JP5500658B2 - Battery driving device, battery driving method and program - Google Patents
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Description
本発明は、電池駆動装置、電池駆動方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a battery driving device, a battery driving method, and a program.
近年、通信機能を有する複数のセンサノードによりネットワークを構築し、該センサノードが個々にまたは連携して計測した情報を収集するセンサネットワークが開発されている。特に、センサノードの通信機能を無線化し、センサノードを設置する際の配線を不要にするワイヤレスセンサネットワークが注目を集めている。 In recent years, a sensor network has been developed in which a network is constructed by a plurality of sensor nodes having a communication function and information measured by the sensor nodes individually or in cooperation is collected. In particular, wireless sensor networks that make wireless the communication function of sensor nodes and eliminate the need for wiring when installing the sensor nodes have attracted attention.
ワイヤレスセンサネットワークにおけるセンサノードの電源は、電池(たとえば、乾電池、ボタン電池等)から供給することが多い。こうしたセンサノードを電池駆動センサノードと呼ぶことがある。以下では、特に区別する必要がある場合を除いて、電池駆動センサノードのことを単にセンサノードと記述する。 In many cases, power of a sensor node in a wireless sensor network is supplied from a battery (for example, a dry battery, a button battery, or the like). Such a sensor node may be referred to as a battery-powered sensor node. In the following description, the battery-powered sensor node is simply referred to as a sensor node unless there is a particular need for distinction.
さらに、センサネットワークを構築するためのセンサノードはどこにでも設置できるという要件を満たすために、小型であることが好ましい。 Further, the sensor node for constructing the sensor network is preferably small in size in order to satisfy the requirement that it can be installed anywhere.
ワイヤレスセンサネットワークの代表的な用途に、環境情報収集がある。環境情報収集は、環境センサ(たとえば、温度センサ、湿度センサ、照度センサ等)を搭載したセンサノードを用いてワイヤレスセンサネットワークを構築することにより、センサノード設置場所周辺の環境情報(たとえば、温度、湿度、照度等)を収集するものである。このとき、センサノードは、一定周期で環境情報を計測し、無線基地局に対して環境情報の送信を繰り返すような動作をすることが多い。 A typical application of a wireless sensor network is collecting environmental information. Environmental information collection is performed by constructing a wireless sensor network using sensor nodes equipped with environmental sensors (for example, a temperature sensor, a humidity sensor, an illuminance sensor, etc.), so that environmental information (for example, temperature, Humidity, illuminance, etc.). At this time, the sensor node often performs an operation of measuring the environment information at a constant cycle and repeating the transmission of the environment information to the radio base station.
センサノードは、電池が切れた場合の充電作業や、電池の交換作業等の手間を省くため、一度取り付けた電池により数ヶ月ないし数年間、ときにはそれ以上動作することが望まれる。そのため、センサノードは放電量を抑え、電池の消耗を減らすことが必要となる。すなわち、センサノードの省電力化を図り低電力で動作させることにより、センサノードを長時間に渡って動作させることが必要となる。 The sensor node is desired to operate for several months to several years, sometimes more than once, with a battery once attached in order to save time for charging work when the battery runs out, battery replacement work, and the like. Therefore, it is necessary for the sensor node to reduce the amount of discharge and reduce battery consumption. That is, it is necessary to operate the sensor node for a long time by reducing the power consumption of the sensor node and operating the sensor node with low power.
一般的に、電池は低温環境下や高温環境下では放電開始電圧(起電力)が低下し、電圧ドロップ幅が大きくなる。電圧ドロップとは、放電中に電池内で電圧が降下していくことをいう。電圧ドロップ幅は、単位時間あたりの電圧ドロップの降下幅である。このため、センサノードでは、外気温によっては長時間に渡る動作(たとえば、前述した環境情報収集のような動作)を継続すると、電圧ドロップの影響で動作可能電圧を下回って動作が中断されたり、電池寿命が短くなったりする恐れが生じる。 Generally, a battery has a low discharge start voltage (electromotive force) in a low temperature environment or a high temperature environment, and a voltage drop width is increased. Voltage drop means that the voltage drops in the battery during discharge. The voltage drop width is a drop width of the voltage drop per unit time. For this reason, if the sensor node continues to operate for a long time depending on the outside temperature (for example, the operation such as the environmental information collection described above), the operation is interrupted below the operable voltage due to the voltage drop, The battery life may be shortened.
従って、センサノードは、電池の温度特性による影響を考慮して長時間動作することが求められる。 Therefore, the sensor node is required to operate for a long time in consideration of the influence of the temperature characteristics of the battery.
特許文献1には、バッテリ残量を監視してハイバネーション状態等のシステムステートを制御する場合に、バッテリを実際に使用することが可能な時間を長くすることで、ユーザの利便性を高める情報処理装置及びバッテリ装置が提示されている。特許文献1の技術は、バッテリ残量を示す情報と、ハイバネーション状態等に遷移させるための遷移条件として、バッテリ残量だけではなくバッテリの環境条件や劣化状態等に基づいて、システムステートの遷移制御を行い、状態遷移に要する電力の余力分をユーザの使用可能な電力として融通することができる。
特許文献2には、通信トラヒックの観点から、バッテリの駆動時間をできる限り延長させる無線通信装置等が提示されている。特許文献2の無線通信装置は、バッテリのバッテリ状態を監視し、バッテリ状態に基づいて、チャージリカバリ効果が得られるデータ時間間隔を決定する。そして、そのデータ時間間隔で送信バッファからデータを取り出すように制御する。また、特許文献2の無線通信装置は、バッテリ電圧、充放電履歴、外部気温等のパラメータから、バッテリ残容量を予測する。
特許文献3には、端末の処理に必要な機能に応じたバッテリ容量を推測でき、端末使用中の機能停止を防止して端末を安定使用できる携帯情報端末が提案されている。特許文献3の携帯情報端末は、バッテリの電源供給を受けて駆動されるバッテリ駆動対象を備え、各バッテリ駆動対象の動作制御時に検出されたバッテリの充放電回数に基づく放電特性と、この放電特性上の現在のバッテリ電圧に基づき、現在のバッテリ電圧で動作させようとするバッテリ駆動対象が安定駆動不能な場合には、このバッテリ駆動対象の動作を一部または全て規制制御し、バッテリ駆動対象の途中停止や装置全体の途中停止を未然に防止する。
特許文献4では、電源として発電機と電池を具備した電子機器において、電池の寿命を延ばすことで電池交換が殆ど不要な電子機器が提案されている。特許文献4の電子機器は、発電機から電力を供給するか電池から電力を供給するかの判定をし、その判定結果に基づいて、センサノードにおける間欠動作の制御を行う。 Patent Document 4 proposes an electronic device that includes a generator and a battery as a power source, and requires almost no battery replacement by extending the life of the battery. The electronic device disclosed in Patent Literature 4 determines whether to supply power from the generator or from the battery, and controls intermittent operation in the sensor node based on the determination result.
