JP2020027454A - Sensor device and livestock management system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はセンサデバイス及びセンサデバイスを用いた家畜管理システムに関する。 The present invention relates to a sensor device and a livestock management system using the sensor device.
豚舎や牛舎などの飼育場で飼われている家畜は非常に頭数が多く、すべてを人の手作業で管理することは困難であるため、従来技術１に記載されているような家畜管理システムが提案されている。家畜管理システムでは、電力を生成する発電部と、発電部の発電情報を送信する送信部と、を有するセンサ装置を家畜に取り付けて家畜の状態を推定している。発電部が太陽光発電である場合には、発電部の発電情報に基づいて、家畜の畜舎と放牧地と間の移動タイミングを判断する。また、発電部が振動発電である場合には、発電部の発電情報に基づいて、活動量から発情を推定している。 Livestock kept in breeding grounds such as pigs and barns have a very large number of animals, and it is difficult to manage all of them manually. Therefore, a livestock management system as described in the prior art 1 has been developed. Proposed. In a livestock management system, a sensor device having a power generation unit that generates electric power and a transmission unit that transmits power generation information of the power generation unit is attached to livestock to estimate the state of the livestock. When the power generation unit is a photovoltaic power generation, the movement timing of livestock between the barn and the pasture is determined based on the power generation information of the power generation unit. When the power generation unit is a vibration power generation, the estrus is estimated from the activity amount based on the power generation information of the power generation unit.
このような家畜に装着するためのセンサ装置は、家畜の状態を定期的に計測して外部機器にデータを送信する必要があるため、ある程度の電力消費を伴う。しかし、多くの家畜を管理する必要があるため、センサ装置のバッテリー交換等の作業は避ける必要があり、長期間にわたって動作するデバイスが求められていた。さらに、家畜がセンサ装置によってストレスを感じないようにするために、できるだけ小型であって軽量なものが望ましい。 Such a sensor device to be attached to livestock requires a certain amount of power consumption because it is necessary to periodically measure the state of livestock and transmit data to external devices. However, since it is necessary to manage a large number of livestock, it is necessary to avoid operations such as battery replacement of the sensor device, and a device that operates for a long time has been required. Furthermore, in order to prevent the livestock from being stressed by the sensor device, it is desirable to be as small and light as possible.
また、これらの家畜管理システムには、太陽光や電磁波等の発電によって機器を動作させることが望ましい。特許文献２には、アンテナが電磁波を吸収することによって生じた誘導起電力を整流して蓄電部に蓄電し、蓄電された電力によってセンサを稼働させるセンサ装置が記載されている。これにより、非接触で充電機能及び信号送信機能を備えたセンサ装置を実現することができる。 Further, in these livestock management systems, it is desirable to operate the devices by power generation such as sunlight or electromagnetic waves. Patent Literature 2 discloses a sensor device that rectifies induced electromotive force generated by an antenna absorbing an electromagnetic wave, stores the rectified electromotive force in a power storage unit, and operates a sensor using the stored power. Thereby, a sensor device having a charging function and a signal transmitting function without contact can be realized.
しかしながら、特許文献１に記載の家畜管理システムでは、センサ装置から得られる情報は発電状態のみであり、それ以外の家畜に関する情報を得ることができなかった。また、発電部の発電量から得られるデータを分析することにより得られる情報は限定的であり、家畜の体温、餌の食べる量、移動量等の幅広いデータを収集することが求められていた。 However, in the livestock management system described in Patent Literature 1, the information obtained from the sensor device is only the power generation state, and information on other livestock could not be obtained. Further, information obtained by analyzing data obtained from the power generation amount of the power generation unit is limited, and it is required to collect a wide range of data such as the body temperature of livestock, the amount of food eaten, and the amount of movement.
特許文献２に記載のセンサ装置は、受信感度を向上させ効率的に発電させるためにアンテナの巻き数を増やして巻き径を大きくさせる必要があることから、センサ装置が大型化してしまい家畜に装着するセンサ装置に適用することは難しかった。また、複数の基体をアンテナ間の電磁結合によって結んでいるため、複数のアンテナが必要となり電力消費量が増えるとともに製造コストが増加していた。 The sensor device described in Patent Literature 2 needs to increase the number of turns of the antenna and increase the winding diameter in order to improve reception sensitivity and generate power efficiently, so that the sensor device becomes large and is attached to livestock. It has been difficult to apply the present invention to a sensor device. Further, since a plurality of bases are connected by electromagnetic coupling between antennas, a plurality of antennas are required, which increases power consumption and manufacturing cost.
そこで、本発明は、消費電力を最小限に抑えるとともに必要な情報を収集することができるセンサデバイス及びセンサシステムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a sensor device and a sensor system that can minimize power consumption and collect necessary information.
上記課題を解決するために第１の発明は、電力を供給する電源供給部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、周囲の環境をセンシングするセンサ部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、前記センサ部がセンシングした環境データを無線通信によって外部機器に送信する通信部と、前記電源供給部の前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と遮断とを切り替えるスイッチング手段と、を有し、前記スイッチング手段は、所定のタイミングで、前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と、前記電力の遮断と、を繰り返し、前記スイッチング手段によって前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部に前記電力が供給されたとき、前記センサ部がセンシングを行うとともに前記通信部がセンシングによって得られた前記環境データを前記無線通信によって前記外部機器に送信し、前記通信部が前記環境データを前記外部機器に送信した後、前記スイッチング手段は前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部への前記電力を遮断することを特徴とするセンサデバイスを提供している。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a power supply unit that supplies power, a sensor unit that operates on the power supplied from the power supply unit and senses a surrounding environment, and a power supply unit. A communication unit that operates with the power supplied from the sensor unit and transmits environmental data sensed by the sensor unit to an external device by wireless communication, and a supply of the power to the sensor unit and the communication unit of the power supply unit. Switching means for switching off and off, the switching means, at a predetermined timing, the supply of the power to the sensor unit and the communication unit, and the cutoff of the power, repeats, by the switching means When the power is supplied from the power supply unit to the sensor unit and the communication unit, the sensor unit performs sensing and performs the communication. The unit transmits the environmental data obtained by sensing to the external device by the wireless communication, and after the communication unit transmits the environmental data to the external device, the switching unit switches the power supply unit to the sensor unit. And shutting off the power to the communication unit.
第２の発明では、第１の発明に記載されたセンサデバイスであって、前記電源供給部は、外部エネルギーから発電する発電部と、前記発電部によって発電された電力を整流する整流器と、前記整流器によって整流された電力を蓄える蓄電部と、を有し、前記発電部は、太陽光発電又は電磁波発電の少なくとも１つであることを特徴としている。 In a second aspect, the sensor device according to the first aspect, wherein the power supply unit includes: a power generation unit configured to generate power from external energy; a rectifier configured to rectify the power generated by the power generation unit; A power storage unit that stores power rectified by the rectifier, wherein the power generation unit is at least one of solar power generation and electromagnetic wave power generation.
第３の発明では、第１の発明又は第２の発明に記載されたセンサデバイスであって、前記通信部は、前記センサ部の前記環境データを記憶する記憶部を有し、前記記憶部は前記環境データを過去１回分記憶し、前記センサ部によって新たな環境データがセンシングされると記憶している前記環境データを上書きすることを特徴としている。 In a third aspect, the sensor device according to the first or second aspect, wherein the communication unit has a storage unit that stores the environmental data of the sensor unit, and the storage unit is It is characterized in that the environmental data is stored once in the past, and when new environmental data is sensed by the sensor unit, the stored environmental data is overwritten.
