JP2014195230A

JP2014195230A - 無線通信装置

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Publication number: JP2014195230A
Application number: JP2013071390A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nagatake; 栄二長竹
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP6020299B2

Abstract

【課題】環境発電で得た電力を無線通信に効率的に利用する。
【解決手段】この発明に係る無線通信装置は、発電を行い、発電出力を出力する発電部と、発電出力を蓄積するとともに、給電出力を出力する蓄電部と、給電出力から無線通信装置内で使用する電圧を生成し、作動電力を供給する電圧調整部と、蓄電部が出力した給電出力の電圧を監視し、電源監視結果を生成する電源監視部と、動作状態情報から電源監視基準の電圧範囲を決定し、電源監視基準の電圧範囲と電源監視結果とに基づいて無線通信に対して許容する動作内容を判定し、許容動作情報を生成する電源管理部と、無線状態情報から生成した動作状態情報を電源管理部に送出し、許容動作情報に従い無線通信の動作内容を、要求される優先度に応じて決定し動作内容指示として指示する動作制御部と、動作内容指示に従い無線信号の送受信を行うとともに、無線状態情報を動作制御部に送出する無線通信部とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、周囲の環境に存在するエネルギーを利用して発電した電力を電源として動作し、無線回線を介して通信を行う無線通信装置に関するものである。

無線センサネットワークなど、多数の無線通信装置を設置するシステムでは、設置コスト削減、設置場所選択の自由度向上のため、無線通信装置へ電力を供給するための配線を不要にするという要求がある。この要求を実現する一つの方法として、無線通信装置に蓄電池を搭載し、その電力を用いて動作するという方法がある。更に、この蓄電池の充電方法として、周囲の環境に存在するエネルギーを利用して発電を行い、それによって得た電力を蓄電池へ蓄電して、無線通信装置の電源とする方法がある。なお、このような周囲の環境に存在するエネルギーを利用して行う発電は、環境発電と呼ばれている。

このような無線通信装置では、蓄電池の残量を監視し、蓄電池の残量が十分ある時には制約を設けずに動作し、蓄電池の残量が少なくなると着信処理のみを行うよう制御して、蓄電池の消耗を軽減し通信可能時間を延長していた（例えば、特許文献１）。

特開平１０−２０９９５３号公報（第４頁、第２図）

従来の無線通信装置は、蓄電池の出力電圧を監視し、予め固定的に設定した電圧閾値を用いた監視結果によって動作可否を判定しており、動作状態に応じた電圧監視を行っていないので、動作電流による出力電圧の降下によって検出される出力電圧値が変動してしまい、動作可否の判定精度が低下し、実際には動作可能な状態であっても動作不可と判定される場合があり、所望の動作が実行できないという問題があった。また、蓄電池が満充電の状態となった後、無線通信装置の動作が行われない、あるいは、電力消費量が電力供給量を下回るような動作のみが行われた場合には、発電により発生した電力が使用されることなく廃棄されることになり、発電した電力が効率的に利用できていないという問題もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、動作電流による電圧降下を考慮して蓄電池からの出力電圧を監視することにより、動作状態に応じて出力電圧が変動した場合でも、動作可否の判定精度が低下することを防止し、また、その時の電力供給状況が、最大の電力消費となる動作（例えば無線送信処理）には不十分な場合であっても、要求される動作が電力消費の小さなもの（例えば無線受信処理、装置内に閉じた制御処理など）である場合にはこれを実行することを選択可能とする無線通信装置を提供し、その時点で要求された動作を極力実行できるようにするとともに、発電した電力の有効利用を図ることを目的としている。

この発明に係る無線通信装置は、発電した電力を電源として動作し、無線通信を行う無線通信装置であって、周囲の環境に存在するエネルギーを利用して発電を行い、発電出力を出力する発電部と、前記発電部が出力した前記発電出力を蓄積するとともに、給電出力を出力する蓄電部と、前記蓄電部が出力した前記給電出力から無線通信装置内で使用する電圧を生成し、作動電力を供給する電圧調整部と、前記蓄電部が出力した前記給電出力の電圧を監視し、電源監視結果を生成する電源監視部と、動作状態情報から電源監視基準の電圧範囲を決定し、前記電源監視基準の電圧範囲と前記電源監視部が生成した前記電源監視結果とに基づいて無線通信に対して許容する動作内容を判定し、許容動作情報を生成する電源管理部と、無線状態情報から生成した前記動作状態情報を前記電源管理部に送出し、前記電源管理部が生成した前記許容動作情報に従い無線通信の動作内容を、要求される優先度に応じて決定し動作内容指示として指示する動作制御部と、前記電圧調整部から供給される前記作動電力で動作し、前記動作制御部から指示された前記動作内容指示に従い無線信号の送受信を行うとともに、前記無線状態情報を前記動作制御部に送出する無線通信部とを備えた。

