JP2011176630A - 無線センサーネットワーク端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリー残量が少なくなった場合には無理な送信動作を行わず、センシング動作のみを継続して、できるだけ長時間に亘ってセンシングデータを記録することができる無線センサーネットワーク端末を提供する。
【解決手段】 ＥＥＰＲＯＭ２９に、無線送信によるバッテリーの一時的な電圧低下量（ΔＶ）及び動作不能となる低電圧しきい値（ＬＶＡ電圧）を記憶しておき、制御部２２が、定期的な送信のタイミングになると、バッテリー残量を検出して、ΔＶを考慮した場合にＬＶＡ電圧以下になる場合には、上位装置にＬＶＡを送信すると共に内部に低電圧フラグを設定し、それ以降のセンシングにおいて、低電圧フラグが設定されていれば、取得したデータが異常を示すものであった場合でも送信を行わず、センサーからデータを取得して時刻を付して記憶する動作をバッテリー電圧が低電圧しきい値になるまで継続する無線センサーネットワーク端末。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線センサーネットワークシステムにおいて用いられる端末に係り、特に、電池の残量が少なくなった場合にも、できるだけ多くのセンシングデータを蓄積可能とする無線センサーネットワーク端末に関する。

［無線センサーネットワーシステムクの概要］
オフィスビル、工場、ホテル、デパート、病院等の施設に、電気、ガス、上下水道等のサービスが提供されており、サービスの運用状況について監視するために、センサーと無線端末とを接続し、無線信号で監視状況のデータを収集する無線センサーネットワークが知られている。

無線センサーネットワークシステムは、電気、ガス等のサービスの運用が正常に為されているかを監視するにとどまらず、火災や外部からの侵入も監視でき、サービスが無駄なく適正に運用されるよう制御することで、地球温暖化抑制のための省エネルギー対策の基盤技術として脚光を浴びてきている。

［無線センサーネットワークシステムの構成例：図１０］
無線センサーネットワークシステムの構成例について図１０を用いて説明する。図１０は、無線センサーネットワークシステムの構成例を示す説明図である。
図１０に示すように、無線センサーネットワークシステムは、中継機１と、アクセスポイント２と、複数の無線センサーネットワーク端末（以下、単に「端末」と称する）３と、複数の各種センサー４と、監視サーバ５とを備えている。

中継機１は、地区毎に設けられ（ここでは地区Ａ）、ＬＡＮ（Local Area Network）によって監視サーバと接続されている。
アクセスポイント２は、地区内のエリア毎に設けられ（ここではエリアＡ，エリアＢ，エリアＣ）、複数の端末３及び中継機１と無線通信を行う。使用される周波数はエリア毎に異なる。
各端末３には各種センサー４が接続され、端末３は、各種センサー４からのデータを取得時刻を付して記憶する（ロギング）と共に、無線によって自己のエリアのアクセスポイント２に送信する。尚、端末３は、データロガーとも呼ばれる。

そして、上記構成の無線センサーネットワークシステムにおいては、端末３は、各種センサー４から入力された監視データに取得時刻を付して（タイムスタンプ）記憶し、センサーからのデータに異常があるかどうかを検出するセンシング動作を行う。そして、通常は記憶したデータを定期的にアクセスポイント２に無線送信し、異常発生時（イベント発生時）には直ちにその旨アクセスポイント２に無線送信する。
アクセスポイント２は、端末３から受信したデータを記憶し、随時又は定期的に中継機１に無線送信する。
中継機１は、無線で受信した各エリアの端末情報（センサー情報）をＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）プロトコルに変換して、ＬＡＮを介して監視サーバ５に送信する。

［端末におけるバッテリー電圧監視］
ところで、従来の端末３においては、バッテリーのしきい値電圧を送信動作が可能な程度に高めに設定しておき、制御部がバッテリーの電圧をチェックし、検出された電圧値が当該しきい値を下回った場合には、ＬＶＡ（Low Voltage Alarm；低電圧アラーム、ローバッテリーアラーム）を送信して、電源を切断するようになっていた。

また、一般に、バッテリー駆動の場合、時間の経過と共に緩やかにバッテリー電圧が低下するが、送信動作を行うと一時的に電圧が大幅に低下し、送信動作が終了すると再び元の電圧程度に回復することが知られている。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２００９−６５３０６号公報「センサノード及びセンサネットワークシステム」（出願人：株式会社日立製作所：特許文献１）、特開２００９−１６９６３１号公報「無線通信端末」（出願人：日本電信電話株式会社：特許文献２）、特開平１０−３３４３７９号公報「無線式の送信装置」（出願人：セコム株式会社：特許文献３）がある。

特許文献１には、無線センサーネットワーク端末において、各種センシングの動作シーケンスと、無線送信シーケンスとを独立して動作することが記載されている。
特許文献２には、無線センサーネットワーク端末において、擬似センシングの動作と通常センシングの動作を切り替えて行い、擬似センシングによりバッテリー残量が少ないことを検出してアラームとして報告することが記載されている。
特許文献３には、無線センサーネットワーク端末において、バッテリエンドアラームを出力するしきい値を設定し、バッテリ残量がしきい値以下となるとアラームとして報告することが記載されている。

