JP2011234204A - Optical communication system having light emission power control function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信距離並びに電池電圧に応じて発光電力を制御することを可能とした光通信システムに関するものである。 The present invention relates to an optical communication system that can control light emission power according to a communication distance and a battery voltage.
最近、LEDを使用した可視光通信システムが提案されている。このような可視光通信システムの1つとして、天井などに設置した照明器具に使用されるLEDと、この照明器具の照射範囲内に位置するヘッドセットやPDAなどの携行型の通信端末との間で、通信を行うものがある。通信に当たっては、アップリンクとダウンリンクの双方を可視光通信で行なっても良いし、例えばダウンリンクを可視光通信で、アップリンクを赤外線通信で行うこともある。この場合、照明器具と端末のそれぞれに通信用の送信部と受信部とを設け、照明器具の送信部として照明用のLEDを用い、端末の送信部として赤外線LEDなどの発光素子を用い、受信部には、フォトダイオードなどの光検出器を用いる。 Recently, a visible light communication system using LEDs has been proposed. As one of such visible light communication systems, between an LED used in a lighting device installed on a ceiling or the like and a portable communication terminal such as a headset or a PDA located within the irradiation range of the lighting device. There is something that communicates. In communication, both the uplink and the downlink may be performed by visible light communication. For example, the downlink may be performed by visible light communication and the uplink may be performed by infrared communication. In this case, a transmitter and a receiver for communication are provided in each of the luminaire and the terminal, an LED for illumination is used as the transmitter of the luminaire, and a light emitting element such as an infrared LED is used as the transmitter of the terminal. For the part, a photodetector such as a photodiode is used.
このシステムにおいて、照明器具では、電力線に通信用の信号を重畳させ、この信号に応じて点灯したLEDを発振させることで送信が行われ、携行型の端末では、端末に装備した電池によって発光素子を駆動することで送信が行われる。そのため、端末の使用を続けると電池の放電により、端末側の発光電力が低下する。特に、端末は、使用者が携行して移動することから、照明器具と端末との通信距離が変化し、電池消耗時には必要な通信距離を確保できない。 In this system, in a luminaire, transmission is performed by superimposing a communication signal on a power line and oscillating a lighted LED in response to this signal. In a portable terminal, a light emitting element is provided by a battery installed in the terminal. Transmission is performed by driving. Therefore, if the terminal is continuously used, the light emission power on the terminal side decreases due to the discharge of the battery. In particular, since the terminal is carried by the user, the communication distance between the luminaire and the terminal changes, and the necessary communication distance cannot be ensured when the battery is consumed.
この問題を解決するための手段として、例えば、従来から下記特許文献1−4に記載の発明が知られている。
特許文献1の発明は、通信中に赤外線通信装置間の距離が変化した場合においても、その距離に応じて赤外線の発光強度を最適化し、赤外線通信装置の低消費電力化を図る。
特許文献2の発明は、端末の持つ複数の機能の中で、消費電力が大きい機能を停止させて消費電力が小さい無線部のみを動作させる。
特許文献3の発明は、固定側の送受信機から送信されたレベル検出信号に基づいて、パワー制御信号を生成してレーザダイオードの出力光パワー制御を行いつつ、光送信信号を生成し送信する。
特許文献4の発明は、距離センサから距離情報を取得し、通信可能な所定範囲内に存在する場合にのみ送信部を発光させる。
As means for solving this problem, for example, the inventions described in the following Patent Documents 1-4 are conventionally known.
In the invention of Patent Document 1, even when the distance between infrared communication devices changes during communication, the infrared light emission intensity is optimized according to the distance, and the power consumption of the infrared communication device is reduced.
