JPWO2015068342A1 - 端末機および無線通信システム - Google Patents

Abstract

端末機は、親無線機と通信可能である。端末機は、制御回路を備えている。制御回路は、端末機の起動に関する起動情報を出力する通常モードと、親無線機との登録に関する登録情報を出力する登録モードと、の少なくとも二つの動作モードを有している。制御回路の動作モードは、端末機の複数回の起動のタイミングを基に、登録モードへ移行する。端末機は、通常モードで動作するのと同様の動作、機構を用いて、登録モードへ移行できる。

Description

本発明は、端末機および無線通信システムに関する。

無線通信システムは、親無線機と、親無線機と通信可能な端末機と、を備えている。無線通信システムには、以下のような具体例が挙げられる。

例えば、被験者の脈拍等の生体情報を収集する無線通信システムである。この無線通信システムでは、端末機は被験者に装着され、被験者の生体情報を収集する。そして端末機は、その生体情報を親無線機へ無線で送信する。

また、例えばビルの管理者が分電盤内の各負荷回路の電力情報を収集する無線通信システムがある。端末機は分電盤内に設置され、各負荷回路へ供給される電力を電力情報として収集する。そして端末機は、その電力情報を親無線機へ無線で送信する。

これらの無線通信システムでは、端末機が、無関係の親無線機へ情報を送信しないように、端末機と親無線機とは、初期設定の際にペアリングされる。以下、このペアリングのことを登録と呼ぶ。一旦登録が完了すると、端末機と親無線機との間で情報の通信が可能になる。

このような無線通信システムに近似する従来技術は、下記の特許文献に挙げられている。

特開２００４−０９６４２９号公報 特開２００９−１０５６６７号公報

端末機は、親無線機と通信可能である。端末機は、制御回路を備えている。制御回路は、端末機の起動に関する起動情報を出力する通常モードと、端末機と親無線機との登録に関する登録情報を出力する登録モードと、の少なくとも二つの動作モードを有する。制御回路は、端末機の複数回の起動のタイミングを基に、動作モードを登録モードへ移行する。

無線通信システムは、親無線機と、親無線機と通信可能な端末機と、を備えている。端末機は、制御回路を有している。制御回路は、端末機の起動に関する起動情報を出力する通常モードと、端末機と親無線機との登録に関する登録情報を出力する登録モードと、の少なくとも二つの動作モードを有する。制御回路は、端末機の複数回の起動のタイミングを基に、動作モードを登録モードへ移行する。登録情報は、端末機から親無線機へ送信され、親無線機で受信されて、端末機と親無線機とが登録される。

端末機は、通常モードで動作するのと同様の動作、機構を用いて、登録モードへ移行できる。

図１は、実施形態１における無線通信システムの、全体構成を示す概略図である。 図２は、実施形態１における端末機の、電気的構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態１における親無線機の、電気的構成を示すブロック図である。 図４は、実施形態１における無線通信システムの、登録方法を示すシーケンス図である。 図５は、実施形態１における端末機の制御回路を、登録モードに移行させる時のタイミング図である。 図６は、実施形態２おける端末機の、電気的構成を示すブロック図である。 図７は、実施形態２における親無線機の、電気的構成を示すブロック図である。 図８は、実施形態２における無線通信システムの、登録方法を示すシーケンス図である。 図９は、実施形態３における端末機の、電気的構成を示すブロック図である。 図１０は、実施形態３における別の例の端末機の、電気的構成を示すブロック図である。 図１１は、実施形態３における端末機の制御回路を、登録モードに移行させる時のタイミング図である。

以下に本発明の実施形態について、適宜図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。

（１．実施形態１）
（１−１．概要）
図１は、実施形態１の無線通信システム全体を模式的に示している。この無線通信システムは、窓の開閉を検出し、窓の閉め忘れの確認、あるいは窓からの侵入者の有無の確認に用いられる。なお、この無線通信システムは、超低消費電力型の、いわゆるエナジーハーベスト無線である。

