JP5002115B2 - 生産物、データ取得システムおよびセンサシステム - Google Patents

Description

本発明は、輸送中の物品用のデータ取得システムに関する。より詳細には、本発明は、輸送中における物品を取り巻く諸環境条件を記録するシステムに関する。

消費者向け及び産業用の各種生産物は、末端のユーザに届くよう、頻繁に世界中に亘り分配されている。より詳細にいうと、分配ネットワークは航空便、船便、陸路便を含んでいる。利用される輸送の形態としては、航空機、貨物船、トラック及び鉄道がある。この分配ネットワークにおいては、生産物は、例えば振動、衝撃、温度、湿度、気圧（若しくは水圧）等、様々な環境条件に晒される。生産物は様々なタイプの輸送手段によって運ばれ、また様々な環境条件下におかれるけれども、最も重要なのは、それら生産物が末端ユーザのところまで良好な条件で届くことである。

良好条件での配達を確実なものにするための一つの手だてとしては、生産物を適切に包装する、という手だてがある。ある企業においては、生産物の包装が効果的に機能するように、一つの部門その他の機能体が専念している。これを成功裡にやり遂げるには、生産物に作用した環境条件の程度、部類に関する情報が必要となる。その種の情報を集める方法の一つは、生産物と同梱される汎用データ収集装置であり、データレコーダ、データセーバ、データロガ等とも呼ばれる。この種の装置は、通常、輸送中の環境データを収集する。宛先に到着すると、そのデータは取り出され分析される。一旦取得されると、そのデータは、包装設計にとどまらず、生産物それ自体の設計をも必要に応じて改善すべく、利用される。

ここに、汎用記録装置は、通常は高価であり、その結果もサンプルベースでしか使用できないため、好ましくない。また、汎用記録装置は嵩張ることから、包装設計に組み込むことが難しいことがあり、包装の変更すら求められることがある。もし、一つの企業で複数通りの包装設計を使用しているとすると、各設計毎に、記録装置の包装への組み込み或いは包装の変更を行わねばならないかもしれない。加えて、記録装置からのデータの抽出には、特別なインタフェースとソフトウエアが必要となろう。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、安価なデータ収集システム、特に既存の商品に容易に組み込み（集積化）可能で、分配ネットワークを介し末端ユーザに至るまで大量のサンプル（理想的には全生産物）を追跡できるデータ収集システムを提供する。更に、既存の包装を変更する必要がないデータ収集システム、および利用可能なフォーマットにてデータを簡単に取り出せるデータ収集システムを提供する。

本発明は、末端ユーザへと輸送されるデータ取得機能付きの生産物であって、前記生産物の環境条件を示す環境条件量を検出するセンサシステムと、前記センサシステムを制御するマイクロコントローラと、前記生産物にコンピューティングデバイスを接続するための通信ポートと、前記センサシステムおよび前記マイクロコントローラに電力を供給する電源と、を備え、前記センサシステムは、前記環境条件量を記憶するメモリを備え、前記マイクロコントローラは、電源条件に制約が施され、前記マイクロコントローラの一部が動作しない省力モードで動作しているときに割り込み指令を取得したときは、当該省力モードでの動作を解消し、当該省力モードでの動作が解消されているときに前記センサシステムから前記環境条件量を読み込み、読み込まれた前記環境条件量を前記メモリに記憶し、前記センサシステムは、検出した前記環境条件量と予め定められたしきい値との比較に応じて前記マイクロコントローラに前記割り込み指令を与え、前記コンピューティングデバイスは、前記通信ポートを介して前記メモリから前記環境条件量を取り寄せることを特徴とする。

また、本発明に係る生産物は、望ましくは、前記マイクロコントローラに備えられ、前記センサシステムとは別に、予め定められた周期で前記割り込み指令を発生する割り込みコントローラを備える。また、本発明に係るデータ取得システムは、前記生産物と、前記コンピューティングデバイスと、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、末端ユーザへと輸送される生産物に着脱可能に設けられるセンサシステムであって、前記生産物の環境条件を示す環境条件量を検出するセンサと、前記環境条件量を記憶するメモリと、前記生産物に備えられるマイクロコントローラであって、電源条件に制約が施され、前記マイクロコントローラの一部が動作しない省力モードで動作しているときに割り込み指令を取得したときは、当該省力モードでの動作を解消し、当該省力モードでの動作が解消されているときに前記センサから前記環境条件量を読み込み、読み込まれた前記環境条件量を前記メモリに記憶するマイクロコントローラ、に対するインターフェースと、前記センサによって検出された前記環境条件量と予め定められたしきい値との比較に応じて、前記マイクロコントローラに前記インターフェースを介して前記割り込み指令を与える割り込み指令発生手段と、前記センサシステムおよび前記マイクロコントローラに電力を供給する電源と、を備えることを特徴とする。