本発明によれば、動作電流による電圧降下を考慮して蓄電池からの出力電圧を監視することにより、動作状態に応じて出力電圧が変動した場合でも、動作可否の判定精度が低下することを防止し、また、その時の電力供給状況が、最大の電力消費となる動作には不十分な場合であっても、要求される動作が電力消費の小さなものである場合にはこれを実行することを選択可能としたので、その時点で要求された動作が極力実行できるようになるとともに、発電した電力の有効利用を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係る無線通信装置の一構成例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る蓄電部の蓄電デバイスから出力される電圧と電流の関係の一例を示した図である。この発明の実施の形態１に係る電圧調整部の降圧レギュレータにおける入力電圧と出力電圧の関係の一例を示した図である。この発明の実施の形態１に係る電源管理部における電源監視基準の一例を示す図である。この発明の実施の形態２に係る無線通信装置の一構成例を示す図である。この発明の実施の形態３に係る無線通信装置の一構成例を示す図である。この発明の実施の形態４に係る無線通信システムの動作シーケンスの一例を示す図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１では、電源監視部が給電出力の電圧を監視し、電源管理部が動作状態情報に含まれる無線通信の設定情報を用いて電源監視基準を無線通信処理ごとに決定するとともに電源監視結果を用いて無線通信に対して許容する動作内容を判定する無線通信装置について説明する。

図１は、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置の一構成例を示す図である。図において、発電部１は、周囲の環境に存在するエネルギーを利用して発電を行い、発電出力２１を出力する。蓄電部２は、発電部１が出力した発電出力２１を蓄積するとともに、給電出力２２を出力する。電圧調整部３は、蓄電部２が出力した給電出力２２から無線通信装置内で使用する電圧を生成し、作動電力２３を供給する。電源監視部４は、蓄電部２が出力した給電出力２２の電圧を監視し、電源監視結果２４を生成する。電源管理部５は、動作状態情報から電源監視基準の電圧範囲を決定し、電源監視基準の電圧範囲と電源監視部４が生成した電源監視結果２４とに基づいて、動作状態情報２５に示される無線通信動作に対して許容する動作内容を判定し、許容動作情報２６を生成する。動作制御部６は、無線状態情報２７から生成した動作状態情報２５を電源管理部５に送出し、電源管理部５が生成した許容動作情報２６に従い無線通信の動作指示情報をその要求される優先度に応じて決定する。無線通信部７は、電圧調整部３から供給される作動電力２３で動作し、動作制御部６からの動作指示情報２８に従い無線信号の送受信を行うとともに、無線状態情報２７を動作制御部６に送出する。

次に動作について説明する。

まず、発電部１は、周囲の環境に存在するエネルギー、例えば光、熱、振動、圧力、電磁波、運動エネルギーなどを利用して電気エネルギーに変換することで発電を行い、発電出力２１を出力する。

蓄電部２は、発電出力２１を電力として蓄積すると同時に、この蓄積した電力から給電出力２２を出力する。ここで、蓄電部２を二次電池やキャパシタなどの充放電が可能な蓄電デバイスで実現する場合には、蓄電デバイス自体が持っている内部抵抗によって生じる電圧降下により、給電出力２２の出力電流値に応じて出力電圧が変化する。

図２は、この発明の実施の形態１に係る蓄電部の蓄電デバイスから出力される電圧と電流の関係の一例を示す図である。図において、例えば蓄電デバイスの内部抵抗の値をＲｉｎｔ、出力電流値をＩｏｕｔ、蓄電デバイスにおける出力電流値が０のときの出力電圧をＶｏとしたとき、蓄電デバイスから出力される電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖｏ−Ｒｉｎｔ×Ｉｏｕｔとなることを示している。このように、蓄電デバイス自体が持っている内部抵抗によって生じる電圧降下により、出力電流値に応じて出力電圧が変化することになる。

電圧調整部３は、蓄電部２が出力した給電出力２２から無線通信装置内の各部が動作するために必要な電圧を生成し、作動電力２３を供給する。ここで、電圧調整部３を電圧レギュレータなどの電子部品を用いて実現する場合には、所望の電圧より高い電圧の入力に対して所定の電圧降下が生じる降圧レギュレータと呼ばれるものを使用することで、安定した出力電圧を得ることができる。

ここで、図３は、この発明の実施の形態１に係る電圧調整部の降圧レギュレータにおける入力電圧と出力電圧の関係の一例を示した図である。図において、例えば予め設定した所望の出力電圧をＶｓｅｔ、所定の電圧降下をＶｄｒｏｐとしたとき、（Ｖｓｅｔ＋Ｖｄｒｏｐ）未満の入力電圧に対する出力電圧ＶｏｕｔはＶｏｕｔ＝Ｖｉｎ−Ｖｄｒｏｐとなるが、（Ｖｓｅｔ＋Ｖｄｒｏｐ）以上の入力電圧に対してはＶｏｕｔ＝Ｖｓｅｔとなって一定の出力電圧が得られることを示している。このように、降圧レギュレータによれば、所望の電圧より高い電圧の入力に対して安定した出力電圧を得ることができるようになる。

