JPWO2013118515A1 - センサ端末およびセンサネットワークシステム - Google Patents

Abstract

少なくとも１つのセンサから出力されるセンサ信号を処理し、網制御装置および通信回線を介してセンタ装置に転送するセンサ端末において、網制御装置と接続可能な通信インタフェース手段と、センサに接続してセンサ信号を入力するセンサ入力インタフェース手段と、センサ入力インタフェース手段を介して入力するセンサ信号からセンサデータを生成し、網制御装置から通信インタフェース手段を介して入力するセンタ装置の要求信号に対応するセンサデータまたは自発的に送信するセンサデータを、通信インタフェース手段から網制御装置を介してセンタ装置へ送信する制御手段とを備える。

Description

本発明は、電気通信設備を活用して遠隔でセンサ情報を取得し、監視または制御するためのセンサ端末およびセンサネットワークシステムに関する。

遠隔監視システムは、センタ装置から遠隔で、ガス、水道、電気等の検針値、セキュリティ情報（各種警報等）を収集するシステムであり、Ｍ２Ｍ通信のアプリケーションの一つとして世の中に広く導入されている。

図１７は、従来のセンサネットワークシステムの構成例を示す。
図１７において、ガスメーター１１や水道メーター１２などの通信機能付きメーターは、高圧ガス保安協会（ＫＨＫ）の標準インタフェースである５ビットインタフェースあるいは８ビットインタフェースを介して、網制御装置（以下「ＮＣＵ」と記述する）１０に接続される。このＮＣＵ１０は、保安器１５、電話回線１３を介してセンタ装置１４と接続され、センタ装置１４との間で双方向通信するようになっている。電話回線１３に代えて、例えばＩＳＤＮ、ＡＤＳＬ、光回線、携帯電話回線、ＰＨＳ回線等の公衆回線を用いることも可能である。ＮＣＵ１０がこのように多種多様な公衆回線に対応しているのは、公衆回線が通信技術の進展、市場ニーズの変化により、現在に至るまで継続して変遷してきたためであり、遠隔監視システムが古くから継続して利用されている実績の高いシステムであることを示唆している。

また、無線の親機および子機を利用し、親機と複数の子機で構築したローカルな端末網を活用し、有線と無線を併用する施工性に優れたシステムも考案されている（例えば特許文献１）。

また、ＮＣＵは、メーター近傍に設置される場合、商用電源の確保が困難であることから電池駆動となることが多い。ＮＣＵの通信頻度は月数回と低いことから、通信時以外はスリープさせることで、メーターの検定満了期間と同等の電池寿命を実現している。

一方、例えば特許文献２に記載のシステムは、温度、湿度、照度、気圧、振動等の各種センサに通信機能を搭載したセンサ端末を用いてセンサネットワークを構成している。本センサネットワークのセンタ装置では、周囲の環境、モノの状態を示す環境データ、人の状態、動作を示す対象者データ、及び消費エネルギーデータから人の行動パターンを解析して、省エネを実現するための具体的な指標を算出している。センサ端末としては、ＬＡＮ等の有線ネットワークに接続されるものや、ZigBee（登録商標）、Bluetooth （登録商標）、特定小電力無線等の無線ネットワークに接続されるものがある。

特開平６−８５９３８号公報 特開２０１０−２６２５１０号公報

しかしながら、遠隔監視システムに用いられるＮＣＵは、既に世の中に多数導入されているが、上述の標準インタフェースが業界特有の特殊なものである。そのため、適合するガスメーターや水道メーターは豊富に存在するものの、その他のセンサ機器への採用はほとんど実績がない。

ＮＣＵの中には複数の標準インタフェースを有し、１台のＮＣＵで複数台のメーターを接続可能なものも存在する。しかし、これらのメーターインタフェースに加えて、センサ入力インタフェースを複数実装するには、回路規模の増大による端末サイズ及びコストの増大、ならびにインタフェース回路での電力の浪費等の問題がある。すなわち、標準インタフェースは、通信時以外はマイクロアンペアオーダーに消費電流を抑えるように構成されているが、例えば電力メーターについてはＲＳ−４８５等のインタフェースを用いているため、ドライバＩＣ等による電力消費が大きく、通信時以外でもミリアンペアオーダー以上の消費電流となってしまう。

さらに、クランプ式電流センサによる電流値測定においては、センサ入力インタフェースから比較的に大きな電流が端末回路に流れ込む。そのため、基板配線周辺発生した磁界や、電磁波が他の配線に影響を与え、正しいセンサ値を取得できない恐れがある。

また、ＮＣＵは電池駆動を想定しているため、センサ機器への用途拡大、あるいはセンサ入力インタフェースの増加により、通信頻度が例えば１時間に１回程度に増大する場合には、電池寿命が極端に減少して頻繁な電池交換が必要となり、保守コストが増大する。従って、ガス、水道、電気の使用量をリアルタイムにモニタする場合やその他の通信頻度が高い用途には適用が困難であり、用途は、ガス、水道メーターの遠隔検針に限定されていた。

一方、従来のセンサネットワークでは、一般に測定対象毎に通信機能、センシング機能を特化したセンサ端末を使用するため、端末ラインナップが多品種少量になる傾向があった。そのため、センサ端末の生産、在庫・物流管理の効率が低下するため、量産効果が十分に得られる大きな市場へ導入される場合を除き、コスト的に不利であった。結果として、安価なセンサネットワークの構築が困難であった。

