JP2006343980A - 無線式火災感知システム - Google Patents

Abstract

【課題】
火災感知器の省電力化のため、最適な送信電力で通信することができる送信電界強度の調節方法を提供する。
【解決手段】
火災感知器１の電池１７の電圧が所定の閾値を上回っている状態から下回った時にのみ、親機からの無線信号を受信電界強度測定手段１５で測定し、測定結果から送受信電界強度対応データテーブル１９を参照して親機２へ送信する無線信号の電界強度を決定して送信電界強度調節手段１６で送信信号の電界強度を調節することで火災感知器１の省電力化を図る。
【選択図】 図１

Description

本発明は火災感知器と親機との間で無線通信を行う無線式火災感知システムにおける電池駆動の火災感知器の省電力化に関するものである。

一般的な火災感知システムとして、火災感知器と親機との間で有線の通信を行う火災感知システムが知られているが、有線の場合、電源線や火災感知器と親機を繋ぐ配線等が煩雑となるといった問題があるため、近年では電波を媒体として無線通信を行う無線式火災感知システムが採用されつつある。この種の無線式火災感知システムは、電源線を使用しないために火災感知器の電源として電池が使用され、また火災感知器が正常に動作しているかどうかを確認するために定期的に親機と火災感知器との間で無線通信を行っている。しかし従来の無線式火災感知システムでは、全ての火災感知器が親機と火災感知器との距離に関わらず一定の出力で無線信号を送信しているため、親機との距離が短い場合等において必要以上に大きな送信電界強度で無線信号を送信してしまい、結果必要以上に電池を消耗している。そこで電池の長寿命化のために、特許文献１に開示されているように受信信号強度の大小に比例した直流電圧信号である受信信号強度表示信号（Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ：以下、ＲＳＳＩ信号と呼ぶ）を送信用パワーアンプの出力制御に用いて送信信号の出力を可変とする手法を適用することが考えられる。

特許文献１に示されている手法の一例として、コードレス電話機のＲＳＳＩ信号を用いた送信用パワーアンプの例を図６（ａ）を用いて説明する。図中の送信用パワーアンプは、パワーアンプ用トランジスタによる一般的なエミッタ接地型のパワーアンプであり、送信信号（ＴＸ）をアンテナ（ＡＮＴ）から放射されるレベルまで増幅する。通常のパワーアンプではバイアス設定用の分割抵抗（Ｒ２）はグランドに接続されるが、ここではこれをＲＳＳＩ信号に直接接続する。ＲＳＳＩ信号特性として、ＲＳＳＩ信号の電圧が低い時は親機あるいは基地局が遠くにあると見なし、電圧が高い時は親機あるいは基地局が近くにあると見なすことができる。したがって、親機あるいは基地局が近くてＲＳＳＩ信号電圧が高くなると、バイアス設定用分割抵抗（Ｒ１，Ｒ２）の比で決まるトランジスタ（Ｔ１）のベース電圧が大きくなるため、抵抗（Ｒ３）で決めていたトランジスタ（Ｔ１）のエミッタ電流が小さくなる。トランジスタのエミッタ電流はほぼコレクタ電流Ｉｃに等しく、一般的なトランジスタではコレクタ電流（直流電流）とパワー利得（ＰＧ）の関係は図６（ｂ）に示す通り、コレクタ電流Ｉｃが数十ｍＡ以下の範囲では比例関係にある。したがってエミッタ電流が小さくなると、トランジスタ（Ｔ１）の利得（ＰＧ）も小さくなる。例えば、ａ点で動作していたトランジスタ（Ｔ１）がＲＳＳＩ信号電圧が高くなってｂ点で動作するようになる。ｂ点で動作している時はパワー利得（ＰＧ）が下がっているため交流電圧は小さくなり、直流電流Ｉｃも小さくなっているためトランジスタ（Ｔ１）で消費される直流電流も小さくなり、結果としてパワーアンプ回路全体の消費電力が低減されることとなる。以上のように送信用パワーアンプをＲＳＳＩ信号を用いて出力制御することにより、親機又は基地局との距離に応じて最適な送信電界強度に調節することができる。
特開２０００−２２４１０５号公報

