JP2008092160A - 電圧監視システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池などの電圧の低下を検知して、通常よりも更に少ない消費電力の動作への切替えを行うとともに、電力消費することなく電圧低下を知らせる。
【解決手段】全体の動作を制御するための主制御部１と、電源電圧監視（検知）部２と、監視電圧管理（レベル設定）部３と、ＣＰＵ起動タイミング（ＣＲタイマ）設定部４と、送信回数管理（設定）部５と、受信待ち時間管理（設定）部６と、受信制御部７と、送信制御部８と、送受信信号（変調／復調）制御部９と、受信回路部１０と、送信回路部１１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信システムが備える電源の電圧を監視するための電圧監視システムおよび方法に関する。

従来において、電界を人体などの電界伝達媒体に誘起させて、この誘起した電界を介して様々な情報通信を行う電界通信システムが提案されている。この電界通信システムは送信手段と受信手段あるいはそのいずれか一方を備えた電界通信装置を人間が所持し、他の人間や設備（ＰＣ、駅の改札、自動販売機、ドアや門扉など）に同様の電界通信装置を所持あるいは設置し、目的に応じた情報通信を行っている。この情報通信によりセキュリティ認証や課金、位置などのデータ収集などが可能になっている。

これらの電界通信装置は人間が所持して移動する適用例が多く、そのためこの電界通信装置の動作に必要な電力の供給は電池に頼った電源構成で大部分を占めている。電池を電源に用いた場合は、１次電池や２次電池などの種類にかかわらず、使用開始の電圧値が使用時間の経過に伴い低下するという性質がある。こうした電圧値の低下については、ある程度は見込んだ設計が電界通信装置にて行われているものの、正常動作に必要な所定値を下回る前に使用者などへ電池電圧の低下を知らせ、電池交換や充電を促す必要がある。

電池電圧の低下を知らせるためには、たとえば従来においてはＬＥＤなどの発光素子を電界通信装置に備え、電池電圧が所定値を下回る前に点滅発光などを行い、使用者に注意喚起を行っている。

また、電池を電源とする無線呼出受信機の電池電圧が低下したことを知らせるために、電池電圧を監視して電池電圧の低下を検知し、第１と第２のしきい値との比較結果に応じた対応動作を行う技術も知られている。電池電圧が第１のしきい値以下になったときには一定間隔のサウンダの鳴音と表示が繰り返し実行され、第２のしきい値以下となった場合はサウンダの鳴音と表示を中止して待機モードにする。第２のしきい値での待機モードにより急激な電池の電圧低下を防止している（特許文献１参照）。
特許第３１１８５１４号

しかしながら上述のような従来の電圧を監視するための技術において、たとえば電池の電圧が低下した状態でＬＥＤによる点滅や、あるいはサウンダの鳴音および表示を繰り返す動作を実行すると、この動作の実行に必要な電力も電池から給電されるので、電池電圧の低下を逆に早めてしまっていた。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、電池などの電圧の低下を検知して、通常よりも更に少ない消費電力の動作への切替えを行うとともに、電力消費することなく電圧低下を知らせることにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、電界伝達媒体に電界を誘起して通信を行う電界通信手段の動作に要する電源の電圧を監視するための電圧監視システムにおいて、前記電圧を予め設定された検知電圧と比較して前記電圧が前記検知電圧以下になったことを検知するための電圧低下検知手段と、前記電圧低下検知手段の検知結果に応じて前記通信の間隔を予め設定された倍数に拡大するための通信間隔拡大手段と、を備える。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記検知電圧は複数の電圧値があらかじめ設定されており、前記倍数は前記複数の電圧値のそれぞれに応じた倍数が設定されている。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または２において、前記通信は、前記検知結果が前記検知電圧よりも高い電圧においてはあらかじめ設定された回数の繰返しでもって実行され、前記検知結果が前記検知電圧以下においては前記回数にあらかじめ設定された係数で演算した回数でもって繰返し実行される。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項２または３において、前記通信の繰返し回数に演算される前記係数は複数の係数があらかじめ設定されており、前記複数の電圧値で設定された前記検知電圧のそれぞれに応じた係数が前記複数の係数から選択される。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記通信は、ポーリング通信である。

また、請求項６に記載の本発明は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記通信はデータを含み、前記データを記憶してデータ保護するためのデータ保護手段を備える。

また、請求項７に記載の本発明は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記検知電圧以下の電圧を前記電圧低下検知手段が検知した場合において前記通信を停止するための通信停止手段を備える。

