JP2017009305A - センシング装置及びセンシングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電力供給が少ない場合でも、自然現象から得られる環境エネルギーを装置動作電源として利用する自律型のセンシング装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のセンシング装置は、監視対象の事象から得られる環境エネルギーをセンシング情報として利用するとともに、環境利用型電源である装置動作電源として利用する。取得した電源や蓄積された電源状態をみて、電源への負荷を調整または軽減可能なセンシングアルゴリズムを備え、装置の状態監視、情報取得、取得情報の通信周期、取得情報の精度等を最適となるよう制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、センシング装置及びセンシングシステムに関する。

本発明に関連する自然現象のセンシングでは、外部からの電力供給や電池を電源とするものが一般的であったが、装置の設置コストや場所の制約があり、環境の異なる多くの地点での自然現象の測定が十分なされていなかった。そのため、自然現象全体を精度高く捉えることができず、解析や予測等が満足できるものではなかった。特に、外部からの電力供給が難しい山間部では、自然災害の予測や防災の観点から、自然現象（風、雨、地震等）の監視を半永久的に行えることが望まれている。

そのためには、監視装置や通信装置への電力供給を半永久的に行う必要があり、特許文献１では、放射性物質から放射される放射線を電力変換部で電力に変換した電力を蓄電部に蓄電し、半永久的な電力供給を行っている。また、特許文献２では、自然現象を利用して発電し、測定装置を稼動できる量の発電量があれば風や雨などを測定する測定装置が開示されている。

しかし、特許文献１の発明では放射性物質の単離や供給できる電力が小さいという問題があり、必要な時に、自然現象を測定できない場合があるという問題がある。また、特許文献２の発明では、風や雨などの自然現象が発生すれば電力は供給できるが、電力供給に対する電力消費が考慮されておらず、ある程度以上の電力供給がなければ、測定装置が稼働できないという問題があった。

特開２０１２−２２９９６６号公報 特開２００１−１５９６３８号公報

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、電力供給が少ない場合でも、自然現象から得られる環境エネルギーを装置動作電源として利用する自律型のセンシング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のセンシング装置は、監視対象の事象（自然現象）から得られる環境エネルギー（例：振動、風力、水力）をセンシング情報として利用するとともに、環境利用型電源である装置動作電源として利用する。取得した電源や蓄積された電源状態をみて、電源への負荷を調整または軽減可能なセンシングアルゴリズムを備え、装置の状態監視、情報取得、取得情報の通信周期、取得情報の精度等を最適となるよう制御する。この制御により、電力供給が小さくても、例えば、センシング精度を低下させることで、センシング装置自体を半永久的に動作させることが可能となる。

具体的には、本発明のセンシング装置は、環境エネルギーを電気に変換する発電変換部と、前記発電変換部で得られる前記電気を所定の電圧に安定化する電源処理部と、前記発電変換部で得られる前記電気の情報を用いて前記環境エネルギーを解析するデータ処理部と、所定のアルゴリズムで装置の電力消費を最適化する制御部と前記データ処理部の解析結果をセンシングデータとして通信する通信処理部とを備え、前記制御部は、前記発電変換部で得られる電力に応じて、少なくとも前記データ処理部及び前記通信処理部の動作スケジュールを設定し、制御する。

具体的には、本発明のセンシングシステムは、本発明に係る複数のセンシング装置と、前記複数のセンシング装置のうちの１つのセンシング装置と通信を行う基地局と、を備えるセンシングシステムであって、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記センシングデータを前記１つのセンシング装置に送信し、前記１つのセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置から送信された前記センシングデータを受信し、前記１つのセンシング装置に備わる前記制御部は、前記複数のセンシング装置の前記センシングデータから導き出される前記発電変換部で得られる電力に応じて、前記複数のセンシング装置に備わる前記通信処理部の動作スケジュールを設定し、制御する。

具体的には、本発明のセンシングシステムは、本発明に係る複数のセンシング装置と、前記複数のセンシング装置のうちの１つのセンシング装置と通信を行う基地局と、を備えるセンシングシステムであって、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記センシングデータを前記１つのセンシング装置に送信し、前記１つのセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置から送信された前記センシングデータを受信し、前記複数のセンシング装置に備わる前記通信処理部は、通信速度が変更可能であり、前記１つのセンシング装置に備わる前記制御部は、前記複数のセンシング装置の前記センシングデータから導き出される前記発電変換部で得られる電力に応じて、前記複数のセンシング装置で通信する前記通信処理部の通信速度を制御する。

具体的には、本発明のセンシングシステムは、本発明に係る複数のセンシング装置と、前記複数のセンシング装置のうちの１つのセンシング装置と通信を行う基地局と、を備えるセンシングシステムであって、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記センシングデータを前記１つのセンシング装置に送信し、前記１つのセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置から送信された前記センシングデータを受信し、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置は、複数の前記通信処理部を備え、前記１つのセンシング装置に備わる前記制御部は、前記複数のセンシング装置の前記センシングデータから導き出される前記発電変換部で得られる電力に応じて、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記複数の通信処理部のうちの一つの通信処理部を選択し、動作スケジュールを設定し、制御する。