特許文献5には、省エネ性を確保しつつ、全体として快適な環境制御を行う環境制御システムが提示されている。特許文献5の環境制御システムでは、複数の環境制御機器の各々にセンサノードを接続し、センサノードにより測定した環境情報と、当該センサノードの近傍に存在する他センサノードの情報とをサーバに送信する。サーバにおいて、各機器制御信号の合計が所定の範囲となるように、近傍のセンサノード間の機器制御信号の差をできるだけ小さくした機器制御信号を生成する。これにより、環境制御機器全体の出力を所定の範囲に収めると同時に、近傍に存在する環境制御機器間の出力(たとえば、明るさ等)を滑らかに変化させることができるので、全体の消費電力を考慮するとともに、人の快適性に配慮した環境制御を行うことができる。
特許文献6には、省電力化のために一定時間間隔で動作状態と休止状態を繰り返す間欠動作を行う複数のセンサノード間の時刻を高精度に同期させるノード時刻同期方法が提示されている。 Patent Document 6 proposes a node time synchronization method that synchronizes the time between a plurality of sensor nodes that perform intermittent operation that repeats an operation state and a sleep state at regular time intervals in order to save power.
特許文献7には、非常に混雑した通信環境において異常現象が発生した場合に、通信輻輳を防止しながらセンサノードが所定の情報をなるべく早くセンサネットサーバに伝達する通信制御方法が提示されている。 Patent Document 7 presents a communication control method in which a sensor node transmits predetermined information to a sensor network server as soon as possible while preventing communication congestion when an abnormal phenomenon occurs in a very crowded communication environment. .
特許文献8には、 新品の状態からライフエンド状態に放電特性が変動しても、実質的な電池寿命を大幅に延命させて、電池交換負担を軽減できる携帯型電子装置が提示されている。特許文献8の携帯型電子装置は、放電終止電圧に到達するまで放電電流を一定とするように負荷デバイスに対する負荷電流を制御した状態で、サブCPUが検出された電池の電圧値の変動状態を演算処理して電池の放電特性を識別判定し、該判定した放電特性に応じて電池残量判定基準値を自動変更し、各電池残量判定基準値と検出された電池パックの電圧値とを比較して電池の電池残量を判定する。 Patent Document 8 proposes a portable electronic device that can substantially extend the battery life and reduce the battery replacement burden even when the discharge characteristics fluctuate from a new state to a life end state. In the portable electronic device of Patent Document 8, the load current to the load device is controlled so that the discharge current is constant until the discharge end voltage is reached, and the fluctuation state of the voltage value of the battery detected by the sub CPU is detected. An arithmetic process is performed to identify and determine the discharge characteristics of the battery, and the battery remaining capacity determination reference value is automatically changed according to the determined discharge characteristics, and each battery remaining capacity determination reference value and the detected battery pack voltage value are obtained. The remaining battery level of the battery is determined by comparison.
しかしながら、特許文献1に記載された技術はバッテリの残量が閾値以下になった場合にハイバーネーション状態に遷移させるだけのものに過ぎない。また、復帰して継続動作をするための手段としてACアダプタからの電力供給を用いるため、電池駆動のセンサノードに対してそのまま適用することはできない。さらに、特許文献1の技術を用いるためには、「EC」(Embedded Controller:組み込みコントローラ)のようなバッテリ装置の残容量を監視する装置が必要であり、装置コストが高くなる。
However, the technique described in
また、特許文献2に記載の技術では、バッテリ装置の温度特性を考慮するためには、気温のパラメータ等からバッテリ装置の残容量を予測する処理を必要とするため、計算コストが高くなるという問題が生じる。
In addition, in the technique described in
特許文献3〜8に記載の技術は、バッテリ装置の温度特性を考慮して、電池で駆動するデバイスの動作時間を延長させるものではない。
The techniques described in
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、装置コストおよび計算コストが低く、電池の温度特性による影響を考慮して、電池で駆動する動作時間を延長させることができる電池駆動装置、電池駆動方法およびプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a low device cost and a low calculation cost. In consideration of the influence of the temperature characteristics of the battery, a battery drive device capable of extending the operation time driven by the battery, It is an object to provide a battery driving method and a program.