本発明は、既存の遠隔監視システムに用いられるＮＣＵに接続でき、安価なセンサネットワークの構築を可能とするセンサ端末およびセンサネットワークシステムを提供することを目的とする。

第１の発明のセンサ端末は、少なくとも１つのセンサから出力されるセンサ信号を処理し、網制御装置および通信回線を介してセンタ装置に転送するセンサ端末において、網制御装置と接続可能な通信インタフェース手段と、センサに接続してセンサ信号を入力するセンサ入力インタフェース手段と、センサ入力インタフェース手段を介して入力するセンサ信号からセンサデータを生成し、網制御装置から通信インタフェース手段を介して入力するセンタ装置の要求信号に対応するセンサデータまたは自発的に送信するセンサデータを、通信インタフェース手段から網制御装置を介してセンタ装置へ送信する制御手段とを備える。

第１の発明のセンサ端末において、センサは、センサ信号として電流信号を出力するクランプ式電流センサまたは計測装置であり、制御手段は、クランプ式電流センサまたは計測装置から入力する電流信号を電圧信号に変換し、サンプリングしてセンサデータを生成する構成である。

第１の発明のセンサ端末において、制御手段は、複数のセンサから入力する電流信号をそれぞれ所定の入力電圧範囲の電圧信号に変換する電流電圧変換手段を含む。また、制御手段は、複数のセンサの電流信号を順次切り替えて入力し、その順番に合わせて電流電圧変換手段を制御して所定の入力電圧範囲の電圧信号に変換する構成である。

第１の発明のセンサ端末において、制御手段は、クランプ式電流センサまたは計測装置から入力する電流信号を検出しないときにスリープし、クランプ式電流センサまたは計測装置から電流信号の再入力を検出したときにウェイクアップする手段を含む。

第１の発明のセンサ端末において、制御手段は、センサデータと少なくとも１つの閾値とを比較し、閾値との大小関係に応じたサンプリング回数でサンプリングしてセンサデータを平均化する構成である。

第１の発明のセンサ端末において、ＡＣアダプタまたは電池からセンサ端末各部へ給電を行うとともに、網制御装置へ給電を行う手段を備える。制御手段は、電圧信号をサンプリングするタイミングでＡＣアダプタからの給電の有無を検知し、無給電を示す停電検知により電池からの給電に切り替える制御を行い、さらに電圧信号をサンプリングするタイミングで電池からの給電電圧を検出して閾値と比較し、電池からの給電に切り替えたときおよび電池からの給電電圧が閾値を下回ったときに、網制御装置を介してセンタ装置へ通知する信号を送信する構成である。また、制御手段は、電圧信号をサンプリングするタイミングでＡＣアダプタからの給電の有無を検知し、無給電を示す停電検知により電池からの給電に切り替える制御を行うとともに、当該停電検知と電圧信号の有無に応じて停電範囲を切り分け、網制御装置を介してセンタ装置へ通知する信号を送信する構成である。

第１の発明のセンサ端末において、蓄電部からセンサ端末各部へ給電を行うとともに、網制御装置へ給電を行う手段と、クランプ式電流センサまたは計測装置から入力する電流信号から前記センサデータを生成しないときに、当該電流信号を用いて蓄電部を充電する手段とを備える。

第２の発明のセンサネットワークシステムは、第１の発明のセンサ端末と、センサ端末に接続されるとともに、通信回線を介してセンタ装置に接続される網制御装置と、網制御装置を介してセンサ端末に要求信号を送信して対応するセンサデータを収集し、または網制御装置を介してセンサ端末から自発的に送信されたセンサデータを収集し、センサの遠隔監視を行うセンタ装置とを備える。

本発明のセンサ端末は、クランプ式電流センサや汎用の計測装置で得られたセンサデータを、ＮＣＵを介して多種多様な通信方式でセンタ装置へ転送することができる。また、電池で駆動するＮＣＵに対して、本発明のセンサ端末から給電が可能なため、通信頻度の高いアプリケーションにも対応可能となり、ＮＣＵの適用範囲が広がる。

本発明のセンサ端末およびセンサネットワークシステムは、ガスや水道等の遠隔監視用の既設ＮＣＵとの共用や、ガスや水道等の遠隔監視システムとの共用が可能となり、個々に専用のセンサ端末やシステムを用意する必要がない。また、１台のセンサ端末に複数のクランプ式電流センサや計測装置を収容可能となるため、電流センサ毎に端末を用意する必要もなく、低コストで、簡便なセンサネットワークシステムの構築が可能となる。

本発明のセンサ端末は、設置環境における商用電源の状態や、停電による電池への切り替えをセンタ装置を把握することが可能となり、センサネットワークシステムのメンテナンス性を向上させることができる。

本発明のセンサ端末は、センサから入力する電流信号を蓄電部に充電してセンサ端末の駆動に利用することにより、商用電源に依存しないセンサネットワークシステムの構築が可能となる。

本発明のセンサ端末は、センサから入力する電流信号に応じてサンプリング条件を設定してセンサデータの平均化を行うため、電流信号が引き起こす電磁波の影響を低減することができ、信頼性の高い端末、センサネットワークシステムの提供が可能となる。

