JP2020166649A - Sensor terminal and radio sensor system - Google Patents

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Abstract

To provide a radio sensor system capable of operating a sensor terminal for detecting abnormality from a sound, reducing communication traffic volume, resistance to disturbance and efficiently monitoring a change in sound caused by an apparatus.SOLUTION: A sensor terminal 100, used for collecting environmental sounds of a monitoring server 200 and equipment, collecting and analyzing data, is connected through a mesh network. The sensor terminal 100 includes a variable filter selectively penetrates sound data of an ultrasonic region and a peak hold circuit retaining peak value data. The sensor terminal 100 acquires and records a sound volume of the ultrasonic region in a low power monitoring mode, samples the acquired sound data without passing through the variable filter and takes it as measurement data in a detailed collection mode. Switching of the low power monitoring mode to the detailed collection mode is executed when the sound volume is in excess of a predetermined threshold value or according to an instruction from an external apparatus.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、センサ端末および無線センサシステムに係り、特に、工場などの生産設備における機器の異常を音により、検知するシステムに用いて好適なセンサ端末および無線センサシステムに関する。 The present invention relates to a sensor terminal and a wireless sensor system, and more particularly to a sensor terminal and a wireless sensor system suitable for use in a system for detecting an abnormality of equipment in a production facility such as a factory by sound.

従来より、製造業においては、工場などの生産設備の異常をセンサにより検知し、無線によって、データを収集して解析するシステムが知られている例えば、特許文献1には、センサを有する無線センサ端末の消費電力を抑えるために、外部からのコマンドに基づいて、無線センサ端末抽出する周波数を制御する無線センサシステムが開示されている。 Conventionally, in the manufacturing industry, a system has been known in which an abnormality in a production facility such as a factory is detected by a sensor and data is collected and analyzed wirelessly. For example, Patent Document 1 describes a wireless sensor having a sensor. In order to reduce the power consumption of the terminal, a wireless sensor system that controls the frequency extracted from the wireless sensor terminal based on an external command is disclosed.

センサが計測する対象は、温度、湿度、振動、電磁波など様々なものが考えられるが、機器が発する音や環境音により、異常を発生する技術が知られている。例えば、特許文献2には、周囲環境センサとして、音響、超音波センサを用いる例が示されている(段落番号0016)。 Various objects such as temperature, humidity, vibration, and electromagnetic waves can be considered as the objects to be measured by the sensor, but a technology that causes an abnormality by the sound emitted by the device or the environmental sound is known. For example, Patent Document 2 shows an example in which an acoustic or ultrasonic sensor is used as an ambient environment sensor (paragraph number 0016).

特開2018−5289号公報JP-A-2018-5289 特表2017−531862号公報Special Table 2017-531862

上記従来技術の特許文献2では、周囲環境に音を検知して、異常を検出する技術が開示されている。一般に工場などに設置される無線センサシステムにおいては、小型で設置場所を自由に選択できることから、センサを有する端末(以下、「センサ端末」という)は、バッテリで駆動できることが要請される。そのため、低電力において、長時間駆動でき、しかも、データ通信量を抑止することが望ましい。 Patent Document 2 of the above-mentioned prior art discloses a technique of detecting an abnormality by detecting sound in the surrounding environment. Generally, in a wireless sensor system installed in a factory or the like, since it is small and the installation location can be freely selected, it is required that a terminal having a sensor (hereinafter referred to as "sensor terminal") can be driven by a battery. Therefore, it is desirable that it can be driven for a long time with low power and that the amount of data communication is suppressed.

しかしながら、音を検出するセンサ端末では、音データのデータ量が大きいものになり、それを格納するメモリ量と解析の演算量が大きくなるため、低消費電力にするのは難しい。また、一般に音データは、外乱(ノイズ)に左右されやすく、外乱も環境に異なるという問題がある。 However, in the sensor terminal that detects sound, the amount of sound data is large, and the amount of memory for storing the sound data and the amount of analysis calculation are large, so that it is difficult to reduce the power consumption. Further, in general, sound data is easily affected by disturbance (noise), and there is a problem that the disturbance also differs depending on the environment.

無線センサシステムでは、録音したデータをクラウド上で処理する構成が考えられるが、通信量が大きくなり、センサ端末の長期間動作は困難である。一方、センサ端末で、異常状態を検出する信号解析を行わせるようにすると必然的に、消費電力の大きなプロセッサが必要になる。また、外乱の問題に関しては、フィルタにより外乱を除去する技法が考えられるが、外乱と目的の音が同じ周波数帯域に存在することが多く、単純にフィルタによる外乱を除去するだけでは、対応が難しかった。 A wireless sensor system may be configured to process recorded data on the cloud, but the amount of communication becomes large and it is difficult to operate the sensor terminal for a long period of time. On the other hand, if the sensor terminal is made to perform signal analysis for detecting an abnormal state, a processor having a large power consumption is inevitably required. Also, regarding the problem of disturbance, a technique to remove the disturbance by a filter can be considered, but the disturbance and the target sound often exist in the same frequency band, and it is difficult to deal with it simply by removing the disturbance by the filter. It was.

本発明の目的は、音により異常を検知するセンサ端末を低電力で動作させ、通信量を低減でき、しかも、外乱に耐性があり、装置に起因する音の変化を効率よく監視することのできる無線センサシステムを提供することにある。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。
An object of the present invention is to operate a sensor terminal that detects an abnormality by sound with low power, reduce the amount of communication, be resistant to disturbance, and efficiently monitor changes in sound caused by the device. The purpose is to provide a wireless sensor system.
Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments for carrying out the invention.

