JP2012029020A - 省電力機能を付加した端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存のソフトウエア資産を活かしたＣＰＵ処理体系のまま、装置が大型化することなく、省電力の効率化と制御電源の確保を両立できる。
【解決手段】ワイヤレス・テレメトリング装置１００は、制御電源を太陽電池４００と二次電池５００の組み合わせ構成とし、この電源出力系は監視動作に必要な機器監視部２０と入出力部４０の電源をＯＦＦしておくことで機器監視部等での電力消費を無くす待機用電源（系統Ａ）と、端末動作を必要とするときに機器監視部などを起動させる動作用電源（系統Ｂ）の2系統を設け、この２系統を通した各制御部への電力供給には、時間管理により動作用電源を投入する定期起動回路８０、監視サーバ３００側から発呼により動作用電源を投入する携帯電話部６０、二次電池のバッテリ電圧低下検出で動作用電源を投入する二次電池低下検出回路９０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠方監視システムにおける子局装置など、電力線からの電力取り込みと有線回線による通信が困難な場所に設置される端末装置に係り、特に太陽電池と二次電池を制御電源とする端末装置の省電力制御に関する。

本発明に係る端末装置が遠方監視システムにおける子局側の監視端末装置として適用される場合で説明する。遠方監視システムは、一般に、親局装置（サーバ）に多数の子局装置（遠方監視端末装置）が専用回線または公衆回線でネットワーク接続され、一定周期または変化発生時に監視データ送受信行い、監視対象機器の状態を監視するようにしている。なお、遠方監視制御システムの場合には監視データの他に制御データ送受信を行い、さらには監視対象機器を制御するようにしている。

図９は、遠方監視システムの構成例を示す（特許文献１参照）。監視端末装置１は、電力線からの電力取り込みと有線回線による通信が困難な場合にも監視機能を確保できる構成とするもので、監視対象機器１１から監視データを収集する機器監視部２、携帯電話網９を介して監視サーバ８との間で監視データの送受信を行う携帯電話部３、監視端末装置１内への電力供給に省電力モードを有して制御する電力制御部４、この電力制御部４に電力を供給するバッテリ５、このバッテリ５との組み合わせ電源とその充電に使用する太陽電池６、設定される時刻または時間経過で電力制御部４に起動要求を行う時刻管理部７を有している。

監視対象機器１１は、電力機器やプラント設備における監視箇所の異常／正常などを監視可能にするためのセンサやトランスデューサを搭載しておく。監視端末装置１は、センサやトランスデューサを介して監視対象機器１１の監視データを収集し、通信回線である携帯電話網９を介して、監視サーバ８に収集した監視データを送信する。

電力制御部４は、通常、時刻管理部７と携帯電話部３のみに電力供給を行う省電力と監視データの送信タイミングの重なり防止のため、時刻管理部７にて設定された時刻になった場合、監視サーバ８から通信のために携帯電話部３に電話呼出があった場合に機器監視部２、監視対象機器１１に対し、電力供給を行い、監視データの収集を行う。

特開２００５−７３１３１号公報

特許文献１で提案されるように、電力線からの電源取り込みと有線回線による通信が困難な場所に設置される監視端末装置（または監視制御端末装置）は、省電力化と確実な電源確保をしようとすると、以下のような問題点がある。なお、監視端末装置に限らず、他の通信端末装置でも同様の問題がある。

（１）充電可能な電池（二次電池）を搭載することなく、太陽電池のみを制御電源とする場合、制御装置（マイクロコンピュータと入出力回路など）の消費電力を十分に供給可能とするためには、容量の大きな太陽電池が必要となり実用的ではなかった。

また、監視端末装置をマンホールなど、実装スペースの限られたスペースに設置する場合、太陽電池の受光面の大きさが問題となる場合があった。

（２）監視対象機器の情報を上位装置（サーバなど）に伝送する監視端末装置は、一般的にはＣＰＵボードと入出力ボードと通信装置を組み合わせて構成するが、これら装置を1台の基板に一括搭載する構成では外形寸法の大きさが問題となる場合があった。

（３）監視端末装置は、太陽電池と充電可能な電池（二次電池）を組み合わせた制御電源とする場合、太陽電池の出力が低下したまま、負荷（監視端末装置を構成する電気回路）と充電可能な電池（二次電池）への充電の両方に発電電力を供給しようとすると、供給容量が不足して出力電圧が低下する。その結果、負荷への供給や二次電池の充電も不十分となってしまう場合があった。

例えば、二次電池の充電が十分でない場合、日照時は太陽電池で負荷を駆動できるが、非日照時（夜間）は負荷への電源供給ができず、監視端末装置の安定な運転ができない場合があった。

（４）一般的な省電力装置では、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）の省電力機能によりその周辺の装置に対し、省電力のために電流供給を停止したり、ＣＰＵ自体のクロック周波数を低く抑えたり、ＣＰＵの動作をスタンバイモードへ移行させたりして構成している。しかし、従来の携帯電話網を使用した遠方監視システムにおける子局側の監視端末装置は、通信機能のソフトウエア資産を継承するために、まったく新しい省電力ＣＰＵの選択できないことがある。

以上のような課題に対し、特許文献１では、通常時には時刻管理部７と携帯電話部３のみに電力供給を行う省電力と監視データの送信タイミングの重なり防止を図るが、既存のＣＰＵ処理体系のまま、装置の小型化を図り、省電力の効率化と制御電源の確保を両立できるものではなかった。

