JP5492019B2 - Wireless communication apparatus, sensor module, and reflected wave processing method - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、電波によるデータ送信を行なう無線通信装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a wireless communication apparatus that performs data transmission using radio waves.

近年、原子力プラントなどの高度の監視機能を必要とする施設では、多数のセンサモジュールから構成されるセンサネットワークの適用が注目されている。センサモジュールはそれぞれ、例えば地震振動計測を行なうセンサを内蔵する小型デバイスである。   In recent years, in facilities that require advanced monitoring functions such as nuclear power plants, application of sensor networks composed of a large number of sensor modules has attracted attention. Each of the sensor modules is a small device that incorporates a sensor that performs, for example, earthquake vibration measurement.

センサモジュールは、センサにより得られる計測データをセンサネットワークに接続される管理システムに送信する。センサモジュールは、計測データを送信するための無線通信装置を含む構成が一般的である。これにより、センサネットワークを構築する上で、データ通信のケーブルレス化を実現し、ネットワーク設備の維持及び管理の効率化を図ることができる。   The sensor module transmits measurement data obtained by the sensor to a management system connected to the sensor network. A sensor module generally includes a wireless communication device for transmitting measurement data. As a result, in constructing the sensor network, it is possible to realize dataless cable communication and to maintain and manage the network equipment more efficiently.

特開2008−292319号公報JP 2008-292319 A 特開2004−226157号公報JP 2004-226157 A

センサモジュールは小型デバイスであるため、内蔵する電源として相対的に小容量の電池などを使用する。このため、電池交換などの作業の効率化を図るためにも、電池の電力消費を抑制するための対策が重要である。   Since the sensor module is a small device, a relatively small capacity battery or the like is used as a built-in power source. For this reason, in order to improve the efficiency of work such as battery replacement, measures for suppressing power consumption of the battery are important.

電池交換を不要とする技術として、振動や熱、光などの自然エネルギーから得られる環境発電技術や電波をエネルギー源とする電源技術が周知である。しかしながら、環境発電技術は小型化が容易でない。また、電波を利用する電源技術では、外部から高い電波強度の電波を受信する必要があり、センサモジュールの周辺装置に対して、機器の誤作動の要因となるような影響を与える可能性がある。   Known technologies that eliminate the need for battery replacement include energy harvesting technology obtained from natural energy such as vibration, heat, and light, and power source technology using radio waves as an energy source. However, it is not easy to reduce the size of the energy harvesting technology. In addition, the power supply technology that uses radio waves needs to receive radio waves with high radio field intensity from the outside, which may affect the peripheral devices of the sensor module, causing malfunction of the equipment. .

そこで、周囲環境に依存せずに、電源の電力消費を効率的に抑制できることが求められる。   Therefore, it is required that the power consumption of the power source can be efficiently suppressed without depending on the surrounding environment.

本実施形態によれば、無線通信装置は、電波送出手段と、反射波回収手段と、変換手段と、電波受信手段と、切り替え手段とを備えた構成である。前記電波送出手段は送信電波をアンテナに送出する。前記反射波回収手段は前記アンテナからの反射波を回収する。前記変換手段は前記反射波回収手段により回収された前記反射波を電力に変換する。前記電波受信手段は前記アンテナで受信した受信電波を入力する。前記切り替え手段は前記反射波回収手段との経路を切り替える手段であって、受信動作時には、前記アンテナで受信した受信電波を、前記反射波回収手段を介して前記電波受信手段に転送し、前記受信動作時を除く送信動作時または待機状態時には、前記アンテナからの前記反射波または電磁波を、前記反射波回収手段を介して前記変換手段に転送するAccording to this embodiment, the wireless communication apparatus includes a radio wave transmission unit, a reflected wave collection unit, a conversion unit, a radio wave reception unit, and a switching unit . The radio wave transmission means transmits a transmission radio wave to the antenna. The reflected wave collection means collects a reflected wave from the antenna. The converting means converts the reflected wave collected by the reflected wave collecting means into electric power. The radio wave receiving means inputs a received radio wave received by the antenna. The switching means is a means for switching a path with the reflected wave collection means, and at the time of reception operation, the received radio wave received by the antenna is transferred to the radio wave reception means via the reflected wave collection means, and the reception During a transmission operation or a standby state other than the operation time, the reflected wave or electromagnetic wave from the antenna is transferred to the conversion unit via the reflected wave collection unit .

第1の実施形態に関するセンサモジュールの構成を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the structure of the sensor module regarding 1st Embodiment. 第1の実施形態に関するセンサモジュールの動作を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating operation | movement of the sensor module regarding 1st Embodiment. 第2の実施形態に関するセンサモジュールの動作を説明するためのタイミングチャート。The timing chart for demonstrating operation | movement of the sensor module regarding 2nd Embodiment. 第2の実施形態に関する電源ユニットの構成を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the structure of the power supply unit regarding 2nd Embodiment. 第3の実施形態に関するセンサモジュールの構成を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the structure of the sensor module regarding 3rd Embodiment. 第3の実施形態に関する通信距離と電波強度との関係を説明するための図。The figure for demonstrating the relationship between the communication distance and radio wave intensity regarding 3rd Embodiment. 第3の実施形態に関する電波強度と送信電波出力との関係を示すテーブル情報の一例を示す図。The figure which shows an example of the table information which shows the relationship between the electromagnetic wave intensity regarding 3rd Embodiment, and a transmission electromagnetic wave output. 第3の実施形態に関する異常検知を説明するための図。The figure for demonstrating the abnormality detection regarding 3rd Embodiment. 各実施形態に関するセンサネットワークを説明するための図。The figure for demonstrating the sensor network regarding each embodiment. 第3の実施形態に関する管理テーブルの一例を説明するための図。The figure for demonstrating an example of the management table regarding 3rd Embodiment.

以下図面を参照して、実施形態を説明する。   Embodiments will be described below with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に関するセンサモジュール10の構成を説明するためのブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram for explaining a configuration of a sensor module 10 according to the first embodiment.