本発明により提供されるデータ取得システムは、既存の生産物内に容易且つ安価に一体化可能であり、大量のサンプル追跡を可能にし、また各個の生産物についてその分配経路をたどることを可能にしている。本発明は、生産物用の既存の包装を変えることなしに実施することができ、またより進歩した形式によるデータ再生を可能にしている。

図１に、本発明の特徴的構成を盛り込んだデータ取得システム１００を示す。ここでは本発明の一例を図示しているに過ぎず、本発明は他の様々な形態でも実施できることを理解されたい。加えて、寸法、形状、素子タイプ及び素材に関しては、適宜好ましいものを使用することができる。

データ取得システム１００は、通常、データ記録機能を有している。この機能は、生産物１０５内の部品によって、実現されている。データ取得システム１００は、更に、データ再生分析機能を有している。この機能は、ネットワーク１４５を介した企業１４０と生産物１０５との通信により、実現されている。

図１に示した実施形態においては、生産物１０５は一般に一つの分配チャネルによって運ばれる。生産物１０５は一般にマイクロコントローラ１１０を有しており、マイクロコントローラ１１０は典型的にはマイクロプロセッサ１１５、オンボードメモリ１２０、アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ）１２５、リアルタイムクロック割り込みコントローラ（ＲＴＣ）１３０及びユニバーサル非同期受信送信機（ＵＡＲＴ）１３５を備えている。マイクロコントローラ１１０は通信ネットワーク１４５と接続することができる。通信ネットワーク１４５としては通信に適するものであればどのようなネットワークでも使用することができ、例えばインターネット、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）、無線ネットワーク、有線ネットワーク、仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）等を例示することができる。通信は、例えばＸ．２５、ＡＴＭ、ＴＣＰ／ＩＰ等、好ましいプロトコルによって適宜実施することができる。

マイクロコントローラ１１０はネットワーク１４５を介して企業１４０と接続することができる。ここでいう「企業」１４０は、生産物１０５を生産した業者の事務所や、生産物１０５に関連する商品及びサービスの提供者等を指している。企業１４０には、好ましくはコンピュータ１５０が設けられ、このコンピュータ１５０によってマイクロコントローラ１１０との通信が行われる。企業１４０には更に他のコンピュータ１５５を設けて、内部ネットワーク１６０を介しコンピュータ１５０と接続するようにしてもよい。

生産物１０５は更にセンサシステム１６５を有している。このセンサシステム１６５は本発明の教示によるものであって、マイクロコントローラ１１０に接続されている。実施形態においては、マイクロコントローラ１１０上のオンボードメモリ１２０上に、センサシステム１６５を制御しまた相互作用するプログラム１７０が実装されている。

センサシステム１６５は、図２に示すように、生産物１０５の包装や運航条件を変更することなく当該生産物１０５と容易に一体化可能な形状を有している。センサシステム１６５は、また、マイクロコントローラインタフェース２０５、制御回路２２０、メモリ２１５、電源２２５、１個又はそれ以上の個数のセンサ２３０、（センサを追加収容するための）センサインタフェース２６０、通信ポート２６５及び電源スイッチ２７０を有している。

マイクロコントローラインタフェース２０５は、一般に、センサシステム１６５内の回路とマイクロコントローラ１１０との間のインタフェースとなる。マイクロコントローラインタフェース２０５は、アナログディジタル変換器及びディジタルアナログ変換器、レベルシフタ、マルチプレクサ、デマルチプレクサその他の回路を有しており、これらの回路によって、マイクロコントローラ１１０とセンサシステム１６５内の回路との間の信号経路を提供している。

制御回路２２０は例えばセンサシステム１６５の一般動作を制御するための論理回路を有しており、メモリ２１５と協働している。例えば、制御回路２２０はプロセッサを有しており、このプロセッサはメモリ２１５内にあるプログラムに従い動作する。メモリ２１５は、１個又はそれ以上の個数設けられたセンサ２３０により得られる計測結果を格納するための空間を提供している。メモリ２１５は例えば１２８ｋ×８．１Mｂｉｔのフラッシュメモリで、シリアルアドレス及びデータバスを有している。メモリ２１５はまた、電源が低下してもその内容を保持する不揮発性メモリとすることができる。実施形態においては、上述したプログラム１７０、即ちセンサシステム１６５を制御しまたセンサシステム１６５と相互作用（通信）するためにマイクロコントローラ１１０によりアクセスされるプログラムが、オンボードメモリ１２０に加え又はこれに代えて、メモリ２１５内に格納されている。

