecting to the Ethernet, so that installation is easy, and there is robustness that even if a part fails, the whole is not affected. Furthermore, the entire system including the programmable measurement general-purpose modules 10 connected by a network can be operated as one circuit, and a very complicated electronic circuit can be configured. Since each element is an individual server and at the same time one of the circuit components, an electronic circuit having high functionality, reliability, flexibility, and robustness can be created.
[0104]
When the Ethernet connection is the center of use, the Ethernet controllers 46 and 56 are implemented as the same LSI as the measurement general-purpose module 10. At this time, the hardware configuration data (amplifier amplification factor, frequency, and the like) for simultaneous measurement with the measurement data is defined as an XML file. This XML file does not necessarily need to be stored on the memory of the computer units 44a and 54a, and may be stored on an external server.
[0105]
Communication between the programmable measurement general-purpose modules 10 is performed via a network such as the Internet, and analog signals are directly connected in advance. Since the number of connections increases in proportion to the square of the number of the programmable measurement general-purpose modules 10, the connection is converted into a digital signal using the function of the programmable measurement general-purpose module 10 and transmitted in real time via a network.
[0106]
However, as shown in FIG. 5, when the frequency of the analog signal is high and the bandwidth of the network is insufficient, the analog signal is frequency-modulated using the multiplier and the digital synthesizer 11 in the programmable measurement general-purpose module 10. It is transmitted by frequency multiplexing. As a result, a single analog cable can be used. That is, a very complicated electronic circuit can be assembled with only two sets of wirings, a digital signal line for transmitting a digital signal for a network and an analog signal line for transmitting an analog signal.
[0107]
FIG. 6 shows an embodiment of a measurement system 60 using the programmable measurement general-purpose module 10 of the present invention.
[0108]
The measurement system 60 shown in FIG. 6 is a measurement system serving as a receiving device that inputs an electric signal detected by a measurement sensor such as a reception antenna, a microphone, and a vibration sensor and measures the electric signal for each frequency.
[0109]
In FIG. 6, the general-purpose module 10 has exactly the same functions as the general-purpose module 10 of FIG.
[0110]
Reference numeral 65 denotes any measurement sensor such as a receiving antenna, a microphone, and a vibration sensor. The electric signal output terminal of the measurement sensor is connected to the analog input terminal 19 of the FPAA 13.
[0111]
Reference numeral 64a denotes a computer unit of the FPGA 64 of the general-purpose module 10, and includes means 64b to 64g as shown in FIG.
[0112]
The means 64b specifies a predetermined frequency interval or a plurality of frequencies from the lower limit to the upper limit of the frequency band in which the electric signal voltage is to be measured for the digital synthesizer 11, and the AC voltage sin (ω) t ( ω: frequency t: time) is a measurement frequency generation command means for sending a command via the bus 17.
[0113]
The means 64c is a wiring 66 setting means for selecting a wiring 66 for inputting the measured frequency generation voltage sin (ω) t to the multiplier 12.
[0114]
The means 64d instructs the FPAA 13 via the bus 17 to generate a receiving circuit for inputting the measured electrical signal voltage from the analog input terminal 19 to the multiplier 12 so as to output the voltage to the multiplier 12, and outputs the output to the multiplier 12 This is a receiving circuit generation / wiring 67 setting means for selecting the wiring 67 to be input to the receiver.
[0115]
The means 64e selects a wiring 68 for inputting the multiplied value of the two input voltages in the multiplier 12 to the FPAA, and sets a wiring 68 setting / integrating circuit for instructing the FPAA to generate an integrating circuit for integrating the multiplied value for a certain period of time. It is a generating means.
[0116]
The means 64f is a DC value measuring means for instructing the FPAA 13 to generate a low-pass filter and an amplifier for amplifying the signal in the FPAA 13 in order to extract a DC component of the output of the integration circuit, and for measuring the DC value.
[0117]
The means 64g is a frequency-to-DC value storage means that measures the DC value at predetermined frequency intervals or at specified frequencies, measures the DC value for each frequency, and stores the measured DC value in the memory of the FPGA 64.
[0118]
Next, the operation of the measurement system 60 for measuring the electric signal from the measurement sensor for each frequency will be described in more detail.
[0119]
Signals input from antennas etc.
e 1 = X 1 sin (ω 1 ) T + x 2 sin (ω 2 ) T + ... + x n sin (nω n ) T
And Where x 2 sin (ω 2 ) Let t be the signal to be demodulated. In FIG. 6, sin (ω) is supplied to the digital synthesizer 11 by a command from the FPGA computer unit 64a. 2 ) T is output to the multiplier 12 and the input signal e 1 Is multiplied and integrated for a certain time, the DC component becomes x 2 Only. The FPAA 13 generates a low-pass filter for extracting the DC component and an amplifier for amplifying the signal in accordance with a command from the FPGA computer unit 64a.
[0120]
By changing the signal output by the digital synthesizer 11 according to a command from the FPGA computer unit 64a, x 1 ~ X n Can be sequentially measured.
[0121]
Here, the signal generated by the digital synthesizer 11 is
x 1 sin (ω 1 ) T + x 2 sin (ω 2 ) T + ... + x n sin (nω n ) T
Then the resulting signal is x 1 + X 2 + ... x n (N: integer). This is x 1 ~ X n Can be used for information transmission when the value of 1 ~ X n If the value of is distinguished from noise by using a specific combination as one code, for example, x 1 ~ X n If all the values are 1, the sum is n, and if the sum is -1, the sum is -n, 1, -1, 1, -1,..., The sum is 0, so that three types of codes can be transmitted. There is also a method of weighting instead of a simple sum.
[0122]
For example, x in the computer unit 64a 1 ~ X n And the inner product (sum weighted by vector components) of an n-dimensional vector prepared in advance in the computer unit 64a, only components parallel to this vector can be extracted. As a result, the amount of information that can be detected can be increased.
[0123]
That is, the above can be realized by programming the circuit configuration of FIG. 6 in the general-purpose module 10 of FIG.
[0124]
FIG. 7 shows an embodiment of a measurement system 70 using the programmable measurement general-purpose module 10 of the present invention.
[0125]
The measurement system 70 in FIG. 7 is a measurement system 70 that binarizes noise generated in a diode or the like and generates a random number using the binary.
[0126]
In FIG. 7, the general-purpose module 10 has exactly the same functions as the general-purpose module 10 of FIG. 1 except for the computer unit 74a, and thus the same reference numerals are omitted.
[0127]
Reference numeral 75 denotes a diode to which a reverse potential has been applied. The cathode side is connected to the analog input terminal 19.
[0128]
Reference numeral 74a denotes a computer unit of the FPGA 64 of the general-purpose module 10, which includes means 74b and 74c as shown in FIG. 7B.
[0129]
The means 74b is a means for generating an amplifier for receiving and amplifying the noise of the diode from the analog input terminal 19 inside the FPAA 13 and for generating an electronic circuit for outputting the amplifier output to the multiplier 12.
[0130]
The means 74b is a sequence storing means for storing the sequence of the voltage values at each predetermined time acquired by the A / D converter 74y as a random number in the memory unit in the FPGA.
[0131]
The measurement system 70 described above generates a complete random number without periodicity by simply converting the voltage of the shot noise, which fluctuates randomly in time with respect to the diode 75, to a numerical value.
[0132]
The shot noise of the diode is not obtained from the analog input terminal 19 as shown in FIG. 7, but a semiconductor element is generated inside the FPAA 13, a reverse DC potential is applied to the semiconductor element, and the output from the semiconductor element is output. The measurement system 70 may generate a random number by using noise to be generated.
[0133]
In addition, in the measurement system 70 of FIG. 7, the FPGA computer unit 74a further has a Web server function, and the general-purpose module 10 has an Ethernet controller added or built therein, and the Ethernet controller connects to the Internet line via the LAN. A client terminal of a measurer to be connected may be provided. (Not shown)
[0134]
In the measurement system 70 'as described above, the FPGA computer 74a further includes the following units 74f and 74g.