しかしながら上記の従来技術では、送信信号の出力制御にＲＳＳＩ信号を直接利用しているために、受信する度に送信信号の出力制御を行ってしまう欠点があった。例えばコードレス電話といった移動体通信のように端末と親機との距離が毎回変化する場合にはかかる制御が必要となるが、火災感知システムのように火災感知器と親機との距離が固定されている場合には、一度最適な送信信号の出力の調節を行えばそれ以降調節を行う必要が無い。したがって、上記の従来技術のように受信する度に送信信号の出力制御を行うと、その分回路に流れる消費電流を無駄に浪費するという問題があった。

本発明はこの点に鑑みて為されたもので、その目的は火災感知器の省電力化を図った無線式火災感知システムを提供することである。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、一乃至複数の火災感知器と、火災感知器からの火災情報信号を受信する親機とから構成され、火災感知器と親機との間で電波を媒体とした無線通信を行う無線式火災感知システムであって、親機は、火災感知器から送信される無線信号を復調する親機受信手段と、火災感知器へ送信する無線信号を変調する親機送信手段と、親機受信手段及び親機送信手段を制御する親機制御手段とを備え、火災感知器は、親機へ送信する無線信号を変調する感知器送信手段と、親機から送信される無線信号を復調する感知器受信手段と、感知器送信手段及び感知器受信手段を制御する感知器制御手段と、親機から送信される無線信号の電界強度を測定する受信電界強度測定手段と、火災感知器と親機との通信品質が保証される最低送信電界強度の判断基準となる送受信電界強度対応データテーブルと、親機へ送信する無線信号の電界強度を調節する送信電界強度調節手段と、各手段に電源を供給する電池とを備え、感知器制御手段は、電池の電圧を常時監視し、電池電圧が所定の閾値を上回っている状態から下回った時に、親機から送信される無線信号を受信電界強度測定手段によって測定させ、測定結果から送受信電界強度対応データテーブルを参照して親機へ送信する無線信号の電界強度を低い値に変更し、送信電界強度調節手段によって決定した電界強度に調節させている。

請求項１の発明によれば、火災感知器の電源である電池の電圧を常に監視して、電池電圧が所定の閾値を上回っている状態から下回った時に、火災感知器から親機へ送信する無線信号の電界強度を下げる方向に調節するので、受信する度に電界強度を調節する従来技術よりも電池の消耗を抑え、以って火災感知器の省電力化を図ることができる。

以下、本発明の無線式火災感知システムの実施形態を図１〜図５を参照して説明する。本実施形態の無線式火災感知システムは、図２に示すように、一乃至複数の火災感知器１と親機２とから構成されており、火災感知器１が煙等によって火災を感知すると、火災情報信号を親機２へ電波を媒体として無線送信するようになっている。また火災感知器１が正常に動作しているかどうかを確認するために、定期的に火災感知器１と親機２との間で無線通信を行っている。なお複数の火災感知器と親機との間の無線通信を衝突を生じることなくスムーズに行えるようにするため、本実施形態では通信方式として同一の周波数の電波を一定の時間で区切ったタイムスロットを複数の火災感知器に割り当てるＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：時分割多元接続）方式を利用している。

親機２は、図３に示すように、無線信号を送受信する親機用アンテナ２０と、火災感知器１から送信される無線信号を復調する親機受信手段２２と、火災感知器１へ送信する無線信号を変調する親機送信手段２３と、これら親機受信手段２２と親機送信手段２３を親機用アンテナ２０に択一的に接続する親機用アンテナスイッチ２１と、親機受信手段２２及び親機送信手段２３を制御する親機制御手段２４とで構成されている。ここで親機制御手段２４は、火災感知器１に対して予め決められた一定の送信電界強度で無線信号を送信するように親機送信手段２３を制御している。