本発明の目的は、既存のソフトウエア資産を活かしたＣＰＵ処理体系のまま、装置が大型化することなく、省電力の効率化と制御電源の確保を両立できる端末装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、監視端末装置などの端末装置は、制御電源を太陽電池と二次電池の組み合わせ構成とし、この電源出力系は端末動作に必要な機器監視部（ＣＰＵ）と入出力部の電源をＯＦＦしておくことで機器監視部（ＣＰＵ）等での電力消費を無くす待機用電源と、端末動作を必要とするときに機器監視部（ＣＰＵ）などを起動させる動作用電源の2系統を設け、この２系統を通した各制御部への電力供給には、時間管理により動作用電源を投入する手段、監視サーバ側から発呼により動作用電源を投入する手段、二次電池のバッテリ電圧低下検出で動作用電源を投入する手段を備えたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）端末情報の入出力手段と、無線通信回線を通して上位のサーバに対する端末情報などを送受信する通信手段を備え、これら手段の制御電源を太陽電池と二次電池の組み合わせで構成した端末装置において、
前記制御電源の電源供給手段は、端末動作に必要な端末処理部（ＣＰＵ）と入出力部の電源をＯＦＦしておくことで前記端末処理部（ＣＰＵ）等での電力消費を無くす待機用電源と、端末動作を必要とするときに前記端末処理部（ＣＰＵ）などを起動させる動作用電源の2系統と、前記太陽電池と二次電池からの出力電力を前記待機用電源と動作用電源への供給を制御できる電源供給制御回路を備え、
時間管理により前記動作用電源を投入する定期起動手段と、前記サーバ側から発呼により前記動作用電源を投入する発呼管理手段と、二次電池の電圧低下検出で前記動作用電源を投入する電圧低下管理手段を備えたことを特徴とする。

（２）前記端末処理部（ＣＰＵ）は、動作用電源の投入によって起動されたときに、この起動要因を分析して、その起動要因に応じた処理を経て、端末情報の収集と前記サーバへの送信をすると共に、この送信が終了したときに制御電源を前記動作用電源をＯＦＦして待機用電源だけの状態に戻すことを要求する処理手段を備えたことを特徴とする。

（３）前記電源供給回路は、
常時運転状態時、常時電源供給源の出力電力を前記待機用電源および動作用電源に電力供給し、前記常時電源供給源の出力電圧低下を検出したときに、バックアップ用電池から前記待機用電源および動作用電源に電力供給する構成を特徴とする。

（４）前記端末処理部（ＣＰＵ）は、
最初の電源起動時にすべての回路部に制御電源が供給された後に、前記定期起動手段と発呼管理手段と電圧低下管理手段による起動要因を読み出し、１つの起動要因もなければ、各回路部を初期起動した後に前記動作用電源をＯＦＦさせておく手段と、
前記定期起動手段と発呼管理手段と電圧低下管理手段のいずれかに起動が発生した時に前記動作用電源をＯＮさせ、このときの起動要因に応じた処理を行い、この処理終了時に再度起動要因がないことを確認し、起動要因がなければ前記動作用電源をＯＦＦして処理を終了する手段を備えたことを特徴とする。

（５）前記定期起動手段は、
起動時に、前記端末処理部（ＣＰＵ）により現在時刻の初期設定および定期起動のための起動すべき時間を初期設定する手段と、
前記待機用電源から電源を供給されて常時動作状態にし、前記待機用電源の一時的な電源喪失にはコンデンサバックアップにより現在時刻情報が喪失するのを防止する手段を備えたことを特徴とする。

（６）前記端末処理部（ＣＰＵ）は、前記定期起動手段と発呼管理手段と電圧低下管理手段のいずれかによる起動要因が発生したとき、この起動要因情報を前記サーバに送信する手段と、前記起動要因に応じた処理動作に際し、サーバにそれまでの起動要因の記録を通知する手段を備えたことを特徴とする。

（７）前記監視端末装置は、ＣＰＵ、通信機能等の基本部分を搭載した端末部基板と、入出力部、制御電源回路など、用途により可変可能なものを搭載した拡張部基板との２枚構成としたことを特徴とする。

（８）前記電池制御回路は、
前記常時電源供給源が停電した場合、動作用電源を、前記バックアップ用電池から電力を供給する手段と、
前記常時電源供給源の電圧低下または停電の情報を前記サーバに通知する手段と、
定期的に前記バックアップ用電池を点検し、該電池の劣化を検出したときに前記サーバに電池交換時期であることを通知する手段を備えたことを特徴とする。

（９）前記端末装置は、電源、イベント発生、通信中、装置異常の表示部と、選択スイッチと、表示実行スイッチを備え、前記選択スイッチと表示実行スイッチの時系列選択で前記表示部の項目と内容を切換えることを特徴とする。

（１０）前記端末装置は、外部インタフェースなどのシリアルポートを有した通信手段により機能設定する手段を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、監視端末装置などの端末装置は、制御電源を太陽電池と二次電池の組み合わせ構成とし、この電源出力系は端末動作に必要な機器監視部（ＣＰＵ）と入出力部の電源をＯＦＦしておくことで機器監視部（ＣＰＵ）等での電力消費を無くす待機用電源と、端末動作を必要とするときに機器監視部（ＣＰＵ）などを起動させる動作用電源の2系統を設け、この２系統を通した各制御部への電力供給には、時間管理により動作用電源を投入する手段、監視サーバ側から発呼により動作用電源を投入する手段、二次電池のバッテリ電圧低下検出で前記動作用電源を投入する手段を備えたため、既存のソフトウエア資産を活かしたＣＰＵ処理体系のまま、装置が大型化することなく、省電力の効率化と制御電源の確保を両立できる効果がある。

本発明における遠方監視システムの基本構成図。 実施形態１における監視端末装置の回路構成図。 実施形態１における起動要因レジスタの制御回路図。 実施形態６における監視端末装置の他の回路構成図。 実施形態２における電源制御フロー。 監視端末装置１００の基板構成図。 実施形態６における停電検出処理フロー。 監視端末装置の表示部構成図。 遠方監視システムの構成例（従来）。 実施形態７における異常コードの表示パターンの例。

