JP2008052414A - 無線センサ - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、かつ電力消費の少ない無線センサを提供する。
【解決手段】
計測部１０に計測用ＣＰＵ３を設ける。無線通信部２０に送信用ＣＰＵ４を設ける。計測用ＣＰＵ３は、計測周期毎に起動して計測素子１の出力から計測データを作成し、この作成した計測データに所定値を超える変化が認められた場合、送信用ＣＰＵ４へ起動指令を送るとともに、その作成した計測データを通知する。そして、この計測データの通知後、スリープ状態に移行する。送信用ＣＰＵ４は、計測用ＣＰＵ３からの起動指令を受けて起動し、計測用ＣＰＵ３から通知された計測データを送信データに変換して無線送信させる。そして、この送信データの無線送信後、スリープ状態に移行する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、温度などの物理情報を計測データとして無線送信する無線センサに関するものである。

従来より、空調制御用の室内型温度センサなど、計測データを無線送信する無線センサは、電池で動作することが要求される。その際、例えば空調制御領域では、電池交換の手間を少なくするために、単３電池数本程度の電池容量で３年〜５年程度の電池寿命が要求される。そのため、無線センサに設けられている計測回路、送信回路、ＣＰＵを常時スリープモードにしておき、これらを定周期で起動して計測・送信を行うことで、その要求を満たしている。例えば、特定小電力無線システムの温度センサでは、１分間隔の定周期で計測および送信を行うことで、単３電池２本の電池容量で３年の電池寿命を実現している。

これに対して、空調制御用のダクト挿入型温度センサなどでは、５秒間隔の計測周期が要求される。このような無線センサにおいて、５秒毎にスリープモードから起動して計測および送信を行うようにしたのでは、電池寿命が数ヶ月程度となってしまう。

そこで、特許文献１では、センサと、このセンサの出力から計測データを作成する計測部と、この計測部が作成した計測データを無線送信する無線通信部と、計測部および無線送信部の動作を制御する制御部とを無線センサに設け、制御部からの指令によって計測部において定期的に計測データを作成させ、この計測部において作成された計測データに変化があった場合にのみ、制御部からの指令によって無線通信部を起動して、その計測データを無線送信するようにしている。これにより、無線通信部の起動回数が減るので、消費電力が減り、電池寿命を延ばすことができる。

特開２００４−３５５１６４号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、計測部、無線通信部、制御部にそれぞれ計測用ＣＰＵ、送信用ＣＰＵ、制御用ＣＰＵの３つのＣＰＵを必要とすることから、センサ自体が高価となる。また、制御用ＣＰＵは、計測部もしくは無線通信部の動作が完了するまでは動作するので、特に計測周期が比較的短周期の場合に制御用ＣＰＵの動作する時間も長くなり、電力の消費も多くなる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、安価で、かつ電力消費の少ない無線センサを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、センサと、このセンサの出力から計測データを作成する計測部と、この計測部が作成した計測データを無線送信する無線通信部とを備え、電池によって駆動される無線センサにおいて、計測部に、所定の計測周期毎に起動してセンサの出力から計測データを作成し、この作成した計測データに所定値を超える変化が認められた場合、無線通信部へ起動指令を送った後、スリープ状態に移行する第１ＣＰＵを設け、無線通信部に、第１ＣＰＵからの起動指令を受けて起動し、センサの出力から作成された計測データを送信データに変換して無線送信させた後、スリープ状態に移行する第２ＣＰＵを設けたものである。

この発明において、第１ＣＰＵ（計測部のＣＰＵ）は、所定の計測周期毎に起動してセンサの出力から計測データを作成し、この作成した計測データに所定値を超える変化が認められた場合、第２ＣＰＵ（無線通信部のＣＰＵ）へ起動指令を送る。そして、この起動指令を送った後、スリープ状態に移行する。一方、第２ＣＰＵは、第１ＣＰＵからの計測データの通知を受けて起動し、センサの出力から作成された計測データを送信データに変換して無線送信させる。そして、この送信データの無線送信後、スリープ状態に移行する。

このようにして、本発明では、計測部のＣＰＵ（計測用ＣＰＵ）と無線通信部のＣＰＵ（送信用ＣＰＵ）とが連携して動作し、計測データの作成、計測データの送信データへの変換、送信データの無線送信、スリープ状態への移行などを行う。これにより、制御用ＣＰＵが不要となり、ＣＰＵの個数が減って、安価となる。また、使用するＣＰＵの個数が減った分、電力消費が少なくなる。

