JP2007243933A

JP2007243933A - 無線通信装置

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Publication number: JP2007243933A
Application number: JP2007025843A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sakai; 雅司酒井; Masaki Miyagi; 雅記宮城
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2027-02-05
Also published as: CN101060677B; US7760675B2; JP4800981B2; CN101060677A; US20070200697A1

Abstract

【課題】電池を電源として使用する無線通信装置において、待機電力を少なくして省電力な無線通信装置を提供すること。
【解決手段】時間計測手段２１０と複数の時間信号出力手段２２０〜２２ｎを有し、独立した任意の時間間隔、または独立した任意の経過時間で、複数の回路ブロックを必要最小限の時間だけ、必要最小限の回路ブロックのみ、もしくは必要最小限の電源供給により間欠的に動作させるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池を電源として使用する無線通信システムにおいて、複数の時間信号出力手段によってそれぞれ独立した任意の時間間隔またはそれぞれ独立した任意の経過時間で信号のレベルが変化する手段を持つ間欠動作制御機能を有することによって複数の回路ブロックの動作を時間管理することで低消費電力化を図り、電池寿命を延長させることに関する。

特に携帯型の無線通信システムのように電池を電源として使用する無線通信システムでは、電池の寿命が尽きると通信は不可能となる。そこで、電池を使用している場合でも、長時間にわたって無線通信システムを動作させるため、通信したときのみ無線通信システムを動作させ、それ以外のときには無線通信システムを停止させる間欠動作によって低消費電力化の技術が必要となる（例えば、特開平７−３２２３６４号公報）。

図７は、環境観測機能を備えた無線通信システムである住宅設備機器用リモコン装置の回路ブロックである。１１０は受信回路、１２０は送信回路、１３０は送受信制御手段、１５０は電池、１５１は定電圧回路である。１６０は受信部電源制御回路、１７０は送信部電源制御回路、１８０は操作部、１９０は表示部で構成されている。受信回路１１０は、さらにＶＣＯ回路１１５とＰＬＬ回路１１６から成る第1の回路グループ１１７と、ＲＦ回路１１１、ミキサ回路１１２、ＩＦ回路１１３およびＤＥＴ回路１１４から成る第2の回路グループ１１８で構成されている。

第1の回路グループ１１７は、電源投入してからその機能が有効になるまでにある程度の時間を要し、第２の回路グループ１１８は電源投入してからその機能が短時間で有効となる。つまり、第１の回路グループ１１７と第２の回路グループ１１８は回路機能が有効になるために要する時間でグループ分けされている。それぞれの回路グループは、受信部電源制御回路１６０が電源投入のタイミングを制御することによって信号の待ち受け動作に要する消費電力を低減している。

しかしながら、上記従来の無線通信システムにおいては、送受信回路の動作中において、送受信制御手段１３０をはじめ動作する必要の無い回路についてなんら配慮がなく、効果的に消費電力を低減していないと言う課題があった。
特開平７−３２２３６４号公報

上記従来の無線通信システムでは、複数の回路ブロックで構成されている無線通信システムにおいて、複数の回路ブロック毎の低消費電力化がなされていないという課題がある。

すなわち、ガス、水道、電気等の検針システムを有する無線通信システムや気温、室温、湿度、照度等の自然環境の観測システムを有する無線通信システムであるワイヤレスセンサネットワークシステムでは、無線通信システムにおいて無線電波信号の送受信中は検針システムと観測システム等の回路ブロックは動作する必要ない。また、検針システムと観測システムにおいて、検針中または観測中の場合は無線電波信号の送受信機能を有する回路ブロックは動作する必要はない。

本発明は、上記課題を解決するためになされ、ワイヤレスセンサネットワークシステムの電池寿命を延ばし、電池交換頻度の少ない検針システム、観測システムを有する無線通信システムを提供することを目的としたものである。

