JP6303062B1 - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチポップ無線方式において電力消費に応じて流動的にシステムを運用することができるセンサ装置を提供することを目的とする。【解決手段】センサ装置３は、環境情報を検出するセンサ部３７と、検出された環境情報を他のセンサ装置３へ送信可能であると共に、自装置に対する設定情報を受信可能なセンサ装置通信部３８と、センサ部３７とセンサ装置通信部３８に電力を供給する一次電池３１と、自装置に電力を供給する補助電池を着脱可能なセンサ装置側結合部４０と、を備え、補助電池が装着されていない場合は、一次電池３１からの電力供給で動作し、補助電池が装着された場合は、一次電池３１または補助電池からの電力供給で動作し、設定情報に基づき自装置を設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、センサ装置に関する。

近年、電子回路や無線技術の低消費電力化により、周囲の環境から電気エネルギーを得ることで、配線や電池交換なしで動作するワイヤレスセンサやリモコンスイッチといったエネルギーハーベスティング（環境発電）センサを用いたセンサシステムが注目されている。例えば、乾電池１本で数年間動かすことを想定した広域無線モジュールの開発や、蛍光灯やＬＥＤ（発光ダイオード）照明といった屋内での使用を想定したエネルギーハーベスティング用の色素増感太陽電池の開発が進められている。

マルチポップ無線方式のセンサシステムでは、センサ装置で測定した情報をマスター装置に収集する。このようなシステムにおいて、マスター装置から遠いセンサ装置は、マスター装置に近いセンサ装置を介してマスター装置へ情報を送信する。例えば、マスター装置に近い順に３つの第１のセンサ装置、第２のセンサ装置、第３のセンサ装置がある場合、第３のセンサ装置が送信した情報は、第２のセンサ装置と第１のセンサ装置を介してマスター装置へ送信される。このように、マルチポップ無線方式のセンサシステムでは、第１のセンサ装置、および第２のセンサ装置が、自装置の情報を送信するだけではなく他装置からの情報を受信して、受信した情報も送信、すなわち中継器の役割も備えていることになる。中継器では、他装置からの情報を受信できるように、情報を受信するための待ち受けを行う必要がある。

特許文献１には、環境データを測定し、送信を行う子局同士が相互に無線メッシュ接続されたデータ収集システムであり、子局が太陽電池のみを備え動作すると共に中継局としても機能するデータシステムが記載されている。

特開２００３−０４４９７４号公報

しかしながら、様々な市場での使用が想定されるセンサシステムに求められるユーズは多様であり、幅広い市場で使用するためには、複数の電源供給に対応できるセンサ装置が必要である。これは、容易に電池交換が可能な環境であれば安価な内蔵電池での運用により、エナジーハーベスト電源は不要である。一方で電池交換が困難な環境や、メンテナンスコストを優先する場合などがあり、それらを多面的にカバーできる必要性があった。

そして、子局が太陽電池のみを備えている特許文献１に記載の技術をマルチポップ無線方式のセンサシステムに適用した場合、中継器に割り当てられた子局は、情報の待ち受けも行うので消費電力が大きくなり、太陽電池によって発電された電力では運用が困難であった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、マルチポップ無線方式において電力消費に応じて流動的にシステムを運用することができるセンサ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るセンサ装置（３）は、環境情報を検出するセンサ（センサ部３７）と、検出された前記環境情報を他のセンサ装置へ送信可能であると共に、自装置に対する設定情報を受信可能なセンサ装置通信部（３８）と、前記センサと前記センサ装置通信部に電力を供給する電池（一次電池３１）と、自装置に電力を供給する補助電池を着脱可能なセンサ装置側結合部（４０）と、を備え、前記補助電池が装着されていない場合は、前記電池からの電力供給で動作し、前記補助電池が装着された場合は、前記電池または前記補助電池からの電力供給で動作し、前記設定情報に基づき自装置を設定する。
これにより、センサ装置は、自装置のコンフィグレーションを含む各種設定を行うための管理者用の入力キ一等を持たない。また、これにより、複数のセンサ装置それぞれは、電力消費に直結する表示デバイス、入力キ一、過去の環境データを長期的に記憶するための容量の大きなメモリ等を持たず電力的な負荷を最小限にできる。

また、本発明の一態様に係るセンサ装置において、前記センサは、異なる種類の環境情報を検出する複数のセンサからなり、前記設定情報は、前記複数のセンサのうち用いるセンサを１個以上指示する情報を含むようにしてもよい。
これにより、センサシステム装置は、使用しないセンサに対して、省電力動作状態になるように制御することができる。

また、本発明の一態様に係るセンサ装置は、前記設定情報は、前記環境情報を送信する時間間隔に関する情報を含むようにしてもよい。
これにより、複数のセンサ装置のうちマスター装置は、例えば災害などの緊急時に、センサの環境情報をマスター装置へ送信する時間間隔を初期設定より短く、例えば１分おきに送信する指示をセンサ装置それぞれに送信することができる。