本発明のセンサ端末の構成は、所定の周波数領域の音データを選択して取得するデータ取得部と、取得部で取得した音データを処理するデータ処理部とを有し、データ処理部は、データ取得部で取得した音データに基づいて、所定の周波数領域のうち、一部の周波数領域の音量を算出する第一の処理モードにおける動作と、データ取得部で取得した音データに基づいて、一部の周波数領域を含み、かつ一部の周波数領域より広い周波数領域の音データを処理する第二の処理モードにおける動作とを行い、第一の処理モードの動作と第二の処理モードにおける動作を切替えて行うようにしたものである。 The configuration of the sensor terminal of the present invention includes a data acquisition unit that selects and acquires sound data in a predetermined frequency region, and a data processing unit that processes the sound data acquired by the acquisition unit. Based on the operation in the first processing mode that calculates the volume of a part of the predetermined frequency region based on the sound data acquired by the data acquisition unit, and based on the sound data acquired by the data acquisition unit. The operation in the second processing mode that includes sound data in a frequency region that includes a part of the frequency region and is wider than the part frequency region is performed, and the operation in the first processing mode and the operation in the second processing mode are performed. Is switched to perform.

また、本発明の無線センサシステムの構成は、好ましくは、センサ端末と情報処理装置がネットワークにより接続された無線センサシステムであって、情報処理装置は、センサ端末より出力された測定データを収集して保持し、センサ端末は、所定の周波数領域の音データを選択して取得するデータ取得部と、取得部で取得した音データを処理するデータ処理部と、データを無線により送受信する無線送受信部とを有し、データ処理部は、データ取得部で取得した音データに基づいて、所定の周波数領域のうち、一部の周波数領域の音量を算出する第一の処理モードにおける動作と、データ取得部で取得した音データに基づいて、一部の周波数領域を含み、かつ一部の周波数領域より広い周波数領域の音データを処理する第二の処理モードにおける動作とを行い、第一の処理モードの動作と第二の処理モードにおける動作を切替えて行うようにしたものである。 Further, the configuration of the wireless sensor system of the present invention is preferably a wireless sensor system in which the sensor terminal and the information processing device are connected by a network, and the information processing device collects measurement data output from the sensor terminal. The sensor terminal has a data acquisition unit that selects and acquires sound data in a predetermined frequency region, a data processing unit that processes the sound data acquired by the acquisition unit, and a wireless transmission / reception unit that wirelessly transmits and receives data. The data processing unit has the operation in the first processing mode of calculating the volume of a part of the predetermined frequency region based on the sound data acquired by the data acquisition unit, and the data acquisition. Based on the sound data acquired by the unit, the operation in the second processing mode that includes a part of the frequency region and processes the sound data in a frequency region wider than the part of the frequency region is performed, and the first processing mode is performed. The operation of the above and the operation in the second processing mode are switched.

本発明によれば、音により異常を検知するセンサ端末を低電力で動作させ、通信量を低減でき、しかも、外乱に耐性があり、装置に起因する音の変化を効率よく監視することのできる無線センサシステムを提供することができる。 According to the present invention, the sensor terminal that detects an abnormality by sound can be operated with low power, the amount of communication can be reduced, the disturbance is resistant, and the change in sound caused by the device can be efficiently monitored. A wireless sensor system can be provided.

本発明の一実施形態に係る無線センサシステムの構成図である。It is a block diagram of the wireless sensor system which concerns on one Embodiment of this invention. センサ端末のブロック図である。It is a block diagram of a sensor terminal. 低電力監視モードと詳細収集モードのモード遷移図である。It is a mode transition diagram of a low power monitoring mode and a detailed collection mode. 監視サーバのハードウェア・ソフトウェア構成図である。It is a hardware / software configuration diagram of a monitoring server. センサ端末における測定時の消費電力を表すグラフである。It is a graph which shows the power consumption at the time of measurement in a sensor terminal. 測定データテーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement data table. 無線センサシステムの処理を示すシーケンス図である。It is a sequence diagram which shows the processing of a wireless sensor system.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description and drawings are examples for explaining the present invention, and are appropriately omitted and simplified for the sake of clarification of the description. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range and the like disclosed in the drawings.

以下の説明では、「テーブル」、「リスト」、「キュー」等の表現にて各種情報を説明することがあるが、各種情報は、これら以外のデータ構造で表現されていてもよい。データ構造に依存しないことを示すために「XXテーブル」、「XXリスト」等を「XX情報」と呼ぶことがある。識別情報について説明する際に、「識別情報」、「識別子」、「名」、「ID」、「番号」等の表現を用いるが、これらについてはお互いに置換が可能である。 In the following description, various information may be described by expressions such as "table", "list", and "queue", but various information may be expressed by data structures other than these. The "XX table", "XX list", etc. may be referred to as "XX information" to indicate that they do not depend on the data structure. When describing the identification information, expressions such as "identification information", "identifier", "name", "ID", and "number" are used, but these can be replaced with each other.

同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 When there are a plurality of components having the same or similar functions, they may be described by adding different subscripts to the same reference numerals. However, if it is not necessary to distinguish between these plurality of components, the subscripts may be omitted for explanation.