（実施形態１）ＲＴＣ、通信、二次電池の電圧監視による省電力制御
（１）基本構成
本発明に係る端末装置を遠方監視システムの監視端末装置とする場合で説明する。図１は、本実施形態における遠方監視システムの基本構成を示す。このシステムの基本構成は、既に提案（例えば、特開２００６−０３３４４１）しているもので、監視端末装置（ワイヤレステメトリング装置）１００は、機器監視部（ＣＰＵ処理部）２０と、監視対象機器２００からアナログ／ディジタル情報を取得する監視対象インタフェース（Ｉ／Ｆ）４０と、取得した監視情報を機器監視部（ＣＰＵ処理部）２０で加工して上位の監視サーバ３００に送信する携帯電話部（通信Ｉ／Ｆ）６０を備える。また、監視端末装置１００は太陽電池パネル４００と充電可能な二次電池５００の組み合わせで制御電源を構成する。

ここで、本実施形態による監視端末装置１００は、制御電源として、電源供給回路７０と定期起動回路（ＲＴＣ）８０と二次電池低下検出回路９０を備える。電源供給回路７０は太陽電池パネル４００と二次電池５００の両方から電源電力を導入し、この電源出力系統には携帯電話部６０と定期起動回路８０に動作電源を供給する待機用電源Ａと、機器監視部２０と監視対象Ｉ／Ｆ４０と携帯電話部６０に動作電源を供給する動作用電源Ｂの２系統を設ける。

この２系統電源から監視端末装置１００への電力供給には、通常は待機用電源ＡをＯＮし、動作用電源ＢをＯＦＦしておくことで省電力の効率化と監視動作の起動に必要な最低限の電源確保を図る。待機用電源Ａに加えて動作用電源Ｂの投入は、定期起動回路８０が時間管理で定期的に発生する起動要求、監視サーバ３００から携帯電話部６０を通して送信する起動指令、二次電池低下検出回路９０による電圧低下の検出、の各々に応じて行われる。

これら待機用電源Ａによる待機用電源から端末装置が動作するための動作用電源Ｂによる動作用電源の投入後は、例えば、機器監視部２０は、起動要因を分析して、その起動要因に応じた処理を経て、監視対象Ｉ／Ｆ４０による監視データの収集と、この収集した監視データを携帯電話部６０を介して監視サーバ３００に送信すると共に、この送信終了で動作用電源ＢのＯＦＦとし、待機用電源ＡだけＯＮの状態とする省電力用電源に戻す。

（２）具体的な構成
図２は、図１におけるワイヤレステメトリング装置（監視端末装置）の具体的な回路構成を示す。監視端末装置１００は、その基本構成は既に提案（特開２００９−００４９３１）しているもので、機器監視部（ＣＰＵ処理部）２０は、ＣＰＵ、メモリ、設定用Ｉ／Ｆ、通信Ｉ／Ｆ、Ａ／Ｄ変換器を備える。なお、通信Ｉ／Ｆ２１は図１の携帯電話部６０に相当する。

ここで、本実施形態では、機器監視部（ＣＰＵ処理部）２０には、定期起動回路（ＲＴＣ）２２と電源起動回路２３と１２Ｖ電圧低下監視回路２４およびＡ系統の１２Ｖ電源２５とＢ系統の１２Ｖ電源２６を内部増設または外付け回路として設ける。定期起動回路（ＲＴＣ）は図１の定期起動回路８０に相当する。電源起動回路２３と電源２５，２６は図１の電源供給回路７０に相当する。また、１２Ｖ電圧低下監視回路２４は図１の二次電池低下検出回路９０に相当する。

図２において、アナログ入力回路４１と接点入力回路４２は、図１の監視対象Ｉ／Ｆに相当し、アナログ入力回路４１では監視対象からのアナログ入力とディジタル入力をアナログフィルタ（ＡＦ）等でノイズ成分を除去して収集し、接点入力回路４２はディジタル入力回路（ＤＩ）等を介してＣＰＵ処理部２０に監視データとして転送する。

充電回路７１と電源供給制御回路７２は、図１の電源供給回路７０の一部分に相当する。充電回路７１は、太陽電池４００の発電出力で二次電池５００を充電制御すると共に、負荷となるＣＰＵ処理部２０に必要な電力を二次電池５００との協働で供給するための充電制御を行う。電源供給制御回路７２は、電源スイッチ（ＳＷ１）を主スイッチとしてＡ系統の電源２５に電力供給し、電源スイッチ（ＳＷ１）に縦続接続される電源供給スイッチ（ＳＷ２）でＢ系統の電源２６への電力供給を可能とする。電源起動回路２３により、監視動作（ＣＰＵ動作など）が必要となる動作用電源では、電源供給スイッチ（ＳＷ２）をＯＮさせて電源２６から所定の回路に電力供給する。強制スイッチ（ＳＷ３）は、省電力とするために機器監視部、監視対象Ｉ／Ｆ、携帯電話部を常時停止状態とするが、強制的に電源投入するために設けるスイッチである。

（３）省電力制御
本実施形態における省電力制御を図１および図２を参照して説明する。省電力制御は、機器監視部２０（ＣＰＵ、メモリなど）、監視対象Ｉ／Ｆ４０（アナログ入力回路４１、接点入力回路４２など）、携帯電話部６０（通信Ｉ／Ｆ２１など）の動作に必要な電源をＯＦＦ状態にして、監視動作に必要な時にそれらの電源をＯＮにする。それまでの間、待機している状態をいう。この待機状態では、監視動作に必要な部分に電源を供給するための定期起動回路８０（ＲＴＣ２２）、携帯電話部６０の待機モード回路、電源起動回路２３、電圧低下監視回路２４だけに電源を供給する。