また、請求項８に記載の本発明は、請求項６または７において、前記検知電圧以下の電圧を前記電圧低下検知手段が検知した場合において前記データに電圧低下を示す電圧低下情報が挿入される。

また、請求項９に記載の本発明は、電界伝達媒体に電界を誘起して通信を行う電界通信手段の動作に要する電源の電圧を監視するための電圧監視方法において、電圧低下検知手段において、前記電圧を予め設定された検知電圧と比較して前記電圧が前記検知電圧以下になったことを検知するステップと、通信間隔拡大手段において、前記電圧低下検知手段の検知結果に応じて前記通信の間隔を予め設定された倍数に拡大するステップと、を有する。

本発明によれば、電池などの電圧の低下を検知して、通常よりも更に少ない消費電力の動作への切替えを行うとともに、電力消費することなく電圧低下を知らせることができる。

＜第１の実施の形態＞
図１は、電圧監視システムの実施の形態に係る構成を説明するためのブロック図を示している。この図１には、全体の動作を制御するための主制御部１と、電源電圧監視（検知）部２と、監視電圧管理（レベル設定）部３と、ＣＰＵ起動タイミング（ＣＲタイマ）設定部４と、送信回数管理（設定）部５と、受信待ち時間管理（設定）部６と、受信制御部７と、送信制御部８と、送受信信号（変調／復調）制御部９と、受信回路部１０と、送信回路部１１と、が示されている。

このような構成において、主制御部１はマイクロコンピュータなどの論理演算素子などにより構成されており、入力されたデータに基づいてあらかじめ設定されたコンピュータプログラムによって演算処理を行う。この演算処理により電圧監視システムの動作を制御している。

この主制御部１に入力されるデータは、電源電圧監視部２から入力される電池（電源）電圧の検知値であり、検知の基準電圧は監視電圧管理部３により電圧値のレベル設定が行われている。また、主制御部１にはＣＰＵ起動タイミング設定部４からの起動タイミングデータも入力されており、このタイミングデータに則って電界通信装置により電界通信を行う図示しないＣＰＵの起動タイミングについて制御が実行される。なお、この起動タイミングのための時間データを生成するのはＣＲタイマなどの既存のタイマ回路などを用いることができる。

主制御部１は、たとえばこの電圧監視システムが適用される電界通信システム（電界通信トランシーバ）の送受信に係る動作を電源電圧監視部２からの検知値に基づいて制御する。この制御のために、主制御部１には受信待ち時間管理（設定）部６と、送信回数管理（設定）部５と、が接続されている。この構成により主制御部１は受信制御部７と送信制御部８による送受信回数の動作制御を実行している。

送受信信号制御部９は、送受信のそれぞれにおいて必要な信号の変調や復調についての制御を行っている。受信回路部１０と送信回路部１１は電界通信を行う際の電界電圧媒体に電界を誘起し、あるいは電界を受信するための回路である。

図２は、電圧監視システムの実施の形態に係る動作を説明するためのフロー図を示している。この図２のフロー図において、電池などの電源電圧の監視が開始されると、予め設定された電圧値にまで電圧が低下したか否かが検知される（Ｓ１）。この電圧の検知は電源電圧監視部２によって行われ、検知する電圧値の設定は監視電圧管理部３に予め入力設定された値による。

次に、電圧監視により電圧低下が検知されると、送信回数の設定変更が実行される（Ｓ２）。これは送信回数管理部５へ主制御部１からの制御命令が入力されることにより、たとえばポーリング動作における送信回数の設定変更が実行される。

次に、受信待ち時間設定変更が実行される（Ｓ３）。これは受信待ち時間管理部６へ主制御部１からの制御命令が入力されることにより、受信待ち時間の設定変更が実行される。

次に、ＣＰＵ起動タイミングの設定変更が実行される（Ｓ４）。電界通信装置を用いて通信されるデータを生成し、あるいは受信したデータを処理するための図示しないＣＰＵが起動するタイミングの設定変更を行う。

電圧低下検知の処理ステップＳ１において、電圧低下が検知された（Ｙｅｓ）の場合はステップＳ２〜Ｓ４までの処理を実行して再び電圧低下検知の処理ステップＳ１に戻る。この処理の戻りにおいて依然として電圧低下が連続している場合は、処理ステップＳ２〜Ｓ４の動作を繰り返すことなく、状態を維持する。なお、電圧低下検知がされない（Ｎｏ）の場合は、電圧低下が検知されるまで電圧監視を継続動作する。