本発明において、第１ＣＰＵは、計測データに所定値を超える変化が認められた場合、起動指令を無線通信部へ送るが、この起動指令とともにその時の計測データを無線通信部へ通知するようにし、第２ＣＰＵにおいて、第１ＣＰＵから通知された計測データを送信データに変換して無線送信させるようにしてもよい。
この場合、第１ＣＰＵは計測用とされ、所定の計測周期（秒単位の比較的長い周期）で計測を行えればよく、動作クロックが遅く、動作時間の短い低消費電力のＣＰＵを使用することにより、第１ＣＰＵ側での電力消費を抑えることが可能となる。これに対し、第２ＣＰＵは無線通信用とされ、通信プロトコルに従って送信の実行を行うために、速い動作クロックを必要とし、動作時間が長くなるので、第１ＣＰＵよりも消費電力が大きくなる。しかし、第２ＣＰＵは、第１ＣＰＵから計測データの通知を受け、その計測データを送信データに変換して無線送信する間だけ起動し、それ以外はスリープ状態に移行するので、全体として使用される電力は小さく、第２ＣＰＵ側での電力消費を抑えることが可能となる。

また、本発明において、第２ＣＰＵは、第１ＣＰＵからの起動指令を受けて起動するが、この時、センサの出力から第１ＣＰＵよりも高精度に計測データを作成し、この作成した計測データを送信データに変換して無線送信させるようにしてしてもよい。
この場合、第２ＣＰＵが第１ＣＰＵよりも高精度に計測データを作成するから、第１ＣＰＵが作成する計測データは、送信すべきと判断することができる程度の低い精度でよい。これにより、第１ＣＰＵ側において、高速・低精度のＡ／Ｄ変換器（例えば、フラッシュ型Ａ／Ｄ変換器）を使用するようにして、第１ＣＰＵ側での電力消費を抑えることが可能となる。また、第２ＣＰＵ側では、高精度の計測データを作成するために低速・高精度のＡ／Ｄ変換器（例えば、二重積分型Ａ／Ｄ変換器）を使用することになるが、このＡ／Ｄ変換器を用いての計測データの作成は第１ＣＰＵにおいて作成された計測データに所定値を超える変化が認められた場合のみであるので、全体として使用される電力は小さく、第２ＣＰＵ側での電力消費を抑えることが可能となる。

なお、本発明において、第１ＣＰＵは、所定の計測周期毎に起動してセンサの出力から計測データを作成し、この作成した計測データに所定値を超える変化が認められたか否かの判断を行うが、この判断を行う方法として次の（１），（２）のような方法が考えられる。
(１)今回作成した計測データと前回作成した計測データとを比較し、今回作成した計測データが前回作成した計測データに対して所定の閾値を超えて変化している場合を「計測データに所定値を超える変化が認められた場合」と判断する。
(２)今回作成した計測データと前回起動指令を送った時の計測データとを比較し、今回作成した計測データが前回起動指令を送った時の計測データに対して所定の閾値を超えて変化している場合を「計測データに所定値を超える変化が認められた場合」と判断する。
上記(２)の方法を採用すると、計測値の変化が緩やかで前回の計測データとの比較では閾値以内でも、その傾向が長く続いて前回無線送信した計測データと比べると変化量が顕著であるような場合に、見逃すことなく確実に外部に直近の計測データを無線送信することができるようになる。

本発明によれば、計測部の第１ＣＰＵ（計測用ＣＰＵ）と無線通信部の第２ＣＰＵ（送信用ＣＰＵ）とが連携して動作し、計測データの作成、計測データの送信データへの変換、送信データの無線送信、スリープ状態への移行などを行うので、制御用ＣＰＵを不要として、ＣＰＵの個数を減らし、安価とすることができるようになる。また、第１ＣＰＵや第２ＣＰＵ側で消費される電力を抑え、さらに電力消費を少なくすることができるようになる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１は本発明に係る無線センサの一実施の形態を示すブロック図である。同図において、１は温度などの物理量を電気信号に変換する計測素子（センサ）、２は計測素子１からの出力（アナログ信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、３はＡ／Ｄ変換器２を介する計測センサ１の出力から計測データを作成する計測用ＣＰＵ、４は計測用ＣＰＵ３が作成した計測データを送信元のアドレスなどを加えた送信データに変換する送信用ＣＰＵ、５は送信用ＣＰＵ４からの送信データを無線送信するＲＦ回路であり、これらは図示されていない電池からの電力の供給を受けて動作する。