本発明は、上記目的を達成するため、複数のセンサ回路によって測定されたデータや装置の制御に必要な情報を送受信する無線通信装置において、前記複数のセンサ回路を有するセンサ回路部と、前記センサ回路部の出力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器と、前記アナログ・デジタル変換器の信号処理を制御するＭＰＵと、前記デジタル信号や装置の制御に必要な情報を送受信する送受信回路と、時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段によって予め任意に設定された時間間隔で、または、前記時間計測手段によって予め任意に設定された経過時間後に、出力信号を出力する複数の時間信号出力手段と、を有し、前記複数の時間信号出力手段の出力信号により、前記センサ回路部、前記アナログ・デジタル変換器、前記ＭＰＵ及び前記送受信回路の間欠動作を制御する間欠動作制御回路と、を備えることを特徴とする無線通信装置を提供する。

本発明は、複数の時間信号出力手段によってそれぞれ独立した任意の時間間隔またはそれぞれ独立した任意の経過時間で信号のレベルが変化する手段を持つ間欠動作制御機能を有することによって複数の回路ブロックの動作を時間管理し、不揮発性メモリ等の半導体記憶装置を用い各種観測データを一括して送信することで送受信回路の駆動回数を削減できるため低消費電力化が実現でき、電池の寿命を延ばすことができる。また、リアルタイムクロック機能を有することで年、月、日、時、分、秒単位での間欠的に動作をすることができる。また、シリアルデータ入出力手段を有することで、複数の回路ブロックの動作の時間管理をいつでも自由に設定することができる。

図１は、本発明の間欠動作制御回路を備えた無線通信装置のブロック図である。

無線通信装置は、ワイヤレスセンサネットワークシステム部３１０と、間欠動作制御回路３６０と、電源制御回路３７０と、電池３８０と、アンテナ３９０とで構成される。ワイヤレスセンサネットワークシステム部３１０は、センサ回路部３２０とアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）３３０と送受信回路３４０とＭＰＵ３５０で構成する。センサ回路部３２０は、気温、室温、湿度、照度など自然環境の観測を行う各種環境観測機能を備えたいくつかのセンサ回路３２１〜３２ｎを有し、センサ回路３２１〜３２ｎは観測結果をアナログ電気信号に変換し出力する機能を有している。

ＡＤＣ３３０は、各種環境観測機能を備えたいくつかのセンサ回路３２１〜３２ｎから出力されるアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換し出力する。複数のセンサ回路３２１〜３２ｎの出力を一つのＡＤＣ３３０でアナログ電気信号からデジタル電気信号に変換を行うため、複数のセンサ回路３２１〜３２ｎの出力信号をワイヤードオア接続しデジタル信号をＭＰＵ３５０に送る機能を有している。

送受信回路３４０は、無線電波信号の送受信を行うためにアンテナ３９０を介し、装置の制御に必要な情報、例えば、遠隔地より各種環境観測機能を備えたいくつかのセンサ回路３２１〜３２ｎを選択するためのコマンドや、観測時間の間隔や経過等の設定情報の受信を行い、センサ回路部３２０によって観測された観測結果（デジタル信号）や観測開始からの時間の経過等を間欠動作制御回路３６０から受け取り遠隔地へ通知するための送信を行う機能を有している。

ＭＰＵ３５０は、送受信回路３４０から送られてくる選択コマンド情報をセンサ回路部３２０へ、観測時間の間隔や経過時間等の設定時間情報を間欠動作制御回路３６０へ、間欠動作制御回路３６０内部のシリアルデータ入出力手段によって伝える。また、ＡＤＣ３３０から送られてくるセンサ回路部３２０の観測結果であるデジタル信号を受け取り、または観測開始からの経過時間等を受け取り、送受信回路３４０へシリアルデータ入出力手段によって伝える。つまり、ＭＰＵ３５０は、ＡＤＣ３３０の信号処理を制御している。

間欠動作制御回路３６０は、ＭＰＵ３５０からシリアルデータ入出力手段によって送られてくる観測時間の時間間隔や経過時間等の設定時間による時間計測機能をもちいて時間計測を行い、複数の時間信号出力手段の出力信号によって、ワイヤレスセンサネットワークシステム部３１０のセンサ回路部３２０、ＡＤＣ３３０、送受信回路３４０、ＭＰＵ３５０の各回路ブロックへオン・オフ信号によって回路動作の開始と停止の制御を間欠的に行い、間欠動作を制御する。また、センサ回路部３２０は気温、室温、湿度、照度などの自然環境の観測を行うため複数のセンサ回路３２１〜３２ｎを有しているため、センサ回路部３２０の各センサ回路３２１〜３２ｎに回路動作の開始と停止の制御を間欠的に行うことも可能である。時間計測機能は、ＭＰＵ３５０からシリアルデータ入出力手段によって送られてくる観測時間の間隔や経過等の設定された時間だけ環境観測するのではなく、例えば、センサ回路部３２０のセンサ回路が気温３０度を観測してから気温が３０度以上続いた時間を計測する機能も有している。