本発明のセンシングシステムでは、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記複数の通信処理部は、通信方式、通信速度又は通信頻度の少なくともいずれかが異なり、前記１つのセンシング装置に備わる前記制御部は、前記複数のセンシング装置の前記センシングデータから導き出される前記発電変換部で得られる電力に応じて、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記複数の通信処理部のうちの一つの通信処理部を選択し、動作スケジュールを設定し、制御してもよい。

本発明によれば、電力供給が少ない場合でも、自然現象から得られる環境エネルギーを装置動作電源として利用する自律型のセンシング装置を提供することができる。

実施形態１に係るセンシング装置の一例を示す。 実施形態１に係るセンシング装置の動作アルゴリズムの一例を示す。 実施形態２に係るセンシングシステムの一例を示す。 実施形態２に係るセンシングシステムが有するセンシング装置の動作アルゴリズムの一例を示す。 実施形態２に係るセンシング装置の第１例を示す。 実施形態２に係るセンシング装置の第２例を示す。 実施形態３に係るセンシング装置の一例を示す。 実施形態４に係るセンシング装置の一例を示す。 実施形態５に係るセンシング装置の一例を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

本実施形態に係る発明は、環境のセンシングを行うとともに、センシング対象の生じる環境エネルギーを電力に変換する。センシングの目的は、任意であり、例えば、気象観測を目的としていてもよいし、環境観測を目的としてもよいし、災害対策を目的としていてもよい。センシングの場所は、屋内であってもよいし、屋外であってもよい。

センシング対象は任意である。例えば、自然環境である。センシング対象は、インフラ設備、ビル若しくは建物、又は、自営設備などの自然環境以外の環境も含む。自然環境は、例えば、地震、暴風、豪雨などである。インフラ設備は、例えば、道路、橋、堰、柱である。ビル又は建物は、例えば、屋外／屋上等である。自営設備は、例えば、農業用ハウス、小屋である。

センシング対象は、例えば地震である。この場合、本実施形態に係る発明は、地震を観測するとともに、地震によって生じる振動エネルギーを電源に利用する。
センシング対象は、例えば風である。この場合、本実施形態に係る発明は、風速を観測するとともに、風によって生じる風力を電源に利用する。
センシング対象は、例えば雨である。この場合、本実施形態に係る発明は、雨量を観測するとともに、雨によって生じる水力を電源に利用する。
センシング対象は、例えば太陽光である。この場合、本実施形態に係る発明は、太陽光の強さを観測するとともに、太陽光の光エネルギーを電源に利用する。
センシング対象は、例えば自然界に存在する放射線である。この場合、本実施形態に係る発明は、放射線の強さを観測するとともに、放射線の電磁エネルギーを電源に利用する。
センシング対象は、例えば、インフラ設備、ビル若しくは建物などの構造物の振動である。この場合、本実施形態に係る発明は、構造物の加速度などの振動を観測するとともに、振動によって生じるエネルギーを電源に利用する。

（実施形態１）
図１に、実施形態１のセンシング装置１０の構成を示す。実施形態１のセンシング装置１０は、センシング対象から得られる環境エネルギーを電力ＥＥに変換する環境エネルギー発電変換部１１と、環境エネルギー発電変換部１１で得られた電力ＥＥを所定の電圧に安定化する電源処理部１２と、環境エネルギー発電変換部１１で得られる電力ＥＥの状態（大きさ、周波数）をセンシング対象のセンシングデータＤＳとして蓄積して制御部１４へ送信するセンサデータ処理部１３と、センシングデータＤＳをもとに所定のアルゴリズムで演算処理を行う制御部１４と、処理したセンシングデータＤＳを送信する通信処理部１５と、を備える。環境エネルギー発電変換部１１は、発電変換部として機能する。センサデータ処理部１３は、データ処理部として機能する。

本実施形態に係るセンシング装置１０は、センシング対象の自然現象が発生していない場合は休眠状態にあり、センシング対象の活動が発生すると、その活動を発電に利用し、環境エネルギー発電変換部１１での発電量データをセンサ測定量のデータとして基地局２０に送信する自律型センシング装置である。

環境エネルギー発電変換部１１は、地震、風、雨、日光、放射能などの環境を観測するとともに、当該環境に起因して発生する環境エネルギーを電気に変換する。センシング対象が地震、風、雨の場合では、例えば、環境エネルギー発電変換部１１として、コイルとマグネットを利用した電磁誘導型の小型の発電装置が利用できる。センシング対象が日光の場合では、環境エネルギー発電変換部１１として、例えば、太陽光発電器を利用することができる。測定対象の環境エネルギーの大きさと環境エネルギー発電変換部１１で得られた電力の大きさは比例関係にあるので、環境エネルギー発電変換部１１で得られた電力の大きさを利用すれば、新たに環境エネルギー測定用のセンサを備える必要はなく、装置の小型化、省電力が実現できる。

環境エネルギー発電変換部１１は、常時稼働していてもよいが、周期的に稼働するなど予め定められた時間に稼働してもよい。例えば、太陽光などの光をセンシングする場合は、光が採光できる時間のみ稼働してもよい。