The invention of
The invention of
In the invention of
可視光通信システムでは、1つの照明器具に対して通信距離の異なる複数の端末が通信することも多い。そのような場合に照明器具の近くの端末から届いた強力な光が、照明器具から離れた所にある端末から出た弱い光に干渉して、いわゆる遠近問題に伴う通信障害を発生するおそれがある。特に、この点は、端末側から照明器具に発信する場合に、大きな問題となる。しかしながら、前記特許文献1−4の発明は、いずれも電池の消耗を防止するために発光電力を効率良く利用したり、消耗時における発光電力制御に関するものに過ぎず、電池の消耗に対する配慮はあっても、電池の未消耗時(満充電時)においては電力制御を行うことがないため、遠近問題への対策は何ら取られていない。 In a visible light communication system, a plurality of terminals having different communication distances often communicate with one lighting fixture. In such a case, strong light that has arrived from a terminal near the luminaire may interfere with weak light emitted from a terminal that is away from the luminaire, which may cause a communication failure due to a so-called perspective problem. is there. In particular, this point becomes a big problem when transmitting from the terminal side to the luminaire. However, the inventions of Patent Documents 1 to 4 are all related to efficient use of light emission power to prevent battery consumption and light emission power control at the time of consumption. However, since power control is not performed when the battery is not consumed (when fully charged), no countermeasures are taken for the perspective problem.
本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、電池の消耗状態(電池電圧値)と通信距離との双方を考慮して、照明装置と端末間の通信を安定して実施できる発光電力制御機能を有する光通信システムを提供することにある。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems of the prior art, and the object thereof is to illuminate in consideration of both battery consumption (battery voltage value) and communication distance. An object of the present invention is to provide an optical communication system having a light emission power control function capable of stably performing communication between an apparatus and a terminal.
前記の目的を達成するために、本発明の発光電力制御機能を有する光通信システムは、照明装置からの可視光通信用の光信号を受信する受信部と、照明装置側に可視光または赤外線の光信号を発信する送信部を備えた端末に、照明器具からの受信信号の強度を検出する信号強度検出部と、端末を駆動する電池電圧値を検出する電池電圧検出部を設け、前記検出した受信信号強度と電池電圧とを基準値(一定値もしくは一定範囲の基準値)と比較し、この比較結果に基づいて、端末に設けられた送信部に供給する電力を制御する信号処理部とを備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical communication system having a light emission power control function according to the present invention includes a receiving unit that receives an optical signal for visible light communication from an illumination device, and a visible light or infrared ray on the illumination device side. A terminal equipped with a transmitter for transmitting an optical signal is provided with a signal intensity detector for detecting the intensity of a received signal from a lighting fixture, and a battery voltage detector for detecting a battery voltage value for driving the terminal. A signal processing unit that compares the received signal strength and the battery voltage with a reference value (a constant value or a reference value within a certain range) and controls the power supplied to the transmission unit provided in the terminal based on the comparison result. It is characterized by having.
この場合、信号処理部は、前記基準値として、送信部の出力電流値を使用することも、本発明の一態様である。 In this case, it is also an aspect of the present invention that the signal processing unit uses the output current value of the transmission unit as the reference value.
また、前記受信信号強度と電池電圧とを予め用意した換算表に基づいて比較し、換算値が小さな方と前記基準値とを比較することも、本発明の一態様である。 It is also an aspect of the present invention that the received signal strength and the battery voltage are compared based on a conversion table prepared in advance, and the smaller converted value is compared with the reference value.
前記のような構成を有する本発明の発光電力制御機能を有する光通信システムでは、電池の消耗時には発光電力を減少させることで、小電力でも可能な近距離の通信を行えるようにして、電池消耗時には、使用者が端末を照明装置に近づけることで通信状態を確保する。一方、通信距離が近付いた場合には通信障害が生じないように、端末からの発光電力を減少させる。特に、本発明では、単に通信距離により発光電力を減少させるのではなく、通信距離と電池電圧の両方を監視することで、電池電圧が低い場合には通信距離が近くなってもそれにより発光電力の減少を行わない。これにより、電池電圧が低くなった場合に端末を照明装置に近づけた場合、発光電力が更に低下して通信が不可能になる欠点が解消される。 In the optical communication system having the light emission power control function of the present invention having the above-described configuration, the battery power consumption is reduced by reducing the light emission power when the battery is consumed so that short-distance communication is possible even with low power. Sometimes, the user ensures the communication state by bringing the terminal closer to the lighting device. On the other hand, when the communication distance approaches, the light emission power from the terminal is reduced so that communication failure does not occur. In particular, in the present invention, the emission power is not simply reduced by the communication distance, but by monitoring both the communication distance and the battery voltage, when the battery voltage is low, the emission power can be reduced even if the communication distance is close. Do not reduce. Thereby, when the battery voltage becomes low, when the terminal is brought close to the lighting device, the disadvantage that the emitted light power further decreases and communication becomes impossible is solved.