特開２００９−６５３０６号公報 特開２００９−１６９６３１号公報 特開平１０−３３４３７９号公報

しかしながら、従来の無線センサーネットワーク端末では、バッテリー残量が少なくなった状態で、送信時の一時的な電圧低下でしきい値に達してしまった場合、その時点で低電圧アラームを送信して電源オフとしてしまうので、実際には送信後に電圧が回復する場合であってもそれ以降のセンシング動作を全く行うことができず、その期間のセンシングデータを記録することができないという問題点があった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、バッテリー残量が少なくなった場合には無理な送信動作を行わず、センシング動作のみを継続して、できるだけ長時間に亘ってセンシングデータを記録することができる無線センサーネットワーク端末を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、無線センサーネットワークシステムのエリア内に設けられたセンサーに接続し、予め設定されたタイミングで前記センサーからデータを取得して時刻を付して記憶しておき、記憶されたデータを上位装置に定期的に無線送信する無線センサーネットワーク端末であって、バッテリーと、制御部と、記憶部とを備え、記憶部が、送信時の一時的なバッテリー電圧の低下量と、低電圧による動作不能状態を判断するための低電圧しきい値とを記憶しており、制御部が、定期的な無線送信のタイミングになると、バッテリーの電圧を検出し、検出された電圧から一時的な電圧の低下量を減算した値が低電圧しきい値以下になる場合には、上位装置に低電圧アラームを送信すると共に、内部に低電圧状態であることを示す情報を設定し、低電圧状態であることを示す情報が設定されていなければ、センサーからデータを取得すると時刻を付して記憶すると共に、取得したデータが異常を示すものであった場合に、上位装置にその旨送信し、低電圧状態であることを示す情報が設定されていれば、取得したデータが異常を示すものであった場合でも送信を行わず、センサーからデータを取得して時刻を付して記憶する動作をバッテリー電圧が低電圧しきい値以下になるまで継続することを特徴としている。

また、本発明は、上記無線センサーネットワーク端末において、制御部が、定期的な無線送信のタイミングになった場合に、低電圧状態であることを示す情報が設定されていれば、送信を行わないことを特徴としている。

また、本発明は、上記無線センサーネットワーク端末において、制御部が、センサーから取得したデータが異常を示すものであり、上位装置にその旨送信した際には、バッテリーの電圧を検出し、検出された電圧から一時的な電圧の低下量を減算した値が低電圧しきい値以下になるかどうかを判断し、低電圧しきい値以下になる場合には、内部に低電圧状態であることを示す情報を設定することを特徴としている。

また、本発明は、上記無線センサーネットワーク端末において、記憶部が、複数種類のバッテリーに対応する送信時の一時的なバッテリー電圧の低下量と、低電圧よる動作不能状態を判断するための低電圧しきい値とを記憶しており、制御部が、選択された一時的な電圧の低下量と、低電圧しきい値に基づいて低電圧アラーム送信の制御を行うことを特徴としている。

また、本発明は、上記無線センサーネットワーク端末の使用電源が、乾電池、リチウム電池、ニッケル水素電池などの交換が可能なバッテリーであることを特徴としている。

また、本発明は、上記無線センサーネットワーク端末において、センサーから取得するデータが、アナログデータ、パルスデータ、異常を示すイベント発生のいずれか又は複数の組み合わせ又は全てであることを特徴としている。

本発明によれば、無線センサーネットワークシステムのエリア内に設けられたセンサーに接続し、予め設定されたタイミングで前記センサーからデータを取得して時刻を付して記憶しておき、記憶されたデータを上位装置に定期的に無線送信する無線センサーネットワーク端末であって、バッテリーと、制御部と、記憶部とを備え、記憶部が、送信時の一時的なバッテリー電圧の低下量と、低電圧による動作不能状態を判断するための低電圧しきい値とを記憶しており、制御部が、定期的な無線送信のタイミングになると、バッテリーの電圧を検出し、検出された電圧から一時的な電圧の低下量を減算した値が低電圧しきい値以下になる場合には、上位装置に低電圧アラームを送信すると共に、内部に低電圧状態であることを示す情報を設定し、低電圧状態であることを示す情報が設定されていなければ、センサーからデータを取得すると時刻を付して記憶すると共に、取得したデータが異常を示すものであった場合に、上位装置にその旨送信し、低電圧状態であることを示す情報が設定されていれば、取得したデータが異常を示すものであった場合でも送信を行わず、センサーからデータを取得して時刻を付して記憶する動作をバッテリー電圧が低電圧しきい値以下になるまで継続する無線センサーネットワーク端末としているので、低電圧状態において、無理な送信動作を行って突然低電圧しきい値以下となって動作不能に陥ることを防ぎ、できるだけ長時間センシング及びロギングを行うようにして、システムの効率及び信頼性を向上させることができる効果があり、また、一旦低電圧状態であることを検出すると、当該情報を保持することにより、それ以降は低電圧状態であるかどうかを検出する処理をしなくて済み、処理を軽減することができる効果がある。

また、本発明によれば、制御部が、定期的な無線送信のタイミングになった場合に、低電圧状態であることを示す情報が設定されていれば、送信を行わない上記無線センサーネットワーク端末としているので、低電圧状態において、無理な送信動作を行って突然低電圧しきい値以下となって動作不能に陥ることを防ぎ、できるだけ長時間センシング及びロギングを行うようにして、システムの効率及び信頼性を向上させることができる効果がある。

