JP2005286655A - 無線検針用通信機とこれを使用した無線検針システム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の無線検針システムでは、Wake Up信号に自システムを認識するＩＤ信号が無いので、一度立ち上がり再度、自局でない事を判断し受信回路の切断を行う間欠受信動作時であるために、内蔵する電池容量の大半が、実際の通信動作には何ら寄与しない定常的かつ自律的な間欠受信動作において無駄に消費されることになる問題があった。
【解決手段】 本発明は、間欠受信の休止期間には通信制御用集積回路とマイクロプロセッサを低消費電力モードにしてメモリーの電源を遮断したスリープモードで待機し、自局が呼ばれている場合にはメモリーの電源を断続するスイッチをＯＮにして無線親機との交信を行ようにして無線通信機の動作時間を短縮するようにして電池の消費電力を節約した無線検針システムを実現して問題点を解決したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明はガス、水道、電力等の使用量を示す積算メータの値を、無線通信を利用して検針するようにした無線検針用通信機とこれを使用した無線検針システムに関するものである。
本発明の無線検針用通信機とこれを使用した無線検針システムは、メータに装着される無線通信機の消費電力を少なくして、電池を交換することなく長期間にわたる検針運用を可能にしたものである。

ガス、水道、電力等の使用量を示す各種メータの検針を行う業務においては、無線通信機を利用した無線検針システムが主に、検針員による訪問目視検針が容易でない環境に設置されているメータの検針作業を容易にするために使用されており、一般の検針にも使用が拡大しつつある。
この無線検針システムでは、設置の容易性及び運用コストの低廉性を図るためにメータに装着される無線通信機の電源は内蔵電池のみとし、且つ計量法によるメータの交換サイクルである８年〜１０年間にわたり、電池を交換することなく運用できることがシステムの条件になっている。
このような条件を満たすために、従来各種の消費電力を少なくする無線検針システムが提案されている。無線検針システムでは、メータに装着される無線通信機の消費電力を少なくするために、Wake Up信号により無線通信機を一定の周期で間欠的に立ち上げて、その期間に自局の呼び出しが有るかないかを確認し、自局でない事を判断して受信回路の切断を行う方式であり、自局の呼び出しが無い場合には無駄な立ち上げを行っている。
たとえば、特開平１１−１７７８５６４号公報記載の無線検針システムは、システム固有の周期信号と個別のアドレス信号とを使用し、Wake Up信号により立ち上がった無線子局がシステム固有の周期信号を検出することにより、自システム内の有意通信であるか否かを認識して、自システム内の有意通信で無場合には通信を止めて消費電力を節約している。又、周期信号が自システム内の有意通信である場合には、システム固有の周期信号に後続する個別のアドレス信号を認識して、自局に対する通信要求であるか否かの認識を段階的に行うことにより、回路の動作を必要最小限にして、無線子局の受信待機時の消費電力を低減するようにしたものである。
又、特開２００１−１６０９９０号公報記載の無線検針システムは、システム固有の同期信号と個別のアドレス信号とを使用し、Wake Up信号により立ち上がった無線子局がシステム固有の同期信号を検出することにより、自システム内の有意通信であるか否かを認識して、自システム内の有意通信である場合には、システム固有の同期信号に後続する個別のアドレス信号を認識するようにして、自局に対する通信要求であるか否かの認識を段階的に行うことにより、必要最小限の時間内に回路の動作を限定し、無線子局の受信待機時の消費電力を低減するようにしたものである。

