JP2006174261A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低周波数のクロックを用いて、無線通信における時間管理を低消費電力で行う。
【解決手段】 無線通信に関する動作が終了したとき、メインクロックを停止して、これよりも周波数の低いサブクロックを発振させ、所定時間Ｔのカウントを開始する。サブクロックによって時間Ｔ１をカウントする。常時発振している基準クロックのタイマ割り込みがあると、サブクロックの発振を停止する。その後、基準クロックによって時間をカウントする。所定時間経過する前に、基準クロックに同期してサブクロックを発振させる。サブクロックによって残り時間Ｔ２をカウントする。所定時間Ｔをカウントすると、サブクロックの発振を停止し、メインクロックを発振させて、次の動作を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、無線通信を間欠的に行う無線通信装置に関し、特に水道、電気、ガス等の使用量データを電話回線等の通信回線を利用して自動的に収集するデータ通信システムにおいて、使用量データを収集するための無線通信装置に関する。

無線によってデータ通信を行う無線通信装置において、無線通信するとき、データの送受信は間欠的に行われ、相手側の無線通信装置と同期を取っている。ここで、無線通信動作中は、周波数の高い高速のメインクロックを用い、無線通信を行っていない待機状態中は、メインクロックより周波数の低い低速のサブクロックを用いている。このように、消費電力少ないサブクロックを用いながら間欠的な無線通信を行うことにより、無線通信装置の消費電力を抑えることができる。

そして、無線通信装置では、無線信号を受信したとき、その信号が受信すべき信号かどうか否かの判定を行う。このとき、サブクロックを停止して、メインクロックを発振させ、無線通信動作を行う。受信すべき信号だと判定されると、メインクロックを発振したまま連続受信に移行して、相手側の無線通信装置と通信を行う。

ところで、連続受信状態のまま、任意の時間管理を行い、次の処理を行うことがある。そのとき、任意の時間が長くなればなるほどメインクロックの発振時間が長くなるため、非常に消費電力が大きくなる。その結果、無線通信装置の電源として、一般的に使用される電池の寿命が短くなるという欠点があった。

無線通信装置の耐用年数はかなり長いものであるので、電池寿命を考慮した低消費電力設計されることが要望されている。例えば、特許文献１には、電池の寿命を延ばす無線通信装置について記載されている。すなわち、サブクロックのみを発振させて、一定時間における無線受信信号のエッジの個数をカウントし、ビット同期信号を粗い精度で判定する。ビット同期信号の可能性がある場合は、メインクロックを発振させて、無線受信信号のエッジ間隔を測定し、高い精度でビット同期信号を判定する。ビット同期信号でない場合は、メインクロックの発振を停止する。これによって、無線信号受信時の低消費電力化を達成している。
特開２０００−１９６５７９号公報

しかしながら、無線信号を受信して、連続受信状態にあるとき、１つの処理が終了した後、次の処理を行うまでの間、しばらく動作しない状態がある。この間の時間管理は、メインクロックを発振したまま、時間をカウントすることによって行われる。動作が行われていないにもかかわらず、メインクロックを用いているので、不要な電力が消費される。

本発明は、上記に鑑み、無線通信における時間管理を低消費電力で行える無線通信装置の提供を目的とする。

本発明は、常時発振する基準クロックと、該基準クロックの周波数よりも高い周波数の第１のクロック（メインクロック）とを有し、間欠的に無線通信するとき、前記第１のクロックに基づいて動作する無線通信装置であって、前記基準クロックの周波数よりも高く、前記第１のクロックの周波数よりも低い周波数の第２のクロック（サブクロック）を生成する生成手段と、前記基準クロックおよび第２のクロックに基づいて所定時間をカウントすることにより無線通信の時間管理を行う制御手段とを備えたものである。

基準クロックおよび第２のクロックは、通常の動作時に用いる第１のクロックよりも周波数が低いので、消費電力が少ない。そこで、無線通信に関する動作の終了後から次の動作までの時間を両クロックを用いてカウントすることにより、第１のクロックを不要に発振させる必要がなくなり、少ない消費電力ですむ。