この無線センサ１００において、計測用ＣＰＵ３に対してはメモリＭ１やタイマＴＭが設けられており、メモリＭ１には本実施の形態特有のプログラムとして送信用ＣＰＵ起動プログラムＰ１が格納されている。また、タイマＴＭは、計測用ＣＰＵ３を定期的に起動するタイマであり、このタイマＴＭの起動周期が計測データの計測周期Ｔとされる。本実施の形態では、計測周期Ｔとして、例えば５〜１０秒程度の周期が定められている。

なお、この実施の形態では、Ａ／Ｄ変換器２と計測用ＣＰＵ３とメモリＭ１とタイマＴＭとによって計測部１０が構成されており、送信用ＣＰＵ４とＲＦ回路５とによって無線通信部２０が構成されている。

以下、図２に示すフローチャートを参照して、送信用ＣＰＵ起動プログラムＰ１に従って計測用ＣＰＵ３が実行する処理動作について説明する。
計測用ＣＰＵ３は、タイマＴＭからの起動指令を受けると（ステップ１０１のＹＥＳ）、それまでのスリープ状態からウェイクアップ状態へ移行する。そして、Ａ／Ｄ変換器２を介して計測素子１の出力（センサ出力）を取り込み、この取り込んだセンサ出力から計測データを作成する（ステップ１０２）。

そして、前回作成した計測データと今回作成した計測データとの差（絶対値）を変化量ΔＤとして求め（ステップ１０３）、この変化量ΔＤが予め定められている所定値ΔＤｔｈを超えていれば（ステップ１０４のＹＥＳ）、送信用ＣＰＵ４へ起動指令を送るとともに今回作成した計測データを通知する（ステップ１０５）。そして、この計測データの通知後、スリープ状態に移行する（ステップ１０６）。変化量ΔＤが所定値ΔＤｔｈ以下であれば（ステップ１０４のＮＯ）、送信用ＣＰＵ４への計測データの通知は行わず、直ちにスリープ状態に移行する（ステップ１０６）。

送信用ＣＰＵ４は、計測用ＣＰＵ３から起動指令を受けると、それまでのスリープ状態からウェイクアップ状態へ移行し、計測用ＣＰＵ３から通知された計測データを送信元のアドレスなどを加えた送信データに変換し、ＲＦ回路５を作動させて無線送信する。そして、この無線送信後、ＲＦ回路５を非作動状態とし、スリープ状態に移行する。これにより、今回作成した計測データに所定値ΔＤｔｈを超える変化が認められた場合にのみ、その計測データが送信されるようになる。

このようにして、本実施の形態では、計測用ＣＰＵ３と送信用ＣＰＵ４とが連携して動作し、計測データの作成、計測データの送信データへの変換、送信データの無線送信、スリープ状態への移行などが行われる。これにより、特許文献１に示されているような制御用ＣＰＵが不要となり、ＣＰＵの個数が減って、安価となる。また、使用するＣＰＵの個数が減った分、電力消費が少なくなる。

また、この実施の形態において、計測用ＣＰＵ３は、５〜１０秒程度の比較的長い計測周期Ｔで計測を行えればよく、動作クロックが遅く、動作時間の短い低消費電力のＣＰＵが使用でき、計測用ＣＰＵ３側での電力消費が抑えられる。これに対し、送信用ＣＰＵ４は、通信プロトコルに従って送信の実行を行うために、速い動作クロックを必要とし、動作時間が長くなるので、計測用ＣＰＵ３よりも消費電力が大きくなる。しかし、送信用ＣＰＵ４は、計測用ＣＰＵ３から計測データの通知を受け、その計測データを送信データに変換して無線送信する間だけ起動し、それ以外はスリープ状態に移行するので、全体として使用される電力は小さく、送信用ＣＰＵ４側での電力消費が抑えられる。