特開平１１−１７７８５６４号公報， 特開２００１−１６０９９０号公報，

従来の無線検針システムでは、Wake Up信号に自システムを認識するＩＤ信号が無いので、Wake
Up信号により立ち上がつた後にシステム固有の周期信号や同期信号をチェックして自局でない事を判断し受信回路の切断を行う方式であるために、無駄な立ち上げが行われている。
別な表現では、Wake Up信号後ＩＤ信号を確認する為、Wake uP信号＋制御信号＋CRCを受信した後でなければ、自局が呼び出されたか否かの確認が出来なかった。
通常、ガス、水道、電力等の検針は、月に一回程度の割合で行われるものであるが、
間欠動作方式の無線検針システムでは、無線回路の動作が休止しているときに定常的に回路素子中を流れる漏れ電流を極力少なくした場合も、数秒〜数十秒間の休止間隔での間欠受信動作時の回路動作に電力が消費されるため、間欠受信動作時の消費電力の累積値が全消費電力の殆どを占めている。結果的には内蔵する電池容量の大半が、実際の通信動作には何ら寄与しない定常的かつ自律的な間欠受信動作において無駄に消費されることになる。
このため、従来の無線検針システムでは結果的には内蔵する電池容量の大半が、実際の通信動作には何ら寄与しない定常的かつ自律的な間欠受信動作において無駄に消費されている。
このような状況にあるため、現在実現されている各無線検針システムでは、高価な大容量の電池を使用することが必要でコストが高いために、検針員による訪問目視検針が容易でない環境に設置されているメータの検針作業に限定的に使用されているのが現在の状況である。

本発明は、間欠受信動作を行う無線検針用通信機の、信制御用集積回路とマイクロプロセッサに低消費電力モードの設定が可能な素子使用するとともにメモリーの電源を断続するスイッチを設け、間欠受信の休止期間には通信制御用集積回路とマイクロプロセッサを低消費電力モードにしてメモリーの電源を遮断したスリープモードで待機させて、間欠受信の動作期間には通信制御用集積回路で決定される受信復調タイミングにより通信制御用集積回路とマイクロプロセッサの低消費電力モードを解除して、無線親機からの信号の受信動作を行って自局が呼ばれているかどうかの確認を行い、
自局が呼ばれている場合にはメモリーの電源を断続するスイッチをＯＮにして無線親機との交信を行い、自局でないと判断した時は直ちにスリープモードにもどるようにした無線検針用通信機と，
この無線検針用通信機を起動させるための、WakeuP信号に、同期信号と無線検針用通信機を識別するＩＤ信号を使用する無線検針システムを実現することにより、自局でない時は、すみやかにスリープモードにもどり、メータに装着される無線通信機の動作時間を短縮するようにして、応答性が良い、起動方法を実現し、無線検針システムの消費電力を大幅に削減することにより従来の問題点を解決したものである。

本発明の無線検針システムは、無線子局の通信機を常時は低消費電力のスリープモードとなる構成にして、通信機を起動させる為の、WakeuP信号に、ID信号を入れる事により、自局が呼ばれているかどうかの確認をWakeuP信号で行えるようにして、自局でないと判断した時は直ちにスリープモードにもどるようにして通信機の動作時間を短縮したために、無線子局の通信機が無駄に立ちあがる事がなく動作を必要最小限の時間内に限定出来るので、受信待機時の無用な消費電力を低減することが可能になったため、その運用コストが大幅に削減できる。
このため、従来適用が困難であったメータに本発明の無線検針システムを使用することにより、検針作業を容易に行うことができるようになり、降雪地帯では冬期間における検針作業そのものができず、月単位の正確なメータ値をとることができなかったなどの、地域的な困窮問題も殆ど解決できるようになる。

以下、本発明の無線検針用通信機とこれを使用した無線検針システムについて説明する。
図１は、本発明の無線検針システムに使用される無線検針用通信機の一実施の全体構成を示す図である。
図１において、１は無線子局の無線検針用通信機、２は無線子局１に接続されるメータである。無線子局１において、１１はアンテナ、１２は無線の送受信を切り替えるスイッチ、１３は通信制御回路、１４はマイクロプロセッサ、１５はメモリー、１６はメモリーへの電力供給を制御するスイッチ、１７は電池、１８はメータとの通信回路で、水道メータ等とのインターフェイス回路が使用されている。
通信制御回路１３はスイッチ１２を介してアンテナ１１に接続されている。マイクロプロセッサ１４は通信制御回路１３、メモリー１５、スイッチ１６及びメータとの通信回路１８の制御を行う。
電池１７の電力は通信制御回路１３、マイクロプロセッサ１４とスイッチ１６を介してメモリー１５に供給されている。
各メータの無線子局１の無線検針用通信機はメータを特定するためのアドレス（ＩＤ）番号が設定されている。