また、本発明によれば、制御部が、センサーから取得したデータが異常を示すものであり、上位装置にその旨送信した際には、バッテリーの電圧を検出し、検出された電圧から一時的な電圧の低下量を減算した値が低電圧しきい値以下になるかどうかを判断し、低電圧しきい値以下になる場合には、内部に低電圧状態であることを示す情報を設定する上記無線センサーネットワーク端末としているので、センシングにおいて異常発生を送信した場合にも、低電圧状態になるかどうかを判断して、低電圧状態を早めに判断することができ、できるだけ長時間センシング及びロギングを行って、システムの効率及び信頼性を向上させることができる効果がある。

また、本発明によれば、記憶部が、複数種類のバッテリーに対応する送信時の一時的なバッテリー電圧の低下量と、低電圧による動作不能状態を判断するための低電圧しきい値とを記憶しており、制御部が、選択された一時的な電圧の低下量と、低電圧しきい値に基づいて低電圧アラーム送信の制御を行う上記無線センサーネットワーク端末としているので、装置の運用開始時に実際に装置で用いられているバッテリーに対応する一時的なバッテリー電圧の低下量と低電圧しきい値を選択することにより、バッテリーの特性に応じた低電圧監視の制御を行うことができ、システムの効率及び信頼性を一層向上させることができる効果がある。

本発明の無線センサーネットワーク端末の構成ブロック図である。 アナログ情報の取り込みを示す説明図である。 パルス情報の取り込みを示す説明図である。 バッテリー電圧の変化を示す説明図であり、（ａ）は乾電池の場合、（ｂ）はリチウム電池の場合である。 （ａ）は、送信データフォーマットの概要を示す説明図であり、（ｂ）は、状態表示ビットの情報例を示すものである。 アナログ情報取り込み動作の設定処理を示すフローチャートである。 パルス情報取り込み動作の設定処理を示すフローチャートである。 本端末におけるセンシング処理を示すフローチャートである。 本端末における低電圧監視処理を示すフローチャートである。 無線センサーネットワークシステムの構成例を示す説明図である。

［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワーク端末は、センサーからのデータを受信して記憶し、定期的にデータをアクセスポイントに送信すると共に、異常発生時には直ちにアクセスポイントに送信する第１のセンシング処理と、センサーからのデータを受信して記憶するだけの第２のセンシング処理とを備え、送信動作のタイミングになった場合には、バッテリー電圧をチェックし、バッテリー電圧の一時的な落ち込み（ΔＶ）を考慮するとしきい値を下回る（又はしきい値以下になる）場合には、低電圧アラームを送信して、その後、センシングのタイミングになった場合には第２のセンシング動作を行うものであり、低電圧アラームの送信後も直ちに電源をオフにするのではなく、送信動作を行わずにセンシングデータを記憶し続けることにより長時間に亘ってデータを記録することができ、システムの効率及び信頼性を向上させることができるものである。

また、本発明の実施の形態にかかる無線センサーネットワーク端末は、機器で使用されることが予想される複数種類のバッテリーの特性に合わせたΔＶを記憶しており、装置の運用前に適宜選択可能としており、実際に使用されるバッテリーの特性に応じた電圧監視を行うことができ、システムの効率及び信頼性を向上させることができるものである。

［実施の形態に係る端末の構成：図１］
本発明の無線センサーネットワーク端末の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の無線センサーネットワーク端末の構成ブロック図である。
本発明の無線センサーネットワーク端末（以下「端末」とする）は、図１０に示した無線センサーネットワークシステムにおいて端末３として用いられるものであり、図１に示すように、無線部２１と、制御部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）２２と、ＲＴＣ（Real Time Clock）２３と、電源回路２４と、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ２）２５と、インターフェース２６と、Ａ／Ｄ変換器２７（ＡＤＣ１）と、カウンタ２８と、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）２９と、メモリ３０と、バッテリー３１とを備えている。

各構成部分について説明する。
無線部２１は、無線信号の送受信に伴う変復調や増幅等を行う。
制御部２２は、ＥＥＰＲＯＭ２９に記憶された処理プログラムを起動して、送受信制御等、装置全体の制御を行う。
特に、本端末３の制御部２２は、ＲＴＣ２３からの時刻割込みにより起動し、ＥＥＰＲＯＭ２９内のパラメータに基づいて、センシング、ロギング、無線送信制御を行う。センシング等の簡単な処理及びスリープ時にはＲＴＣ２３から出力される数十kHzの低速クロックを用いて消費電力を抑えるようになっている。
また、本端末３の制御部２２では、バッテリー残量の検出に伴う動作が従来とは一部異なっている。制御部２２の処理については後で詳細に説明する。

ＲＴＣ２３は、現在時刻を管理し、制御部２２の動作クロックを提供する。
電源回路２４は、装置に接続されたバッテリー３１から電力の供給を受け、装置全体に電源を供給する。
Ａ／Ｄ変換器２５は、電源電圧を検出し、制御部２２において電源電圧の低下を監視するために用いられる。