電源監視部４は、蓄電部２が出力した給電出力２２の電圧を監視し、電源監視結果２４を生成する。ここで、電源監視部４は、給電出力２２の電圧値を示す電源監視結果２４を生成する。

電源管理部５は、動作状態情報２５に含まれる無線通信動作に関して設定されている情報から無線動作状態に対する電源監視基準を生成し、動作状態情報２５に含まれる動作状態に対応する電源監視基準の電圧範囲と電源監視部４が生成した電源監視結果２４に示される電圧値とに基づいて、許容する動作内容を判定し、許容動作情報２６を生成する。ここで、動作状態情報２５は、無線通信動作に関して設定されている情報として無線送信電力、送信フレーム長、送信間隔、無線回路種別など、無線通信処理による消費電力を決定付ける情報と、動作状態に関して設定されている情報として送信中、受信中、制御中、待機中などそれぞれ異なる消費電力となる無線通信動作のうち、いずれの動作状態であるかを示す情報とを含んでいる。

図４は、この発明の実施の形態１に係る電源管理部における電源監視基準の一例を示す図である。ここでは、電源監視基準として、例えば無線通信動作のうち無線送信処理が可能であると判定する電圧範囲を示すものについて説明する。送信中、受信中、制御中、待機中の各動作状態において、それぞれの消費電流の値に応じて現在の動作状態が送信中であればＶ１以上Ｖ２以下、受信中であればＶ３以上Ｖ４以下、制御中であればＶ５以上Ｖ６以下、待機中であればＶ７以上Ｖ８以下の電圧範囲を満たしているとき、次の動作として送信処理が可能と判定する。また、ここで説明した無線送信処理の判定だけでなく、無線受信処理、内部制御処理についても同様に、各動作状態に対して、それぞれの消費電流値に応じて無線受信処理、内部制御処理が可能であると判定する電圧範囲を示す電源監視基準を設定することができる。

例えば、まず、無線通信動作に関して設定されている情報に基づいて、該設定での無線信号送信、無線信号受信、内部制御処理、待機の各々の無線通信動作中に消費される電流値を予め設定された情報からそれぞれ選択して、図２を用いて説明したように、この電流値に基づいて給電出力２２からの電圧降下量を算出する。あるいは、無線通信装置の保守機能としてキャリブレーションを行うための動作モードを設け、このモードにおいて送信中、受信中、制御中、待機中の各動作状態における実際の給電出力２２からの電圧降下量を測定する。次に、図３を用いて説明したように、給電出力２２に対する作動電力２３の変化を考慮した上で、測定した電圧降下量を用いて、無線信号送信、無線信号受信、内部制御処理、待機など無線通信処理の動作状態のそれぞれに対して無線通信動作を行うために必要な給電出力２２の電圧が維持できる電圧範囲を示す電圧閾値を算出し、これを電源監視基準として生成する。

このように設定した無線送信処理、無線受信処理、内部制御処理に対応した電源監視基準のうち、動作状態情報２５が示す動作状態の処理に対応するものを用いて、電源監視結果２４が示す給電出力２２の電圧値が属している電圧範囲に該当する動作をその時点で許容される無線通信の動作内容として判定することで、許容動作情報２６が生成される。ここで判定される動作内容は、１つとは限らず、複数許容できることもある。

動作制御部６は、無線状態情報２７から生成した動作状態情報２５を電源管理部５に送出し、電源管理部５が生成した許容動作情報２６に従い無線通信の動作内容をその要求される優先度に応じて決定する。ここで、動作状態情報２５は、無線通信動作に関して設定されている情報と無線通信部７から受け取った無線通信処理の動作状態を示す無線状態情報２７とを用いて生成され、電源管理部５へ送られる。また、動作指示情報２８は、無線通信部７から要求された無線通信動作が許容動作情報２６に示された次の動作内容として許容されている場合にはその無線通信動作を実行するように指示する情報として生成される。このとき、要求されている無線通信動作として複数の処理があった場合には、それらの処理に対する優先度に応じて許容される順に実行するよう制御する。例えば、要求されている動作として無線送信処理と無線受信処理があり、その時点で許容動作情報２６が示す動作内容が無線受信処理のみであったとき、無線受信処理の優先度が高い場合にはこれを実行し、無線送信処理の優先度が高い場合には無線送信処理が許容される状態となるまで無線受信処理を実行せずに待つように動作する。即ち、この場合には、発電部１が発電することによって蓄電部２の蓄電残量が増加し給電出力２２の電圧が無線送信処理が許容される値となるまで無線受信処理を実行せずに待つことになる。ここで使用する優先度は、予め固定値として設定してもよいし、送信データの有無、タイマによる実行予約時間、処理待ち許容時間、優先データ（優先サービス、緊急データなど）の該否などの情報に応じて重み付けを行って算出した重み値の合計によって決定してもよい。