[0135]
The means 74f is a random number sequence inputting means for inputting a random number having the voltage value at each predetermined time as a sequence into a temporary memory or a shift register of a Web server of the FPGA.
[0136]
The means 74g is a generated random number transmitting means for transmitting to the client terminal from the temporary memory or the shift register of the Web server in response to an access to the module 10 from the client terminal of the measurer.
[0137]
FIG. 8 shows an embodiment of a measurement system 80 using the programmable measurement general-purpose module 10 of the present invention.
[0138]
The measurement system 80 shown in FIG. 8 modulates the high frequency voltage generated by the digital synthesizer 11 with the output signal of the DA converter 80x of the FPGA 84 via the multiplier 12, and connects the transducer 85 connected to the analog output terminal 18 via the FPAA 13. This is a measurement system that serves as a transmission device that transmits data from a device.
[0139]
In FIG. 8, the general-purpose module 10 has exactly the same functions as the general-purpose module 10 of FIG.
[0140]
Reference numeral 85 denotes a transmitting antenna for converting high-frequency power to radiated electromagnetic waves, a vibration oscillator for converting AC voltage to sound waves and ultrasonic waves, illumination for converting AC voltage to light waves, and a transducer such as a light emitting device including a display. The input terminal of the transducer is connected to the analog output terminal 18.
[0141]
Reference numeral 84a denotes a computer unit of the FPGA 74 of the general-purpose module 10, and includes means 84b to 84d as shown in FIG.
[0142]
The means 84b designates, via the bus 16 for the digital synthesizer 11, a generation of a carrier voltage wave of a specific frequency within the operating frequency band of the transducer 85, and a wiring 86 for inputting the voltage wave to the multiplier 12. A carrier voltage wave generation / wiring 86 setting means for instructing selection.
[0143]
The means 84c is an information data output / wiring 87 setting means for outputting the information data to be transmitted as an analog value from the DA converter 84x of the FPGA 14 and instructing the selection of the wiring 87 for inputting the output voltage to the multiplier 12.
[0144]
The means 84d selects the wiring 88 between the FPAA 13 and the multiplier and passes the obtained multiplied value through the high-pass filter to cause the FPAA 13 to obtain the multiplied value of the two voltage values from the digital synthesizer 11 and the FPGA 14 in the multiplier 12. A wiring 88 setting / electronic circuit generating means for instructing the FPAA via the bus 17 to generate an electronic circuit for amplifying the output power.
[0145]
The measurement system 80 is a transmission device that sends a modulated high frequency or an AC voltage modulated by information data to be transmitted to a transducer 85 via the analog output terminal 18 to the transducer 85 and outputs an electromagnetic wave, a sound wave, or a light wave.
[0146]
Next, the measurement system 90 will be described.
[0147]
A plurality of transmitting devices T of the measuring system 80 in FIG. 8 are provided, while a plurality of receiving devices R of the measuring system 60 in FIG. 6 are provided and combined to form a measuring system 90 as described below.
[0148]
In other words, utilizing the property that the propagation state of electromagnetic waves including sub-millimeter waves, sound waves, vibrations, and light including infrared rays, which change depending on changes in the weather and surrounding conditions, the propagation state of each frequency is It becomes a measurement system 90 for rainfall, wind speed, approach of humans / animals, etc. from changes.
[0149]
For this purpose, a plurality of transmitters T of the measurement system 80 are installed in advance at respective points of known coordinates, and the transmitters include a transmission antenna, an ultrasonic / sonic wave oscillator, a light emitter including infrared rays, and a laser. At least one of the transducers 85 is connected to the analog output terminal 18.
[0150]
On the other hand, a plurality of receiving devices R of the measurement system 60 are installed in advance at respective points of known coordinates, and the receiving devices are respectively provided with a receiving antenna, a microphone, a pressure sensor, an acceleration sensor, an optical sensor, a temperature sensor, an electric field, A connection module to an analog input terminal as a detection module in which any one of a plurality of measurement probes is integrated, and an input signal can be selectively switched by a multiplexer in the FPAA 13.
[0151]
The measuring system 80 having the above-described configuration transmits each frequency of the electromagnetic wave including the ultra-high frequency band, the acoustic wave including the ultrasonic wave, the light including the infrared ray, and the laser between the transmitting device T and the receiving device R on the ground surface of a certain predetermined area. And performs transmission and reception by modulating with predetermined information data.
[0152]
The computer unit 84a in the FPGA of the receiving device R records the received data in the memory unit, and when a change is measured in accordance with the lapse of time, the change in the propagation condition in the frequency band where the change occurs, the change in the weather / ambient condition, the wind The measurement system 80 includes analysis means for estimating the speed of an object and the movement of a person or animal.
[0153]
FIG. 9A is an explanatory diagram of wind speed measurement using a plurality of transmission and reception devices T and R in the measurement system 80.
[0154]
In the plurality of transmission devices T whose set point coordinates are known in the measurement system 80, the transducer 85 connected to the plurality of transmission devices T is a sound wave oscillator and emits sound waves.
[0155]
On the other hand, the other receiving apparatus R whose plurality of set point coordinates are known is a measuring system connected to the microphone and the measuring system 90 for receiving a sound wave.
[0156]
The measurement system 90 compares the detected sound wave in the normal case (wind speed = 0) in the memory unit of the FPGA computer unit of the receiving device with the detected sound wave that is changing due to the movement of the air, and determines its Doppler effect or Means are provided for measuring the wind speed blowing between the devices based on the difference in propagation speed. The data of the receiving device may be collected and analyzed by the measurer's client terminal via the Internet.
[0157]
For this purpose, a system is provided in which a Web server 80w is provided in the FPGA computer unit 84a, an Ethernet controller is added or built in, and communication is performed with a client terminal via the Internet via a LAN.
[0158]
FIG. 9B is an explanatory diagram of a human / animal movement measurement system 100 using a plurality of receiving devices R.
[0159]
In this case, it is a vibration sensor of the receiving device R, and the transmitting device is unnecessary.
[0160]
A means is provided for measuring the vibration wave at each time when a person / animal walks on the ground with a plurality of receiving devices R and storing the time lapse of reaching each device in the memory unit of the computer unit 84a of each FPGA. Thus, the two-dimensional or three-dimensional position of the pedestrian can be estimated from the time difference. The data of the receiving device may be collected and analyzed by the measurer's client terminal via the Internet. For this purpose, a Web server is provided as described above.
[0161]
Also, vibrations caused by walking of a human or an animal are measured by a plurality of devices, and a position of the pedestrian is estimated from a difference in time when the vibrations reach the devices. If the propagation speed of the vibration is known, at least three devices are used to estimate the two-dimensional position of the pedestrian. If the propagation speed is unknown. It can be estimated by using at least four units. If the number of devices is more than that, the position can be accurately estimated by the least squares method. When there is a sound source such as a vehicle that emits noise, its position and moving speed can be measured by this method.
[0162]
The propagation of electromagnetic waves and sound waves changes due to shielding and reflection by obstacles on the way, and this change depends on the frequency. Although the pattern of the change is very complicated, the change of each frequency is measured and compared with the actual event so that the fall of a meteor is detected by the reflection of broadcast waves such as FM broadcasts. It is possible to statistically estimate a pattern generated by passing or the like.
[0163]
The human / animal movement measurement system 100 may be a human / animal movement measurement system 110 including a plurality of transmitters T using ultrasonic transducers and a plurality of receivers R having sensors for receiving the ultrasonic waves. .
[0164]
Next, a description will be given of a measurement system 120 that generates a sound wave whose volume and phase are adjusted for each transmission device in the measurement system 80 to increase or decrease the sound pressure level at a specific point.
[0165]
In the measurement system 120, the plurality of receivers R are connected to the analog input terminal 19, and the detection module is at least a microphone.
[0166]
On the other hand, the plurality of transmitters T are connected to the analog output terminal 18 and the transducer is a sound wave generator including at least a speaker.