第４の発明では、家畜に装着された第１の発明から第３の発明のいずれかに記載のセンサデバイスと、前記通信部からの前記環境データを受信し記憶する前記外部機器と、前記センサデバイスからの前記環境データを受信する受信機と、を有し、前記受信機は、受信エリア内における前記センサデバイスからの信号強度を認識し、前記外部機器は、前記センサデバイスからの電波を受信した前記受信機を識別するための識別子と、前記センサデバイスから受信した前記信号強度と、を関連付けて記憶することを特徴とする家畜管理システムを提供している。 In a fourth aspect, the sensor device according to any one of the first to third aspects mounted on a livestock, the external device that receives and stores the environmental data from the communication unit, and the sensor A receiver for receiving the environmental data from the device, wherein the receiver recognizes a signal strength from the sensor device in a reception area, and the external device receives a radio wave from the sensor device. A livestock management system is provided in which an identifier for identifying the receiver and the signal strength received from the sensor device are stored in association with each other.
第１の発明によると、スイッチング手段はセンサ部によるセンシング及び通信部による環境データの送信時にのみセンサ部及び通信部に電力を供給するため、非通信時及び非センシング時における通信部及びセンサ部の待機電力を削減することができる。また、センサ部のセンシングによって得られた環境データを通信部で外部機器に送信しているため、センサ部のセンシングと通信部の通信とが１対１の関係性にある。これにより、必要最低限の電力量でセンシングした環境データを外部機器に送信することができる。 According to the first aspect, the switching unit supplies power to the sensor unit and the communication unit only at the time of sensing by the sensor unit and transmission of environmental data by the communication unit. Standby power can be reduced. In addition, since environmental data obtained by sensing of the sensor unit is transmitted to the external device by the communication unit, there is a one-to-one relationship between sensing of the sensor unit and communication of the communication unit. As a result, environmental data sensed with the required minimum amount of power can be transmitted to the external device.
第２の発明によると、電源供給部は太陽光発電又は／及び電磁波発電によって発電された電力を利用するため、バッテリーや電池等を搭載する必要がない。これにより電源を管理するための回路が不要となり、センサデバイスの電力消費量を低減することができる。また、太陽光発電又は／及び電磁波発電によって電力を発電するため、自然エネルギーを用いたマイクロエナジーハーベストを実現することができる。さらに、バッテリーや電池と比べて低コストでセンサデバイスを製造することができる。 According to the second aspect, since the power supply unit uses the power generated by the solar power generation and / or the electromagnetic wave power generation, there is no need to mount a battery or a battery. As a result, a circuit for managing the power supply becomes unnecessary, and the power consumption of the sensor device can be reduced. Further, since electric power is generated by solar power generation and / or electromagnetic wave power generation, a micro energy harvest using natural energy can be realized. Further, a sensor device can be manufactured at a lower cost than a battery or a battery.
第３の発明によると、記憶部は過去１回分の環境データを記憶し新たな環境データが計測されると過去の環境データを上書きするため、計測した過去の環境データを記憶していない。過去の環境データを記憶する場合には、記憶部を動作させるために常時通信部への電力供給が必要となるが、本件発明では、非通信時は通信部への電力供給が不要となるため消費電力を低く抑えることができる。 According to the third aspect, the storage unit stores environmental data for the past one time and overwrites the previous environmental data when new environmental data is measured. Therefore, the storage unit does not store the measured past environmental data. In the case of storing past environmental data, power supply to the communication unit is always required to operate the storage unit. However, in the present invention, power supply to the communication unit is not required during non-communication. Power consumption can be reduced.
第４の発明によると、家畜に搭載したセンサデバイスの信号強度と受信機の識別子とを関連付けて外部機器に記憶するため、信号強度からセンサデバイスと受信機との距離を推測することにより、ＧＰＳを用いることなく最低限の電力消費で家畜の位置情報を検知することができる。また、複数の受信機の受信エリアを重複させることにより、複数の受信機からの信号強度を分析して、より正確に位置情報を検知することができる。 According to the fourth aspect, since the signal strength of the sensor device mounted on the livestock and the identifier of the receiver are stored in the external device in association with each other, the distance between the sensor device and the receiver is estimated based on the signal strength, and the GPS It is possible to detect the position information of the livestock with minimum power consumption without using the information. In addition, by overlapping the reception areas of the plurality of receivers, it is possible to analyze signal intensities from the plurality of receivers and more accurately detect position information.
本発明の第１の実施の形態によるセンサシステム１を図１乃至図８に基づき説明する。センサシステム１は、複数の牛１０に取り付けて周囲の環境データを定期的に計測することにより牛１０を管理している。管理する家畜は牛１０に限定されず、例えば、豚、馬、羊、鶏、愛玩動物などにも適用することができる。また、家畜に限らず、魚類、鳥類、昆虫などの動物にも本システムを適用することができる。なお、センサシステム１の利用分野は、家畜の管理や監視に限定されるものではなく、各種ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）デバイスとして使用することができる。 A sensor system 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The sensor system 1 manages the cow 10 by attaching it to the plurality of cows 10 and periodically measuring the surrounding environmental data. The livestock to be managed is not limited to the cow 10 but can be applied to, for example, pigs, horses, sheep, chickens, pet animals, and the like. Further, the present system can be applied not only to livestock but also to animals such as fish, birds, and insects. The field of use of the sensor system 1 is not limited to the management and monitoring of livestock, but can be used as various IoT (Internet of Things) devices.
センサシステム１は、センサデバイス２と、受信機３と、ＰＣ端末４と、携帯端末５と、から構成されている。センサデバイス２は、牛１０の耳に取り付ける耳標と一体的に構成されている。これにより、牛１０が柵等に体を擦りつけたり牛１０が互いにぶつかる等の場合であっても、センサデバイス２が牛１０から外れ難い。なお、センサデバイス２を取り付ける場所は牛１０のストレスとならない場所が望ましく、例えば、耳標以外にも尻尾の周辺や背中、足などに装着してもよい。 The sensor system 1 includes a sensor device 2, a receiver 3, a PC terminal 4, and a portable terminal 5. The sensor device 2 is integrally formed with an ear tag attached to the ear of the cow 10. Thus, even when the cow 10 rubs the body against a fence or the like or the cows 10 collide with each other, it is difficult for the sensor device 2 to come off from the cow 10. The sensor device 2 is desirably attached to a place that does not cause stress on the cow 10. For example, the sensor device 2 may be attached to the periphery of the tail, the back, the foot, or the like, in addition to the ear tag.
図２に示すように、センサデバイス２は、電源供給部２１と、通信部２２と、センサ部２３と、スイッチング手段２４と、を有している。図２において、太い実線は電力の供給を示し、細い矢印の実線はデジタル又はアナログによる通信を示す。電源供給部２１は、発電部２５と、蓄電部２６と、整流器２７と、電源制御部２８と、を有している。発電部２５は、周囲の環境から電力を生成するマイクロエナジーハーベストであって、例えば、熱、光、振動、電磁波等の電波、又は植物等の有機物に基づいて発電を行う。本実施の形態では発電部２５は太陽光発電により電力を生成するが、電磁波による発電であってもよく、太陽光発電と電磁波発電とを組み合わせたハイブリッド式であってもよい。これにより、太陽光が長期間出ていない状態や牛舎に牛１０が長時間居る場合であっても、センサデバイス２を安定的に動作させることができる。 As shown in FIG. 2, the sensor device 2 has a power supply unit 21, a communication unit 22, a sensor unit 23, and a switching unit 24. In FIG. 2, a thick solid line indicates power supply, and a thin arrow solid line indicates digital or analog communication. The power supply unit 21 includes a power generation unit 25, a power storage unit 26, a rectifier 27, and a power control unit 28. The power generation unit 25 is a microenergy harvester that generates power from the surrounding environment, and generates power based on, for example, heat, light, vibration, radio waves such as electromagnetic waves, or organic matter such as plants. In the present embodiment, the power generation unit 25 generates electric power by photovoltaic power generation. However, the power generation unit 25 may generate electric power by electromagnetic waves, or may be a hybrid type combining solar power generation and electromagnetic power generation. Thereby, the sensor device 2 can be operated stably even in a state where the sunlight has not been emitted for a long time or the cow 10 is in the barn for a long time.