電源２２５は例えばリチウムセルから構成されており、例えば２０００ｍＡＨのリチウムバッテリパックである。この実施形態においては、電源２２５は、センサシステム１６５を構成する部品だけでなく、マイクロコントローラ１１０にも電力を供給する。他の実施形態においては、電源２２５は、マイクロコントローラ１１０の一部分として構成された従来型電源の或いはバッテリ電源である。

１個又はそれ以上の個数設けられたセンサ２３０の中には、各種の条件、例えば環境条件、位置、時間周期等を検出する様々なセンサが含まれている。より詳細には、センサ２３０の中には、例えば、湿度センサ２３５、温度センサ２４０、加速度計２４５、タイマ２５０、汎地球測位システム（ＧＰＳ）センサ２５５等が含まれている。各センサ２３０はそれぞれ好適な回路構成、例えば増幅器、フィルタ、変換器等による回路構成を有しており、求められているときにアナログ又はディジタル出力を供給する。各センサ２３０は直接に又はバスを介して他の回路に接続されており、１個又はそれ以上の個数の特定の状況変化が発生したとき或いはいくつかのしきい値をよぎった（若しくはしきい値条件に反した）ときには、割り込み、アラームその他の或いは他のタイプの警告を発することができる。センサ２３０のうちいくつかは、「サンプルアンドホールド」機能を有しており、特定のセンサによる特定の計測結果を読出までの間ラッチ等しておくことができる。センサ２３０のうちいくつかは識別回路も有しており、それにより、他の装置は当該識別回路を有する各センサ２３０の存否、位置、タイプ、性能・容量等を知ることができる。

湿度センサ２３５は、例えば容量型の湿度センサに適当な回路を付したもの、アナログ出力湿度モジュール、又はディジタル出力湿度モジュールである。実施形態においては、湿度センサ２３５は約０％から約１００％に亘る相対湿度範囲において検知を行うことができる。

温度センサ２４０は、例えばサーミスタ、サーモカップル又は抵抗温度デバイス（ＲＴＤ）に適当な回路を付したものである。温度センサ２４０は摂氏約−５５度から摂氏約＋１２５度の範囲に亘る温度計測を行うことができ、アナログ又はディジタル出力を供給することができる。

加速度計２４５は多軸型、即ち２個又は３個の相直交する方向について同時に加速度を計測することができる。加速度計２４５はおよそ０Ｇから１００Ｇに及ぶ範囲で加速度を計測することができる。

タイマ２５０は経過時間或いは特定の時間周期を計測することができる。タイマ２５０は例えばプログラマブルデバイスであり、トリガの受信に応じて計時を開始又は停止させ、特定の周期を計時し終えたときに信号を発生させる。タイマ２５０は、センサシステム１６５を構成する他のセンサからトリガの供給を受けることができる。例えば、タイマ２５０は分配システム内で経過した合計時間を計測するため、或いは特定の湿度レベルにおいて経過した時間を計測するため、或いは特定の温度しきい値以下で経過した時間を計測するために、使用することができる。

ＧＰＳセンサ２５５は汎地球測位システムからの信号を受信してセンサシステム１６５の地球的位置に関する情報を提供することができる。ＧＰＳセンサ２５５は受信信号を座標変換するための回路やその結果をセンサシステム１６５内の他の回路及びマイクロコントローラ１１０に供給する回路を有している。

センサインタフェース２６０は必要に応じてセンサを追加する際の接続点である。センサインタフェース２６０は１個又はそれ以上の個数のコネクタ、クリップ、パッドその他のデバイスによって、センサシステム１６５に対するセンサの電気接点を提供している。加えて、センサインタフェース２６０は追加センサを物理的に支持するためスルーホール、ピン、スタンドオフその他を備えていることがある。

通信ポート２６５は外部装置例えば図示しないコンピュータに対する通信インタフェースを提供している。通信ポート２６５は例えばＲＳ２３２、ＲＳ４２２又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）シリアルポートであり、外部装置との接続のためコネクタ２７５を有している。