本発明によれば、マルチポップ無線方式において電力消費に応じて流動的にシステムを運用することができる。

本実施形態に係るマルチホップ方式のセンサネットワークシステムの概略構成を示す図である。 本実施形態に係るセンサシステムの構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係るマスター装置の構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係るセンサ装置の電圧検出・比較が比較に用いる所定基準の例を示す図である。 本実施形態に係る複数のセンサ装置それぞれの通信部の動作例を示す図である。 本実施形態に係るセンサネットワークシステムにおける構築手順例を示す図である。 本実施形態に係るＵＳＢ端子を備えるセンサ装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るマルチホップ方式のセンサネットワークシステム１の概略構成を示す図である。
図１に示すように、マルチホップ方式のセンサネットワークシステム１は、複数のセンサシステム２−１、２−２、・・・（ＳＳ）、マスター装置６（Ｍ）、およびサーバー７を含んで構成される。以下、センサシステム２−１、２−２、・・・のうち１つを特定しない場合は、センサシステム２という。

センサシステム２は、自装置が備えるセンサが計測した環境情報を、マスター装置６へ直接送信、または他のセンサシステム２を介してマスター装置６へ送信する。なお、センサシステム２が環境情報を送信するタイミングは、所定の時間間隔であり、例えば５分に１回である。センサシステム２は、この所定の時間間隔の設定情報を、マスター装置６から受信し、受信した設定情報に応じて設定する。

マスター装置６は、センサネットワークシステム１に接続されている全てのセンサシステム２から情報を受信して、全てのセンサシステム２を管理する。また、マスター装置６は、必要に応じてセンサシステム２へ、設定情報やファームウェアを送信する。マスター装置６は、センサシステム２から受信した環境情報を含む情報を、サーバー７へ送信する。

サーバー７は、マスター装置６から受信したセンサシステム２からの情報を保管し、保管したデータの解析等を行う。

図２は、本実施形態に係るセンサシステム２の構成例を示すブロック図である。
図２に示すように、センサシステム２は、センサ装置３と、ＤＳＣユニット５を備えている。
センサ装置３は、一次電池３１、一次電池電圧検出部３２、蓄電部電圧検出部３３、供給電源切換スイッチ３４、供給電源制御部３５、センサシステム制御部３６、センサ部３７、センサ装置通信部３８、記憶部３９、センサ装置側結合部４０、および供給電源設定スイッチ４１を備える。供給電源制御部３５は、電圧検出・比較部３５１と、供給電源切換部３５２を備える。センサ部３７は、人感センサ３７１、温度センサ３７２、湿度センサ３７３、気圧センサ３７４、および照度センサ３７５を備える。
ＤＳＣユニット５は、太陽電池５１、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、蓄電部５３、およびＤＳＣユニット側結合部５４を備える補助電池である。

センサ装置３は、センサが計測した計測値を送信する。また、センサ装置３は、他のセンサ装置３から情報を受信し、受信した情報を転送する。なお、情報の送信先は、図１に示したように、他のセンサ装置３を経由する場合もしない場合もマスター装置６である。センサ装置３は、ＤＳＣユニット５が着脱可能である。

一次電池３１は、例えば通常時の電圧値が３．０Ｖの電池である。一次電池３１は、正極が一次電池電圧検出部３２を介して供給電源切換スイッチ３４の入力端子ａに接続され、負極が接地されている。

一次電池電圧検出部３２は、一次電池３１の電圧値Ｖ２を検出し、検出した電圧値Ｖ２を供給電源制御部３５へ出力する。
蓄電部電圧検出部３３は、ＤＳＣユニット５がセンサ装置３に接続されているとき、ＤＳＣユニット５が出力する電圧値Ｖ１を検出し、検出した電圧値Ｖ１を供給電源制御部３５へ出力する。

供給電源切換スイッチ３４は、入力端子ａが蓄電部電圧検出部３３とセンサ装置側結合部４０を介してＤＳＣユニット５に接続され、入力端子ｂが一次電池電圧検出部３２を介して一次電池３１の正極に接続され、出力端子ｃがセンサシステム制御部３６、センサ部３７およびセンサ装置通信部３８に接続されている。また、出力端子ｃから出力される電圧をＶｏｕｔとする。
その上で、供給電源切換スイッチ３４は、供給電源制御部３５の制御に応じて、ＤＳＣユニット５から供給された電力、または一次電池３１の電力をセンサシステム制御部３６、センサ部３７、およびセンサ装置通信部３８へ供給するように切り換える。

供給電源設定スイッチ４１は、ＤＳＣユニット５が接続されているか否かによって、センサ装置３の管理者によって切り換えられる。例えばスライドスイッチまたはＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎ−ｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）スイッチである。例えば、第１状態がＤＳＣユニット５の接続無し状態であり、第２状態がＤＳＣユニット５の接続有り状態である。