また、以下の説明では、プログラムを実行して行う処理を説明する場合があるが、プログラムは、プロセッサ(例えばCPU、GPU)によって実行されることで、定められた処理を、適宜に記憶資源(例えばメモリ)および/またはインターフェースデバイス(例えば通信ポート)等を用いながら行うため、処理の主体がプロセッサとされてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体は、演算部であれば良く、特定の処理を行う専用回路(例えばFPGAやASIC)を含んでいてもよい。 Further, in the following description, a process performed by executing a program may be described, but the program is executed by a processor (for example, CPU, GPU) to appropriately store a predetermined process as a storage resource (a storage resource (for example, CPU, GPU). Since it is performed using, for example, a memory) and / or an interface device (for example, a communication port), the main body of processing may be a processor. Similarly, the main body of processing for executing a program may be a controller, a device, a system, a computer, or a node having a processor. The main body of the processing performed by executing the program may be an arithmetic unit, and may include a dedicated circuit (for example, FPGA or ASIC) that performs a specific processing.

プログラムは、プログラムソースから計算機のような装置にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバまたは計算機が読み取り可能な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布してもよい。また、以下の説明において、2以上のプログラムが1つのプログラムとして実現されてもよいし、1つのプログラムが2以上のプログラムとして実現されてもよい。 The program may be installed from the program source into a device such as a calculator. The program source may be, for example, a program distribution server or a computer-readable storage medium. When the program source is a program distribution server, the program distribution server includes a processor and a storage resource for storing the program to be distributed, and the processor of the program distribution server may distribute the program to be distributed to other computers. Further, in the following description, two or more programs may be realized as one program, or one program may be realized as two or more programs.

以下、本発明に係る実施形態を、図1ないし図7を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.

先ず、図1ないし図5を用いて本発明の実施形態に係る無線センサシステムの構成と動作の概要について説明する。
無線センサシステムは、監視サーバ200が、ネットワーク201とゲートウェイ(GW:Gateway)202を介して、無線端末と接続された構成であり、図1に示されるように、監視サーバ200、ネットワーク201、ゲートウェイ202、端末(親機)204、端末(子機)205(図2では、205a、205b、205c…と表記)、センサ端末100(図2では、100a、100b、100cと表記)からなる。
First, the outline of the configuration and operation of the wireless sensor system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
The wireless sensor system has a configuration in which a monitoring server 200 is connected to a wireless terminal via a network 201 and a gateway (GW: Gateway) 202, and as shown in FIG. 1, the monitoring server 200, the network 201, and a gateway. It is composed of 202, a terminal (master unit) 204, a terminal (slave unit) 205 (denoted as 205a, 205b, 205c ... In FIG. 2), and a sensor terminal 100 (denoted as 100a, 100b, 100c in FIG. 2).

監視サーバ200は、計測場所203からセンサが計測した情報を集約し、管理し分析するためのサーバ装置である。ネットワーク201は、計測場所203と監視サーバ200を接続するネットワークである。ネットワーク201は、インターネットのようなグローバルなネットワークでもよいし、構内ネットワークであってもよい。ゲートウェイ202は、異なるネットワークのプロトコルを変換する装置である。端末(親機)204は、無線ネットワークでの子機に制御と指令を行い、計測場所203でセンサから得られた情報を、監視サーバにアップロードする無線端末である。端末(子機)205は、各無線端末間でのデータ中継を行う端末である。センサ端末100は、音センサを有し、計測場所203での音を計測して、他の無線端末に送信する無線端末である。 The monitoring server 200 is a server device for collecting, managing, and analyzing the information measured by the sensor from the measurement location 203. The network 201 is a network that connects the measurement location 203 and the monitoring server 200. The network 201 may be a global network such as the Internet or a private network. The gateway 202 is a device that converts protocols of different networks. The terminal (master unit) 204 is a wireless terminal that controls and commands a slave unit in the wireless network and uploads the information obtained from the sensor at the measurement location 203 to the monitoring server. The terminal (slave unit) 205 is a terminal that relays data between wireless terminals. The sensor terminal 100 is a wireless terminal that has a sound sensor, measures the sound at the measurement location 203, and transmits the sound to another wireless terminal.

計測場所203における端末(親機)204、端末(子機)205、センサ端末100は、無線のメッシュネットワークにより相互に接続されている。無線のメッシュネットワークのため、通信ケーブルなどの施設が不要であり、設置の自由性を確保することができる。そして、計測場所203における無線端末が使用する全体の電力量を下げるために、メッシュネットワークにおけるデータ伝送量を少なくすることが要請される。 The terminal (master unit) 204, the terminal (slave unit) 205, and the sensor terminal 100 at the measurement location 203 are connected to each other by a wireless mesh network. Since it is a wireless mesh network, facilities such as communication cables are not required, and freedom of installation can be ensured. Then, in order to reduce the total amount of power used by the wireless terminal at the measurement location 203, it is required to reduce the amount of data transmission in the mesh network.

図1の構成では、ネットワークを介したサーバがデータ収集を行う例を示したが、パソコンのような汎用的な情報処理装置に、無線端末の親機の機能を持たせて、そこで、データ収集と設備の監視、センサ端末100への指示を行うようにしてもよい。 In the configuration of FIG. 1, an example in which a server collects data via a network is shown, but a general-purpose information processing device such as a personal computer is provided with the function of a master unit of a wireless terminal, and data is collected there. You may monitor the equipment and give instructions to the sensor terminal 100.