無線通信部７は、電圧調整部３から供給される作動電力２３で動作し、動作制御部６からの動作指示情報２８に従い無線信号の送受信を行うとともに、無線状態情報２７を動作制御部６に送出する。

なお、この発明の実施の形態１では、蓄電部２が出力した給電出力２２の電圧値の情報を電源監視部４から電源管理部５へ電圧値のまま電源監視結果２４として通知するものを説明したが、電源監視部４と電源管理部５の間で、電源監視のために予め設定された複数の電圧閾値を共有し、電源監視部４から電源管理部５へ給電出力２２の電圧値が該当した電圧閾値で定まる電圧範囲を示す電源監視結果２４を生成して通知してもよい。このとき、複数の電圧閾値は、無線信号送信、無線信号受信、内部制御処理、待機中など無線通信処理の動作状態に応じて変化する給電出力２２の電圧範囲の中でいずれの動作状態に対応する電圧であるかを判別するのに十分な粒度を持つよう設定しておく。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置によれば、電源管理部が無線通信部の設定情報に対応する電源監視基準を無線通信処理ごとに決定するとともに、その時点での電源監視結果と無線通信部の動作状態に応じて次に無線通信部に対して許容する動作内容を判定するようにしているので、動作電流による電圧降下を考慮して出力電圧監視で用いる電圧閾値を動的に設定するため、動作状態に応じて出力電圧が変動した場合でも、動作可否の判定精度が低下することを防止できる。また、その時の電力供給状況が、最大の電力消費となる動作には不十分な場合でも、要求される動作がその時点の供給電力で賄うことのできるものであればこれを実行することが可能となり、発電した電力の有効利用を図ることができる。

また、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置によれば、動作制御部がその時点での優先度に応じて次に実行する処理を決定しているので、その時の電力供給状況が優先度の高い処理を実行するには不十分な場合には、蓄電残量が優先度の高い処理を実行可能な状況となるまで優先度の低い他の処理を実行せずに待ち、優先度の高い処理を優先的に実行することが可能となる。

また、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置によれば、電源管理部が無線通信部の設定内容や回路種別に応じて電源監視基準を決定しているので、無線通信部に対する設定変更や、モジュール交換などの方法によって無線通信部を異なる回路へ変更した場合にも対応が可能となる。

実施の形態２．
先に示した実施の形態１では、電源監視部が給電出力の電圧を監視し、電源管理部が動作状態情報に含まれる無線通信の設定情報を用いて電源監視基準を無線通信処理ごとに決定するとともに電源監視結果を用いて無線通信に対して許容する動作内容を判定するよう構成したものについて説明した。次に、この実施の形態２では、電源管理部が無線通信の設定情報を用いて決定した電源監視基準に従い電源監視部が電源監視を行うものについて説明する。

図５は、この発明の実施の形態２に係る無線通信装置の一構成例を示す図である。ここで、実施の形態１の説明と同一符号を付したものは同様に動作する。

電源監視部４ａは、電源管理部５ａから指示された電源監視基準２９に従い蓄電部２の給電出力２２の電圧を監視する。電源管理部５ａは、無線通信に関する設定情報や動作状態と関係付けて電源を管理するための電源監視基準２９を決定して電源監視部４ａに指示するとともに、電源監視部４ａから得た電源監視結果２４ａおよび動作状態情報２５から無線通信に対して許容する動作内容を判定する。

次に動作について説明する。

電源監視部４ａは、指示された電源監視基準２９に従い蓄電部２の給電出力２２の電圧を監視し、電源監視結果２４ａを出力する。ここで、電源監視部４ａにおける電圧監視は、電源監視基準２９で指示された複数の電圧閾値を用いて、これら電圧閾値を境界としていずれの範囲にあるかを検出するよう動作し、給電出力２２の電圧値が該当した電圧閾値で定まる電圧範囲を示す電源監視結果２４を生成する。この複数の電圧閾値は、電源管理部５にて説明する無線信号送信、無線信号受信、内部制御処理、待機中など無線通信処理の動作状態に応じて変化する給電出力２２の電圧範囲の中でいずれの動作状態に対応する電圧であるかを判別するのに十分な粒度を持つよう設定しておく。

電源管理部５ａは、動作状態情報２５に含まれる無線通信動作に関して設定されている情報を用いて電源監視基準２９を決定するとともに、電源監視結果２４ａに示される電圧範囲の情報と動作状態情報２５に含まれる無線通信の動作状態（送信中、受信中、待機中など）を示す情報とを用いて無線通信に対して許容する動作内容を判定し許容動作情報２６を送出する。ここで、動作状態情報２５は、実施の形態１と同様に構成される。また、電源監視基準２９は、実施の形態１でも説明したように決定すればよい。