供給電源制御部３５は、一次電池電圧検出部３２と蓄電部電圧検出部３３が検出した各電圧値と、自部が記憶する所定基準とを比較して、比較した結果に応じて供給電源切換スイッチ３４を切り換えるように制御する。なお、所定基準については、後述する。また、供給電源制御部３５は、検出した各電圧値と供給電源切換スイッチ３４の切り換え状態をセンサシステム制御部３６へ出力する。さらに、供給電源制御部３５は、供給電源設定スイッチ４１の状態を検出し、第１状態であれば、比較した結果に関わらず、供給電源切換スイッチ３４を一次電池３１に接続するように制御する。

電圧検出・比較部３５１は、一次電池電圧検出部３２と蓄電部電圧検出部３３が検出した各電圧値と、自部が記憶する所定基準とを比較する。電圧検出・比較部３５１は、比較した結果に応じて供給電源切換スイッチ３４の切換信号を生成し、生成した切換信号を供給電源切換部３５２へ出力する。さらに、電圧検出・比較部３５１は、供給電源設定スイッチ４１の状態を検出し、第１状態であれば、比較した結果に関わらず、供給電源切換スイッチ３４を一次電池３１に接続する切換信号を生成し、生成した切換信号を供給電源切換部３５２へ出力する。
供給電源切換部３５２は、電圧検出・比較部３５１が出力した切換信号に応じて供給電源切換スイッチ３４を切り換える。

センサシステム制御部３６は、センサ部３７が出力した検出結果情報や計測値に自装置を識別するための識別子を付加して環境情報を生成し、生成した環境情報を記憶部３９に記憶させる。センサシステム制御部３６は、記憶部３９に記憶させた環境情報をセンサ装置通信部３８へ出力する。なお、センサシステム制御部３６は、環境情報が３回続けて送信できなかった場合、記憶部３９に記憶させた環境情報を破棄する。このように、センサシステム制御部３６が記憶部３９に記憶させる環境情報は、最新の環境データのみである。
センサシステム制御部３６は、センサ装置通信部３８を介して他のセンサ装置３から受信した環境情報を転送するために、再びセンサ装置通信部３８へ出力する。なお、センサシステム制御部３６は、センサ装置通信部３８を介して他のセンサ装置３から受信した環境情報を記憶部３９に一次的に記憶させ、記憶させた環境情報を転送するために再びセンサ装置通信部３８へ出力するようにしてもよい。センサシステム制御部３６は、マスター装置６から受信した情報に基づいて、使用するセンサを決定する。センサシステム制御部３６は、使用しないセンサに対して、省電力動作状態になるように制御するようにしてもよい。また、センサシステム制御部３６は、一次電池３１の電圧値Ｖ２（または、それに対応するような電圧情報）、ＤＳＣユニット５が出力する電圧値Ｖ１（または、それに対応するような電圧情報）、供給電源設定スイッチ４１の状態、供給電源切換スイッチ３４の状態を示す情報を生成し、生成した情報をセンサ装置通信部３８を介してマスター装置６へ送信するようにしてもよい。また、センサシステム制御部３６は、計時部を備え、計時を行う。

センサ部３７は、検出した結果を示す検出結果情報または計測した計測値をセンサシステム制御部３６へ出力する。
人感センサ３７１は、例えば赤外線、超音波、可視光を用いて人間の所在を検知するためのセンサである。人感センサ３７１は、検出した結果を示す検出結果情報をセンサシステム制御部３６へ出力する。
温度センサ３７２は、温度を計測し、計測した計測値をセンサシステム制御部３６へ出力する。
湿度センサ３７３は、湿度を計測し、計測した計測値をセンサシステム制御部３６へ出力する。
気圧センサ３７４は、気圧を計測し、計測した計測値をセンサシステム制御部３６へ出力する。
照度センサ３７５は、照度を計測し、計測した計測値をセンサシステム制御部３６へ出力する。

センサ装置通信部３８は、センサシステム制御部３６が出力した情報を送信する。また、センサ装置通信部３８は、他のセンサ装置３やマスター装置６から受信した情報をセンサシステム制御部３６へ出力する。受信する情報には、例えば環境情報、センサ装置３を識別するための識別子等が含まれる。また、センサ装置通信部３８は、他のセンサ装置３との通信によってＲＳＳＩ（電波強度）を計測し、さらに、他のセンサ装置３間のＲＳＳＩおよび各センサ装置３からマスター装置６までのホップ数を取得することで、通信における親子関係と通信の経路を決定する。
記憶部３９は、環境情報を一時的に記憶する。記憶部３９は、計測した環境情報を全て記憶しないため、容量は小さくてよい。

センサ装置側結合部４０は、例えばコネクターである。センサ装置側結合部４０には、ＤＳＣユニット５のＤＳＣユニット側結合部５４が接続される。なお、センサ装置側結合部４０は、ＤＳＣユニット５と構造的な結合を実現する役割を兼ねていてもよい。