本発明の第1の観点に係る電池駆動装置は、
少なくとも周辺温度を計測する温度センサを含むデバイスと、
前記デバイスの駆動電力を給電する電池と、
前記電池の温度特性から算出した温度と前記デバイスの駆動間隔との関係を示し、前記電池の単位放電量あたりの電圧の降下幅に相当する電圧ドロップ幅がより小さくなる温度では駆動間隔がより短く、前記電池の電圧ドロップ幅がより大きくなる温度では駆動間隔がより長くなるような駆動間隔評価関数を記憶する記憶手段と、
前記温度センサの計測結果を示す計測データを前記駆動間隔評価関数に適用して駆動間隔を算出する駆動間隔算出手段と、
前記駆動間隔算出手段が算出した前記駆動間隔で前記デバイスを駆動させる駆動手段と、
を備えることを特徴とする。
A battery driving device according to a first aspect of the present invention provides:
A device including a temperature sensor that measures at least the ambient temperature;
A battery for supplying driving power of the device;
Shows the relationship between the temperature and the driving time interval of the device, which is calculated from the temperature characteristics of the battery, wherein the temperature in which the voltage drop width becomes smaller corresponding to the drop width of the unit discharge amount per voltage of the battery more driving distance Storage means for storing a drive interval evaluation function that is short and has a longer drive interval at a temperature at which the voltage drop width of the battery is larger ;
A drive interval calculating means for calculating the drive interval applied to the measurement data indicating a measurement result of the temperature sensor to the drive interval evaluation function,
Drive means for driving the device at the drive interval calculated by the drive interval calculation means;
It is characterized by providing.
本発明の第2の観点に係る電池駆動方法は、
少なくとも周辺温度を計測する温度センサを含むデバイスと、前記デバイスの駆動電力を給電する電池と、前記電池の温度特性から算出した温度と前記デバイスの駆動間隔との関係を示し、前記電池の単位放電量あたりの電圧の降下幅に相当する電圧ドロップ幅がより小さくなる温度では駆動間隔がより短く、前記電池の電圧ドロップ幅がより大きくなる温度では駆動間隔がより長くなるような駆動間隔評価関数を記憶する記憶手段とを備える電池駆動装置が実行する電池駆動方法であって、
前記温度センサの計測結果を示す計測データを取得する取得ステップと、
前記温度センサの計測データを前記駆動間隔評価関数に適用して駆動間隔を算出する駆動間隔算出ステップと、
前記駆動間隔算出ステップで算出した前記駆動間隔で前記デバイスを駆動させる駆動ステップと、
を備えることを特徴とする。
The battery driving method according to the second aspect of the present invention provides:
Shows a device including a temperature sensor for measuring at least ambient temperature, and a battery for feeding drive power of the device, the relationship between the temperature and the driving time interval of the device, which is calculated from the temperature characteristics of the battery, the unit of the battery Driving interval evaluation function such that the driving interval is shorter at a temperature where the voltage drop width corresponding to the voltage drop width per discharge amount is smaller, and the driving interval is longer at a temperature where the voltage drop width of the battery is larger. A battery driving method executed by a battery driving device comprising storage means for storing
An acquisition step of acquiring measurement data indicating a measurement result of the temperature sensor;
A drive interval calculating step of calculating a drive interval by applying measurement data of the temperature sensor to the drive interval evaluation function;
A driving step of driving the device at the driving interval calculated in the driving interval calculating step;
It is characterized by providing.
本発明の第3の観点に係るプログラムは、デバイスの駆動電力を給電する電池の温度特性から算出した温度と前記デバイスの駆動間隔との関係を示し、前記電池の単位放電量あたりの電圧の降下幅に相当する電圧ドロップ幅がより小さくなる温度では駆動間隔がより短く、前記電池の電圧ドロップ幅がより大きくなる温度では駆動間隔がより長くなるような駆動間隔評価関数を記憶する記憶手段を備えるコンピュータに、
デバイスに含まれる温度センサの計測結果を示す計測データを取得する取得ステップと、
前記温度センサの計測データを前記駆動間隔評価関数に適用して駆動間隔を算出する駆動間隔算出ステップと、
前記駆動間隔算出ステップで算出した前記駆動間隔で前記デバイスを駆動させる駆動ステップと、
を実行させることを特徴とする。
A program according to a third aspect of the present invention shows a relationship between a temperature calculated from a temperature characteristic of a battery that supplies power for driving a device and a driving interval of the device, and a voltage drop per unit discharge amount of the battery. A storage means is provided for storing a drive interval evaluation function such that the drive interval is shorter at a temperature at which the voltage drop width corresponding to the width is smaller, and the drive interval is longer at a temperature at which the voltage drop width of the battery is greater. On the computer,
An acquisition step of acquiring measurement data indicating a measurement result of a temperature sensor included in the device;
A drive interval calculating step of calculating a drive interval by applying measurement data of the temperature sensor to the drive interval evaluation function;
A driving step of driving the device at the driving interval calculated in the driving interval calculating step;
Is executed.