図１のように、待機用電源で動作している定期起動回路８０（ＲＴＣ２２）、携帯電話部６０（通信Ｉ／Ｆ２１）の待機モード回路、二次電池５００の電圧低下監視回路９０（２４）は、電源供給回路７０（電源起動回路２３，電源２５，２６）に電源の起動を要求する信号で接続されている。また、これらの起動要求する信号は、ＣＰＵ処理で確認できる起動要因レジスタにも設定されている。

例えば、定期起動回路８０は、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）と言われる一般的な時計ＩＣで構成し、ＣＰＵ処理で現在時刻の設定、任意の設定により指定した時刻に信号を出すことができる。この信号により電源供給回路７０では、図２のＳＷ２をＯＮすることにより動作用電源を入れ、機器監視部（ＣＰＵ処理部）２０、監視対象Ｉ／Ｆ４０、携帯電話部６０を動作させることができる。起動したＣＰＵは、このときの起動要因レジスタで確認することで、起動要因を分析し、その起動要因に応じた処理をする。このときの処理は、定期的な監視動作の実行になり、収集した監視データを監視サーバに送信する。 例えば定期起動回路８０の起動周期を１時間とし、起動後の監視処理時間を２分とすると、１時間の内５８分は待機用電源のみの消費電流となり、使用電力を大幅に少なくできる。

この処理後、省電力モード（待機モード）になるように、電源供給回路７０内の電源起動回路２３にＣＰＵから指令を出して、動作用電源Ｂの電源系統を遮断させる。

同様に、監視サーバ３００からの携帯電話部６０への発呼による起動は、携帯電話部（通信Ｉ／Ｆ）６０の待機モード回路で構成され、監視サーバ３００から発呼できる、または、メール接続処理により、携帯電話部（通信Ｉ／Ｆ）６０の待機モード回路から発呼されたことで、動作電源の起動信号を出すことができる。この信号により電源供給回路７０では、図２のＳＷ２を入れることにより動作用電源２６を入れ、機器監視部（ＣＰＵ処理部）２０、監視対象Ｉ／Ｆ４０、携帯電話部６０を動作させることができる。起動したＣＰＵは、このときの起動要因レジスタを確認することで、起動要因を分析し、その起動要因に応じた処理をする。このときの処理は、緊急で監視データを必要とする場合など、非定期的な監視動作の実行になり、収集した監視データを監視サーバに送信する。

この処理後、省電力モードになるように、電源供給回路７０内の電源制御回路２３にＣＰＵから指令を出して、動作用電源Ｂの電源系統を遮断させる。

同様に、二次電池（バッテリ）の電圧低下を検出して、それを上位の監視サーバ３００に通知するために、二次電池電圧低下回路９０が電圧低下を検出したとき、その信号により、電源供給回路７０では、図２のＳＷ２を入れることにより動作用電源２６を入れ、機器監視部（ＣＰＵ処理部）２０、監視対象Ｉ／Ｆ４０、携帯電話部６０を動作させることができる。起動したＣＰＵは、このときの起動要因レジスタを確認することで、起動要因を分析し、その起動要因に応じた処理をする。このときの処理は、太陽電池による発電電力不足での監視動作が正常になされないことを回避する場合など、制御電源の機能確保のため、監視動作の禁止や定期起動の周期を大きくした監視動作の実行になる。

この処理後、省電力モードになるように、電源供給回路７０内の電源制御回路２３にＣＰＵから指令を出して、動作用電源Ｂの電源系統を遮断させる。

（４）起動要因レジスタ
図３は、起動要因レジスタの制御回路例を示す。上記のように、起動したＣＰＵ処理部は起動要因レジスタを確認することで起動要因を分析し、この起動要因に応じた処理をする。

図３において、定期起動回路（ＲＴＣ）８０からの起動信号、携帯電話部６０に対する外部からの発呼呼び出しによる起動信号、バッテリ電圧低下検出回路９０による起動信号は、それぞれ条件マスクレジスタ７３のフラグとのアンドをとり、有効な信号に対してフリップフロップＦ／Ｆでラッチおよび起動要因レジスタ７４にセットさせる。

この場合、３種のラッチ信号は、ＣＰＵから読み出し可能なレジスタ構成とする。また、ラッチ信号のいずれかで、フリップフロップ７５による電源Ｂ（２６）の投入状態を記憶させる。ＣＰＵからの電源Ｂの停止は、このフリップフロップ７５をリセットすることで、電源Ｂを停止する構成とする。

（５）常時電源供給による監視動作
この構成例は図４に示す。同図が図２と異なる部分は、電源供給制御回路７２では電源スイッチＳＷ１を設けることなく、常時電源供給源（例えば、太陽電池４００と二次電池５００を組み合わせて、（３）の省電力動作をさせないで常時動作をさせる電池供給状態、もしくは商用電源設備から常時電源供給を受ける形態）からＡ系統の１２Ｖ電源２５およびＢ系統の１２Ｖ電源２６に常時電源供給をする構成としておく。この場合、電池制御回路２７は、常時電源供給ラインを監視することになる。１２Ｖ電圧低下監視回路２４で常時電源供給源の電圧低下などを検出すると、電池制御回路２７は、バックアップ用一次電池（または二次電池）７６からの電源供給を得るよう、電源スイッチＳＷ２を投入し、ＤＣ／ＤＣ変換回路７７等を介してＡ，Ｂ系統の両電源２５，２６に電源を供給する。さらに、電池制御回路２７は、電源スイッチＳＷ３の投入で、電池点検回路７８によって電池７６の停電点検を行い、停電検知で停電通知処理（停電送信、停電メール）を行い、この処理が完了次第、電源スイッチＳＷ２、ＳＷ３をオフにして停止処理を行う。