制御手段は、所定時間の開始時と終了時には第２のクロックに基づいて時間をカウントし、中間期間には基準クロックに基づいて時間をカウントする。これによって、開始時および終了時には高精度に時間をカウントできるので、所定時間を精度よくカウントでき、正確な時間管理を行える。

すなわち、基準クロックおよび第２のクロックに基づいて無線通信における所定時間のカウントを行う制御手段は、無線通信に関する動作が終了すると、前記第１のクロックを停止して、前記第２のクロックに基づいて時間をカウントし、前記基準クロックがオン状態となったとき、前記第２のクロックを停止して、前記基準クロックに基づいて時間をカウントし、所定時間経過する前に前記第２のクロックをオン状態として、時間をカウントする。なお、オン状態とは、タイマ割り込みによってクロック信号が立ち上がった状態を言い、周波数に基づいて所定間隔でオン状態と立ち下がった状態であるオフ状態とを繰り返す。

また、所定時間のカウントの開始が無線通信に関する動作中のとき、第１のクロックの発振を停止できない。そのため、制御手段は、第１のクロックに基づいて時間をカウントして、前記動作が終了すると、前記第１のクロックを停止して、前記第２のクロックに基づいて時間のカウントを行う。以降は、第２のクロックを停止して、前記基準クロックに基づいて時間をカウントし、所定時間経過する前に前記第２のクロックに基づいて時間をカウントする。

制御手段は、所定時間経過する前における基準クロックの最後のオン状態に同期して、第２のクロックをオン状態にする。この所定時間は予めわかっているので、基準クロックによりカウントされる中間期間の時間を所定時間よりも短い時間に設定しておくことにより、基準クロックの最後のオン状態を認識できる。そこで、これを認識したとき、第２のクロックを発振させると、所定時間の終了までの時間をカウントできる。

また、外部からの割り込みがあったとき、制御手段は、時間のカウントを中止する。所定時間のカウントをしている場合であっても、外部入力や異常発生等があって、時間管理が必要でなくなったときには、時間のカウントが中止される。これによって、不要となった動作を停止でき、消費電力を低減できる。

制御手段は、所定時間の長さを判断して、カウントを行うのか否かを決める。時間管理しようとする所定時間が短い場合、時間をカウントするために第２のクロックを発振させるといった動作が必要となり、そのまま第１のクロックによって時間をカウントする場合に比べて効率が悪い。この場合には、第２のクロックや基準クロックによるカウントを行わず、第１のクロックによってカウントを行う。所定時間が長い場合、第１のクロックによって時間をカウントすると、消費電力が増える。この場合には、第２のクロックや基準クロックによるカウントを行い、消費電力の低減を図る。

本発明によると、動作用の第１のクロックよりも周波数の低い第２のクロックおよび基準クロックを用いることにより、低消費電力で所定時間をカウントすることができる。特に、電源として電池を用いる場合には、有効な手段であり、電池の長寿命化を図れる。また、２つのクロックを所定時間内において使い分けることによって、精度よく時間をカウントでき、正確な時間管理を行うことができる。

本実施形態の無線通信装置を図１に示す。無線通信装置は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１１、分周回路１２ａ、１２ｂ、カウントレジスタ１３ａ、１３ｂ、コンペアレジスタ１４、セレクタ１５ａ〜１５ｃ、スタンバイウェイト制御回路１６、プリスケーラ１７、制御部１８、無線通信ユニット１９、アンテナ２０を備えている。

無線通信装置は、例えば自動検針を行うデータ通信システムの通信端末として使用され、ガス、水道等のメータから検針値のデータを収集して、端末網制御装置あるいは端末網制御装置に接続された無線通信装置と無線通信によりデータを送信する。そして、端末網制御装置からセンタ装置にデータが送信される。そして、無線通信装置は、電源として電池を内蔵し、電池から供給される電力によって無線通信装置は駆動される。