本発明によれば、装置コストおよび計算コストが低く、電池の温度特性による影響を考慮して、電池で駆動する動作時間を延長させることができる。 According to the present invention, the apparatus cost and the calculation cost are low, and the operation time driven by the battery can be extended in consideration of the influence of the temperature characteristic of the battery.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本発明の実施の形態に係るセンサノードの構成例を示すブロック図である。本実施の形態おける電池駆動装置として、電池駆動式のセンサノード1を例に挙げて説明する。また、電池駆動装置(センサノード1)が備えるデバイスは、周辺温度を計測する温度センサを含む電池駆動装置の周囲の状態を計測するセンサ群(図中、破線で囲む)とする。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a sensor node according to an embodiment of the present invention. A battery-driven
センサノード1は、温度センサ11、湿度センサ12、照度センサ13、気圧センサ14、記憶部15、駆動間隔算出部16、駆動部17、電池18および送信部19を備える。
The
温度センサ11は、センサノード1の周辺温度を計測し、計測結果を示す計測データを駆動間隔算出部16および送信部19に送る。温度センサ11の種類は問わず、たとえば、測温抵抗体、熱電対、サーミスタ等を用いることができる。駆動間隔算出部16に計測データを送る温度センサは、送信部19に計測データを送る温度センサとは別の温度センサでもよい。
The
湿度センサ12は、センサノード1の周辺湿度を計測し、計測結果を示す計測データを送信部19に送る。
The
照度センサ13は、センサノード1の周辺照度を計測し、計測結果を示す計測データを送信部19に送る。
The
気圧センサ14は、センサノード1の周辺気圧を計測し、計測結果を示す計測データを送信部19に送る。
The
記憶部15は、電池18の温度特性から算出した温度と駆動間隔の関係を示す駆動間隔評価関数をあらかじめ記憶する。駆動間隔評価関数とは、温度から駆動間隔を算出するための演算規則や係数、定数などである。記憶部15はこれらを示す情報を記憶する。駆動間隔評価関数の詳細は後述する。
The
駆動間隔算出部16は、温度センサ11から受け取った計測データから、記憶部15が記憶する駆動間隔評価関数を用いて、温度センサ11、湿度センサ12、照度センサ13および気圧センサ14の駆動間隔を算出する。駆動間隔は、センサごとに個別に算出してもよいし、共通に算出してもよい。駆動間隔評価関数は、駆動間隔算出部16が外部から取得してもよいし、駆動間隔算出部16があらかじめ電池18の温度特性に基づいて算出しておいてもよい。
The drive
駆動部17は、駆動間隔算出部16が算出した駆動間隔で、温度センサ11、湿度センサ12、照度センサ13および気圧センサ14を駆動させる。
The
電池18は、温度センサ11、湿度センサ12、照度センサ13および気圧センサ14に駆動電力を供給する。
The
送信部19は、温度センサ11、湿度センサ12、照度センサ13および気圧センサ14から受け取った計測データを外部に送信する。無線基地局と無線で通信する複数のセンサノード1で構成される無線センサシステムである場合には、送信部19は、無線基地局に計測データを送信する。無線基地局は、各センサノード1から受信した計測データ蓄積し、集計したり、分析したり、さらに他のサーバに送信したりする。
The
温度センサ11、湿度センサ12、照度センサ13および気圧センサ14は生成した計測データは記憶部15に記憶させてもよい。この場合、送信部19はなくてもよい。温度センサ11、湿度センサ12、照度センサ13および気圧センサ14は、外部に備えてもよい。その場合、センサノード1は各センサから計測データを取得する取得部を備える。
The measurement data generated by the
また、電池駆動装置1が備えるデバイスは、温度センサ11、湿度センサ12、照度センサ13および気圧センサ14に限らず、加速度センサやガス濃度センサ、音響レベル等、他のセンサでもよいし、他の装置でもよい。また、温度センサ11のみでもよい。すなわち、電池駆動装置1が備えるデバイスは、少なくとも温度センサ11を含む装置であればよい。
In addition, the device included in the
図2は、実施の形態に係る電池の温度特性の一例を示す図である。図2に示すような温度特性を持つ電池を使用する場合、40℃の環境では20℃の環境に比べ起電力が低下し電圧ドロップ幅が大きくなる。−20℃の環境ではさらに起電力が低下し電圧ドロップ幅が大きくなる。たとえば、起電力を比較すると、20℃の環境では3.09V、40℃の環境では2.93V、−20℃の環境では2.85Vと、順に小さくなっている。また、たとえば、放電容量が0.6Ah〜0.8Ahの間の電圧ドロップ幅を比較すると、20℃の環境では0.10V、40℃の環境では0.15V、−20℃の環境では0.21Vと、順に大きくなっている。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of temperature characteristics of the battery according to the embodiment. When a battery having temperature characteristics as shown in FIG. 2 is used, an electromotive force is lowered in a 40 ° C. environment and a voltage drop width is increased in a 40 ° C. environment. In an environment of −20 ° C., the electromotive force is further reduced and the voltage drop width is increased. For example, when comparing the electromotive force, it is 3.09 V in the environment of 20 ° C., 2.93 V in the environment of 40 ° C., and 2.85 V in the environment of −20 ° C., and decreases in order. Further, for example, when comparing the voltage drop width between 0.6 Ah and 0.8 Ah, the discharge capacity is 0.10 V in the environment of 20 ° C., 0.15 V in the environment of 40 ° C., and 0.005 in the environment of −20 ° C. It becomes 21V and becomes large in order.