蓄電部２６は、発電部２５によって発電された電力を蓄えるために設けられている。発電部２５によって生成された電力は、蓄電部２６に蓄電され通信部２２又はセンサ部２３を動作させるために用いられる。本実施の形態では、蓄電部２６として小型のスーパーキャパシタを用いているが、これに限定されずリチウムイオンキャパシタ、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ、リチウムイオン電池等であってもよい。また、使用目的に応じてこれらの蓄電材料を組み合わせて用いてもよい。また、蓄電部２６の静電容量は、０．０１Ｆから２．２Ｆの範囲であることが望ましく、特にセンサデバイス２の小型化のために０．０１Ｆから０．１Ｆであることが望ましい。蓄電部２６としてスーパーキャパシタを用いているため、低温環境下であっても充放電が可能であり、外気温による蓄電効率の低下等の問題が生じ難い。牛舎は冬場の外気温が氷点下になることもあるが、蓄電部２６によると温度の影響を受けることなく、発電部２５が生成した電力を蓄電することができる。また、充放電を繰り返したとしても劣化し難く、製品寿命が長くなる。 Power storage unit 26 is provided to store the power generated by power generation unit 25. The electric power generated by the power generation unit 25 is stored in the power storage unit 26 and used to operate the communication unit 22 or the sensor unit 23. In the present embodiment, a small supercapacitor is used as power storage unit 26, but the power storage unit 26 is not limited to this and may be a lithium ion capacitor, a ceramic capacitor, a film capacitor, a tantalum capacitor, a lithium ion battery, or the like. These power storage materials may be used in combination depending on the purpose of use. The capacitance of the power storage unit 26 is preferably in the range of 0.01 F to 2.2 F, and more preferably 0.01 F to 0.1 F in order to reduce the size of the sensor device 2. Since a supercapacitor is used as the power storage unit 26, charging and discharging can be performed even in a low-temperature environment, and problems such as a reduction in power storage efficiency due to outside air temperature are unlikely to occur. Although the outside temperature of the barn may be below freezing in winter, the power storage unit 26 can store the power generated by the power generation unit 25 without being affected by the temperature. Further, even if charge / discharge is repeated, the battery hardly deteriorates and the product life is prolonged.
整流器２７は、複数のダイオード等から構成されていて、発電部２５で発電した電力は整流器２７で整流され蓄電部２６に蓄電される。電源制御部２８は、蓄電部２６の電圧を監視するとともにスイッチング手段２４の切り替えを行っている。本実施の形態では、電源制御部２８は、ＲＴＣ２８Ａ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）と、昇圧回路２８Ｂと、を有している。ＲＴＣ２８Ａは、年付日で設定された時間を管理している。ＲＴＣ２８Ａは、消費電力が僅かであるため蓄電部２６に蓄電された電力を消費して動作している。 The rectifier 27 includes a plurality of diodes and the like, and the power generated by the power generation unit 25 is rectified by the rectifier 27 and stored in the power storage unit 26. The power control unit 28 monitors the voltage of the power storage unit 26 and switches the switching unit 24. In the present embodiment, the power supply control unit 28 has an RTC 28A (Real Time Clock) and a booster circuit 28B. The RTC 28A manages the time set on the date. The RTC 28A operates by consuming the power stored in the power storage unit 26 because the power consumption is small.
電源制御部２８は、ＲＴＣ２８Ａからの信号に基づいて、電源供給部２１が通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給する通電時間と、電源供給部２１が通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給しない停止時間と、を計測している。本実施の形態では、通電時間は２秒、停止時間は４分５８秒に設定しており、センサ部２３がセンシングしてから次のセンシングまでのサイクルを５分としている。電源制御部２８は、停止時間から通電時間に切り替わるとスイッチング手段２４をオン状態にして通信部２２及びセンサ部２３に電源供給部２１から電力を供給し、通電時間が終了し再び停止時間になるとスイッチング手段２４をオフ状態にして通信部２２及びセンサ部２３への電力の供給を停止する。通電時間及び停止時間は、蓄電部２６の静電容量、発電部２５の発電状態等に応じて任意に設定することができる。 The power supply control unit 28 controls the power supply unit 21 to supply power to the communication unit 22 and the sensor unit 23 based on a signal from the RTC 28A, and the power supply unit 21 to supply power to the communication unit 22 and the sensor unit 23. The stop time without supply is measured. In the present embodiment, the energization time is set to 2 seconds, the stop time is set to 4 minutes and 58 seconds, and the cycle from sensing by the sensor unit 23 to the next sensing is set to 5 minutes. When the power supply control unit 28 switches from the stop time to the power-on time, the power supply unit 21 supplies power to the communication unit 22 and the sensor unit 23 by turning on the switching unit 24 when the power-on time ends and the power-off time comes again. The switching unit 24 is turned off to stop supplying power to the communication unit 22 and the sensor unit 23. The energization time and the stop time can be arbitrarily set according to the capacitance of the power storage unit 26, the power generation state of the power generation unit 25, and the like.
電源供給部２１から通信部２２及びセンサ部２３に供給する電力は、昇圧回路２８Ｂによって通信部２２及びセンサ部２３の駆動電圧まで昇圧される。 The power supplied from the power supply unit 21 to the communication unit 22 and the sensor unit 23 is boosted to a drive voltage for the communication unit 22 and the sensor unit 23 by the booster circuit 28B.
通信部２２は、データ送信部２９と、制御部３０と、を有している。データ送信部２９は受信機３と通信を行うための通信回路及びアンテナを有し、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）で受信機３とデータ通信を行う。データ送信部２９と受信機３との通信方式はこれに限定されず、Ｗｉｆｉ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＬＰＷＡ（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅｗａ）、９２０ＭＨｚ帯無線通信、無線ＬＡＮ、３Ｇ又は４Ｇの移動体通信、赤外線通信等であってもよい。通信部２２と受信機３とのデータ通信の際は、各センサデバイス２に割り当てられた識別子をセンサ部２３が計測した環境データと共に送信する。これにより、ＰＣ端末４及び携帯端末５では得られた環境データがどのセンサデバイス２によるものかを識別することができる。識別子は、予めセンサデバイス２に割り当てられているものであってもよく、センサデバイス２と受信機３とが通信を開始したときに割り当てられてもよい。 The communication unit 22 has a data transmission unit 29 and a control unit 30. The data transmission unit 29 has a communication circuit and an antenna for communicating with the receiver 3 and performs data communication with the receiver 3 using Bluetooth (registered trademark). The communication method between the data transmission unit 29 and the receiver 3 is not limited to this, and Wifi (registered trademark), Zigbee (registered trademark), LPWA (Low Power Wide Area), 920 MHz band wireless communication, wireless LAN, 3G or 4G Mobile communication, infrared communication, or the like. At the time of data communication between the communication unit 22 and the receiver 3, an identifier assigned to each sensor device 2 is transmitted together with the environment data measured by the sensor unit 23. Thereby, the PC terminal 4 and the portable terminal 5 can identify which sensor device 2 the obtained environmental data is. The identifier may be assigned to the sensor device 2 in advance, or may be assigned when the sensor device 2 and the receiver 3 start communication.