電源スイッチ２７０は通信ポート２６５と接続されており、外部装置その他がコネクタ２７５に接続されたときに通信ポート２６５に電力を印加するよう動作する。

データ取得システム１００の動作例について、図１及び図２を参照しつつ説明する。実施形態においては、センサシステム１６５はマイクロコントローラ１１０に接続され、電源２２５がマイクロコントローラ１１０に電力を供給する。マイクロコントローラ１１０はセンサシステム１６５が接続されていることを認識し、オンボードメモリ１２０又はメモリ２１５にアクセスしてプログラム１７０に従いセンサシステム１６５を動作させる。マイクロコントローラ１１０はセンサシステム１６５の制御に専念し、又は生産物１０５に関する他の動作を実行しながらセンサシステム１６５を制御する。

センサシステム１６５が接続されたとの認識に達した後、プログラム１７０に従う制御の下に、マイクロコントローラ１１０は自分自身を初期化しまたセンサシステム１６５を構成する部品を初期化する。そして、プログラム１７０はマイクロコントローラ１１０にセンサ２３０のタイプ及び容量を判別させ、生産物１０５が通過する特定の条件が好適に計測されるようしきい値及び警告パラメタを設定する。個別のセンサ２３０はまた、所定のしきい値に達したとき（又は達しなかったとき）や所定の計測値が得られたときに割り込みを発生させるよう、設定される。ＲＴＣ１３０もマイクロコントローラ１１０に対する割り込みを発生させるようプログラムされており、この割り込みは周期的に或いはその他の規則に従い発生する。

上述の初期化及び設定動作を終えた後、マイクロコントローラ１１０は、機能及び電源条件に制約が施される「スリープ」モードにはいる。例えば、マイクロコントローラ１１０はＡ／Ｄ１２５、ＵＡＲＴ１３５並びにオンボードメモリ１２０の一部を動作不能状態にし、マイクロプロセッサ１１５を、ＲＴＣ１３０やセンサシステム１６５等からの割り込み以外に対して応答しない省力モードで動作させる。

ＲＴＣ１３０やセンサシステム１６５からの割り込みを受け取ったとき、マイクロプロセッサ１１５は、マイクロコントローラ１１０の全回路を動作可能状態にし、マイクロコントローラ１１０は割り込みに対応して実行すべきサービスルーチンを識別する。例えば、ＲＴＣ１３０が発生させる割り込みに対しては、現在の湿度を湿度センサ２３５により、現在の温度を温度センサ２４０により、位置情報をＧＰＳセンサ２５５により、時刻をＲＴＣ１３０により、それぞれ読むというサービスを実行する。そして、データ及びタイムスタンプが時刻並びにこの時刻における温度、湿度及び位置計測結果から生成され、計測結果とタイムスタンプ及びデータスタンプがメモリ２１５内に格納される。

他の例として、特定の加速度値例えば５Ｇを上回ると加速度計２４５が割り込みを発生させる、という例を考える。加わる加速度がこのしきい値を上回ると割り込みが発生し、マイクロコントローラ１１０は、必要とされる割り込みサービスルーチンのタイプを識別して加速度値、位置情報及び時刻を加速度計２４５、ＧＰＳセンサ２５５及びＲＴＣ１３０から読み込む。これらの値はメモリ２１５内に格納される。

メモリ２１５の内容は、生産物１０５が特定の配置例えば最終宛先に到達するまで、或いは末端ユーザが手に入れるまで、保持される。求められたときには、メモリ２１５の内容は読み取られ、生産物１０５が晒されてきた条件の解析に使用される。

実施形態においては、メモリ２１５の内容は、外部コンピュータその他の装置に接続されている適当なコネクタを、通信ポート２６５のコネクタ２７５と接続することにより、読み取られる。例えば、コネクタ２７５と接続することにより電源スイッチ２７０が通信ポート２６５及びコネクタ２７５をオン状態とし、マイクロコントローラ１１０に対する割り込みを発生させる。この割り込みを受け取ると、マイクロコントローラ１１０は割り込みを処理し、どのようなサービスルーチンが適当かを識別し、メモリ２１５内に格納されている計測値を通信ポート２６５及びコネクタ２７５へと送る処理を実行する。

他の実施形態においては、メモリ２１５の内容は例えば企業１４０からのネットワーク１４５を介した要求又は通信によって、取得される。まず、生産物１０５が宛先ユーザに届いたというデータエントリがあると、コンピュータ１５５のユーザのうち一人がネットワーク１４５を介して要求を発し、或いはその種の要求が複数台のコンピュータ１５５のうちいずれかから自動的に発せられる。その要求は内部ネットワーク１６０からコンピュータ１５０へ、更にネットワーク１４５を介してマイクロコントローラへと、ルーティングされる。この要求を受信したとき、マイクロコントローラ１１０はメモリ２１５内の計測結果を、要求元のコンピュータ１５５に対して返送する。或いは、又はこれと共に、この要求によって他の宛先が特定され、マイクロコントローラ１１０は当該他の宛先へと計測結果を送信する。