図3は、実施の形態に係る駆動間隔評価関数の一例を示す図である。電池18が図2のような温度特性を持つ場合、たとえば図3に示すような駆動間隔評価関数を用いる。図3の駆動間隔評価関数は、40℃の環境では20℃の環境に比べ起電力の回復時間を多く取るために、駆動間隔を長く設定している。また、−20℃の環境ではさらに多くの起電力回復時間を取るために、駆動間隔をさらに長く設定している。具体的には、温度が20℃の場合の駆動間隔は5秒、温度が40度の場合の駆動間隔は10秒、温度が−20℃の場合の駆動間隔は20秒である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a drive interval evaluation function according to the embodiment. When the
たとえば、記憶部15が図3の駆動間隔評価関数を記憶しているとすると、センサノード1の温度センサ11の計測データが20℃であった場合、駆動間隔算出部16は駆動間隔5秒を算出する。このように電池18の温度特性に基づいて算出した駆動間隔評価関数を用いて各センサの駆動間隔を算出することにより、電圧ドロップの影響で動作可能電圧を下回って動作が中断されたり、電池寿命が短くなったりする可能性を低減させ、センサノード1の動作時間を延長させることができる。
For example, if the
図3の例では、駆動間隔評価関数をグラフで表現しているが、実際には、駆動間隔評価関数は、温度と駆動間隔の対応表として記憶されている。たとえば、温度と駆動間隔の対応表では、−50℃〜50℃までの1℃ごとの温度に対応する駆動間隔が設定されている。駆動間隔算出部16は、温度センサ11から受け取った計測データの温度が対応表になかった場合、前後の温度の駆動間隔から近似関数を算出して補間する。このような温度と駆動間隔の対応表は演算規則のひとつである。
In the example of FIG. 3, the drive interval evaluation function is represented by a graph, but actually, the drive interval evaluation function is stored as a correspondence table between temperature and drive interval. For example, in the correspondence table of temperature and drive interval, a drive interval corresponding to a temperature of every 1 ° C. from −50 ° C. to 50 ° C. is set. When the temperature of the measurement data received from the
あるいは、駆動間隔評価関数は、図3に示すような曲線を区間ごとに近似する近似関数としてもよい。この近似関数は、独立変数Xが温度であり、従属変数Yが駆動間隔である。駆動間隔算出部16は、温度センサ11から受け取った計測データの温度をXに代入し、駆動間隔Yを算出する。
Alternatively, the drive interval evaluation function may be an approximation function that approximates a curve as shown in FIG. 3 for each section. In this approximate function, the independent variable X is the temperature, and the dependent variable Y is the driving interval. The drive
このように、駆動間隔評価関数は、演算規則、係数、定数などであり、これらは複数であってもよい。電池18に異なる温度特性の電池を用いた場合には、温度特性に合わせて駆動間隔評価関数を定義すればよい。たとえば、異なる温度特性を有する電池を用いる場合、前述の近似関数の係数および定数を変化させて新たな駆動間隔評価関数を定義する。駆動間隔評価関数は、センサノード1が電池18の温度特性から算出してもよいし、外部から取得してもよい。
As described above, the drive interval evaluation function includes calculation rules, coefficients, constants, and the like, and a plurality of these may be used. When batteries having different temperature characteristics are used as the
図4は、実施の形態に係るセンサノードの動作の一例を示すフローチャートである。図4の例では、各センサを駆動させるごとに駆動間隔を算出するセンサノード1の動作の例を示す。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the operation of the sensor node according to the embodiment. The example of FIG. 4 shows an example of the operation of the
センサノード1の電源がONになると、まず、駆動部17は、各センサを駆動させる(ステップS11)。駆動間隔算出部16は、温度センサ11からセンサノード1の周辺温度を計測した計測データを受け取る(ステップS12)。駆動間隔算出部16は、記憶部15から駆動間隔評価関数を読み出し、温度センサ11から受け取った計測データから、駆動間隔評価関数を用いて駆動間隔を算出する(ステップS13)。
When the power of the
駆動間隔算出部16が算出した駆動間隔を経過した場合(ステップS14;YES)、ステップS11に戻り、ステップS11およびステップS14を繰り返す。駆動間隔算出部16が算出した駆動間隔を経過していない場合(ステップS14;NO)、電源がOFFまたは電池切れになったか否かを判定し(ステップS15)、電源がOFFまたは電池切れになっていない場合(ステップS15;NO)、ステップS14に戻り、ステップS14およびステップS15を繰り返す。電源がOFFまたは電池切れになった場合(ステップS15;YES)、処理を終了する。
When the drive interval calculated by the drive
ステップS14において、ステップS12およびステップS13の実行にかかった時間を考慮してもよい。たとえば、ステップS12およびステップS13の実行に1秒かかっていた場合には、駆動間隔算出部16が算出した駆動間隔−1秒を待機期間とし、ステップS14では待機時間が経過したか否かを判定する。
In step S14, the time taken to execute steps S12 and S13 may be considered. For example, if it takes 1 second to execute step S12 and step S13, the drive interval-1 second calculated by the drive
図5は、実施の形態に係るセンサノードの動作の一例を示すフローチャートである。図5の例では、所定の駆動回数ごとに駆動間隔を算出するセンサノード1の動作の例を示す。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of the operation of the sensor node according to the embodiment. In the example of FIG. 5, an example of the operation of the
センサノード1の電源がONになると、まず、駆動部17は、各センサを駆動させる(ステップS21)。これが初回の駆動であった場合(ステップS22;YES)、駆動間隔算出部16は、温度センサ11からセンサノード1の周辺温度を計測した計測データを受け取る(ステップS23)。駆動間隔算出部16は、記憶部15から駆動間隔評価関数を読み出し、温度センサ11から受け取った計測データから、駆動間隔評価関数を用いて駆動間隔を算出する(ステップS24)。
When the power of the
駆動間隔算出部16が算出した駆動間隔を経過していない場合(ステップS26;NO)、電源がOFFまたは電池切れになったか否かを判定する(ステップS27)。電源がOFFまたは電池切れになっていない場合(ステップS27;NO)、ステップS26に戻り、ステップS26〜ステップS27を繰り返す。電源がOFFまたは電池切れになった場合(ステップS27;YES)、処理を終了する。
When the drive interval calculated by the drive
一方、駆動間隔算出部16が算出した駆動間隔を経過した場合(ステップS26;YES)、ステップS21に戻り、駆動部17は、各センサを駆動させる。これが初回の駆動でなかった場合(ステップS22:NO)、所定の駆動回数(たとえば、5の倍数の回数)であるか否かを判定する(ステップS25)。
On the other hand, when the drive interval calculated by the drive
所定の駆動回数でない場合(ステップS25;NO)、ステップS26を実行する。所定の駆動回数である場合(ステップS25;YES)、駆動間隔算出部16は、温度センサ11からセンサノード1の周辺温度を計測した計測データを受け取る(ステップS23)。駆動間隔算出部16は、記憶部15から駆動間隔評価関数を読み出し、温度センサ11から受け取った計測データから、駆動間隔評価関数を用いて駆動間隔を算出し(ステップS24)、ステップS26を実行する。
If it is not the predetermined number of times of driving (step S25; NO), step S26 is executed. When it is the predetermined number of times of driving (step S25; YES), the driving
駆動間隔算出部16が算出した駆動間隔を経過した場合(ステップS26;YES)、ステップS21に戻り、ステップS21〜ステップS26を繰り返す。駆動間隔算出部16が算出した駆動間隔を経過していない場合(ステップS26;NO)、電源がOFFまたは電池切れになったか否かを判定する(ステップS27)。電源がOFFまたは電池切れになっていない場合(ステップS27;NO)、ステップS26に戻り、ステップS26〜ステップS27を繰り返す。電源がOFFまたは電池切れになった場合(ステップS27;YES)、処理を終了する。
When the drive interval calculated by the drive
なお、ステップS25での判定は、所定の駆動回数である否かの判定に限らず、たとえば所定の時間が経過したか否かの判定でもよい。 Note that the determination in step S25 is not limited to determining whether or not the number of times of driving is a predetermined number of times, and may be determining whether or not a predetermined time has elapsed, for example.