センサモジュール10は、モジュール本体として、コントローラ11と、センサ12と、メモリ13と、無線回路14とを有する。さらに、センサモジュール10は、電源ユニット15及びアンテナユニット21を含む小電力仕様の小型デバイスである。   The sensor module 10 includes a controller 11, a sensor 12, a memory 13, and a wireless circuit 14 as a module body. Further, the sensor module 10 is a small device with a low power specification including a power supply unit 15 and an antenna unit 21.

コントローラ11は、マイクロプロセッサ(CPU)から構成されており、センサ12及び無線回路14を制御する。センサ12は、例えばプラントに設置されている地震振動計測用センサであり、計測データをコントローラ11に出力する。なお、センサ12は、地震振動計測用センサ以外の各種の計測用センサに置き換え可能である。メモリ13は、センサ12から出力される計測データを一時的に保存する記憶領域、コントローラ11のCPUが実行するプログラムを記憶領域、及びコントローラ11の処理に必要な作業用記憶領域などに使用される。   The controller 11 includes a microprocessor (CPU) and controls the sensor 12 and the radio circuit 14. The sensor 12 is, for example, a seismic vibration measurement sensor installed in the plant, and outputs measurement data to the controller 11. The sensor 12 can be replaced with various measurement sensors other than the seismic vibration measurement sensor. The memory 13 is used as a storage area for temporarily storing measurement data output from the sensor 12, a storage area for a program executed by the CPU of the controller 11, and a work storage area necessary for processing of the controller 11. .

無線回路14は、無線通信によりデータを送受信する無線通信モジュールであり、例えば特定小電力無線局(空中線電力が10mW以下)の仕様で構成されている。無線回路14は、アンテナユニット21に接続し、アンテナユニット21に対して送信電波を送出する。また、無線回路14は、アンテナユニット21から転送される受信電波を受信する。   The wireless circuit 14 is a wireless communication module that transmits and receives data by wireless communication, and is configured with a specification of, for example, a specific low power wireless station (aerial power is 10 mW or less). The radio circuit 14 is connected to the antenna unit 21 and transmits transmission radio waves to the antenna unit 21. Further, the radio circuit 14 receives a received radio wave transferred from the antenna unit 21.

アンテナユニット21は、アンテナ22と、反射波回収回路23と、第1のスイッチ回路24と、第2のスイッチ回路25とを有する。反射波回収回路23は、例えばサーキュレータ(circulator)から構成されており、無線回路14とアンテナ21との間に配置される。   The antenna unit 21 includes an antenna 22, a reflected wave recovery circuit 23, a first switch circuit 24, and a second switch circuit 25. The reflected wave recovery circuit 23 is composed of, for example, a circulator, and is disposed between the radio circuit 14 and the antenna 21.

反射波回収回路23は、無線回路14と第1のスイッチ回路24を介して接続し、無線回路14から送出される送信電波をアンテナ22に供給する。一方、反射波回収回路23は、第2のスイッチ回路25に接続し、アンテナ22からの反射波また受信電波を第2のスイッチ回路25に転送する。後述するように、本実施形態の反射波回収回路23は、アンテナ22からの反射波を回収し、電源ユニット15の変換回路20に供給する。   The reflected wave recovery circuit 23 is connected to the radio circuit 14 via the first switch circuit 24 and supplies the transmission radio wave transmitted from the radio circuit 14 to the antenna 22. On the other hand, the reflected wave recovery circuit 23 is connected to the second switch circuit 25 and transfers the reflected wave or received radio wave from the antenna 22 to the second switch circuit 25. As will be described later, the reflected wave recovery circuit 23 of the present embodiment recovers the reflected wave from the antenna 22 and supplies it to the conversion circuit 20 of the power supply unit 15.

電源ユニット15は、具体的には充電方式の電池ユニットであり、発電素子16と、整流/昇圧回路17と、充放電回路18と、蓄電素子19と、変換回路20とを有する。充放電回路18は、一定の電圧/電流の電力をコントローラ11と、センサ12と、メモリ13と、無線回路14に供給する。変換回路20は、電波のエネルギーを電力に変換する回路であり、変換した電力を整流/昇圧回路17を介して充放電回路18に供給する。蓄電素子19は、センサモジュール10の動作停止時に、充放電回路18からの充電により電力を蓄える。   Specifically, the power supply unit 15 is a battery unit of a charging system, and includes a power generation element 16, a rectification / boost circuit 17, a charge / discharge circuit 18, a storage element 19, and a conversion circuit 20. The charge / discharge circuit 18 supplies power of a constant voltage / current to the controller 11, the sensor 12, the memory 13, and the wireless circuit 14. The conversion circuit 20 is a circuit that converts radio wave energy into electric power, and supplies the converted electric power to the charge / discharge circuit 18 via the rectification / boost circuit 17. The storage element 19 stores power by charging from the charge / discharge circuit 18 when the operation of the sensor module 10 is stopped.

本実施形態では、変換回路20は、第2のスイッチ回路25を介して、反射波回収回路23に接続されている。変換回路20は、反射波回収回路23により回収される反射波を電力に変換する。換言すれば、変換回路20は、アンテナ22からの反射波を電力を生成する一種の補助電源である。   In the present embodiment, the conversion circuit 20 is connected to the reflected wave recovery circuit 23 via the second switch circuit 25. The conversion circuit 20 converts the reflected wave recovered by the reflected wave recovery circuit 23 into electric power. In other words, the conversion circuit 20 is a kind of auxiliary power source that generates electric power from the reflected wave from the antenna 22.

[センサモジュールの動作]
以下、図2のフローチャート及び図3のタイミングチャートを参照して、本実施形態のセンサモジュール10の動作を説明する。
[Operation of sensor module]
Hereinafter, the operation of the sensor module 10 of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 2 and the timing chart of FIG.

まず、センサモジュール10は、地震の発生がない状態では、消費電力を抑制するために待機状態(スリープ状態)を維持している(ステップS1)。センサモジュール10は、地震発生をトリガとしてコントローラ11が起動し、計測を開始する(ステップS2のYES,S3)。コントローラ11は、センサ12から計測データ(ここでは地震による振動値データ)を入力し、例えばデータ圧縮などの処理を実行してメモリ13に一時的に保存する(ステップS4)。   First, the sensor module 10 maintains a standby state (sleep state) in order to suppress power consumption in a state where no earthquake occurs (step S1). In the sensor module 10, the controller 11 is activated with the occurrence of an earthquake as a trigger, and starts measurement (YES in step S2, S3). The controller 11 inputs measurement data (here, vibration value data due to an earthquake) from the sensor 12, executes a process such as data compression, and temporarily stores it in the memory 13 (step S4).