電源処理部１２は、環境エネルギー発電変換部１１からの電力ＥＥを電源蓄積部２３に蓄電し、センシング装置１０に備わる各部が動作可能な電圧へ変換して送電する。本実施形態では、電源処理部１２は、制御部１４、センサデータ処理部１３、通信処理部１５のそれぞれへ送電する。電源処理部１２は、環境エネルギー発電変換部１１から送られた電力ＥＥを蓄積する。電源処理部１２が電力ＥＥを蓄積する際の電圧は、環境エネルギー発電変換部１１から送られた電圧でも良いし、センシング装置１０が備える各部が動作可能な電圧であってもよい。電源処理部１２は、例えば、蓄電池を用いて電力ＥＥの蓄積を行う。

センサデータ処理部１３は、環境エネルギー発電変換部１１で得られる電気の状態を取得して解析し、センシング対象のデータであり、センサデータ処理部１３での解析結果であるセンシングデータＤＳとして蓄積すると同時に、センシングデータＤＳを制御部１４へ送信する。環境エネルギー発電変換部１１で得られる電気の状態は、例えば、環境エネルギー発電変換部１１で発生する電流値、電圧値、周波数である。電流は、例えば、オームの法則に基づいて電圧値／抵抗値から電流値を導き出す。周波数は、例えば、電圧を周期的に測定し、その変動状況を用いて周波数を導く。また観測した電流値、電圧値、周波数の情報を、観測していた時間から積分することで、環境エネルギー発電変換部１１で得られた電力量を導き出すことも可能である。

制御部１４は、センサデータ処理部１３からのセンシングデータＤＳと、制御部１４に蓄積された電源状態をもとに所定のアルゴリズムで演算処理を行い、半永久的な装置動作が可能なようにセンシング装置１０の稼働環境（装置自体の状態監視周期や取得情報の送信周期等）が最適となるよう制御する。制御部１４は演算処理結果をもとに、例えば、センサデータ処理部１３や通信処理部１５を休眠させ、電源処理部１２に接続する蓄電池への蓄電を優先させる蓄電モード制御や各装置の状態監視の頻度を減らす省エネモード制御等、センシング装置１０が長期間データを送信できるように制御を行う。制御部１４は、センシングデータＤＳを通信処理部１５に送る。

通信処理部１５は、制御部１４から取得したセンシングデータＤＳを基地局２０へ送信する。送信されるセンシングデータＤＳには、センサデータ処理部１３からのセンシングデータＤＳに加え、環境エネルギー発電変換部１１の観測した環境に関する情報や、センシング装置１０の位置の情報や、時刻の情報を含んでもよい。制御部１４からの指令により、通信処理部１５が送信するセンシングデータＤＳの送信周期や送信するデータの内容は決められる。通信処理部１５と基地局２０の間の通信には、無線通信を用いても良いし、有線通信を用いてもよい。無線通信を用いる場合、通信のためのインフラ配線、接続工事が不要である。

例えば、センシング装置１０のセンシング対象が地震であれば、振動を利用して発電し、この発電量データ又は加速度センサの測定データを、センシングデータＤＳとして基地局２０に送信する。地震のないときにはセンシング装置１０は休眠状態である。震度の測定範囲に合わせ、環境エネルギー発電変換部１１を複数備えても良い。微動震動までセンシング対象とする場合、環境エネルギー発電変換部１１を複数備えると発電量が積算され、センシング装置１０を動作させるのに十分な発電が得られる。

地震が発生すると、環境エネルギー発電変換部１１は、地震の振動を電力ＥＥに変換して電源処理部１２に供給する。これと同時に、センサデータ処理部１３は、環境エネルギー発電変換部１１の変換した電気の情報を取得する。センサデータ処理部１３は、環境エネルギー発電変換部１１で得られた電気の情報を用いて環境エネルギーの状態を解析し、環境エネルギーの解析結果である震度や地震の大きさなどのセンシングデータＤＳを制御部１４に送信する。

制御部１４は、センサデータ処理部１３からのセンシングデータＤＳをもとに、環境エネルギー発電変換部１１での発電量がどのレベルに相当するかを判断する。そして、制御部１４は、環境エネルギー発電変換部１１での発電量に基づいて、センシング装置１０の動作モードを制御する。また、制御部１４は、電源処理部１２から電源蓄積部２３の蓄電量の情報を取得してもよい。この場合、制御部１４は、環境エネルギー発電変換部１１での発電量及び電源処理部１２での蓄電量に基づいて、センシング装置１０の動作モードを制御する。

図２に、本実施形態における動作モードを制御するアルゴリズムを表すフローチャートを示す。まず、環境エネルギー発電変換部１１での発電量が所定レベル（レベル１）以上の場合（Ｓ１０１でＹｅｓ）、制御部１４は、災害発生の可能性が高いと判断し、災害モードでセンシング装置１０を制御する（Ｓ２０１）。災害モードでは、センサデータ処理部１３と通信処理部１５は、センシングデータＤＳを短周期で処理し基地局２０へ送信する。このとき、通信処理部１５は、データフレームを拡張して詳細に通信してもよい。