以上説明したように、本実施の形態の電池駆動装置によれば、装置コストおよび計算コストが低く、電池の温度特性による影響を考慮して、電池で駆動する動作時間を延長させることができる。本発明では、ECのような電池18の残容量を監視する複雑な装置が不要となり、簡単な温度センサを備えればよい。本実施の形態のように、センサノードがあらかじめ温度センサを備えている場合は、該温度センサの計測データを駆動間隔の判断に流用することで、さらに装置コストを抑え小型化することが可能である。駆動間隔算出部16が実行する温度センサ11の計測データから駆動間隔評価関数を用いて駆動間隔を得るという処理は、温度センサ11の計測データから電池18の残容量を予測する処理を行う場合よりも計算コストが低い。
As described above, according to the battery driving device of the present embodiment, the device cost and calculation cost are low, and the operation time driven by the battery can be extended in consideration of the influence of the temperature characteristics of the battery. In the present invention, a complicated device for monitoring the remaining capacity of the
また、所定の駆動回数や所定の時間ごとに駆動間隔を算出することで、急激な温度変化が多発しない環境においては、同一または近い結果が得られる計測間隔の判断を省略することができる。これにより、デバイスを駆動するたびに計測間隔の判断を実行する場合に比べて、計算コストを抑えることが可能となり、電池駆動装置の電池寿命をさらに延ばすことができる。 Further, by calculating the driving interval every predetermined number of times or every predetermined time, it is possible to omit the determination of the measuring interval at which the same or similar results can be obtained in an environment where rapid temperature changes do not occur frequently. This makes it possible to reduce the calculation cost and further extend the battery life of the battery driving device as compared with the case where the determination of the measurement interval is performed each time the device is driven.
図6は、本発明の実施の形態に係るセンサノードのハードウェア構成の一例を示す図である。センサノード1は、図6に示すように、制御部31、主記憶部32、外部記憶部33、電池34、センサ群35および送受信部36を備える。主記憶部32、外部記憶部33、操作部34、表示部35、電池34、センサ群35および送受信部36はいずれも内部バス30を介して制御部31に接続されている。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the sensor node according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the
制御部31はCPU(Central Processing Unit)等から構成され、外部記憶部33に記憶されている制御プログラム39に従って、各処理を実行する。制御部31は、駆動間隔算出部16、駆動部17および送信部19の各処理を実行する。
The
主記憶部32はRAM(Random-Access Memory)等から構成され、外部記憶部33に記憶されている制御プログラム39をロードし、制御部31の作業領域として用いられる。
The
外部記憶部33は、フラッシュメモリ、ハードディスク、DVD−RAM(Digital Versatile Disc Random-Access Memory)、DVD−RW(Digital Versatile Disc ReWritable)等の不揮発性メモリから構成され、電池駆動装置1の処理を制御部31に行わせるためのプログラムをあらかじめ記憶し、また、制御部31の指示に従って、このプログラムが記憶するデータを制御部31に供給し、制御部31から供給されたデータを記憶する。記憶部15は、外部記憶部33に構成される。
The
電池34は、センサ群35に駆動電力を供給する。
The
センサ群35は、図1における温度センサ11、湿度センサ12、照度センサ13および気圧センサ14である。センサ群35は、計測結果を示す計測データを制御部31に送る。制御部31は、これらの計測データを送受信部36を介して外部に送信する。
The
送受信部36は、通信ネットワークに接続する網終端装置または無線通信装置、およびそれらと接続するシリアルインタフェースまたはLAN(Local Area Network)インタフェースから構成されている。送受信部36および制御部31は、送信部19として機能する。なお、外部から駆動間隔評価関数を取得する場合は、送受信部36は、受信した駆動間隔評価関数を制御部31に送る。
The transmission /
図1に示す駆動間隔算出部16、駆動部17および送信部19の処理は、制御プログラム39が、制御部31、主記憶部32、外部記憶部33、電池34、センサ群35および送受信部36等を資源として用いて処理することによって実行する。
In the processing of the drive
その他、前記のハードウェア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。 In addition, the hardware configuration and the flowchart described above are merely examples, and can be arbitrarily changed and modified.
制御部31、主記憶部32、外部記憶部33、送受信部36、内部バス30等から構成される電池駆動処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体(フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM等)に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行するセンサノードを構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することでセンサノードを構成してもよい。
The central part that performs the battery driving process including the
また、センサノードの機能を、OS(オペレーティングシステム)とアプリケーションプログラムの分担、またはOSとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合等には、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。 In addition, when the function of the sensor node is realized by sharing of the OS (operating system) and the application program, or by cooperation between the OS and the application program, only the application program part is stored in a recording medium or a storage device. Also good.