制御部３０は、通信部２２及びセンサ部２３を制御するマイコンであって、Ａ／Ｄ変換部３０Ａと、記憶部３０Ｂと、を有している。Ａ／Ｄ変換部３０Ａは、センサ部２３からのアナログ信号をデジタル信号に変換している。記憶部３０Ｂは、制御部３０によって実行されるプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、センサ部２３が計測した環境データを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、を有している。ＲＡＭは、制御部３０がプログラムを実行するときのワーキングメモリとしての機能も有している。記憶部３０Ｂは、センサ部２３が計測した環境データを過去１回の計測分のみ記憶しており、新たな環境データが計測されると記憶されている１つ前の環境データに上書きされる。 The control unit 30 is a microcomputer that controls the communication unit 22 and the sensor unit 23, and includes an A / D conversion unit 30A and a storage unit 30B. The A / D converter 30A converts an analog signal from the sensor unit 23 into a digital signal. The storage unit 30B includes a ROM (Read Only Memory) for storing a program executed by the control unit 30, and a RAM (Random Access Memory) for storing environment data measured by the sensor unit 23. The RAM also has a function as a working memory when the control unit 30 executes a program. The storage unit 30B stores the environmental data measured by the sensor unit 23 only for the past one measurement, and when new environmental data is measured, the stored environmental data is overwritten on the immediately preceding stored environmental data.
通信部２２とセンサ部２３とは、Ｉ２Ｃバスによるシリアル通信によって接続されている。センサ部２３は、様々な環境データを計測することが可能であり、温度、湿度、照度、気圧、ＣＯ２濃度、メタンガス濃度、風力の少なくとも１つを計測することができる。本実施の形態では、センサ部２３は、温度及び湿度を計測することができる。制御部３０は、センサ部２３からからのシリアル通信によって受け取るデジタル信号を所定の計算式に入れ込むことによって数値データに変換し、当該数値データを記憶部３０Ｂに保存するとともにデータ送信部２９に受け渡す。データ送信部２９は、無線通信によって受信機３に環境データを送信する。 The communication unit 22 and the sensor unit 23 are connected by serial communication using an I2C bus. The sensor unit 23 can measure various environmental data, and can measure at least one of temperature, humidity, illuminance, atmospheric pressure, CO2 concentration, methane gas concentration, and wind power. In the present embodiment, the sensor unit 23 can measure temperature and humidity. The control unit 30 converts the digital signal received by serial communication from the sensor unit 23 into numerical data by inserting the digital signal into a predetermined calculation formula, stores the numerical data in the storage unit 30B, and receives the digital data in the data transmission unit 29. hand over. The data transmission unit 29 transmits environmental data to the receiver 3 by wireless communication.
スイッチング手段２４は、電源供給部２１が通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給する電力供給ライン上であって、電源制御部２８の通信部２２及びセンサ部２３への電力供給と遮断とを切り替えるために設けられている。スイッチング手段２４は、トランジスタ等の素子により構成されおり、接合型ＦＥＴやＭＯＳＦＥＴによって構成されていてもよい。 The switching unit 24 is on a power supply line where the power supply unit 21 supplies power to the communication unit 22 and the sensor unit 23, and performs power supply to the communication unit 22 and the sensor unit 23 of the power supply control unit 28 and cutoff. It is provided for switching. The switching means 24 is configured by an element such as a transistor, and may be configured by a junction FET or MOSFET.
受信機３は、牛１０の行動範囲である牧場及び牛舎をカバーするように複数設けられていて、データ送信部２９から送信された環境データは、少なくとも１つの受信機３によって受信される。受信機３に受信された環境データは、受信機３の識別子が付与されてＰＣ端末４に外部ネットワーク６を介して送信される。このとき、携帯端末５は外部ネットワーク６を介してＰＣ端末４に送信された環境データを閲覧することができる。ＰＣ端末４は牛舎から離れた場所に配置され、携帯端末５は牛舎の管理作業を行う作業者が保持している。牛舎の作業者は、携帯端末５によってリアルタイムで牛１０の状態を把握することができる。ＰＣ端末４は、本発明の外部機器に相当する。 A plurality of the receivers 3 are provided so as to cover a ranch and a barn, which are the range of action of the cow 10, and the environmental data transmitted from the data transmission unit 29 is received by at least one receiver 3. The environment data received by the receiver 3 is transmitted to the PC terminal 4 via the external network 6 with the identifier of the receiver 3 attached. At this time, the portable terminal 5 can browse the environment data transmitted to the PC terminal 4 via the external network 6. The PC terminal 4 is arranged at a location away from the barn, and the portable terminal 5 is held by an operator who manages the barn. The worker in the barn can grasp the state of the cow 10 in real time using the portable terminal 5. The PC terminal 4 corresponds to an external device of the present invention.
次に、図３及び図４を参照してセンサデバイス２のセンシングについて説明する。図４（ａ）はスイッチング手段２４のオン状態及びオフ状態の切り替えを表し、図４（ｂ）は通信部２２における電流値の変化を表し、図４（ｃ）はセンサ部２３における電流値の変化を表す。 Next, sensing of the sensor device 2 will be described with reference to FIGS. 4A shows the switching between the ON state and the OFF state of the switching means 24, FIG. 4B shows the change in the current value in the communication unit 22, and FIG. Indicates change.
発電部２５が太陽光発電によって発電した電力は、整流器２７を介して蓄電部２６に蓄電される。電源制御部２８は、ＲＴＣ２８Ａからの信号に基づいて停止時間から通電時間に切り替わったか否かを判断する（Ｓ１）。通電時間に切り替わった場合は（Ｓ１：ＹＥＳ）、電源制御部２８はスイッチング手段２４をオン状態にして通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給する（Ｓ２、ｔ１）。 Electric power generated by the power generation unit 25 by solar power generation is stored in the power storage unit 26 via the rectifier 27. The power control unit 28 determines whether or not the time has been switched from the stop time to the energization time based on a signal from the RTC 28A (S1). When the current time is switched to the energization time (S1: YES), the power supply control unit 28 turns on the switching unit 24 to supply power to the communication unit 22 and the sensor unit 23 (S2, t1).
通信部２２は、電源供給部２１から電力が供給されると、ｔ１とほぼ同じタイミングで制御部３０がプログラムを起動し初期化（リセット）する。図４（ｂ）に示すように、プログラム初期化のタイミングで通信部２２は所定の電力を消費する。制御部３０は、センサデバイス２に割り当てられた識別子（ＩＤ）及び必要最低限の情報を記憶部３０Ｂから読み込む（ｔ２）。ここでいう必要最低限の情報とは、例えば、各素子のメーカ情報、Ｂｌｅｔｏｏｔｈ Ｂｅａｃｏｎの必要情報、システム及びモジュールのＩＤ情報、マイコンソフトウェアのレビジョン、どのようなセンサが繋がっているかを示すセンサ情報等がある。図４（ｂ）に示すように、通信部２２とセンサ部２３とがＩ２Ｃバス通信を開始し（ｔ３）、制御部３０はセンサ部２３に温度情報リクエストを送信する（ｔ４）。センサ部２３は、通信部２２からの温度情報リクエストに応じて外気温を検出し（ｔ５、Ｓ３）、シリアル通信によって制御部３０に検出した検出データを送信する。ｔ５におけるセンサ部２３の電流値は、１５０ｍＡである。 When power is supplied from the power supply unit 21 to the communication unit 22, the control unit 30 activates and initializes (resets) the program at substantially the same timing as t1. As shown in FIG. 4B, the communication unit 22 consumes a predetermined power at the timing of the program initialization. The control unit 30 reads the identifier (ID) assigned to the sensor device 2 and the minimum necessary information from the storage unit 30B (t2). The minimum information required here includes, for example, manufacturer information of each element, necessary information of Bluetooth Beacon, ID information of systems and modules, revision of microcomputer software, sensor information indicating what sensors are connected, and the like. There is. As shown in FIG. 4B, the communication unit 22 and the sensor unit 23 start I2C bus communication (t3), and the control unit 30 transmits a temperature information request to the sensor unit 23 (t4). The sensor unit 23 detects the outside air temperature in response to the temperature information request from the communication unit 22 (t5, S3), and transmits the detected data to the control unit 30 by serial communication. The current value of the sensor unit 23 at t5 is 150 mA.