コントローラ11は、予め決められたサンプリング周波数で規定時間に達するまで、センサ12からの計測データを収集してメモリ13に保存する(ステップS5)。次に、コントローラ11は、メモリ13に保存された計測データを読み出し、所定のデータ単位からなる送信用データを作成して、無線回路14に出力する(ステップS6)。   The controller 11 collects measurement data from the sensor 12 and saves it in the memory 13 until a predetermined time is reached at a predetermined sampling frequency (step S5). Next, the controller 11 reads the measurement data stored in the memory 13, creates transmission data composed of a predetermined data unit, and outputs it to the radio circuit 14 (step S6).

無線回路14は、コントローラ11からの送信用データで変調した送信電波を送出し、アンテナ22から送信する(ステップS7)。無線回路14は、メモリ13に保存されたデータの全てを送信するまで送信動作を継続する(ステップS8)。   The radio circuit 14 transmits a transmission radio wave modulated with the transmission data from the controller 11 and transmits it from the antenna 22 (step S7). The radio circuit 14 continues the transmission operation until all the data stored in the memory 13 is transmitted (step S8).

ここで、無線回路14は、内蔵の内部コントローラがアンテナユニット21に含まれる第1のスイッチ回路24及び第2のスイッチ回路25の各接点SW1,SW2を切り替えることにより、送受信時の経路を切り替える制御を実行する。これにより、無線回路14は、図3に示すように、送受信動作を時分割で制御する。以下、図1及び図3を参照して、具体的に説明する。   Here, the wireless circuit 14 is configured to switch the path at the time of transmission / reception by switching the contacts SW1 and SW2 of the first switch circuit 24 and the second switch circuit 25 included in the antenna unit 21 by the built-in internal controller. Execute. Thereby, the radio | wireless circuit 14 controls transmission / reception operation by a time division, as shown in FIG. Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIGS. 1 and 3.

無線回路14の内部コントローラは、送信動作時に、第1のスイッチ回路24を接点SW1にセットし、第2のスイッチ回路25を接点SW2にセットする。これにより、無線回路14から送出される送信電波は、第1のスイッチ回路24、反射波回収回路23、及びアンテナ22までの経路を伝達し、アンテナ22から発信される(T1)。   The internal controller of the radio circuit 14 sets the first switch circuit 24 to the contact SW1 and the second switch circuit 25 to the contact SW2 during the transmission operation. Thus, the transmission radio wave transmitted from the radio circuit 14 is transmitted from the antenna 22 through the path to the first switch circuit 24, the reflected wave recovery circuit 23, and the antenna 22 (T1).

ここで、無線回路14からの送信電波は、図9に示すように、センサネットワークの基地局92で受信されて、管理システム91に転送される。管理システム91は、無線回路14からの送信電波から計測データを復調する。   Here, the transmission radio wave from the radio circuit 14 is received by the base station 92 of the sensor network and transferred to the management system 91 as shown in FIG. The management system 91 demodulates the measurement data from the transmission radio wave from the radio circuit 14.

このような送信電波の発信時に、アンテナ22からは余剰の電波である反射波が発生する。反射波回収回路23は反射波を、アンテナ22に接続するポートから導入し、第2のスイッチ回路25に接続するポートから導出する。このとき、第2のスイッチ回路25が接点SW2にセットされているため、反射波回収回路23により回収された反射波は、第2のスイッチ回路25と電源ユニット15間の経路を伝達し、変換回路20に導入される。   When such a transmission radio wave is transmitted, a reflected wave, which is a surplus radio wave, is generated from the antenna 22. The reflected wave recovery circuit 23 introduces the reflected wave from the port connected to the antenna 22 and derives it from the port connected to the second switch circuit 25. At this time, since the second switch circuit 25 is set at the contact SW2, the reflected wave recovered by the reflected wave recovery circuit 23 is transmitted through the path between the second switch circuit 25 and the power supply unit 15 and converted. Introduced into the circuit 20.

なお、反射波回収回路23は例えばサーキュレータから構成されているため、第2のスイッチ回路25に接続するポートと、第1のスイッチ回路24に接続するポートとは干渉しないように分離されている。即ち、反射波回収回路23は、2ポート間の電波が一方の方向のみに伝達されるアイソレータとして機能している。従って、反射波は無線回路14に導入されることはない。   In addition, since the reflected wave recovery circuit 23 is composed of, for example, a circulator, the port connected to the second switch circuit 25 and the port connected to the first switch circuit 24 are separated so as not to interfere with each other. That is, the reflected wave recovery circuit 23 functions as an isolator that transmits a radio wave between two ports only in one direction. Therefore, the reflected wave is not introduced into the radio circuit 14.

変換回路20は、反射波のエネルギーを電力に変換し、整流/昇圧回路17を介して充放電回路18に供給する。これにより、反射波から変換された電力は、充放電回路18からセンサモジュール10の補助電源として利用可能となる。また、センサモジュール10の待機時には、当該反射波から変換された電力は、蓄電素子19により予備電源として蓄えられることが可能となる。   The conversion circuit 20 converts the energy of the reflected wave into electric power and supplies it to the charge / discharge circuit 18 via the rectification / boost circuit 17. Thereby, the electric power converted from the reflected wave can be used as an auxiliary power source for the sensor module 10 from the charge / discharge circuit 18. Further, when the sensor module 10 is on standby, the electric power converted from the reflected wave can be stored as a standby power source by the power storage element 19.