ＤＳＣ（Ｄｙｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ；色素増感太陽電池）ユニット５は、センサ装置３との接続時に、太陽電池で発電した電力をセンサ装置３へ供給する外付け電源のユニットである。

太陽電池５１は、一般の太陽電池では十分な発電効率の得られない蛍光灯下などの光照度強度が低い（例えば１０［ｌｕｘ］）環境から、野外の太陽光下の光照度強度が高い（例えば１０万［ｌｕｘ］）環境まで、効率良く発電可能な例えば色素増感太陽電池である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は、太陽電池５１によって発電された電力の電圧値を変換して、電圧値を変換した電圧を蓄電部５３に充電するように制御する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は、センサ装置３との接続時に、蓄電部５３に蓄電された電力と太陽電池５１によって発電された電力をセンサ装置３へ供給する。

蓄電部５３は、例えば容量が４０Ｆ（ファラド）のリチウムイオンキャパシタである。蓄電部５３には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の制御によって、太陽電池５１によって発電された電力が蓄電される。蓄電部５３は、正極がＤＣ／ＤＣコンバータ５２とＤＳＣユニット側結合部５４に接続され、負極が接地されている。

ＤＳＣユニット側結合部５４は、例えばコネクターである。ＤＳＣユニット側結合部５４には、センサ装置３のセンサ装置側結合部４０が接続される。なお、ＤＳＣユニット側結合部５４は、センサ装置３と構造的な結合を実現する役割を兼ねていてもよい。

センサ装置３は、自装置が備える一次電池３１の電力を用いて電池交換無しで、使用環境に応じて、例えば１年から２年程度の運用が可能である。また、センサ装置３にＤＳＣユニット５を結合した場合、自装置が備える一次電池３１とＤＳＣユニット５から供給される電力を用いて電池交換無しで、使用環境に応じて、例えば４年、５年から使用される環境によっては１０年程度の運用が可能である。

次に、マスター装置６について説明する。
図３は、本実施形態に係るマスター装置６の構成例を示すブロック図である。
図３に示すように、マスター装置６は、マスター装置通信部６１、データ送受信部６２、送信データ蓄積部６３、マスター制御部６４、センサデータ換算・演算部６５、センサ装置管理部６６、センサステーション管理部６７、クラウド接続管理部６８、および特定小電力無線送受信部６９を備えている。

マスター装置通信部６１は、データ送受信部６２が出力した情報を通信相手の装置に応じた送受信部を用いて情報の送信を行う。また、マスター装置通信部６１は、通信相手の装置に応じた送受信部を用いて情報を受信し、受信した情報をデータ送受信部６２へ出力する。マスター装置通信部６１は、有線通信を用いて通信を行うＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ；ローカル・エリア・ネットワーク）送受信部６１１、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格で通信を行う近距離無線送受信部６１２、電話通信網を用いて通信を行う３Ｇ／ＬＴＥ送受信部６１３、Ｍｏｄｂｕｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌによるシリアル通信を行うＭｏｄｂｕｓ送受信部６１４を備えている。

データ送受信部６２は、マスター制御部６４が出力した送信データをマスター装置通信部６１へ出力する。また、データ送受信部６２は、マスター装置通信部６１が出力した情報を受け取り、受け取った情報をマスター制御部６４へ出力する。なお、データ送受信部６２は、送受信相手の装置に応じて、送信信号に対して変調を行い、受信信号に復調を行う。データ送受信部６２は、送信できなかった情報を送信データ蓄積部６３へ一次的に蓄積させ、送信可能となった場合に、再送を行う。

送信データ蓄積部６３は、送信できなかった情報などを一時保管する。
マスター制御部６４は、マスター装置６の各機能部を制御する。

センサデータ換算・演算部６５は、センサ装置３から受信した情報の解析や換算等の演算を行う。
センサ装置管理部６６は、センサネットワークシステム１に含まれる各センサ装置３の管理や、各センサ装置３への各種設定、各センサ装置３への個別制御等を行う。センサ装置管理部６６は、受信した情報に含まれる各センサ装置３の電圧値Ｖ１および電圧値Ｖ２（または、それぞれに対応するような電圧情報）と供給電源切換スイッチ３４の状態を参照することにより、例えば一次電池３１の電圧値が所定の値以下で運用に支障が生じる場合、電池交換が必要であることをメンテナンス情報として報知するようにしてもよい。

センサステーション管理部６７は、マスター装置６の設定の内部保存、外部出力、外部からの読み込みの管理機能を提供する。
クラウド接続管理部６８は、クラウドへのセンサ装置３の登録、設定保管、クラウドからの指示受信などを行う。