そして実施形態１の無線通信システムは、親無線機３００と、端末機１００と、を備えている。端末機１００は、窓枠５０の内部に取り付けられている。親無線機３００は、端末機１００と離れた位置に設置されている。この無線通信システムのユーザ５１は、例えば窓の施工業者や部屋の住居者等である。このユーザ５１の窓５２を開ける動作、および窓５２を閉める動作により、端末機１００は発電し、親無線機３００へ窓５２の開閉を知らせる。なお、親無線機３００と、端末機１００とは、初期設定時に登録、すなわちペアリングされる。一旦登録が済むと、親無線機３００と端末機１００とは登録関係となる。そして両者の間で情報の通信が可能になる。なお、対象となる窓が複数ある場合、複数の端末機１００を準備し、それぞれの窓にそれぞれの端末機１００を配置していてもよい。親無線機３００は、それぞれの端末機１００と登録関係となる。

ここで、実施形態１との比較のために、実施形態１とは異なる登録方法を説明する。この方法では、端末機に、端末機の動作モードを登録モードに移行させるためのスイッチを設けておく。ユーザがスイッチをＯＮにすると、端末機は、親無線機に端末機の識別子および暗号化キーなどの登録情報を送信する。親無線機が登録情報を受信し、記憶すれば、登録が完了する。

また他の登録の方法を説明する。この方法では、ユーザが窓の開閉を行い、端末機を通常の動作モードで起動させる。すると端末機は、親無線機へ端末機の識別子および窓の開閉に関する暗号化データなどの起動情報を送信する。親無線機は、サーバのデータベースへ、識別子を基に端末機の暗号化キーを問い合わせる。そしてデータベースから得た暗号化キーを、親無線機が記憶すれば、登録が完了する。

一つ目の登録方法では、ユーザが端末機のスイッチを押す必要がある。したがって、端末機を窓枠などの設備に内蔵させることが困難になる。また端末機に通常モードで使用する機構と異なる機構を設けるため、端末機が大型化する場合がある。また二つ目の登録方法では、親無線機は、登録情報をデータベースへ問い合わせる必要がある。したがって、無線通信システムは、登録作業を自己完結できない。さらにデータベースへの問い合わせに時間がかかることがある。またシステムの構築や、データの管理および運営に、多くの労力が必要となり得る。

これらの登録方法に対し、実施形態１の無線通信システムでは、ユーザ５１が窓５２の開閉を予め決められたタイミングで複数回行う。端末機１００は、そのタイミングが予め決められたタイミングと合致すると判断すると、動作モードを登録モードへ移行する。そして登録モードの端末機１００は、親無線機３００と登録に関する交信を行う。

このように実施形態１の端末機１００は、窓５２の開閉を利用して、登録モードに移行できる。すなわち端末機１００は、通常モードで動作するのと同様の動作、機構を用いて、登録モードに移行できる。また親無線機３００は、登録情報をデータベースへ問い合わせる必要がない。

（１−２．電気的構成）
（１−２−１．端末機の電気的構成）
以下、実施形態１の端末機１００の電気的構成について、図２を用いて説明する。図２は、端末機１００の構成を示すブロック図である。端末機１００は、発電回路１０と、電圧変換回路１１と、制御回路１２と、判定回路１３と、送信回路１４と、アンテナ１５と、を備えている。

発電回路１０は、窓５２の開閉によるエネルギーを用いて発電を行う回路である。発電回路１０で得られる電力Ｖｂａｔは、端末機１００の制御回路１２および送信回路１４に供給される。電力Ｖｂａｔは、０〜１０Ｖ程度である。電力Ｖｂａｔは、ダイオードＤ１１で整流され、一旦電荷チャージ用のコンデンサＣ１１に蓄電されて、電圧変換回路１１へ入力される。

電圧変換回路１１は、電力Ｖｂａｔの電圧を変換する回路である。電圧変換回路１１は、誤作動防止のため、低電圧ロックアウト（Ｕｎｄｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｌｏｃｋ Ｏｕｔ：ＵＶＬＯ）機能を有している。実施形態１では、閾値となるＵＶＬＯ電圧が、１．８５Ｖに設定されている。１．８５Ｖを越える電圧は、電圧変換回路１１で１．８Ｖに変換され、電源電圧ＶＤＤとして制御回路１２に供給される。なお、電力Ｖｂａｔは窓５２の開閉の度に発電回路１０で発電されるため、電源電圧ＶＤＤの波形はパルス波形となる。