ここで、無線回路14は、コントローラ11の制御により、データ送信に対する受信確認(AcK)を行なうための受信動作に移行する(T2)。この受信動作時に、無線回路14の内部コントローラは、第1のスイッチ回路24を接点SW2にセットし、第2のスイッチ回路25を接点SW1にセットする。これにより、アンテナ22で受信される受信電波は、反射波回収回路23、第2のスイッチ回路25及び第1のスイッチ回路24からなる経路を伝達し、無線回路14に導入される。無線回路14は、受信電波から受信確認(AcK)を復調し、コントローラ11に出力する。   Here, under the control of the controller 11, the radio circuit 14 shifts to a reception operation for performing reception confirmation (AcK) for data transmission (T2). During this reception operation, the internal controller of the wireless circuit 14 sets the first switch circuit 24 to the contact SW2, and sets the second switch circuit 25 to the contact SW1. As a result, the received radio wave received by the antenna 22 is transmitted through a path including the reflected wave recovery circuit 23, the second switch circuit 25, and the first switch circuit 24, and is introduced into the radio circuit 14. The radio circuit 14 demodulates the reception confirmation (AcK) from the received radio wave and outputs it to the controller 11.

以上のようにして、無線回路14は、図3に示すように、送受信動作を時分割で制御する(T1〜T4)。これにより、通信品質の劣化を抑制できる効果がある。ここで、無線回路14は、コントローラ11の制御により、規定時間内に受信確認が得られないときは、第1及び第2のスイッチ回路24,25を制御して送信動作時の経路に切り替えて、再送信を実行する。   As described above, the radio circuit 14 controls the transmission / reception operation in a time division manner as shown in FIG. 3 (T1 to T4). Thereby, there is an effect that deterioration of communication quality can be suppressed. Here, the radio circuit 14 controls the first and second switch circuits 24 and 25 to switch to the path for the transmission operation when the reception confirmation is not obtained within the specified time under the control of the controller 11. , Perform retransmission.

ここで、前述したように、センサモジュール10は、地震の発生がない状態では、消費電力を抑制するために待機状態を維持している。この待機状態では、無線回路14は、送信動作時と同様に、スイッチ回路24を接点SW1にセットし、第2のスイッチ回路25を接点SW2にセットした状態を維持する。これにより、アンテナ22から導入される周囲の電磁波が、反射波回収回路23により回収されて、電源ユニット15の変換回路20に送られる。従って、センサモジュール10の待機時にも、周囲の電磁波を回収して、変換回路20により補助電力として使用することが可能となる。   Here, as described above, the sensor module 10 maintains a standby state in order to suppress power consumption when there is no occurrence of an earthquake. In this standby state, the radio circuit 14 maintains the state where the switch circuit 24 is set to the contact SW1 and the second switch circuit 25 is set to the contact SW2, as in the transmission operation. Thereby, ambient electromagnetic waves introduced from the antenna 22 are collected by the reflected wave collection circuit 23 and sent to the conversion circuit 20 of the power supply unit 15. Therefore, even when the sensor module 10 is on standby, ambient electromagnetic waves can be collected and used as auxiliary power by the conversion circuit 20.

以上要するに本実施形態によれば、送信動作時のアンテナからの反射波を回収して、センサモジュール10の補助電力として利用することが可能となる。また、センサモジュール10の待機状態時でも、周囲の電磁波を回収して補助電力として利用することが可能となる。従って、小型化が容易でない環境発電技術や、外部から高い電波強度の電波を利用することなく、センサモジュール10の内部構成を利用することで、電源ユニット15の電力を補助する補助電力を使用することができる。これにより、電源ユニット15の発電素子16からの電力だけでなく、補助電力を利用できるため、結果として電源ユニット15の電力消費を効率的に抑制することが可能となる。   In short, according to the present embodiment, the reflected wave from the antenna during the transmission operation can be collected and used as auxiliary power for the sensor module 10. Further, even when the sensor module 10 is in a standby state, surrounding electromagnetic waves can be collected and used as auxiliary power. Therefore, the energy saving technology that is not easy to downsize and the auxiliary power that assists the power of the power supply unit 15 are used by using the internal configuration of the sensor module 10 without using high-frequency radio waves from the outside. be able to. Thereby, since not only the electric power from the power generation element 16 of the power supply unit 15 but also the auxiliary power can be used, the power consumption of the power supply unit 15 can be efficiently suppressed as a result.

ここで、反射波の電力換算は、アンテナ22の性能に依存するが、送信電波の電力の10%程度である。従って、本実施形態は、相対的に小電力使用の小型デバイスで使用される小容量の電源ユニットの補助電源として適用することが有効である。   Here, the power conversion of the reflected wave depends on the performance of the antenna 22, but is about 10% of the power of the transmission radio wave. Therefore, it is effective to apply this embodiment as an auxiliary power source for a small-capacity power supply unit used in a small device using relatively low power.

なお、本実施形態では、無線回路14の内部コントローラが、第1及び第2のスイッチ回路24,25を制御して、アンテナユニット21の送受信時の経路を切り替える構成について説明した。しかし、これに限ることなく、センサモジュール10のコントローラ11が第1及び第2のスイッチ回路24,25を制御する構成でもよい。このような構成であれば、無線回路14として、交換可能な標準仕様の無線回路を利用できる。   In the present embodiment, the configuration in which the internal controller of the wireless circuit 14 controls the first and second switch circuits 24 and 25 to switch the path when transmitting and receiving the antenna unit 21 has been described. However, the configuration is not limited to this, and the controller 11 of the sensor module 10 may control the first and second switch circuits 24 and 25. With such a configuration, a replaceable standard wireless circuit can be used as the wireless circuit 14.

また、前述のセンサネットワークは、図9に示すように、複数の基地局92と管理システム91とが光回線などを使用するネットワーク90に接続されており、各センサモジュール10-nと基地局92とが無線通信により計測データの送受信を行なうように構成されている。各センサモジュール10-nは、中継局93を介して基地局92と無線通信を行なう構成でもよい。管理システム91は、例えばプラントを監視するサーバであり、各センサモジュール10-nから送信される各種の計測データを収集し、プラントを監視および管理する。   Further, as shown in FIG. 9, the above-described sensor network includes a plurality of base stations 92 and a management system 91 connected to a network 90 using an optical line or the like, and each sensor module 10-n and the base station 92 are connected. Are configured to transmit and receive measurement data by wireless communication. Each sensor module 10 -n may be configured to perform wireless communication with the base station 92 via the relay station 93. The management system 91 is, for example, a server that monitors a plant, collects various measurement data transmitted from each sensor module 10-n, and monitors and manages the plant.