本発明のセンサネットワークシステムの一例を示す概念図である。 実施例１のセンサ端末１００の構成例を示す図である。 実施例１における処理機能を個別に設ける場合の信号調整回路部１１０の構成例を示す図である。 実施例１における処理機能を共用する場合の信号調整回路部１１０の構成例を示す図である。 メモリ１０５の構成例を示す図である。 電文フォーマットの例を示す図である。 光回線と特定小電力無線を組み合わせたセンサネットワークシステムの一例を示す概念図である。 携帯電話回線と特定小電力無線を組み合わせたセンサネットワークシステムの一例を示す概念図である。 汎用計測装置を収容したセンサネットワークシステムの一例を示す概念図である。 実施例２のセンサ端末１００の構成例を示す図である。 実施例２における信号調整回路部１１０の構成例を示す図である。 実施例２における信号調整回路部１１０の構成例を示す図である。 実施例３における信号調整回路部１１０の構成例を示す図である。 実施例３における信号調整回路部１１０の構成例を示す図である。 実施例４におけるマイクロコントローラ１０４の処理手順例を示すフローチャートである。 実施例４におけるマイクロコントローラ１０４の処理手順例を示すフローチャートである。 従来のセンサネットワークシステムの構成例を示す図である。

図１は、本発明のセンサネットワークシステムの一例を示す概念図である。
図１において、電話回線１３に、保安器１５を介してＮＣＵ１０が接続される。ＮＣＵ１０は、５ビットインタフェースと８ビットインタフェースを有しており、５ビットインタフェースには既存の通信機能付きのガスメーター１１が接続されている。また、8 ビットインタフェースには、本発明の特徴であるセンサ端末１００が接続される。

センサ端末１００の詳細は後述するが、例えばクランプ式電流センサを最大４系統接続可能な端子台を備えている。端子台には、分電盤１６内の二次側電力線の４カ所に取り付けられたクランプ式電流センサからの電流信号が入力される。例えば、ブレーカー系統毎にクランプ式センサを取り付けることで、電気機器毎の電力消費を把握することができる。センタ装置１４は、電話回線１３を介してＮＣＵ１０と双方向通信を行い、ＮＣＵ１０に対して要求電文を送信することにより、ガスメーター１１からの検針値データや、センサ端末１００を介してクランプ式電流センサからの電流値データを収集する。また、センタ装置１４は、ガスメーター１１やセンサ端末１００からイベントドリブンで送信されるセキュリティ情報や電力使用量超過情報を受信する。さらに、センサ端末１００は、クランプ式電流センサから収集した電流値データを自発的（定期的または所定のタイミング）にセンタ装置１４に送信してもよい。

図２は、実施例１のセンサ端末１００の構成例を示す。
図２において、センサ端末１００は、端子台１０１，１０２、８ビットインタフェース回路部１０３、マイクロコントローラ１０４、メモリ１０５、電源回路部１０６、電池１０７、ＤＣ電源ジャック１０８、信号調整回路部１１０から構成される。センサ端末１００は、一方の端子台１０１を介してＮＣＵ１０と接続されており、端子台１０１に接続される８ビットインタフェース回路部１０３とＮＣＵ１０との間で例えば通信速度300bpsのデータ信号の送受信処理を行う。８ビットインタフェース回路部１０３の制御および送受信データの処理は、マイクロコントローラ１０４により実行される。

他方の端子台１０２には、クランプ式電流センサ１７が４個接続可能であり、最大４カ所の測定が可能である。ここで、クランプ式電流センサ１７とは、センサ中心の穴に、貫通させた電力線の周囲に誘起される磁界を電子回路にインタフェース可能な電流信号に変換するセンサである。クランプ式電流センサ１７からの電流信号は、端子台１０２を介して信号調整回路部１１０に入力され、ノイズ除去、整流、平滑化、電流電圧変換、信号増幅、インピーダンス整合等の処理が施された後、マイクロコントローラ１０４に搭載されているＡＤ変換器により、電圧を示すデジタル値へ変換される。このデジタル値は、センサ端末１００あるいはセンタ装置１４で電圧値に変換され、更に負荷抵抗値で除算することにより、電流値が得られる。ここで、信号調整回路部１１０は、センサ毎にそれぞれ個別に設けてもよいし、処理機能の一部ないし全てを共用して設けてもよい。

図３は、実施例１における処理機能を個別に設ける場合の信号調整回路部１１０の構成例を示す。
図３において、信号調整回路部１１０は、各クランプ式電流センサ１７からの入力信号ごとに、フィルタ１１１、ダイオードブリッジと電解コンデンサからなる整流／平滑化回路１１２、選択スイッチ１１３、２種類の負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２、アンプ１１４から構成される。まず、クランプ式電流センサ１７からの入力信号は、フィルタ１１１により高周波成分が除去され、整流／平滑化回路１１２のダイオードブリッジによる整流、電解コンデンサによる平滑化が行われる。次いで、選択スイッチ１１３で選択された負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２により入力信号（電流信号）が所望のレベルの電圧信号に変換される。この負荷抵抗を選択することにより、マイクロコントローラ１０４のＡＤ変換器の入力電圧範囲に適合した電圧信号に調整される。負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２を選択する選択スイッチ１１３は、機械的なスイッチのほか、電気的に切り替え可能なリレー、半導体スイッチ等を使ってもよい。また、ピンヘッダとジャンパソケットにより切り替える構成としてもよい。また、選択スイッチ１１３と負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２の代わりに、１つの可変抵抗を用いて調整してもよい。さらに、後段のアンプ１１４で増幅率を調整してもよい。以上の処理を経て、マイクロコントローラ１０４に搭載されているＡＤ変換器へ入力される。