このように構成された無線検針用通信機を使用した本発明の無線検針システムの親局から、特定のアドレス（ＩＤ）番号のメータ２の無線子局１の通信機に、メータ２の積算値の送信を要求するための通信を起動する場合の動作を以下に説明する。
本発明の無線検針システムでは、メータに接続される無線子局１の無線検針用通信機が間欠動作を行いながら親機の送信する識別信号を認識することにより回線確立を行うようにしている。
無線子局１の無線検針用通信機は、高速に立上ることができ、かつ僅かの消費電流で駆動できる、狭帯域技術に基づく小電力無線回路が使用される。
無線検針システムによる検針作業は、例えば訪問検針作業では、検針者が検針を行なうメータの近隣まで近づいて、そのメータのアドレス（ＩＤ）番号を検針者が携帯する携帯端末装置に設定した後、携帯端末装置に搭載されている無線親機より、通信要求を出して指定されたアドレス（ＩＤ）番号のメータに接続される無線子局１の無線検針用通信機を呼び出し、そのメータの積算値を無線で携帯端末装置で読み取ることにより行われる。

図２は、本発明の無線検針システムの通信方式を説明するタイミングチャート図である。
図２において、（ａ）、（ｂ）は無線親局の信号の構成を示し、（ｃ）、（ｄ）は無線子局１の信号の構成を示したものである。
無線子局１の無線検針用通信機の受信動作は、電池17の消耗を低減するために、５秒間隔の間欠方式により立ち上がるように設定され、検針者の携帯する親機からの通信要求信号の確認を行うようにしている。このため、最初に送信を起動する通信相手である親機の送信動作は、自己のクロックタイミングで間欠受信動作を行っている無線子局１の無線検針用通信機の間欠動作周期の５秒を１０％上回る５.５秒間に設定されている。
親機側から無線子局１の無線検針用通信機に対して通信要求を行う際には、図２の（ａ）に示すように、無線子局１の５秒間隔の間欠受信に対応して、信号のキャリアセンス後、子機の間欠受信サイクルの５秒より10％長い５.５秒の間連続的にWakeup 信号を送信する。

このWakeup 信号は、図２の（ｂ）に示すように、同期信号（ビット同期信号+フレーム同期信号）と無線子局１の無線検針用通信機のアドレスを示すＩＤが使用される。無線子局１の無線検針用通信機は、このWakeu信号のＩＤを検出することにより、自局に対する通信要求であるか否かの認識を直接行うようにしている。
１個のWakeup 信号の期間は３２ｍｓに設定されている。したがって、５.５秒の呼び出し期間中には１７２回のWakeup 信号が送信される。
無線子局１の無線検針用通信機は、図２の（ｃ）に示すように、通信制御回路１３から５秒の休止時間をおいた間欠受信期間に出力される受信復調出力信号により８ｍｓの間に受信動作を行なう。
無線子局１の無線検針用通信機は、通常は、通信制御回路１３とマイクロプロセッサ１４を低消費モードで動作させ、かつ、スイッチ１６をOFFにしメモリー１５ヘの電源供給を止めている。
通常、メモリー１５の消費電力は、待機時と読み出し時、書き込み時で大きく違う（一例として、メモリー１５の消費電力は、読み出し時０.３ｍＡ、書き込み時１.５ｍＡ、待機時０.６μＡ）ので、スイッチ１６をOFFにすることにより待機時の消費電力が節約できるので、実際の通信動作には何ら寄与しない定常的かつ自律的な間欠受信動作の諸費電力の節約に大きく貢献している。