環境エネルギー発電変換部１１が台風や豪雨等の気象災害のセンシングを行う場合、災害モードでは、通信処理部１５の通信方法を、台風や豪雨等の気象災害の影響を受け難い通信方法へ切り替えてもよい。気象災害の影響を受け難い通信方法への切り替えは、例えば、有線／無線の切り替え、無線周波数の変更、ビットレート、ルート変更等である。無線周波数変更、ルート変更を行う際には、例えば、センシング装置１０と基地局２０の間の通信での信号レベルや、データ化けレベル、降雨や降雪等の気象状況に基づいて変更する。また、通信方法は、通信効率や電源条件で変更してもよいし、基地局２０からの指示に従って無線周波数変更、ルート変更を行ってもよい。

センシング装置１０と基地局２０の間の通信において、受信時に信号レベルが低くなることがある。また、センシング装置１０と基地局２０の間の通信において、受信時に信号レベルが確保できていても、その通信ルート上の帯域内でノイズ成分が多いとデータ化けが発生しやすくなり、データ化けレベルが高くなる。このような信号レベルやデータ化けレベルの場合、無線周波数やルートを変更することは、ノイズ成分の影響の回避に特に効果的である。

データ化けレベルが高くなったか否かは、通信プロトコルのレイヤ２であるデータリンク層の情報に基づいて判定することができる。判定する情報としては、例えば、誤り訂正で訂正可能な状況か否か、誤り検出でＮＧとなった場合の再送要求の繰り返し回数、及び、何度再送を行ってもＯＫとならないといった状況が例示できる。誤り訂正は任意であり、例えば、ハミング符号（Ｈａｍｍｉｎｇ ｃｏｄｅ）を用いることができる。誤り検出は任意であり、例えば、Ｐａｒｉｔｙ Ｂｉｔを用いてもよいし、Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋを用いてもよい。

センシング装置１０に他の環境エネルギー発電変換部１１やセンサが組み込まれている場合には、制御部１４は、電源処理部１２から電源蓄積部２３の蓄電量の情報を取得してもよい。この場合、制御部１４は、環境エネルギー発電変換部１１での発電量及び電源処理部１２での蓄電量に基づいて、センシング装置１０の動作モードを制御する。センシングデータＤＳも収集し送信する。発電量がレベル１未満である場合には（Ｓ１０１でＮｏ）、Ｓ１０２へと移行する。

次に、環境エネルギー発電変換部１１での発電量がレベル１未満で、環境エネルギー発電変換部１１での発電量と電源処理部１２での蓄電量の合計がレベル２以上の場合（Ｓ１０２でＹｅｓ）、制御部１４は、センサデータ処理部１３及び通信処理部１５を通常モードで制御する（Ｓ２０２）。この場合は環境エネルギーが中程度の場合で、地震であれば震度３程度、雨であれば降水量数ｍｍ／ｈ程度、風であれば風速３〜６ｍ／ｓ程度の場合である。通常モードは、１時間に１回程度、一定の間隔でセンシングデータＤＳを取り込み送信するモードで、時間平均で発電量と消費電力が概ね等しい場合である。

通常モードにおいても、時間帯によって環境エネルギー発電変換部１１の出力が変動することが考えられる。そのため、制御部１４は、電源処理部１２に、昼間は光を用いた環境エネルギー発電変換部１１からの出力及び電源処理部１２での蓄電を利用し、夜間は風力を用いた環境エネルギー発電変換部１１からの出力及び電源処理部１２での蓄電を利用して、センシング装置１０に備わる各部に送電させてもよい。発電量と蓄電量の合計がレベル２未満である場合には（Ｓ１０２でＮｏ）、Ｓ１０３へと移行する。

次に、環境エネルギー発電変換部１１での発電量と電源処理部１２での蓄電量の合計がレベル２未満でレベル３以上の場合（Ｓ１０３でＹｅｓ）、制御部１４は、センサデータ処理部１３及び通信処理部１５を省エネモードで制御する（Ｓ２０３）。省エネモードは、通常モードより環境エネルギーが小さい場合で、通常モードで動作すると消費電力の方が発電量より大きくなる場合に用いる。省エネモードでは、センシングデータＤＳの取り込み又はデータ送信の頻度、さらに、センサデータ処理部１３及び通信処理部１５などの各部への制御部１４のアクセス頻度などを下げたりして動作スケジュールを設定し、制御したり、通信処理部１５が有線または無線で通信するときの通信方式を選択したり、通信速度を下げて、電力消費を抑制する。

これらのデータ取り込み及び送信等の頻度は、制御部１４が、環境エネルギー発電変換部１１での発電量の低下に応じて、センシングデータＤＳの取り込み又はデータ送信の頻度を数時間に１回から１日に１回までの範囲で設定したり、通信処理部１５が通信する方式を選択したり、通信処理部１５が１回で通信するデータ量を少なくしたり、通信処理部１５の通信速度を下げるよう設定したりする。発電量と蓄電量の合計がレベル３未満の場合（Ｓ１０３でＮｏ）は、Ｓ１０４に移行する。