(1)実施例1の構成
以下、本発明の実施例1の構成を図1から図3に従って具体的に説明する。
図1において、符号1はLED照明装置であって、一例として蛍光管形に配置された複数のLEDを備えており、建物の天井その他の箇所に固定されている。このLED照明装置1は、電源及び信号を供給する同軸ケーブル2によって、点灯用の電源、通信制御用の親機及び他のLED照明装置に接続されている。図示しない親機は、各LED照明装置1の発光を制御したり、各LED照明装置1を通じて端末から受信した信号を処理するものであり、LED照明装置1はこの親機を介して公衆回線網などの外部ネットワークにも接続されている。
(1) Configuration of Embodiment 1 Hereinafter, the configuration of Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
In FIG. 1, the code | symbol 1 is an LED illuminating device, Comprising: As an example, it has several LED arrange | positioned by the fluorescent tube shape, and is being fixed to the ceiling other part of a building. The LED lighting device 1 is connected to a power source for lighting, a master unit for communication control, and another LED lighting device by a
各LED照明装置1の近傍(通信範囲)には、ヘッドセット5やPDAなどの端末が配置(作業員が携行)されている。この端末としては、必ずしもヘッドセットやPDAに限定されることなく、可視光通信を行うことが可能なものであれば、どのようなものでも使用可能である。この端末と各LED照明装置1とは、可視光通信システムによって信号を授受するが、必ずしも双方向可視光通信である必要はなく、本実施例では、ダウンリンクを可視光通信とし、アップリンクを赤外線通信とする。そのため、本実施例では、LED照明装置1に赤外線受信用のフォトダイオードなどの受信部4が設けられている。一方、ヘッドセット5には、駆動用電源となる電池6、照明装置1からの可視光通信データを受信する可視光通信受信部7及び赤外線発光LEDなどにより照明装置1に赤外線通信データを発信する赤外線通信送信部8が設けられている。
In the vicinity (communication range) of each LED lighting device 1, terminals such as a
このような構成を有する本実施例の端末の回路構成を図2に示す。本実施例の端末は、ヘッドセット5であるため、可視光通信によって受信したデータを音声情報に変換する受信回路部Rと、端末に設けられたマイクからの音声信号を赤外線通信により照明装置1側に送出する送信回路部Sとから構成される。
FIG. 2 shows a circuit configuration of the terminal of this embodiment having such a configuration. Since the terminal according to the present embodiment is the
受信回路部Rは、通信データを重畳した可視光を受信し電気信号に変換するための可視光受光素子10、この可視光受光素子10の出力信号のうち通信データとして再生に必要な帯域のみを抽出するバンドパスフィルタ11、バンドパスフィルタ11を通過した信号の振幅制限を行い一定幅の信号として出力するリミッタ12、このリミッタ12からの出力信号を復調してアナログ音声信号とする復調器13、復調器13の出力を増幅してスピーカ15に送出するパワーアンプ14を備えている。
The receiving circuit unit R receives visible light superimposed with communication data and converts it into an electrical signal, and outputs only the band necessary for reproduction as communication data from the output signal of the visible
送信回路部Sは、音声入力用のマイク20、入力された音声信号を増幅するマイクアンプ21、マイクアンプ21からの出力信号を変調してAM若しくはFM変調信号を生成する変調器22、この変調器22からの変調信号に従って赤外線発光LED24を駆動する駆動回路23を備えている。
The transmission circuit unit S includes a
本実施例では、前記受信回路部R及び送信回路部Sに加えて、赤外線発光LED24の駆動部23に制御信号を出力する信号処理部16が端末に設けられている。この信号処理部16は、前記リミッタ12から可視光受光素子10で受信した可視光通信信号の受信信号強度(RSSI)を取得すると共に、端末の電源である電池6の電圧値、及び電池6とLED24間に接続された電流検出抵抗25を通して得られたLED出力電流値を取得する。これら受信信号強度、電池電圧値及びLED出力電流値に基づいて、信号処理部16はLED電流制御出力(制御用電圧値)を出力し、この電流制御出力に基づいて駆動回路23からLED24に出力される駆動電流を増減する。