[第2の実施形態]
図4は、第2の実施形態に関するセンサモジュール10の電源ユニット15の構成を説明するための図である。なお、センサモジュール10の本体及びアンテナユニット21の構成については、図1に示す構成と同様のため説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the power supply unit 15 of the sensor module 10 according to the second embodiment. In addition, about the structure of the main body of the sensor module 10, and the antenna unit 21, since it is the same as that of the structure shown in FIG. 1, description is abbreviate | omitted.

本実施形態のセンサモジュール10は、通信用のアンテナ22とは別に、電力回収用の専用受信アンテナ40を有する構成である。電源ユニット15は、当該専用受信アンテナ40と変換回路20とが接続されている。   The sensor module 10 of the present embodiment is configured to have a dedicated receiving antenna 40 for collecting power separately from the communication antenna 22. The power supply unit 15 is connected to the dedicated receiving antenna 40 and the conversion circuit 20.

このような構成であれば、変換回路20は、専用受信アンテナ40で受信する各種の電波を電力に変換して、電源ユニット15の補助電力として回収することができる。なお、変換回路20は、図1に示す第1の実施形態と同様に、通信用のアンテナ22からの反射波を電力に変換する。   With such a configuration, the conversion circuit 20 can convert various radio waves received by the dedicated reception antenna 40 into electric power and recover it as auxiliary power for the power supply unit 15. Note that the conversion circuit 20 converts the reflected wave from the communication antenna 22 into electric power, as in the first embodiment shown in FIG.

従って、本実施形態のセンサモジュール10であれば、通信用のアンテナ22からの反射波と共に、常に受信電波を電力として回収することが可能となるため、電源ユニット15の補助電力を効率的に確保することができる。   Therefore, with the sensor module 10 according to the present embodiment, it is possible to always collect the received radio wave as power together with the reflected wave from the communication antenna 22, so that the auxiliary power of the power supply unit 15 is efficiently secured. can do.

なお、本実施形態の場合には、通信用のアンテナ22と専用受信アンテナ40との間で相互干渉が発生する可能性があるため、実際上の設計では、各アンテナ22,40の相対的配置関係を考慮することが必要となる。   In the case of the present embodiment, there is a possibility that mutual interference occurs between the communication antenna 22 and the dedicated reception antenna 40. Therefore, in the actual design, the relative arrangement of the antennas 22 and 40 is determined. It is necessary to consider the relationship.

[第3の実施形態]
図5は、第3の実施形態に関するセンサモジュール10の構成を説明するための図である。なお、図1を参照した第1の実施形態のセンサモジュール10と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a diagram for explaining the configuration of the sensor module 10 according to the third embodiment. In addition, about the structure similar to the sensor module 10 of 1st Embodiment with reference to FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

本実施形態のセンサモジュール10は、電波強度監視回路26と、逆流防止用素子27と、電源監視回路28と、リアルタイムクロック回路(以下、RTC回路と表記する)29と、小型蓄電素子30とを含む構成である。   The sensor module 10 of the present embodiment includes a radio wave intensity monitoring circuit 26, a backflow prevention element 27, a power supply monitoring circuit 28, a real-time clock circuit (hereinafter referred to as an RTC circuit) 29, and a small storage element 30. It is the composition which includes.

本実施形態のセンサモジュール10は、アンテナユニット21の反射波回収回路23により回収された反射波から得られる電力を、モジュール本体ではなく、RTC回路29のような特定回路に対する個別電源として使用する。即ち、変換回路20は、反射波回収回路23からの反射波を電力に変換し、RTC回路29に供給する。RTC回路29は、コントローラ11に時刻情報を供給する回路である。   The sensor module 10 of the present embodiment uses electric power obtained from the reflected wave collected by the reflected wave collecting circuit 23 of the antenna unit 21 as an individual power source for a specific circuit such as the RTC circuit 29 instead of the module body. That is, the conversion circuit 20 converts the reflected wave from the reflected wave recovery circuit 23 into electric power and supplies it to the RTC circuit 29. The RTC circuit 29 is a circuit that supplies time information to the controller 11.

変換回路20は、当該反射波から変換された電力を小型蓄電素子30に供給する。小型蓄電素子30は、変換回路20からの電力を予備電源として蓄電する。小型蓄電素子30は、電源ユニット15に含まれる蓄電素子19と比較して、キャパシタなどを利用した小容量素子である。   The conversion circuit 20 supplies the electric power converted from the reflected wave to the small power storage element 30. The small power storage element 30 stores the power from the conversion circuit 20 as a standby power source. The small power storage element 30 is a small capacity element using a capacitor or the like as compared with the power storage element 19 included in the power supply unit 15.

小型蓄電素子30は、センサモジュール10の待機時に、RTC回路29や周辺機器の待機状態を保持するために必要な電源として利用可能である。この場合、メインの電源である電源ユニット15の蓄電素子19は、相対的に大容量であるため、変換回路20からの微小な電流では充電効率が良くない。これに対して、小型蓄電素子30は、小容量のため、充電効率が良いキャパシタなどの素子により構成することが可能である。ここで、逆流防止用素子27により、小型蓄電素子30から電流が変換回路20を介して、アンテナユニット21の反射波回収回路23に流れることを防止できる。   The small power storage element 30 can be used as a power source necessary for maintaining the standby state of the RTC circuit 29 and peripheral devices when the sensor module 10 is on standby. In this case, the power storage unit 19 of the power supply unit 15 that is the main power supply has a relatively large capacity, so that charging efficiency is not good with a small current from the conversion circuit 20. On the other hand, since the small electricity storage element 30 has a small capacity, it can be constituted by an element such as a capacitor having good charging efficiency. Here, the backflow prevention element 27 can prevent current from flowing from the small storage element 30 to the reflected wave recovery circuit 23 of the antenna unit 21 via the conversion circuit 20.