制御部３０は、センサ部２３から受信した検出データをＡ／Ｄ変換部３０Ａでデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、環境データとして記憶部３０Ｂに記憶する（Ｓ４、ｔ６）。本実施の形態では、温度及び湿度を検出可能であるため（Ｓ５：ＮＯ）、制御部３０は再びセンサ部２３にＩ２Ｃバス通信によって湿度情報リクエストを送信する（ｔ７）。センサ部２３は、通信部２２からの湿度情報リクエストに応じて湿度を検出し（ｔ８、Ｓ３）、シリアル通信によって制御部３０に検出した検出データを送信する。 The control unit 30 converts the detection data received from the sensor unit 23 into digital data by the A / D conversion unit 30A, converts the data into numerical data by a predetermined calculation formula, and stores the converted data in the storage unit 30B as environment data ( S4, t6). In the present embodiment, since the temperature and the humidity can be detected (S5: NO), the control unit 30 transmits the humidity information request to the sensor unit 23 again by the I2C bus communication (t7). The sensor unit 23 detects the humidity in response to the humidity information request from the communication unit 22 (t8, S3), and transmits the detected data to the control unit 30 by serial communication.
制御部３０は、センサ部２３から受信した検出データをＡ／Ｄ変換部３０Ａにてデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、環境データとして記憶部３０Ｂに記憶する（Ｓ４、ｔ９）。制御部３０は、温度及び湿度の環境データを取得したためすべてのデータを取得したと判断し（Ｓ５：ＹＥＳ）、データ送信部２９から温度及び湿度の環境データを識別子を付して無線通信により受信機３に送信する（Ｓ６、ｔ１０）。ｔ１０における通信部２２の電流値は、１０ｍＡである。 The control unit 30 converts the detection data received from the sensor unit 23 into digital data by the A / D conversion unit 30A, converts the detection data into numerical data by a predetermined calculation formula, and stores the converted data in the storage unit 30B as environmental data. (S4, t9). The control unit 30 determines that all data has been obtained because the temperature and humidity environment data has been obtained (S5: YES), and receives the temperature and humidity environment data from the data transmission unit 29 by wireless communication with an identifier attached thereto. Is transmitted to the device 3 (S6, t10). The current value of the communication unit 22 at t10 is 10 mA.
図４（ｂ）及び図４（ｃ）において、通電時間であるｔ１からｔ１１までは通信等の電力消費に加えて通信部２２及びセンサ部２３において待機電力を消費しているが、停止時間であるｔ１０から次のｔ１までは通信部２２及びセンサ部２３における電力消費量はゼロとなる。本実施の形態における通信部２２及びセンサ部２３の待機時の電流値は６０ｎＡであり、通電時間における通信部２２及びセンサ部２３の電流値を平均すると約１０ｍＡとなるため、１回の通電時間における電力消費量は数ｍＷとなる。具体的には、ｔ１０における無線通信時のパルスで５ｍＷであり、ｔ４及びｔ７のセンサ部２３へのアクセス時は数μＷ（最大１０μＷ）であり、ｔ１からｔ１１における待機時はｎＷオーダーとなる。 In FIG. 4B and FIG. 4C, during the energization time from t1 to t11, standby power is consumed in the communication unit 22 and the sensor unit 23 in addition to power consumption for communication and the like. From a certain time t10 to the next time t1, the power consumption in the communication unit 22 and the sensor unit 23 is zero. In the present embodiment, the current value of the communication unit 22 and the sensor unit 23 during standby is 60 nA, and the average current value of the communication unit 22 and the sensor unit 23 during the energization time is about 10 mA. Is several mW. Specifically, the pulse at the time of wireless communication at t10 is 5 mW, at the time of access to the sensor unit 23 at t4 and t7 is several μW (maximum 10 μW), and at the time of standby from t1 to t11, it is on the order of nW.
電源制御部２８は通電時間が経過した、つまりｔ１から２秒が経過したと判断すると（ｔ１１、Ｓ７：ＹＥＳ）、スイッチング手段２４をオフ状態にして（Ｓ８）、４分５８秒後の通電時間の到来を待つ（Ｓ１：ＮＯ）。 When the power supply control unit 28 determines that the energization time has elapsed, that is, two seconds have elapsed since t1 (t11, S7: YES), the power supply control unit 28 turns off the switching unit 24 (S8), and the energization time after 4 minutes and 58 seconds (S1: NO).
データ送信部２９から環境データを受信した受信機３は、受信機３の識別子及びデータ送信部２９からの信号強度を付与してＰＣ端末４に環境データを送信する。ＰＣ端末４は、受信機３の識別子と、センサデバイス２の識別子と、信号強度と、環境データと、を互いに関連づけて記憶する。 The receiver 3 that has received the environment data from the data transmission unit 29 transmits the environment data to the PC terminal 4 by adding the identifier of the receiver 3 and the signal strength from the data transmission unit 29. The PC terminal 4 stores the identifier of the receiver 3, the identifier of the sensor device 2, the signal strength, and the environment data in association with each other.
図５に、センサデバイス２によって検出した牛１０の温度と外気温とを比較した表を示す。本実施の形態では、牛１０の耳標にセンサデバイス２を取り付けており、牛１０の体温を間接的に計測している。センサデバイス２によって計測された温度は、さほど外気温の影響を受けることなく牛１０の平均体温に近い温度を計測している。牛１０の体温を管理することにより、妊娠、発情、感染症等の状態を把握することができる。 FIG. 5 shows a table comparing the temperature of the cow 10 detected by the sensor device 2 with the outside air temperature. In the present embodiment, the sensor device 2 is attached to the ear tag of the cow 10, and the body temperature of the cow 10 is indirectly measured. The temperature measured by the sensor device 2 measures a temperature close to the average body temperature of the cow 10 without being affected by the outside air temperature. By managing the body temperature of the cow 10, the condition of pregnancy, estrus, infectious disease and the like can be grasped.
図６に、センサ部２３で気圧を計測したときのグラフを示す。このときは、通電時間を２秒、停止時間を８秒、１サイクル１０秒に設定している。計測結果では領域Ａで局所的に計測圧力が上昇しているが、これは牛１０が頭を下げたことに起因している。従って、気圧の計測結果を分析することにより、牛１０が牧草等を食べている頻度を計測することができる。 FIG. 6 shows a graph when the atmospheric pressure is measured by the sensor unit 23. At this time, the energization time is set to 2 seconds, the stop time is set to 8 seconds, and one cycle is set to 10 seconds. According to the measurement result, the measurement pressure is locally increased in the region A, which is caused by the cow 10 lowering its head. Therefore, by analyzing the measurement result of the atmospheric pressure, it is possible to measure the frequency of the cow 10 eating grass and the like.
次に、図７及び図８を参照してセンサデバイス２を用いた牛１０の位置情報検出について説明する。牛１０を放牧している牧場及び牛舎の全領域をカバーするように複数の受信機３が設置されており、受信機３は受信エリア３Ａの範囲内に存在するセンサデバイス２を検出することができる。受信エリア３Ａは半径２０ｍ程度の円であるが、受信機３及びデータ送信部２９の種類に応じて任意に設定することができる。 Next, the detection of the position information of the cow 10 using the sensor device 2 will be described with reference to FIGS. A plurality of receivers 3 are installed so as to cover the entire area of the ranch and barn where the cows 10 are grazed, and the receiver 3 can detect the sensor device 2 existing within the range of the reception area 3A. it can. The reception area 3A is a circle having a radius of about 20 m, but can be set arbitrarily according to the types of the receiver 3 and the data transmission unit 29.