特定小電力無線送受信部６９は、特定小電力無線によって、センサシステム２との間で情報の送受信を行う。特定小電力無線送受信部６９は、マスター制御部６４が出力した情報を送信する。特定小電力無線送受信部６９は、受信した情報をマスター制御部６４へ出力する。
なお、上述したマスター装置６の構成例は一例で有り、上述した全ての機能部のうち一部を備えていてもよく、他の機能部を備えていなくてもよい。

また、マスター装置６は、センサ装置３の設定を変更することができる。
例えば、センサ装置３それぞれが、５個のセンサを備えている場合、５個あるセンサのいずれを動作させるか、定常的な通信の時間間隔等のコンフィグレーションをセンサ装置３毎に自由に設定することもできる。以下に、その手順を説明する。

まず、センサネットワークシステム１の管理者は、ノートパソコン等をマスター装置６に接続し、センサネットワークシステム１に含まれる全てのセンサ装置３をマスター装置６に登録すると共に、センサ装置３それぞれのコンフィグレーションも設定する（管理者による手動設定）。
センサ装置３それぞれは、初期設定の後に、マスター装置６へ自装置のコンフィグレーションを要求する。なお、センサ装置３の要求信号には、自装置の識別子が含まれている。

なお、マスター装置６は、例えば災害などの緊急時に、センサの環境情報をマスター装置６へ送信する時間間隔を初期設定より短く、例えば１分おきに送信する指示をセンサ装置３それぞれに送信するようにしてもよい。

マスター装置６は、各センサ装置３からコンフィグレーションの要求を受信したとき、要求に対する応答として、設定されたコンフィグレーションを要求したセンサ装置３へ送信する。
センサ装置３は、要求に対する応答として送られてきた自装置へのコンフィグレーションに基づき自装置の設定を行う。
このように、センサ装置３は、自装置のコンフィグレーションを含む各種設定を行うための管理者用の入力キ一等を持たない。

次に、センサ装置３の電圧検出・比較部３５１が比較に用いるしきい値の例を説明する。なお、電圧検出・比較部３５１は、これらのしきい値を記憶している。
図４は、本実施形態に係るセンサ装置３の電圧検出・比較部３５１が比較に用いる所定基準の例を示す図である。

図４に示すように、電圧検出・比較部３５１は、ＤＳＣユニット５の電圧値Ｖ１が３Ｖ以上かつ一次電池３１の電圧値Ｖ２が２．５Ｖ以上の場合、電圧値がＶ１のＤＳＣユニット５の電力をＶｏｕｔとして出力するように制御する。
電圧検出・比較部３５１は、ＤＳＣユニット５の電圧値Ｖ１が３Ｖ以上かつ一次電池３１の電圧値Ｖ２が２．５Ｖ未満の場合、電圧値がＶ１のＤＳＣユニット５の電力をＶｏｕｔとして出力するように制御する。

電圧検出・比較部３５１は、ＤＳＣユニット５の電圧値Ｖ１が３Ｖ未満かつ一次電池３１の電圧値Ｖ２が２．５Ｖ以上の場合、電圧値がＶ２の一次電池の電力をＶｏｕｔとして出力するように制御する。
電圧検出・比較部３５１は、ＤＳＣユニット５の電圧値Ｖ１が３Ｖ未満かつ一次電池３１の電圧値Ｖ２が２．５Ｖ未満の場合、電圧値がＶ１のＤＳＣユニット５の電力をＶｏｕｔとして出力するように制御する。

すなわち、図４に示した例では、しきい値が２．５Ｖと３Ｖである。なお、図４に示すたしきい値は一例であり、これに限られない。しきい値は、一次電池３１の電圧やＤＳＣユニット５から供給される電圧値に応じた値であればよい。

なお、上述した例では、電圧検出・比較部３５１が供給電源設定スイッチ４１の状態を検出してＤＳＣユニット５が接続されているか否かを判別する例を説明したが、これに限られない。センサ装置３にＤＳＣユニット５が結合されていない場合は、電圧値Ｖ１が０Ｖである。このような場合、電圧検出・比較部３５１は、ＤＳＣユニット５が結合されていないと判別して、供給電源切換スイッチ３４を一次電池３１へ接続して、電圧値がＶ２の電力を出力するように切り換えるようにしてもよい。

以上のように、実施形態のセンサ装置３は、センサ装置３に、ＤＳＣユニット５を接続してＤＳＣユニット５からも電力の供給を受けられるセンサ装置側結合部４０を備えるようにした。また、センサ装置３は、ＤＳＣユニット５から供給される電圧値Ｖ１と、一次電池３１の電圧Ｖ２と、しきい値とを比較して負荷に供給する電力を切り換えるようにした。

