JP5178482B2 - Wireless communication system - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信システムに関する。 The present invention relates to a wireless communication system.
近年、落雷に伴って発生する高周波数で過渡的な過電圧、いわゆる雷サージから保護するために無線通信機器の雷サージの侵入経路上(アンテナ等)に、特許文献1に開示されるようなサージアブソーバ(避雷器)を設ける場合がある。尚、サージアブソーバは、雷サージを大地に逃がすことで、無線通信機器の内部の損傷を防止するものである。また、無線通信機器は、雷サージからの保護のみならず、警報出力や誤動作防止の制御のために雷サージを検出する必要があるが、サージアブソーバのみでは雷サージを検出することができない。このため、サージアブソーバとは別に、特許文献2に開示されるような雷サージを検出するためのサージセンサが必要となる。
しかし、サージアブソーバとサージセンサとを無線通信機器に対して個別に設ける場合、サージアブソーバとサージセンサ夫々の大きさのみならず、夫々に電源が必要となる。このため、サージアブソーバ、サージセンサ及び無線通信機器を含めたシステム規模が大きくなるという問題があった。 However, when the surge absorber and the surge sensor are individually provided for the wireless communication device, not only the size of the surge absorber and the surge sensor but also a power source is required for each. For this reason, there existed a problem that the system scale containing a surge absorber, a surge sensor, and a radio | wireless communication apparatus became large.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、システム規模を抑えつつ雷サージからの保護と雷サージの検出とを行える無線通信システムを提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a wireless communication system capable of protecting against lightning surge and detecting lightning surge while suppressing the system scale.
上記課題を解決するための主たる本発明は、アンテナと当該アンテナを介して送受信する無線通信モジュールとを有した無線通信システムであって、一方の電極が前記アンテナと前記無線通信モジュールとの間の第1信号線に接続されるとともに、他方の電極がLowレベルに接地され、前記アンテナにより受信した雷サージによって絶縁状態から短絡状態に移行するコヒーラと、前記アンテナにより受信した雷サージを検出する検出部と、
一方の端子がHighレベルの電源電圧と接続され、他方の端子が前記検出部の入力ポートと接続されるプルアップ抵抗と、前記第1信号線と前記コヒーラの一方の電極との間の第2信号線と、前記プルアップ抵抗の他方の端子と前記検出部の入力ポートとの間の第3信号線と、の間に設けられる高周波阻止コイルと、を有し、前記検出部は、前記入力ポートへの入力が前記Highレベルから前記Lowレベルに変化したとき前記雷サージを検出すること、を特徴とする。
A main aspect of the present invention for solving the above-described problem is a wireless communication system having an antenna and a wireless communication module that transmits and receives via the antenna, wherein one electrode is disposed between the antenna and the wireless communication module. A coherer that is connected to the first signal line and whose other electrode is grounded to a low level and is shifted from an insulated state to a short-circuit state by a lightning surge received by the antenna, and a detection that detects the lightning surge received by the antenna And
A pull-up resistor whose one terminal is connected to a high-level power supply voltage and whose other terminal is connected to the input port of the detection unit, and a second between the first signal line and one electrode of the coherer. A high-frequency blocking coil provided between the signal line and a third signal line between the other terminal of the pull-up resistor and the input port of the detection unit, and the detection unit includes the input The lightning surge is detected when the input to the port changes from the high level to the low level.
また、上記に記載の無線通信システムであって、前記検出部は、前記無線通信モジュールによる前記アンテナを介した送受信を制御する機能を有し、前記雷サージを検出してから所定期間が経過するまでの間、前記無線通信モジュールによる前記アンテナを介した送受信を停止させる制御を行うこと、としてもよい。 Further, in the wireless communication system described above, the detection unit has a function of controlling transmission / reception via the antenna by the wireless communication module, and a predetermined period elapses after the lightning surge is detected. In the meantime, control for stopping transmission / reception via the antenna by the wireless communication module may be performed.
