JP4911313B2 - データ送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、電波によって駆動エネルギーを供給して長期間動作するデータ送信装置の改良に関するものである。

従来、この種のデータ送信装置としては、例えば特開２００５−３１３８９７号公報(特許文献１)や特開平７−１３１３７６号公報(特許文献２）に開示されるトランスポンダが知られている。

特許文献１に開示されるトランスポンダは、ＲＦトランスミッタを内蔵し、監視されるべきタイヤに取り付けられ、タイヤ用の圧力センサが対応するトランスポンダの回路に接続されている。さらに、インタロゲータ・ユニットが、監視されるべきタイヤが取り付けられるホイールに近接して車両に取り付けられ、トランスポンダは、対応するインタロゲータ・ユニットに誘導結合され、電磁誘導によって供給されたエネルギーで駆動される。

特許文献２に開示されるトランスポンダは、インタロゲータユニットからＲＦ給電信号を受信するための周波数ｆ1 の高いＱ係数の共振回路と、該給電されたエネルギーを蓄積するためＲＦ給電信号を直流電流に変換する回路とを備え、この直流電流によって動作し、所定データをインタロゲータユニットに送信する。
特開２００５−３１３８９７号公報 特開平７−１３１３７６号公報

しかしながら、従来例の装置では、受信した電波から得られた電気エネルギーを完全な直流にすることは極めて困難であり、リップル電圧が多く含まれているため、従来例のような電力供給回路をアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路を用いている装置に適用した場合にはＡ／Ｄ変換に誤動作を起こすことがあり、正確なデータを送信できないことがあった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、Ａ／Ｄ変換回路の誤動作の発生を低減可能な電圧を供給できるデータ送信装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、所定のアナログ信号を入力するアナログ／ディジタル変換回路と該アナログ／ディジタル変換回路から出力されるディジタルデータを演算処理して送信データを生成するマイクロプロセッサとを有するデータ処理部と、該データ処理部によって生成された前記送信データを送信する送信部とを備えたデータ送信装置において、蓄電池或いは蓄電器のうちの少なくとも何れか一方を有し、前記データ処理部及び前記送信部に駆動電力を供給する蓄電部と、電波を受信して該電波のエネルギーを電気エネルギーに変換し且つ整流して出力するエネルギー変換回路と、逆流防止用ダイオードと該逆流防止用ダイオードのカソード出力電圧を前記蓄電部の最大電圧以下に維持するツェナーダイオードとを有し、該ツェナーダイオードの出力電圧によって前記蓄電部を充電する充電回路と、前記エネルギー変換回路から出力される電気エネルギーの電圧値が、前記蓄電部を充電可能な所定の基準電圧値以上であるときに、前記エネルギー変換回路の出力電圧を前記充電回路の逆流防止用ダイオードのアノードに印加するスイッチ回路とを備えた。

上記構成により、エネルギー変換回路で変換された電気エネルギーが蓄電部に蓄電され、該蓄電部に蓄えられた電気エネルギーがデータ処理部及び送信部に供給される。このため、データ処理部及び送信部に供給される電圧は、蓄電部を構成する蓄電池或いは蓄電器の充電電圧となり、リップル電圧成分を含まないものとなる。また、充電回路のツェナーダイオードによって蓄電部への過剰な電圧印加が抑えられると共に、上記スイッチ回路により蓄電部へ印加される電圧は正の電圧のみとされて蓄電部に印加される電圧が正から負に変化することがない。

本発明のデータ送信装置によれば、データ処理部及び送信部に供給される電圧は、蓄電部を構成する蓄電池或いは蓄電器の充電電圧となり、リップル電圧成分を含まないものとなるので、リップル電圧成分によるデータ処理部におけるＡ／Ｄ変換回路の誤動作の発生を回避することができる。また、充電回路のツェナーダイオードによって蓄電部への過剰な電圧印加が抑えられると共に、上記スイッチ回路により蓄電部へ印加される電圧は正の電圧のみとされて蓄電部に印加される電圧が正から負に変化することがないので、大きな電圧変動に起因する蓄電部の破壊を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１及び図２は本発明の第１実施形態を示すもので、図１は第１実施形態におけるデータ送信装置の電気系回路を示すブロック図、図２は第１実施形態におけるデータ送信装置の電源部を示す回路図である。

図に示すように、第１実施形態におけるデータ送信装置１は、センサ１１、Ａ／Ｄ変換回路１２、ＣＰＵ１３、送信回路１４、アンテナ１５、電源回路１６から構成されている。尚、センサ１１、Ａ／Ｄ変換回路１２、ＣＰＵ１３、送信回路１４のそれぞれは、電源回路１６から供給される電力によって駆動し、２．２Ｖ〜３．０Ｖの電圧によって動作するものである。