次に、図2を用いてセンサ端末の構成について説明する。
センサ端末100は、図2に示されるように、無線送受信部101、信号処理用マイコン102、信号処理部110、音センサ120、電源回路130からなる。
Next, the configuration of the sensor terminal will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the sensor terminal 100 includes a wireless transmission / reception unit 101, a signal processing microcomputer 102, a signal processing unit 110, a sound sensor 120, and a power supply circuit 130.

無線送受信部101は、他の無線装置とデータを送受信する機能部である。信号処理用マイコン102は、信号処理部の制御を行うマイクロプロセッサである。信号処理用マイコン102から、各機能部の電源のオン・オフや、フィルタ定数、アンプの増幅率などのパラメータが操作される。信号処理部110は、音センサ120から入力された信号を処理して出力する機能部である。音センサ120は、例えば、超音波領域に対応した集音能力を有するマイク機器である。電源回路130は、信号処理用マイコン102から操作され、乾電池などのバッテリを電源として、各部の電力を供給する回路である。 The wireless transmission / reception unit 101 is a functional unit that transmits / receives data to / from another wireless device. The signal processing microcomputer 102 is a microprocessor that controls the signal processing unit. Parameters such as power on / off of each functional unit, filter constants, and amplifier amplification factor are operated from the signal processing microcomputer 102. The signal processing unit 110 is a functional unit that processes and outputs a signal input from the sound sensor 120. The sound sensor 120 is, for example, a microphone device having a sound collecting ability corresponding to an ultrasonic region. The power supply circuit 130 is a circuit that is operated from the signal processing microcomputer 102 and supplies power to each part by using a battery such as a dry battery as a power source.

信号処理部110は、プリアンプ111、可変アナログフィルタ112、アンプ113、ピークホールド回路114、アナログデジタル変換回路115からなる。 The signal processing unit 110 includes a preamplifier 111, a variable analog filter 112, an amplifier 113, a peak hold circuit 114, and an analog-to-digital conversion circuit 115.

プリアンプ111は、音センサ120から出力される信号の第一段階の電圧増幅を行う回路である。可変アナログフィルタ112は、信号処理用マイコン102の指示にしたがい、特定の周波数領域の信号を通過させるようにしたバンドパスフィルタ回路である。可変アナログフィルタ112は、ダイオード、コンデンサなどで構成された低電力で動作が可能な、いわゆる受動素子(Passive Element)で構成することができる。アンプ113は、可変アナログフィルタ112を通過した信号の第二段階の電圧増幅を行い、ピークホールド回路114かアナログデジタル変換回路115に出力する回路である。ピークホールド回路114は、振動する信号のピーク値を取り出す回路である。ピークホールド回路114は、ダイオード、コンデンサなどで構成された低電力で動作が可能な、いわゆる受動素子で構成することができる。アナログデジタル変換回路115は、アナログの電圧信号をデジタル値に変換して、信号処理用マイコン102に出力する回路である。 The preamplifier 111 is a circuit that performs the first-stage voltage amplification of the signal output from the sound sensor 120. The variable analog filter 112 is a bandpass filter circuit that allows signals in a specific frequency domain to pass according to instructions from the signal processing microcomputer 102. The variable analog filter 112 can be composed of a so-called passive element that can operate with low power and is composed of a diode, a capacitor, or the like. The amplifier 113 is a circuit that performs a second-stage voltage amplification of the signal that has passed through the variable analog filter 112 and outputs it to the peak hold circuit 114 or the analog-to-digital conversion circuit 115. The peak hold circuit 114 is a circuit that extracts the peak value of the oscillating signal. The peak hold circuit 114 can be configured by a so-called passive element that can operate with low power and is composed of a diode, a capacitor, or the like. The analog-to-digital conversion circuit 115 is a circuit that converts an analog voltage signal into a digital value and outputs it to the signal processing microcomputer 102.

なお、プリアンプ111の出力は、詳細収集モード(後述)のときは、可変アナログフィルタ112に出力されず、アナログデジタル変換回路115に直接、出力することもできる。また、信号処理用マイコン102からの制御に従い、アンプ113からの出力は、ピークホールド回路114に出力されず、アナログデジタル変換回路115に直接、出力することもできる。 In the detailed collection mode (described later), the output of the preamplifier 111 is not output to the variable analog filter 112, but can be output directly to the analog-to-digital conversion circuit 115. Further, according to the control from the signal processing microcomputer 102, the output from the amplifier 113 is not output to the peak hold circuit 114, but can be directly output to the analog-to-digital conversion circuit 115.

本実施形態の無線センサシステムによる設備の音による監視においては、特に、超音波領域の音量変化に着目する。音とは、空気の振動であるが、一般には、人間の耳に聞こえる、いわゆる可聴域の振動数は、10Hz〜20KHzであり、それ以上の周波数の振動は、超音波と言われている。超音波に着目するのは、第一に、超音波は空気中では減衰大きく、遠くまで伝播しないという特性による。これは、音波の空気中減衰量(1.64[dB/(MHz・cm)])は、周波数に対して線形に依存するため、振動数の高い超音波の減衰量が大きくなるためである。そのため、機器の監視において、センサ端末100の設置場所の近くにある装置のみを対象にできるという利点がある。また、第二に、機器の磨耗等の故障の発生時の異常音には、一般には高い周波数の音が発生することが多いため、設備の監視としては、好適な着目点であるためである。 In the sound monitoring of the equipment by the wireless sensor system of the present embodiment, attention is paid particularly to the change in volume in the ultrasonic region. Sound is vibration of air, but in general, the frequency of the so-called audible range that can be heard by the human ear is 10 Hz to 20 KHz, and vibration of a frequency higher than that is called ultrasonic wave. The focus on ultrasonic waves is, first of all, due to the characteristic that ultrasonic waves attenuate greatly in the air and do not propagate far. This is because the amount of attenuation of sound waves in the air (1.64 [dB / (MHz · cm)]) depends linearly with respect to frequency, so that the amount of attenuation of ultrasonic waves with high frequencies increases. .. Therefore, in monitoring the device, there is an advantage that only the device near the installation location of the sensor terminal 100 can be targeted. Secondly, the abnormal sound when a failure such as wear of the equipment occurs is generally a high frequency sound, which is a suitable point of interest for equipment monitoring. ..