なお、本実施形態では、便宜的に、変換回路20及び小型蓄電素子30は、モジュール本体に設けられている。これに限らず、変換回路20及び小型蓄電素子30は、電源ユニット15に含まれる要素でもよい。また、変換回路20及び逆流防止用素子27は、アンテナユニット21に含まれる要素でもよい。   In the present embodiment, for convenience, the conversion circuit 20 and the small power storage element 30 are provided in the module body. Not limited to this, the conversion circuit 20 and the small storage element 30 may be elements included in the power supply unit 15. The conversion circuit 20 and the backflow prevention element 27 may be elements included in the antenna unit 21.

次に、電波強度監視回路26は、受信動作時に、アンテナ22から反射波回収回路23に導入される受信電波の電波強度を計測し、この計測データを無線回路14に伝送する。無線回路14の内部コントローラは、電波強度監視回路26から伝送される電波強度の計測結果に基づいて、無線送信動作時の電波出力を適正値に制御する。   Next, the radio wave intensity monitoring circuit 26 measures the radio wave intensity of the received radio wave introduced from the antenna 22 to the reflected wave recovery circuit 23 during the reception operation, and transmits the measurement data to the radio circuit 14. The internal controller of the radio circuit 14 controls the radio wave output during the radio transmission operation to an appropriate value based on the measurement result of the radio wave intensity transmitted from the radio wave intensity monitoring circuit 26.

以下、図6、図7、図8を参照して、電波強度監視回路26に関する具体的動作を説明する。   Hereinafter, with reference to FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8, a specific operation related to the radio wave intensity monitoring circuit 26 will be described.

図6に示すように、電波強度は通信距離に依存している。従って、電波強度監視回路26は、受信感度の変化に応じた受信電波強度を計測する。無線回路14の内部コントローラは、図7に示すようなテーブル情報を有し、電波強度監視回路26から伝送される計測結果(受信電波強度)及び通信が成立する電波強度の基準値に基づいて、通信距離を判定する。即ち、無線回路14の内部コントローラは、テーブル情報を参照し、受信電波強度が相対的に強い場合は通信距離が例えば5m程度で短いと判定し、逆に受信電波強度が相対的に弱い場合は通信距離が例えば15m程度で長いと判定する。   As shown in FIG. 6, the radio wave intensity depends on the communication distance. Therefore, the radio wave intensity monitoring circuit 26 measures the received radio wave intensity according to the change in reception sensitivity. The internal controller of the radio circuit 14 has table information as shown in FIG. 7, and based on the measurement result (received radio wave intensity) transmitted from the radio wave intensity monitoring circuit 26 and the reference value of the radio wave intensity at which communication is established, Determine the communication distance. That is, the internal controller of the wireless circuit 14 refers to the table information and determines that the communication distance is short, for example, about 5 m when the received radio wave intensity is relatively strong, and conversely when the received radio wave intensity is relatively weak. It is determined that the communication distance is long, for example, about 15 m.

無線回路14は、通信距離が短いと判定した場合には、送信動作時に送出する送信電波出力を小さくするように制御する。逆に、通信距離が長いと判定した場合には、送信動作時に送出する送信電波出力を大きくするように制御する。これにより、通信距離が相対的に短い場合には、送信電波出力を低下させるため、電力消費を節約することが可能となる。また、通信距離が相対的に長い場合には、送信電波出力を増大させるため、再送信などの通信効率の悪化を抑制し、高い通信品質を確保することができる。   When it is determined that the communication distance is short, the radio circuit 14 performs control so that the transmission radio wave output transmitted during the transmission operation is reduced. Conversely, when it is determined that the communication distance is long, control is performed to increase the transmission radio wave output transmitted during the transmission operation. As a result, when the communication distance is relatively short, the transmission radio wave output is reduced, so that power consumption can be saved. Further, when the communication distance is relatively long, the transmission radio wave output is increased, so that deterioration in communication efficiency such as retransmission can be suppressed and high communication quality can be ensured.

次に、電波強度監視回路26は、送信動作時に、アンテナ22から反射波回収回路23に導入される反射波の電波強度を計測し、この計測データをコントローラ11に伝送する。即ち、電波強度監視回路26は、送信動作時に、無線回路14から送出され送信電波出力に応じて発生する反射波の電波強度を計測する。コントローラ11は、電波強度監視回路26から伝送された計測データに基づいて、アンテナ22の破損や回路異常などの異常発生を検知する。   Next, the radio wave intensity monitoring circuit 26 measures the radio wave intensity of the reflected wave introduced from the antenna 22 to the reflected wave recovery circuit 23 during the transmission operation, and transmits this measurement data to the controller 11. That is, the radio wave intensity monitoring circuit 26 measures the radio wave intensity of the reflected wave that is transmitted from the radio circuit 14 and generated according to the transmission radio wave output during the transmission operation. Based on the measurement data transmitted from the radio wave intensity monitoring circuit 26, the controller 11 detects the occurrence of abnormality such as breakage of the antenna 22 or circuit abnormality.

具体的には、図8に示すように、反射波の電波強度に対する上限及び下限の基準範囲を設定する。コントローラ11は、電波強度監視回路26から伝送された時系列計測データ80を監視し、基準範囲内の電波強度値81の場合には正常であると判定する。一方、コントローラ11は、時系列計測データ80で、基準範囲を外れる電波強度値82の場合には異常が発生していると判定する。   Specifically, as shown in FIG. 8, the upper and lower reference ranges for the radio wave intensity of the reflected wave are set. The controller 11 monitors the time series measurement data 80 transmitted from the radio wave intensity monitoring circuit 26, and determines that the radio wave intensity value 81 within the reference range is normal. On the other hand, the controller 11 determines that an abnormality has occurred when the radio wave intensity value 82 is out of the reference range in the time-series measurement data 80.

コントローラ11は、異常発生を検知したときに、無線回路14からの送信電波に当該異常発生を示す情報を乗せて、図9に示すセンサネットワークの管理システム91に送信する。これにより、管理システム91は、管理対象のセンサモジュール10でイジヨウが発生していることを認識できる。従って、センサモジュール10の故障管理などを自動的に行なうことが可能となる。   When the controller 11 detects the occurrence of an abnormality, the controller 11 places information indicating the occurrence of the abnormality on the transmission radio wave from the wireless circuit 14 and transmits the information to the sensor network management system 91 shown in FIG. As a result, the management system 91 can recognize that the sensor module 10 to be managed has a problem. Therefore, failure management of the sensor module 10 can be automatically performed.