ここで、通信処理部１５が１回で通信するデータ量を少なくする際は、制御部１４は、伝達したい情報内容の優先度を考慮する。例えば、正常状態か、異常検出かを伝達情報の最優先とすることでデータ量を１ｂｉｔとする。また、異常検出した場合は、異常状態のレベルを７ｂｉｔ付加（１２８段階のレベル表現可能）してデータ量を１ＢＹＴＥ（８ｂｉｔ）とする。正常状態の場合は、必要性により状態のレベルを７ｂｉｔ付加（１２８段階のレベル表現可能）してデータ量を１ＢＹＴＥ（８ｂｉｔ）としても良い。

通信処理部１５が通信する方式を選択する際は、制御部１４は、必要となる情報内容及びレベルを考慮する。例えば、１回に通信したい情報内容や、その情報内容が、周期的または継続的に通信したいか、周期的であれば必要とされる通信間隔（頻度）によって、消費電力が最少となる通信方式を選択する。その結果、センシング装置１０の動作に必要な電力確保がより確実となり、電力確保の観点で半永久的に動作をさせることが可能となる。

発電量がさらに低下し、環境エネルギー発電変換部１１での発電量と電源処理部１２での蓄電量の合計がレベル３より小さくなると、センシング装置１０は省エネモードでは運転できなくなる。このため、制御部１４は、センシング装置１０自体を休眠状態にする（Ｓ１０５）。その際、制御部１４は、電源処理部１２に指令を発し、センサデータ処理部１３、制御部１４及び通信処理部１５への送電を止める。

休眠状態では環境エネルギー発電変換部１１から電源処理部１２の蓄電池への蓄電のみが実行されている。所定以上の環境エネルギーが環境エネルギー発電変化部１１に入力されるか、電源処理部１２の蓄電量が予め定められた値以上となると、電源処理部１２は制御部１４へ休眠状態から起動に必要な電力の送電（給電）を開始し、制御部１４が起動され、制御部１４によりセンサデータ処理部１３が休眠状態から起動される。または、電源処理部１２が制御部１４に対して起動する信号を送る方式としても良い。当該信号により制御部１４が起動され、制御部１４によりセンサデータ処理部１３が休眠状態から起動される。例えば、環境エネルギー発電変化部１１の発電量がレベル１以上となった場合や、電源処理部１２での蓄電量がレベル３以上となった場合に、休眠状態から起動される。制御部１４ではセンサデータ処理部１３のデータをもとに本アルゴリズムを開始し、センサデータ処理部１３及び通信処理部１５などの各部の制御を開始する。

動作モードを制御するアルゴリズムにおける各レベルはセンシング対象の環境エネルギー、センシング装置１０の設置場所、センシング装置１０の付随装置（他のセンシング装置や太陽光発電器など）や電源処理部１２が有する蓄電池の容量などにより設定される。例えば、センシング装置１０の設置場所が比較的アクセスしやすい場所ならば、災害等の影響が大きいため、精度の高いデータが必要となる。このため、データの取り込みやデータ送信の周期は短く設定する。万一、電源処理部１２の蓄電容量が低下しても電源処理部１２の蓄電池等の交換は可能である。

また、雨の多い地域では環境エネルギー発電変換部１１での発電量が多いため、各レベルの値を高く設定し、センシングデータＤＳの送信頻度を上げても、発電量の方が動作に必要な消費電力を上回る場合が多く、電源処理部１２の蓄電量が枯渇する可能性は小さい。また、センシング対象の環境データが地震の場合、地震発生頻度は低いため、環境エネルギー発電変換部１１での発電量は小さい。そこで、この場合、電源処理部１２の蓄電池の蓄電量を長期間維持するために、レベル２を高く設定することが好ましい。場合によっては、例えば、センシング対象に日光を含まない場合でも太陽光発電装置のような他の発電装置を装備することで一層の長期運転が可能となる。

（実施形態２）
図３に、本実施形態に係るセンシングシステム３０の構成例を示す。実施形態２のセンシングシステム３０は、複数のセンシング装置１０−１〜１０−５と、基地局２０と、を備える。

センシング装置１０−１〜１０−５は、実施形態１のセンシング装置１０と同様の構成を備え、１つのグループを構成している。１つのセンシング装置１０−１が親センシング装置（親装置）として機能し、他のセンシング装置１０−２〜１０−５が子センシング装置（子装置）として機能する。センシング装置１０−１とセンシング装置１０−２〜１０−５との間では、有線又は無線での通信が可能である。

センシング装置１０−２〜１０−５の通信処理部１５は、センシングデータＤＳをセンシング装置１０−１へ送信する。このとき、送信されるセンシングデータＤＳには、環境エネルギー発電変換部１１の観測した環境データと、環境エネルギー発電変換部１１での発電量と、電源処理部１２での蓄電量と、が含まれる。センシング装置１０−１の通信処理部１５は、センシング装置１０−２〜１０−５と通信を行い、センシング装置１０−２〜１０−５のセンシングデータＤＳを受信し、発電量を収集する。

センシング装置１０−１が受信するセンシングデータＤＳには、環境エネルギー発電変換部１１での発電量と、電源処理部１２での蓄電量と、が含まれる。そして、親センシング装置１０−１は、それらのセンシングデータＤＳをもとに、グループ全体のセンシング装置１０−１〜１０−５の制御を行う。センシング装置１０−１の通信処理部１５は、グループを構成するセンシング装置１０−１〜１０−５全体のセンシングデータＤＳを、基地局２０に送信する。