本実施形態によれば、通常時は待機用電源（Ａ系統電源）のみをＯＮしておき、動作用電源（Ｂ系統電源）をＯＦＦにしておくことで、監視端末装置の消費電流を下げることができ、太陽電池および二次電池による省電力の効率化と制御電源の確保を両立できる。また、制御電源の小型化を図ることができる。さらに、監視端末装置の制御電源のみを改造すればよく、ＣＰＵ処理部等は既存のソフトウエア資産を活かしたまま、少しのソフトウエアの追加で済む。

（実施形態２）電源停止処理を伴った制御電源の制御
実施形態１で説明するように、起動要因の確認は、あらかじめ動作モードを設定可能に構成しており、実施形態１では「ＲＴＣからの起動信号」、「携帯電話からの発呼呼び出しによる起動信号」、「バッテリの電圧低下による起動信号」はそれぞれ、図３に示すように、条件マスクレジスタ７３とアンドをとり、有効な信号に対してフリップフロップでラッチさせる。

この回路により、省電力モード、つまり待機電力（Ａ系統電源のみ使用）しか使用しないから、動作に移行するための電力（Ｂ系統電源を起動させる）を起動させることの条件を設定する。当然のことながら、これらの電源制御起動回路（起動設定レジスタ、起動要因レジスタ、Ｂ系統電源の投入回路）は、Ａ系統電源（待機用電源）で動作する回路である。

図３において、３種のラッチ信号は、ＣＰＵから読み出し可能なレジスタ７４として形成される。また、ラッチ信号のいずれかで、フリップフロップによるＢ系統電源の投入状態を記憶させる。ＣＰＵからのＢ系統電源の停止は、このフリップフロップをリセットすることで、Ｂ系統電源を停止する構成とする。

ＣＰＵは、Ｂ系統電源の投入後、リセット解除後、初期化処理を行う。その後、起動要因レジスタを読んで、起動要因を確認し、起動要因に応じた処理を行う。この処理後、Ｂ系統電源の停止処理を行う。

図１の電源スイッチＳＷ３による強制電源投入の場合、初期起動として、各機能の初期化、ＲＴＣに対して、定期起動タイマーをセットする。また、ロータリースイッチとの組合せによる初期起動の条件によっては、各機能を初期化、ＲＴＣの定期起動タイマーを設定しないで、システムの保全のための機能確認、通信テスト、エラーログ確認、保守機能を実行させる。

図５は、本実施形態による電源制御フローであり、ＣＰＵ処理部２０にソフトウエアとして搭載される。

（１）図２の電源スイッチＳＷ１が投入され、最初の電源起動時、Ａ系統電源２５から電源が供給され、さらに強制投入スイッチＳＷ３で、Ｂ系統電源２６も起動され、ＣＰＵ回路処理部２０、アナログ入力回路４１、接点入力回路４２など、すべての回路部に制御電源が供給される。

（２）全ての電源が入ると、ＣＰＵ処理部２０は起動要因を起動要因レジスタ（図３）７４から読み出し、解析し、１つの起動要因もなければ、電源の初期起動として、各機能の初期化とＲＴＣに対し、定期起動タイマーをセットし、Ｂ系統電源２６をＯＦＦとする（Ｓ１、Ｓ１３）。

（３）上記の（２）の起動要因確認後、通常は、Ａ系統電源２５のみＯＮでＢ系統電源２６はＯＦＦ状態で運用される。通常の消費電流はＡ系統電源側のみが動作状態になり、省電力になる。

（４）定期起動回路（ＲＴＣ）の起動タイマーがタイムアップした信号が発生すると、電源起動回路２３が動作してＢ系統電源２６がＯＮする（Ｓ２）。

（５）Ｂ系統電源２６がＯＮすると、ＣＰＵ処理部２０等が起動され、起動要因を解析し、要因に応じた処理を行い、処理終了時に再度起動要因がないことを確認し、なければ電源ＯＦＦして終了する（Ｓ７，Ｓ８）。

尚、この電源起動要因に応じた処理としては、例えば以下のものとする。

（Ｓ２〜Ｓ６）ＲＴＣによるタイマーによる定期起動時、定周期の監視処理を実施、必要に応じて不揮発性メモリに監視結果を記録、または、サーバ転送周期時点であるなら、これまでの周期で測定した監視結果をまとめて転送する事も可能である。定周期毎に転送することも可能である。

（Ｓ９、Ｓ１０）上位の監視サーバからの発呼起動時、監視サーバより端末に対し、通信することで起動される。サーバからの指令に従った、応答処理を行う。処理の内容は、これまでの監視結果の転送処理であったり、その時点の監視結果を即時で応答したりする事が可能である。

（Ｓ１１，Ｓ１２）二次電池（バッテリ）の電圧低下による起動時、省電力モードで電源電圧低下時に電圧が低下してきたことを監視サーバ側へ通知し、定期起動による継続監視ができなくなる可能性のあることを事前に通知する。

本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、以下の効果がある。

・省電力動作をソフトウエア処理による動作時間で管理可能であり、太陽光パネル、充電装置、バッテリの組み合わせによる省電力動作、消費電力量を自分のＣＰＵ動作時間で管理可能である。供給電力量に余裕があれば、動作時間を長時間化可能であり、少ない供給電力量であれば、定時の周期を長く取り、動作時間も短く処理することが可能である。

・必要により定時起動の周期を延ばすことにより、無日照時間に対する最適化を自立的にすることが可能である。また、通常は消費電力の大きいＣＰＵ側電源をＯＦＦして、消費電流を低減できる。