また、上記に記載の無線通信システムであって、前記検出部の出力ポートと接続され、前記コヒーラを振動させて前記雷サージによる前記コヒーラの短絡状態を絶縁状態に復帰させるデコヒーラを有し、前記検出部は、前記雷サージを検出してから前記所定期間が経過したとき、前記デコヒーラを動作させる制御を行うこと、としてもよい。 Further, in the wireless communication system described above, the decohealer is connected to an output port of the detection unit, vibrates the coherer, and returns a short circuit state of the coherer due to the lightning surge to an insulating state, A detection part is good also as performing control which operates the decohealer when the predetermined period passes after detecting the lightning surge.
また、上記に記載の無線通信システムであって、前記検出部は、前記デコヒーラを動作させて前記コヒーラの短絡状態を絶縁状態に復帰させたとき、前記無線通信モジュールに対し前記アンテナを介した送受信の停止を解除させる制御を行うこと、としてもよい。 Further, in the wireless communication system described above, when the detection unit operates the decoherer to return the short circuit state of the coherer to an insulating state, the detection unit transmits and receives via the antenna to the wireless communication module. It is good also as performing control which cancels | releases this stop.
また、上記に記載の無線通信システムであって、前記検出部は、前記無線通信モジュールに対し前記アンテナを介した送受信の停止を解除させた後、前記無線通信モジュールに対し前記雷サージを検出したことを示す送信信号を前記アンテナを介して送信させる制御を行うこと、としてもよい。 Further, in the wireless communication system described above, the detection unit detects the lightning surge to the wireless communication module after releasing the stop of transmission / reception via the antenna from the wireless communication module. It is good also as performing control which transmits the transmission signal which shows that via the said antenna.
その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。 In addition, the problems disclosed in the present application and the solutions thereof will be clarified by the column of the best mode for carrying out the invention and the drawings.
本発明に示されるとおり、システム規模を抑えつつ雷サージからの保護と雷サージの検出とを行える無線通信システムを提供することができる。 As shown in the present invention, it is possible to provide a wireless communication system capable of protecting against lightning surge and detecting lightning surge while suppressing the system scale.
以下では、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
<<<無線通信システムの構成>>>
図1は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示した図である。同図に示す無線通信システム100は、送配電線が架設された鉄塔に設置される所定の無線通信を行うシステムであるが、所定の無線通信を行う機能のみならず、後述のコヒーラ130並びにデコヒーラ170を利用した雷サージから保護する機能と雷サージを検出する機能とを具備している。尚、雷サージを検出する機能の場合、自身が設置された鉄塔に発生した落雷に伴う雷サージを検出したことを示す雷サージ検出信号Sを電力会社の支社や営業所等に設置される監視サーバ(不図示)に送信する。
<<< Configuration of Wireless Communication System >>>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention. The