図４は、実施例１における処理機能を共用する場合の信号調整回路部１１０の構成例を示す。
図４において、信号調整回路部１１０は、選択スイッチ１１５，１１６、フィルタ１１１、ダイオードブリッジと電解コンデンサからなる整流／平滑化回路１１２、４種類の負荷抵抗Ｒ１〜Ｒ４、アンプ１１４から構成される。ここでは、負荷抵抗は、４種類から選択できる構成を示す。マイクロコントローラ１０４は、各センサからの入力信号１〜４と負荷抵抗Ｒ１〜Ｒ４の対応関係を記憶した測定レンジ設定テーブルを持っており、これに基づいて選択スイッチ１１５，１１６を同期制御し、所望の経路を設定する。

まず、入力信号１を負荷抵抗Ｒ２に対応する測定レンジで計測する場合の動作について説明する。入力信号１がフィルタ１１１へ入力されるように選択スイッチ１１５を切り替える。入力信号１は、フィルタ１１１により高周波成分が除去され、次いで整流／平滑化回路１１２により整流および平滑化が行われる。その後、選択スイッチ１１６により所望のレンジを実現する負荷抵抗Ｒ２を選択し、所望のレベルの電圧信号に変換する。電圧信号はアンプ１１４により増幅され、マイクロコントローラ１０４に搭載されているＡＤ変換器へ入力される。

入力信号２〜４についても同様に測定レンジ設定テーブルに基づき、選択スイッチ１１５で入力信号を２→３→４と順次切替えるとともに、これに同期させて、選択スイッチ１１６で所望の負荷抵抗をＲ４→Ｒ１→Ｒ３に順次切り替えながら、ＡＤ変換器により繰り返しサンプリングを行い、デジタル値を取得する。測定レンジ設定テーブルのデータは、設定器を用いてローカルでセンサ端末１００に書き込んでもよいし、センタ装置１４から送信する設定電文により遠隔で書き込んでもよい。設定電文は、例えば図６(3) に示す設定電文のようなフォーマットで構成される。

以上の構成で回路規模を削減することにより、センサ端末１００の小型化、低消費電力化、低コスト化が可能となる。また、上述の例のように、実装面積を増大することなく、選択可能な負荷抵抗の種類を増大すれば、多種多様な入力信号に対応可能となり、適用範囲が広がる。

ＡＤ変換器で取得されたデジタル値は、マイクロコントローラ１０４からメモリ１０５に格納され、必要に応じて読み出すことができる。図５に示すようにメモリ１０５内には、クランプ式電流センサ１７ごとに取得データを格納する領域が予め決められており、論理チャネルが形成されている。また、メモリ１０５は、異常時のバックアップとして二面構成となっており、エラーチェックの結果、データに欠損があると判断した場合には、バックアップデータを読み出すことにより、欠損したデータを修復できるようになっている。

センタ装置１４から特定のクランプ式電流センサのデータを読み出す場合には、例えば図６(1) に示す要求電文でこの論理チャネルを指定することにより、必要なデータのみを効率的に読み出すことができる。要求電文は、センサ端末を一意に識別するための端末ＩＤ、センサ端末の処理内容を指定するコマンド種別、論理チャネルを指定するためのセンサチャネルから構成される。図６(2) に示す応答電文は、図６(1) に示す要求電文の情報要素に取得データが加わったものである。同様に、各センサの入力端子に関するパラメータの設定を行う場合には、図６(3) に示す設定電文で論理チャネルと設定データを指定することにより実施する。図６(4) に示す応答電文は、図６(3) に示す設定電文の設定結果を応答する。

図２に示す電源回路部１０６には、ＡＣアダプタからの電源を受電するためのＤＣ電源ジャック１０８及び電池１０７が接続されている。電源回路部１０６は、８ビットインタフェース回路部１０３、マイクロコントローラ１０４、メモリ１０５、及び信号調整回路部１１０へ給電している。また、電源回路部１０６は、電源供給元を切り替える電源切り替え手段を具備している。また、給電ケーブル経由で電源回路部１０６とＮＣＵ１０を接続すれば、センサ端末１００からＮＣＵ１０へ給電することができる。停電時およびＡＣアダプタ不使用時には、ＡＣアダプタから電池１０７へ電源が切り替わり、電池１０７からセンサ端末１００の各部及びＮＣＵ１０へ給電するようになっている。

マイクロコントローラ１０４は、ＡＤ変換器で信号調整回路部１１０からの電圧信号をサンプリングするタイミングで、ＡＣアダプタからの給電があるかどうかを電源回路部１０６に問い合わせ、ＡＣアダプタから電池１０７への電源の切替わりタイミングを検出し、電文により、停電の発生及び停電の復旧をＮＣＵ１０経由でセンタ装置１４へ通知してもよい。また、同様に、ＡＤ変換器で信号調整回路部１１０からの電圧信号をサンプリングするタイミングで、電池１０７の出力電圧をマイクロコントローラ１０４のＡＤ変換器で取得し、所定の閾値を下回った場合に、電文により、電池寿命が近いことをＮＣＵ１０経由でセンタ装置１４へ通知してもよい。