〔実施の形態２〕
実施の形態１において、高精度の計測データを送ろうとすると、計測用ＣＰＵ３において高精度の計測を行わなければならず、計測用ＣＰＵ３での電力消費が大きくなる。そこで、実施の形態２では、計測用ＣＰＵ３側で送信すべきと判断することができる程度の低い精度の計測を行うようにし、計測用ＣＰＵ３側で送信すべきと判断された場合にのみ、送信用ＣＰＵ４側で高精度の計測を行うようにする。

図３に実施の形態２の無線センサのブロック図を示す。この無線センサ２００では、計測用ＣＰＵ３と計測素子１との間に高速・低精度のＡ／Ｄ変換器（例えば、フラッシュ型Ａ／Ｄ変換器）２−１を設け、送信用ＣＰＵ４と計測素子１との間に低速・高精度のＡ／Ｄ変換器（例えば、二重積分型Ａ／Ｄ変換器）２−２を設け、計測用ＣＰＵ３側で低精度の計測を行うようにし、計測用ＣＰＵ３からの起動指令を受けた場合にのみ、送信用ＣＰＵ４側で高精度の計測を行うようにしている。

図４に送信用ＣＰＵ起動プログラムＰ１に従って計測用ＣＰＵ３が実行する処理動作を示す。計測用ＣＰＵ３は、タイマＴＭからの起動指令を受けると（ステップ２０１のＹＥＳ）、それまでのスリープ状態からウェイクアップ状態へ移行する。そして、Ａ／Ｄ変換器２−１を介して計測素子１の出力（センサ出力）を取り込み、この取り込んだセンサ出力から計測データを作成する（ステップ２０２）。この場合、計測用ＣＰＵ３は、Ａ／Ｄ変換器２−１を通して、高速で、低精度の計測データを作成する。

そして、前回作成した計測データと今回作成した計測データとの差（絶対値）を変化量ΔＤとして求め（ステップ２０３）、この変化量ΔＤが予め定められている所定値ΔＤｔｈを超えていれば（ステップ２０４のＹＥＳ）、送信用ＣＰＵ４に起動指令を送る（ステップ２０５）。そして、この起動指令を送った後、スリープ状態に移行する（ステップ２０６）。変化量ΔＤが所定値ΔＤｔｈ以下であれば（ステップ２０４のＮＯ）、送信用ＣＰＵ４へは起動指令を送らず、直ちにスリープ状態に移行する（ステップ２０６）。

送信用ＣＰＵ４は、計測用ＣＰＵ３からの起動指令を受けると、それまでのスリープ状態からウェイクアップ状態へ移行し、Ａ／Ｄ変換器２−２を介して計測素子１の出力（センサ出力）を取り込み、この取り込んだセンサ出力から計測データを作成する。この場合、計測用ＣＰＵ３は、Ａ／Ｄ変換器２−２を通して、低速で、高精度の計測データを作成する。

そして、この作成した高精度の計測データを送信元のアドレスなどを加えた送信データに変換し、ＲＦ回路５を作動させて無線送信する。この無線送信後、送信用ＣＰＵ４は、ＲＦ回路５を非作動状態とし、スリープ状態に移行する。これにより、計測用ＣＰＵ３側で送信すべきと判断された場合にのみ、送信用ＣＰＵ４側で作成された高精度の計測データが送信されるようになる。

このようにして、本実施の形態では、計測用ＣＰＵ３と送信用ＣＰＵ４とが連携して動作し、計測データの作成、計測データの送信データへの変換、送信データの無線送信、スリープ状態への移行などが行われる。これにより、特許文献１に示されているような制御用ＣＰＵが不要となり、ＣＰＵの個数が減って、安価となる。また、使用するＣＰＵの個数が減った分、電力消費が少なくなる。

また、この実施の形態では、送信用ＣＰＵ４が計測用ＣＰＵ３よりも高精度に計測データを作成するから、計測用ＣＰＵ３が作成する計測データは送信すべきと判断することができる程度の低い精度でよく、高速・低精度のＡ／Ｄ変換器２−１の使用により、計測用ＣＰＵ３側での電力消費が抑えられる。また、送信用ＣＰＵ４側では、高精度の計測データを作成するために低速・高精度のＡ／Ｄ変換器２−２を使用しているが、このＡ／Ｄ変換器２−２を用いての計測データの作成は計測用ＣＰＵ３において作成された計測データにΔＤｔｈを超える変化が認められた場合のみであるので、全体として使用される電力は小さく、送信用ＣＰＵ４側での電力消費が抑えられる。