このように、電源管理部５ａから電源監視部４ａに電源監視基準２９が送られ、電圧閾値が給電出力２２の監視に用いられた結果、電源監視部４ａから給電出力２２が電源監視基準２９に示されたどの無線通信処理の電圧範囲にあるかを示した電圧範囲の情報を含む電源監視結果２４ａが電源管理部５ａに返される。

また、電源管理部５ａは、無線送信処理、無線受信処理、内部制御処理の無線通信処理のうち、動作状態情報２５が示す動作状態に対応する電源監視基準２９を用いて、電源監視結果２４ａから得た給電出力２２の電圧値が属している電圧範囲に該当する動作をその時点で許容される無線通信の動作内容を判定することで許容動作情報２６を生成する。

動作制御部６は、この発明の実施の形態１でも説明したように、電源管理部５が生成した許容動作情報２６に従い無線通信の動作内容をその要求される優先度に応じて決定する。無線通信部７は、この発明の実施の形態１でも説明したように、電圧調整部３から供給される作動電力２３で動作し、動作制御部６からの動作指示情報２８に従い無線信号の送受信を行うとともに、無線状態情報２７を動作制御部６に送出する。

なお、電源管理部５ａから電源監視部４ａに送られる電源監視基準２９は、例えば動作状態情報２５が示す動作状態が更新されるごとに、該動作状態に対応する電源監視基準２９のみ送ることで判定すべき電圧閾値の数を削減してもよく、電源監視基準２９も適宜設計し直してもよい。あるいは、動作状態の更新ごとではなく、最初または定期的にすべての動作状態に対応する電源監視基準２９を送ることでデータ量を削減して運用するようにしてもよい。

また、この発明の実施の形態２では、電源監視部４ａから給電出力２２が電源監視基準２９に示されたどの無線通信処理の電圧範囲にあるかを示した電圧範囲の情報を含む電源監視結果２４ａが電源管理部５ａに返され、電源管理部５ａが動作状態情報２５に示される動作状態に対応する電源監視基準２９を用いて、電源監視結果２４ａから得た給電出力２２の電圧値が属している電圧範囲に該当する動作をその時点で許容される無線通信の動作内容を判定するものとして説明したが、電源管理部５ａは動作状態情報２５に示される動作状態を電源監視部４ａに通知することで、許容される無線通信の動作内容の判定まで電源監視部４ａに行わせ、判定結果を電源監視結果２４ａとして電源監視部４ａから得て、この判定結果から許容動作情報２６を生成するようにしてもよい。

以上のように、この発明の実施の形態２に係る無線通信装置によれば、電源管理部が無線通信処理ごとに決定した電源監視基準に従い電源監視部が電源監視を行うようにしているので、電源監視部が必要最小限の数の電圧閾値によって電圧監視を行えば良く、電圧監視のための回路構成を簡易なものとすることができる。

また、この発明の実施の形態２に係る無線通信装置によれば、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置と同様に、電源管理部が電源監視部から受けた電源監視結果と無線通信部の動作状態に応じて次に無線通信部に対して許容する動作内容を判定するようにしているので、動作電流による電圧降下を考慮して出力電圧監視で用いる電圧閾値を動的に設定するため、動作状態に応じて出力電圧が変動した場合でも、動作可否の判定精度が低下することを防止できる。また、その時の電力供給状況が、最大の電力消費となる動作には不十分な場合でも、要求される動作がその時点の供給電力で賄うことのできるものであればこれを実行することが可能となり、発電した電力の有効利用を図ることができる。

また、この発明の実施の形態２に係る無線通信装置によれば、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置と同様に、動作制御部がその時点での優先度に応じて次に実行する処理を決定しているので、その時の電力供給状況が優先度の高い処理を実行するには不十分な場合には、蓄電残量が優先度の高い処理を実行可能な状況となるまで優先度の低い他の処理を実行せずに待ち、優先度の高い処理を優先的に実行することが可能となる。

実施の形態３．
先に示した実施の形態１では、電源監視部が給電出力の電圧を監視し、電源管理部が動作状態情報に含まれる無線通信の設定情報を用いて電源監視基準を無線通信処理ごとに決定するとともに電源監視結果を用いて無線通信に対して許容する動作内容を判定するよう構成したものについて説明した。次に、この実施の形態３では、給電出力だけでなく発電出力も電源監視部の監視対象とし、これらの情報を基に蓄電部への電力蓄積状況を予測し、これを加味して電源管理部が無線通信に対して許容する動作内容を判定するものについて説明する。

図６は、この発明の実施の形態３に係る無線通信装置の一構成例を示す図である。実施の形態１の説明と同一符号を付したものは同様に動作する。

電源監視部４ｂは、給電出力２２の電圧を監視するとともに、発電出力２１の電圧を監視する。電源管理部５ｂは、無線通信に関する設定情報や動作状態と関係付けて電源を管理するための電源監視基準を決定するとともに、電源監視部４ｂからの電源監視結果２４ｂを用いて無線通信に対して許容する動作内容を判定する。