これにより、実施形態によれば、外付け電源であるＤＳＣユニット５を結合した場合、一次電池３１の電圧値と、ユニット内の蓄電部５３の電圧値それぞれを検出し、定められたしきい値で電源供給を切り換えることで最適化された電源供給となり、より安定した長期間のシステム運用が可能になる。センサ装置３は、ＤＳＣユニット５が接続されていない場合、内蔵している一次電池３１の電力を、センサシステム制御部３６、センサ部３７およびセンサ装置通信部３８の負荷に供給する。そして、センサ装置３は、ＤＳＣユニット５が結合された場合、ＤＳＣユニット５から電力が負荷に給電し、蓄電部５３の放電が進むと供給電源切換スイッチ３４によって一次電池３１に切り換えて負荷へ給電する。センサ装置３は、太陽電池５１により蓄電部５３の充電が進むと、蓄電部５３から負荷への給電を再開する。

また、実施形態によれば、システム運用時にセンサ装置３のみを導入済みであっても、センサ装置３に用意されたセンサ装置側結合部４０を活用することで、運用後にＤＳＣユニット５の接続およびＤＳＣユニット５からのセンサ装置３への電源供給が可能になる。
これにより、本実施形態によれば、センサ装置３を長期間動作させることができる。

次に、センサ装置３のセンサ装置通信部３８の動作について説明する。
図５は、本実施形態に係る複数のセンサ装置３それぞれのセンサ装置通信部３８の動作例を示す図である。図５に示す例では、３つのセンサ装置３−１、センサ装置３−２、およびセンサ装置３−３の例である。この場合、図５に示しように、センサ装置３−１は、センサ装置３−３を介してマスター装置６へ情報を送信する。また、センサ装置３−２も、センサ装置３−３を介してマスター装置６へ情報を送信する。

図５において、横軸は時刻、縦軸は電圧でありＬ（ロー）レベルがスリープ状態、Ｈ（ハイ）レベルがウェイクアップ状態を表している。なお、図５に示す処理は、後述するセンサ装置３間の同期処理を行った後に行われる。このため、センサ装置３−１、センサ装置３−２、およびセンサ装置３−３それぞれのセンサ装置通信部３８がスリープ状態から起きる（ウェイクアップ）するタイミングが一致している。

時刻ｔ１より前の時刻のとき、センサ装置３−１、センサ装置３−２、およびセンサ装置３−３それぞれのセンサ装置通信部３８は、スリープ状態（省電力状態）である。センサ装置３−１、センサ装置３−２、およびセンサ装置３−３それぞれのセンサ装置通信部３８は、所定の時間間隔（例えば１〜２秒毎）で、スリープ状態からウェイクアップ状態になる。そして、センサ装置３−１、センサ装置３−２、およびセンサ装置３−３それぞれのセンサ装置通信部３８は、ウェイクアップ状態の後、再びスリープ状態に遷移する。

時刻ｔ１〜ｔ２のときと時刻ｔ９〜ｔ１０のとき、センサ装置３−２のセンサ装置通信部３８は、送信要求をセンサ装置３−３へ送信する。
時刻ｔ１〜ｔ２のときと時刻ｔ９〜ｔ１０のとき、センサ装置３−３のセンサ装置通信部３８は、センサ装置３−２が送信した送信要求を受信する。

時刻ｔ３〜ｔ４のときと時刻ｔ１１〜ｔ１２のとき、センサ装置３−２のセンサ装置通信部３８は、データ（計測情報）をセンサ装置３−３へ送信する。
時刻ｔ３〜ｔ４のときと時刻ｔ１１〜ｔ１２のとき、センサ装置３−３のセンサ装置通信部３８は、センサ装置３−２が送信したデータ（計測情報）を受信する。

時刻ｔ５〜ｔ６のときと時刻ｔ１３〜ｔ１４のとき、センサ装置３−１のセンサ装置通信部３８は、送信要求をセンサ装置３−３へ送信する。
時刻ｔ５〜ｔ６のときと時刻ｔ１３〜ｔ１４のとき、センサ装置３−３のセンサ装置通信部３８は、センサ装置３−１が送信した送信要求を受信する。

時刻ｔ７〜ｔ８のときと時刻ｔ１５〜ｔ１６のとき、センサ装置３−１のセンサ装置通信部３８は、データ（計測情報）をセンサ装置３−３へ送信する。
時刻ｔ７〜ｔ８のときと時刻ｔ１５〜ｔ１６のとき、センサ装置３−３のセンサ装置通信部３８は、センサ装置３−１が送信したデータ（計測情報）を受信する。
なお、センサ装置３−２のセンサ装置通信部３８が、送信要求をセンサ装置３−３へ送信する通信間隔（時刻ｔ１と時刻ｔ９との間隔）は、例えば５分であり、センサ装置３−１（時刻ｔ５と時刻ｔ１３との間隔）も同様である。
また、センサ装置３−２における時刻ｔ４と時刻ｔ９との間隔のような送信を行わない間も、センサ装置通信部３８は、所定の時間間隔（例えば１〜２秒毎）でスリープ状態からウェイクアップ状態になる。

このように、本実施形態のセンサ装置３それぞれが備えるセンサ装置通信部３８は、ウェイクアッフモードとスリーブモードを切り換え可能である。そして、センサ装置通信部３８は、ウェイクアッフモードで動作する時間帯の同期を取ることにより電力消費が大きい相互通信の時間帯を限定する。

