JP2020195123A - Low power consumption wireless transmission/reception system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の無線機からなる無線送受信システムにおける各無線機の低消費電力化方法に関する。 The present invention relates to a method for reducing the power consumption of each radio in a wireless transmission / reception system including a plurality of radios.
従来、複数の無線機からなる無線送受信システムにおいて、各無線機の低消費電力を実現するためには、無線送信時だけでなく、無線受信時においても、無線通信動作に必要な時以外は低消費電力モードで動作させる必要があり、そのため、送信側と受信側で無線送受信の同期合わせが必要になってくる。 Conventionally, in a wireless transmission / reception system consisting of a plurality of wireless devices, in order to realize low power consumption of each wireless device, not only during wireless transmission but also during wireless reception, it is low except when necessary for wireless communication operation. It is necessary to operate in the power consumption mode, and therefore, it is necessary to synchronize wireless transmission and reception on the transmitting side and the receiving side.
例えば、特許文献1では、無線親機が同期して通信するための同期データを複数の無線子機に送信して同期を確立した上で、親機と各子機間で必要とするデータの送受信を行う方法が提案されている。 For example, in
しかしながら、特許文献1の方法では、親機と各子機との間での同期の確立後においても、必要とするデータ送受信の際には、親機と各子機の両者共に送信動作と受信動作の両方の動作を行う必要があるので、両者共に低消費電力化を図るには一定の限界があった。 However, in the method of
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、複数の無線機からなる送受信システムにおいて、特に親機と子機の区別なく、各無線機の送受信の際の低消費電力化を実現するものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in a transmission / reception system composed of a plurality of radios, it is possible to reduce power consumption during transmission / reception of each radio without distinguishing between a master unit and a slave unit. It will be realized.
本発明では、複数の無線機からなるシステムの中で、一定の方法で定まる特定の無線機が第1の一定時間毎に、他の無線機あてに同期要求信号と制御データまたは収集データを送信し、他の無線機は前記特定の無線機からの前記第1の一定時間の整数倍のインターバルである第2の一定時間毎に、その同期要求信号を受信することにより、定期的に前記特定の無線機との間の同期を確立すると共に、前記制御データまたは収集データを受信する。 In the present invention, in a system composed of a plurality of radios, a specific radio determined by a certain method transmits a synchronization request signal and control data or collected data to another radio at a first fixed time interval. Then, the other radio device periodically receives the synchronization request signal from the specific radio device at intervals of an integral multiple of the first fixed time period, which is an interval of an integral multiple of the first fixed time period. The control data or the collected data is received while establishing the synchronization with the radio.
上記の一定の方法で定まる特定の無線機とは、例えば、複数の無線機の中で、最初に電源が投入され、動作を開始した無線機である。電源が投入され、動作を開始した無線機はまず、他の無線機からの同期要求信号の受信動作を行うため、一定時間は受信待ちのため、無線機のCPUはスリープモード(低消費電力モードと呼び、スリープモード=低消費電力モード)でなく、オペレーティングモード(通常モードと呼び、オペレーティングモード=通常モード)で動作する。 The specific radio that is determined by the above-mentioned constant method is, for example, a radio that is first turned on and started to operate among a plurality of radios. The radio that is turned on and starts operating first receives synchronization request signals from other radios, so it waits for reception for a certain period of time, so the CPU of the radio is in sleep mode (low power consumption mode). It operates in the operating mode (called the normal mode, operating mode = normal mode) instead of the sleep mode = low power consumption mode.
一定時間受信待ちを行ったが、他の無線機からの同期要求信号が受信できないときは、自らの無線機がシステム内で最初に電源が投入され、動作を開始した無線機と判断して、他の無線機あてに同期要求信号と制御データまたは収集データの送信動作を開始する。 After waiting for reception for a certain period of time, if the synchronization request signal from another radio cannot be received, it is determined that the radio is the first radio to be turned on and started operating in the system. Start the operation of transmitting the synchronization request signal and control data or collected data to another radio.
当該特定の無線機から同期要求信号を受信した無線機は、当該特定の無線機との間で同期を確立する。当該特定の無線機と同期を確立した無線機は自分自身以外の無線機と同期を確立するために、更に当該特定の無線機と自分自身以外の無線機に向けて同期要求信号と前記制御データまたは収集データを送信する。 The radio that receives the synchronization request signal from the specific radio establishes synchronization with the specific radio. A radio that has established synchronization with the specific radio has a synchronization request signal and the control data for the specific radio and a radio other than itself in order to establish synchronization with a radio other than itself. Or send the collected data.
詳細には、同期を確立した各無線機は同期確立後に前記第1の一定時間毎に、他の無線機あてに同期要求信号と同時に前記制御データまたは収集データを送信する。これによって、各無線機の間で前記制御データまたは収集データが共有可能となると共に、各無線機全てで同期がとれることになる。 Specifically, each radio that has established synchronization transmits the control data or collected data to the other radio at the same time as the synchronization request signal at the first fixed time after the synchronization is established. As a result, the control data or the collected data can be shared between the radios, and synchronization can be achieved among all the radios.
各無線機は、他の無線機との同期がいったん外れても、他の無線機からの前記第1の一定時間毎の同期要求信号を受信することにより、再度、他の無線機との同期が再確立される。 Even if the synchronization with the other radio is once lost, each radio synchronizes with the other radio again by receiving the first synchronization request signal at regular time intervals from the other radio. Is reestablished.
同期がとれた各無線機において、前記同期要求信号の送信終了後から前記第1の一定時間経過による次の同期要求信号の送信開始までの間は低消費電力モードで動作し、前記同期要求信号の受信時を除いては受信動作を行わない間欠送受信の動作を行って、低消費電力を実現する。 Each of the synchronized radios operates in the low power consumption mode from the end of transmission of the synchronization request signal to the start of transmission of the next synchronization request signal after the lapse of the first fixed time, and the synchronization request signal. Achieves low power consumption by performing intermittent transmission / reception operations that do not perform reception operations except when receiving.
更には、無線送受信の際における各無線機の識別を必要とせずに、各無線機間で制御データまたは収集データの送受信を行う。 Furthermore, control data or collected data is transmitted / received between the radios without the need to identify each radio during wireless transmission / reception.