次に動作について説明する。

電源監視部４ｂは、蓄電部２からの給電出力２２の電圧と発電部１からの発電出力２１の電圧を監視し、電源監視結果２４ｂを出力する。ここで、電源監視部４ｂは、発電出力２１と給電出力２２の電圧値を示す電源監視結果２４ｂを生成する。

電源管理部５ｂは、動作状態情報２５に含まれる無線通信動作に関して設定されている情報を用いて電源監視基準を決定するとともに、電源監視結果２４ｂで通知された発電出力２１の電圧値から蓄電部２への電力蓄積状況を予測し、また、電源監視結果２４ｂで通知された給電出力２２の電圧値と動作状態情報２５に含まれる無線通信の動作状態（送信中、受信中、待機中など）を示す情報を用いて無線通信に対して許容する動作内容を判定し許容動作情報２６を送出する。ここで、無線通信に対して許容する動作内容の判定では、電源監視基準のうち動作状態情報２５が示す動作状態に対応するものを用いて、蓄電部２への電力蓄積状況の予測結果を加味した場合に電源監視結果２４ｂが示す給電出力２２の電圧値が属することになる電圧範囲に該当する動作をその時点で許容される無線通信の動作内容として判定し許容動作情報２６として出力する。

なお、この発明の実施の形態３では、発電部１が出力した発電出力２１と蓄電部２が出力した給電出力２２の電圧値の情報を電源監視部４ｂから電源管理部５ｂへ電圧値のまま電源監視結果２４ｂとして通知するものを説明したが、電源監視部４ｂと電源管理部５ｂの間で、発電出力２１と給電出力２２の電源監視のために予め設定された複数の電圧閾値を共有し、電源監視部４ｂから電源管理部５ｂへ発電出力２１と給電出力２２の電圧値がそれぞれ該当した電圧範囲を示す電源監視結果２４ｂを生成して通知してもよい。このとき、発電出力２１に対する複数の電圧閾値は、発電方法に応じて予め設定された発電電圧の変動範囲を複数の段階に分けるよう設定しておく。また、給電出力２２に対する複数の電圧閾値は、無線信号送信、無線信号受信、内部制御処理、待機中など無線通信処理の動作状態に応じて変化する給電出力２２の電圧範囲の中でいずれの動作状態に対応する電圧であるかを判別するのに十分な粒度を持つよう設定しておく。

以上のように、この発明の実施の形態３に係る無線通信装置によれば、電源監視部４ｂが給電出力２２に加えて発電出力２１を監視し、電源管理部５ｂが以降の蓄電部２への電力蓄積状況を予測し許容される無線通信の動作内容を判定するようにしているので、その時の発電状況を踏まえて実行すべき処理内容の選択を行うことにより、次に要求される無線通信動作をより確実に実行できるようにすることができる。

また、この発明の実施の形態３に係る無線通信装置によれば、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置と同様に、電源管理部が電源監視部から受けた電源監視結果と無線通信部の動作状態に応じて次に無線通信部に対して許容する動作内容を判定するようにしているので、動作電流による電圧降下を考慮して出力電圧監視で用いる電圧閾値を動的に設定するため、動作状態に応じて出力電圧が変動した場合でも、動作可否の判定精度が低下することを防止できる。また、その時の電力供給状況が、最大の電力消費となる動作には不十分な場合でも、要求される動作がその時点の供給電力で賄うことのできるものであればこれを実行することが可能となり、発電した電力の有効利用を図ることができる。

また、この発明の実施の形態３に係る無線通信装置によれば、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置と同様に、動作制御部がその時点での優先度に応じて次に実行する処理を決定しているので、その時の電力供給状況が優先度の高い処理を実行するには不十分な場合には、蓄電残量が優先度の高い処理を実行可能な状況となるまで優先度の低い他の処理を実行せずに待ち、優先度の高い処理を優先的に実行することが可能となる。

実施の形態４．
これまで示した実施の形態１ないし実施の形態３では、無線通信装置の動作制御部６が許容動作情報２６に従い、次の動作として要求されている無線通信動作のうち予め設定された優先度に応じて許容される順に実行するよう制御する場合について説明した。この実施の形態４では、無線通信装置が実行する動作を選択する際に蓄電部２での蓄電残量を考慮し、この蓄電残量から算出される処理継続時間の許容範囲で完了する動作を選択するものについて説明する。