火災感知器１は、図１に示すように、無線信号を送受信する感知器用アンテナ１０と、親機２から送信される無線信号を復調する感知器受信手段１２と、親機２へ送信する無線信号を変調する感知器送信手段１３と、これら感知器受信手段１２及び感知器送信手段１３を感知器用アンテナ１０に択一的に接続する感知器用アンテナスイッチ１１と、感知器送信手段１３で変調した送信信号を所定のレベルまで増幅させる送信用パワーアンプ１４と、親機２から送信された無線信号の電界強度をＲＳＳＩ信号によって測定する受信電界強度測定手段１５と、送信用パワーアンプ１４のバイアス電流値を変化させて送信信号の送信電界強度を調節する送信電界強度調節手段１６と、火災感知器１の電源となる電池１７と、電池１７の残量を監視しかつ感知器受信手段１２と感知器送信手段１３と受信電界強度測定手段１５と送信電界強度調節手段１６とを制御する感知器制御手段１８と、感知器制御手段１８が決定する送信電界強度の判断基準となる送受信電界強度対応データテーブル１９とで構成されている。

受信電界強度測定手段１５は、受信信号強度の大小に比例した直流電圧信号であるＲＳＳＩ信号を用いることで、親機２から送信される無線信号の電界強度を測定し、測定結果を感知器制御手段１８に送るものである。

送信電界強度調節手段１６は、感知器制御手段１８で決定された送信電界強度値を受け、送信用パワーアンプ１４のバイアス電流値を変化させることで送信する無線信号が決定された電界強度となるように調節するものである。

送受信電界強度対応データテーブル１９は、図５に示すように、親機２から送信される無線信号の受信電界強度に比例したＲＳＳＩ信号のレベルにより火災感知器１がどれくらいまで親機２へ送信する無線信号の送信電界強度を落とすことができるかを示した、受信電界強度と送信電界強度の１対１の対応表である。この送受信電界強度対応データテーブル１９における送信電界強度値は、通信の品質保証をするために、最低限必要な送信電界強度よりも余裕を持たせた値に設定してある。また、通信経路に壁などの障壁がある場所での火災感知器１の設置も考慮して、この送受信電界強度対応データテーブル１９はいくつかの、例えば通信経路において壁が１枚ある場合，又は壁が２枚ある場合等の複数のバージョンを持たせてもよい。

感知器制御手段１８は、感知器受信手段１２と感知器送信手段１３とを制御するもので、さらに受信電界強度測定手段１５並びに送信電界強度調節手段１６の制御と、送受信電界強度対応データテーブル１９の読み込みと、火災感知器１の電池１７の電圧の常時監視とを行うものである。

上記受信電界強度測定手段１５、送信電界強度調節手段１６、感知器制御手段１８は各々マイコンでプログラムを実行することによって実現されるものである。また送受信電界強度対応データテーブルは、マイコンに搭載されたメモリに格納されている。

なお火災感知器１の感知器受信手段１２，感知器送信手段１３，親機２の親機受信手段２２，親機送信手段２３，親機制御手段２４は、従来周知の技術で実現可能であるので詳細な説明は省略する。

以下図４のフローチャートに沿って本実施形態の火災感知システムの動作説明をする。本実施形態の火災感知システムは、火災感知器１と親機２との間で定期的に一定の送信電界強度で無線通信を行っている。火災感知器１の感知器制御手段１８は、電源である電池１７の電圧を常に監視しており（Ｓ１０１）、電池１７の電圧が予め設定された閾値を下回っているかどうかを比較・判断している（Ｓ１０２）。電池１７の電圧が閾値以上である場合、送信電界強度を調節する必要が無いため、感知器制御手段１８は送信電界強度の制御を行わなず、したがって通信開始時からの一定の送信電界強度が維持される（Ｓ１０３）。