受信機３は、第１受信エリア３１Ａを有する第１受信機３１と、第２受信エリア３２Ａを有する第２受信機３２と、第３受信エリア３３Ａを有する第３受信機３３と、第４受信エリア３４Ａを有する第４受信機３４と、から構成されている。受信機３は、受信エリア３Ａ内のセンサデバイス２のデータ送信部２９から受信する信号の強度を検出可能であり、信号強度によって受信機３とセンサデバイス２との距離を推定することができる。牛１０は、第１牛１１と、第２牛１２と、第３牛１３と、が受信機３の受信エリア３Ａに存在している。 The receiver 3 includes: a first receiver 31 having a first reception area 31A; a second receiver 32 having a second reception area 32A; a third receiver 33 having a third reception area 33A; And a fourth receiver 34 having an area 34A. The receiver 3 can detect the strength of a signal received from the data transmission unit 29 of the sensor device 2 in the reception area 3A, and can estimate the distance between the receiver 3 and the sensor device 2 based on the signal strength. In the cow 10, a first cow 11, a second cow 12, and a third cow 13 are present in the reception area 3A of the receiver 3.
第１牛１１は、第１受信エリア３１Ａと第２受信エリア３２Ａとが重複している領域にいるため、第１受信機３１及び第２受信機３２によって、ほぼ同じ信号強度によって検知される。これにより、第１牛１１が第１受信エリア３１Ａと第２受信エリア３２Ａとが重複している位置であって第１受信機３１と第２受信機３２とから略同一の距離にいると判断することができる。 Since the first cow 11 is in an area where the first reception area 31A and the second reception area 32A overlap, the first cow 11 is detected by the first receiver 31 and the second receiver 32 with substantially the same signal strength. Accordingly, it is determined that the first cow 11 is located at the position where the first reception area 31A and the second reception area 32A overlap and is at substantially the same distance from the first receiver 31 and the second receiver 32. can do.
第２牛１２は，第２受信エリア３２Ａと第３受信エリア３３Ａとが重複している領域にいるため、第２受信機３２及び第３受信機３３によって検知される。ここで、第２牛１２は第３受信機３３側に寄っていることから、第３受信機３３によって検知される信号強度のほうが第２受信機３２によって検知される信号強度より強くなる。これにより、第２牛１２は第２受信エリア３２Ａと第３受信エリア３３Ａとが重複している位置であって第３受信機３３寄りの位置にいると判断することができる。 The second cow 12 is detected by the second receiver 32 and the third receiver 33 because the second cow 12 is in an area where the second reception area 32A and the third reception area 33A overlap. Here, since the second cow 12 is closer to the third receiver 33, the signal strength detected by the third receiver 33 is stronger than the signal strength detected by the second receiver 32. Accordingly, it can be determined that the second cow 12 is located at a position where the second reception area 32A and the third reception area 33A overlap and is located closer to the third receiver 33.
第３牛１３は、第４受信機３４の第４受信エリア３４Ａにいるため、第４受信機３４によってのみ検知される。これにより、第３牛１３は第４受信エリア３４Ａ内におけるもっとも離れた位置にいることが確認される。 Since the third cow 13 is in the fourth reception area 34A of the fourth receiver 34, it is detected only by the fourth receiver 34. Thereby, it is confirmed that the third cow 13 is at the farthest position in the fourth reception area 34A.
図８は、第１受信機３１が検出した検出信号の信号強度と時間との関係性を示すグラフである。第１牛１１は、２２時３０分から２３時００分頃まで第１受信エリア３１Ａにいることが確認される。第２牛１２は、３時３０分から６時００分の比較的長い時間、第１受信エリア３１Ａにいることが確認される。第３牛１３は、一時的に第１受信エリア３１Ａに位置しているが、信号強度が弱いため第１受信エリア３１Ａの周縁に一時的に侵入したと考えられる。第１受信機３１の検出信号と、他の受信機３の検出信号とを組み合わせて解析することにより、牛１０の位置情報を把握することができる。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the signal intensity of the detection signal detected by the first receiver 31 and time. It is confirmed that the first cow 11 is in the first reception area 31A from 22:30 to 23:00. It is confirmed that the second cow 12 is in the first reception area 31A for a relatively long time from 3:30 to 6:00. Although the third cow 13 is temporarily located in the first reception area 31A, it is considered that the third cow 13 has temporarily entered the periphery of the first reception area 31A due to low signal strength. By analyzing the detection signal of the first receiver 31 in combination with the detection signals of the other receivers 3, the position information of the cow 10 can be grasped.
このような構成によると、スイッチング手段２４はセンサ部２３によるセンシング及び通信部２２による環境データの送信時にのみセンサ部２３及び通信部２２に電力を供給するため、非通信時及び非センシング時における通信部及びセンサ部の待機電力を削減することができる。また、センサ部２３のセンシングによって得られた環境データを通信部２２で外部機器であるＰＣ端末４に送信しているため、センサ部２３のセンシングと通信部２２の通信とが１対１の関係性にある。これにより、必要最低限の電力量でセンシングした環境データをＰＣ端末４に送信することができる。 According to such a configuration, the switching unit 24 supplies power to the sensor unit 23 and the communication unit 22 only when sensing by the sensor unit 23 and transmission of environmental data by the communication unit 22. The standby power of the unit and the sensor unit can be reduced. Further, since the environment data obtained by the sensing of the sensor unit 23 is transmitted to the PC terminal 4 which is an external device by the communication unit 22, there is a one-to-one relationship between the sensing of the sensor unit 23 and the communication of the communication unit 22. In the nature. As a result, the environment data sensed with the minimum required amount of power can be transmitted to the PC terminal 4.
このような構成によると、電源供給部２１は太陽光発電又は／及び電磁波発電によって発電された電力を利用するため、バッテリーや電池等を搭載する必要がない。これにより電源を管理するための回路が不要となり、センサデバイス２の電力消費量を低減することができる。また、太陽光発電又は／及び電磁波発電によって電力を発電するため、自然エネルギーを用いたマイクロエナジーハーベストを実現することができる。さらに、バッテリーや電池と比べて低コストでセンサデバイスを製造することができる。 According to such a configuration, since the power supply unit 21 uses the power generated by solar power generation and / or electromagnetic wave power generation, it is not necessary to mount a battery, a battery, or the like. As a result, a circuit for managing the power supply becomes unnecessary, and the power consumption of the sensor device 2 can be reduced. Further, since electric power is generated by solar power generation and / or electromagnetic wave power generation, a micro energy harvest using natural energy can be realized. Further, a sensor device can be manufactured at a lower cost than a battery or a battery.
このような構成によると、記憶部３０Ｂは過去１回分の環境データを記憶し新たな環境データが計測されると過去の環境データを上書きするため、計測した過去の環境データを記憶していない。過去の環境データを記憶する場合には、記憶部３０Ｂを動作させるために常時通信部２２への電力供給が必要となるが、本件発明では、非通信時は通信部２２への電力供給が不要となるため消費電力を低く抑えることができる。 According to such a configuration, the storage unit 30B stores the environmental data of the past one time and overwrites the previous environmental data when new environmental data is measured, and thus does not store the measured past environmental data. When storing past environmental data, power supply to the communication unit 22 is always required to operate the storage unit 30B. However, in the present invention, power supply to the communication unit 22 is not required during non-communication. Therefore, power consumption can be suppressed low.