本発明では前述した同期確立後に前記第1の一定時間毎、例えば2.1秒毎に、他の無線機あてに同期要求信号と前記制御データまたは収集データを送信するが、この送信時には無線機のCPUは通常モード(=オペレーティングモード)で動作する。この時の通常モードでの動作モードを送信モードと呼ぶ。 In the present invention, after the above-mentioned synchronization is established, the synchronization request signal and the control data or the collected data are transmitted to another radio at the first fixed time, for example, every 2.1 seconds. At the time of this transmission, the radio CPU operates in normal mode (= operating mode). The operation mode in the normal mode at this time is called a transmission mode.
前記第1の一定時間の整数倍のインターバルである第2の一定時間毎に例えば2.1秒×5=10.5秒毎に、前述の同期要求信号を受信するが、この受信時にも無線機のCPUは通常モード(=オペレーティングモード)で動作する。この時の通常モードでの動作モードを送受信モードと呼ぶ。 The above-mentioned synchronization request signal is received at intervals of a second fixed time, which is an integral multiple of the first fixed time, for example, every 2.1 seconds × 5 = 10.5 seconds. The CPU of the machine operates in the normal mode (= operating mode). The operation mode in the normal mode at this time is called a transmission / reception mode.
この送受信モード時は、他の無線機からの同期要求信号と制御データまたは収集データ受信すると、自分自身以外の他の無線機に向かって、受信した同期要求信号と同一の同期要求信号及び自分自身のセンサ入力やSW入力等に対応して(自分自身の無線機が取得したセンサ入力を外部へ収集データとして送信することや自分自身の無線機のSW入力により外部を制御するための制御データとして送信することに対応して)、更新した制御データまたは収集データ、或いは更新しない受信した制御データまたは収集データと同一のデータを送信する。 In this transmission / reception mode, when the synchronization request signal and control data or collected data from another radio are received, the same synchronization request signal as the received synchronization request signal and itself are directed to other radios other than itself. Corresponding to the sensor input and SW input of (as control data for transmitting the sensor input acquired by one's own radio as collected data to the outside and controlling the outside by the SW input of one's own radio) (Corresponding to transmission), the updated control data or collected data, or the same data as the received control data or collected data that is not updated is transmitted.
更新した制御データまたは収集データを送信する場合は、自分自身以外の他の無線機に対して、他の無線機からも同様に送信されてくる更新されない制御データまたは収集データよりも優先して受信してもらえるように、更新しない場合に比べ、データ送信のタイミングを早める。 When transmitting updated control data or collected data, it is received in preference to non-updated control data or collected data that is also transmitted from other radios to other radios other than itself. The timing of data transmission is earlier than when it is not updated so that it can be received.
この早める時間を考慮して、送受信モードでの動作時間を決める。例えば、制御データまたは収集データを更新する場合の早めるタイミングを20msとすると、送受信モードでの動作時間は確実に受信できるように例えば、100msにする。The operation time in the transmission / reception mode is determined in consideration of this advance time. For example, if the timing for updating the control data or the collected data is set to 20 ms, the operation time in the transmission / reception mode is set to, for example, 100 ms so that the data can be reliably received.
通常モードでの送信モードと送受信モード以外は無線機のCPUは低消費電力モード(=スリープモード)で動作する。各無線機の消費電力低減効果は、
通常モードの動作時間/(通常モードの動作時間+低消費電力モードの動作時間)
を小さくするほど、大きくなる。The CPU of the radio operates in the low power consumption mode (= sleep mode) except for the transmission mode and the transmission / reception mode in the normal mode. The power consumption reduction effect of each radio is
Normal mode operating time / (normal mode operating time + low power consumption mode operating time)
The smaller the value, the larger the size.
送信モードの動作時間に比べ、送受信モードの動作時間が相対的に大きいため、消費電力を低減するためには、送受信モードの動作時間を短くすればよい。 Since the operation time of the transmission / reception mode is relatively longer than the operation time of the transmission mode, the operation time of the transmission / reception mode may be shortened in order to reduce the power consumption.
そのためには、前記第1の一定時間の整数倍のインターバルである第2の一定時間を長くする、言い換えれば前記「整数倍のインターバル」の中の整数倍の倍率を上げればよいが、自分自身のセンサ入力やSW入力等への入力に対して応答として出力するまでの時間が長くなり、応答性が低下する。 For that purpose, the second fixed time, which is an interval of an integral multiple of the first fixed time, may be lengthened, in other words, the magnification of the integral multiple in the "integer multiple interval" may be increased. It takes a long time to output as a response to the input to the sensor input or the SW input, and the responsiveness is lowered.
低消費電力性と応答性はトレードオフの関係にあるが、無線送受信システムとして最適な値を選択すれば良い。本発明の無線送受信システムはシステムを構成する全ての無線機の間で同期が確立しているので、整然とした間欠送受信システムが構成され、送信時のみならず、受信時においても、可能な限りの低消費電力化が図れるシステムとなっている。 There is a trade-off between low power consumption and responsiveness, but the optimum value should be selected for the wireless transmission / reception system. Since the wireless transmission / reception system of the present invention has established synchronization among all the radios constituting the system, an orderly intermittent transmission / reception system is configured, and as much as possible not only at the time of transmission but also at the time of reception. It is a system that can reduce power consumption.
ここで、前述の低消費電力モード(=スリープモード)とはCPUと無線回路の動作において、いわゆるスリープ動作等、CPUがプログラムの動作を停止し、低速クロックで必要最小限の動作のみを行い、無線送受信動作も不可能となる代わりに最大限に消費電力を低減するモードであり、通常モード(=オペレーティングモード)とはCPUと無線回路の動作において、高速クロックで動作して、無線送受信動作が可能となる代わりに消費電力も大きくなるモードのことを言う。 Here, the above-mentioned low power consumption mode (= sleep mode) means that in the operation of the CPU and the wireless circuit, the CPU stops the operation of the program such as the so-called sleep operation, and performs only the minimum necessary operation with a low-speed clock. It is a mode that reduces power consumption to the maximum instead of making wireless transmission / reception operation impossible. Normal mode (= operating mode) is a mode in which the CPU and wireless circuit operate with a high-speed clock, and wireless transmission / reception operation is performed. It is a mode in which power consumption increases at the cost of being possible.