センサ１１は、例えば、空気圧センサや加速度センサ或いは温度センサなどからなり、電源回路１６から供給される電力によって動作し、周囲の物質量を検出して検出値に対応するアナログ電気信号をＡ／Ｄ変換回路１２に出力する。

Ａ／Ｄ変換回路１２は、電源回路１６から供給される電力によって動作し、センサ１１からアナログ電気信号を入力して、これをディジタル信号に変換してＣＰＵ１３に出力する。

ＣＰＵ１３は、電源回路１６から供給される電力によって動作し、Ａ／Ｄ変換回路１２から出力されるディジタル信号を入力して、センサ１１の検出値の情報を所定フォーマットの送信情報に含めて送信回路１４に出力する。

送信回路１４は、電源回路１６から供給される電力によって動作し、ＣＰＵ１３から入力した送信情報をアンテナ１５をから所定周波数の電波によって上位装置（図示せず）に送信する。

電源回路１６は、図２に示すように、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１、蓄電部２２、比較回路２３，２５、エネルギー変換回路２４、スイッチ素子３１，３２、ツェナーダイオード４１、ダイオード４２〜４４から構成されている。

ＤＣ／ＤＣ変換回路２１は、蓄電部２２から１．５Ｖ以上３．０Ｖ以下の電圧Ｖe1を入力して、第１出力OUT1として２．２Ｖの電圧Ｖaを出力すると共に第２出力OUT2として３．０Ｖの電圧Ｖbを出力する。この電圧Ｖaは後述する基準電圧として用いられ、電圧Ｖbは比較回路２３，２５とスイッチ素子３１，３２の駆動電圧として用いられる。

蓄電部２２は、二次電池或いは一般的にスーパーキャパシタと称せられる大容量キャパシタの少なくとも何れか一方を備え、１．５Ｖ以上３．０Ｖ以下の電圧Ｖe1を出力する。また、ダイオード４２を介して供給される電気エネルギーを入力し、この電気エネルギーによって二次電池或いはスーパーキャパシタが充電されて電力が蓄えられる。

尚、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１と蓄電部２２とがモジュール化されて形成されている。

比較回路２３は、比較器231、抵抗器232,233、キャパシタ234から構成されている。比較器231の反転入力端子には蓄電部２２の出力電圧Ｖe1が入力されている。また、比較器231の非反転入力端子には抵抗器233の一端が接続され、抵抗器233の他端はキャパシタ234を介して接地されると共に抵抗器232の一端が接続されている。抵抗器232の他端には電圧Ｖaが印加されている。これにより比較器231の非反転入力端子にはノイズ除去され且つ急変動しない安定した電圧Ｖaが印加される。また、比較器231の出力端子はスイッチ素子３２の制御端子32aに接続されている。スイッチ素子３２の一方の接点端子32bはダイオード４４のカソードに接続され、ダイオード４４のアノードは比較器231の反転入力端子に接続されている。これにより、ダイオードのカソードからは蓄電部２２の出力電圧Ｖe1が供給電力＋Ｂoutとして出力される。

上記構成の比較回路２３は、通常は出力電圧ＶOUT3をローレベルに設定し、蓄電部２２からの出力電圧Ｖe1の電圧値が基準電圧Ｖa以下となったときに出力電圧ＶOUT3をハイレベルに設定する。

エネルギー変換回路２４は、所定周波数の電波を受信するコイル状の受信アンテナ241と、ダイオード242、抵抗器243、キャパシタ244とから構成されている。受信アンテナ241の一端は接地され、他端にはダイオード242のアノードに接続されている。また、ダイオード242のカソードは互いに並列接続された抵抗器243とキャパシタ244を介して接地されている。これにより、受信電波により受信アンテナ241に誘起した高周波電流はダイオード242によって半波整流され、さらにキャパシタ244によって平滑された後に電圧Ｖ１として出力される。したがって、エネルギー変換回路２４によって電波のエネルギーが電気エネルギーに変換される。

比較回路２５は、比較器251とＮＯＴ回路252とから構成され、比較器251の反転入力端子には電圧Ｖ１が印加され、非反転入力端子には基準電圧Ｖaが印加されている。これにより比較器251の出力電圧ＶOUT1は、電圧Ｖ１が基準電圧Ｖa以上のときはローレベルに設定され、電圧Ｖ１が基準電圧Ｖaよりも小さくなったときはハイレベルに設定される。ＮＯＴ回路252は比較器251の出力電圧ＶOUT1を入力し、入力電圧ＶOUT1がハイレベルのときに出力電圧ＶOUT2をローレベルに設定し、入力電圧ＶOUT1がローレベルのときに出力電圧ＶOUT2をハイレベルに設定する。またＮＯＴ回路252の出力端子はスイッチ素子３１の制御端子31aに接続されている。