無線子局１の無線検針用通信機の通信制御回路１３とマイクロプロセッサ１４は、通常の休止期間中は低消費電力モードに設定されているが、図２の（ｃ）に示すように、５秒毎に８ｍｓの間、低消費電力モードから通常モードになり、Wakeu信号のキャリアセンス、ＩＤの検出を行う。
Wakeu信号のＩＤ検出により自局に対する通信要求で無いことが分かるとその段階で直ちに通信を打ち切るようにしているので、無線検針用通信機の動作は必要最小限の時間内に限定され、受信待機時の無用な消費電力を大幅に低減することが可能になる。
通信制御回路１３は自己のＩＤを確認出来た時には、マイクロプロセッサ１４に低消費電力モードからの解除指令を出す。これにより図２の（ｄ）に示すように、マイクロプロセッサ１４はスイッチ１６をＯＮにしメモリー１５に電源を供給する。
無線子局１の無線検針用通信機は、自己のＩＤを確認後、定時検針情報のみ、メ−タ２より読み始め、次のコマンドを待つ。

本発明においては、無線子局１の無線検針用通信機の消費電力を節約するために、３段階に分けて消費電力の調整を行なっている。
＊ 第一の段階
図２の（ｃ）に示す、Wakeu信号のＩＤ検出を行なわない間欠動作の休止期間の低消費電力モードで、通信制御回路１３、マイクロプロセッサ１４を低消費モードで動作させ、かつ、スイッチ１６をOFFにしメモリー１５ヘの電源供給を止めている。
＊ 第二の段階
間欠動作の動作期間の検出モードで、Wakeu信号のＩＤ検出を行なうために低消費電力モードからの解除指令を出し、Wakeu信号のＩＤ検出を行い、自システム内の有意通信であるか否かの認識を行う。図２の（ｃ）に示す、Wakeu信号のＩＤ検出を行なう８ｍｓの間である。
無線子局１の無線検針用通信機はWakeu信号のＩＤ検出を行っても、自己のＩＤが確認出来ない場合には、自局に対する通信の要求は無いと判断し５秒の休止時間に入るためこれ以後の電力の消費が行われない。

Wakeu信号のＩＤ検出のために使用される電力の消費消費は、従来の無線システムの子局がＩＤの識別動作を行う場合に消費される電力に比べると少ないので、Wakeu信号にＩＤを設けたことにより、個別子局の電力の消費が大幅に節約される。
＊ 第三の段階
Wakeu信号のＩＤを確認出来た時の通常モードで、通信制御回路１３はＩＤ検出の結果、自己のＩＤを確認出来た時に、マイクロプロセッサ１４に低消費電力モードからの解除指令を出しスイッチ１６をONしメモリー１５に電源を供給して所定の手続きの後相互通信動作により親局との信号の送受信を行なう。
親局との通信を完了した後は再度、第一の段階の低消費モードに入る。

尚、無線親局の通信機を、上記の無線子局１と同様の省電力構成とすることが出来る。具体的には、無線親機の通信制御用集積回路とマイクロプロセッサを低消費電力モードにしてメモリーの電源を遮断したスリープモードで待機させておき、無線子局との通信要求時に通信制御用集積回路とマイクロプロセッサの低消費電力モードを解除して、子機呼び出しのビット同期、フレーム同期、メータに装着される無線通信機のＩＤ信号を使用したwakeuP信号を一定期間連続して送信することにより子機との通信を確立し、通信終了後はスリープモードで待機するように構成することにより、ハンディターミナルの消費電力も節約できる。
以上の説明より明らかなように、本発明の無線検針システムは、無線通信機を低消費電力の構成にして、通信機を起動させる為の、WakeuP信号に、ID信号を入れる事により、自局が呼ばれているかどうかの確認をWakeuP信号で行い、自局でないと判断した時は直ちにスリープモードにもどるようにして無線通信機の動作時間を短縮するようにしたために、無線子局の通信機が無駄に立ちあがる事がなく動作を必要最小限の時間内に限定出来るので、受信待機時の無用な消費電力を低減することが可能になったため、その運用コストが大幅に削減できる。