また、各無線機間で同期要求信号を送受信し合うことにより、距離的に直接の制御データまたは収集データを含む無線信号が到達しない無線機間でも他の無線機が中継することが可能となり、中継することによって、全ての無線機間で制御データまたは収集データが共有される。 In addition, by transmitting and receiving synchronization request signals between each radio, it becomes possible for other radios to relay even between radios that do not reach the radio signal including direct control data or collected data in terms of distance. By relaying, control data or collected data is shared among all radios.
前述したように、各無線機間で送受信動作が同等であり、各無線機間で上位、下位等の識別を必要としない。但し、意識して識別を行い、各無線機の中で他の機器との接続を行い、制御データまたは収集データに関する指示及び管理を行う特別な無線機とその他の無線機とを区別するための機能設定をすることも可能である。As described above, the transmission / reception operation is the same between the radios, and it is not necessary to identify the upper, lower, etc. between the radios. However, in order to consciously identify, connect with other devices in each radio, and distinguish between special radios and other radios that give instructions and management regarding control data or collected data. It is also possible to set the function.
前述したように、各無線機は、送信と受信の両方の動作を行うが、このうち受信は前述の動作であり、前記第1の一定時間の整数倍のインターバルである第2の一定時間毎に行う。送信は他の無線機との同期を確立するための同期要求信号を自分自身以外の各無線機に送信するものであり、各無線機が受信しようとしまいと常に送信することにより、自分自身の無線機と他の無線機との同期がいったん外れてしまっても、他の無線機は常に送信されている前記の同期要求信号を受信することにより、再度、同期を復活して確立することができる。 As described above, each radio performs both transmission and reception operations, of which reception is the above-mentioned operation, and every second fixed time, which is an interval that is an integral multiple of the first fixed time. To do. Transmission is to transmit a synchronization request signal to establish synchronization with other radios to each radio other than itself, and by constantly transmitting whether each radio receives or not, it is its own. Even if the radio and the other radio are out of sync, the other radio can restore and establish synchronization again by receiving the synchronization request signal that is always being transmitted. it can.
前記同期要求信号に対する各無線機の受信動作は以下の通りである。各無線機はあらかじめ設定された前記同期要求信号を受信するタイミングにある時のみ、通常のデータの送信動作のみを行うタイミングの時と異なり、早めに、低消費電力モードから通常モードに起き上がるので、前記同期要求信号を受信できるが、通常のデータの送信動作のみを行うタイミングでは、他の無線機が前記同期要求信号を送信後に自分自身の無線機が低消費電力モードから通常モードに起き上がるので、前記同期要求信号を受信できない。 The reception operation of each radio for the synchronization request signal is as follows. Since each radio wakes up from the low power consumption mode to the normal mode earlier than the timing when only the normal data transmission operation is performed only when the timing for receiving the preset synchronization request signal is reached. Although the synchronization request signal can be received, at the timing when only the normal data transmission operation is performed, the own radio itself rises from the low power consumption mode to the normal mode after the other radio transmits the synchronization request signal. The synchronization request signal cannot be received.
各無線機はあらかじめ設定された前記同期要求信号の受信タイミングで、他の無線機からの前記同期要求信号を一定時間待ち、その間に、前記同期要求信号を受信できない時は、設定した前記第1の一定時間の整数倍のインターバルの経過後の次の受信タイミングで再度、前記同期要求信号の受信を試みることになる。 Each radio waits for the synchronization request signal from another radio for a certain period of time at the preset reception timing of the synchronization request signal, and when the synchronization request signal cannot be received during that time, the set first first. At the next reception timing after the elapse of an interval that is an integral multiple of a certain period of time, the reception of the synchronization request signal will be attempted again.
本発明によれば、複数の無線機からなる無線送受信システムにおいて、各無線機は定期的に同期要求信号を送信することにより、また、各無線機はその同期要求信号を受信することによって、受信動作開始タイミングが送信タイミングと合うように調整されることになる。このことによって、各無線機間での送受信のタイミングが合致し、各無線機間で間欠送受信動作が可能となり、システムとしての低消費電力が実現される。 According to the present invention, in a wireless transmission / reception system composed of a plurality of radios, each radio receives by periodically transmitting a synchronization request signal, and each radio receives the synchronization request signal. The operation start timing will be adjusted to match the transmission timing. As a result, the timing of transmission / reception between the radios is matched, intermittent transmission / reception operation is possible between the radios, and low power consumption as a system is realized.
また、この際、各無線機は全て同格であり、上位、下位の識別を必要としていないし、無線機の台数についても制限はない。また、各無線機間で送受信する周波数とアドレスは同一で構わない。 Further, at this time, all the radios have the same rank, it is not necessary to identify the upper and lower ranks, and there is no limit on the number of radios. Further, the frequency and address transmitted / received between the radios may be the same.
距離的な問題で直接送受信のかなわない無線機間でも、間に中継する無線機を置き、隣り合う無線機間で送受信が行われることを繰り返して、最終的には、システムに属する全ての無線機間で制御データまたは収集データが共有される。複数の無線機を使い、中継を繰り返すことによって、無線到達距離の大幅な延伸化が容易に実現される。 Even between radios that cannot be directly transmitted and received due to distance problems, a relay radio is placed between them, and transmission and reception are repeated between adjacent radios, and finally all the radios belonging to the system. Control data or collected data is shared between aircraft. By using a plurality of radios and repeating relaying, it is easy to significantly extend the radio reach.
各無線機間で送受信する周波数とアドレスは同一を想定しているが、混信が想定される場合は隣り合う無線機間同志の送受信時のみ周波数とアドレスを合わせ、その他は周波数とアドレスの一方、あるいは両方を変えてもよい。 The frequency and address transmitted and received between each radio are assumed to be the same, but if interference is expected, the frequency and address are matched only when transmitting and receiving between adjacent radios, and the other is one of the frequency and address. Alternatively, both may be changed.