インターフェース２６は、外部に設けられた各種センサー４に接続し、センサーからの監視データを入力する。各種センサー４からの入力としては、アナログ（電圧）入力、パルス入力、イベント入力（立ち上がりエッジ又は立下りエッジ）がある。インターフェース２６は、アナログ入力をＡ／Ｄ変換器２７に出力し、パルス入力をカウンタ２８に出力し、イベント入力を制御部２２に出力する。

Ａ／Ｄ変換器２７は、電圧などのアナログ値をデジタル値に変換して取り込むＡ／Ｄコンバータである。
カウンタ２８は、流量計等のパルスデータをカウントするカウンタである。カウンタ２８には、運用開始前に後述する測定期間が設定され、制御部２２によって定期的に起動されると当該測定期間における入力パルスのカウントを行う。
このように、カウンタを制御部２２内部ではなく独立したデバイスで構成することにより、カウント中であっても制御部２２をスリープ状態にすることができるものである。

ＥＥＰＲＯＭ２９は、制御部２２における処理プログラムや自己の固有番号等を記憶する不揮発性メモリである。
特に、本システムの端末３では、ＥＥＰＲＯＭ２９は、センシングを行うためのパラメータとして、時間情報や異常検出のためのしきい値等を記憶している。

メモリ３０は、センサーから取得したセンシングデータ及びその取得日時（タイムスタンプ）や、アクセスポイント２又は中継機１への送信日時等のログを記憶するリングバッファである。情報量が格納領域を超える場合には、古い番地（アドレス）から順に上書きされる。

［本端末におけるセンシング動作］
本端末の特徴として、制御部２２は、第１のセンシングと第２のセンシングの２通りのセンシング動作を備えている。
第１のセンシングは、バッテリー残量が十分にある場合に行われ、送信動作を伴うものであり、第２のセンシングは、バッテリー残量が少なくなった場合行われ、送信動作を行わないものである。

つまり、第２のセンシングでは、センサーデータの取り込み及びデータの格納は第１のセンシングと同様に行うが、しきい値に基づく異常値検出時及びイベント発生時の送信を行わないものである。
そして、第１のセンシングを行うか第２のセンシングを行うかは、低電圧フラグが設定されているか否かに基づいて制御部２２が判断するものである。低電圧フラグの設定については後で説明する。低電圧フラグは、請求項に記載した「低電圧状態であることを示す情報」に相当している。

［センシング動作の例］
制御部２２におけるセンシング動作について図２，３を用いて説明する。図２は、アナログ情報の取り込みを示す説明図であり、図３は、パルス情報の取り込みを示す説明図である。
［アナログ情報の取り込み：図２］
図２に示すように、制御部（ＣＰＵ）２２はＲＴＣ２３による割込み処理時以外はスリープ状態であり、ＥＥＰＲＯＭ２９に記憶されているパラメータに従って起動してセンサーデータの取得及びメモリ３０への記憶の処理を行う。
具体的には、制御部２２は、ＲＴＣ割込みにより測定基準時刻α点から測定間隔Ａ１ごとに起動し、α点においてＡ／Ｄ変換器２７からの電圧値データを取り込み、格納時刻β点においてメモリ３０にデータを格納する。

また、制御部２２は、センサーデータの平均化を行うことも可能であり、ＥＥＰＲＯＭ２９に設定されたパラメータに従って、β点毎に記憶されたデータを特定回数分で平均化し、タイムスタンプを付加して平均値として記憶する。

更に、ＥＥＰＲＯＭ２９には、センサーデータが正常であるかどうかを検出するための条件（電圧値データ≧しきい値、又は電圧値データ≦しきい値）が記憶されており、制御部２２は、取得した電圧値データが条件を満たさない場合には異常と判断して、タイムスタンプを付して記憶すると共に、第１のセンシングの場合には、直ちに上位のアクセスポイント２に当該異常を報知するために送信を行う。第２のセンシングでは、送信は行わない。

［パルス情報の取り込み：図３］
図３に示すように、制御部２２は、ＲＴＣ２３の割込みにより、ＥＥＰＲＯＭ２９に記憶された測定基準時刻（α点）測定間隔Ａ２ごとに起動して、測定期間Ｂだけカウンタ２８を動作させ、次の起動時のβ点でカウンタ２８からカウント値を取得し、メモリ３０にデータを格納して、カウンタ２８をリセットする。
カウンタ２８には、後述するパルス情報取り込み動作設定処理において、測定期間Ｂの値を設定しておく。これにより、制御部２２は、カウンタ２８を起動した後はスリープ状態に移行することが可能となる。

また、制御部２２は、ＥＥＰＲＯＭ２９に記憶されているパラメータに基づいてカウント値の積算を行うことも可能であり、１回毎にカウンタ２８をリセットしないことによりカウント値を積算していく。そして、β点毎にタイムスタンプを付して積算値を記憶する。この場合、制御部２２は、カウンタ２８が飽和した場合にリセットする。

また、ＥＥＰＲＯＭ２９には、カウント値が正常であるかどうかを検出する条件（カウント値≧しきい値、又はカウント値≦しきい値）が記憶されており、制御部２２は、取得したカウント値が条件を満たさない場合には異常と判断して、タイムスタンプを付して記憶すると共に、第１のセンシングの場合には、直ちにアクセスポイント２に異常を報知する送信を行う。第２のセンシングでは、送信は行わない。