制御部は、インターフェース１１を通じて無線通信ユニット１９とデータの送受信を行い、無線通信ユニット１９が他の無線通信装置と間欠的に無線通信を行う。そして、無線通信における動作中、ＬＥＤによる表示を行う。このように無線通信を行うとき、制御部１８は、クロックに基づいて動作する。動作に必要なクロックとして、基準クロック、メインクロック（第１のクロック）、サブクロック（第２のクロック）を有し、これらのクロックに基づいて制御部１８は各回路の制御を行う。

低速な基準クロックの周波数は、高速なメインクロックの周波数よりも低い。基準クロックは、例えばＣＲ発振回路といった発振器からなり、電池から常に電力が供給され、発振し続けている。メインクロックは、例えば水晶発振器からなり、制御部１８によってメインクロックの発振のオンオフを制御される。また、基準クロックは、スタンバイ状態（割り込み要求によりすぐに処理を再開できる最低限の低消費電力状態）を有しており、発振器の発振は継続したまま、動作用のメインクロックは停止となる。

サブクロックは、基準クロックの周波数よりも高く、メインクロックの周波数よりも低い周波数に設定される。サブクロックは、基準クロックに基づいて生成され、基準クロックを一定の整数値で分周することにより、サブクロックの周波数が決まる。そして、サブクロックは、制御部１８によって、発振のオンオフを制御される。なお、サブクロック用に専用の発振器を用いてもよい。

メインクロックのクロック信号は分周回路１２ａを介してカウントレジスタ１３ａに入力され、コンペアレジスタ１４の出力とともに制御部１８に入力される。また、メインクロックのクロック信号は、分周回路１２ｂにも入力され、セレクタ１５ａでサブクロックのクロック信号と選択され、いずれかのクロック信号がセレクタ１５ｃを介して制御部１８に入力される。

そして、制御部１８は、これらのクロックに基づいて無線通信の時間管理を行っている。無線通信動作中には、無線信号の送受信処理、無線通信準備処理等の各種の動作を行うが、これらの動作は連続して行われるとは限らず、所定時間をおいて行われる。また、間欠的な無線通信では、相手側からの受信を待つ待機状態のとき、所定時間ごとに受信を行う。

このとき、制御部１８は、上記の所定時間をカウントするためにクロック信号を計数して、そのカウント数に基づいて時間管理を行う。この所定時間は、基準クロックおよびサブクロックに基づいてカウントされる。ここで、電池寿命は、サブクロックのオン状態の時間に比例するため、サブクロックの発振時間をできるだけ短くなるような設計が必要になる。そのため、所定時間の開始時および終了時にはサブクロックに基づいてカウントし、中間期間には基準クロックに基づいてカウントすることにより、サブクロックのオン状態を短くできる。

そして、制御部１８は、無線通信に関する任意動作が終了したとき、次の動作を行うまでの所定時間に対する時間管理が必要であるか否かを判断する機能を有し、必要な場合に所定時間をカウントする。また、制御部１８は、外部からの割り込みがあったとき、この動作を優先するために所定時間のカウントを中止する。

次に、無線通信における時間管理を行うときの動作を図２、３に基づいて説明する。他の無線通信装置からデータを受信すると、制御部１８はメインクロックに基づいて受信動作を行い、受信状態となる。データを受信した後、次の送受信の準備動作を行う。この準備動作の終了後、所定時間経過したときに次の送受信を開始する。この間も基準クロックは常に発振している。なお、所定時間をＴとする。

上記の準備動作を終了するとき、制御部１８は、次の動作までの所定時間の長さを判断して、時間管理が必要か否かを決定する。この所定時間は動作ごとに予め決められているので、制御部１８は、次の動作までの所定時間を認識している。この所定時間が規定時間より短い場合、時間管理は必要としない。例えば、０．５秒以内などの場合、所定時間をサブクロックでカウントしても、不効率となる。このような場合、通常の処理、すなわちメインクロックを動作させたまま、所定時間をカウントする時間管理を行う。