少なくとも一対の無線通信装置から構成される無線通信システムについて、各無線通信装置の無線通信動作は、無線信号送信、無線信号受信、内部制御処理、待機中など個々の動作として分類されるが、その無線通信システムの種別によってこれら個々の動作で完結するものと、これらの動作の組合せを一連の処理シーケンスとして完結するものがある。例えば、ある無線通信装置Ａから別の無線通信装置Ｂへ定期的に情報を送信し、その送達確認を必要としない無線通信システムの場合には、無線通信装置Ａは無線信号送信のみで動作が完結し、無線通信装置Ｂは無線信号受信のみで動作が完結する。しかし、ある無線通信装置Ａから別の無線通信装置Ｂへ情報を送信する際に、予め互いが無線通信可能な状態であることを確認した上で情報の送信処理を開始し、送達確認を完了した時点で動作が完結するようなシステムの場合には、処理シーケンスを完結するために複数の動作が必要となる。

図７は、この発明の実施の形態４に係る無線通信システムの動作シーケンスの一例を示す図である。ここでは、複数の動作で処理シーケンスを完了するような無線通信システムの動作例を説明する。図において、無線通信装置３１から無線通信装置３２へ情報を送信する際には、送信要求送信４１、許可応答受信４２、データ送信４３、送達確認受信４４からなる一連の動作で処理シーケンスが完結する。この場合、データ送信４３に相当する処理だけで完結する場合と比べて動作に必要な電力消費量は大きくなる。これに対応するため、給電出力２２の電圧値、あるいは発電出力２１と給電出力２２の電圧値の組合せによって蓄電部２での蓄電残量を推定し、この蓄電残量から許容される処理継続時間を算出して、要求されている動作のうち一連の処理シーケンスの全てを完結することが可能でかつ優先度の高い順に実行する動作を選択する。

ここでは、蓄電残量から算出される処理継続時間の許容範囲で一連の処理シーケンスとして完結できる動作を選択する場合について述べたが、許容する動作として処理シーケンスにおける無線通信の連続動作回数を制限するように動作を選択してもよいし、同じ動作の繰り返し回数を制限するように動作を選択するようにしてもよい。

以上のように、この発明の実施の形態４に係る無線通信システムによれば、無線通信装置の蓄電部２での蓄電残量から許容される処理継続時間に対応して完結することが可能な動作を選択、あるいは、連続する動作の回数を制限するようにしているので、一連の処理シーケンスや連続動作の途中で蓄電量不足によって動作が停止してしまうことを防止できる。

これまで説明してきたように、この発明の無線通信装置は、周囲の環境に存在するエネルギーを利用して発電を行い、発電出力を出力する発電部と、発電部が出力した発電出力を蓄積するとともに、給電出力を出力する蓄電部と、蓄電部が出力した給電出力から無線通信装置内で使用する電圧を生成し、作動電力を供給する電圧調整部と、蓄電部が出力した給電出力の電圧を監視し、電源監視結果を生成する電源監視部と、動作状態情報から電源監視基準の電圧範囲を決定し、電源監視基準の電圧範囲と電源監視部が生成した電源監視結果とに基づいて無線通信に対して許容する動作内容を判定し、許容動作情報を生成する電源管理部と、無線状態情報から生成した動作状態情報を電源管理部に送出し、電源管理部が生成した許容動作情報に従い無線通信の動作内容を、要求される優先度に応じて決定し動作内容指示として指示する動作制御部と、電圧調整部から供給される作動電力で動作し、動作制御部から指示された動作内容指示に従い無線信号の送受信を行うとともに、無線状態情報を動作制御部に送出する無線通信部とを備えたので、電源管理部が無線通信部の設定情報に対応する電源監視基準を無線通信処理ごとに決定するとともに、その時点での電源監視結果と無線通信部の動作状態に応じて次に無線通信部に対して許容する動作内容を判定するようにしているので、動作電流による電圧降下を考慮して出力電圧監視で用いる電圧閾値を動的に設定するため、動作状態に応じて出力電圧が変動した場合でも、動作可否の判定精度が低下することを防止できる。また、その時の電力供給状況が、最大の電力消費となる動作には不十分な場合でも、要求される動作がその時点の供給電力で賄うことのできるものであればこれを実行することが可能となり、発電した電力の有効利用を図ることができる。

また、この発明の無線通信装置によれば、電源管理部が無線送信処理、無線受信処理、内部制御処理のそれぞれに対して、次の動作として許容できる電圧範囲を規定するとともに、無線送信中、無線受信中、内部制御中のそれぞれの動作状態に対応する電圧範囲を規定する電源監視基準を決定するので、無線通信部の設定内容や回路種別に応じて無線通信部に対する設定変更や、モジュール交換などの方法によって無線通信部を異なる回路へ変更した場合にも対応が可能となる。

また、この発明の無線通信装置によれば、電源管理部が決定した電源監視基準に規定された電圧範囲に基づいて、蓄電部が出力した給電出力の電圧の電圧を監視して電源監視結果を電源監視部が生成するので、動作電流による電圧降下を考慮して出力電圧監視で用いる電圧閾値を動的に設定するため、動作状態に応じて出力電圧が変動した場合でも、動作可否の判定精度が低下することを防止できる。また、その時の電力供給状況が、最大の電力消費となる動作には不十分な場合でも、要求される動作がその時点の供給電力で賄うことのできるものであればこれを実行することが可能となり、発電した電力の有効利用を図ることができる。