このような構成によると、牛１０に搭載したセンサデバイス２の信号強度と受信機３の識別子とを関連付けてＰＣ端末４に記憶するため、信号強度からセンサデバイス２と受信機３との距離を推測することにより、ＧＰＳを用いることなく最低限の電力消費で牛１０の位置情報を検知することができる。また、複数の受信機３の受信エリア３Ａを重複させることにより、複数の受信機３からの信号強度を分析して、より正確に位置情報を検知することができる。 According to such a configuration, since the signal strength of the sensor device 2 mounted on the cow 10 and the identifier of the receiver 3 are stored in the PC terminal 4 in association with each other, the distance between the sensor device 2 and the receiver 3 is determined from the signal strength. By estimating, it is possible to detect the position information of the cow 10 with the minimum power consumption without using the GPS. Further, by overlapping the reception areas 3A of the plurality of receivers 3, it is possible to analyze signal intensities from the plurality of receivers 3 and more accurately detect position information.
次に、本発明の第２の実施の形態について、図９及び図１０に基づいて説明する。第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。第１の実施の形態では、センサデバイス２の電源制御部２８はＲＴＣ２８Ａからの信号に基づいてスイッチング手段２４を制御したが、第２の実施の形態では、電源制御部２８は蓄電部２６の電圧に応じてスイッチング手段２４を制御する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the first embodiment, the power control unit 28 of the sensor device 2 controls the switching unit 24 based on a signal from the RTC 28A. However, in the second embodiment, the power control unit 28 controls the voltage of the power storage unit 26. The switching means 24 is controlled in accordance with.
第２の実施の形態では、電源制御部２８は、蓄電部２６の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータを含み、蓄電部２６の電圧が放電閾値である３．５[Ｖ]になるとスイッチング手段２４をオン状態にして通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給し、蓄電部２６の電圧が遮断閾値である１．５[Ｖ]になるとスイッチング手段２４をオフ断状態にして通信部２２及びセンサ部２３への電力の供給を遮断する。スイッチング手段２４を切り替える閾値は、蓄電部２６の静電容量、発電部２５の発電状態等に応じて任意に設定することができる。 In the second embodiment, the power supply control unit 28 includes a comparator that compares the voltage of the power storage unit 26 with a reference voltage, and switches when the voltage of the power storage unit 26 reaches a discharge threshold of 3.5 [V]. When the voltage of the power storage unit 26 becomes the cutoff threshold of 1.5 [V], the switching unit 24 is turned off to turn off the communication unit 22 and the communication unit 22. The supply of electric power to the sensor unit 23 is cut off. The threshold for switching the switching unit 24 can be set arbitrarily according to the capacitance of the power storage unit 26, the power generation state of the power generation unit 25, and the like.
次に、図９及び図１０を参照してセンサデバイス２のセンシングについて説明する。 Next, sensing of the sensor device 2 will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
発電部２５が太陽光発電によって発電した電力は、整流器２７を介して蓄電部２６に蓄電される。電源制御部２８は、蓄電部２６の電圧が放電閾値である３．５[Ｖ]以上であるかを判断する（Ｓ１１）。蓄電部２６の電圧が放電閾値を超えると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、電源制御部２８はスイッチング手段２４をオン状態にして通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給する（Ｓ２、ｔ１）。 Electric power generated by the power generation unit 25 by solar power generation is stored in the power storage unit 26 via the rectifier 27. The power control unit 28 determines whether the voltage of the power storage unit 26 is equal to or higher than the discharge threshold value of 3.5 [V] (S11). When the voltage of the power storage unit 26 exceeds the discharge threshold (S11: YES), the power supply control unit 28 turns on the switching unit 24 to supply power to the communication unit 22 and the sensor unit 23 (S2, t1).
通信部２２は、電源供給部２１から電力が供給されると、ｔ１とほぼ同じタイミングで制御部３０がプログラムを起動し初期化（リセット）する。プログラム初期化のタイミングで、通信部２２は所定の電力を消費する。制御部３０は、センサデバイス２に割り当てられた識別子（ＩＤ）及び必要最低限の情報を記憶部３０Ｂから読み込む（ｔ２）。通信部２２とセンサ部２３とは、Ｉ２Ｃバス通信を開始し（ｔ３）、制御部３０はセンサ部２３に温度情報リクエストを送信する（ｔ４）。センサ部２３は、通信部２２からの温度情報リクエストに応じて外気温を検出し（ｔ５、Ｓ３）、シリアル通信によって制御部３０に検出した検出データを送信する。 When power is supplied from the power supply unit 21 to the communication unit 22, the control unit 30 activates and initializes (resets) the program at substantially the same timing as t1. The communication unit 22 consumes a predetermined power at the timing of the program initialization. The control unit 30 reads the identifier (ID) assigned to the sensor device 2 and the minimum necessary information from the storage unit 30B (t2). The communication unit 22 and the sensor unit 23 start I2C bus communication (t3), and the control unit 30 transmits a temperature information request to the sensor unit 23 (t4). The sensor unit 23 detects the outside air temperature in response to the temperature information request from the communication unit 22 (t5, S3), and transmits the detected data to the control unit 30 by serial communication.
制御部３０は、センサ部２３から受信した検出データをＡ／Ｄ変換部３０Ａにてデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、環境データとして記憶部３０Ｂに記憶する（Ｓ４、ｔ６）。本実施の形態では、温度及び湿度を検出可能であるため（Ｓ６：ＮＯ）、制御部３０は再びセンサ部２３にＩ２Ｃバス通信によって湿度情報リクエストを送信する（ｔ７）。センサ部２３は、通信部２２からの湿度情報リクエストに応じて湿度を検出し（ｔ８、Ｓ３）、シリアル通信によって制御部３０に検出した検出データを送信する。 The control unit 30 converts the detection data received from the sensor unit 23 into digital data by the A / D conversion unit 30A, converts the detection data into numerical data by a predetermined calculation formula, and stores the converted data in the storage unit 30B as environmental data. (S4, t6). In the present embodiment, since the temperature and the humidity can be detected (S6: NO), the control unit 30 transmits a humidity information request to the sensor unit 23 again via the I2C bus communication (t7). The sensor unit 23 detects the humidity in response to the humidity information request from the communication unit 22 (t8, S3), and transmits the detected data to the control unit 30 by serial communication.
制御部３０は、センサ部２３から受信した検出データをＡ／Ｄ変換部３０Ａにてデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、記憶部３０Ｂに記憶する（Ｓ４、ｔ９）。制御部３０は、すべてのデータを取得したと判断し（Ｓ５：ＹＥＳ）、データ送信部２９から温度及び湿度の環境データを受信機３に無線送信する（Ｓ６、ｔ１０）。図１０（ｂ）に示すように、蓄電部２６の端子電圧は通信部２２及びセンサ部２３の電力消費に応じて段階的に低下する。図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）において、通電時間であるｔ１からｔ１０までは通信部２２及びセンサ部２３において待機電力を消費しているが、停止時間であるｔ１０から１ｔまでは通信部２２及びセンサ部２３における電力消費量はゼロとなる。 The control unit 30 converts the detection data received from the sensor unit 23 into digital data in the A / D conversion unit 30A, converts the detection data into numerical data using a predetermined calculation formula, and stores the converted data in the storage unit 30B (S4, t9). The control unit 30 determines that all data has been acquired (S5: YES), and wirelessly transmits temperature and humidity environmental data from the data transmission unit 29 to the receiver 3 (S6, t10). As shown in FIG. 10B, the terminal voltage of the power storage unit 26 decreases stepwise according to the power consumption of the communication unit 22 and the sensor unit 23. In FIG. 10C and FIG. 10D, the communication unit 22 and the sensor unit 23 consume standby power from the energization time t1 to t10, but use the communication unit from the stop time t10 to 1t. The power consumption of the sensor 22 and the sensor unit 23 becomes zero.