本発明は、使用量を示す各種メータの検針を行う業務の必要な、ガス、水道、電力等の産業で利用可能である。

図１は、本発明の無線検針システムに使用される子機の一実施の全体構成を示す図である。 図２は、本発明の無線検針システムの通信方式を説明するタイミングチャート図である。

符号の説明

１・・・無線子局の無線検針用通信機、
２・・・無線子局１に接続されるメータ、
１１・・・アンテナ、
１２・・・無線の送受信を切り替えるスイッチ、
１３・・・通信制御回路、
１４・・・マイクロプロセッサ、
１５・・・メモリー、
１６・・・メモリーへの電力供給を制御するスイッチ、
１７・・・電池、
１８・・・メータとの通信回路、

Claims (3)

1. 間欠受信動作を行う無線検針用通信機の、信制御用集積回路とマイクロプロセッサに低消費電力モードの設定が可能な素子使用するとともにメモリーの電源を断続するスイッチを設け、
   間欠受信の休止期間には通信制御用集積回路とマイクロプロセッサを低消費電力モードにしてメモリーの電源を遮断したスリープモードで待機するようにし、
   間欠受信の動作期間には通信制御用集積回路より出力される受信復調出力信号により通信制御用集積回路とマイクロプロセッサの低消費電力モードを解除して、ハンディターミナルの親機の信号の受信をして自局が呼ばれているかどうかの確認を行い、
   自局が呼ばれている場合にはメモリーの電源を断続するスイッチをＯＮにしてハンディターミナルの親機との交信を行い、自局でないと判断した時は直ちにスリープモードにもどるようにした無線検針用通信機。
2. 間欠受信動作を行う無線検針用通信機の、信制御用集積回路とマイクロプロセッサに低消費電力モードの設定が可能な素子使用するとともにメモリーの電源を断続するスイッチを設け、
   間欠受信の休止期間には通信制御用集積回路とマイクロプロセッサを低消費電力モードにしてメモリーの電源を遮断したスリープモードで待機するようにし、
   間欠受信の動作期間には通信制御用集積回路より出力される受信復調出力信号により通信制御用集積回路とマイクロプロセッサの低消費電力モードを解除して、無線親機の信号の受信をして自局が呼ばれているかどうかの確認を行い、
   自局が呼ばれている場合にはメモリーの電源を断続するスイッチをＯＮにして無線親機との交信を行い、自局でないと判断した時は直ちにスリープモードにもどるようにした無線検針用通信機。
   該無線検針用通信機を起動させるための、WakeuP信号に、同期信号と無線検針用通信機を識別するＩＤ信号を使用することにより無線通信機の動作時間を短縮するようにした無線検針システム。
3. 常時は無線通信機の通信制御用集積回路とマイクロプロセッサを低消費電力モードにしてメモリーの電源を遮断したスリープモードで待機し、子機との通信要求時に通信制御用集積回路とマイクロプロセッサの低消費電力モードを解除して、子機呼び出しの同期信号とメータに装着される無線通信機のＩＤ信号を使用したwakeuP信号を一定期間連続して送信することにより子機との通信を確立し、通信終了後はスリープモードで待機するようにした無線親機と、
   常時は無線通信機の通信制御用集積回路とマイクロプロセッサを低消費電力モードにしてメモリーの電源を遮断したスリープモードで待機し、一定の周期の休止時間をおいた間欠受信期間に出力される受信復調出力信号により通信制御用集積回路とマイクロプロセッサの低消費電力モードを解除して、同期信号とメータに装着される無線通信機のＩＤ信号を使用したwakeuP信号をチェックする受信動作を行うことにより自局が呼ばれているかどうかの確認を行い、自局が呼ばれている場合にはメモリーの電源を断続するスイッチをＯＮにして無線親機との交信を行い、自局でないと判断した時は直ちにスリープモードにもどるようにしてたメータに装着される無線通信機と、を使用した無線検針システム。
   

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