本実施形態の無線センサシステムにおいては、超音波領域、あるいは監視対象毎に指定した帯域(例えば、可聴域に隣接する20KHz〜100KHzの周波数領域)を取り出すフィルタをかけた信号の大きさ(音量)のみを収集する低電力監視モードと、可聴域を含めた広い周波数領域の音データを収集する詳細収集モードの二種類のモードを有するようにする。 In the wireless sensor system of the present embodiment, the magnitude (volume) of the filtered signal that extracts the ultrasonic region or the band specified for each monitoring target (for example, the frequency region of 20 KHz to 100 KHz adjacent to the audible range). It has two modes, a low power monitoring mode that collects only and a detailed collection mode that collects sound data in a wide frequency range including the audible range.

この二つのモードは、外部の装置から切替え可能にする。また、センサ端末100の内部で、信号処理用マイコン102が切替えの判断を行うようにしてもよい。また、常時には、低電力監視モードで動作するが、音量変化が無い場合でも、一定時間毎に詳細収集モードでデータを蓄積するようにし、詳細な解析をできるようにしておく。 These two modes can be switched from an external device. Further, the signal processing microcomputer 102 may determine the switching inside the sensor terminal 100. In addition, although it always operates in the low power monitoring mode, even if there is no change in volume, data is accumulated in the detailed collection mode at regular intervals so that detailed analysis can be performed.

上述のように、本実施形態のセンサ端末100は、バッテリで駆動するようになっている。そのため、低電力で動作し、センサ端末100を長寿命で動作させることがシステムの安定性、保守性を高めるために重要なファクタになる。本実施形態のセンサ端末100は、常時、低電力監視モードで監視の動作しているため、電池の減りが少なくなり、長寿命の動作が可能となる。 As described above, the sensor terminal 100 of this embodiment is driven by a battery. Therefore, operating at low power and operating the sensor terminal 100 for a long life is an important factor for improving the stability and maintainability of the system. Since the sensor terminal 100 of the present embodiment is constantly monitored in the low power monitoring mode, the battery consumption is reduced and a long life operation is possible.

ここで、図3を用いてシステムのモード遷移について説明する。
図3は、低電力監視モードと詳細収集モードのモード遷移図である。
図3に示されるように、低電力監視モードは、外部装置から指示のあったとき、または、検知した音量が閾値を超えたときに、詳細収集モードに遷移する。検知した音量が閾値を超えたときには、装置に異常があったと考えられるからである。また、一定時間経過後、定期的に、低電力監視モードから詳細収集モードに遷移する。
詳細収集モードは、一ショット測定後、結果を外部に送信後に、低電力監視モードに遷移する。
Here, the mode transition of the system will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a mode transition diagram of the low power monitoring mode and the detailed collection mode.
As shown in FIG. 3, the low power monitoring mode transitions to the detailed collection mode when instructed by an external device or when the detected volume exceeds the threshold value. This is because when the detected volume exceeds the threshold value, it is considered that there is an abnormality in the device. In addition, after a certain period of time has elapsed, the mode transitions from the low power monitoring mode to the detailed collection mode on a regular basis.
The detailed collection mode shifts to the low power monitoring mode after measuring one shot and transmitting the result to the outside.

次に、図5を用いてセンサ端末における音の測定と消費電力の関係について説明する。
図5は、センサ端末における測定時の消費電力を表すグラフである。
本実施形態のセンサ端末100では、図2に示したように、ピークホールド回路114を有し、ピークホールド値を測定する。
Next, the relationship between sound measurement and power consumption in the sensor terminal will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a graph showing the power consumption at the time of measurement in the sensor terminal.
As shown in FIG. 2, the sensor terminal 100 of the present embodiment has a peak hold circuit 114 and measures a peak hold value.

そのため、高周波領域でも低サンプルレートで測定でき、測定データが少なくなることより、低電力で測定動作することが可能になる。例えば、センサ端末100における動作を約50msecの間欠測定とした場合には、消費エネルギーは、0.99[mJ/回]程度にすることができる。 Therefore, the measurement can be performed at a low sample rate even in the high frequency region, and the measurement data can be reduced, so that the measurement operation can be performed with low power consumption. For example, when the operation of the sensor terminal 100 is an intermittent measurement of about 50 msec, the energy consumption can be about 0.99 [mJ / time].

次に、図4を用いて監視サーバのハードウェア・ソフトウェア構成について説明する。
監視サーバ200は、一般的なサーバ装置で構成することができ、図4に示されるように、CPU(Central Processing Unit)402、主記憶装置404、ネットワークI/F406、表示I/F408、入出力I/F410、補助記憶I/F412が、バスにより結合された形態になっている。
Next, the hardware / software configuration of the monitoring server will be described with reference to FIG.
The monitoring server 200 can be configured by a general server device, and as shown in FIG. 4, a CPU (Central Processing Unit) 402, a main storage device 404, a network I / F406, a display I / F408, and input / output. The I / F410 and the auxiliary memory I / F412 are connected by a bus.