さらに、本実施形態の電源監視回路28は、図5に示すように、発電素子16、整流/昇圧回路17、充放電回路18及び蓄電素子19の入出力電圧を監視する。電源監視回路28は、監視結果を示す情報をコントローラ11に伝送する。コントローラ11は、無線回路14からの送信電波に当該監視結果を示す情報を乗せて、図9に示すセンサネットワークの管理システム91に送信する。   Furthermore, as shown in FIG. 5, the power supply monitoring circuit 28 of the present embodiment monitors the input / output voltages of the power generation element 16, the rectification / boost circuit 17, the charge / discharge circuit 18, and the storage element 19. The power monitoring circuit 28 transmits information indicating the monitoring result to the controller 11. The controller 11 puts information indicating the monitoring result on the transmission radio wave from the radio circuit 14, and transmits the information to the sensor network management system 91 shown in FIG.

このような構成により、センサネットワークの管理システム91は、管理対象である複数のセンサモジュール10nの電源ユニット15の状態(異常や故障)を自動的に管理することができる。具体的には、管理システム91は、例えば図10に示すように、センサモジュール10nの電池残量を管理する管理テーブルを作成し、電池交換の時期などを管理する。   With such a configuration, the sensor network management system 91 can automatically manage the state (abnormality or failure) of the power supply unit 15 of the plurality of sensor modules 10n to be managed. Specifically, for example, as shown in FIG. 10, the management system 91 creates a management table for managing the remaining battery level of the sensor module 10n, and manages the time for battery replacement.

また、管理システム91は、図10に示す管理テーブルを参照して、センサモジュール10n毎の計測データの送信タイミングを決定することができる。例えば、アクセスポイントの伝送レートに応じて、管理テーブルから電池残量が少ないセンサモジュールを選定し、送信順位を優先し、当該センサモジュールから計測データを収集することができる。従って、例えば電池切れにより、当該センサモジュールから計測データが消失するような事態を回避することができる。また、管理システム91は、全ての計測データが送信できないセンサモジュールを検知した場合には、当該センサモジュールのコントローラ11に待機状態に移行する指示を実行する。これにより、当該センサモジュールでの消費電力を抑制できるため、全ての計測データを保護することができる。このセンサモジュールからは、別途全ての計測データを回収すればよい。   Further, the management system 91 can determine the transmission timing of the measurement data for each sensor module 10n with reference to the management table shown in FIG. For example, according to the transmission rate of the access point, it is possible to select a sensor module with a small remaining battery level from the management table, prioritize the transmission order, and collect measurement data from the sensor module. Accordingly, it is possible to avoid a situation in which the measurement data is lost from the sensor module due to, for example, battery exhaustion. When the management system 91 detects a sensor module that cannot transmit all measurement data, the management system 91 instructs the controller 11 of the sensor module to enter a standby state. Thereby, since the power consumption in the sensor module can be suppressed, all measurement data can be protected. All the measurement data may be collected separately from this sensor module.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10,10n…センサモジュール、11…コントローラ、12…センサ、
13…メモリ、14…無線回路、15…電源ユニット、
16…発電素子、17…整流/昇圧回路、18…充放電回路、19…蓄電素子、
20…変換回路、21…アンテナユニット、22…アンテナ、反射波回収回路、
24…第1のスイッチ回路、25…第2のスイッチ回路、
26…電波強度監視回路、27…逆流防止用素子、28…電源監視回路、
29…リアルタイムクロック回路(RTC回路)、30…小型蓄電素子、
40…専用受信アンテナ、90…ネットワーク、91…管理システム、
92…基地局。
10, 10n ... sensor module, 11 ... controller, 12 ... sensor,
13 ... Memory, 14 ... Radio circuit, 15 ... Power supply unit,
16 ... Power generation element, 17 ... Rectification / boost circuit, 18 ... Charge / discharge circuit, 19 ... Electric storage element
20 ... Conversion circuit, 21 ... Antenna unit, 22 ... Antenna, reflected wave recovery circuit,
24 ... 1st switch circuit, 25 ... 2nd switch circuit,
26 ... Radio wave intensity monitoring circuit, 27 ... Backflow prevention element, 28 ... Power supply monitoring circuit,
29 ... Real time clock circuit (RTC circuit), 30 ... Small power storage element,
40 ... dedicated receiving antenna, 90 ... network, 91 ... management system,
92: Base station.

Claims (8)