[0167]
In either case, the set point coordinates of the transmission / reception devices T and R are known.
[0168]
Each of the general-purpose modules 10 has a function of a Web server 84w in the FPGA computer unit 84a, and an Ethernet controller is added to or incorporated in the module 10, and can communicate with a client terminal of a measurer via a LAN or the Internet.
[0169]
The Web server memory unit in the FPGA of the transmission device T includes transmission recording means for recording the transmission volume and phase for each time.
[0170]
On the other hand, the web server memory unit in the FPGA of the receiving device R is provided with a reception recording unit for recording the reception volume for each time.
[0171]
The client terminal of the measurer collects the sound volume data in the memory unit of each Web server of the receiving device via the Internet, and determines in advance the sound pressure level of the specific point defined in the area set in the memory of the terminal. If it is different, a phase adjusting means is provided for sequentially adjusting the volume and phase of the peripheral transmitting device by cut-and-try so as to match the sound pressure level.
[0172]
That is, when there are a large number of devices, the average volume at a specific point can be increased by adjusting the volume and phase output from each device. If the communication speed between the devices by Ethernet or the like is sufficiently high, it is possible to accurately adjust the phase of the sound wave output from each device. By using in combination with the existing active noise control method, the sound pressure level at a specific point can be increased or decreased. When there is a noise source at a specific point, it is possible to reduce the noise by installing a number of devices.
[0173]
Next, a description will be given of a measurement system 130 that changes the frequency and the voltage in the measurement system 80 according to the propagation state such as the position between the transmitting and receiving devices and the weather and transmits the signal with the minimum power consumption.
[0174]
In the plurality of receivers R in the measurement system 80, the detection and measurement modules connected to the analog input terminal 19 are a reception antenna including an ultra-high frequency band, an ultrasonic detector including a microphone, and an optical sensor including infrared light.
[0175]
On the other hand, in the plurality of transmitting devices T, the transducer connected to the analog output terminal 18 is composed of at least one of an ultra-high frequency band transmitting antenna, a sound wave oscillator including an ultrasonic wave, and a light emitting device including an infrared laser.
[0176]
Each of the plurality of receiving devices R and transmitting devices T further has a Web server function in the FPGA computer section 84a of each general-purpose module 10. Further, there is an Ethernet controller added to or incorporated in the module 10, and a client terminal of a measurer connected to an Internet line via a LAN is provided.
[0177]
In order to be able to change the communication frequency and the radiated power value (voltage value) from the transmitting device T disposed at each point to the receiving device R disposed at each point, via a command from a client terminal, transmission is performed. The device T is provided with a memory unit for storing a communication frequency and a voltage value in a Web server of the FPGA computer unit.
[0178]
The computer unit reads the communication frequency and the radiated power value (or voltage value) stored in the memory unit, selects a transducer operating at the communication frequency, and transmits the read radiated power value (voltage value). And a communication frequency / voltage value updating means for permitting a change in the content of the memory unit in response to an access from the client terminal and updating the communication frequency and the voltage value.
[0179]
The client terminal obtains the reception voltage value for each time stored in the Web server memory of each reception device R via the Internet, compares the reception voltage value with the reception voltage value set in the memory of the client terminal in advance, and relates to the position / weather. When the received voltage value is low due to the propagation condition, the communication frequency is switched to another communication frequency and the communication frequency is switched to operate at the best communication frequency, and when set to the best communication frequency, the voltage is further changed. A voltage adjusting means for operating with a minimum necessary voltage.
[0180]
FIG. 11 shows the configuration of the measurement system 130 described above.
[0181]
FIG. 10A is an explanatory diagram showing that the directivity of the frequency changes when the operating frequency of the transmitting device T is changed. The receiving sensitivity of the receiving device R greatly changes depending on the operating frequency.
[0182]
FIG. 10B shows that when the radiation power of the transmitting device T is changed, the reach distance to the receiving device R changes.
[0183]
As described above, the measurement system 130 changes the frequency and the voltage according to the propagation state such as the position between the transmitting and receiving devices and the weather, and transmits the signal with the minimum power consumption.
Propagation of radio waves, sound waves, and the like depends on the communication frequency, and the straightness and rounding are also different. If there is an obstacle, the communication state deteriorates. Therefore, when performing communication between devices for the first time, the frequency and output are changed using the function that can change the frequency and output of this device arbitrarily, and the relationship between these and the communication state is determined. By adjusting the frequency and the output to a level at which the power can be secured, a system capable of performing communication with reduced power consumption can be realized. Providing a plurality of communication means does not become a major obstacle in manufacturing with the improvement in the degree of integration of the LSI, but drives a programmable general-purpose measurement module using solar cell power generation, thermoelectric power generation, or received radio waves as a power source. In that case, reducing power consumption is a very important factor. Further, by having different communication means, communication is less likely to be disconnected due to environmental changes.
[0184]
FIG. 12 shows a measurement system 140 that uses the programmable measurement general-purpose module 10 and can rewrite a measurement direction program stored in its memory via the Internet, and change a measurement target and a signal processing method.
[0185]
Since each element is an individual server and at the same time one of the circuit components, an electronic circuit having high functionality, reliability, flexibility, and robustness can be created. For example, the programmable measuring module 1 is a high-frequency amplifier, the mixer that converts the programmable measuring module 2 to an intermediate frequency, the programmable measuring module 3 is an intermediate frequency amplifier, the programmable measuring module 4 is a detection circuit, and the programmable measuring module 5 is a low-frequency amplifier. Thus, a superheterodyne receiver can be configured.
[0186]
At this time, even if the programmable measurement module 1 fails, the internal circuit of the programmable measurement module 2 can be substituted. In the case of a more serious failure, the programmable measurement module 5 may be prepared as a spare and used as a substitute for the failed programmable measurement module.
[0187]
The audio signal and image signal of a radio or television can be detected by a programmable measurement module and transmitted to a personal computer via the Internet for viewing.
[0188]
By replacing amplifiers and other devices used in home appliances with programmable measurement modules, operations such as volume can be performed via the Internet. In addition, the function can be changed.
[0189]
FIG. 13 shows a combination of each measurement system of the present invention and the addition of a digital camera, a wireless LAN, etc., to create a small and inexpensive observation device for monitoring animals and plants, the environment, humans and property as shown in the figure. That you can do it.
[0190]
【The invention's effect】
The programmable measurement general-purpose modules of the present invention and the measurement system using them have the following effects.
[0191]
(1) Simplification of the circuit and ease of adjustment
Conventionally, in measurement using a sensor, it is often necessary to adjust the signal from the sensor to a signal of the required intensity and frequency using an amplifier or a frequency filter, and adjustment of gain, filter characteristics, and the like is performed by cut-and-try. Was. This work was very difficult outdoors, but can be easily performed as follows.
[0192]
According to the present invention, even when measurement is performed at a remote place via the Internet or the like, circuit adjustment can be performed by software from a remote place without going to the site. When a part of the circuit breaks down, the function can be maintained by disconnecting the faulty part and rearranging another normal circuit part.
[0193]
Such a circuit can be realized only with a digital synthesizer, FPAA, FPGA (or one-chip microcomputer) if necessary, and only a plurality of LSIs or modules with a multiplier, and signals from various sensors can be measured via the Internet. Become.
[0194]
(2) Easy integration
Necessary circuits such as digital synthesizer, FPAA, FPGA (or CPU), multiplier, Ethernet controller, etc. are already mounted individually as LSIs or ICs. Therefore, a general-purpose programmable measurement module is integrated as one LSI. It is easy to do.
[0195]
(3) Easy mass production
Rather than designing individual hardware for each sensor or measurement application, it can be applied to various applications by creating the same hardware and changing programs.
[0196]
(4) Can be downsized
By rewriting the program according to the application, limited hardware resources can be used effectively, and it can be realized with a small chip area.
In addition, the following advantages can be obtained due to high versatility.