CPU402は、監視サーバ200の各部を制御し、主記憶装置404に必要なプログラムをロードして実行する。 The CPU 402 controls each part of the monitoring server 200, loads and executes a program required for the main storage device 404.

主記憶装置404は、通常、RAMなどの揮発メモリで構成され、CPU402が実行するプログラム、参照するデータが記憶される。 The main storage device 404 is usually composed of a volatile memory such as a RAM, and stores a program executed by the CPU 402 and data to be referred to.

ネットワークI/F406は、ネットワーク201を介して外部装置と接続するためのインタフェースである。 The network I / F 406 is an interface for connecting to an external device via the network 201.

表示I/F408は、LCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置420を接続するためのインタフェースである。 The display I / F 408 is an interface for connecting a display device 420 such as an LCD (Liquid Crystal Display).

入出力I/F410は、入出力装置を接続するためのインタフェースである。図4の例では、キーボード430とポインティングデバイスのマウス432が接続されている。 The input / output I / F 410 is an interface for connecting an input / output device. In the example of FIG. 4, the keyboard 430 and the mouse 432 of the pointing device are connected.

補助記憶I/F412は、HDD(Hard Disk Drive)450やSSD(Solid State Drive)などの補助記憶装置を接続するためのインタフェースである。 The auxiliary storage I / F412 is an interface for connecting an auxiliary storage device such as an HDD (Hard Disk Drive) 450 or an SSD (Solid State Drive).

HDD450は、大容量の記憶容量を有しており、本実施形態を実行するためのプログラムが格納されている。監視サーバ200には、音量トレンド解析プログラム600、計測指示プログラム601、異常判定プログラム602、点検・調査指示プログラム603がインストールされている。 The HDD 450 has a large storage capacity, and stores a program for executing the present embodiment. The volume trend analysis program 600, the measurement instruction program 601, the abnormality determination program 602, and the inspection / investigation instruction program 603 are installed in the monitoring server 200.

音量トレンド解析プログラム600は、測定データから音量トレンドを解析するプログラムである。音量トレンドとは、一定時間の音量の平均値の推移である。計測指示プログラム601は、センサ端末100に計測の指示、低電力監視モードと詳細収集モードのモード切替えを指示するプログラムである。異常判定プログラム602は、測定データより装置の異常を判定するプログラムである。点検・調査指示プログラムは、装置に異常があると判定されたときに、関連情報を表示し、点検・調査の指示を行うプログラムである。 The volume trend analysis program 600 is a program that analyzes the volume trend from the measurement data. The volume trend is the transition of the average value of the volume for a certain period of time. The measurement instruction program 601 is a program that instructs the sensor terminal 100 to instruct measurement and to switch between the low power monitoring mode and the detailed collection mode. The abnormality determination program 602 is a program for determining an abnormality of the device from the measurement data. The inspection / investigation instruction program is a program that displays related information and gives an inspection / investigation instruction when it is determined that there is an abnormality in the device.

また、HDD450には、センサ管理情報500と測定データテーブル510を格納する。センサ管理情報500には、図示しないが、無線端末(端末(親機)204、端末(子機)205、センサ端末100)のネットワーク経路情報や無線端末の設置情報を保持する。測定データテーブル510は、センサ端末100による測定データを保持するテーブルである。 Further, the HDD 450 stores the sensor management information 500 and the measurement data table 510. Although not shown, the sensor management information 500 holds network route information of wireless terminals (terminal (master unit) 204, terminal (slave unit) 205, sensor terminal 100) and installation information of wireless terminals. The measurement data table 510 is a table that holds measurement data by the sensor terminal 100.

次に、図6を用いて測定データテーブルの詳細について説明する。
測定データテーブル510は、図6に示されるように、端末ID510a、時刻510b、音量510cの各フィールドよりなる。
端末ID510aは、センサ端末100を一意的に識別する識別子が格納される。時刻510bは、測定時刻が、「yyyymmddmmss」の形式で格納される。音量510cは、センサ端末100により測定した音量が格納される。
Next, the details of the measurement data table will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6, the measurement data table 510 includes terminals ID 510a, time 510b, and volume 510c.
The terminal ID 510a stores an identifier that uniquely identifies the sensor terminal 100. At time 510b, the measurement time is stored in the format of "yyyymmddmmss". The volume 510c stores the volume measured by the sensor terminal 100.

次に、図7を用いて無線センサシステムの処理の詳細について説明する。
なお、図7では、監視サーバ200とセンサ端末100のみ主体として示し、途中の端末(親機)204、端末(子機)205、ゲートウェイ202は、省略している。
Next, the details of the processing of the wireless sensor system will be described with reference to FIG. 7.
In FIG. 7, only the monitoring server 200 and the sensor terminal 100 are shown as the main body, and the terminal (master unit) 204, the terminal (slave unit) 205, and the gateway 202 in the middle are omitted.