In the present embodiment, in addition to the receiving circuit unit R and the transmitting circuit unit S, a
この信号処理部16の一例を図3に示す。この信号処理部16は、受信回路部Rのリミッタ12に接続された受信信号強度検出部30、電池6に接続された電池電圧検出部31を備えている。この受信信号強度検出部30及び電池電圧検出部31の出力は、比較部32に接続され、この比較部32には各検出部30,31からの入力データを比較可能な参照値に換算するテーブル33が接続されている。すなわち、各検出部30,31からの入力データは、電圧値として読み込まれ、図示しないフィルタによって整形された後、比較部32に送られる。
An example of the
換算テーブル33では、例えば、受信信号強度については、そのフィルタ出力電圧値を、最大0.1、最小1.0の値をとる参照値Aに変換して、比較部32に返却する。電池電圧については、そのフィルタ出力電圧値を、最大1.0、最小0.3の値をとる参照値Bに変換して比較部32に返却する。
In the conversion table 33, for example, for the received signal strength, the filter output voltage value is converted into a reference value A having a maximum value of 0.1 and a minimum value of 1.0, and returned to the
すなわち、換算テーブル33では、受信信号強度については、例えば参照値Aが0.1から1.0の範囲に設定されている場合、受信信号強度が一番高い時は参照値Aの最小値0.1をフィルタ出力電圧値に設定し、受信信号強度が一番低い時は参照値Aの最大値1.0をフィルタ出力電圧値に設定し、比較部32に返却する。電池電圧については、例えば参照値Bが0.3から1.0の範囲に設定されている場合、電池が満充電時は、参照値Bの最大値1.0をそのフィルタ出力電圧値に設定し、電池消耗時は参照値Bの最小値0.3をそのフィルタ出力電圧値に設定し、比較部32に返却する。
That is, in the conversion table 33, for the received signal strength, for example, when the reference value A is set in the range of 0.1 to 1.0, the minimum value 0 of the reference value A is obtained when the received signal strength is the highest. .1 is set as the filter output voltage value, and when the received signal strength is the lowest, the maximum value 1.0 of the reference value A is set as the filter output voltage value and returned to the
このように、本発明では、通信距離が近い、すなわち受信信号強度が高い場合には、その参照値Aを小さくすることで赤外線LEDの発光電力を絞り、通信時の遠近問題の解決を図る。また、電池電力が消耗している場合には、赤外線LEDの発光電力を絞ることで、短い通信距離でも通信自体は継続することができるようにするため、読み込んだ電池電圧が高いほど参照値Bを大きくしている。従って、受信信号強度のフィルタ出力電圧と電池電圧のフィルタ出力電圧の増減と、これらフィルタ出力電圧に基づく各参照値A,Bの増減とが逆になっている。 Thus, in the present invention, when the communication distance is short, that is, when the received signal strength is high, the emission power of the infrared LED is reduced by reducing the reference value A to solve the perspective problem during communication. Further, when the battery power is consumed, the communication power can be continued even with a short communication distance by reducing the emission power of the infrared LED. Therefore, the higher the read battery voltage is, the higher the reference value B is. Has increased. Accordingly, the increase / decrease in the filter output voltage of the received signal strength and the filter output voltage of the battery voltage are reversed from the increase / decrease in the reference values A and B based on these filter output voltages.