無線通信システム100は、無線通信モジュール110、アンテナ120、コヒーラ130、MCU(Micro Control Unit)140、プルアップ抵抗150、高周波阻止コイル160、デコヒーラ170を有する。
The
無線通信モジュール110は、アンテナ120で受信した受信信号Aが第1信号線122を介して入力され、その入力された受信信号Aを所定の通信プロトコルに従って復調する。尚、復調された信号は所定の出力装置(不図示)に出力される。また、無線通信モジュール110は、送信すべき情報を所定の通信プロトコルに従った送信信号Dに変調してアンテナ120を介して送信する。
The
コヒーラ130は、一方の電極134aがアンテナ120と無線通信モジュール110との間の第1信号線122に接続され、他方の電極134bがLowレベルの電位の大地に接続(接地)される。コヒーラ130は、図2に示すように、一対の電極134a、134b間にニッケル等の金属粉末132を挟み込み、それらを絶縁体136で被覆した構造をしている。通常状態における電極134間の電気抵抗は高くほぼ絶縁状態(Hi−Z状態)であるが、落雷により急激で大きな電界強度の変化(雷サージ)を受けると反応して電気抵抗が減少し、最終的には短絡状態(コヒーア)になるという特性を有する。
In the
尚、典型的な雷放電による電界強度の変化としては100μS間に最大で約120V/mに及ぶことが知られている。一方、緩やかな電界強度の変化に対しては感度が低く殆ど反応しないという特性を有する。また、一度導通状態になると電流を切っても、元の絶縁状態には戻らないという特性を有しており、元の絶縁状態に戻すためには後述のデコヒーラ170が必要となる。
It is known that the change in electric field strength due to typical lightning discharge reaches about 120 V / m at the maximum in 100 μS. On the other hand, it has a characteristic that it has low sensitivity and hardly reacts to a gradual change in electric field strength. In addition, once it is in a conductive state, it has a characteristic that it does not return to the original insulating state even if the current is cut off. In order to return to the original insulating state, a
コヒーラ130の印加電圧に応じた時間特性を図3に示す。コヒーラ130は、印加電圧の上昇により、電極134と金属粉末132との間や金属粉末132同士で点接触が形成される点接触形成期を経て、定電圧ダイオードを並列に逆接続したものやバリスタ等に近似した電圧制限特性動作期(電極134間の電圧が降伏電圧から破壊電圧との間に制限される)に移行し、さらに印加電圧が破壊電圧に至ったときに短絡動作期に移行する。
FIG. 3 shows time characteristics according to the applied voltage of the
MCU140は、DI(Data Input)ポート142と、DO(Data Output)ポート144と、を備えている。DIポート142は、プルアップ抵抗150と高周波阻止コイル160と接続される。DOポート144は、デコヒーラ170と接続される。MCU140は、無線通信モジュール110によるアンテナ120を介した送受信を統括制御するものであり、特に、無線通信モジュール110の送受信を可能にするか不可能にするかを制御する機能と、DIポート142に入力されるレベル(Highレベル:雷サージの未検出、Lowレベル:雷サージの検出)に基づいて落雷に伴う雷サージを検出する機能と、を有する。さらに、DOポート144より出力されるレベル(Highレベル:デコヒーラ170の動作、Lowレベル:デコヒーラ170の停止)に基づいてデコヒーラ170を動作又は停止させる機能を有する。尚、MCU140以外にCPUとメモリとを備えるプロセッサとして実施してもよいし、上記の二つの機能を個別のプロセッサとして実施しても良い。
The MCU 140 includes a DI (Data Input)
プルアップ抵抗150は、一方の端子がMCU140におけるHighレベルの電圧に対応した電源電圧VCCと接続され、他方の端子がMCU140のDIポート142と接続される。高周波阻止コイル160は、第1信号線122とコヒーラ130の一方の電極134aとの間を接続する第2信号線124と、プルアップ抵抗150の他方の端子とDIポート142との間を接続する第3信号線155、との間に設けられる。高周波阻止コイル160は、チョークコイルやラインフィルタとも呼ばれ、所定の周波数を上回る高周波電流(雷サージ)の通過を阻止するコイルである。
The pull-
デコヒーラ170は、短絡状態となったコヒーラ130を元の絶縁状態に復帰させるための装置である。デコヒーラ170は、例えば圧電素子や電磁石を備えており、MCU140のDOポート144から出力される指令(Highレベル:動作、Lowレベル:停止)に基づいて上記の圧電素子や電磁石より超音波(20kHz以上)を発生し、コヒーラ130の絶縁体136を振動させることで、コヒーラ130を短絡状態から元の絶縁状態に復帰させる。
The
<<<無線通信システムの動作>>>
図4は、無線通信システム100の動作を示すタイミングチャートである。尚、同図に示す時刻t0、t1、t2、t3の順に時間が経過するものとして、時刻t1に雷サージが発生してコヒーラ130が動作し、時刻t2にデコヒーラ170が動作し、時刻t3にコヒーラ130が復帰する場合を示している。