また、時間管理を行うときに、外部入力があった場合、カウント中止処理を行う。なお、このカウント中止処理は、所定時間のカウントを行っている最中でも、外部入力割り込みが行われると実行される。

所定時間が規定時間よりも長い場合、制御部１８は、時間管理が必要であると決定する。例えば、３０秒や１分間といった規定時間よりも長い間の監視の必要がある場合、時間管理を行う。制御部１８は、所定時間の起点となる送受信準備が終了したとき、メインクロックの発振を停止し、サブクロックの発振を開始して、時間測定を実行する。

サブクロックは、基準クロックを分周した周波数を有している。すなわち、サブクロックの周波数は、基準クロックの周波数の逓倍となる。例えば基準クロックの周期が５００ｍｓである場合、サブクロックを基準クロックの１５分周とすると、５００／１５＝３３．３３・・ｍｓとなる。なお、分周とは、周波数の逓倍のことである。すなわち、分周＝周波数の逓倍である。例えば、２分周とは周波数の２倍を意味する。分周をより大きな整数値で行えば、より分解能の高いカウントが可能になる。

サブクロックが発振を開始すると、周波数に応じた一定のタイミングでタイマ割り込みが発生する。タイマ割り込みにより、サブクロックは、オン状態（ＨＩ状態）になり、一連の処理を行い、その後オフ状態（ＬＯＷ状態）というＨＡＬＴに戻るという処理を繰り返している。このタイマ割り込みをカウントすることにより、時間をカウントできる。

サブクロックの発振中でも基準クロックは発振しており、基準クロックのタイマ割り込みが発生し、基準クロックがオン状態となる。所定時間の起点を過ぎた後、基準クロックの最初のタイマ割り込みが発生すると、これに同期して制御部１８は、サブクロックの発振を停止する。この間のサブクロックのタイマ割り込みのカウント数から時間Ｔ１が算出される。すなわち、所定時間の起点から最初の基準クロックのオン時までの時間がカウントされる。

サブクロックの発振の停止後、基準クロックによって時間管理を行う。基準クロックのタイマ割り込みが発生するたびにカウントしていき、所定時間の終了直前までカウントを続ける。ここで、所定時間に対して基準クロックのカウント数は予め決まっている。すなわち、所定時間と基準クロックの周期よりカウント数が決まる。例えば、基準クロックの周期を５００ｍｓとし、３０秒監視する場合、２９．５秒までの時間をカウントするように、カウント数は５９回に設定される。

この決められたカウント数に達すると、基準クロックに同期して、サブクロックの発振が開始され、サブクロックによって残り時間Ｔ２がカウントされる。すなわち、この残り時間Ｔ２は、所定時間Ｔに対して、サブクロックによって開始時にカウントした時間Ｔ１と、基準クロックによって中間期間にカウントした時間とから算出される。そして、サブクロックのタイマ割り込みをカウントするごとに、１カウント分の時間を残り時間Ｔ２から引いていく。残り時間が０になると、所定時間経過したことになり、サブクロックの発振を停止する。これと同時に、メインクロックが発振を開始して、次の動作が開始される。

このように、次の動作を開始するまでの時間管理をメインクロックよりも消費電力の少ないサブクロックおよび基準クロックに基づいて行うことによって、無線通信の動作中であっても消費電力を低減化できる。また、測定すべき所定時間の開始時および終了時には、基準クロックよりも周波数の高いサブクロックに基づいて時間をカウントするので、高精度に時間をカウントでき、正確な時間管理を行える。

ここで、図５に示すように、測定すべき所定時間の起点が動作中である場合には、図４に示すように時間管理を行う。例えば、無線信号の送受信が終了したときが起点となり、終了後に送受信の準備動作が行われる。準備動作中は、メインクロックが発振したままであるので、これに基づいて時間をカウントする。準備動作が終了すると、メインクロックが停止される。カウントした時間はＴａとなる。