比較部32は、前記参照値A,Bの大小を比較して、小さい方を目標値Cとして、目標値Cを、制御判定部34に出力する。この制御判定部34には、LED電流検出部35が接続され、前記目標値CとLED電流検出部35から図示しないフィルタによって整形されたLED電流フィルタ出力値が入力される。また、LED電流の初期値αも、この制御判定部34内に保存されている。この比較部32における目標値CとLED電流フィルタ出力値、及びLED電流の初期値αとの比較により、駆動中のLED電流を増減するか否かの判定が行われ、その判定結果が、電流制御出力信号として制御指令出力部36から駆動回路23に出力される。
The
(2)実施例1の作用
実施例1の作用を図4のフローチャートにより説明する。
実施例1のシステムにおいて、ダウンリンクの可視光通信とアップリンクの赤外線通信により、照明装置1と端末であるヘッドセット5の間で通信が開始されると、端末側では、前記図2に示した受信回路部Rにより、可視光受光素子10によって受信した可視光通信信号を音声信号に変換してスピーカ15から出力すると共に、送信回路部Sによりマイク20からの音声信号を駆動回路23からのLED駆動信号に変換することで、赤外線発光LED24を発光させる。
(2) Operation of Embodiment 1 The operation of Embodiment 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.
In the system of the first embodiment, when communication is started between the lighting device 1 and the
この場合、照明装置1と端末との距離及び端末の電池6の消耗度応じて、駆動回路23からの赤外線発光LED24の発光電力を制御するため、図4のフローチャートに示すようなLED電流制御が開始される(ステップ1)。まず、図3の制御判定部34が、開始時点のLED電流初期値αを記憶する(ステップ2)。次に、受信信号強度検出部30がリミッタ12から受信信号強度RSSIを読み込み(ステップ3)、所定のフィルタリングを行った後(ステップ4)、比較部32に出力する。比較部32では、換算テーブル33を参照することで、このRSSI電圧フィルタ出力を参照値Aに変換する(ステップ5)。
In this case, in order to control the light emission power of the infrared
一方、RSSI電圧の読み込みと相前後して、電池電圧検出部31が電池6の電圧値を読み込み(ステップ6)、所定のフィルタリングを行った後(ステップ7)、比較部32に出力する。比較部32では、換算テーブル33を参照することで、このRSSI電圧フィルタ出力を参照値Bに変換する(ステップ8)。次に、比較部32では、2つの参照値A,Bを比較して(ステップ9)、小さい方の値を目標値Cとする(ステップ10,11)。
On the other hand, before or after reading the RSSI voltage, the battery
この目標値Cの決定と相前後して、LED電流検出部35により現在のLED電流を読み込み(ステップ12)、所定のフィルタリングを行った後(ステップ13)、制御判定部34において、前記目標値Cとフィルタリング後のLED電流フィルタ出力を前記目標値Cで割った値と、予め記憶しておいたLED電流初期値αとを比較する(ステップ14)。比較結果が初期値αよりも小さい場合、すなわち通信距離が遠いか或いは電池残余電力が大きい場合には、制御指令出力部35からの電流制御出力を予め定めておいたΔVだけ増加し、これにより赤外線発光LED34を駆動するLED電流を増加させる(ステップ15)。一方、比較結果が初期値αよりも大きい場合、すなわち通信距離が近いか或いは電池が消耗している場合には、制御指令出力部35からの電流制御出力を予め定めておいたΔVだけ減少し、これにより赤外線発光LED34を駆動するLED電流を減少させる(ステップ16)。
Before and after the determination of the target value C, the LED
(3)実施例1の効果
前記のような構成を有する実施例1によれば、通信距離が近く受信信号強度が高い場合には、赤外線LEDの発光電力を絞ることで、端末が照明装置に接近した場合に発生する通信障害を防止することができる。また、電池電力が消耗している場合には、赤外線LEDの発光電力を絞った状態で使用者が端末を照明装置に近づけることで、低電力でも通信を継続することが可能になる。その結果、電池消耗時においても、比較的長時間にわたり通信を行うことができ、電池の消耗に伴い通信が突然切断されるような不都合がない。
(3) Effects of Example 1 According to Example 1 having the above-described configuration, when the communication distance is short and the received signal strength is high, the terminal is turned into the lighting device by reducing the emission power of the infrared LED. It is possible to prevent communication failure that occurs when approaching. In addition, when the battery power is exhausted, the user can continue the communication even with low power by bringing the terminal closer to the lighting device while the emission power of the infrared LED is reduced. As a result, communication can be performed for a relatively long time even when the battery is exhausted, and there is no inconvenience that the communication is suddenly disconnected when the battery is exhausted.