センサ端末100は、低電力監視モードにあるとき、超音波(または、特定周波数領域の音)を測定、記録し(S10)、周期的に、音量データを監視サーバ200に送信する(A01)。監視サーバ200は、受信した音量を測定データテーブル510に記録し(S20)、音量トレンドを算出し、その変化を判定する(S22)ことを繰り返す(A02)。 When the sensor terminal 100 is in the low power monitoring mode, it measures and records ultrasonic waves (or sounds in a specific frequency region) (S10), and periodically transmits volume data to the monitoring server 200 (A01). The monitoring server 200 records the received volume in the measurement data table 510 (S20), calculates the volume trend, and determines the change (S22), and repeats the process (A02).

そして、音量トレンドの変化があったとき、または、一定時間経過後に、監視サーバ200は、センサ端末100に対して、詳細計測を指示する(S24、A03)。 Then, when there is a change in the volume trend, or after a certain period of time has elapsed, the monitoring server 200 instructs the sensor terminal 100 to perform detailed measurement (S24, A03).

センサ端末100は、この指示を受けて、低電力監視モードから、詳細収集モードに移行する。また、センサ端末100において、測定した音の音量が所定の閾値を超えたときにも、詳細収集モードに移行する。 In response to this instruction, the sensor terminal 100 shifts from the low power monitoring mode to the detailed collection mode. Further, when the volume of the measured sound in the sensor terminal 100 exceeds a predetermined threshold value, the detailed collection mode is entered.

詳細収集モードでは、センサ端末100は、フィルタを通さずに、測定されたデータをサンプリングし、データ解析を行う(S12)。例えば、1秒あたり、100kのサンプルを1024pointにわたり解析する。 In the detailed collection mode, the sensor terminal 100 samples the measured data and performs data analysis without passing through the filter (S12). For example, 100k samples per second are analyzed over 1024 points.

そして、センサ端末100は、監視サーバ200に解析結果を送信し(A04)、低電力監視モードに移行する。監視サーバは、そのデータに基づいて、異常判定を行う(S26)。 Then, the sensor terminal 100 transmits the analysis result to the monitoring server 200 (A04), and shifts to the low power monitoring mode. The monitoring server makes an abnormality determination based on the data (S26).

異常があると判定したとき、または、一定時間経過したときには、監視サーバ200は、設備の点検と調査を指示する(S28)。これにより保守者は、迅速に設備の機器の異常に対応することができる。 When it is determined that there is an abnormality, or when a certain period of time has elapsed, the monitoring server 200 instructs the inspection and investigation of the equipment (S28). As a result, the maintenance person can quickly respond to the abnormality of the equipment of the equipment.

以上のように、本実施形態の無線センサシステムによれば、センサ端末を、低電力監視モードと詳細収集モードで切替えて動作させる。低電力監視モードでは、超音波領域のみ測定するために、測定データ量が少なく、センサ端末を低電力で動作せることが可能になる。また、異常があったとき、音量が一定の閾値を超えたときには、詳細収集モードに移行して、計測するため、設備の監視の質も保持することができる。 As described above, according to the wireless sensor system of the present embodiment, the sensor terminal is operated by switching between the low power monitoring mode and the detailed collection mode. In the low power monitoring mode, since only the ultrasonic region is measured, the amount of measurement data is small, and the sensor terminal can be operated with low power. In addition, when there is an abnormality or the volume exceeds a certain threshold value, the detailed collection mode is entered and measurement is performed, so that the quality of equipment monitoring can be maintained.

低電力監視モードでは、超音波を検知するようにしているため、センサ端末の近くにある装置に関連するのみ計測の対象にできるという利点があり、装置の異常音は、高い周波数が発生するので、低電力監視モードでも設備の装置について有効な計測を行うことができる。 In the low power monitoring mode, since ultrasonic waves are detected, there is an advantage that only the device related to the device near the sensor terminal can be measured, and the abnormal sound of the device generates a high frequency. , Effective measurement can be performed on the equipment of the equipment even in the low power monitoring mode.

したがって、設備の監視の有効性を担保しながら、バッテリで駆動するセンサ端末を長寿命で運用することができ、システムの安定性、保守性を高めることができる。 Therefore, the battery-powered sensor terminal can be operated for a long life while ensuring the effectiveness of equipment monitoring, and the stability and maintainability of the system can be improved.

100…センサ端末
200…監視サーバ
201…ネットワーク
202…ゲートウェイ(GW:Gateway)
204…端末(親機)
205…端末(子機)
101…無線送受信部
102…信号処理用マイコン
110…信号処理部
111…プリアンプ
112…可変アナログフィルタ
113…アンプ
114…ピークホールド回路
115…アナログデジタル変換回路
120…音センサ
130…電源回路
100 ... Sensor terminal 200 ... Monitoring server 201 ... Network 202 ... Gateway (GW: Gateway)
204 ... Terminal (master unit)
205 ... Terminal (slave unit)
101 ... Wireless transmitter / receiver 102 ... Signal processing microcomputer 110 ... Signal processing unit 111 ... Preamplifier 112 ... Variable analog filter 113 ... Amplifier 114 ... Peak hold circuit 115 ... Analog-to-digital conversion circuit 120 ... Sound sensor 130 ... Power supply circuit

Claims (13)