スイッチ素子３１の一方の接続端子31bには電圧Ｖ１が印加されると共に比較器251の反転入力端子とダイオード４３のアノードに接続され、ダイオード４３のカソードはスイッチ素子３２の他方の接続端子32cに接続されている。また、スイッチ素子３１の他方の接続端子31cはダイオード４２のアノードに接続されている。ダイオード４２のカソードはツェナーダイオード４１のカソードに接続されると共に蓄電部２２に接続されている。ツェナーダイオード４１のアノードは接地されている。このツェナーダイオード４１はダイオード４２のカソードから出力される電圧を３．０Ｖ以下の電圧に維持する。

また、スイッチ素子３１は制御端子31aに印加される電圧ＶOUT2がハイレベルのときに一方の接続端子31bと他方の接続端子31cを接続する。このため、電圧Ｖ１が基準電圧Ｖaよりも小さくなるとスイッチ素子３１がオフ状態になりエネルギー変換回路２４の出力電圧Ｖ１は蓄電部２２に供給されなくなる。また、電圧Ｖ１が基準電圧Ｖa以上の電圧になるとスイッチ素子３１がオン状態になりエネルギー変換回路２４の出力電圧Ｖ１が蓄電部２２に供給される。

これにより、ダイオード４２のカソードから出力される電圧によって蓄電部２２の二次電池或いはスーパーキャパシタが３．０Ｖ以下の電圧で充電される。したがって、蓄電部２２の二次電池或いはスーパーキャパシタに高電圧が印加されて破壊されることがない。また、スイッチ素子３１によってダイオード４２及び蓄電部２２に基準電圧Ｖaよりも小さい電圧や負の電圧が印加されることがないので、ダイオード４２及び蓄電部２２に印加される電圧が正から負に大きく変動することがないので、この電圧変動によるダイオード４２及び蓄電部２２の破壊が防止される。

上記構成によって、エネルギー変換回路２４から出力される電気エネルギーによって蓄電部２２の充電を行いながらもＡ／Ｄ変換回路１２とＣＰＵ１３とからなるデータ処理部及び送信回路１４に供給される電圧は、蓄電部２２を構成する二次電池或いはスーパーキャパシタの充電電圧となり、リップル電圧成分を含まないものとなるので、リップル電圧成分によるデータ処理部におけるＡ／Ｄ変換回路１２の誤動作の発生を回避することができる。また、充電回路のツェナーダイオード４１によって蓄電部２２への過剰な電圧印加が抑制されると共に、上記比較回路２５とスイッチ素子３１により蓄電部２２へ印加される電圧は正の電圧のみとされて蓄電部に印加される電圧が正から負に変化することがないので、大きな電圧変動に起因する蓄電部２２の破壊を防止することができる。

一方、何らかの原因によって蓄電部２２の出力電圧Ｖe1が、センサ１１、Ａ／Ｄ変換回路１２、ＣＰＵ１３、送信回路１４の最低駆動電圧であるＶa（２．２Ｖ）よりも低くなったときは、比較器231の出力電圧ＶOUT3がハイレベルとなってスイッチ素子３２がオン状態に設定される。これにより、ダイオード４３のカソードから出力される電圧Ｖ２、すなわちエネルギー変換回路２４から出力される電圧Ｖ１がダイオード４３を通過した電圧Ｖ２がスイッチ素子３２を介して供給電力＋Ｂoutとして出力される。この場合、供給電力＋Ｂoutには従来例と同様にリップル電圧成分が含まれているため、Ａ／Ｄ変換回路１２の誤動作を生ずることが考えられるが、上位装置において受信データを監視することによってデータの乱れを検出することにより、データ送信装置１に不具合が発生したことを検知することが可能になる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。

図３及び図４は本発明の第２実施形態を示すもので、図３は第２実施形態におけるデータ送信装置の電気系回路を示すブロック図、図４は第２実施形態におけるデータ送信装置の電源部を示す回路図である。これらの図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。

また、第２実施形態と第１実施形態との相違点は、第２実施形態におけるデータ送信装置１Ｂは、プログラム設定を変更したＣＰＵ１３Ｂと一部の回路が追加された電源回路１６Ｂを設けたことである。

ＣＰＵ１３Ｂは第１実施形態のＣＰＵ１３と同様に、電源回路１６Ｂから供給される電力によって動作し、Ａ／Ｄ変換回路１２から出力されるディジタル信号を入力して、センサ１１の検出値の情報を所定フォーマットの送信情報に含めて送信回路１４に出力する。さらに、ＣＰＵ１３Ｂは、電源回路１６Ｂからローレベルのアラーム信号ALMを入力したときに、電源回路１６Ｂに異常が生じたことを上位装置に知らせるための情報を送信する。