また、この発明の無線通信装置によれば、発電部が出力した発電出力の電圧および蓄電部が出力した給電出力の電圧を監視して電源監視結果を電源監視部が生成し、電源管理部が動作状態情報から発電出力に対する電源監視基準の電圧範囲を決定し、電源監視部が生成した電源監視結果に対し、蓄電部への電力蓄積状況を予測し無線通信に対して許容する動作内容を決定するので、その時の発電状況を踏まえて実行すべき処理内容の選択を行うことにより、次に要求される無線通信動作をより確実に実行できるようにすることができる。

また、この発明の無線通信装置によれば、動作制御部が送信データの有無、タイマによる実行予約時間、処理待ち許容時間、優先データの該否等に応じて重み付けを行って算出した重み値の合計によって優先度を決定するので、その時の電力供給状況が優先度の高い処理を実行するには不十分な場合には、蓄電残量が優先度の高い処理を実行可能な状況となるまで優先度の低い他の処理を実行せずに待ち、優先度の高い処理を優先的に実行することが可能となる。

また、この発明の無線通信装置によれば、動作制御部が実行する動作を選択する際に蓄電部における蓄電残量から算出される処理継続時間の許容範囲で完了する複数の動作を組み合わせた一連の処理シーケンスを優先度の高い順に選択するので、一連の処理シーケンスや連続動作の途中で蓄電量不足によって動作が停止してしまうことを防止できる。

１発電部、２蓄電部、３電圧調整部、４、４ａ、４ｂ電源監視部、５、５ａ、５ｂ電源管理部、６動作制御部、７無線通信部、２１発電出力、２２給電出力、２３作動電力、２４、２４ａ、２４ｂ電源監視結果、２５動作状態情報、２６許容動作情報、２７無線状態情報、２８動作内容指示、２９電源監視基準。

Claims

発電した電力を電源として動作し、無線通信を行う無線通信装置であって、
周囲の環境に存在するエネルギーを利用して発電を行い、発電出力を出力する発電部と、
前記発電部が出力した前記発電出力を蓄積するとともに、給電出力を出力する蓄電部と、
前記蓄電部が出力した前記給電出力から無線通信装置内で使用する電圧を生成し、作動電力を供給する電圧調整部と、
前記蓄電部が出力した前記給電出力の電圧を監視し、電源監視結果を生成する電源監視部と、
動作状態情報から電源監視基準の電圧範囲を決定し、前記電源監視基準の電圧範囲と前記電源監視部が生成した前記電源監視結果とに基づいて無線通信に対して許容する動作内容を判定し、許容動作情報を生成する電源管理部と、
無線状態情報から生成した前記動作状態情報を前記電源管理部に送出し、前記電源管理部が生成した前記許容動作情報に従い無線通信の動作内容を、要求される優先度に応じて決定し動作内容指示として指示する動作制御部と、
前記電圧調整部から供給される前記作動電力で動作し、前記動作制御部から指示された前記動作内容指示に従い無線信号の送受信を行うとともに、前記無線状態情報を前記動作制御部に送出する無線通信部と
を備えた無線通信装置。
前記電源管理部は、
無線送信処理、無線受信処理、内部制御処理のそれぞれに対して、次の動作として許容できる電圧範囲を規定する前記電源監視基準を決定する
請求項１に記載の無線通信装置。
前記電源管理部は、
無線送信中、無線受信中、内部制御中のそれぞれの動作状態に対応する電圧範囲を規定する前記電源監視基準を決定する
請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
前記電源監視部は、
前記電源管理部が決定した前記電源監視基準に規定された電圧範囲に基づいて、前記蓄電部が出力した前記給電出力の電圧の電圧を監視して前記電源監視結果を生成する
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
前記電源監視部は、
前記発電部が出力した前記発電出力の電圧および前記蓄電部が出力した前記給電出力の電圧を監視して前記電源監視結果を生成し、
前記電源管理部は、
前記動作状態情報から前記発電出力に対する電源監視基準の電圧範囲を決定し、前記電源監視部が生成した前記電源監視結果に対し、前記蓄電部への電力蓄積状況を予測し無線通信に対して許容する動作内容を決定する
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
前記動作制御部は、
送信データの有無、タイマによる実行予約時間、処理待ち許容時間、優先データの該否に応じて重み付けを行って算出した重み値の合計によって前記優先度を決定する
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
前記動作制御部は、
実行する動作を選択する際に前記蓄電部における蓄電残量から算出される処理継続時間の許容範囲で完了する複数の動作を組み合わせた一連の処理シーケンスを優先度の高い順に選択する
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の無線通信装置。