また、停電検知と信号調整回路部１１０からの電圧信号に基づき、停電状況をセンサ端末１００で判断し、センタ装置１４へ通知する構成としてもよい。すなわち、停電検知あり、かつ電圧信号ありの場合は、センサ端末１００の故障、またはＡＣアダプタのコンセント抜けによるセンサ端末１００のみの停電が発生したものとセンサ端末自体が判断し、電文によりＮＣＵ１０経由でセンタ装置１４へ通知する。一方、停電検知あり、かつ電圧信号なしの場合は、設置環境の全ての給電設備に停電が発生したものと判断し、電文によりＮＣＵ１０経由でセンタ装置１４へ通知する。

本実施例では、ＮＣＵ１０とセンタ装置１４との通信回線として電話回線１３を利用する例を示したが、ＩＳＤＮ、ＡＤＳＬ、光回線、携帯電話回線、ＰＨＳ回線、ＬＡＮ、無線ＬＡＮ等であってもよい。その場合、ＮＣＵ１０は、それぞれの通信方式に対応したものを使用する。また、上記回線と特定小電力無線を組み合わせた構成としてもよい。

図７は、光回線と特定小電力無線を組み合わせたセンサネットワークシステムの一例を示す概念図である。
図７において、光回線１８に光終端装置１９を介してＮＣＵ親機１０Ａが接続されており、ＮＣＵ親機１０ＡとＮＣＵ子機１０Ｂ，１０Ｃは特定小電力無線により通信を行う。ＮＣＵ子機１０Ｂ，１０Ｃは、５ビットインタフェースと８ビットインタフェースを有しており、ＮＣＵ子機１０Ｂの５ビットインタフェースと８ビットインタフェースには、それぞれ通信機能付きのガスメーター１１と水道メーター１２が接続されている。また、ＮＣＵ子機１０Ｃの８ビットインタフェースには、センサ端末１００が接続されている。センサ端末１００の詳細構成は、上述したものと同じである。

図８は、携帯電話回線と特定小電力無線を組み合わせたセンサネットワークシステムの一例を示す概念図である。
図８において、携帯電話回線２０の基地局にユーザ宅外のＮＣＵ親機１０Ａが接続されており、ＮＣＵ親機１０Ａとユーザ宅内のＮＣＵ子機１０Ｂ，１０Ｃは特定小電力無線により通信を行う。ＮＣＵ子機１０Ｂの５ビットインタフェースと８ビットインタフェースには、それぞれ通信機能付きのガスメーター１１と水道メーター１２が接続されている。また、ＮＣＵ子機１０Ｃの８ビットインタフェースには、センサ端末１００が接続されている。センサ端末１００の詳細構成は、上述したものと同じである。

図７および図８に示す構成では、屋外と屋内にそれぞれＮＣＵ子機１０Ｂ，１０Ｃを設置することにより、屋外と屋内の間の配線工事なしに、屋内の分電盤１６と屋外のガスメーター１１、水道メーター１２等を容易に収容することができる。

また、本実施例では、ＮＣＵ１０とセンサ端末１００が接続可能な通信インタフェースとして、８ビットインタフェースを採用する場合について説明したが、両者が接続可能なものであれば、他のインタフェースであってもよい。さらに、ＮＣＵ１０は、同じ通信インタフェースを複数搭載する構成としてもよく、８ビットインタフェースと他のインタフェースの両方を搭載する構成としてもよい。

また、本実施例では、センサ端末１００への入力信号は、クランプ式電流センサ１７からの電流信号としたが、汎用計測装置からの電流信号であってもよい。例えば、図９に示すように、工場内に設置された汎用計測装置２１からの電流信号をセンサ端末１００に収集し、さらにＮＣＵ子機１０Ｂ〜１０Ｄを介してＮＣＵ親機１０Ａに転送する構成としてもよい。汎用計測装置２１は、例えば、温湿度センサ、圧力センサ、傾斜センサ、ＣＯ２センサ等である。センサ類は、ＤＣ４〜20ｍＡの計装用統一信号を出力するものが望ましい。センサ端末１００の詳細構成は上述したものと同じであり、入力信号は、信号調整回路部１１０の負荷抵抗で電圧に変換される。なお、ここでは公衆回線ではなく、ＬＡＮを用いたローカルなシステム構成となっている。

図１０は、実施例２のセンサ端末１００の構成例を示す。
図１０において、センサ端末１００は、端子台１０１，１０２、８ビットインタフェース回路部１０３、マイクロコントローラ１０４、メモリ１０５、電源回路部１０６、信号調整回路部１１０、蓄電部１２１、充電制御回路部１２２から構成される。蓄電部１２１および充電制御回路部１２２を除く各部は、実施例１のセンサ端末１００と同じである。充電制御回路部１２２は、蓄電部１２１と信号調整回路部１１０を接続し、クランプ式電流センサ１７から信号調整回路部１１０に入力する電流の一部を蓄電部１２１に蓄積する。