電源制御回路３７０は、間欠動作制御回路３６０から任意に設定された時間に電源のオン・オフ制御信号が送られ、間欠的にワイヤレスセンサネットワークシステム部３１０への電力の供給が行なわれる。気温、室温、湿度、照度など自然環境の観測を行うワイヤレスセンサネットワークシステム部３１０は、常に全ての観測する必要はなく、例えば数十分おき、数時間おき、数ヶ月おきなどのように任意の時間間隔または経過時間において観測すればよい場合が多い。よって、間欠的なワイヤレスセンサネットワークシステム部３１０の電源制御を行えば効果的な低消費電力化を実現する機能を有している。電源制御回路３７０は、電源スイッチまたはボルテージレギュレータで実現する。

電源としての電池３８０は、電池または太陽電池が用いられ電源制御回路３７０と間欠動作制御回路３６０に接続されて電力を供給しているものである。

本発明の第一の実施例の間欠動作制御回路のブロック図を図２に示す。間欠動作制御回路３６０は、時間計測手段２１０と、時間信号出力手段２２０〜２２nとから構成される。時間計測手段２１０は、時間間隔または経過時間が予め任意に設定され、外部からも予め任意に設定される。また、時間計測手段２１０は、計測された時間を外部に出力する。時間信号出力手段２２０〜２２nは、時間計測手段２１０によって予め任意に設定された時間間隔で、または、時間計測手段２１０によって予め任意に設定された経過時間後に、反転信号を出力する。

以上のように、複数の時間信号出力手段によってそれぞれ独立した任意の時間間隔、またはそれぞれ独立した任意の経過時間で信号を出力する間欠動作制御機能を設けることによって、複数の回路ブロックの動作を時間管理できるようにしたために低消費電力化が実現でき、電池の寿命を延ばすことが可能となる。

図３は、本発明の第二の実施例の間欠動作制御回路のブロック図である。間欠動作制御回路３６０は、時間計測手段２１０と、時間信号出力手段２２０〜２２nと、水晶振動子２４０とで構成される。時間計測手段２１０は、リアルタイムクロック機能によって年、月、日、曜、時、分、秒のいずれかの時間単位の時間間隔または経過時間を予め任意に設定が可能である。時間信号出力手段２２０〜２２nは、時間計測手段２１０によって予め任意に設定された時間間隔または経過時間後に反転信号を出力する。

図４および図５は、本発明の第三の実施例の間欠動作制御回路のブロック図である。図２および３の間欠動作制御回路との相違点は、シリアルデータ入出力手段２５０を備えていることである。

シリアルデータ入出力手段２５０を備えたことにより、時間計測手段２１０の時間間隔または経過時間をシリアルデータ入出力手段２５０にデータを送ることで外部から任意に設定が可能である。また、シリアルデータ入出力手段２５０は、時間計測手段２１０によって計測された時間間隔または経過時間を外部に通知する機能を有している。

時間信号出力手段２２０〜２２nは、時間計測手段２１０から任意に設定された時間間隔または経過時間に反転信号を出力する。

以上のように、複数の時間信号出力手段の独立した任意の時間間隔、または経過時間をシリアルデータで外部から制御する機能を設けることによって、より最適な低消費電力化が実現でき、電池の寿命を延ばすことが可能となる。

図６は、本発明の間欠動作制御回路を備えた無線通信装置のブロック図である。図１の無線通信装置のブロック図に、不揮発性メモリ４１０を追加したものである。

不揮発性メモリ４１０は、ＥＥＰＲＯＭ等の電源を切っても記憶内容を保持することができる HYPERLINK "http://e-words.jp/w/E58D8AE5B08EE4BD93.html" 半導体 HYPERLINK "http://e-words.jp/w/E383A1E383A2E383AA.html" 記憶装置で構成され、センサ回路部３２０による各種観測データをデジタル信号に変換し、一時保管する記憶装置である。