［イベント情報の取り込み］
更に、センサー４において突発的イベント（故障等）が発生した場合、インターフェース２６から立ち上がりエッジ入力又は立ち下がりエッジ入力があると、制御部２２は、イベント発生を認識してメモリ３０に記憶すると共に、タイムスタンプを付加して記憶すると共に、第１のセンシングでは、直ちにアクセスポイント２にデータを送信する。第２のセンシングでは、送信は行わない。
イベント発生を判断する条件（立ち上がりエッジ又は立下りエッジ）は、ＥＥＰＲＯＭ２９に記憶されている。この場合、制御部２２は、後述する送信データフォーマットの状態表示ビットを、予め規定されたデータか若しくはnullとして送信する。
また、第１のセンシングでは、イベント発生時にはＣＰＵ２２は高速クロックで動作開始する。

［バッテリー情報の監視：図４］
次に、バッテリー情報の取り込みについて図４を用いて説明する。図４は、バッテリー電圧の変化を示す説明図であり、（ａ）は乾電池の場合、（ｂ）はリチウム電池の場合を示している。
制御部２２は、センサー情報の取り込み時や無線送信時等の、スリープ状態から起動した時に、随時Ａ／Ｄ変換器２５からのバッテリー電圧値を取得してバッテリー電圧が正常かどうかをチェックする。

ＥＥＰＲＯＭ２９には、バッテリー３１の低電圧による動作不能状態を判定するためのしきい値として、従来と同様にＬＶＡ電圧（低電圧しきい値）を記憶している。
また、本端末の特徴として、ＥＥＰＲＯＭ２９に送信時の一時的な電圧低下量（ΔＶ）を記憶している。

ＬＶＡ電圧及びΔＶは、電池の種類によって異なるため、機器で使用されることが予想される複数種類の電池の特性に合わせて、複数種類のＬＶＡ電圧及びΔＶの組を記憶している。そして、装置の運用開始前に実際に使用されるバッテリーに対応するＬＶＡ電圧及びΔＶを選択して設定するようにしている。

更に、本端末では、制御部２２の内部のワークメモリ等に、バッテリー残量が少ない状態（低電圧状態）であることを示す低電圧フラグを記憶するようになっており、バッテリー残量が少なくなると、制御部２２によって低電圧フラグが設定される。

図４（ａ）に示すように、バッテリーの電圧は時間の経過と共に低下していくが、乾電池の場合、直線近似した場合の傾きが大きく、送信動作時のΔＶが大きい。
また、（ｂ）に示すように、リチウム電池の場合、直線近似した場合の傾きが小さく、送信動作時のΔＶも小さい。

したがって、ΔＶを考慮した場合にＬＶＡ電圧になる点（低電圧状態開始点）（ｔ１）から、実際のバッテリー電圧がＬＶＡ電圧になる点（低電圧アラーム出力点）（ｔ２）までの時間（低電圧状態時間）は、乾電池に比べてリチウム電池は長くなる。リチウム電池の場合、低電圧状態時間は、数時間程度である。

そして、バッテリー残量が少なくなったｔ１からｔ２までの低電圧状態の間は、送信動作を行うには電圧が不十分であり、ここで送信動作を行うと直ちにＬＶＡ電圧となってしまう。しかし、消費電力の小さいセンシングやロギングの動作はまだ十分に行うことができるものである。

本端末では、ｔ１からｔ２までの低電圧状態の間は、送信動作を行わず、バッテリー電圧がＬＶＡ電圧となるまでセンシング及びロギングのみを行って、センシングデータをできるだけ長く取得するものである。
送信を行わなくても、後でメモリ３０の解析を行うことにより、ｔ１からｔ２までの間のセンシングデータを取得することが可能である。

そして、本端末の特徴として、制御部２２は、送信時にバッテリー電圧のチェックを行った際に、現時点のバッテリー電圧値から送信によりΔＶだけ低下するとＬＶＡ電圧に達すると判断した場合には、ＬＶＡ情報を付して送信を行うと共に、内部のワークメモリに低電圧状態であることを示す情報として低電圧フラグを設定して、スリープ状態に移行する。

そして、次にセンシングのタイミングになって起動した場合に、低電圧フラグが設定されていると、制御部２２は、送信動作を行わずにセンシングデータの取得及びロギングのみを行う第２のセンシングの処理を行うものである。つまり、本端末では、センシングの際のデータ異常やイベント発生があっても、低電圧フラグが設定されていれば送信を行わない。
更に、メモリ３０に記憶されたセンシングデータを送信するタイミングになった場合でも、低電圧フラグが設定されていれば送信は行わない。

これにより、本端末では、バッテリーの残量が少なくなった場合に、無理な送信動作を行って突然電源オフになってしまうのを防ぎ、最後までセンシングデータを取得して記録することができるものである。
バッテリー残量監視に伴う制御部２２の処理については後で説明する。