定期的に同期要求信号の送受信動作が行われないと、無線機の制御データまたは収集データの受信動作開始タイミングは、各無線機間の動作基準クロックの差に起因して徐々に各無線機間で初期値よりずれてくることになる。従って、このずれの値は各無線機間での送受信を繰り返す毎に大きくなってくるが、各無線機間で定期的に同期要求信号を送受信することにより、初期値に戻すことができる。 If the synchronization request signal transmission / reception operation is not performed periodically, the reception operation start timing of the control data or the collected data of the radios gradually increases between the radios due to the difference in the operation reference clock between the radios. Will deviate from the initial value. Therefore, the value of this deviation increases each time the transmission / reception between the radios is repeated, but it can be returned to the initial value by periodically transmitting / receiving the synchronization request signal between the radios.
また、各無線機は他の無線機が受信しようとしまいと常に、他の無線機に対し、前記同期要求信号を送信しているので、ある無線機の同期が他の無線機との同期からいったん外れても、その無線機は他の無線機から前記同期要求信号を受信することにより、自動的に同期を復活させることができる。 Further, since each radio always transmits the synchronization request signal to the other radio regardless of whether the other radio receives it, the synchronization of one radio is from the synchronization with the other radio. Even if it is disconnected once, the radio can automatically restore the synchronization by receiving the synchronization request signal from another radio.
図1に基づいて、本発明における無線機4台からなる無線送受信システムにおける各信号の送受信タイミングを示し、各無線機が低消費電力で動作する手順を以下に説明する。 Based on FIG. 1, the transmission / reception timing of each signal in the wireless transmission / reception system consisting of four radios in the present invention is shown, and the procedure in which each radio operates with low power consumption will be described below.
(1)各無線機は第1の一定時間TM、例えば2100ms毎に、他の無線機あてに同期要求信号WPを送信する。また、各無線機は第1の一定時間(=2100ms)の整数倍(=5倍)のインターバルである第2の一定時間=2100ms×5=10500ms毎に、他の無線機からの同期要求信号を受信する。この同期要求信号受信の際に、他の無線機からの制御データまたは収集データも合わせて受信する。(1) Each radio transmits a synchronization request signal WP to another radio at TM for a first fixed time, for example, every 2100 ms. In addition, each radio has a synchronization request signal from another radio every second fixed time = 2100 ms × 5 = 10500 ms, which is an interval that is an integral multiple (= 5 times) of the first fixed time (= 2100 ms). To receive. When receiving this synchronization request signal, control data or collected data from other radios is also received.
(2)ここで、無線機1〜無線機4は一直線上に並んでいると仮定し、無線到達距離の関係から、隣り合う無線機同志のみで送受信可能と仮定しているが、無線機1〜無線機4の全4台間で送受信可能であってもよい。これは、各無線機は他の無線機から送信されてきた同期要求信号を受信する際は、より早く受信した同期要求信号が有効となり、後から送信されてきた同期要求信号は受信されず無視されるためである。(2) Here, it is assumed that the
無線機1は“1”〜“4”及び“6”〜“8”の期間では、他の無線機からの同期要求信号WP送信のタイミングにおいて、低消費電力モード(=スリープモード)に当たるため、当該同期要求信号WPは受信できない。“1”〜“4”及び“6”〜“8”の期間では、低消費電力モードから通常モード(=オペレーティングモード)に起き上って、送信動作(処理)を行った後、再び、低消費電力モードに入って第1の一定時間TMが経過するのを待っている。 In the period of "1" to "4" and "6" to "8", the
前述したように、この時の通常モードでの動作を送信モードと呼ぶ。図1における、Aは一定時間のインターバルTMのうち、低消費電力モードに入っている時間であり、α=TM−Aは一定時間のインターバルTMのうち、通常モードに入っている時間である。この通常モードに入っている時間α=TM−Aは無線機の送信モード時の送信動作(処理)時間であり、例えばα=1msである。送信動作(処理)は一瞬であり、典型的には1ms程度の時間で処理が完了する。 As described above, the operation in the normal mode at this time is called the transmission mode. In FIG. 1, A is the time during which the low power consumption mode is entered in the fixed time interval TM, and α = TM-A is the time during which the normal mode is entered in the fixed time interval TM. The time α = TM-A in the normal mode is the transmission operation (processing) time in the transmission mode of the radio, for example, α = 1 ms. The transmission operation (processing) is instantaneous, and the processing is typically completed in about 1 ms.
(3)“5”の期間では、低消費電力モードから通常モード(=オペレーティングモード)に起き上って送信モード時の送信動作(処理)を行った後、Bの時間だけ、低消費電力モードに入った後、再度通常モードに戻って、他の無線機からの同期要求信号WPを受信するための動作を行う。この時の通常モードでの動作を前述したように送受信モードと呼ぶが、この送受信モードでは、他の無線機からの同期要求信号WPの待ち受けの時間が必要のため、低消費電力モードの動作時間Bは送信モードでのAに比べ短く設定される。(3) In the period of "5", after rising from the low power consumption mode to the normal mode (= operating mode) and performing the transmission operation (processing) in the transmission mode, the low power consumption mode is performed only for the time of B. After entering, the mode returns to the normal mode again, and an operation for receiving the synchronization request signal WP from another radio is performed. The operation in the normal mode at this time is called the transmission / reception mode as described above, but in this transmission / reception mode, the operation time of the low power consumption mode is required because the standby time for the synchronization request signal WP from another radio is required. B is set shorter than A in the transmission mode.
例えば、TM=2100msの場合、A=2099ms、B=1999msに設定される。Bの値は各無線機間の各無線機間の動作基準クロックの差とセンサ入力やSW入力等に対応して制御データまたは収集データを更新する場合の制御データまたは収集データの送信タイミングと制御データまたは収集データを更新しない場合の送信タイミングの設定時間差を考慮して決められる。 For example, when TM = 2100 ms, A = 2099 ms and B = 1999 ms are set. The value of B is the transmission timing and control of the control data or the collected data when the control data or the collected data is updated in response to the difference in the operation reference clock between the radios and the sensor input or the SW input. It is determined in consideration of the set time difference of the transmission timing when the data or collected data is not updated.