以上のように、本実施形態のセンサ装置３のセンサ装置通信部３８は、複数のセンサ装置３を同期させた後、間欠動作を行い、殆どの時間スリープ状態であり、例えば１〜２秒毎にウェイクアップ状態となって必要であればデータの送受信を行う。これにより、センサ装置３の消費電力を低減することができ長期間動作させることができる。

ここで、このようなセンサネットワークシステム１における構築方法を説明する。
図６は、本実施形態に係るセンサネットワークシステム１における構築手順例を示す図である。

（ステップＳ１）複数のセンサ装置３それぞれは、起動時に自装置の識別子をマスター装置６から取得する。続けて、複数のセンサ装置３それぞれは、周囲の他のセンサ装置３との問で親子関係を確立する。この様なネットワークを構築するための方法は問わないが、例えばＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の構築手法が挙げられる。なお、親子関係とは、どのセンサ装置３の方がマスター装置６を中心としたネットワークの上流、下流に位置し、どのセンサ装置３が中継器となるか等のネットワークにおける情報の経由等の関係である。このような親子関係を構築する手順の一例として、各センサ装置３は、センサ装置通信部３８を介して他のセンサ装置３やマスター装置６から例えばテスト信号を受信したときのＲＳＳＩを計測し、それを他のセンサ装置３やマスター装置６へ送信する。さらに、各センサ装置３は、他のセンサ装置３間のＲＳＳＩ及び各センサ装置３からマスター装置６までのホップ数を受信し、これらの情報に基づいて親子関係の構築と通信経路の決定を行う。なお、このような親子関係の構築と経路の選定は、センサ装置３の導入時や所定の時間間隔（例えば１日に１回）等において行われる。

（ステップＳ２）複数のセンサ装置３それぞれは、ウェイクアッフモードおよびスリーブモードの動作時間帯の同期を取る。同期の取り方は特に限定されないが、センサ装置通信部３８それぞれが、センサシステム制御部３６が計時した時刻情報を利用すると共に所定の設定値に基づき同期を取るようにしてもよい。なお、センサ装置通信部３８が計時部を備えていてもよい。ここで、スリープモードの時間は、ウェイクアッフモードの時間の例えば１０倍以上とすれば電力消費を抑えることができる。

（ステップＳ３）複数のセンサ装置３それぞれは、センサ装置３間で通信を行うスケジュールを決定する。スケジュールの決定は複数の方法が考えられるが、例えばセンサ装置３間で相互に調整することにより、他のセンサ装置３間の通信と重複しないようにする。

（ステップＳ４）同期が取られた後、センサ装置３それぞれは、図５に示したように、ウェイクアッフモードの動作時間帯に送信要求を行う。なお、受信側は、送信要求を受信したとき、受信を許可する情報を応答として送信するようにしてもよい。続けて、センサ装置３それぞれは、データの送信を行う。センサ装置通信部３８は、例えば、相手先のセンサ装置３が送信した受信を許可する情報の応答に、自装置の送信タイミングを合わせることで、送信タイミングの同期を行う。

なお、送信パケットは、例えば送信先であるマスター装置６のＩＤ（識別子）、送信元のセンサ装置３の識別子、環境データ（センサの計測情報）、一次電池３１の電圧値Ｖ２（または、それに対応するような電圧情報）、ＤＳＣユニット５が出力する電圧値Ｖ１（または、それに対応するような電圧情報）、供給電源設定スイッチ４１の状態、供給電源切換スイッチ３４の状態、ＲＳＳＩ（その時点での送信先のセンサ装置３の電波強度）等を含む。

なお、センサ装置３は、本来の役割である「センサによるセンシング」を、通信プロトコルからは完全に独立して実行する。

以上のように、本実施形態では、複数のセンサ装置３それぞれは、マスター装置６を介してサーバー７へ「一次電池３１の電圧値Ｖ２（または、それに対応するような電圧情報）、ＤＳＣユニット５が出力する電圧値Ｖ１（または、それに対応するような電圧情報）、供給電源設定スイッチ４１の状態、供給電源切換スイッチ３４の状態」を送信するようにした。そして、サーバー７で、監視することにより、センサネットワークシステム１の中長期的な全体最適化を実現することができる。
また、本実施形態によれば、複数のセンサ装置３それぞれは、電力消費に直結する表示デバイス、入力キ一、過去の環境データを長期的に記憶するための容量の大きなメモリ等を持たず電力的な負荷を最小限にできる。