<<< Operation of Wireless Communication System >>>
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the
時刻t0から時刻t1までの間、落雷が発生しておらず、アンテナ120で受信される受信信号Aの電界強度の変化が緩やかであり、コヒーラ130は絶縁状態(Hi−Z状態)を維持している。このため、受信信号Aはコヒーラ130や高周波阻止コイル160を介したMCU140のDIポート142に向かわず無線通信モジュール110に入力される。また、DIポート142にはプルアップ抵抗150を介して電源電圧VCCに応じたHighレベルが入力され、これに応じて、MCU140は、無線通信モジュール110に送受信可能を指示する通信制御信号Cを出力する。
From time t0 to time t1, no lightning strike has occurred, the change in the electric field strength of the received signal A received by the
時刻t1では、落雷が発生したことに伴って受信信号Aの急激で大きな電界強度の変化(雷サージ)が生じており、コヒーラ130は絶縁状態から短絡状態に移行することになる。このため、受信信号Aは無線通信モジュール110に向けて流れず、コヒーラ130を介して大地の方に流れる。このとき、コヒーラ130は、無線通信モジュール110を雷サージから保護するサージアブソーバとしての機能を実現していることになる。
At time t1, a sudden and large change in electric field strength (lightning surge) of the received signal A occurs with a lightning strike, and the
また、落雷が発生した際の受信信号Aは高周波数となっており、高周波阻止コイル160によってMCU140のDIポート142に向けた受信信号Aの高周波成分の入力が阻止される。尚、高周波阻止コイル160は受信信号Aの直流成分を流すことが可能であるため、MCU140のDIポート142にはコヒーラ130を介して大地のLowレベルが入力される。これにより、MCU140は、DIポート142の入力レベルがHighレベルからLowレベルに変化したことを受けて、雷サージを検出したことになる。そして、MCU140は、ノイズ等の大きい無効な送信信号Dをアンテナ120から送信することを防止するために、無線通信モジュール110に対し送受信の停止を指示する通信制御信号Cを出力する。
Further, the received signal A when a lightning strike is at a high frequency, and the high
時刻t1から所定期間T0を経過した時刻t2では、MCU140のDOポート144からの指令(Highレベル)に基づいてデコヒーラ170が動作し、コヒーラ130が短絡状態から元の絶縁状態に移行することを開始する。
At time t2 when a predetermined period T0 has elapsed from time t1, the
時刻t3では、コヒーラ130が短絡状態から元の絶縁状態に復帰し、落雷が発生していない時刻t0から時刻t1までの状態に戻る。即ち、DIポート142にはプルアップ抵抗150を介して電源電圧VCCに応じたHighレベルが入力される。MCU140は、DIポート142の入力レベルがLowレベルからHighレベルに変化したことを受けて、無線通信モジュール110に対し雷サージを検出したことを示す雷サージ検出信号Sの送信指示と送受信の停止の解除を指示する通信制御信号Cを出力する。このとき、MCU140は、雷サージを検出する機能を実現していることになる。
At time t3, the
そして、無線通信モジュール110は、MCU140から指示された雷サージ検出信号Sを所定の通信プロトコルに従って送信信号Dに変調してアンテナ120より送信することができる。これにより、送信信号Dを受信した電力会社の支社や営業所では、落雷の発生した鉄塔を把握することができ、その後の保守対応を迅速に行えるようになる。
Then, the
以上より、無線通信システム100は、サージアブソーバやサージセンサを用いることなく、コヒーラ130並びにデコヒーラ170とMCU140等による小規模なシステム構成で、無線通信モジュール110を雷サージから保護するサージアブソーバとしての機能と、雷サージを検出する機能とを、実現することができる。尚、コヒーラ130に関しては雷サージで動作するため電源が不要である。
As described above, the
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記の実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。 Although the best mode for carrying out the present invention has been described above, the above embodiment is intended to facilitate understanding of the present invention and is not intended to limit the present invention. . The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and equivalents thereof are also included in the present invention.