電源回路１６Ｂは、第１実施形態の電源回路１６の構成に加えてスイッチ素子３３を設けた構成となっている。このスイッチ素子３３は他のスイッチ素子３１，３２と同様のもので、制御端子33aの電圧がハイレベルのときにオン状態になるものである。スイッチ素子３３の制御端子33aは比較器231の出力端子に接続され、制御端子33aには電圧ＶOUT3が印加されている。また、スイッチ素子３３の一方の接続端子33bはＣＰＵ１３Ｂに接続され、アラーム信号ALMを出力する。スイッチ素子３３の他方の接続端子は接地されている。

上記構成により、何らかの原因によって蓄電部２２の出力電圧Ｖe1が、センサ１１、Ａ／Ｄ変換回路１２、ＣＰＵ１３、送信回路１４の最低駆動電圧であるＶa（２．２Ｖ）よりも低くなったときは、比較器231の出力電圧ＶOUT3がハイレベルとなってスイッチ素子３２がオン状態に設定される。これにより、ダイオード４３のカソードから出力される電圧Ｖ２、すなわちエネルギー変換回路２４から出力される電圧Ｖ１がダイオード４３を通過した電圧Ｖ２がスイッチ素子３２を介して供給電力＋Ｂoutとして出力される。さらに、スイッチ素子３３がオン状態になるため、ＣＰＵ１３Ｂに異常状態が発生したことが知らされる。すなわち、ＣＰＵ１３Ｂに供給されるアラーム信号ALMは、通常はハイレベルであるが、何らかの原因によって蓄電部２２の出力電圧Ｖe1が、センサ１１、Ａ／Ｄ変換回路１２、ＣＰＵ１３、送信回路１４の最低駆動電圧であるＶa（２．２Ｖ）よりも低くなったときは、スイッチ素子３３がオン状態になるためアラーム信号ALMはローレベルになる。これにより、ＣＰＵ１３Ｂは電源回路１６Ｂに異常状態が発生したことを知ることができる。

本発明の第１実施形態におけるデータ送信装置の電気系回路を示すブロック図 本発明の第１実施形態におけるデータ送信装置の電源部を示す回路図 本発明の第２実施形態におけるデータ送信装置の電気系回路を示すブロック図 本発明の第２実施形態におけるデータ送信装置の電源部を示す回路図

符号の説明

１，１Ｂ…データ送信装置、１１…センサ、１２…Ａ／Ｄ変換回路、１３，１３Ｂ…ＣＰＵ、１４…送信回路、１５…アンテナ、１６，１６Ｂ…電源回路、２１…ＤＣ／ＤＣ変換回路、２２…蓄電部、２３…比較回路、２４…エネルギー変換回路、２５…比較回路、３１，３２，３３…スイッチ素子、４１…ツェナーダイオード、４２〜４４…ダイオード、231…比較器、232,233…抵抗器、234…キャパシタ、241…受信アンテナ、242…ダイオード、243…抵抗器、244…キャパシタ、251…比較器、252…ＮＯＴ回路。

Claims (4)

1. 所定のアナログ信号を入力するアナログ／ディジタル変換回路と該アナログ／ディジタル変換回路から出力されるディジタルデータを演算処理して送信データを生成するマイクロプロセッサとを有するデータ処理部と、該データ処理部によって生成された前記送信データを送信する送信部とを備えたデータ送信装置において、
   蓄電池或いは蓄電器のうちの少なくとも何れか一方を有し、前記データ処理部及び前記送信部に駆動電力を供給する蓄電部と、
   電波を受信して該電波のエネルギーを電気エネルギーに変換し且つ整流して出力するエネルギー変換回路と、
   逆流防止用ダイオードと該逆流防止用ダイオードのカソード出力電圧を前記蓄電部の最大電圧以下に維持するツェナーダイオードとを有し、該ツェナーダイオードの出力電圧によって前記蓄電部を充電する充電回路と、
   前記エネルギー変換回路から出力される電気エネルギーの電圧値が、前記蓄電部を充電可能な所定の基準電圧値以上であるときに、前記エネルギー変換回路の出力電圧を前記充電回路の逆流防止用ダイオードのアノードに印加するスイッチ回路とを備えている
   ことを特徴とするデータ送信装置。
2. 前記蓄電部の出力電圧が前記データ処理部の動作可能最低電圧以下となったときに、前記エネルギー変換回路の出力によって前記データ処理部及び前記送信部に駆動電力を供給するための第２のスイッチ回路を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
3. 前記蓄電部の出力電圧を前記スイッチ回路の駆動電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換回路を有し、前記蓄電部と前記ＤＣ／ＤＣ変換回路がモジュール化されて形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデータ送信装置。
4. 前記蓄電部の出力電圧が前記データ処理部の動作可能最低電圧以下となったときに、前記データ処理部に対してアラーム信号を出力するアラーム信号発生回路を備えている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のデータ送信装置。

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