また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板(BBS, Bulletin Board System)に前記コンピュータプログラムを掲示し、通信ネットワークを介して前記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、OSの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。 It is also possible to superimpose a computer program on a carrier wave and distribute it via a communication network. For example, the computer program may be posted on a bulletin board (BBS, Bulletin Board System) on a communication network, and the computer program may be distributed via the communication network. The computer program may be started and executed in the same manner as other application programs under the control of the OS, so that the above-described processing may be executed.
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の請求項のようにも記載され得るが、以下には限られない。 Part or all of the above embodiments can be described as in the following claims, but are not limited thereto.
(付記1)
少なくとも周辺温度を計測する温度センサを含むデバイスと、
前記デバイスの駆動電力を給電する電池と、
前記電池の温度特性から算出した温度と前記デバイスの駆動間隔との関係を示す駆動間隔評価関数を記憶する記憶手段と、
前記温度センサの計測結果を示す計測データから、前記駆動間隔評価関数を用いて駆動間隔を算出する駆動間隔算出手段と、
前記駆動間隔算出手段が算出した前記駆動間隔で前記デバイスを駆動させる駆動手段と、
を備えることを特徴とする電池駆動装置。
(Appendix 1)
A device including a temperature sensor that measures at least the ambient temperature;
A battery for supplying driving power of the device;
Storage means for storing a drive interval evaluation function indicating the relationship between the temperature calculated from the temperature characteristics of the battery and the drive interval of the device;
Drive interval calculation means for calculating a drive interval using the drive interval evaluation function from measurement data indicating the measurement result of the temperature sensor;
Drive means for driving the device at the drive interval calculated by the drive interval calculation means;
A battery driving device comprising:
(付記2)
前記駆動間隔評価関数は、前記電池の電圧ドロップ幅が小さい温度では駆動間隔が短く、使用する電池の電圧ドロップ幅が大きい温度では駆動間隔が長いことを特徴とする付記1に記載の電池駆動装置。
(Appendix 2)
The battery drive apparatus according to
(付記3)
前記駆動間隔算出手段は、所定の駆動回数または所定の時間ごとに前記駆動間隔を算出することを特徴とする付記1または2に記載の電池駆動装置。
(Appendix 3)
3. The battery driving apparatus according to
(付記4)
前記デバイスは、前記電池駆動装置の周囲の状態を計測するセンサであって、
前記センサが前記電池駆動装置の周囲の状態を計測するごとに計測結果を示す計測データを無線で外部に送信する送信手段を備えることを特徴とする付記1ないし3のいずれかに記載の電池駆動装置。
(Appendix 4)
The device is a sensor for measuring a state around the battery driving device,
The battery drive according to any one of
(付記5)
少なくとも周辺温度を計測する温度センサを含むデバイスと、前記デバイスの駆動電力を給電する電池と、前記電池の温度特性から算出した温度と前記デバイスの駆動間隔との関係を示す駆動間隔評価関数を記憶する記憶手段とを備える電池駆動装置が実行する電池駆動方法であって、
前記温度センサの計測結果を示す計測データを取得する取得ステップと、
前記温度センサの計測データから、前記駆動間隔評価関数を用いて駆動間隔を算出する駆動間隔算出ステップと、
前記駆動間隔算出ステップで算出した前記駆動間隔で前記デバイスを駆動させる駆動ステップと、
を備えることを特徴とする電池駆動方法。
(Appendix 5)
Stores at least a device including a temperature sensor that measures the ambient temperature, a battery that supplies power for driving the device, and a drive interval evaluation function that indicates the relationship between the temperature calculated from the temperature characteristics of the battery and the drive interval of the device A battery driving method executed by a battery driving device comprising:
An acquisition step of acquiring measurement data indicating a measurement result of the temperature sensor;
A drive interval calculating step of calculating a drive interval from the measurement data of the temperature sensor using the drive interval evaluation function;
A driving step of driving the device at the driving interval calculated in the driving interval calculating step;
A battery driving method comprising:
(付記6)
前記駆動間隔評価関数は、前記電池の電圧ドロップ幅が小さい温度では駆動間隔が短く、使用する電池の電圧ドロップ幅が大きい温度では駆動間隔が長いことを特徴とする付記5に記載の電池駆動方法。
(Appendix 6)
The battery driving method according to
(付記7)
前記駆動間隔算出ステップでは、所定の駆動回数または所定の時間ごとに前記駆動間隔を算出することを特徴とする付記5または6に記載の電池駆動方法。
(Appendix 7)
The battery driving method according to
(付記8)
前記デバイスは、前記電池駆動装置の周囲の状態を計測するセンサであって、
前記センサが前記電池駆動装置の周囲の状態を計測するごとに計測結果を示す計測データを無線で外部に送信する送信ステップを備えることを特徴とする付記5ないし7のいずれかに記載の電池駆動方法。
(Appendix 8)
The device is a sensor for measuring a state around the battery driving device,
The battery drive according to any one of
(付記9)
コンピュータに、
デバイスに含まれる温度センサの計測結果を示す計測データを取得する取得ステップと、
前記温度センサの計測データから、前記デバイスの駆動電力を給電する電池の温度特性から算出した温度と前記デバイスの駆動間隔との関係を示す駆動間隔評価関数を用いて駆動間隔を算出する駆動間隔算出ステップと、
前記駆動間隔算出ステップで算出した前記駆動間隔で前記デバイスを駆動させる駆動ステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
(Appendix 9)
On the computer,
An acquisition step of acquiring measurement data indicating a measurement result of a temperature sensor included in the device;
Drive interval calculation that calculates a drive interval from a measurement data of the temperature sensor using a drive interval evaluation function indicating a relationship between a temperature calculated from a temperature characteristic of a battery that supplies power for driving the device and a drive interval of the device Steps,
A driving step of driving the device at the driving interval calculated in the driving interval calculating step;
A program characterized by having executed.