なお、上述した実施の形態１では、ステップ１０３において、前回作成した計測データと今回作成した計測データとの差を変化量ΔＤとして求めるようにしたが、送信用ＣＰＵ４へ前回通知した計測データ（前回起動指令を送った時の計測データ）と今回作成した計測データとの差を変化量ΔＤとして求めるようにしてもよい。
また、上述した実施の形態２では、ステップ２０３において、前回作成した計測データと今回作成した計測データとの差を変化量ΔＤとして求めるようにしたが、送信用ＣＰＵ４へ前回起動指令を送った時の計測データと今回作成した計測データとの差を変化量ΔＤとして求めるようにしてもよい。
このようにすると、計測値の変化が緩やかで前回作成した計測データとの比較では閾値以内でも、その傾向が長く続いて前回無線送信した計測データと比べると変化量が顕著であるような場合に、見逃すことなく確実に外部に直近の計測データを無線送信することができるようになる。

本発明に係る無線センサの一実施の形態（実施の形態１）を示すブロック図である。 この無線センサにおける計測用ＣＰＵが実行する送信用ＣＰＵ起動プログラムに従う処理動作を説明するためのフローチャートである。 本発明に係る無線センサの一実施の形態（実施の形態２）を示すブロック図である。 この無線センサにおける計測用ＣＰＵが実行する送信用ＣＰＵ起動プログラムに従う処理動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１…計測素子、２，２−１，２−２…Ａ／Ｄ変換器、３…計測用ＣＰＵ、４…送信用ＣＰＵ、５…ＲＦ回路、１０…計測部、２０…無線通信部、Ｍ１…メモリ、ＴＭ…タイマ、Ｐ１…送信用ＣＰＵ起動プログラム、Ｔ…計測周期、１００，２００…無線センサ。

Claims (5)

1. センサと、このセンサの出力から計測データを作成する計測部と、この計測部が作成した計測データを無線送信する無線通信部とを備え、電池によって駆動される無線センサにおいて、
   前記計測部は、
   所定の計測周期毎に起動して前記センサの出力から計測データを作成し、この作成した計測データに所定値を超える変化が認められた場合、前記無線通信部へ起動指令を送った後、スリープ状態に移行する第１ＣＰＵを備え、
   前記無線通信部は、
   前記第１ＣＰＵからの起動指令を受けて起動し、前記センサの出力から作成された計測データを送信データに変換して無線送信させた後、スリープ状態に移行する第２ＣＰＵを備える
   ことを特徴とする無線センサ。
2. 請求項１に記載された無線センサにおいて、
   前記第１ＣＰＵは、
   前記計測データに所定値を超える変化が認められた場合、前記起動指令とともにその時の計測データを前記無線通信部へ通知し、
   前記第２ＣＰＵは、
   前記第１ＣＰＵからの起動指令を受けて起動し、前記第１ＣＰＵから通知された計測データを送信データに変換して無線送信させる
   ことを特徴とする無線センサ。
3. 請求項１に記載された無線センサにおいて、
   前記第２ＣＰＵは、
   前記第１ＣＰＵからの起動指令を受けて起動し、前記センサの出力から前記第１ＣＰＵよりも高精度に計測データを作成し、この作成した計測データを送信データに変換して無線送信させる
   ことを特徴とする無線センサ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載された無線センサにおいて、
   前記第１ＣＰＵは、
   今回作成した計測データと前回作成した計測データとを比較し、今回作成した計測データが前回作成した計測データに対して所定の閾値を超えて変化している場合を前記計測データに所定値を超える変化が認められた場合と判断する
   ことを特徴とする無線センサ。
5. 請求項１〜３の何れか１項に記載された無線センサにおいて、
   前記第１ＣＰＵは、
   今回作成した計測データと前記第２ＣＰＵへ前回起動指令を送った時の計測データとを比較し、今回作成した計測データが前回起動指令を送った時の計測データに対して所定の閾値を超えて変化している場合を前記計測データに所定値を超える変化が認められた場合と判断する
   ことを特徴とする無線センサ。

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