図３は、図２に示したフロー図において各処理ステップＳ１〜Ｓ４のそれぞれにおける設定値の一例を表に示したものである。

この図３に示す表において、処理ステップＳ１では監視電圧が通常時はａであり、低下時と判断する電圧はａ未満の電圧となったときである。処理ステップＳ１において電圧低下が検知された場合、処理ステップＳ２では通常時には送信回数がｂであるところをｂ／２に設定する。同様に、電圧低下時の処理ステップＳ３では、通常時はｃである受信待ち時間をｃ／２に設定する。そして、処理ステップＳ４では、通常時はｄであるＣＰＵ起動タイミングをｄ×２に設定する。

このような設定を電圧低下時に行うことにより、電界通信装置を利用している利用者は感知する現象として、電界通信装置の動作が遅くなり、データ通信に要する時間も長くなったと感じる。このような変化を感じ取ることにより利用者は電池の交換や、あるいは再充電などの処置を適切に行うことができる。

また、電圧低下時に電池電圧の低下を利用者に知らせるための動作として、その全ての動作が電力消費をより減少させる内容であるため、新たな電力消費を発生させること無く確実に利用者に電圧低下を知らせることができる。

＜第２の実施の形態＞
図４は、第１の実施の形態についての具体的な例を第２の実施の形態として説明するためのタイミングチャートを示している。

この図４に示すタイミングチャートは（ＴＣ１）のタイミングのうち、（Ｔ１）間隔で生じるポーリングの送信タイミングについて、その送信タイミングにおける（Ｔ２）〜（ＴＣ５）の各タイミングを同一の時間軸上に表したものであり、（ＴＣ１）は送信処理のタイミング、（ＴＣ２）は（ＴＣ１）の送信処理時における送信のタイミング、（ＴＣ３）はＣＲタイマが生成するタイミング、（ＴＣ４）はＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）でありパラレル信号とシリアル信号との相互変換に係るタイミング、（ＴＣ５）はＣＰＵの起動タイミングをそれぞれ示している。この図４においては、その説明のために（Ｔ１）を５００ｍｓとし、（Ｔ２）は１００μｓとした例を示している。なお、図１に示した電圧監視システムにおいて、電池（電源）の電圧低下が検知された場合における利用者への電圧低下を知らせるモードについて以下に説明する。

図１に示した送信回路部１１は、送信モードで起動されると定期的にＩＤの送信のための送信処理を行う。このＩＤの送信は受信側との通信を確立し維持するために必要な相互認識手段である。そのＩＤ送信のための送信処理のタイミングは、（ＴＣ１）に示すタイミングであり（Ｔ１）間隔でＩＤ送信処理を実行することを繰り返している。

また、（ＴＣ２）にて送信処理による送信のタイミングを示しており、送信間隔として（Ｔ２）の時間間隔でもって５回のＩＤ送信を実行している。すなわち、（ＴＣ１）のタイミングで（Ｔ１）の間隔で実行される１回の送信処理において、その送信処理の間に（Ｔ２）の間隔で５フレーム（Frame1〜Frame5）が送信される。

なお、（ＴＣ３）のタイミングでＣＲタイマが（Ｔ１）と（Ｔ２）の基準時間を生成しており、信号変換を行うＵＡＲＴの動作も（ＴＣ４）に示すように間欠的になる。さらに、電界通信システムを介してデータ通信を行うＣＰＵの動作についても、（ＴＣ５）に示すように（Ｔ１）の間隔を調整して空け、フレーム数の調整を行い、（Ｔ１）のタイミングにはＣＰＵをＳＴＯＰすることによりデータの平均送信量を減らしＣＰＵ負荷を軽減している。

次の図５と図６は、図４に示したタイミングチャートによる動作をフロー図に示している。

図５において、電圧低下の検知によりタイマ割込みが開始される（Ｓ１０）。このタイマ割込みによりタイミング（Ｔ１）のカウントが停止する（Ｓ１１）。次に、送信プロトコル処理が実行される（Ｓ１２）。

この送信プロトコル処理は図６に示すフロー図により処理が実行される。ここで、図６に示すように、まずフレーム送信処理が開始される（Ｓ１１０）。次に、ＵＡＲＴ初期化が実行される（Ｓ１１１）。次に、フレーム数（ｉ）をｉ＝０と設定する（Ｓ１１２）。

次に、送信フレーム数がｉ＝５になったか否かが判断される。ｉ＝５となり（Yes）、送信フレームが（ＴＣ２）に示すように５フレーム分で送信完了すると、ＵＡＲＴが停止される（Ｓ１２２）。次に、フレーム送信処理が終了する（Ｓ１２３）。