[0197]
(5) Since the temperature and acceleration sensors that can be incorporated in the LSI can be mounted in one LSI, they can be used as high-performance sensor chips.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration of a tenth embodiment of a programmable measurement general-purpose module according to the present invention.
FIG. 2 shows a configuration of an embodiment 20 of a measurement system using the programmable measurement general-purpose module of the present invention.
FIG. 3 shows a configuration of an embodiment 30 of a measurement system using the programmable measurement general-purpose module of the present invention.
FIG. 4 shows a configuration of an embodiment 40 of a measurement system using the programmable measurement general-purpose module of the present invention.
FIG. 5 shows a configuration of an embodiment 50 of a measurement system using the programmable measurement general-purpose module of the present invention.
FIG. 6 shows a configuration of an embodiment 60 of a measurement system using the programmable measurement general-purpose module of the present invention.
FIG. 7 shows a configuration of an embodiment 70 of a measurement system using the programmable measurement general-purpose module of the present invention.
FIG. 8 shows a configuration of an embodiment 80 of a measurement system using the programmable measurement general-purpose module of the present invention.
FIG. 9A is an explanatory diagram of wind speed measurement using a plurality of transmission devices.
(B) is an explanatory diagram of human / animal movement measurement using a plurality of receiving devices.
FIG. 10A is an explanatory diagram in which the frequency directivity changes when the operating frequency changes.
(B) is an explanatory diagram in which the arrival distance changes when the radiation power changes.
FIG. 11 shows a configuration of a measurement system 130 having a transmission unit and a reception unit for transmitting light, sound waves, electromagnetic waves, and the like of the present invention.
FIG. 12 is a configuration of a measurement system 140 that can change measurement conditions via the Internet according to the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a configuration of an embodiment of an observation device in which various measurement systems of the present invention are combined.
[Explanation of symbols]
10, 10 'Programmable measurement general-purpose module
11 Digital synthesizer
12 Multiplier
13 FPAA
14 FPGA or 1-chip computer
14a Computer section
14x DA converter
14y AD converter
15 DC / CD converter
16 Bus between FPGA and digital synthesizer
17 FPGA-FPAA bus
18 Analog output terminal
19 Analog input terminal
20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 Measurement System Using Module 10
24, 34, 44 ', 54, 54', 64, 74, 84 FPGA for measurement system
24a, 34a, 44'a, 54a, 54'a, 64a, 74a, 84a, FPGA computer part of measurement system
44w, 54w Web server
25, 45, 55 subject
35, 65 Measurement sensor
48, 58 Client terminal of measurer
49, 59 Internet line
46 Ethernet Controller
75 Diode
85 Transducer

Claims (22)

CPU、DAコンバータ、メモリから少なくともなり、第1のプログラムによって決められた周波数合成波形信号を出力するデジタルシンセサイザと、
2つの入力電圧の積を電圧として出力する乗算器と、
オペアンプ、抵抗、コンデンサを少なくとも含む電子回路基本素子を複数有し、さらにそれらの定数と結線選択を第2のプログラムにより変更できる素子とからなるFPAA(フィールド・プログラマブル・アナログ・アレイ)と、
前記デジタルシンセサイザ、乗算器、FPAAも含めた総てを制御するCPUコアとなるコンピュータ部、DAコンバータ、ADコンバータを少なくとも有し前記第1及び第2のプログラムをデジタルバスを介して指令信号を出力するプログラマブル機能を有するFPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)とを有する4回路要素から構成されるモジュールであって
計測対象である被検体からの検出信号のアナログ入力端子及び、被験体への印加信号のアナログ出力端子を前記FPAAに備え、
前記FPGAのコンピュータ部は前記4回路要素間の配線選択を前記FPAAを用いて第3のプログラムにより組替える手段をさらに備え、
前記アナログ入力/出力端子に接続された被検体の計測条件に合致する前記第3のプログラムを前記コンピュータ部より起動して前記4回路要素間の配線を定め、前記被検体の計測の必要性に対応して第1又は/及び第2のプログラムを起動して周波数合成波形信号を出力させるか又は/及び前記FPAAの各素子の結線と素子定数を定めて、被検体の計測処理ができる汎用性のあるモジュールであることを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュール。
A digital synthesizer comprising at least a CPU, a DA converter, and a memory, and outputting a frequency synthesized waveform signal determined by the first program;
A multiplier for outputting a product of two input voltages as a voltage,
An FPAA (Field Programmable Analog Array) including a plurality of electronic circuit basic elements including at least an operational amplifier, a resistor, and a capacitor, and further including elements whose constants and connection selection can be changed by a second program;
A computer unit serving as a CPU core for controlling all of the digital synthesizer, multiplier, and FPAA, a DA converter, an AD converter, and at least a command signal for outputting the first and second programs via a digital bus A module composed of four circuit elements having an FPGA (Field Programmable Gate Array) having a programmable function, and an analog input terminal of a detection signal from an object to be measured and application to the object An analog output terminal for a signal is provided on the FPAA,
The computer unit of the FPGA further includes means for rearranging wiring selection among the four circuit elements by using a third program by using the FPAA.
The third program, which matches the measurement conditions of the subject connected to the analog input / output terminal, is started by the computer unit to determine the wiring between the four circuit elements. Correspondingly, the first and / or second program is started to output a frequency-synthesized waveform signal or / and the connection and the element constant of each element of the FPAA are determined, and the measurement processing of the subject can be performed. A general-purpose module for programmable measurement, characterized in that the module has a function.
前記4回路要素にさらにDC−DCコンバータを設け、前記DC−DCコンバータから前記4回路要素への安定電源としてそれぞれ接続配線されると共に、前記ADコンバータのリファレンス電圧及び前記乗算器の定数として用いることを特徴とする請求項1記載のプログラマブル計測汎用モジュール。A DC-DC converter is further provided in the four circuit elements, connected and wired as a stable power supply from the DC-DC converter to the four circuit elements, and used as a reference voltage of the AD converter and a constant of the multiplier. The programmable measurement general-purpose module according to claim 1, wherein: 請求項1又は2記載のプログラマブル計測汎用モジュールの前記FPAAのアナログ出力端子に容量性の被検体を接続して、その端子に印加する交流電圧により前記被検体中を流れる交流電流の大きさ及び位相のずれの検出信号を前記アナログ入力端子に接続し、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記被検体へ印加すべき電圧値及び周波数の交流電圧を前記デジタルシンセサイザへバスを介して生成を指令するデジタルシンセサイザ電圧生成手段と、
前記FPAAとバスを介して指令し増幅回路を生成すると共に、デジタルシンセサイザとFPAA間の配線を選択し、前記生成電圧を前記増幅回路に入力し増幅させる配線設定/増幅回路生成手段と、
前記アンプ出力を前記アナログ出力端子へ出力する被検体への電圧印加手段と、
前記容量性の被検体に直列に接続された分割抵抗器の所定の分割端子における前記検出信号を前記アナログ入力端子から取得するためFPAA内に所定の増幅回路及びローパスフィルタの電子回路の生成と結線をバスを介して指令し、その検出信号を入力する電子回路生成/検出信号入力手段と、
そのローパスフィルタの出力をバスを介して指令し、アナログ信号線によりFPGAのADコンバータに入力し、被検体を流れる電流と位相のずれを検出する電流・位相検出手段とを備え、
その検出結果より被検体の誘電率、電気伝導度又は誘電率損失、イオン濃度の少なくともいずれかの物理的性質を計測することを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
3. A magnitude and phase of an alternating current flowing through the subject by connecting a capacitive subject to an analog output terminal of the FPAA of the programmable measurement general-purpose module according to claim 1 or 2 and applying an AC voltage applied to the terminal. Connected to the analog input terminal,
An FPGA computer unit of the module, a digital synthesizer voltage generating means for instructing the digital synthesizer to generate an AC voltage having a voltage value and a frequency to be applied to the subject via a bus,
Wiring setting / amplifying circuit generating means for instructing the FPAA and a bus to generate an amplifying circuit, selecting wiring between a digital synthesizer and the FPAA, inputting the generated voltage to the amplifying circuit, and amplifying the wiring;
Voltage applying means to the subject that outputs the amplifier output to the analog output terminal,
Generation and connection of a predetermined amplifier circuit and an electronic circuit of a low-pass filter in the FPAA for obtaining the detection signal at a predetermined division terminal of a division resistor connected in series to the capacitive test object from the analog input terminal. Via a bus, and an electronic circuit generation / detection signal input means for inputting the detection signal;
A current / phase detecting means for instructing the output of the low-pass filter via a bus, inputting the output to an A / D converter of the FPGA via an analog signal line, and detecting a phase difference between a current flowing through the subject and a phase;
A measurement system using a programmable measurement general-purpose module, characterized in that at least one of a physical property of a dielectric constant, an electric conductivity or a dielectric loss, and an ion concentration of an object is measured from the detection result.