図１１および図１２は、実施例２における信号調整回路部１１０の構成例を示す。
図１１において、信号調整回路部１１０は、図３に示す実施例１の信号調整回路部１１０の２種類の負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２の一端をグランドまたは充電制御回路部１２２に切り替える選択スイッチ１１７を備える。

負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２には、場合によっては、数十ミリアンペアから数百ミリアンペア程度の電流が流れる。そのため、マイクロコントローラ１０４は、ＡＤ変換器による電圧値のサンプリングを行わないときに選択スイッチ１１７を制御し、負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２に流れる電流を充電制御回路部１２２へ導く。充電制御回路部１２２は、蓄電部１２１の種類に応じて充電に適した電圧、電流に変換した後、蓄電部１２１へ供給して充電する。ここで、蓄電部１２１は、二次電池またはキャパシタである。電圧値のサンプリングを行う場合には、選択スイッチ１１７をグランド側に接続して、実施例１で説明した手順で動作させる。

図１１に示す構成例では、負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２から電流を充電制御回路部１２２へ導く構成になっている。一方、図１２に示す構成例のように、負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２と充電制御回路部１２２を切り替える選択スイッチ１１８を用いて、負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２を経由せずに、電流を充電制御回路部１２２へ直接導く構成としてもよい。

また、マイクロコントローラ１０４は、ＡＤ変換器でサンプリングした電圧値が、所定の閾値を超える場合にのみ選択スイッチ１１７，１１８を制御して、電流を充電制御回路部１２２へ導入するようにしてもよい。

図１３および図１４は、実施例３における信号調整回路部１１０の構成例を示す。ここでは、マイクロコントローラ１０４は、クランプ式電流センサ１７から電流信号が入力されないことを検出したときにスリープ状態とし、クランプ式電流センサ１７から再び電流信号が入力されたことを検出したときにウェイクアップする機能について説明する。

図１３において、信号調整回路部１１０は、図３に示す実施例１の信号調整回路部１１０の２種類の負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２の一端をグランドまたは電流制限抵抗１３１を介してフォトカプラ１３２に切り替える選択スイッチ１１９を備える。

マイクロコントローラ１０４は、クランプ式電流センサ１７から電流信号が入力されず電圧値を検出しないときに、選択スイッチ１１９を制御して負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２の一端を電流制限抵抗１３１を介してフォトカプラ１３２に接続し、スリープ状態になる。フォトカプラ１３２の出力（割込み信号）は、プルアップ抵抗１３３を介して電源ＶＣＣに接続され、フォトカプラ１３２がオフのときにハイレベル、オンのときにローレベルになる。

フォトカプラ１３２は、クランプ式電流センサ１７から電流信号が入力されないときは、電流が流れないためオフとなり、フォトカプラ１３２からマイクロコントローラ１０４に出力される割込み信号はハイレベル固定となり、マイクロコントローラ１０４はスリープ状態を継続する。

フォトカプラ１３２は、クランプ式電流センサ１７から電流信号が入力されると、選択スイッチ１１９、電流制限抵抗１３１を介して電流が流れてオンとなり、出力される割込み信号はローレベルになる。マイクロコントローラ１０４は、この割込み信号がハイレベルからローレベルになったことをトリガとしてウェイクアップし、選択スイッチ１１９を制御して負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続先をフォトカプラ１３２からグランドに切り替える。これにより、実施例１と同じ回路が形成されるので、マイクロコントローラ１０４は同様の手順でデジタル値を取得する。

また、図１４に示すように、コンパレータ１４１がアンプ１１４への入力電圧を検出し、コンパレータ１４１の出力を割込み信号としてマイクロコントローラ１０４に入力する構成としてもよい。コンパレータ１４１には、アンプ１１４へ入力される電圧と基準電圧Ｖref を抵抗１４２と抵抗１４３で抵抗分割して調整された閾値電圧が入力される構成となっており、その他の構成は実施例１と同様である。

クランプ式電流センサ１７から電流信号が入力されないときは、アンプ１１４の入力電圧は閾値電圧を超えないため、コンパレータ１４１から出力される割込み信号はハイレベルとなり、マイクロコントローラ１０４はスリープする。

クランプ式電流センサ１７から電流信号が入力され、負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２に電流が流れると、アンプ１１４の入力電圧が高くなる。この電圧が閾値電圧を超えると、コンパレータ１４１から出力される割込み信号はローレベルになる。マイクロコントローラ１０４は、この割込み信号がハイレベルからローレベルになったことをトリガとしてウェイクアップし、実施例１と同様の手順でデジタル値を取得する。

実施例１〜実施例３のセンサ端末１００において、クランプ式電流センサ１７からの電流信号は、信号調整回路部１１０でノイズ除去、整流、平滑化、電流電圧変換、信号増幅、インピーダンス整合等の処理が施された後、マイクロコントローラ１０４に搭載されているＡＤ変換器により、入力電圧値がデジタル値へ変換される。このとき、ノイズの影響を抑制するため、ＡＤ変換器でデジタル値を複数回サンプリングして平均化処理が行われるが、マイクロコントローラ１０４は得られたデジタル値の絶対値に応じて、そのサンプリング回数を変化させる制御を行う。