・ＣＰＵの電源（Ｂ系統電源）がＯＦＦの時でも、制御電源の電圧低下時には、監視サーバへ通知することが可能となる。

・定期起動回路（ＲＴＣ）のタイマー起動を利用することで、定期的な起動で計測データの収集、定期的なデータの送信処理が可能となる。

・監視サーバからの起動処理により、ＣＰＵ電源ＯＦＦ時でも監視サーバからの処理要求に対応することが可能となる。

（実施形態３）定期起動回路（ＲＴＣ）の時間管理
ＣＰＵ処理部２０は、定期起動回路（ＲＴＣ）２２と接続され、ＣＰＵが現在時間を初期設定し、また、定期起動のための起動すべき時間を初期設定することで、この後は内部のタイマー回路のカウント動作で所定の時間になったとき、ＲＴＣから信号が出力される。この出力信号が、定期起動信号として使用することで、定期起動回路を構成する。

定期起動回路（ＲＴＣ）２２の電源は、Ａ系統電源２５が使用されるが、コンデンサバックアップにより一時的な電源喪失についても現在時刻情報が喪失しないように配慮されている。

本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、以下の効果がある。

・ＣＰＵ処理の定期起動回路（ＲＴＣ）への起動すべき時間設定を任意に定めることにより、遠方監視端末装置の起動を管理できる。

・省電力動作の要となる動作電源（Ｂ系統電源）を切ることで、低消費電力化が実現できると共に、必要時に起動させることで消費電力を低下させることができる。

・起動時に通信Ｉ／Ｆを通した時刻データで定期起動回路（ＲＴＣ）の設定時間を補正することで、より正確な時刻管理が可能となる。これにより、複数の端末装置から同時に通信が発生しないように、起動にタイミング差を設けて、サーバ側の渋滞が発生しないようにすることもできる。

（実施形態４）起動時の監視のために、起動送信または起動メール
実施形態２により、起動要因の発生により電源を供給して起動された機器監視部（ＣＰＵ処理部）２０は、上位の監視サーバ３００に起動要因を通信Ｉ／Ｆ２１で送信することができる。この起動要因に応じた処理動作に際し、監視サーバに遠方監視端末装置の健全性を通知するためにそれまでの起動要因の記録を通知する。

これらの通信には、ＴＣＰ／ＩＰパケットや、個別のプロトコルで送信したり、メールによる通信とすることも可能である。

本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、以下の効果がある。

・省電力モードで運転中のとき、動作用電源が停止中（ＯＦＦ）であるため、監視サーバ側では、監視の有効性を把握する必要がある。本実施形態では、定期起動回路により、定時に起動した場合、それを認識して、記録に残すことが可能である。記録は、動作電源（Ｂ系統電源）を切断しても記憶できる領域に格納する。例えば、不揮発性メモリ、待機用電源（Ａ系統電源）を使用したバックアップメモリも可能である。

・上位の監視サーバからの携帯電話部への発呼によっても起動が可能であり、その時の起動要因も記録に残すことが可能である。

・二次電池（バッテリ）の電圧低下検出時にも起動が可能であり、その時の起動要因も記録に残すことが可能である。

・これら、記録に残すことと、これまでの記録を読み出し、まとめて、起動記録として、上位の監視サーバに起動送信、または、起動メールとして送信することが可能である。本実施形態では、定時起動時の起動では、起動送信、起動メールは選択機能としており、上位からの発呼に定期起動記録も合わせて送信すること、また、二次電池（バッテリ）の低下検出は送信するものとして運用することで、遠隔装置の健全性が確認できる。

（実施形態５）監視部と拡張部との２機能構成
実施形態１、２で説明するように、ワイヤテレメトリング装置１００の制御電源には待機用のＡ系統電源と動作用のＢ系統電源を用意しておき、通常時は待機用電源のみから電力を供給し、起動要因が発生したときに動作用電源からも電力を供給する。

本実施形態では、図６に示すように、監視端末装置１００の基板構成を、ＣＰＵと定期起動回路（ＲＴＣ）８０および通信Ｉ／Ｆ２１を搭載した監視部基板２０Ａと、監視対象Ｉ／Ｆ４０と電源供給回路７０を搭載した拡張部基板２０Ｂとの２枚構成とすることで、１枚目の基板２０ＡにＣＰＵ、通信機能等の基本部分を構成し、２枚目の基板２０ＢにＩ／Ｏ、電源など、用途により可変可能なものをまとめることで将来への対応時により少ない投資でバリエーションを追加可能とする。

実際に基板製作においては、ＣＰＵなどの高機能な基板は、多層板になることが多く、Ｉ／Ｏ関係は、回路が簡単なため、層数の少ない基板で構成でき安価に製作できる効果がある。ＣＰＵ側基板も従来の１枚構成に比較して大きさを小さく製作することで製作価格を抑えることが可能となる。

例えば、ハードウエア構成は、２枚構成とすることと、入力点数をＡＩ２点、ＤＩ４点を基本とし、その他は、拡張性を持たせたリモートＩ／Ｏなどの機能を拡張できる構成とする。大きさは１００ｍｍ×１００ｍｍ×２５ｍｍのような小型化を図る構成で実現できる。

本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、以下の効果がある。

・基板を２枚構成とし、実装体積を小さくすることで、狭いスペースにも実装可能となる。

・基板を２枚構成として、回路が複雑なＣＰＵ部分と回路が簡単なＩ／Ｏ部分に分割することで、Ｉ／Ｏ部分のみ変更することで、Ｉ／Ｏバリエーションを追加することができ、全体を１枚基板で構成した場合に比較して装置開発のコストダウンが可能となる。

（実施形態６）常時電源供給運用形態での停電検出
特許文献（特開２００６−０３３９９７）で提案する遠方監視システムでは、電池を使用した監視方式とし、その目的は常時電源供給源としての商用電源の瞬断等による誤った停電検出を無くし、また電池の消耗を少なくしながら、監視端末装置の停電を確実に検出して、制御電源を一次電池に自動的に切換え、停電の起きたことを通知できるようにしている。この特許文献では、商用電源の電圧低下検出とＡＣ／ＤＣ変換器の一次側電圧低下の始まりを検出することにより、二次側の制御電源の停止に裕度を持って電池電源に切換え、停電の通知を発行することとしている。