前記分割抵抗器は、前記FPAA内の電子回路基本素子により前記FPGAコンピュータ部が、バスを介してFPAA内に生成する分割抵抗器生成手段を備えることを特徴とする請求項3記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。4. The programmable measurement general-purpose apparatus according to claim 3, wherein the split resistor includes split resistor generating means for generating the FPGA resistor in the FPAA via a bus by an electronic circuit basic element in the FPAA. Measurement system using modules. 請求項1又は2記載のプログラマブル計測汎用モジュールの前記FPAAのアナログ入力端子に計測センサの電圧出力端子を接続し、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記計測センサからの計測信号電圧を前記FPAAを介して前記FPGAのADコンバータに入力するに際して、そのADコンバータの入力レンジの範囲とセンサの計測信号電圧の範囲とを一致するようにバスを介して指令しFPAA内の前記電子回路基本素子によりゲイン回路及びオフセット回路を生成するゲイン/オフセットの回路生成手段と、
その回路生成手段により一旦その範囲内で計測を行い、次にその計測値を中心として前記範囲を所定のより狭い範囲に設定するためバスを介して指令し前記ゲイン回路及びオフセット回路を調整し、計測値をADコンバータに入力させる回路調整手段とを備え、
再計測を行うことで、分解度機能における精度を向上させることを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
A voltage output terminal of a measurement sensor is connected to an analog input terminal of the FPAA of the programmable measurement general-purpose module according to claim 1 or 2,
The FPGA computer section of the module, when inputting the measurement signal voltage from the measurement sensor to the A / D converter of the FPGA via the FPAA, determines the range of the input range of the A / D converter and the range of the measurement signal voltage of the sensor. Gain / offset circuit generation means for instructing a match via a bus and generating a gain circuit and an offset circuit by the electronic circuit basic elements in the FPAA;
The circuit generating means once measures within the range, and then instructs via a bus to set the range to a predetermined narrower range around the measured value, adjusts the gain circuit and the offset circuit, Circuit adjustment means for inputting the measured value to the AD converter,
A measurement system using a programmable measurement general-purpose module characterized by improving the resolution function by performing re-measurement.
請求項1又は2記載の複数のプログラマブル計測汎用モジュールをそれぞれ計測地点に設置し、それら各プログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入出力端子と対応する被検体とをそれぞれ線で結線し、各プログラマブル計測汎用モジュールのFPGAコンピュータ部はそれぞれWebサーバの機能を備えると共に、各自のモジュールにはそれぞれ付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと、
それらイーサーネットコントローラよりLANを経由して通信回線或はインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末とを備え、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記被検体を計測するに際し、その計測に適合した周波数、電圧値、アンプの増幅率を少なくとも含む電子回路のデータ条件を前記コンピュータ部のメモリ部に記憶する計測条件記憶手段と、前記コンピュータ部のメモリ部に記憶されたデータ条件によりデジタルシンセサイザ、FPAAへバスを介して指令し所定の電子回路を生成し、指令周波数及び電圧をアナログ出力端子へ出力する計測条件設定/出力手段と、
前記アナログ入力端子より入力した計測データをアナログ演算処理するFPAA内の電子回路の生成を指令し、それを介してADコンバータに入力し、そのデジタル計測データをWebサーバメモリ部に記憶する電子回路生成/計測データ蓄積手段と、
前記計測者のWebブラウザ或はエージェントソフトを備えるクライアント端末より前記各プログラマブル計測汎用モジュールに対するアクセスに応答して、コンピュータ部のメモリ部に蓄積された計測データをそのクライアント端末へ送信するアクセス応答/計測データ送信手段とを備え、
前記計測者はそのクライアント端末より通信回線を介してアクセスし、複数計測地点に設置されている被検体から収集した各プログラマブル計測汎用モジュールに蓄積した計測データを逐次受信し収集できることを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
A plurality of programmable measurement general-purpose modules according to claim 1 or 2 are installed at measurement points, respectively, and analog input / output terminals of the respective programmable measurement general-purpose modules and corresponding subjects are connected by wires. Each of the FPGA computer units has a Web server function, and each module has an Ethernet controller added or built in.
A client terminal of a measurer connected to the communication line or the Internet line from the Ethernet controller via the LAN,
The FPGA computer section of the module, when measuring the subject, stores the data conditions of the electronic circuit including at least the frequency, the voltage value, and the amplification factor of the amplifier suitable for the measurement in the memory section of the computer section. A storage means and a measurement condition setting for instructing a digital synthesizer or FPAA via a bus based on data conditions stored in a memory unit of the computer unit to generate a predetermined electronic circuit, and outputting a command frequency and a voltage to an analog output terminal. / Output means,
An electronic circuit generator for instructing the generation of an electronic circuit in the FPAA for performing analog arithmetic processing on the measurement data input from the analog input terminal, inputting it to an AD converter via the instruction, and storing the digital measurement data in a Web server memory unit / Measurement data storage means,
An access response / measurement for transmitting measurement data accumulated in a memory unit of a computer unit to the client terminal in response to an access to each of the programmable measurement general-purpose modules from a client terminal having a web browser or agent software of the measurer. Data transmission means,
The programmabler is characterized in that the measurer accesses the client terminal via a communication line and can sequentially receive and collect the measurement data accumulated in each programmable measurement general-purpose module collected from the subjects installed at a plurality of measurement points. Measurement system using a general-purpose measurement module.
前記請求項6記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムにおいて、
各被検体に接続する計測アナログ入出力端子に加えて、複数の計測汎用モジュール間の計測情報データ交信のための交信アナログ入出力端子を設け、それらの交信アナログ入出力端子と接続する一本の単一アナログケーブルを備え、
各モジュールのFPGAコンピュータ部はデジタルシンセサイザ及び乗算器によりバスを介して指令し、周波数多重化信号を生成させる生成周波数変調波生成手段と、
各FPAAにその周波数多重化用信号を出力させるために、クロクバースイッチを含む多重化用電子回路を生成する多重化用電子回路生成手段と、
前記信号を受信して、コンピュータ部メモリ部を書換える転送指令受信/書換手段とを少なくとも備え、
複数の計測汎用モジュールの中でWebサーバ機能及びデジタル通信機能が少なくとも1台以上あれば、他のモジュールのWebサーバ機能及びデジタル通信機能が無くとも、1台のWebサーバ機能及びデジタル通信機能のある計測汎用モジュールを介して、総ての計測汎用モジュールを制御可能とすることを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
A measurement system using the programmable measurement general-purpose module according to claim 6,
In addition to the measurement analog input / output terminals connected to each subject, communication analog input / output terminals for communication of measurement information data between multiple measurement general-purpose modules are provided, and one communication analog input / output terminal connected to these communication analog input / output terminals is provided. With a single analog cable,
An FPGA computer unit of each module is instructed via a bus by a digital synthesizer and a multiplier, and generates frequency modulated wave generating means for generating a frequency multiplexed signal.