(4)無線機2は“2”の期間で、制御データまたは収集データを自らのセンサ入力やSW入力等に対応してSIG1からSIG2に更新し、更新したデータを同期要求信号WPと共に、他の無線機あてに送信しているが、他の無線機もまた、同期要求信号WPと共に更新しないデータSIG1を送信している。(4) In the period of "2", the
無線機2は他の無線機にSIG1でなく、SIG2を受信してもらうために、同期要求信号WPとSIG2の送信タイミングを他の無線機より早めている。図1では例として、β=20ms早めている。 In order for the
図1では無線機が送信モードのみを行う場合のインターバルをTM、無線機が送受信モード動作を行う場合のインターバルをRCVと表記している。上記β=20ms早めて送信された同期要求信号WPと更新された制御データまたは収集データを受信するために、各無線機は第1の一定時間TM(=2100ms)の整数倍(=5)のインターバルである第2の一定時間10500ms毎の期間に、例えば、RCV−α−B=100msだけ早く低消費電力モードから通常モードに起き上っている。 In FIG. 1, the interval when the radio performs only the transmission mode is expressed as TM, and the interval when the radio operates in the transmission / reception mode is indicated as RCV. In order to receive the synchronization request signal WP transmitted earlier by β = 20 ms and the updated control data or collected data, each radio is an integral multiple (= 5) of the first fixed time TM (= 2100 ms). During the second fixed time interval of 10500 ms, for example, RCV-α-B = 100 ms earlier rises from the low power consumption mode to the normal mode.
このRCV−α−Bは各無線機の送受信モード時の受信待ち及び受信動作(処理)時間に相当するが、図1では、例として、無線機1では“5”の期間、無線機2では“4”の期間、無線機3では“3”の期間と“8”の期間、無線機4では“1”の期間と“6”の期間にRCV−α−B=100msだけ早く低消費電力モードから通常モードに起き上って受信待ちをしていることを示している。 This RCV-α-B corresponds to the reception waiting and reception operation (processing) time in the transmission / reception mode of each radio. In FIG. 1, as an example, the
この受信待ちをしている期間で、他の無線機から同期要求信号WPと制御データまたは収集データを受信するともう、その後に続く他の無線機からの同期要求信号WPと制御データまたは収集データは受信しないように制御されている。 When the synchronization request signal WP and control data or collected data are received from another radio during this reception waiting period, the synchronization request signal WP and control data or collected data from the other radios that follow it will be displayed. It is controlled not to receive.
図1では無線機2からの更新されたSIG2は“3”の期間で、無線機3に通知され、無線機3が受信処理を行って無線機3から送信される制御データまたは収集データもSIG2に更新されている。無線機2からの更新されたSIG2は“5”の期間で、無線機1に通知され、無線機1が受信処理を行って無線機1から送信される制御データまたは収集データもSIG2に更新されている。 In FIG. 1, the updated SIG2 from the
無線機3からの更新されたSIG2は“6”の期間で、無線機4に通知され、無線機4が受信処理を行って無線機4から送信される制御データまたは収集データもSIG2に更新されている。 The updated SIG2 from the
このようにして、無線機2で更新された制御データまたは収集データは他の無線機1、無線機3、無線機4に送信、各無線機で受信処理され、全ての無線機で共有される。 In this way, the control data or the collected data updated by the
また、図1には、このSIG1とSIG2の送受信動作に関する動作例を示しており、以下に説明する。<1>は各無線機がSIG1のデータを送信していたが、無線機2が当該無線機に接続されるセンサ入力等により、保持するデータをSIG1からSIG2に更新したため、当該データをWPと共に送信したことを示している。 Further, FIG. 1 shows an operation example relating to the transmission / reception operation of the SIG1 and the SIG2, which will be described below. In <1>, each radio transmitted the data of SIG1, but since the data held by the
<2>は無線機2が無線機1から、SIG1のデータを受信したが、データ内に含まれるタイムスタンプ等により、SIG1よりSIG2が最新のデータと認識しているので、SIG1でなく、SIG2のデータをWPと共に無線機1に送信したことを示している。 In <2>, the
<3>は無線機1が無線機2から、SIG2のデータを受信したが、データ内に含まれるタイムスタンプ等により、SIG1よりSIG2が最新のデータと認識しているので、SIG2のデータをWPと共に無線機2に送信したことを示している。 In <3>, the
<4>は無線機3が無線機2から、SIG2のデータを受信したが、データ内に含まれるタイムスタンプ等により、SIG1よりSIG2が最新のデータと認識しているので、SIG2のデータをWPと共に無線機2に送信したことを示している。 In <4>, the
<5>は無線機4が無線機3から、SIG2のデータを受信したが、データ内に含まれるタイムスタンプ等により、SIG1よりSIG2が最新のデータと認識しているので、SIG2のデータをWPと共に無線機3に送信したとことを示している。 In <5>, the
前述の動作例はSIG2のデータを保有している時に更新前のSIG1が送信されてくる場合も例示しており、SIG1が更新前のデータであり、SIG2が更新後のデータであることを示すために、SIG1、SIG2の各データ内のタイムスタンプを比較することを示している。 The above-mentioned operation example also exemplifies the case where the SIG1 before the update is transmitted when the data of the SIG2 is held, and indicates that the SIG1 is the data before the update and the SIG2 is the data after the update. Therefore, it is shown to compare the time stamps in each data of SIG1 and SIG2.
図2は無線親機と複数の無線子機から成る無線通信システムブロック図である。この中で、無線子機2 20、無線子機4 50、無線子機5 60から成る部分のシステムが本発明に基づく複数の無線機から成る低消費電力無線送受信システムである。 FIG. 2 is a wireless communication system block diagram including a wireless master unit and a plurality of wireless slave units. Among them, the part system including the wireless slave unit 220, the wireless slave unit 450, and the wireless slave unit 560 is a low power consumption wireless transmission / reception system composed of a plurality of wireless devices based on the present invention.