本発明は、無線センサシステムにおける各センサノードの温度特性を考慮することで、放電量の低減および長寿命化を実現することが可能であり、また、無線通信システム、特に、各無線ノードにおける省電力化が重要な電子タグシステムやセンサネットワークシステム等に適用可能である。 The present invention makes it possible to reduce the discharge amount and extend the life by considering the temperature characteristics of each sensor node in the wireless sensor system. In addition, the wireless communication system, in particular, savings in each wireless node. It can be applied to an electronic tag system or a sensor network system in which power generation is important.
また、本発明の電池駆動装置は、無線通信を行う無線センサシステムのセンサノードに限らずに、乾電池やボタン型電池等で駆動する電池駆動装置に適用可能である。電池駆動であれば、その形態や用途を問わず、さまざまな電池駆動装置に適用可能である。 The battery driving device of the present invention is not limited to a sensor node of a wireless sensor system that performs wireless communication, and can be applied to a battery driving device that is driven by a dry battery, a button-type battery, or the like. Any battery driving device can be applied to various battery driving devices regardless of its form or use.
1 センサノード
11 温度センサ
12 湿度センサ
13 照度センサ
14 気圧センサ
15 記憶部
16 駆動間隔算出部
17 駆動部
18 電池
19 送信部
31 制御部
32 主記憶部
33 外部記憶部
34 電池
35 センサ群
36 送受信部
39 制御プログラム
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記デバイスの駆動電力を給電する電池と、
前記電池の温度特性から算出した温度と前記デバイスの駆動間隔との関係を示し、前記電池の単位放電量あたりの電圧の降下幅に相当する電圧ドロップ幅がより小さくなる温度では駆動間隔がより短く、前記電池の電圧ドロップ幅がより大きくなる温度では駆動間隔がより長くなるような駆動間隔評価関数を記憶する記憶手段と、
前記温度センサの計測結果を示す計測データを前記駆動間隔評価関数に適用して駆動間隔を算出する駆動間隔算出手段と、
前記駆動間隔算出手段が算出した前記駆動間隔で前記デバイスを駆動させる駆動手段と、
を備えることを特徴とする電池駆動装置。 A device including a temperature sensor that measures at least the ambient temperature;
A battery for supplying driving power of the device;
Shows the relationship between the temperature and the driving time interval of the device, which is calculated from the temperature characteristics of the battery, wherein the temperature in which the voltage drop width becomes smaller corresponding to the drop width of the unit discharge amount per voltage of the battery more driving distance Storage means for storing a drive interval evaluation function that is short and has a longer drive interval at a temperature at which the voltage drop width of the battery is larger ;
A drive interval calculating means for calculating the drive interval applied to the measurement data indicating a measurement result of the temperature sensor to the drive interval evaluation function,
Drive means for driving the device at the drive interval calculated by the drive interval calculation means;
A battery driving device comprising:
前記センサが前記電池駆動装置の周囲の状態を計測するごとに計測結果を示す計測データを無線で外部に送信する送信手段を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の電池駆動装置。 The device is a sensor for measuring a state around the battery driving device,
3. The battery drive device according to claim 1, further comprising: a transmission unit that wirelessly transmits measurement data indicating a measurement result every time the sensor measures a state around the battery drive device. 4.
前記温度センサの計測結果を示す計測データを取得する取得ステップと、
前記温度センサの計測データを前記駆動間隔評価関数に適用して駆動間隔を算出する駆動間隔算出ステップと、
前記駆動間隔算出ステップで算出した前記駆動間隔で前記デバイスを駆動させる駆動ステップと、
を備えることを特徴とする電池駆動方法。 Shows a device including a temperature sensor for measuring at least ambient temperature, and a battery for feeding drive power of the device, the relationship between the temperature and the driving time interval of the device, which is calculated from the temperature characteristics of the battery, the unit of the battery Driving interval evaluation function such that the driving interval is shorter at a temperature where the voltage drop width corresponding to the voltage drop width per discharge amount is smaller, and the driving interval is longer at a temperature where the voltage drop width of the battery is larger. A battery driving method executed by a battery driving device comprising storage means for storing
An acquisition step of acquiring measurement data indicating a measurement result of the temperature sensor;
A drive interval calculating step of calculating a drive interval by applying measurement data of the temperature sensor to the drive interval evaluation function;
A driving step of driving the device at the driving interval calculated in the driving interval calculating step;
A battery driving method comprising:
前記センサが前記電池駆動装置の周囲の状態を計測するごとに計測結果を示す計測データを無線で外部に送信する送信ステップを備えることを特徴とする請求項4または5に記載の電池駆動方法。 The device is a sensor for measuring a state around the battery driving device,
6. The battery driving method according to claim 4, further comprising a transmission step of transmitting measurement data indicating a measurement result to the outside wirelessly each time the sensor measures a state around the battery driving device.
デバイスに含まれる温度センサの計測結果を示す計測データを取得する取得ステップと、
前記温度センサの計測データを前記駆動間隔評価関数に適用して駆動間隔を算出する駆動間隔算出ステップと、
前記駆動間隔算出ステップで算出した前記駆動間隔で前記デバイスを駆動させる駆動ステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。 A temperature indicating a relationship between a temperature calculated from a temperature characteristic of a battery that supplies power for driving the device and a driving interval of the device, and a voltage drop width corresponding to a voltage drop width per unit discharge amount of the battery becomes smaller. In a computer comprising a storage means for storing a drive interval evaluation function such that the drive interval is shorter and the drive interval becomes longer at a temperature at which the voltage drop width of the battery becomes larger .
An acquisition step of acquiring measurement data indicating a measurement result of a temperature sensor included in the device;
A drive interval calculating step of calculating a drive interval by applying measurement data of the temperature sensor to the drive interval evaluation function;
A driving step of driving the device at the driving interval calculated in the driving interval calculating step;
A program characterized by having executed.
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