Multiplexing electronic circuit generating means for generating a multiplexing electronic circuit including a clock bar switch in order to cause each FPAA to output the frequency multiplexing signal;
At least a transfer command receiving / rewriting means for receiving the signal and rewriting the computer memory unit,
If there is at least one Web server function and digital communication function among a plurality of measurement general-purpose modules, there is one Web server function and digital communication function even if there is no Web server function and digital communication function of another module. A measurement system using a programmable measurement general-purpose module, wherein all the measurement general-purpose modules can be controlled via the measurement general-purpose module.
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、さらに、前記計測条件記憶手段でコンピュータ部のメモリ部に記憶されているデータ条件内容の書換アクセス信号を、前記クライアント端末から通信回線を介して受付ける書換信号受付手段と、
前記受付に際し、クライアント端末からの少なくともID番号又はパスワードがそのモジュールのID番号又はパスワードと一致していればメモリ書換を許可し、書換信号によるデータ条件の上書を行う書換信号許可手段とを備え、
次回の計測に際しては、その更新されたデータ条件により前記FPAA、FPGA、デジタルシンセサイザの機能を定義するデータプログラムを書換え、計測条件・信号処理工程を変更し計測することを特徴とする請求項6又は7記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
The FPGA computer unit of the module further includes a rewrite signal receiving unit that receives a rewrite access signal of the data condition content stored in the memory unit of the computer unit by the measurement condition storage unit from the client terminal via a communication line. ,
A rewriting signal permitting means for permitting rewriting of the memory if at least the ID number or the password from the client terminal matches the ID number or the password of the module, and overwriting the data condition by the rewriting signal. ,
The next measurement is performed by rewriting a data program defining functions of the FPAA, the FPGA, and the digital synthesizer according to the updated data conditions, changing measurement conditions and signal processing steps, and performing measurement. 7. A measurement system using the programmable measurement general-purpose module according to 7.
前記計測データはコンピュータ部のメモリ部へHTML(Hyper Text Markup Language)ファイル及びXML(Extensible Markup Language)ファイルとして蓄積することを特徴とする請求項6又は7記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。8. The measurement system using a programmable measurement general-purpose module according to claim 6, wherein the measurement data is stored in a memory unit of a computer unit as an HTML (Hyper Text Markup Language) file and an XML (Extensible Markup Language) file. . 前記データ条件内容はXMLファイルとして定義し、このXMLファイルはコンピュータ部のメモリ部に保存することを特徴とする請求項6又は7記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。8. The measurement system according to claim 6, wherein the data condition content is defined as an XML file, and the XML file is stored in a memory unit of a computer unit. 請求項1又は2記載のプログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入力端子と、交流電圧を印加する電極、又は電磁波を受信するアンテナ、又は音波を検出するマイクロホン、又は振動波を検出する振動センサ等のプローブ又はトランスジューサの電気信号電圧端子とを接続し、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記デジタルシンセサイザに対して、前記電気信号電圧の計測すべき周波数帯域の下限から上限へ所定の周波数間隔で、一定時間ずつ交流電圧sin(ω)t(ω=周波数:t=時間)を生成する指令を送る計測周波数生成指令手段と、
その測定周波数生成電圧sin(ω)tを前記乗算器に入力する配線を選択する配線設定手段と、
前記アナログ入力端子からの計測電気信号電圧を前記乗算器へ出力するようにその信号電圧を、入力する受信回路の生成をFPAAに指令すると共に、その出力を乗算器へ入力する配線を選択する受信回路生成/配線設定手段と、
前記乗算器における前記2つの入力電圧の乗算値をFPAAに入力させる配線を選択すると共に、その乗算値を前記一定時間積分する積分回路をFPAA内に生成を指令する配線設定/積分回路生成手段と、
その積分回路の出力の直流成分を取出ためにFPAA内にローパスフィルタ及びその信号の増幅するアンプの生成を指令すると共に、その直流値を計測する直流値計測手段と、
以上の直流値の計測を、所定の周波数間隔毎に行い各周波数毎の直流値を計測し、FPGAのメモリに記憶する周波数対直流値記憶手段とを備え、
前記プローブ又はトランスジューサで検出された電気信号を周波数別に計測することを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
An analog input terminal of the programmable measurement general-purpose module according to claim 1 or 2, an electrode for applying an AC voltage, an antenna for receiving an electromagnetic wave, a microphone for detecting a sound wave, or a probe such as a vibration sensor for detecting a vibration wave or Connect to the electrical signal voltage terminal of the transducer,
The FPGA computer unit of the module sends an AC voltage sin (ω) t (ω = frequency) to the digital synthesizer at predetermined frequency intervals from a lower limit to an upper limit of a frequency band in which the electric signal voltage is to be measured. : T = time) measurement frequency generation command means for sending a command to generate
Wiring setting means for selecting a wiring for inputting the measured frequency generation voltage sin (ω) t to the multiplier;
A receiving circuit for instructing the FPAA to generate a receiving circuit for inputting the measured electrical signal voltage from the analog input terminal to the multiplier so as to output the signal voltage to the multiplier, and selecting a wiring for inputting the output to the multiplier. Circuit generation / wiring setting means;
Wiring setting / integrating circuit generating means for selecting a wiring for inputting the multiplied value of the two input voltages to the FPAA in the multiplier and for instructing the FPAA to generate an integrating circuit for integrating the multiplied value for the predetermined time; ,
DC value measurement means for instructing the FPAA to generate a low-pass filter and an amplifier for amplifying the signal in order to extract a DC component of the output of the integration circuit, and measuring the DC value;
The above DC value is measured at predetermined frequency intervals, a DC value for each frequency is measured, and a frequency vs. DC value storage means is stored in the memory of the FPGA.
A measurement system using a programmable general-purpose module, wherein an electric signal detected by the probe or the transducer is measured for each frequency.
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、さらにWebサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと、そのコントローラよりLANを経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末とを備え、
そのFPGAコンピュータ部は前記周波数毎の計測直流値を前記Webサーバのメモリ部へ蓄積させるWebサーバ蓄積手段と、
前記計測者のWebブラウザを備えるクライアント端末より前記モジュールに対するアクセスに応答して、Webサーバメモリ部に蓄積された計測直流値を送信する計測直流値送信手段とを少なくとも備えることを特徴とする請求項11記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
The FPGA computer unit of the module further has a Web server function, and further includes an Ethernet controller added or built in the module, and a client terminal of a measurer connected to the Internet line via the LAN from the controller. Prepare,
A web server storage unit for storing the measured DC value for each frequency in a memory unit of the web server;
The apparatus according to claim 1, further comprising: a measurement DC value transmitting unit configured to transmit a measurement DC value stored in a Web server memory unit in response to an access to the module from a client terminal including a web browser of the measurer. 12. A measurement system using the programmable measurement general-purpose module according to 11.
請求項1又は2記載のプログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入力端子と逆方向直流電位が印加されたダイオードとを接続し、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記アナログ入力端子からの前記ダイオードのノイズを受信・増幅するためのアンプをFPAA内部に生成させるアンプ生成手段と、
前記A/Dコンバータに取得された所定時刻毎の電圧値の数列を乱数としてFPGA内メモリ部へ蓄積させる数列蓄積手段とを備え、
前記ダイオードの時間的にランダムにゆらいでいるショットノイズの電圧をシーズとして乱数を発生させる周期性のない完全な乱数を生成することを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
Connecting an analog input terminal of the programmable measurement general-purpose module according to claim 1 and a diode to which a reverse direct current potential is applied,
The FPGA computer section of the module, an amplifier generating means for generating an amplifier for receiving and amplifying the noise of the diode from the analog input terminal inside the FPAA,
A sequence storage means for storing a sequence of voltage values at each predetermined time acquired by the A / D converter as a random number in a memory unit in the FPGA;
A measurement system using a general-purpose programmable measurement module, characterized by generating a complete random number having no periodicity by generating a random number by using a voltage of shot noise that fluctuates randomly in time of the diode as a seed.