また、無線親機 40と無線子機1 10、無線子機2 20、無線子機3 30は特許文献2における無線送受信システムを構成しており、図2のシステムはシステム全体として間欠送受信による低消費電力化を実現している。但し、無線子機3 30は図2におけるシステムではシステム全体として取得した制御データまたは収集データを記録、保存するために、UART(UART TXD 71とUART RXD 72)にて外部のデータ記録装置70に接続している。 Further, the
無線子機3 30は外部のデータ記録装置70から電源供給を受けるので、低消費電力であることを必要としない。ここでデータ記録装置70とは、例えば、UART−USB変換回路とPC(パーソナルコンピューター)を組み合わせたもので、UART−USB変換回路で無線子機3 30から出力されるUART形式のデータをUSB形式のデータに変換した後、PCに入力して、PCの記録装置に記録、保存する機能をもつものである。 Since the wireless slave unit 330 receives power from the external data recording device 70, it does not need to have low power consumption. Here, the data recording device 70 is, for example, a combination of a UART-USB conversion circuit and a PC (personal computer), and the UART format data output from the wireless slave unit 330 by the UART-USB conversion circuit is stored in the USB format. After converting to the data of the above, it has a function of inputting to the PC and recording and saving in the recording device of the PC.
無線親機40と無線子機1 10、無線子機2 20、無線子機3 30との間の通信及び無線子機2 20、無線子機4 50、無線子機5 60間の通信を2.4GHzの周波数帯で行っている。無線親機と各無線子機は、UART入出力を行って外部記録装置にデータを出力する無線子機3を除いて、全てボタン電池で駆動する。無線子機3は外部記録装置より電源供給を受ける。 Communication between the
上記で各無線機間(無線親機と無線子機間及び無線子機同志間)の通信を2.4GHzの周波数帯で行っていると述べたが、2.4GHz以外の他の周波数帯でもよい。また、図2のシステムにおいて、各無線機間で通信を行う周波数とアドレスは同一(例えば、周波数は2450MHz)を想定しているが、混信の可能性を低減する観点から、また、各無線機内のCPU部の処理負担軽減の観点から、変えることも可能である。 It was mentioned above that communication between each radio (between the radio master and the radio and between the radios) is performed in the 2.4 GHz frequency band, but other frequency bands other than 2.4 GHz are also used. Good. Further, in the system of FIG. 2, it is assumed that the frequency and address for communication between the radios are the same (for example, the frequency is 2450 MHz), but from the viewpoint of reducing the possibility of interference, and in each radio. It is also possible to change it from the viewpoint of reducing the processing load of the CPU unit.
この各無線機内のCPU部の処理負担軽減とは、周波数、アドレスを同一にすると、各無線機のCPU部はシステム内の無線機間で通信に関与している全ての電文の解析を行う必要があるが、例えば周波数を変えると、各無線機内の無線部で電文が選別されるので、CPU部の負担は軽くなるという意味である。 To reduce the processing load of the CPU unit in each radio, if the frequency and address are the same, the CPU unit of each radio needs to analyze all the messages involved in communication between the radios in the system. However, for example, when the frequency is changed, the message is selected by the radio unit in each radio unit, which means that the burden on the CPU unit is reduced.
例えば、周波数とアドレスを以下のように変えることも可能である。無線親機40と無線子機1 10の間の送受信は周波数2440MHz、アドレス“100”、無線親機40と無線子機2 20の間の送受信は周波数2450MHz、アドレス“200”、無線親機40と無線子機3 30の間の送受信は周波数2460MHz、アドレス“300”、無線子機2 20、無線子機4 50、無線子機5 60間の通信は2450MHz、アドレス“200”とする。 For example, the frequency and address can be changed as follows. Transmission and reception between the
周波数、アドレスの両方を変えることも一方のみ変えることも可能である。近くに本発明と同一のシステムが存在して、混信の可能性が出る場合は前述したように周波数、またはアドレスを変えて対応可能である。 It is possible to change both the frequency and the address, or change only one. If the same system as the present invention exists nearby and there is a possibility of interference, the frequency or address can be changed as described above.
無線子機1 10はボタン電池11より約3Vの電源が供給され、この電源で、CPU14と無線送受信回路16が動作する。CPU14は高速クロック発振器12(16MHz)と低速クロック発振器13(32.768kHz)の2つの発振器をもち、2つの基準クロックで動作する。 The wireless slave unit 110 is supplied with a power supply of about 3 V from the
高速クロック発振器12は、CPU14のプログラムの動作クロック及び無線信号2.4GHzの基準クロックとして高速クロック16MHzを生成する。無線信号の2.4GHzは高速クロック16MHzをPLLにより逓倍して生成される。 The high-
低速クロック発振器13は低速クロック32.768kHzを生成し、CPU14の通常モード動作時における各種基準タイマーと低消費電力モードにおいてもカウントアップ動作を続け、低消費電力モードから通常モードへ起き上がるためのタイマーとして使用される。 The low-
子機1 10の通常モードにおいては、CPU14の高速クロック16MHzと低速クロック32.768kHzは共に動作している。
低消費電力モードにおいては、CPU14の高速クロック16MHzは停止し、したがってCPU14のプログラムの動作も停止し、いわゆるスリープ状態に入る。In the normal mode of the slave unit 110, the high-speed clock 16 MHz and the low-speed clock 32.768 kHz of the
In the low power consumption mode, the high-speed clock 16 MHz of the