このとき、メインクロックが停止する前に、残り時間（Ｔ−Ｔａ）を算出して、時間管理を行う必要があるか判断する。残り時間が規定時間よりも短い場合、例えば０．５秒以内の場合、残り時間をメインクロックでカウントしても消費電力の点では大差はなく、サブクロックによってカウントすれば、不効率となる。この場合は、メインクロックによって残り時間をカウントする。

残り時間が一定時間よりも長い場合には、サブクロックおよび基準クロックに基づいて残りの時間管理を行う。メインクロックの停止に同期して、サブクロックの発振が開始される。以降は、上記と同様に、サブクロックによって時間Ｔｂをカウントした後、基準クロックによって中間期間の時間をカウントする。その後、サブクロックによって残り時間Ｔｃをカウントする。

このように、無線通信の動作中であっても、次の動作のために時間をカウントしなければならないとき、メインクロックは発振しているので、時間をカウントできる。その後は、消費電力の少ないクロックによって時間をカウントするので、この場合でも、低消費電力で正確な時間管理を行える。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。

本発明の無線通信装置の概略構成を示すブロック図 時間管理のフローチャート 基準クロック、サブクロック、メインクロックのタイムチャート 無線通信の動作中に所定時間の起点がある場合における時間管理のフローチャート 無線通信の動作中に所定時間の起点がある場合における基準クロック、サブクロック、メインクロックのタイムチャート

符号の説明

１１ Ｉ／Ｆ
１２ａ、１２ｂ 分周回路
１３ａ、１３ｂ カウントレジスタ
１４ コンペアレジスタ
１５ａ〜１５ｃ セレクタ
１６ スタンバイウェイト制御回路
１７ プリスケーラ
１８ 制御部
１９ 無線通信ユニット
２０ アンテナ

Claims (7)

1. 常時発振する基準クロックと、該基準クロックの周波数よりも高い周波数の第１のクロックとを有し、間欠的に無線通信するとき、前記第１のクロックに基づいて動作する無線通信装置であって、前記基準クロックの周波数よりも高く、前記第１のクロックの周波数よりも低い周波数の第２のクロックを生成する生成手段と、前記基準クロックおよび第２のクロックに基づいて所定時間をカウントすることにより無線通信の時間管理を行う制御手段とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
2. 制御手段は、所定時間の開始時と終了時には第２のクロックに基づいて時間をカウントし、中間期間には基準クロックに基づいて時間をカウントすることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 常時発振する基準クロックと、該基準クロックの周波数よりも高い周波数の第１のクロックと、前記基準クロックの周波数よりも高く、前記第１のクロックの周波数よりも低い周波数の第２のクロックとを有し、間欠的に無線通信するとき、前記第１のクロックに基づいて動作する無線通信装置であって、前記基準クロックおよび第２のクロックに基づいて無線通信における所定時間のカウントを行う制御手段を備え、該制御手段は、無線通信に関する動作が終了すると、前記第１のクロックを停止して、前記第２のクロックに基づいて時間をカウントし、前記基準クロックがオン状態となったとき、前記第２のクロックを停止して、前記基準クロックに基づいて時間をカウントし、所定時間経過する前に前記第２のクロックをオン状態として、時間をカウントすることを特徴とする無線通信装置。
4. 所定時間のカウントの開始が無線通信に関する動作中のとき、制御手段は、第１のクロックに基づいて時間をカウントして、前記動作が終了すると、前記第１のクロックを停止して、前記第２のクロックに基づいて時間のカウントを行うことを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 制御手段は、所定時間経過する前における基準クロックの最後のオン状態に同期して、第２のクロックをオン状態にすることを特徴とする請求項３または４記載の無線通信装置。
6. 外部からの割り込みがあったとき、制御手段は、時間のカウントを中止することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無線通信装置。
7. 制御手段は、所定時間の長さを判断して、カウントを行うのか否かを決めることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の無線通信装置。

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