図４に、本実施形態における動作モードを制御するアルゴリズムを表すフローチャート示す。センシング装置１０−１〜１０−５の制御部１４は、それぞれ、実施形態１で説明したセンシング装置１０と同様に、発電量及び蓄電量を、各ステップに設定されたレベル１〜レベル３と比較する。そして、子センシング装置１０−２〜１０−５の通信処理部１５は、比較結果を親センシング装置１０−１に通知する。

センシング装置１０−１〜１０−５のうちのいずれかにおいて、発電量と蓄電量の合計がレベル２未満でありかつレベル３以上になった場合、親装置として機能するセンシング装置１０−１の制御部１４は、センシング装置１０−１〜１０−５全体での消費電力が低下するよう、センシング装置１０−１〜１０−５の少なくともいずれかに対し、省エネモード又は休眠状態にする旨の指令を発する。当該指令を受けた子センシング装置１０−２〜１０−５の制御部１４は、自装置を省エネモード又は休眠状態にする。

例えば、通常モード（Ｓ２０２）でセンシング装置１０−２〜１０−５の全体が稼働している状況下で、センシング装置１０−２〜１０−５のうちの少なくとも１つの発電量と蓄電量の合計がレベル３より小さくなった場合、センシング装置１０−１の制御部１４は、センシング装置１０−２〜１０−５の動作モードを変更する。具体的には、センシング装置１０−１の制御部１４は、発電量及び蓄電量の合計がレベル２以上の子センシング装置１０のうち少なくとも１つのセンシング装置１０を、省エネモードにするか（Ｓ２０３）、センサデータ処理部１３及び通信処理部１５の動作を停止するか（Ｓ２０４）、休眠状態にするか（Ｓ１０５）を決定する。そして、親センシング装置１０−１の通信処理部１５は、省エネモードにするか（Ｓ２０３）、センサデータ処理部１３又は通信処理部１５の動作を停止するか（Ｓ２０４）、休眠状態にするか（Ｓ１０５）を決定したセンシング装置１０に指令を出す。

指令を受けた子センシング装置１０−２〜１０−５は、発電量と蓄電量の合計がレベル２以上であったとしても親センシング装置１０−１の指令に対応した動作を行う。親センシング装置１０−１の指令に対応した動作を一定時間継続した後、子センシング装置１０−２〜１０−５の制御部１４は、Ｓ１０１からの制御に復帰する。

子センシング装置１０−２〜１０−５も親センシング装置１０−１も基本構成は実施形態１と同じであるが、子センシング装置１０−２〜１０−５の通信処理部１５は親センシング装置１０−１との通信機能を有し、親センシング装置１０−１の通信処理部１５は基地局２０との通信機能とともに、子センシング装置１０−２〜１０−５との通信機能も備えている。例えば、親センシング装置１０−１は、図５のように、基地局２０との通信機能を有する通信処理部１５−１と、子センシング装置１０−２〜１０−５との通信機能を有する通信処理部１５−２と、を備えてもよい。通信処理部１５−２は、子センシング装置１０−２だけではなく、子センシング装置１０−２〜１０−５のいずれと通信を行ってもよい。

親センシング装置１０−１が通信処理部１５−１及び通信処理部１５−２を備える場合、図５のように、通信処理部１５−１及び通信処理部１５−２の通信速度を変更してもよい。例えば、センシング装置１０−１〜１０−５のうちのいずれかにおいて、発電量と蓄電量の合計がレベル２未満でありかつレベル３以上になった際に、通信処理部１５−１及び通信処理部１５−２の通信速度及び通信頻度を低下させるとともに、子センシング装置１０−２〜１０−５での通信速度も低下させることで、センシング装置１０−１〜１０−５全体での消費電力を低減することができる。その際、制御部１４は、通信処理部１５−１及び通信処理部１５−２のうち、一方を起動し、他方の動作を停止させる動作スケジュールを設定し、制御してもよい。

子センシング装置１０−２〜１０−５は、親センシング装置１０−１との通信機能を有する複数の通信処理部１５を備えてもよい。例えば、子センシング装置１０−２は、図６に示すように、複数の通信処理部１５−３及び１５−４を備えることが好ましい。通信処理部１５−３及び１５−４は、親センシング装置１０−１との通信を行う。通信処理部１５−３及び１５−４は、通信方式、通信速度又は通信頻度の少なくともいずれかが異なる。

通信処理部１５−３と１５−４の通信方式が異なる場合、子センシング装置１０−２に備わる制御部１４は、親センシング装置１０−１からの指令に従い、通信に用いる通信処理部１５−３又は１５−４を選択することで通信方式を選択することができる。また、通信処理部１５−３と１５−４の通信速度が異なる場合、子センシング装置１０−２に備わる制御部１４は、親センシング装置１０−１からの指令に従い、通信に用いる通信処理部１５−３又は１５−４を選択することで通信速度を選択することができる。図６では、子センシング装置１０−２の構成を示したが、同じ構成を子センシング装置１０−３〜１０−５に適用することができる。また、通信処理部１５−３と１５−４の通信頻度が異なる場合、子センシング装置１０−２に備わる制御部１４は、親センシング装置１０−１からの指令に従い、通信に用いる通信処理部１５−３又は１５−４を選択することで通信頻度を選択することができる。