低消費電力モードにおいても低速クロック32.768kHzによるタイマーカウント動作を継続しており、スリープ状態に入った後、この低速クロック32.768kHzに基づいた一定時間経過後、CPU14はスリープ状態から起き上がって、通常モードに移行し、プログラムの動作を再開する。 Even in the low power consumption mode, the timer counting operation by the low-speed clock 32.768 kHz is continued, and after entering the sleep state and after a certain period of time based on this low-speed clock 32.768 kHz, the
本発明の実施例では無線親機40と無線子機1 10、無線子機2 20、無線子機3 30の間の動作については、特許文献2における無線送受信システムを参照して説明する。無線子機1 10のCPU14は無線データ信号を無線親機40に送信後、直ちにスリープ状態に入るが、スリープ状態に入った後、スリープ状態から起き上がる周期は2.1秒である。 In the embodiment of the present invention, the operation between the
無線親機40は無線子機1 10、無線子機2 20、無線子機3 30に向けて、0.7秒毎に、同期要求信号WP1、WP2、WP3、WP1、−、−、−、の送信を繰り返し、無線子機1 10、無線子機2 20、無線子機3 30は当該同期要求信号に対する返答として、親機に向けて、前述の無線データ信号に相当するACK信号ACK1、ACK2、ACK3、ACK1、−、−、−、の送信を繰り返す。 The
無線子機1 10のSW15は無線親機40に対する制御を行うためのスイッチであり、そのON/OFF状態がCPU14に入力される。無線子機2 20の動作も無線子機1 10と同じ動作である。無線子機3 30の動作も基本的には無線子機1 10と同じ動作であるが、データ記録に向けての動作を行う点が異なる。詳細は後述する。 The SW15 of the wireless slave unit 110 is a switch for controlling the
無線親機40は無線子機1 10、無線子機2 20、無線子機3 30に向けて、順に同期要求信号WP1 101、WP2 103、WP3を送信し、無線子機1は返答としてのACK信号に、SW15に基づく制御信号(SW15に基づく制御信号に限らない、他の入力による制御データやセンサ等の入力に基づく収集データでもよい)を加えたACK1+Data1信号102を送信する。 The
同様に無線子機2は返答として、SW25に基づく制御信号ACK2+Data2信号104を送信する。これによって、無線親機40はこの無線子機1 10と無線子機2 20からのそれぞれ送信された無線子機1のSW15に基づく制御信号と無線子機2のSW25に基づく制御信号のデータを保有する。 Similarly, the
これらのデータを外部に記録させるために、無線親機40は無線子機3 30に向けて同期要求信号WP3の代わりに同期要求信号WP3+Data1+Data2 105を送信する。無線子機3 30は同期要求信号WP3+Data1+Data2 105を受信後、返答としてACK3信号106を送信する。 In order to record these data to the outside, the
無線子機3 30は同期要求信号WP3+Data1+Data2 105の受信により、無線子機1 10と無線子機2 20からの制御信号に基づくデータを保有したので、これらのデータを自らのUART端子を介して(UART TXD 71とUART RXD 72での有線送受信によって)外部の記録装置70に記録、保存するように動作を行う。 Since the
無線子機4 50、無線子機5 60は無線子機2 20と組み合わさって、本発明の複数の無線機から成る低消費電力無線送受信システムを構成している。無線子機2 20は無線親機40より同期要求信号WP2を受信すると、無線親機40に向けて、ACK2+Data2信号104を返信するが、同時に無線子機4 50に向けても同一のACK2+Data2信号104を送信していることになり、無線子機4は当該ACK2+Data2信号104を受信する。 The wireless slave unit 450 and the wireless slave unit 560 are combined with the wireless slave unit 220 to form a low power consumption wireless transmission / reception system composed of a plurality of wireless devices of the present invention. When the
無線の到達距離の関係で、同時に無線子機5 60も当該ACK2+Data2信号104を受信する可能性もあるが、本発明の複数の無線機から成る低消費電力無線送受信システムにおいては、複数の無線機から、同一のデータを受信する場合でも受信状態に入って、最初に受信したデータのみが有効となり、当該受信後は受信状態から抜けるため、後に続くデータは無視されるので問題ない。 The wireless slave unit 560 may also receive the ACK2 + Data2 signal 104 at the same time due to the range of the radio, but in the low power consumption wireless transmission / reception system composed of the plurality of radios of the present invention, the plurality of radios may be received. Therefore, even when the same data is received, the reception state is entered, only the first received data is valid, and after the reception, the reception state is exited, so that the subsequent data is ignored, so there is no problem.
無線子機4 50は当該ACK2+Data2信号104を受信後、自らのSW55に基づく制御状態を識別して、信号104のData2の部分を更新するか否かを加味して、無線子機5 60に向けて、ACK2+Data2信号107を送信する。当該ACK2+Data2信号107は無線子機2 20に向けても送信される。 After receiving the ACK2 +
無線子機5 60は当該ACK2+Data2信号104を受信後、自らのSW65に基づく制御状態を識別して、信号107のData2の部分を更新するか否かを加味して、無線子機4 50に向けて、ACK2+Data2信号108を送信する。 After receiving the ACK2 +
ここで、無線子機4 50と無線子機5 60はACK2+Data2信号の送受信動作(ACK2+Data2信号104、107、108)を行うが、無線子機2 20はACK2+Data2信号の送受信動作(ACK2+Data2信号104、107)と同期要求信号WP2の受信動作も行う。 Here, the wireless slave unit 450 and the wireless slave unit 560 perform a transmission / reception operation of the ACK2 + Data2 signal (ACK2 + Data2 signals 104, 107, 108), whereas the
無線子機2 20、無線子機4 50と無線子機5 60のそれぞれのSW25、SW55とSW65の各制御状態を組み合わせたトータルとしての制御状態はACK2+Data2信号の送受信動作によって共有される。 The total control state that combines the control states of SW25, SW55 and SW65 of the
この共有されるまでの時間は、無線子機2 20が2.1秒毎にACK信号を返信していることから、第1の一定時間=2.1秒であり、これの整数倍を例えば5倍とすると、第2の一定時間=2.1秒×5となり、10.5秒である。 Since the wireless slave unit 220 returns an ACK signal every 2.1 seconds, the time until this sharing is the first fixed time = 2.1 seconds, and an integral multiple of this is, for example. When it is multiplied by 5, the second fixed time = 2.1 seconds × 5, which is 10.5 seconds.