以上、本発明に関し輸送条件の記録という文脈で説明を行った。理解されるべきことの一つは、本発明を商品ライフサイクルの各フェーズにおける条件監視にも使用できることである。例えば、システム１００を用いることによって、不穏当な記憶内容或いは動作温度を検出し、敏感な装置の保証を廃止・軽減することもできる。システム１００は、また、生産物１０５の誤用・乱用、定められた条件外での使用、或いは通常のユーザ環境で間欠的に発生する変則的状況を検知するため、使用することもできる。

本発明は、比較的安価で既存の商品に容易に集積化可能なデータ取得システムを提供するものである。これによって、大規模に分散している生産物からデータを収集することが可能になり、或いは特定の生産物の各瞬間におけるデータを収集することが可能になる。本発明は、また、既存の包装や既存の商品の形状を変更する必要がないデータ取得システムを提供するものである。更に、本発明は通信ポートから或いはネットワークを介して直接にデータを取得可能にするという利点も有している。

本発明の教示によるデータ取得システムの構成を示す概念図である。 データ取得システムの一部として組み込まれるセンサシステムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ データ取得システム、１０５ 生産物、１１０ マイクロコントローラ、１１５ マイクロプロセッサ、１２０ オンボードメモリ、１２５ アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ）、１３０ リアルタイムクロック割り込みコントローラ（ＲＴＣ）、１３５ ユニバーサル非同期受信送信機（ＵＡＲＴ）、１４０ 企業、１４５ ネットワーク、１５０，１５５ コンピュータ、１６０ 内部ネットワーク、１６５ センサシステム、１７０ プログラム、２０５ マイクロコントローラインタフェース、２１５ メモリ、２２０ 制御回路、２２５ 電源、２３０ センサ、２３５ 湿度センサ、２４０ 温度センサ、２４５ 加速度計、２５０ タイマ、２５５ ＧＰＳセンサ、２６０ センサインタフェース、２６５ 通信ポート、２７０ 電源スイッチ、２７５ コネクタ。

Claims (4)

1. 末端ユーザへと輸送される生産物であって、
   前記生産物の環境条件を示す環境条件量を検出するセンサシステムと、
   前記センサシステムを制御するマイクロコントローラと、
   前記生産物にコンピューティングデバイスを接続するための通信ポートと、
   前記センサシステムおよび前記マイクロコントローラに電力を供給する電源と、
   を備え、
   前記センサシステムは、前記環境条件量を記憶するメモリを備え、
   前記マイクロコントローラは、
   電源条件に制約が施され、前記マイクロコントローラの一部が動作しない省力モードで動作しているときに割り込み指令を取得したときは、当該省力モードでの動作を解消し、当該省力モードでの動作が解消されているときに前記センサシステムから前記環境条件量を読み込み、読み込まれた前記環境条件量を前記メモリに記憶し、
   前記センサシステムは、
   検出した前記環境条件量と予め定められたしきい値との比較に応じて前記マイクロコントローラに前記割り込み指令を与え、
   前記コンピューティングデバイスは、前記通信ポートを介して前記メモリから前記環境条件量を取り寄せる、
   データ取得機能付きの生産物。
2. 前記マイクロコントローラに備えられ、
   前記センサシステムとは別に、予め定められた周期で前記割り込み指令を発生する割り込みコントローラを備える、
   請求項１に記載の生産物。
3. 請求項１または請求項２に記載の生産物と、
   前記コンピューティングデバイスと、
   を備えるデータ取得システム。
4. 末端ユーザへと輸送される生産物に着脱可能に設けられるセンサシステムであって、
   前記生産物の環境条件を示す環境条件量を検出するセンサと、
   前記環境条件量を記憶するメモリと、
   前記生産物に備えられるマイクロコントローラであって、電源条件に制約が施され、前記マイクロコントローラの一部が動作しない省力モードで動作しているときに割り込み指令を取得したときは、当該省力モードでの動作を解消し、当該省力モードでの動作が解消されているときに前記センサから前記環境条件量を読み込み、読み込まれた前記環境条件量を前記メモリに記憶するマイクロコントローラ、に対するインターフェースと、
   前記センサによって検出された前記環境条件量と予め定められたしきい値との比較に応じて、前記マイクロコントローラに前記インターフェースを介して前記割り込み指令を与える割り込み指令発生手段と、
   前記センサシステムおよび前記マイクロコントローラに電力を供給する電源と、
   を備える、センサシステム。

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