電源制御部２８は遮断閾値以下と判断すると（ｔ１１、Ｓ１７：ＹＥＳ）、スイッチング手段２４をオフ状態にして（Ｓ８）、再び蓄電部２６が充電されて放電閾値以上となるのを待つ（Ｓ１１：ＮＯ）。 If the power supply control unit 28 determines that it is equal to or less than the cutoff threshold (t11, S17: YES), it turns off the switching unit 24 (S8), and waits until the power storage unit 26 is charged again and becomes equal to or more than the discharge threshold (S11: NO).
本発明によるセンサデバイス及びセンサシステムは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。 The sensor device and the sensor system according to the present invention are not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the appended claims.
上述の実施の形態では、センサ部２３では、温度、湿度、照度、気圧、ＣＯ２濃度、メタンガス濃度、風力の少なくとも１つを計測可能だったが、これに限定されない。例えば、９軸のジャイロセンサ、振動センサ、静電容量センサによるタッチセンサ、磁気センサ、焦電センサ、超音波センサなどを用いることができる。例えば、管理する動物が魚類である場合には、温度センサによって水温を検知し、気圧センサによって水位を検知し、９軸センサによって地磁気を検知して移動方向を検出してもよい。また、土中の動物が対象である場合には、湿度センサによって土中の水分量を検出することもできる。 In the above-described embodiment, the sensor unit 23 can measure at least one of temperature, humidity, illuminance, atmospheric pressure, CO2 concentration, methane gas concentration, and wind power, but is not limited thereto. For example, a nine-axis gyro sensor, a vibration sensor, a touch sensor using a capacitance sensor, a magnetic sensor, a pyroelectric sensor, an ultrasonic sensor, or the like can be used. For example, when the animal to be managed is a fish, the moving direction may be detected by detecting the water temperature by a temperature sensor, detecting the water level by a barometric pressure sensor, and detecting the geomagnetism by a nine-axis sensor. When an animal in the soil is the target, the moisture sensor can detect the moisture content in the soil.
上述の実施の形態では、センサデバイス２の検出した環境データは受信機３によって外部ネットワーク６を介してＰＣ端末４に記憶されていたが、これに限定されずクラウドサーバ上にデータを保存してもよい。これにより、複数の端末によってセンサシステム１による検出データを確認することができる。 In the above-described embodiment, the environment data detected by the sensor device 2 is stored in the PC terminal 4 by the receiver 3 via the external network 6. However, the present invention is not limited to this. Is also good. Thereby, the detection data by the sensor system 1 can be confirmed by a plurality of terminals.
上述の実施の形態では、電源供給部２１と通信部２２とはデータ通信を行っていなかったが、これに限定されない。例えば、蓄電部２６が充電されたとき、電源供給部２１から通信部２２に充電が完了した旨のパルス信号を送信してもよい。 In the above-described embodiment, the power supply unit 21 and the communication unit 22 do not perform data communication, but the present invention is not limited to this. For example, when the power storage unit 26 is charged, a pulse signal indicating that the charging has been completed may be transmitted from the power supply unit 21 to the communication unit 22.
上述の実施の形態では、センサ部２３からの信号はアナログ信号であってＡ／Ｄ変換部３０Ａによってデジタル信号に変換されたが、これに限定されない。例えば、センサ部２３からの信号がデジタル信号であって、Ｉ２Ｃバスによってシリアル通信で通信部２２に送信されてもよい。この場合は、制御部３０が受信したデジタル信号を所定の計算式に入れ込み数値データに変換する。 In the above-described embodiment, the signal from the sensor unit 23 is an analog signal and is converted into a digital signal by the A / D conversion unit 30A, but is not limited thereto. For example, the signal from the sensor unit 23 may be a digital signal and transmitted to the communication unit 22 by serial communication via an I2C bus. In this case, the control section 30 converts the received digital signal into a predetermined calculation formula and converts it into numerical data.
１ センサシステム
２ センサデバイス
３ 受信機
４ ＰＣ端末
５ 携帯端末
２１ 電源供給部
２２ 通信部
２３ センサ部
２４ スイッチング手段
２５ 発電部
２６ 蓄電部
２７ 整流器
２８ 電源制御部
２９ データ送信部
３０ 制御部
Reference Signs List 1 sensor system 2 sensor device 3 receiver 4 PC terminal 5 portable terminal 21 power supply unit 22 communication unit 23 sensor unit 24 switching means 25 power generation unit 26 power storage unit 27 rectifier 28 power supply control unit 29 data transmission unit 30 control unit
Claims (4)
前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、周囲の環境をセンシングするセンサ部と、
前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、前記センサ部がセンシングした環境データを無線通信によって外部機器に送信する通信部と、
前記電源供給部の前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と遮断とを切り替えるスイッチング手段と、を有し、
前記スイッチング手段は、所定のタイミングで、前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と、前記電力の遮断と、を繰り返し、
前記スイッチング手段によって前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部に前記電力が供給されたとき、前記センサ部がセンシングを行うとともに前記通信部がセンシングによって得られた前記環境データを前記無線通信によって前記外部機器に送信し、
前記通信部が前記環境データを前記外部機器に送信した後、前記スイッチング手段は前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部への前記電力を遮断することを特徴とするセンサデバイス。 A power supply unit for supplying electric power,
A sensor unit that operates by the power supplied from the power supply unit and senses a surrounding environment,
A communication unit that operates by the power supplied from the power supply unit and transmits environmental data sensed by the sensor unit to an external device by wireless communication,
Switching means for switching between supply and cutoff of the power to the sensor unit and the communication unit of the power supply unit,
The switching unit, at a predetermined timing, the supply of the power to the sensor unit and the communication unit, and repeatedly cut off the power,
When the power is supplied from the power supply unit to the sensor unit and the communication unit by the switching unit, the sensor unit performs sensing and the communication unit obtains the environmental data obtained by the sensing by the wireless communication. Transmitting to the external device,
The sensor device, wherein after the communication unit transmits the environmental data to the external device, the switching unit cuts off the power from the power supply unit to the sensor unit and the communication unit.
外部エネルギーから発電する発電部と、
前記発電部によって発電された前記電力を整流する整流器と、
前記整流器によって整流された前記電力を蓄える蓄電部と、を有し、
前記発電部は、太陽光発電又は電磁波発電の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載のセンサデバイス。 The power supply unit,
A power generation unit that generates power from external energy,
A rectifier for rectifying the power generated by the power generation unit;
A power storage unit that stores the power rectified by the rectifier,
The sensor device according to claim 1, wherein the power generation unit is at least one of solar power generation and electromagnetic power generation.
前記記憶部は前記環境データを過去１回分記憶し、前記センサ部によって新たな環境データがセンシングされると記憶している前記環境データを上書きすることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサデバイス。 The communication unit has a storage unit that stores the environment data of the sensor unit,
3. The storage unit according to claim 1, wherein the storage unit stores the environmental data for one time in the past, and overwrites the stored environmental data when new environmental data is sensed by the sensor unit. 4. Sensor device.
前記通信部からの前記環境データを受信し記憶する前記外部機器と、
前記センサデバイスからの前記環境データを受信する受信機と、を有し、
前記受信機は、受信エリア内における前記センサデバイスからの信号強度を認識し、
前記外部機器は、前記センサデバイスからの電波を受信した前記受信機を識別するための識別子と、前記センサデバイスから受信した前記信号強度と、を関連付けて記憶することを特徴とする家畜管理システム。 The sensor device according to any one of claims 1 to 3, which is attached to livestock,
The external device that receives and stores the environmental data from the communication unit,
And a receiver for receiving the environmental data from the sensor device,
The receiver recognizes a signal strength from the sensor device in a reception area,
The livestock management system, wherein the external device stores an identifier for identifying the receiver that has received a radio wave from the sensor device and the signal strength received from the sensor device in association with each other.
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