無線子機2 20は無線親機40から同期要求信号WP2を受信すると、その時点で無線子機2 20、無線子機4 50と無線子機5 60間で共有されたACK2+Data2信号を返信する。 When the
無線親機40は、ボタン電池41より約3Vの電源が供給され、この電源で、CPU44と無線送受信回路46が動作する。CPU44は高速クロック発振器42(16MHz)と低速クロック発振器43(32.768kHz)をもち、2つの基準クロックで動作する。 The
高速クロック発振器42は、CPU44のプログラムの動作クロック及び無線信号2.4GHzの基準クロックとして16MHzを生成する。無線信号の2.4GHzは高速クロック16MHzをPLLにより逓倍して生成される。低速クロック発振器43は低速クロック32.768kHzを生成し、CPU44の通常モード動作時における各種基準タイマーと低消費電力モードにおいてもカウントアップ動作を続け、低消費電力モードから通常モードへ起き上がるためのタイマーとして使用される。 The high-speed clock oscillator 42 generates 16 MHz as the operating clock of the program of the
無線親機40の通常モードにおいては、CPU44の高速クロック16MHzと低速クロック32.768kHzは共に動作している。低消費電力モードにおいては、CPU44の高速クロック16MHzは停止し、したがってCPU44のプログラムの動作も停止し、いわゆるスリープ状態に入る。低消費電力モードにおいても低速クロック32.768kHzによるタイマーカウント動作を継続しており、スリープ状態に入った後、この低速クロック32.768kHzに基づいた一定時間経過後、CPU44はスリープ状態から起き上がって、通常モードに移行し、プログラムの動作を再開する。 In the normal mode of the
無線親機40は無線子機1 10、無線子機2 20からのSW ON/OFFによる制御に基づき、無線親機40はLED1 47、LED2 48をON/OFF表示させて、その被制御状態を表示している。LED1 47、LED2 48のON/OFF表示はそれぞれ無線子機1 10、無線子機2 20のSW15、SW25のON/OFF入力に対応している。The
LED3 49のON/OFF表示は無線子機2 20、無線子機4 50と無線子機5 60のそれぞれのSW25、SW55とSW65の各制御状態を組み合わせたトータルとしての制御状態(例えば各SWの状態のANDまたはOR)に対応している。 The ON / OFF display of the LED 349 is a total control state (for example, of each SW) that combines the control states of the
本発明は複数の無線機間での送受信の低消費電力化と、無線到達距離の延伸化の必要性のある無線送受信システムに利用される。 The present invention is used in a wireless transmission / reception system in which it is necessary to reduce the power consumption of transmission / reception between a plurality of radios and extend the wireless reach.
10 無線子機1
11 ボタン電池
12 高速クロック発振器(16MHz)
13 低速クロック発振器(32.768kHz)
14 CPU
15 SW
16 無線送受信回路
20 無線子機2
25 SW
30 無線子機3
40 無線親機
41 ボタン電池
42 高速クロック発振器(16MHz)
43 低速クロック発振器(32.768kHz)
44 CPU
46 無線送受信回路
47 LED1
48 LED2
49 LED3
50 無線子機4
55 SW
60 無線子機5
65 SW
70 データ記録装置
71 UART信号 TXD
72 UART信号 RXD
101 無線親機から無線子機1への同期要求信号WP1
102 無線子機1から無線親機へのACK信号ACK1+Data1
103 無線親機から無線子機2への同期要求信号WP2
104 無線子機2から無線親機及び無線子機4へのACK信号
ACK2+Data2
105 無線親機から無線子機3への同期要求信号
WP3+Data1+Data2(各無線子機1〜5の制御データを付加)
106 無線子機3から無線親機へのACK信号ACK3
107 無線子機4から無線子機2及び無線子機5への
ACK信号ACK2+Data2
108 無線子機5から無線子機4へのACK信号ACK2+Data2
TM 無線機が送信モードのみを行う場合のインターバル
RCV 無線機が送受信モードを行う場合のインターバル
A 無線機の低消費電力モードの時間
(各インターバルで送信モードの動作を行う場合)
B 無線機の低消費電力モードの時間
(各インターバルで送受信モードの動作を行う場合)
WP ある無線機から他の無線機への同期要求信号
SIG1 ある無線機から他の無線機への送信される制御データまたは収集データ
SIG2 ある無線機のセンサ入力やSW入力等に対応して更新され、
送信される制御データまたは収集データ
α 無線機の送信モードでの送信動作(処理)時間
β 制御データまたは収集データの更新直後における無線機のインターバル
(低消費電力モードの時間)の短縮時間
<1> 動作例
各無線機はSIG1のデータを送信していたが、無線機2が当該無線機に接続 されるセンサ入力等により、保持するデータをSIG1からSIG2に更新し たため、当該データをWPと共に送信
<2> 動作例
無線機2は無線機1から、SIG1のデータを受信したが、データ内に含まれ るタイムスタンプ等により、SIG1よりSIG2が最新のデータと認識して いるので、SIG1でなく、SIG2のデータをWPと共に無線機1に送信
<3> 動作例
無線機1は無線機2から、SIG2のデータを受信したが、データ内に含まれ るタイムスタンプ等により、SIG1よりSIG2が最新のデータと認識して いるので、SIG2のデータをWPと共に無線機2に送信
<4> 動作例
無線機3は無線機2から、SIG2のデータを受信したが、データ内に含まれ るタイムスタンプ等により、SIG1よりSIG2が最新のデータと認識して いるので、SIG2のデータをWPと共に無線機2に送信
<5> 動作例
無線機4は無線機3から、SIG2のデータを受信したが、データ内に含まれ るタイムスタンプ等により、SIG1よりSIG2が最新のデータと認識して いるので、SIG2のデータをWPと共に無線機3に送信10
11
13 Low-speed clock oscillator (32.768 kHz)
14 CPU
15 SW
16 Wireless transmission / reception circuit 20
25 SW
30
40 Wireless master unit 41 Button battery 42 High-speed clock oscillator (16MHz)
43 Low-speed clock oscillator (32.768 kHz)
44 CPU
46 Wireless transmission /
48 LED2
49 LED3
50
55 SW
60
65 SW
70
72 UART signal RXD
101 Synchronization request signal WP1 from the wireless master unit to the
102 ACK signal from
103 Synchronization request signal WP2 from the wireless master unit to the
104 ACK signal from
ACK2 + Data2
105 Synchronization request signal from the wireless master unit to the
WP3 + Data1 + Data2 (Add control data for each
106 ACK signal from
107 From
ACK signal ACK2 + Data2
108 ACK signal from
Interval when the TM radio is in transmit mode only Interval when the RCV radio is in transmit / receive mode A Time in the low power mode of the radio
(When operating in transmission mode at each interval)
Time of low power consumption mode of B radio
(When operating in send / receive mode at each interval)
WP Sync request signal from one radio to another SIG1 Control data or collected data transmitted from one radio to another SIG2 Updated in response to sensor input, SW input, etc. of one radio ,
Transmission control data or collected data α Transmission operation (processing) time in radio transmission mode β Radio interval immediately after update of control data or collected data
(Time in low power consumption mode) Shortening time <1> Operation example
Each radio transmitted the data of SIG1, but since the data held by the
The
The
The
The
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