実施形態２のセンシングシステム３０は、センシング装置１０のグループ全体が有する環境エネルギー発電変換部１１での発電量及び電源処理部１２の蓄電量の監視が行うことができる。このため、例えば地震では震源方向の情報、雨では雨雲の流れる方向、風では谷風などの地形特有の風情報などを収集することができる。また、親センシング装置１０で子センシング装置１０の制御を個別に行うことができるため、環境エネルギーが小さい場合は、一部の子センシング装置１０を休眠状態とし、環境エネルギーを観測しつつ、グループ全体としての観測時間の長期化が可能である。

（実施形態３）
図７に、本実施形態に係るセンシング装置の一例を示す。本実施形態に係るセンシング装置１０は、センサ接続／入力部２１と、第２のセンサデータ処理部２２とをさらに備える。

センサ接続／入力部２１は、外部のセンサ（不図示）からの入力信号を受信する。外部のセンサ（不図示）は、例えば、照度を測定する光センサ又は気温を測定する温度センサである。

第２のセンサデータ処理部２２は、センサ接続／入力部２１からの入力信号を解析し、センシングデータＤＳを制御部１４に出力する。このとき、第２のセンサデータ処理部２２は、センサ接続／入力部２１からの入力信号だけでなく、センサデータ処理部１３からのセンシングデータＤＳに基づく解析を行い、解析結果をセンシングデータＤＳに含めてもよい。

制御部１４及び通信処理部１５の機能及び動作は、実施形態１と同様である。本実施形態に係るセンシング装置１０は、環境エネルギー発電変換部１１で得られる電気の状態に加え、さらに外部のセンサ（不図示）の情報をセンシングデータＤＳに用いるため、より精度の高いセンシングを行うことができる。

（実施形態４）
図８に、本実施形態に係るセンシング装置１０の一例を示す。本実施形態に係るセンシング装置１０は、センサ接続／入力部２１と、電源監視部２５とをさらに備える。

電源処理部１２は、環境エネルギー発電変換部１１で得られた電力ＥＥを所定の電圧に安定化し、環境エネルギー発電変換部１１から送られた電力ＥＥを蓄積する。そして、電源処理部１２は、蓄積した電力及び環境エネルギー発電変換部１１からの電力ＥＥを、センシング装置１０に備わる各部が動作可能な電圧へ変換して送電する。

電源監視部２５は、環境エネルギー発電変換部１１で得られる電気の状態を用いて、環境エネルギー発電変換部１１での発電量を監視する。このとき、電源監視部２５は、環境エネルギー発電変換部１１で得られる電気の状態を解析し、解析結果をセンシングデータＤＳとして処理選択制御部１６に出力する。電源監視部２５は、電源処理部１２に備わる電源蓄積部２３での電力蓄積量を監視してもよい。

センサ接続／入力部２１は、外部のセンサ（不図示）からの入力信号を受信する。センサデータ処理部１３は、センサ接続／入力部２１からの入力信号を解析し、センシングデータＤＳを処理選択制御部１６に送信する。

ここで、外部のセンサ（不図示）は、環境エネルギー発電変換部１１の利用する環境エネルギーの情報を検出する。例えば、環境エネルギー発電変換部１１が太陽光の光エネルギーを電源に利用する場合、外部のセンサ（不図示）は照度を測定する。

処理選択制御部１６は、センサデータ処理部１３からのセンシングデータＤＳ及び電源監視部２５からのセンシングデータＤＳを通信処理部１５に送る。また、処理選択制御部１６は、センサデータ処理部１３からのセンシングデータＤＳと、電源監視部２５の監視結果と、電源処理部１２での蓄電量に基づいて、センシング装置１０の動作モードを制御する。動作モードの制御例及び通信処理部１５の機能及び動作は、実施形態１と同様である。

ここで、本実施形態では、センシングデータＤＳに、環境エネルギー発電変換部１１だけでなく、外部のセンサ（不図示）の情報が含まれる。このため、処理選択制御部１６は、複数の処理アルゴリズムを用いて動作モードの制御を行ってもよい。例えば、処理選択制御部１６は、外部センサ（不図示）として光センサで取得された照度が比較的高いと判断した場合は、環境エネルギー発電変換部１１及び外部センサ（不図示）における連続的な観測で得られた情報を、そのまま通信処理部１５から高速送信する処理モードとなるよう動作制御する。一方、処理選択制御部１６は、取得された照度が比較的低いと判断した場合は、環境エネルギー発電変換部１１を周期的に起動し、その時の環境エネルギー発電変換部１１の状態が異常／正常かを判断し、そのときに得られたセンシングデータＤＳを通信処理部１５から低速送信する処理モードとなるよう動作制御する。