送信電波をアンテナに送出する電波送出手段と、
前記アンテナからの反射波を回収する反射波回収手段と、
前記反射波回収手段により回収された前記反射波を電力に変換する変換手段と、
前記アンテナで受信した受信電波を入力する電波受信手段と、
前記反射波回収手段との経路を切り替える切り替え手段とを含み、
前記切り替え手段は、
受信動作時には、前記アンテナで受信した受信電波を、前記反射波回収手段を介して前記電波受信手段に転送し、
前記受信動作時を除く送信動作時または待機状態時には、前記アンテナからの前記反射波または電磁波を、前記反射波回収手段を介して前記変換手段に転送するように構成されている無線通信装置。
Radio wave transmission means for transmitting the transmission radio wave to the antenna;
Reflected wave collecting means for collecting the reflected wave from the antenna;
Conversion means for converting the reflected wave recovered by the reflected wave recovery means into electric power ;
A radio wave receiving means for inputting a received radio wave received by the antenna;
Switching means for switching the path with the reflected wave collection means,
The switching means is
During the reception operation, the received radio wave received by the antenna is transferred to the radio wave receiving means via the reflected wave collecting means,
A wireless communication apparatus configured to transfer the reflected wave or electromagnetic wave from the antenna to the conversion unit via the reflected wave collection unit during a transmission operation or a standby state except during the reception operation .
電源装置を含み、
前記変換手段は、
前記反射波を電力に変換して前記電源装置に供給するように構成されている請求項1に記載の無線通信装置。
Including power supply,
The converting means includes
The reflected wave radio communication apparatus according to Motomeko 1 that is configured to supply to the power supply is converted into power.
前記反射波回収手段は、
前記電波送出手段から送出される送信電波を前記アンテナに導出し、前記アンテナからの反射波または電磁波を導入するサーキュレータ手段を有する請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の無線通信装置。
The reflected wave collecting means includes
3. The wireless communication apparatus according to claim 1 , further comprising circulator means for deriving a transmission radio wave transmitted from the radio wave transmission means to the antenna and introducing a reflected wave or an electromagnetic wave from the antenna. 4. .
前記変換手段から得られる電力を特定回路の動作電源として使用する手段を有する請求項1に記載の無線通信装置。 The wireless communication apparatus according to claim 1, further comprising a unit that uses electric power obtained from the conversion unit as an operation power source of a specific circuit . 前記電源装置は補助電源として使用可能な蓄電手段を含み、
前記変換手段は、
前記反射波を電力に変換して前記蓄電手段に供給するように構成されている請求項2に記載の無線通信装置。
The power supply device includes power storage means that can be used as an auxiliary power supply,
The converting means includes
The wireless communication device according to claim 2 , configured to convert the reflected wave into electric power and supply the electric power to the power storage unit .
電源装置と、
送信電波をアンテナに送出する電波送出手段と、
前記アンテナからの反射波を回収する反射波回収手段と、
前記反射波回収手段により回収された前記反射波を電力に変換して前記電源装置に供給する変換手段と、
前記アンテナで受信した受信電波を入力する電波受信手段と、
前記反射波回収手段との経路を切り替える切り替え手段とを含む無線通信装置であって、
前記切り替え手段は、
受信動作時には、前記アンテナで受信した受信電波を、前記反射波回収手段を介して前記電波受信手段に転送し、
前記受信動作時を除く送信動作時または待機状態時には、前記アンテナからの前記反射波または電磁波を、前記反射波回収手段を介して前記変換手段に転送するように構成されている無線通信装置と、
計測データを出力するセンサ手段と、
前記電波送出手段から前記計測データで変調した前記送信電波を送出させる制御手段とを有し、
前記反射波回収手段は、
前記電波送出手段から送出される送信電波を前記アンテナに導出する第1の入出力手段と、前記アンテナからの反射波または電磁波を導入する第2の入出力手段とを含むサーキュレータ手段から構成されて、
前記サーキュレータ手段との経路を切り替える切り替え手段を有し、
前記切り替え手段は、
前記送信電波を送出する送信動作時には、前記電波送出手段と前記第1の入出力手段とを接続し、かつ前記変換手段と前記第2の入出力手段とを接続し、
前記センサ手段の待機状態時には、前記変換手段と前記第2の入出力手段とを接続するように構成されているセンサモジュール
A power supply;
Radio wave transmission means for transmitting the transmission radio wave to the antenna;
Reflected wave collecting means for collecting the reflected wave from the antenna;
Conversion means for converting the reflected wave recovered by the reflected wave recovery means into electric power and supplying the electric power to the power supply device;
A radio wave receiving means for inputting a received radio wave received by the antenna;
A wireless communication device including switching means for switching a path with the reflected wave collection means,
The switching means is
During the reception operation, the received radio wave received by the antenna is transferred to the radio wave receiving means via the reflected wave collecting means,
A wireless communication device configured to transfer the reflected wave or electromagnetic wave from the antenna to the conversion unit via the reflected wave collection unit during a transmission operation or a standby state excluding the reception operation;
Sensor means for outputting measurement data;
Control means for transmitting the transmission radio wave modulated by the measurement data from the radio wave transmission means,
The reflected wave collecting means includes
It comprises circulator means including first input / output means for deriving transmission radio waves transmitted from the radio wave transmission means to the antenna, and second input / output means for introducing reflected waves or electromagnetic waves from the antenna. ,
Switching means for switching the route with the circulator means;
The switching means is
At the time of transmission operation for transmitting the transmission radio wave, the radio wave transmission means and the first input / output means are connected, and the conversion means and the second input / output means are connected,
A sensor module configured to connect the conversion means and the second input / output means when the sensor means is in a standby state .
前記反射波回収手段により回収される前記反射波の電波強度を計測する手段を有し、
前記制御手段は、
前記電波強度に基づいてセンサモジュールの内部に発生する異常を検知し、
当該検知結果を示す情報を前記電波送出手段からの送信電波に乗せて送信させるように構成されている請求項6に記載のセンサモジュール。
Means for measuring the intensity of the reflected wave collected by the reflected wave collecting means;
The control means includes
Detecting an abnormality that occurs inside the sensor module based on the radio wave intensity,
The sensor module according to claim 6, wherein the sensor module is configured to transmit information indicating the detection result on a transmission radio wave from the radio wave transmission means .
送信電波をアンテナに送出する電波送出手段と、前記アンテナからの反射波を回収する反射波回収手段と、前記反射波回収手段により回収された前記反射波を電力に変換する変換手段と、前記アンテナで受信した受信電波を入力する電波受信手段と、前記反射波回収手段との経路を切り替える切り替え手段とを含む無線通信装置に適用する反射波処理方法であって、
前記切り替え手段により、受信動作時には、前記アンテナで受信した受信電波を、前記反射波回収手段を介して前記電波受信手段に転送し、
前記切り替え手段により、前記受信動作時を除く送信動作時または待機状態時には、前記アンテナからの前記反射波または電磁波を、前記反射波回収手段を介して前記変換手段に転送する反射波処理方法
Radio wave sending means for sending a transmission radio wave to an antenna, reflected wave collecting means for collecting a reflected wave from the antenna, conversion means for converting the reflected wave collected by the reflected wave collecting means into electric power, and the antenna A reflected wave processing method applied to a wireless communication apparatus including a radio wave receiving unit that inputs a received radio wave received in step 1 and a switching unit that switches a path between the reflected wave collecting unit,
By the switching means, during reception operation, the received radio wave received by the antenna is transferred to the radio wave receiving means via the reflected wave collecting means,
A reflected wave processing method for transferring the reflected wave or electromagnetic wave from the antenna to the converting means via the reflected wave collecting means during the transmission operation or the standby state except the reception operation by the switching means .
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