また、本実施形態によれば、設置されたセンサ装置３に対してＤＳＣユニット５を「いつでも装着」及び「いつでも抜去」できることを最大限に利用することができる。
例えば、センサネットワークシステム１の導入時にＤＳＣユニット５を装着していない場合は、電力不足になったときにＤＳＣユニット５を「いつでも装着」することが可能である。
また、例えば、任意のセンサ装置３について、導入時はデータ送信を仲介するセンサ装置３として動作させる前提でＤＳＣユニット５を装着したが、実際にはその必要があまり無いようならば「いつでも抜去」することが可能である。
また、抜去すると電力不足になる場合は、通信頻度を下げて電力消費を少なくする措置を併用するようにしてもよい。

このように、本実施形態によれば、結果的に、全体として使用するＤＳＣユニット５の数を最適化できる。
以上のように、本実施形態によれば、センサネットワークシステム１の運用開始後にもセンサ装置３を固定したままでシステムに修正を加え、後から最適化を推進することが可能である。

なお、図２を用いて説明したセンサ装置３の構成は一例であり、これに限られない。センサ装置３は、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）端子等の電力供給が可能な端子を備えていてもよい。
図７は、本実施形態に係るＵＳＢ端子を備えるセンサ装置３Ａの構成例を示すブロック図である。

図７に示すように、センサ装置３Ａは、センサ装置３の構成に加えて、ＵＳＢ端子４２、ＵＳＢ電源切換スイッチ４３を備えている。
供給電源切換スイッチ３４の出力端子ｃは、ＵＳＢ電源切換スイッチ４３の入力端子ｄに接続されている。
ＵＳＢ電源切換スイッチ４３は、入力端子ｅがＵＳＢ端子４２に接続され、出力端子ｆから負荷に電力が供給される。

センサシステム制御部３６Ａは、ＵＳＢ端子４２に接続ケーブル等が接続され、ＵＳＢ端子４２から電力が供給可能な状態であることを周知の手法を用いて検出し、検出した場合に、ＵＳＢ電源切換スイッチ４３を、ＵＳＢ端子４２から供給された電力が負荷に供給されるように切り換える。

すなわち、センサ装置３Ａでは、ＵＳＢ端子４２に接続ケーブルが接続され、電力が供給可能な場合、常にこの電力を用いて負荷を駆動する。

また、センサシステム制御部３６Ａは、ＵＳＢ端子４２から電力が供給可能な状態であることを検出した場合、かつＤＳＣユニット５が装着されている場合に、ＵＳＢから供給された電力を負荷に供給しつつ、ＤＳＣユニット５に供給することで蓄電部５３の充電を行うようにしてもよい。この場合、センサシステム制御部３６Ａは、ＵＳＢ電源切換スイッチ４３を、入力端子ｅが入力端子ｄと出力端子ｆに接続されるように制御する。または、センサ装置３Ａは、供給電源切換スイッチ３４とＵＳＢ電源切換スイッチ４３との間に、さらにスイッチを設け、このスイッチをセンサシステム制御部３６Ａが制御することによって、ＵＳＢから供給された電力をＤＳＣユニット５に供給するように切り換えてもよい。

以上のように、実施形態によれば、センサ装置本体に内蔵する安価な一次電池でも稼動することができ、エナジーハーベスト型電源による自立電源の必要性が確認できた際に、後からエナジーハーベストユニットを接合して自立電源を実現できるメンテナンス性の高いセンサシステムを構築することができる。

１…センサネットワークシステム、２…センサシステム、３，３Ａ…センサ装置、５…ＤＳＣユニット、３１…一次電池、３２…一次電池電圧検出部、３３…蓄電部電圧検出部、３４…供給電源切換スイッチ、３５…供給電源制御部、３６，３６Ａ…センサシステム制御部、３７…センサ部、３８…センサ装置通信部、３９…記憶部、４０…センサ装置側結合部、４１…供給電源設定スイッチ、４２…ＵＳＢ端子、４３…ＵＳＢ電源切換スイッチ、５１…太陽電池、５２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、５３…蓄電部、５４…ＤＳＣユニット側結合部、３５１…電圧検出・比較部、３５２…供給電源切換部、３７１…人感センサ、３７２…温度センサ、３７３…湿度センサ、３７４…気圧センサ、３７５…照度センサ

Claims (3)

1. 環境情報を検出するセンサと、
   検出された前記環境情報を他のセンサ装置へ送信可能であると共に、自装置に対する設定情報を受信可能なセンサ装置通信部と、
   前記センサと前記センサ装置通信部に電力を供給する電池と、
   自装置に電力を供給する補助電池を着脱可能なセンサ装置側結合部と、
   を備え、
   前記補助電池が装着されていない場合は、前記電池からの電力供給で動作し、
   前記補助電池が装着された場合は、前記電池または前記補助電池からの電力供給で動作し、前記設定情報に基づき自装置を設定するセンサ装置。
2. 前記センサは、異なる種類の環境情報を検出する複数のセンサからなり、
   前記設定情報は、前記複数のセンサのうち用いるセンサを１個以上指示する情報を含む、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記設定情報は、前記環境情報を送信する時間間隔に関する情報を含む、請求項１に記載のセンサ装置。

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