図１５は、実施例４におけるマイクロコントローラ１０４の処理手順例を示す。
ここで、閾値１＜閾値２＜閾値３及びＮ0 ＜Ｎ1 ＜Ｎ2 とする。まず、ＡＤ変換器で入力電圧値を初期サンプリング回数であるＮ0 回サンプリングし、取得したデジタル値（取得データ）を予め規定した閾値１と比較する。取得データが閾値１を超えない場合には、取得データをそのままメモリに保存し、取得データが閾値１を超える場合は閾値２と比較する。取得データが閾値２を超えない場合には、Ｎ0 回サンプリングによる取得データを廃棄し、サンプリング回数をＮ1 回へ増大させて再度電圧値のサンプリングを行い、取得データをメモリに保存する。Ｎ0 回サンプリングによる取得データが閾値２を超える場合は閾値３と比較する。取得データが閾値３を超えない場合には、Ｎ0 回サンプリングによる取得データを廃棄し、サンプリング回数をＮ2 回へ増大させて再度電圧値のサンプリングを行い、取得データをメモリに保存する。Ｎ0 回サンプリングによる取得データが閾値３を超える場合には、取得データを廃棄する。

すなわち、最小のＮ0 回サンプリングによる取得データが最小の閾値１以下であればその取得データを採用する。Ｎ0 回サンプリングによる取得データが閾値１を超えて閾値２以下であれば、Ｎ0 回より多いＮ1 回サンプリングによる取得データを採用する。Ｎ0 回サンプリングによる取得データが閾値２を超えて閾値３以下であれば、Ｎ1 回より多いＮ2 回サンプリングによる取得データを採用する。そして、Ｎ0 回サンプリングによる取得データが最大の閾値３を超えていれば、その取得データを廃棄する。

より細かく制御を行う場合には、閾値の数を増やせばよい。また、閾値は１つでもよい。閾値が１つの場合の処理手順は、図１６に示すように、ＡＤ変換器で入力電圧値を初期サンプリング回数であるＮ0 回サンプリングし、取得したデジタル値（取得データ）を予め規定した閾値と比較する。取得データが閾値を超えない場合には、取得データをそのままメモリに保存し、取得データが閾値を超える場合はＮ0 回サンプリングによる取得データを廃棄し、サンプリング回数をＮ1 回へ増大させて再度電圧値のサンプリングを行い、取得データをメモリに保存する。

これにより、センサからの入力信号に応じて、ＡＤ変換器の最適なサンプリング条件を設定し、入力信号が引き起こす電磁波の影響を低減することができ、信頼性の高いセンサ端末およびセンサネットワークシステムを実現することができる。

１０ 網制御装置（ＮＣＵ）
１０Ａ ＮＣＵ親機
１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ ＮＣＵ子機
１１ ガスメーター
１２ 水道メーター
１３ 電話回線
１４ センタ装置
１５ 保安器
１６ 分電盤
１７ クランプ式電流センサ
１８ 光回線
１９ 光終端装置
２０ 携帯電話回線
１００ センサ端末
１０１，１０２ 端子台
１０３ ８ビットインタフェース回路部
１０４ マイクロコントローラ
１０５ メモリ
１０６ 電源回路部
１０７ 電池
１０８ ＤＣ電源ジャック
１１０ 信号調整回路部
１１１ フィルタ
１１２ 整流／平滑化回路
１１３，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９ 選択スイッチ
１１４ アンプ
１２１ 蓄電部
１２２ 充電制御回部
１３１ 電流制限抵抗
１３２ フォトカプラ１３２
１３３ プルアップ抵抗
１４１ コンパレータ
１４２，１４３ 抵抗
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 負荷抵抗

【０００５】
該停電検知と電圧信号の有無に応じて停電範囲を切り分け、網制御装置を介してセンタ装置へ通知する信号を送信する構成である。
［００２０］
第１の発明のセンサ端末において、蓄電部からセンサ端末各部へ給電を行うとともに、網制御装置へ給電を行う手段と、クランプ式電流センサまたは計測装置から入力する電流信号から前記センサデータを生成しないときに、当該電流信号を用いて蓄電部を充電する手段とを備える。
第１の発明のセンサ端末において、制御手段は、センサ信号から生成したセンサデータをメモリの論理チャネルに格納し、センタ装置の要求信号に対応するセンサデータを該メモリの論理チャネルから読み出して送信する構成であり、要求信号は、センサ端末を識別する識別子と、論理チャネルを指定するセンサチャネルとを含む。
［００２１］
第２の発明のセンサネットワークシステムは、第１の発明のセンサ端末と、センサ端末に接続されるとともに、通信回線を介してセンタ装置に接続される網制御装置と、網制御装置を介してセンサ端末に要求信号を送信して対応するセンサデータを収集し、または網制御装置を介してセンサ端末から自発的に送信されたセンサデータを収集し、センサの遠隔監視を行うセンタ装置とを備える。
発明の効果
［００２２］
本発明のセンサ端末は、クランプ式電流センサや汎用の計測装置で得られたセンサデータを、ＮＣＵを介して多種多様な通信方式でセンタ装置へ転送することができる。また、電池で駆動するＮＣＵに対して、本発明のセンサ端末から給電が可能なため、通信頻度の高いアプリケーションにも対応可能となり、ＮＣＵの適用範囲が広がる。
［００２３］
本発明のセンサ端末およびセンサネットワークシステムは、ガスや水道等の遠隔監視用の既設ＮＣＵとの共用や、ガスや水道等の遠隔監視システムとの共用が可能となり、個々に専用のセンサ端末やシステムを用意する必要がない。また、１台のセンサ端末に複数のクランプ式電流センサや計測装置を収容可能となるため、電流センサ毎に端末を用意する必要もなく、低コストで、簡便なセンサネットワークシステムの構築が可能となる。
［００２４］
本発明のセンサ端末は、設置環境における商用電源の状態や、停電による電池への切り替えをセンタ装置に把握させることが可能となり、センサネットワークシステムのメンテナンス性を向上させることができる。
［００２５］
本発明のセンサ端末は、センサから入力する電流信号を蓄電部に充電して