［送信データフォーマット：図５］
次に、端末３からアクセスポイント２への送信フォーマットについて図５を用いて説明する。図５（ａ）は、送信データフォーマットの概要を示す説明図であり、（ｂ）は、状態表示ビットの情報例を示すものである。
図５（ａ）に示すように、送信データは、端末ＩＤと、状態表示ビットと、時刻情報（タイムスタンプ）と、データとから構成されている。
更に、図５（ｂ）に示すように、状態表示ビットは、外部トリガ発生（イベント発生）、内部トリガ発生、ＬＶＡ発生等の状態を示すデータを搭載するものであり、予めシステム内で取り決められている。

そして、定期的な送信のタイミング又はイベント発生時になると、制御部２２が、自己のＩＤ、状態表示ビット、時刻、メモリから読み出したデータを組み合わせて送信データを生成し、無線送信するようになっている。

［アナログ情報取り込み動作の設定：図６］
本端末では、運用前に制御部２２がセンシング動作の設定を行う。
まず、アナログ情報取り込み動作の設定処理について図６を用いて説明する。図６は、アナログ情報取り込み動作の設定処理を示すフローチャートである。
図６に示すように、アナログ情報取り込み動作の設定時には、制御部２２は、ＥＥＰＲＯＭ２９から基準時刻（図２のα点）を読み取って確認し（１００）、測定間隔（図２のＡ１）を確認し（１０２）、確認した値に応じてタイマ及びＲＴＣをセットして（１０４）、処理を終わる。

これにより、制御部２２は、ＲＴＣ割込みにより、時刻αから測定間隔Ａ１でＡ／Ｄ変換器２７からのデータを取り込む処理を定期的に行うことになる。
例えば、基準時刻が１０：３０で、測定間隔が６０秒の場合、制御部２２は、１０：２５から１分間隔で電圧値の取得及びロギングを行う。

［パルス情報取り込み動作の設定：図７］
次に、パルス情報取り込み動作の設定処理について図７を用いて説明する。図７は、パルス情報取り込み動作の設定処理を示すフローチャートである。
図７に示すように、パルス情報取り込み動作の設定時には、制御部２２は、ＥＥＰＲＯＭ２９から基準時刻（図３のα点）を読み取って確認し（２００）、測定間隔（図３のＡ２）を確認し（２０２）、測定期間（図３のＢ）を確認し（２０４）、それらに応じてタイマ及びＲＴＣをセットして（２０６）、処理を終わる。
また、ＥＥＰＲＯＭ２９から積算の有無も読み取って内部に設定する。

これにより、制御部２２は、カウンタ２８に時間Ｂだけカウントするよう設定し、タイマ割込みにより、時刻αから測定間隔Ａ２で、カウンタ２８からのデータを取り込んで記憶して、積算を行わない場合にはカウンタ２８をリセットして、カウンタ２８を起動して、スリープ状態に移行する、という処理を行うことになる。
例えば、基準時刻が１６：４５で、測定間隔が１２０秒、測定期間が２０秒であった場合、制御部２２は、カウンタ２８に、１６：４５から２分間隔で２０秒間のカウントを行わせ、次の起動時にカウント値を読み取って記憶する処理を行う。

［送信動作の設定］
本端末における定期的な送信動作は、センシング動作と同様に、基準時刻及び送信間隔又は送信時刻がＥＥＰＲＯＭ２９に記憶されており、当該時刻情報に従って送信が行われる。送信間隔は、ユーザのニーズに応じて設定することが可能である。送信時には、メモリ３０に記憶されている最新のデータ（タイムスタンプとデータ）を所定数（例えば１０個）送信することが考えられる。

［センシング処理：図８］
次に、本端末におけるセンシング処理について図８を用いて説明する。図８は、本端末におけるセンシング処理を示すフローチャートである。
制御部２２は、タイマ割込み又はイベント発生により処理が開始されると、取得する情報がアナログ情報か、パルス情報か、イベント発生かを判断する（３００）。

アナログ情報の取り込みで起動された場合、制御部２２は、Ａ／Ｄ変換器２７からのデータを読み取り（３１０）、読み取ったデータを電圧値に変換し（３１２）、ＥＥＰＲＯＭ２９に記憶されているしきい値と比較して、当該電圧値が正常範囲であるか否かを判断する（３２４）。

検出された電圧値が正常範囲であれば（Yesの場合）、制御部２２は現在時刻を読み出し（３２６）、ＩＤと、タイムスタンプと、電圧値のデータをメモリ３０に記憶（ロギング）し（３２８）、（Ａ）として図９に示す処理４３２に移行する。

また、処理３２４において、検出された電圧値が正常範囲でなければ（Noの場合）、制御部２２は、現在時刻を読み取り（３３０）、ＩＤと、タイムスタンプと、電圧値のデータと、異常である旨をメモリ３０に記憶（ロギング）する（３３２）。
そして、制御部２２は、低電圧フラグが設定されているかどうかを判断し（３４０）、低電圧フラグが設定されている場合（Yesの場合）には、バッテリー残量が送信動作を行うには少なすぎるということであるから、制御部２２は、送信を行わずに、（Ｃ）として図９の処理終了に移行する。

処理３４０で、低電圧フラグが設定されていない場合（Noの場合）には、まだバッテリー残量が十分あるということであるから、当該異常情報をアクセスポイント２にすぐに送信して（３４２）、（Ｂ）として図９の処理４３２に移行する。