不揮発性メモリ４１０を設けることによって、不揮発性メモリ４１０に一時保管した各種観測データを、間欠動作制御回路３６０の時間計測手段と時間信号出力手段によって、予め任意に設定された時間間隔で、予め任意に設定された経過時間後、自由に設定可能なシリアルデータ入出力手段によって設定された時間間隔で、または、自由に設定可能なシリアルデータ入出力手段によって設定された経過時間後、ＭＰＵ３５０は、送受信回路３４０が一時保管されたデジタル信号を一括して送信するよう制御できる。

すなわち、不揮発性メモリ４１０を設けることによって、それぞれ別々のタイミングで測定した各種観測データを、それぞれ別々のタイミングで送信するのではなく、一括送信することによって、より低消費電力化が実現でき、電池の寿命を延ばすことが可能となる。

図８は、本発明の間欠動作制御回路を備えた無線通信装置のブロック図である。図６の無線通信装置のブロック図に、電池残量監視回路５１０を追加したものである。

電池残量監視回路５１０は、システムに電量を供給している電池の残量を監視し、残量が少なくなると、その旨を示す信号を送受信回路３４０にＭＰＵ３５０を介して出力する。送受信回路３４０は、遠隔地に電池交換時期であることを通知する。また、電池残量監視回路５１０は、残量が少なくなると、システムを停止することもできる。

電池残量監視回路５１０を設けることにより、システムの誤動作・誤観測がなくなり、観測データの信頼性が向上する。

本発明の間欠動作制御回路を用いた無線通信装置のブロック図である。本発明の間欠動作制御回路のブロック図である。本発明の第２の実施例の間欠動作制御回路のブロック図である。本発明の第３の実施例の間欠動作制御回路のブロック図である。本発明の第３の実施例の間欠動作制御回路のブロック図である。本発明の間欠動作制御回路を備えた無線通信装置のブロック図である。従来の無線通信システムの無線通信装置のブロック図である。本発明の間欠動作制御回路を備えた無線通信装置のブロック図である。

符号の説明

２１０時間計測手段
２２０〜２２ｎ時間信号出力手段
３６０間欠動作制御回路

Claims

複数のセンサ回路によって測定されたデータや装置の制御に必要な情報を送受信する無線通信装置において、
前記複数のセンサ回路を有するセンサ回路部と、
前記センサ回路部の出力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器と、
前記アナログ・デジタル変換器の信号処理を制御するＭＰＵと、
前記デジタル信号や装置の制御に必要な情報を送受信する送受信回路と、
時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段によって予め任意に設定された時間間隔で、または、前記時間計測手段によって予め任意に設定された経過時間後に、出力信号を出力する複数の時間信号出力手段と、を有し、前記複数の時間信号出力手段の出力信号により、前記センサ回路部、前記アナログ・デジタル変換器、前記ＭＰＵ及び前記送受信回路の間欠動作を制御する間欠動作制御回路と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
前記時間計測手段は、年、月、日、曜、時、分、秒のいずれかの時間単位で時間を計測することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記間欠動作制御回路は、さらにシリアルデータ入出力手段を有し、
前記時間計測手段は、前記シリアルデータ入出力手段により、前記時間間隔または前記経過時間が外部から予め任意に設定され、計測した時間を外部に出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記デジタル信号を一時保管する不揮発性メモリをさらに備え、
前記ＭＰＵは、前記時間間隔で、または、前記経過時間後に、前記送受信回路が一時保管された前記デジタル信号を送信するよう制御する、
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
システムに電力を供給する電源と、
前記間欠動作制御回路に制御されることにより、前記電源の電力を、前記センサ回路部、前記アナログ・デジタル変換器、前記ＭＰＵ及び前記送受信回路に間欠的に供給する電源制御回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
システムに電力を供給する電池の残量を監視し、前記残量が少なくなると、その旨を示す信号を前記送受信回路に出力する電池残量監視回路、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
システムに電力を供給する電池の残量を監視し、前記残量が少なくなると、システムを停止する電池残量監視回路、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。