Claims (11)

1. 少なくとも１つのセンサから出力されるセンサ信号を処理し、網制御装置および通信回線を介してセンタ装置に転送するセンサ端末において、
   前記網制御装置と接続可能な通信インタフェース手段と、
   前記センサに接続して前記センサ信号を入力するセンサ入力インタフェース手段と、
   前記センサ入力インタフェース手段を介して入力する前記センサ信号からセンサデータを生成し、前記網制御装置から前記通信インタフェース手段を介して入力する前記センタ装置の要求信号に対応するセンサデータまたは自発的に送信するセンサデータを、前記通信インタフェース手段から前記網制御装置を介して前記センタ装置へ送信する制御手段と を備えたことを特徴とするセンサ端末。
2. 請求項１に記載のセンサ端末において、
   前記センサは、前記センサ信号として電流信号を出力するクランプ式電流センサまたは計測装置であり、
   前記制御手段は、前記クランプ式電流センサまたは前記計測装置から入力する電流信号を電圧信号に変換し、サンプリングして前記センサデータを生成する構成である
   ことを特徴とするセンサ端末。
3. 請求項２に記載のセンサ端末において、
   前記制御手段は、複数の前記センサから入力する電流信号をそれぞれ所定の入力電圧範囲の電圧信号に変換する電流電圧変換手段を含む
   ことを特徴とするセンサ端末。
4. 請求項３に記載のセンサ端末において、
   前記制御手段は、複数の前記センサの電流信号を順次切り替えて入力し、その順番に合わせて前記電流電圧変換手段を制御して前記所定の入力電圧範囲の電圧信号に変換する構成である
   ことを特徴とするセンサ端末。
5. 請求項２に記載のセンサ端末において、
   前記制御手段は、前記クランプ式電流センサまたは前記計測装置から入力する電流信号を検出しないときにスリープし、前記クランプ式電流センサまたは前記計測装置から電流信号の再入力を検出したときにウェイクアップする手段を含む
   ことを特徴とするセンサ端末。
6. 請求項２に記載のセンサ端末において、
   前記制御手段は、前記センサデータと少なくとも１つの閾値とを比較し、閾値との大小関係に応じたサンプリング回数でサンプリングして前記センサデータを平均化する構成である
   ことを特徴とするセンサ端末。
7. 請求項２に記載のセンサ端末において、
   ＡＣアダプタまたは電池からセンサ端末各部へ給電を行うとともに、前記網制御装置へ給電を行う手段を備えた
   ことを特徴とするセンサ端末。
8. 請求項７に記載のセンサ端末において、
   前記制御手段は、前記電圧信号をサンプリングするタイミングで前記ＡＣアダプタからの給電の有無を検知し、無給電を示す停電検知により前記電池からの給電に切り替える制御を行い、さらに前記電圧信号をサンプリングするタイミングで前記電池からの給電電圧を検出して閾値と比較し、前記電池からの給電に切り替えたときおよび前記電池からの給電電圧が閾値を下回ったときに、前記網制御装置を介して前記センタ装置へ通知する信号を送信する構成である
   ことを特徴とするセンサ端末。
9. 請求項７に記載のセンサ端末において、
   前記制御手段は、前記電圧信号をサンプリングするタイミングで前記ＡＣアダプタからの給電の有無を検知し、無給電を示す停電検知により前記電池からの給電に切り替える制御を行うとともに、当該停電検知と前記電圧信号の有無に応じて停電範囲を切り分け、前記網制御装置を介して前記センタ装置へ通知する信号を送信する構成である
   ことを特徴とするセンサ端末。
10. 請求項２に記載のセンサ端末において、
    蓄電部からセンサ端末各部へ給電を行うとともに、前記網制御装置へ給電を行う手段と、
    前記クランプ式電流センサまたは前記計測装置から入力する電流信号から前記センサデータを生成しないときに、当該電流信号を用いて前記蓄電部を充電する手段と
    を備えたことを特徴とするセンサ端末。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のセンサ端末と、
    前記センサ端末に接続されるとともに、前記通信回線を介して前記センタ装置に接続される網制御装置と、
    前記網制御装置を介して前記センサ端末に前記要求信号を送信して対応する前記センサデータを収集し、または前記網制御装置を介して前記センサ端末から自発的に送信された前記センサデータを収集し、前記センサの遠隔監視を行うセンタ装置と
    を備えたことを特徴とするセンサネットワークシステム。

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