本実施形態は、図４に示す常時電源供給源による制御電源構成の監視端末装置において、常時電源供給源の停電や瞬断時に上記の一次電池側への切換えで制御電源を確保可能とするものである。

すなわち、図４のワイヤレステメトリング装置の構成において、常時電源供給源の停電を検出し、制御電源を電池７６側に切り替え、同時に停電情報を電池の電源で供給し、停電情報を上位の監視サーバに通知することを可能とする。また、定期的に電池７６を点検することで電池の劣化を検出して電池交換時期であることを通知することも可能とする。

図７は本実施形態の停電検出処理フローである。図４に示す電源供給制御回路７２の構成において、電圧低下監視回路２４が常時電源供給源の出力になる１２Ｖ電源の電圧低下を検出したとき、電池制御回路２７によって電源スイッチＳＷ２をＯＮして電池７６から電源を供給し、このときに停電が判定されていれば監視サーバへの停電通知の通信処理を行った後に電源スイッチＳＷ２をＯＦＦすることで電池電源も切ってその消耗を抑える（Ｓ２１〜２５）。

前回の判定（処理Ｓ２１）で電圧低下と判定し、電池電源の投入処理（Ｓ２２）をした後、再度の判定（処理Ｓ２１）で電圧低下でないと判定したとき、すなわち常時電源供給源の電圧低下が瞬断によるもので今回の判定で復電していれば、監視サーバへ電源復電の通信処理を行う（Ｓ２６，Ｓ２７）。

判定（処理Ｓ２６）で復電していない場合、バッテリ点検時間か否かを判定し、点検時間であれば電源スイッチＳＷ３をＯＮさせて点検回路７８による点検処理を行い、この点検でバッテリ電圧が低下していれば監視サーバ３００へバッテリ電圧低下（バッテリ交換時期）の通知を行い、電源スイッチＳＷ２をＯＦＦする（Ｓ２８〜Ｓ３２）。

判定（処理Ｓ２８）でバッテリ点検時間でなければ、常時監視処理を開始し、監視サーバへ監視データを送信する場合には監視サーバへバッテリ低下通知を行う（Ｓ３３〜Ｓ３５）。

本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、以下の効果がある。

・常時電源供給モードで電源の喪失（電源停電）を検出し、上位の監視サーバに通知可能である。

・常時動作運転状態で使用した場合、制御電源が瞬断や停電した場合、停電メールを送信することで、上位の監視サーバに停電を通知可能となる。監視サーバ側は、これにより常時監視が継続できないことを認知し、データの有効性とそうでない時間帯のあることを明示的に識別することができる。

・制御電源の電圧が低下した場合、停電メールを送信することで、上位の監視サーバに停電を通知可能となる。この場合、上位の監視サーバで停電が判断できれば、対応が可能となる。通知がない場合は、定期データが更新されないことでわかるが、対応が遅れる。

（実施形態７）ＬＥＤ表示と選択スイッチと実行スイッチによる機能
本発明は、監視端末装置の小型化を図ることも１つの目的とするため、監視端末装置の表示部の大きさが制限される。

本実施形態は、監視端末装置の表示部構成を図８に示すように、ロータリースイッチと表示用ＬＥＤの組合せで構成し、監視端末装置の保守に必要な表示内容を表示できるようにしたものである。

下記の表１は、ＬＥＤにより異常コードを表示する場合を示し、ロータリースイッチを「Ｅ」に選択して異常コード表示モードとし、異常コードを４つのＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦの時系列切換（数値０〜９の組み合わせ）で表示する。

例えば、図１０の例１で示すように、異常コード３００の表示には、数値「３」を１秒表示→数値「０」を１秒表示→数値「０」を１秒表示し、これら時系列表示で１回の異常コード表示が終了したことを知らせるために４つのＬＥＤを点滅させる。同様に、異常コード３０１の表示には、数値「３」を１秒表示→数値「０」を１秒表示→数値「１」を１秒表示し、これら時系列表示で１回の異常コード表示が終了したことを知らせるために４つのＬＥＤを点滅させる。

また、図１０の例２で示すように、各桁を区切りの意味で、０．５秒の消灯期間を設ける方法もある。

下記の表２は、アンテナ本数（電波強度）をＬＥＤにて表示する場合を示し、ロータリースイッチを「１」に選択して通信Ｉ／Ｆのアンテナ表示モードとし、アンテナ本数を３つのＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦで表示する。

同様に、テストモードの表示には、ロータリースイッチを「３」に選択し、実行スイッチを押すことでテストモードとなる。テストモードではＣＰＵ電源がＯＦＦにならず、通信等の機能試験を行うことができる。

また、システムリセットの実行には、ロータリースイッチを「０」に選択し、実行スイッチを押すことで、内部機器をリセットする。

また、ブートモードの設定には、電源起動時にロータリースイッチを「０」から「１」へ一定時間内に変更することで、内部プログラムに変更するモードになる。

本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、以下の効果がある。

・選択スイッチと実行スイッチとＬＥＤ表示部との少ない組み合わせにより、より多くの情報を表示可能となる。

・必要な情報が表示可能となる。また、特別な機能も追加することが可能となる。

（実施形態８）外部インタフェースを利用した機能設定
図８に例を示すように、監視端末装置の設定機能として、最小限の機能実現のロータリースイッチと実行スイッチで構成している。本実施形態は、機器の設定として監視サーバからの通信により設定及び、外部インタフェースのシリアルポートによるパソコン等による設定を可能にするものである。このため、図２や図４に示すように、設定・表示用端末装置（パソコン）６００との間で有線でデータを入出力できるＩ／Ｆ２８を設ける。これにより、パソコン６００で設定ファイルを編集して、シリアルポートより本体にファイルを読み込ませることで設定できる。