一方、処理ステップＳ１１３において、ｉ＝５となるまでは処理ステップＳ１１４〜Ｓ１２１までを繰り返し実行する。

まず、フレーム信号がEnable（利用可能）となる（Ｓ１１４）。次に、送信前Wait（待機）を（Ｔ３）時間で実行する（Ｓ１１５）。その後に送信処理が実行され（Ｓ１１６）、送信終了後の送信後Waitを実行して（Ｔ４）時間経過後（Ｓ１１７）にフレーム信号をDisable（利用不可）とする（Ｓ１１８）。

次に、リアクタンス設定を行い（Ｓ１１９）、フレーム間Waitとして（Ｔ２）の時間間隔を設けて次の送信まで待機する。そして、フレーム数ｉの値がインクリメント（増加）され（Ｓ１２１）再び処理ステップ（Ｓ１１３）にてフレーム数の判断が続行される。

なお、フレーム信号に含まれるデータはＩＤに限らず任意のデータを含ませて送信してもよい。この場合、フレーム信号内に電圧低下を識別するための電圧低下用識別ビット（フラグ）を設けておくこともできる。このフラグを図示しない受信装置側が検出することにより、送信側の電池電圧低下が生じていることを把握できる。この把握に基づいて例えば受信側で受信中のデータが途切れた場合に備えたデータ保護を行うことができる。

こうした電圧低下に応じたデータ保護については、フレーム信号中にフラグを設けて受信側でデータ保護を実行させる以外に、たとえば送信側で送信するデータについてもデータ保護を行う。未送信あるいは送信途中のデータについては、意図しない電圧低下や電源の消滅（０ボルト）などに対応するべく、データの記憶に電源を要しない不揮発性のデータ記憶手段を備えてもよい。

さらには、予め設定した電圧にまで低下した場合は、意図的に通信処理の停止を実行してデータ送信を停止し（通信停止手段）、データ送信途中における意図しない送信停止に起因するデータ破損を未然に防止してもよい。

なお、いずれの場合においても、送信するデータについてはメモリなどの記憶手段にデータを一旦記憶させ、この記憶したデータを読み出して送信する構成を備えてもよい。このようなデータバッファを備えることにより、意図せずにデータ送信が途切れても、元のデータは記憶手段に記憶され保護されているので、データの破損を未然に防ぐことができる。

＜第３の実施の形態＞
図７と図８は、第１の実施の形態において図２および図３に示した２段階の制御数値変更の構成と較べて、より多くのｎ（ｎは任意の整数）段階の制御数値変更の一例を第３の実施の形態として説明するためのフロー図と設定値の一例を示している。

まず図７に示すフロー図はすでに示した図２のフロー図と同様の処理を実行する。その処理ステップとしてはＳ２０〜Ｓ２３を有している。この処理ステップのそれぞれにおいて、処理ステップごとに通常時の設定値と、電圧低下が検知された場合の設定値がそれぞれに４段階で設定されている。なお、ここでは説明のために４段階の設定値を示しているが、４段階以外のｎ段階の設定値を必要に応じて設定してもよい。

この図８に示した設定値においては、処理ステップＳ２０の監視電圧の値は通常時がａとして、低下時を低下（１）〜（４）の４段階に分けて設定されている。すなわち、低下（１）では０．９×ａ、低下（２）では０．８５×ａ、低下（３）では０．８２×ａ、低下（４）では０．８×ａである。

同様に、処理ステップＳ２１の送信回数は、低下（１）では０．９×ｂ、低下（２）では０．８×ｂ、低下（３）では０．６×ｂ、低下（４）では０．４×ｂである。

同様に、処理ステップＳ２２の受信待ち時間は、低下（１）では０．９×ｃ、低下（２）では０．８×ｃ、低下（３）では０．６×ｃ、低下（４）では０．４×ｃである。

さらに、処理ステップＳ２３のＣＰＵ起動タイミングは、低下（１）では１．５×ｄ、低下（２）では２．０×ｄ、低下（３）では３．０×ｄ、低下（４）では５．０×ｄである。

なお、監視する低下電圧の値は任意に設定可能であり、例えば図９に示す電池電圧の低下特性を考慮して決定してもよい。電池の電圧低下特性が時間経過と共に図９中のイの実線で示すように漸減する場合は、図８に示すように各電圧低下値において複数の設定値を設定することが有効である。低下した電圧に応じたきめ細かな電力制御と利用者への段階的な電圧低下通知が可能である。なお、図９中の点線ロや一点鎖線ハに示すように、ある経過時間から急激に電圧低下が生じる特性の電池の場合は、図３に示した２段階の設定値が好ましい。