(4)他の実施例
本発明は、前記実施例1に限定されるものではなく、次のような構成も本発明に包含される。
(a) 受信信号強度のフィルタ出力電圧と電池電圧のフィルタ出力電圧を比較する場合の各参照値A,Bは、前記実施例のような値に限定されるものではなく、通信距離の増減の程度、電池容量などに応じて、適宜変更することができる。
(b) 赤外線LEDを駆動するための電流制御出力としては、前記実施例のように電流制御出力電圧の増加によりLED電流が増加する回路の他に、電流制御出力電圧の増加によりLED電流が減少する回路を採用することもできる。その場合には、各比較部の参照値や制御判定部の比較式を変更すればよい。
(c) 前記実施例は、アップリンクとして赤外線を使用したが、端末の送信部として可視光(白色)LEDを使用することで、アップリンクも可視光通信とすることができる。
(d) 図4のフローチャートは、通信信号強度、電池電圧、LED電流の順に読み込んでいるが、各データの読み込みや比較は必ずしもこのようにする必要はなく、目標値の決め方を変更するなどの手法により、読み込みや比較の順序を変更することもできる。
(4) Other Embodiments The present invention is not limited to the first embodiment, and the following configuration is also included in the present invention.
(a) The reference values A and B when the filter output voltage of the received signal strength and the filter output voltage of the battery voltage are compared are not limited to the values as in the above embodiment, It can be appropriately changed according to the degree, battery capacity, and the like.
(b) As the current control output for driving the infrared LED, in addition to the circuit in which the LED current increases as the current control output voltage increases as in the previous embodiment, the LED current decreases as the current control output voltage increases. It is also possible to employ a circuit that In that case, the reference value of each comparison unit and the comparison expression of the control determination unit may be changed.
(c) Although the infrared rays were used as the uplink in the above embodiment, the uplink can also be set to visible light communication by using a visible light (white) LED as a transmission unit of the terminal.
(d) The flow chart of FIG. 4 reads in the order of communication signal strength, battery voltage, and LED current. However, it is not always necessary to read and compare each data in this way. Depending on the method, the order of reading and comparison can be changed.
1…LED照明装置
2…同軸ケーブル
3…LED
4…赤外線通信受信部
5…ヘッドセット
6…電池
7…可視光通信受信部
8…赤外線通信送信部
10…可視光受光素子
11…バンドパスフィルタ
12…リミッタ
13…復調器
14…パワーアンプ
15…スピーカ
16…信号処理部
20…マイク
21…マイクアンプ
22…変調器
23…赤外線発光LED駆動回路
24…赤外線発光LED
25…電流検出抵抗
30…受信信号強度検出部
31…電池電圧検出部
32…比較部
33…換算テーブル
34…制御判定部
35…LED電流検出部
36…制御指令出力部
S…送信回路部
R…受信回路部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
4 ...
25 ...
Claims (3)
照明器具からの受信信号の強度を検出する信号強度検出部と、
端末を駆動する電池電圧値を検出する電池電圧検出部と、
前記検出した受信信号強度と電池電圧とを基準値と比較し、この比較結果に基づいて、端末に設けられた送信部に供給する電力を制御する信号処理部と、
を設けたことを特徴とする発光電力制御機能を有する光通信システム。 To a terminal equipped with a receiving unit that receives an optical signal for visible light communication from an illuminating device and a transmitting unit that transmits an optical signal of visible light or infrared light to the illuminating device side,
A signal strength detection unit for detecting the strength of the received signal from the lighting fixture;
A battery voltage detector for detecting a battery voltage value for driving the terminal;
A signal processing unit that compares the detected received signal strength and battery voltage with a reference value, and controls power supplied to a transmission unit provided in the terminal based on the comparison result;
An optical communication system having a light emission power control function.
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