本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、以下の効果がある。

・通信機能を利用した設定により、監視端末装置本体に設定用のパネルが必要でなくなり、本体構成を簡略化できる。

・設定にはテキストファイルを編集することで可能なため容易である。

・通信機能を利用した設定により。場合によっては、制御機能そのものを遠方より変更することが可能となる。

１００ ワイヤレス・テレメトリング装置（監視端末装置）
２００ 監視対象機器
３００ 監視サーバ
４００ 太陽電池
５００ 二次電池
２０ 機器監視部
４０ 監視対象Ｉ／Ｆ
６０ 携帯電話部
７０ 電源供給回路
８０ 定期起動回路（ＲＴＣ）
９０ 二次電池低下検出回路
２１ 通信Ｉ／Ｆ
２２ 定期起動回路（ＲＴＣ）
２３ 電源起動回路
２５ 待機用電源
２６ 動作用電源

Claims (10)

1. 端末情報の入出力手段と、無線通信回線を通して上位のサーバに対する端末情報などを送受信する通信手段を備え、これら手段の制御電源を太陽電池と二次電池の組み合わせで構成した端末装置において、
   前記制御電源の電源供給手段は、端末動作に必要な端末処理部（ＣＰＵ）と入出力部の電源をＯＦＦしておくことで前記端末処理部（ＣＰＵ）等での電力消費を無くす待機用電源と、端末動作を必要とするときに前記端末処理部（ＣＰＵ）などを起動させる動作用電源の2系統と、前記太陽電池と二次電池からの出力電力を前記待機用電源と動作用電源への供給を制御できる電源供給制御回路を備え、
   時間管理により前記動作用電源を投入する定期起動手段と、前記サーバ側から発呼により前記動作用電源を投入する発呼管理手段と、二次電池の電圧低下検出で前記動作用電源を投入する電圧低下管理手段を備えたことを特徴とする端末装置。
2. 前記端末処理部（ＣＰＵ）は、動作用電源の投入によって起動されたときに、この起動要因を分析して、その起動要因に応じた処理を経て、端末情報の収集と前記サーバへの送信をすると共に、この送信が終了したときに制御電源を前記動作用電源をＯＦＦして待機用電源だけの状態に戻すことを要求する処理手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の端末装置。
3. 前記電源供給回路は、
   常時運転状態時、常時電源供給源の出力電力を前記待機用電源および動作用電源に電力供給し、前記常時電源供給源の出力電圧低下を検出したときに、バックアップ用電池から前記待機用電源および動作用電源に電力供給する構成を特徴とする請求項２の機能を組み合わせ保有する請求項１に記載の端末装置。
4. 前記端末処理部（ＣＰＵ）は、
   最初の電源起動時にすべての回路部に制御電源が供給された後に、前記定期起動手段と発呼管理手段と電圧低下管理手段による起動要因を読み出し、１つの起動要因もなければ、各回路部を初期起動した後に前記動作用電源をＯＦＦさせておく手段と、
   前記定期起動手段と発呼管理手段と電圧低下管理手段のいずれかに起動が発生した時に前記動作用電源をＯＮさせ、このときの起動要因に応じた処理を行い、この処理終了時に再度起動要因がないことを確認し、起動要因がなければ前記動作用電源をＯＦＦして処理を終了する手段を備えたことを特徴とする請求項２〜３の機能を組み合わせ保有する請求項１に記載の端末装置。
5. 前記定期起動手段は、
   起動時に、前記端末処理部（ＣＰＵ）により現在時刻の初期設定および定期起動のための起動すべき時間を初期設定する手段と、
   前記待機用電源から電源を供給されて常時動作状態にし、前記待機用電源の一時的な電源喪失にはコンデンサバックアップにより現在時刻情報が喪失するのを防止する手段を備えたことを特徴とする請求項２〜４の機能を組み合わせ保有する請求項１に記載の端末装置。
6. 前記端末処理部（ＣＰＵ）は、前記定期起動手段と発呼管理手段と電圧低下管理手段のいずれかによる起動要因が発生したとき、この起動要因情報を前記サーバに送信する手段と、前記起動要因に応じた処理動作に際し、サーバにそれまでの起動要因の記録を通知する手段を備えたことを特徴とする請求項２〜５の機能を組み合わせ保有する請求項１に記載の端末装置。
7. 前記監視端末装置は、ＣＰＵ、通信機能等の基本部分を搭載した端末部基板と、入出力部、制御電源回路など、用途により可変可能なものを搭載した拡張部基板との２枚構成としたことを特徴とする請求項２〜６の機能を組み合わせ保有する請求項１に記載の端末装置。
8. 前記電池制御回路は、
   前記常時電源供給源が停電した場合、動作用電源を、前記バックアップ用電池から電力を供給する手段と、
   前記常時電源供給源の電圧低下または停電の情報を前記サーバに通知する手段と、
   定期的に前記バックアップ用電池を点検し、該電池の劣化を検出したときに前記サーバに電池交換時期であることを通知する手段を備えたことを特徴とする請求項２〜７の機能を組み合わせ保有する請求項１に記載の端末装置。
9. 前記端末装置は、電源、イベント発生、通信中、装置異常の表示部と、選択スイッチと、表示実行スイッチを備え、前記選択スイッチと表示実行スイッチの時系列選択で前記表示部の項目と内容を切換えることを特徴とする請求項２〜８の機能を組み合わせ保有する請求項１に記載の端末装置。
10. 前記端末装置は、外部インタフェースなどのシリアルポートを有した通信手段により機能設定する手段を備えたことを特徴とする請求項２〜９の機能を組み合わせ保有する請求項１に記載の端末装置。

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