また、本実施の形態に係る電圧監視システムは、特には、人体などの電界伝達媒体を介した電界通信システム（電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いてデータの送信を行う一方で、電界を受信することによってデータの受信を行う通信システム）において用いられる電界通信トランシーバやその送信機および受信機の電源監視に好適である。これらの電界通信トランシーバは電源に主に電池を用いており、この電池の電圧低下を検知してデータ通信のデータを保護することはもちろん、利用者に電圧低下を知らせる場合において有効である。

以上説明した実施の形態によれば、電池などの電圧の低下を検知して、通常よりも更に少ない消費電力の動作への切替えを行うとともに、電力消費することなく電圧低下を知らせることができる。

電圧監視システムの第１の実施の形態に係る構成を説明するためのブロック図を示す。 電圧監視システムの第１の実施の形態に係る動作を説明するためのフロー図を示す。 図２に示したフロー図において各処理ステップＳ１〜Ｓ４のそれぞれにおける設定値の一例を示す。 第１の実施の形態についての具体的な例を第２の実施の形態として説明するためのタイミングチャートを示す。 図４に示したタイミングチャートによる動作をフロー図に示す。 図４に示したタイミングチャートによる動作をフロー図に示す。 ｎ（ｎは任意の整数）段階の制御数値変更の一例を第３の実施の形態として説明するためのフロー図を示す。 ｎ（ｎは任意の整数）段階の制御数値変更の一例を第３の実施の形態として説明するための設定値を示す。 電池電圧の低下特性の一例を示す。

符号の説明

１…主制御部
２…電源電圧監視（検知）部
３…監視電圧管理（レベル設定）部
４…ＣＰＵ起動タイミング（ＣＲタイマ）設定部
５…送信回数管理（設定）部
６…受信待ち時間管理（設定）部
７…受信制御部
８…送信制御部
９…送受信信号（変調／復調）制御部
１０…受信回路部
１１…送信回路部

Claims (9)

1. 電界伝達媒体に電界を誘起して通信を行う電界通信手段の動作に要する電源の電圧を監視するための電圧監視システムにおいて、
   前記電圧を予め設定された検知電圧と比較して前記電圧が前記検知電圧以下になったことを検知するための電圧低下検知手段と、
   前記電圧低下検知手段の検知結果に応じて前記通信の間隔を予め設定された倍数に拡大するための通信間隔拡大手段と、
   を備えたことを特徴とする電圧監視システム。
2. 前記検知電圧は複数の電圧値があらかじめ設定されており、前記倍数は前記複数の電圧値のそれぞれに応じた倍数が設定されていること
   を特徴とする請求項１に記載の電圧監視システム。
3. 前記通信は、前記検知結果が前記検知電圧よりも高い電圧においてはあらかじめ設定された回数の繰返しでもって実行され、前記検知結果が前記検知電圧以下においては前記回数にあらかじめ設定された係数で演算した回数でもって繰返し実行されること
   を特徴とする請求項１または２に記載の電圧監視システム。
4. 前記通信の繰返し回数に演算される前記係数は複数の係数があらかじめ設定されており、前記複数の電圧値で設定された前記検知電圧のそれぞれに応じた係数が前記複数の係数から選択されること
   を特徴とする請求項２または３に記載の電圧監視システム。
5. 前記通信は、ポーリング通信であること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電圧監視システム。
6. 前記通信はデータを含み、
   前記データを記憶してデータ保護するためのデータ保護手段
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電圧監視システム。
7. 前記検知電圧以下の電圧を前記電圧低下検知手段が検知した場合において前記通信を停止するための通信停止手段を備えること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電圧監視システム。
8. 前記検知電圧以下の電圧を前記電圧低下検知手段が検知した場合において前記データに電圧低下を示す電圧低下情報が挿入されること
   を特徴とする請求項６または７に記載の電圧監視システム。
9. 電界伝達媒体に電界を誘起して通信を行う電界通信手段の動作に要する電源の電圧を監視するための電圧監視方法において、
   電圧低下検知手段において、前記電圧を予め設定された検知電圧と比較して前記電圧が前記検知電圧以下になったことを検知するステップと、
   通信間隔拡大手段において、前記電圧低下検知手段の検知結果に応じて前記通信の間隔を予め設定された倍数に拡大するステップと、
   を有することを特徴とする電圧監視方法。

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