前記ダイオードのショットノイズをアナログ入力端子より取得する代わりに、FPAA内部に半導体素子を設定し、その半導体素子に逆方向直流電位を印加して、その半導体素子から出力するノイズを用いて乱数を生成することを特徴とする請求項13記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。Instead of obtaining the shot noise of the diode from the analog input terminal, a semiconductor element is set inside the FPAA, a reverse DC potential is applied to the semiconductor element, and a random number is generated using noise output from the semiconductor element. The measurement system using the programmable measurement general-purpose module according to claim 13. 前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、さらにWebサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと、そのコントローラよりLANを経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末を設け、
そのFPGAコンピュータ部は前記特定周波数成分の所定時刻毎の電圧値の数列とする乱数をFPGAのWebサーバの一時メモリ又はシフトレジスタへ入力する乱数列入力手段と、
前記計測者のクライアント端末より、そのモジュールに対するアクセスに応答して、Webサーバの一時メモリ又はシフトレジスタメモリより前記乱数を送信する生成乱数送信手段とを備えることを特徴とする請求項13又は14記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いる計測システム。
The FPGA computer part of the module further has a Web server function, and the module is provided with an Ethernet controller added or built in, and a client terminal of a measurer connected to the Internet line via the LAN from the controller. ,
The FPGA computer unit is a random number sequence input unit that inputs a random number as a sequence of voltage values of the specific frequency component at predetermined times to a temporary memory or a shift register of a Web server of the FPGA,
The generated random number transmitting means for transmitting the random number from a temporary memory or a shift register memory of a Web server in response to an access to the module from the client terminal of the measurer, wherein the generated random number is transmitted. Measurement system using programmable measurement general-purpose modules.
請求項1又は2記載のプログラマブル計測汎用モジュールのアナログ出力端子と、高周波電力を幅射電磁波に変換するアンテナ、又は交流電圧を音波に変換する超音波・音波・振動波発振器、交流電圧を光波に変換するイルミネーション・表示器を含む発光器を含むトランスジューサとを接続し、
前記モジュールのFPGAコンピュータ部は、前記デジタルシンセサイザに対してバスを介して前記トランジューザの動周波数帯域内の特定の周波数の搬送電圧波生成を指令すると共にその電圧波を乗算器へ入力するための配線選択を指令する搬送電圧波生成/配線設定手段と、
送信したい情報データをアナログ値としてFPGA内部のDAコンバータから出力させ、その出力電圧を前記乗算器へ入力させる配線選択を指令する情報データ出力/配線設定手段と、
前記乗算器における前記デジタルシンセサイザ及びFPGAからの2つの電圧値の乗算値を前記FPAAに取得させるため、そのFPAAと乗算器間の配線選択と、取得した乗算値をハイパスフィルタを通過させその出力電力増幅を行うための電子回路生成をFPAAへ指令する配線設定/電子回路生成手段とを備え、搬送波を送信したい情報データにより変調した変調高周波或は交流電圧を前記アナログ出力端子から出力し、前記トランスジューサへ送り、トランスジューサから少なくとも電磁波又は音波又は光が出力することを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
An analog output terminal of the general-purpose module for programmable measurement according to claim 1 or 2, an antenna for converting high-frequency power to electromagnetic radiation, or an ultrasonic / sound / vibration wave oscillator for converting an AC voltage to a sound wave; Connect a transducer that includes a light-emitting device that includes an illumination / display to convert,
The FPGA computer section of the module instructs the digital synthesizer via a bus to generate a carrier voltage wave of a specific frequency within the dynamic frequency band of the transducer and inputs the voltage wave to a multiplier. Carrier voltage wave generation / wiring setting means for instructing wiring selection;
Information data output / wiring setting means for outputting information data to be transmitted as an analog value from a DA converter inside the FPGA and instructing a wiring selection for inputting the output voltage to the multiplier;
In order for the FPAA to obtain a multiplied value of the two voltage values from the digital synthesizer and the FPGA in the multiplier, a wiring selection between the FPAA and the multiplier, and the obtained multiplied value are passed through a high-pass filter to output power. A wiring setting / electronic circuit generating means for instructing the FPAA to generate an electronic circuit for performing amplification; outputting a modulated high-frequency or AC voltage modulated by information data to transmit a carrier wave from the analog output terminal; A measurement system using a programmable measurement general-purpose module, wherein at least an electromagnetic wave, a sound wave, or light is output from the transducer.
請求項16記載のプログラマブル計測用モジュールを用いた計測システムの構成の複数台の送信装置を、予め、既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それら送信装置には、それぞれ、前記送信アンテナ、超音波・音波発振器、赤外線を含む発光器の少なくともいずれかのトランスジューサをアナログ出力端子へ接続し、
一方、請求項11記載のプログラマブル計測用モジュールを用いた計測システムの構成の複数台の受信装置を、予め既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それら受信装置には、それぞれ、受信用アンテナ、マイクロホン、圧力センサ、加速度センサ、光センサ、温度センサ、電界計測プローブのいずれか複数を一体化した検出モジュールとしてアナログ入力端子へ接続し、
前記送信装置と前記受信装置の間で、あるエリアの地表面上で超高周波帯を含む電磁波、超音波を含む音波、赤外線を含む光の各周波数を搬送波として所定情報データで変調して送受信を行い、
受信装置のFPGA内コンピュータ部は、その受信データをメモリ部に記録し、その時間経過に従って変化が計測されたときは、変化のある周波数帯の伝搬状況の変化から天候・周囲状況変化・風・物の速度、人・動物の移動を推定する解析手段を備えることを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
17. A plurality of transmission devices having a configuration of a measurement system using the programmable measurement module according to claim 16 are respectively installed in advance at each point of known coordinates, and the transmission devices are respectively provided with the transmission antenna and the ultrasonic wave. A sonic oscillator, at least one transducer of a light emitter including infrared rays is connected to an analog output terminal,
On the other hand, a plurality of receivers having a configuration of a measurement system using the programmable measurement module according to claim 11 are installed in advance at respective points of known coordinates, and the receivers respectively include a reception antenna and a microphone. , A pressure sensor, an acceleration sensor, an optical sensor, a temperature sensor, and an electric field measurement probe connected to an analog input terminal as a detection module integrating
Between the transmitting device and the receiving device, on the ground surface of a certain area, electromagnetic waves including an ultra-high frequency band, sound waves including an ultrasonic wave, each frequency of light including an infrared ray are modulated as carrier waves with predetermined information data for transmission and reception. Do
The computer unit in the FPGA of the receiving device records the received data in the memory unit, and when a change is measured in accordance with the lapse of time, the change in the propagation condition in the changing frequency band indicates the change in the weather, surrounding conditions, wind, A measurement system using a general-purpose programmable measurement module, comprising analysis means for estimating the speed of an object and the movement of a person or an animal.
設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の送信装置が、その接続されたトランスジューサが音波発振器であり、音波を放射し、一方、他の複数の設定点座標がそれぞれ既知の前記受信装置が、その接続された計測センサがマイクロホンであり、音波を受信する計測システムであって、
前記受信装置のFPGAコンピュータ部は、そのメモリ部にある通常(風速=0)の場合の検出音波と、移動変化している検出音波を比較してそのドップラー効果又は伝搬速度の差により装置間に吹いている風速を計測する手段を備えることを特徴とする請求項17記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
The plurality of transmitters whose set point coordinates are each known, the connected transducer is a sound wave oscillator, and emits a sound wave, while the other plurality of receivers whose respective set point coordinates are each known have the connection. The measurement sensor is a microphone, a measurement system that receives sound waves,
The FPGA computer section of the receiving device compares the detected sound wave in the normal case (wind speed = 0) in the memory portion with the detected sound wave that is moving and compares the detected sound wave with the moving sound. 18. The measurement system using a programmable measurement general-purpose module according to claim 17, further comprising means for measuring a blowing wind speed.