電池１７の電圧が閾値以上であった状態から閾値以下になったと判断すると（Ｓ１０４）、感知器制御手段１８は受信電界強度測定手段１５においてＲＳＳＩ信号により測定している受信信号の電界強度（電圧表示）を読み込み（Ｓ１０５）、送受信電界強度対応データテーブル１９を参照して受信電界強度と送信電界強度とを比較し（Ｓ１０６）、新しい送信信号の電界強度値を決定する（Ｓ１０７）。新たな送信電界強度値を決定すると、その旨を送信強度調節手段１６に伝える（Ｓ１０８）。送信電界強度調節手段１６は、感知器制御手段１８からの命令に応じて送信電界強度を下げるために送信用パワーアンプ１４のバイアス電流値を減少させ（Ｓ１０９）、パワー利得を調整することで命令に従った送信電界強度になるように送信信号を出力する（Ｓ１１０）。なお電池１７の電圧が連続して閾値以下の場合は、既に送信電界強度の調節を行っているために現送信電界強度が維持される（Ｓ１１１）。

このように本実施形態では、感知器制御手段１８が火災感知器１の電池１７の電圧を常に監視して、電池１７の電圧が所定閾値を上回っている状態から下回った時に、送受信電界強度データテーブル１９を参照して、親機２から送信された無線信号の電界強度に応じて親機２へ送信する無線信号の電界強度を減少させるので、従来技術のように火災感知器１が親機２からの無線信号を受信する毎に送信電界強度を制御する必要がなく、その分電池１７の消耗を抑えることができ、以って火災感知器１の省電力化を図ることができる。また本実施形態では、感知器制御手段等の各手段をマイコンを利用したソフトウェア処理で制御を行っているので、コンパレータ等のハードウェアのみで処理する場合と比較して省電力化が可能である。

本実施形態における火災感知器の構成を示すブロック図である。 本実施形態における火災感知システムの概略図である。 本実施形態における親機の構成を示すブロック図である。 本実施形態における送信電界強度の調節を示すフローチャートである。 本実施形態における送受信電界強度対応データテーブルの説明図である。 従来例における送信電界強度の調節を行う回路例で、（ａ）は自動利得制御パワーアンプの回路図，（ｂ）はトランジスタのパワー利得とコレクタ電流の相関図である。

符号の説明

１２ 感知器受信手段
１３ 感知器送信手段
１５ 受信電界強度測定手段
１６ 送信電界強度調節手段
１７ 電池
１８ 感知器制御手段
１９ 送受信電界強度対応データテーブル

Claims (1)

1. 一乃至複数の火災感知器と、火災感知器からの火災情報信号を受信する親機とから構成され、火災感知器と親機との間で電波を媒体とした無線通信を行う無線式火災感知システムであって、親機は、火災感知器から送信される無線信号を復調する親機受信手段と、火災感知器へ送信する無線信号を変調する親機送信手段と、親機受信手段及び親機送信手段を制御する親機制御手段とを備え、火災感知器は、親機へ送信する無線信号を変調する感知器送信手段と、親機から送信される無線信号を復調する感知器受信手段と、感知器送信手段及び感知器受信手段を制御する感知器制御手段と、親機から送信される無線信号の電界強度を測定する受信電界強度測定手段と、火災感知器と親機との通信品質が保証される最低送信電界強度の判断基準となる送受信電界強度対応データテーブルと、親機へ送信する無線信号の電界強度を調節する送信電界強度調節手段と、各手段に電源を供給する電池とを備え、感知器制御手段は、電池の電圧を常時監視し、電池電圧が所定の閾値を上回っている状態から下回った時に、親機から送信される無線信号を受信電界強度測定手段によって測定させ、測定結果から送受信電界強度対応データテーブルを参照して親機へ送信する無線信号の電界強度を低い値に変更し、送信電界強度調節手段によって決定した電界強度に調節させることを特徴とする無線式火災感知システム。
   

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