以上説明したように、本実施形態に係るセンシング装置１０は、外部のセンサ（不図示）の情報をセンシングデータＤＳに用い、電源監視部２５を用いて環境エネルギー発電変換部１１での発電量を監視するため、センシングの確実性、または精度を高めるとともに一層の長期運転をすることができる。

（実施形態５）
図９に、本実施形態に係るセンシング装置１０の一例を示す。本実施形態に係るセンシング装置１０は、センサ接続／入力部２１と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）機能部２４を、さらに備える。

ＧＰＳ機能部２４は、センシング装置１０の位置情報を取得し、当該位置情報を制御部１４に出力する。センサデータ処理部１３は、センサ接続／入力部２１からの入力信号を解析し、センシングデータＤＳを制御部１４に送信する。

制御部１４は、センサデータ処理部１３からのセンシングデータＤＳと、制御部１４に蓄積された電源状態に加え、ＧＰＳ機能部２４から入力された位置情報をもとに、センシング装置１０の稼働環境が最適となるよう制御する。

通信処理部１５は、制御部１４から取得したセンシングデータＤＳを基地局２０へ送信する。送信されるセンシングデータＤＳには、センサデータ処理部１３からのセンシングデータＤＳに加え、環境エネルギー発電変換部１１の観測した環境に関する情報や、ＧＰＳ機能部２４の取得した位置情報や、時刻の情報を含んでもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るセンシング装置１０は、自装置の位置を基地局２０に通知することができる。このため、基地局２０は、盗難や、いたずら等の人為的な移動を検知することができる。

本発明のセンシング装置は、電気産業に適用することができる。

１０、１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−５：センシング装置
１１：環境エネルギー発電変換部
１２：電源処理部
１３：センサデータ処理部
１４：制御部
１５、１５−１、１５−２、１５−３、１５−４：通信処理部
１６：処理選択制御部
２０：基地局
２１：センサ接続／入力部
２２：第２のセンサデータ処理部
２３：電源蓄積部
２４：ＧＰＳ機能部
２５：電源監視部
３０：センシングシステム

Claims (5)

1. 環境エネルギーを電気に変換する発電変換部と、
   前記発電変換部で得られる前記電気を所定の電圧に安定化する電源処理部と、
   前記発電変換部で得られる前記電気の情報を用いて前記環境エネルギーを解析するデータ処理部と、
   所定のアルゴリズムで装置の電力消費を最適化する制御部と、
   前記データ処理部の解析結果をセンシングデータとして通信する通信処理部とを備え、
   前記制御部は、前記発電変換部で得られる電力に応じて、少なくとも前記データ処理部及び前記通信処理部の動作スケジュールを設定し、制御することを特徴とするセンシング装置。
2. 請求項１に記載の複数のセンシング装置と、
   前記複数のセンシング装置のうちの１つのセンシング装置と通信を行う基地局と、
   を備えるセンシングシステムであって、
   前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記センシングデータを前記１つのセンシング装置に送信し、
   前記１つのセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置から送信された前記センシングデータを受信し、
   前記１つのセンシング装置に備わる前記制御部は、前記複数のセンシング装置の前記センシングデータから導き出される前記発電変換部で得られる電力に応じて、前記複数のセンシング装置に備わる前記通信処理部の動作スケジュールを設定し、制御する、
   センシングシステム。
3. 請求項１に記載の複数のセンシング装置と、
   前記複数のセンシング装置のうちの１つのセンシング装置と通信を行う基地局と、
   を備えるセンシングシステムであって、
   前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記センシングデータを前記１つのセンシング装置に送信し、
   前記１つのセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置から送信された前記センシングデータを受信し、
   前記複数のセンシング装置に備わる前記通信処理部は、通信速度が変更可能であり、
   前記１つのセンシング装置に備わる前記制御部は、前記複数のセンシング装置の前記センシングデータから導き出される前記発電変換部で得られる電力に応じて、前記複数のセンシング装置で通信する前記通信処理部の通信速度を制御することを特徴とする
   センシングシステム。
4. 請求項１に記載の複数のセンシング装置と、
   前記複数のセンシング装置のうちの１つのセンシング装置と通信を行う基地局と、
   を備えるセンシングシステムであって、
   前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記センシングデータを前記１つのセンシング装置に送信し、
   前記１つのセンシング装置に備わる前記通信処理部は、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置から送信された前記センシングデータを受信し、
   前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置は、複数の前記通信処理部を備え、
   前記１つのセンシング装置に備わる前記制御部は、前記複数のセンシング装置の前記センシングデータから導き出される前記発電変換部で得られる電力に応じて、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記複数の通信処理部のうちの一つの通信処理部を選択し、動作スケジュールを設定し、制御することを特徴とする
   センシングシステム。
5. 前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記複数の通信処理部は、通信方式、通信速度又は通信頻度の少なくともいずれかが異なり、
   前記１つのセンシング装置に備わる前記制御部は、前記複数のセンシング装置の前記センシングデータから導き出される前記発電変換部で得られる電力に応じて、前記複数のセンシング装置のうちの前記１つのセンシング装置を除くセンシング装置に備わる前記複数の通信処理部のうちの一つの通信処理部を選択し、動作スケジュールを設定し、制御することを特徴とする
   請求項４に記載のセンシングシステム。

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