設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の受信装置が、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは少なくとも振動センサであり、振動波を受信するシステムであって、
人・動物が地面を歩行するときの各時刻毎の振動波を前記複数の受信装置を計測し、各振動波が各装置に到達する時刻経過をそれぞれのFPGAのコンピュータ部は、そのメモリ部へ記憶する手段を備え、
各メモリ部に記憶された振動の到達する時刻の差より歩行者の2次元位置を推定することを特徴する請求項17記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
The plurality of receivers each having a known set point coordinate, the detection module connected to its analog input terminal is at least a vibration sensor, a system for receiving a vibration wave,
Each of the plurality of receivers measures the vibration wave at each time when a person / animal walks on the ground, and the computer unit of each FPGA sends the time lapse at which each vibration wave reaches each device to its memory unit. With means for storing,
The measurement system according to claim 17, wherein the two-dimensional position of the pedestrian is estimated from a difference between times of arrival of the vibrations stored in the respective memory units.
前記複数の受信装置は、それぞれ各前記モジュールのFPGAコンピュータ部12は、さらに、Webサーバの機能を備えると共に、各モジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとLANとを経由してインターネット回線に接続する計測者のWebブラウザを備えたクライアント端末を備え、
FPGAコンピュータ部はそのメモリ部に記憶された各時刻毎の振動波をWebサーバのメモリ部に蓄積し、その時刻経過毎の振動の振巾をインターネットを介してクライアント端末へ収集し、歩行者の2次元位置を推定することを特徴とする請求項19記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
In each of the plurality of receiving devices, the FPGA computer unit 12 of each of the modules further has a Web server function, and is connected to an Internet line via an Ethernet controller and a LAN added or built in each module. A client terminal equipped with a web browser of
The FPGA computer unit stores the vibration wave at each time stored in the memory unit in the memory unit of the Web server, collects the amplitude of the vibration at each time passage to the client terminal via the Internet, and outputs 20. The measurement system using a programmable measurement general-purpose module according to claim 19, wherein the two-dimensional position is estimated.
設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の受信装置では、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは少なくともマイクロホンであり、
一方、設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の送信装置では、そのアナログ出力端子に接続された前記トランスジューサは少なくともスピーカを含む音波発生器であり、
前記複数の受信装置及び送信装置は、それぞれ各前記プログラマブル計測汎用モジュールのFPGAコンピュータ部には、さらに、Webサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとLANとを経由してインターネット回線に接続する計測者のWebブラウザを有するクライアント端末を備え、
各送信装置から出力される音波発生器の音波を各受信装置のマイクロホンで受信するシステムにおいて、
前記複数の送信装置のFPGA内の前記Webサーバのメモリ部にそれぞれ送信音量及び位相を時刻毎に記録する送信記録手段と、一方前記複数の受信装置のFPGA内の前記Webサーバのメモリ部にそれぞれ受信音量を時刻毎に記録する受信記録手段とを少なくとも備え、
前記計測者のクライント端末は、インターネットを介して受信装置の各Webサーバのメモリ部にある音量データを収集し、予め端末のメモリに設定されているそのエリアに定めた特定地点の音圧レベルと比較して、異なっていれば、その音圧レベルに一致するようにその周辺の送信装置の音量及び位相を調整する音量位相調整手段を備え、その特定地点の音圧レベルを増大又は減少させることができることを特徴とする請求項17記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
In the plurality of receivers each having a known set point coordinate, the detection module connected to the analog input terminal is at least a microphone,
On the other hand, in the plurality of transmitting devices whose set point coordinates are respectively known, the transducer connected to the analog output terminal is a sound wave generator including at least a speaker,
The plurality of receiving devices and transmitting devices are each provided with a Web server function in the FPGA computer section of each of the programmable measurement general-purpose modules, and are connected to the module via an Ethernet controller and a LAN added or built in. A client terminal having a web browser of a measurer to connect to an Internet line,
In a system in which the sound wave of the sound wave generator output from each transmitting device is received by the microphone of each receiving device,
Transmission recording means for recording a transmission volume and a phase for each time in a memory unit of the Web server in the FPGA of the plurality of transmitting devices; and a memory unit of the Web server in the FPGA of the plurality of receiving devices, respectively. At least reception recording means for recording the reception volume for each time,
The client terminal of the measurer collects sound volume data in the memory unit of each Web server of the receiving device via the Internet, and sets a sound pressure level of a specific point defined in the area set in advance in the memory of the terminal. In comparison, if the sound pressure level is different, a sound phase level adjusting means for adjusting the sound volume and phase of the peripheral transmission device so as to match the sound pressure level is provided, and the sound pressure level at the specific point is increased or decreased. The measurement system using the programmable measurement general-purpose module according to claim 17, wherein:
前記複数の受信装置では、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは超高周波帯まで含む受信アンテナ、マイクロホンを含む超音波検出器、赤外線を含む光センサであり、
前記複数の送信装置では、そのアナログ出力端子に接続された前記トランジューサは超高周波帯送信アンテナ、超音波を含む音波発振器、赤外線、レーザを含む発光器であり、
前記複数の受信装置及び送信装置は、それぞれ各前記プログラマブル計測汎用モジュールのFPGAコンピュータ部には、さらにWebサーバの機能を備えると共に、そのモジュールに付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとLANを経由してインターネット回線に接続するWebブラウザを有するクライアント端末を備え、
各地点に配置された前記送信装置から各地点に配置された前記受信装置への通信周波数及び電圧値(放射電力値)を前記クライアント端末からの指令によりインターネットを介し変更できるようにするため、前記送信装置は、FPGAコンピュータ部のWebサーバ内に通信周波数及び電圧値を記憶させるメモリ部を設け、
そのコンピュータ部は、前記メモリ部にある通信周波数と電圧値を読取り、その通信周波数が動作する前記トランジューサを選択して、読取った電圧値で送信する送信手段と、
クライアント端末からのアクセスに応答して、そのメモリ部の内容の変更を許可し、通信周波数と電圧値を更新させる通信周波数/電圧値更新手段とを少なくとも備え、
前記クラインアント端末は各前記受信装置のWebサーバメモリ部へ蓄積された時刻毎の受信電圧値をインターネットを介して取得し、予め設定している受信電圧値と比較し、位置・天候に関連して伝播状況により受信電圧値が低い場合には他の通信周波数に切替え、最もよい通信周波数で動作させる通信周波数切替手段と、
最良の通信周波数にセットされたときは、さらにその電圧を変化させ、必要最小限の電圧で動作させる電圧調整手段とを少なくとも備えることを特徴とする請求項17記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
In the plurality of receiving devices, the detection module connected to the analog input terminal is a receiving antenna including an ultra-high frequency band, an ultrasonic detector including a microphone, an optical sensor including infrared light,
In the plurality of transmitting devices, the transducer connected to the analog output terminal is a super high frequency band transmitting antenna, a sound wave oscillator including ultrasonic waves, infrared rays, a light emitting device including a laser,
The plurality of receiving devices and transmitting devices are each provided with a Web server function in the FPGA computer unit of each of the programmable measurement general-purpose modules, and are connected to the Internet via a LAN and an Ethernet controller added to or incorporated in the module. A client terminal having a web browser connected to the line,
The communication frequency and the voltage value (radiation power value) from the transmitting device arranged at each point to the receiving device arranged at each point can be changed via the Internet according to a command from the client terminal. The transmitting device is provided with a memory unit for storing a communication frequency and a voltage value in a Web server of the FPGA computer unit,
The computer unit reads a communication frequency and a voltage value in the memory unit, selects the transducer on which the communication frequency operates, and transmits the read voltage value,
At least communication frequency / voltage value updating means for permitting change of the content of the memory unit in response to access from the client terminal and updating the communication frequency and voltage value;
The client terminal obtains, via the Internet, a reception voltage value for each time accumulated in the Web server memory unit of each of the reception devices, compares the reception voltage value with a preset reception voltage value, and relates to the position / weather. Communication frequency switching means for switching to another communication frequency when the received voltage value is low due to propagation conditions, and operating at the best communication frequency,
18. The programmable measurement general-purpose module according to claim 17, further comprising at least voltage adjusting means for changing the voltage when the communication frequency is set to the best and operating at the minimum necessary voltage. Measurement system.
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