所定の周波数領域の音データを選択して取得するデータ取得部と、
前記取得部で取得した音データを処理するデータ処理部とを有し、
前記データ処理部は、
前記データ取得部で取得した音データに基づいて、前記所定の周波数領域のうち、一部の周波数領域の音量を算出する第一の処理モードにおける動作と、
前記データ取得部で取得した音データに基づいて、前記一部の周波数領域を含み、かつ前記一部の周波数領域より広い周波数領域の音データを処理する第二の処理モードにおける動作とを行い、
前記第一の処理モードの動作と前記第二の処理モードにおける動作を切替えて行うことを特徴とするセンサ端末。
A data acquisition unit that selects and acquires sound data in a predetermined frequency domain,
It has a data processing unit that processes the sound data acquired by the acquisition unit.
The data processing unit
The operation in the first processing mode of calculating the volume of a part of the predetermined frequency regions based on the sound data acquired by the data acquisition unit, and
Based on the sound data acquired by the data acquisition unit, the operation in the second processing mode including the part of the frequency domain and processing the sound data in the frequency range wider than the part of the frequency domain is performed.
A sensor terminal characterized in that the operation in the first processing mode and the operation in the second processing mode are switched.
前記第一の処理モードの動作時に、前記一部の周波数領域の音量が所定の閾値を超えた場合、前記第一の処理モードから前記第二の処理モードに切り替えることを特徴とする請求項1記載のセンサ端末。 1. The first processing mode is characterized in that when the volume of the part of the frequency region exceeds a predetermined threshold value during the operation of the first processing mode, the first processing mode is switched to the second processing mode. The described sensor terminal. 前記センサ端末は、外部からの指令によって、前記第一の処理モードの動作と前記第二の処理モードにおける動作を切替えて行うことを特徴とする請求項1記載のセンサ端末。 The sensor terminal according to claim 1, wherein the sensor terminal switches between an operation in the first processing mode and an operation in the second processing mode according to an external command. 前記データ処理部は、前記第一の処理モードで動作するピークホールド回路を備えることを特徴とする請求項1記載のセンサ端末。 The sensor terminal according to claim 1, wherein the data processing unit includes a peak hold circuit that operates in the first processing mode. 前記ピークホールド回路は、受動素子であることを特徴とする請求項4記載のセンサ端末。 The sensor terminal according to claim 4, wherein the peak hold circuit is a passive element. 前記データ取得部は、前記第一の処理モードで動作する可変フィルタ回路を備えることを特徴とする請求項1記載のセンサ端末。 The sensor terminal according to claim 1, wherein the data acquisition unit includes a variable filter circuit that operates in the first processing mode. 前記可変フィルタ回路は、受動素子であることを特徴とする請求項6記載のセンサ端末。 The sensor terminal according to claim 6, wherein the variable filter circuit is a passive element. 前記一部の周波数領域は、超音波領域であることを特徴とする請求項1記載のセンサ端末。 The sensor terminal according to claim 1, wherein a part of the frequency domain is an ultrasonic region. 前記一部の周波数領域は、20KHz〜100KHzの周波数領域であることを特徴とする請求項1記載のセンサ端末。 The sensor terminal according to claim 1, wherein a part of the frequency region is a frequency region of 20 KHz to 100 KHz. センサ端末と情報処理装置がネットワークにより接続された無線センサシステムであって、
前記情報処理装置は、前記センサ端末より出力された測定データを収集して保持し、
前記センサ端末は、
所定の周波数領域の音データを選択して取得するデータ取得部と、
前記取得部で取得した音データを処理するデータ処理部と、
データを無線により送受信する無線送受信部とを有し、
前記データ処理部は、
前記データ取得部で取得した音データに基づいて、前記所定の周波数領域のうち、一部の周波数領域の音量を算出する第一の処理モードにおける動作と、
前記データ取得部で取得した音データに基づいて、前記一部の周波数領域を含み、かつ前記一部の周波数領域より広い周波数領域の音データを処理する第二の処理モードにおける動作とを行い、
前記第一の処理モードの動作と前記第二の処理モードにおける動作を切替えて行うことを特徴とする無線センサシステム。
A wireless sensor system in which a sensor terminal and an information processing device are connected by a network.
The information processing device collects and holds measurement data output from the sensor terminal, and holds the measurement data.
The sensor terminal is
A data acquisition unit that selects and acquires sound data in a predetermined frequency domain,
A data processing unit that processes the sound data acquired by the acquisition unit, and
It has a wireless transmitter / receiver that transmits / receives data wirelessly.
The data processing unit
The operation in the first processing mode of calculating the volume of a part of the predetermined frequency regions based on the sound data acquired by the data acquisition unit, and
Based on the sound data acquired by the data acquisition unit, the operation in the second processing mode including the part of the frequency domain and processing the sound data in the frequency range wider than the part of the frequency domain is performed.
A wireless sensor system characterized in that the operation in the first processing mode and the operation in the second processing mode are switched.
前記センサ端末と情報処理装置は、メッシュネットワークを介して接続されることを特徴とする請求項10記載の無線センサシステム。 The wireless sensor system according to claim 10, wherein the sensor terminal and the information processing device are connected via a mesh network. 前記情報処理装置は、前記センサ端末より収集した測定結果の判定後、または、一定時間経過後に、前記第一の処理モードから前記第二の処理モードの切り替えを指示することを特徴とする請求項10記載の無線センサシステム。 The information processing device is characterized in that it instructs switching from the first processing mode to the second processing mode after determining the measurement result collected from the sensor terminal or after a certain period of time has elapsed. 10. The wireless sensor system according to 10. 前記情報処理装置は、前記センサ端末より収集した測定結果から異常があると判定したときに、設備の点検・指示情報を出力することを特徴とする請求項10記載の無線センサシステム。 The wireless sensor system according to claim 10, wherein the information processing device outputs equipment inspection / instruction information when it is determined from the measurement results collected from the sensor terminal that there is an abnormality.
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