また、処理３００において、パルス情報取り込みにより起動された場合、制御部２２は、カウント値を読み取ってカウンタをリセットし（３２０）、カウンタを起動して（３２２）、処理３２４に移行する。

そして、制御部２２は、アナログ情報の場合と同様に、読み取ったカウント値が正常範囲であれば（Yesの場合）、タイムスタンプを付して（３２６）ロギングし（３２８）、（Ａ）に移行する。異常であれば、ロギングした後（３３０，３３２）、低電圧フラグを確認し（３４０）、低電圧フラグが設定されていない場合（Noの場合）のみ送信を行い（３４２）、（Ｂ）に移行する。低電圧フラグが設定されていれば（Yesの場合）、送信せずに処理を終わる（Ｃ）。

処理３００において、イベント発生により起動されたと判断した場合、制御部２２は、処理３３０に移行して、現在時刻を読み取り（３３０）、ロギングし（３３２）、低電圧フラグを確認し（３４０）、低電圧フラグが設定されていなければ（Noの場合）送信を行って（３４２）（Ｂ）に移行し、低電圧フラグが設定されていれば（Yesの場合）、送信を行わず、（Ｃ）に移行してそのまま処理を終わる。
低電圧フラグが設定されていない場合の処理が第１のセンシングであり、設定されている場合の処理が第２のセンシングである。
このようにして、本端末におけるセンシング処理が行われるものである。

［低電圧監視処理：図９］
次に、本端末における低電圧監視処理について図９を用いて説明する。図９は、本端末における低電圧監視処理を示すフローチャートである。
図９に示すように、制御部２２は、ＲＴＣ割込み（センシング、定時送信）、又はイベント発生によって起動すると、バッテリー電圧値をチェックする（４００）。
そして、制御部２２は、バッテリー電圧値がＬＶＡ電圧以下かどうかを判断し（４０２）、ＬＶＡ電圧以下であれば（Yesの場合）、低電圧フラグをリセットして（４４０）、電源をオフにする（４４２）。

また、処理４０２でバッテリー電圧値がＬＶＡ電圧以下でなければ（Noの場合）、制御部２２は、当該起動が無線動作を行うためなのかセンシングを行うためなのかを判断し（４０４）、無線動作を行うと判断された場合、制御部２２は、低電圧フラグが設定されているかどうかを判断し（４１０）、設定されていれば（Yesの場合）、送信を行わず処理を終わる。

また、処理４１０で低電圧フラグが設定されていない場合（Noの場合）、制御部２２は、処理４００で検出されたバッテリー電圧値（Ｖ）が、ΔＶを考慮した場合にＬＶＡ電圧以下になるかどうかを判断する（４１２）。つまり、制御部２２は、（Ｖ−ΔＶ）≦ＬＶＡ電圧 かどうかを判断する。

ΔＶを考慮してもＬＶＡ電圧以下でない場合には（Noの場合）、バッテリー残量は十分であるから、制御部２２は、通常通りにメモリ３０からデータを読み出して図５に示したフォーマットの送信データを組み立て、データの送信を行う（４１４）。

また、処理４１２で、ΔＶを考慮するとＬＶＡ電圧以下になる場合には（Yesの場合）、制御部２２は、状態表示ビットにＬＶＡ情報を付してデータ送信を行い（４２０）、低電圧フラグを設定する（４２２）。
低電圧フラグを設定することにより、それ以降のセンシングでは、第２のセンシングの処理が行われ、また、定期的な送信のタイミングになっても送信を行わないようになる。

また、処理４０４で、センシングを行うと判断された場合、図８に示したセンシング処理により、センシング、ロギング、異常発生及びイベント発生時の送信を行い（４３０）、図８の（Ａ）（Ｂ）からは処理４３２に移行して、処理４００で検出されたバッテリー電圧値が、ΔＶを考慮した場合にＬＶＡ電圧以下になるかどうかを判断し（４３２）、ΔＶを考慮してもＬＶＡ電圧以下にならない場合には（Noの場合）、そのまま処理を終わる。
また、処理４３２で、ΔＶを考慮するとＬＶＡ電圧以下になる場合には（Yesの場合）、制御部２２は、処理４２０に移行してＬＶＡ情報を付して送信する。

尚、センシング処理４３０において送信動作を行わなかった場合には、電圧低下はわずかであるため、処理４３２を省略して処理を終了するようにしてもよい。
このようにして本端末における低電圧監視処理が行われる。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る無線センサーネットワーク端末によれば、ＥＥＰＲＯＭ２９に、無線送信によるバッテリーの一時的な電圧低下量（ΔＶ）及び低電圧しきい値（ＬＶＡ電圧）を記憶しておき、制御部２２が、定期的な送信のタイミングになると、バッテリー残量を検出して、ΔＶを考慮した場合にＬＶＡ電圧以下になる場合には、上位装置にＬＶＡ情報を送信すると共に内部に低電圧フラグを設定し、センシングによって異常発生やイベント発生が検出された場合、低電圧フラグが設定されていなければ、当該異常発生やイベント発生をタイムスタンプを付して記憶して、直ちに上位装置に送信し、低電圧フラグが設定されていれば、当該異常発生やイベント発生をタイムスタンプを付して記憶し、送信を行わない無線センサーネットワーク端末としているので、バッテリー残量が少なくなった場合に、無理な送信動作で突然電源オフとなってしまってそれ以降のセンシングができなくなるのを防ぎ、センシング及びロギングの動作をバッテリー電圧がＬＶＡ電圧となるまで継続して行うことができ、後でメモリ３０を解析することによりセンシングデータを取得でき、システムの効率及び信頼性を向上させることができる効果がある。