100 無線通信システム
110 無線通信モジュール
120 アンテナ
122 信号線
130 コヒーラ
132 金属粉末
134a、134b 電極
136 絶縁体
140 MCU
142 DIポート
144 DOポート
150 プルアップ抵抗
155 信号線
160 高周波阻止コイル
124 信号線
170 デコヒーラ
100
142
Claims (5)
一方の電極が前記アンテナと前記無線通信モジュールとの間の第1信号線に接続されるとともに、他方の電極がLowレベルに接地され、前記アンテナにより受信した雷サージによって絶縁状態から短絡状態に移行するコヒーラと、
前記アンテナにより受信した雷サージを検出する検出部と、
一方の端子がHighレベルの電源電圧と接続され、他方の端子が前記検出部の入力ポートと接続されるプルアップ抵抗と、
前記第1信号線と前記コヒーラの一方の電極との間の第2信号線と、前記プルアップ抵抗の他方の端子と前記検出部の入力ポートとの間の第3信号線と、の間に設けられる高周波阻止コイルと、を有し、
前記検出部は、前記入力ポートへの入力が前記Highレベルから前記Lowレベルに変化したとき前記雷サージを検出すること、
を特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system having an antenna and a wireless communication module that transmits and receives via the antenna,
One electrode is connected to the first signal line between the antenna and the wireless communication module, and the other electrode is grounded to the low level, and the lightning surge received by the antenna shifts from the insulation state to the short-circuit state. Coherer to do,
A detector for detecting a lightning surge received by the antenna;
A pull-up resistor having one terminal connected to a high level power supply voltage and the other terminal connected to the input port of the detection unit;
Between the second signal line between the first signal line and one electrode of the coherer, and the third signal line between the other terminal of the pull-up resistor and the input port of the detection unit. A high-frequency blocking coil provided,
The detecting unit detects the lightning surge when an input to the input port changes from the high level to the low level;
A wireless communication system.
前記検出部は、前記無線通信モジュールによる前記アンテナを介した送受信を制御する機能を有し、前記雷サージを検出してから所定期間が経過するまでの間、前記無線通信モジュールによる前記アンテナを介した送受信を停止させる制御を行うこと、
を特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 1,
The detection unit has a function of controlling transmission / reception through the antenna by the wireless communication module, and detects a lightning surge and passes through the antenna by the wireless communication module until a predetermined period elapses. Control to stop transmission / reception
A wireless communication system.
前記検出部の出力ポートと接続され、前記コヒーラを振動させて前記雷サージによる前記コヒーラの短絡状態を絶縁状態に復帰させるデコヒーラを有し、
前記検出部は、前記雷サージを検出してから前記所定期間が経過したとき、前記デコヒーラを動作させる制御を行うこと、
を特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 2,
A decohealer connected to the output port of the detection unit, oscillating the coherer and returning the short circuited state of the coherer due to the lightning surge to an insulated state;
The detection unit performs a control to operate the decohealer when the predetermined period has elapsed after detecting the lightning surge;
A wireless communication system.
前記検出部は、前記デコヒーラを動作させて前記コヒーラの短絡状態を絶縁状態に復帰させたとき、前記無線通信モジュールに対し前記アンテナを介した送受信の停止を解除させる制御を行うこと、
を特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system according to claim 3,
The detection unit, when operating the decoherer to return the short circuit state of the coherer to an insulating state, performs a control to release the stop of transmission and reception through the antenna to the wireless communication module,
A wireless communication system.
前記検出部は、前記無線通信モジュールに対し前記アンテナを介した送受信の停止を解除させた後、前記無線通信モジュールに対し前記雷サージを検出したことを示す送信信号を前記アンテナを介して送信させる制御を行うこと、
を特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 4,
The detection unit causes the wireless communication module to cancel transmission / reception stop via the antenna and then causes the wireless communication module to transmit a transmission signal indicating that the lightning surge has been detected via the antenna. Doing control,
A wireless communication system.
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