また、本無線センサーネットワーク端末によれば、様々な種類の電池に対応するΔＶ及びＬＶＡ電圧を予め記憶しておき、実際に使用される電池に応じてΔＶ及びＬＶＡ電圧を選択して設定するようにしているので、種々の電池の特性に合わせた低電圧監視の制御を行うことができる効果がある。

更に、本無線センサーネットワーク端末によれば、低電圧状態であることを一度検出すると、その情報を低電圧フラグとして保持しておき、それ以降は低電圧フラグの設定の有無のみを判断すればよく、ΔＶを考慮した場合にＬＶＡ電圧以下になるかどうかを判断する処理を不要とし、制御部２２の負荷を低減することができる効果がある。

尚、別の処理として、低電圧フラグを用いずに行う別の処理も考えられる。
別の処理では、制御部２２は、定期的な送信動作のタイミングになると、ΔＶを考慮した場合にＬＶＡ電圧以下になるかどうかを判断し、ＬＶＡ電圧以下になる場合には送信を行わず、ＬＶＡ電圧以下にならない場合には送信を行う。それと共に、センシングのタイミングになると、データを取得してロギングし、データが正常範囲外であった場合又はイベント発生であった場合には、ΔＶを考慮した場合にＬＶＡ電圧以下になるかどうかを判断し、ＬＶＡ電圧以下になる場合には送信を行わず、ＬＶＡ電圧以下にならない場合には送信を行う。
このように、送信の必要がある度に、毎回ΔＶを考慮した場合にＬＶＡ電圧以下になるかどうかを判断する処理とすることも可能である。

本発明は、電池の残量が少なくなった場合にも、できるだけ多くのセンシングデータを蓄積可能とする無線センサーネットワーク端末に適している。

１…中継機、 ２…アクセスポイント、 ３…端末、 ４…各種センサー、 ５…監視サーバ、 ２１…無線部、 ２２…制御部（ＣＰＵ）、 ２３…ＲＴＣ、 ２４…電源回路、 ２５…Ａ／Ｄ変換器、 ２６…インターフェース、 ２７…Ａ／Ｄ変換器、 ２８…カウンタ、 ２９…ＥＥＰＲＯＭ、 ３０…メモリ、 ３１…バッテリー

Claims (6)

1. 無線センサーネットワークシステムのエリア内に設けられたセンサーに接続し、予め設定されたタイミングで前記センサーからデータを取得して時刻を付して記憶しておき、前記記憶されたデータを上位装置に定期的に無線送信する無線センサーネットワーク端末であって、
   バッテリーと、制御部と、記憶部とを備え、
   前記記憶部が、送信時の一時的なバッテリー電圧の低下量と、低電圧による動作不能状態を判断するための低電圧しきい値とを記憶しており、
   前記制御部が、前記定期的な無線送信のタイミングになると、前記バッテリーの電圧を検出し、前記検出された電圧から前記一時的な電圧の低下量を減算した値が前記低電圧しきい値以下になる場合には、前記上位装置に低電圧アラームを送信すると共に、内部に低電圧状態であることを示す情報を設定し、
   前記低電圧状態であることを示す情報が設定されていなければ、前記センサーからデータを取得すると時刻を付して記憶すると共に、取得したデータが異常を示すものであった場合に、前記上位装置にその旨送信し、前記低電圧状態であることを示す情報が設定されていれば、取得したデータが異常を示すものであった場合でも送信を行わず、前記センサーからデータを取得して時刻を付して記憶する動作を前記バッテリー電圧が前記低電圧しきい値以下になるまで継続することを特徴とする無線センサーネットワーク端末。
2. 制御部が、定期的な無線送信のタイミングになった場合に、低電圧状態であることを示す情報が設定されていれば、送信を行わないことを特徴とする請求項１記載の無線センサーネットワーク端末。
3. 制御部が、センサーから取得したデータが異常を示すものであり、上位装置にその旨送信した際には、バッテリーの電圧を検出し、前記検出された電圧から一時的な電圧の低下量を減算した値が低電圧しきい値以下になるかどうかを判断し、前記低電圧しきい値以下になる場合には、内部に低電圧状態であることを示す情報を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の無線センサーネットワーク端末。
4. 記憶部が、複数種類のバッテリーに対応する送信時の一時的なバッテリー電圧の低下量と、低電圧状態を判断するための低電圧しきい値とを記憶しており、
   制御部が、選択された一時的な電圧の低下量と、低電圧しきい値に基づいて低電圧アラーム送信の制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の無線センサーネットワーク端末。
5. バッテリーが、交換可能な、乾電池、リチウム電池、又はニッケル水素電池であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の無線センサーネットワーク端末。
6. センサーから取得するデータが、アナログデータ、パルスデータ、異常を示すイベント発生のいずれか又は複数の組み合わせ又は全てであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の無線センサーネットワーク端末。

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