制御回路１２は、電源電圧ＶＤＤが入力されると、種々の信号を出力する。制御回路１２が設定される動作モードは、通常モードと、登録モードと、の少なくとも二つである。制御回路１２は、通常モードでは、電源電圧ＶＤＤが入力されると、端末機１００の起動に関する起動情報、たとえば、端末機１００の識別子と、窓５２の開閉に関するデータと、を出力する。窓５２の開閉に関するデータは、セキュリティの観点から、暗号化されている。以下、暗号化されたデータを暗号化データという。一方、制御回路１２は、登録モードでは、電源電圧ＶＤＤが入力されると、端末機１００と親無線機３００との登録に関する登録情報、たとえば、端末機１００の識別子と、暗号化データを解くための暗号化キーと、を出力する。なお、制御回路１２は、不揮発性メモリ１２１と、中央演算装置１２２と、を有している。識別子および暗号化キーは、不揮発性メモリ１２１に記憶されている。中央演算装置１２２は、様々な数値計算や情報処理、回路の制御などを行う。

判定回路１３は、端末機１００の前回の起動から次の起動までに、所定の時間が経過したか否かを判定するための回路である。そして制御回路１２の動作モードを、通常モードから登録モードへ移行させるか否かの判定に用いられる。判定回路１３は、ダイオードＤ２１と、抵抗Ｒ２１と、コンデンサＣ２１と、を有する時定数回路である。実施形態１のコンデンサＣ２１の容量は１μＦであり、抵抗Ｒ２１の抵抗値は１ＭΩである。したがって、判定回路１３の時定数τは１秒に設定されている。制御回路１２の出力ポートから判定回路１３へ入力された電圧は、時定数τに応じて下降する。判定回路１３で下降する出力電圧を、制御回路１２の入力ポートで読み取ることができる。そして読み取られた判定回路１３の出力値により、端末機１００が前回起動してから次に起動するまでの間隔、すなわちユーザ５１が前回、窓５２を開閉してから、次に窓５２を開閉するまでの間隔が分かる。なお、判定回路１３の出力を基に、制御回路１２が通常モードから登録モードに移行する時の動作については、後述の登録方法の項目で詳細に説明する。

送信回路１４は、制御回路１２から出力された信号を、アンテナ１５を介して親無線機３００へ送信する回路である。送信回路１４は、発電回路１０で得られる電力を用いて起動情報および登録情報等の信号を送信する。

（１−２−２．親無線機の電気的構成）
以下、実施形態１の親無線機３００の構成について、図３を用いて説明する。親無線機３００は、受信回路３０と、アンテナ３１と、制御回路３２と、電源回路３３と、を備えている。制御回路３２は、不揮発性メモリ３２１と、中央演算装置３２２と、を有している。

受信回路３０は、アンテナ３１を介して端末機１００からの送信信号を受信する回路である。

制御回路３２は、中央演算装置３２２を用いて受信回路３０で受信した暗号化データを解読したり、端末機１００との登録を行ったりする回路である。不揮発性メモリ３２１には、端末機１００の識別子および暗号化キーが記憶される。

電源回路３３は、受信回路３０及び制御回路３２等に電源を供給する回路である。電源回路３３は外部電源に接続されている。

（１−３．登録方法）
以下、端末機１００と親無線機３００とを登録する方法について、図４、図５を用いて説明する。図４は、登録方法を示すシーケンス図である。図５は、端末機１００の制御回路１２が登録モードに移行する時のタイミング図である。図４に示すオペレータＡ、Ｂは、いずれも端末機１００および親無線機３００を設置する窓の施工業者等である。オペレータＡとオペレータＢとは、異なる人物でもよく、同一人物でもよい。

図４に示すように、端末機１００は、間欠稼動している。実施形態１では、窓５２の開閉動作が行われた時のみ、端末機１００自身の発電により、端末機１００へ電力が供給される。そして端末機１００は、電力供給と同時に起動し、起動してからの一定時間、すなわち窓５２の開閉が行われてからの一定時間のみ、稼働する。そして端末機１００は、一定時間稼動した以降は、電力を使い切るため、ストップ状態となる（Ｓ１０１）。

一方、親無線機３００は、外部電源に接続されているため、常時稼働している。親無線機３００の動作モードは、通常は、端末機１００から起動情報を受信する通常モードである（Ｓ３０１）。オペレータＢが親無線機３００を操作し、登録モードに移行するよう命令を出すと、親無線機３００は登録を開始する（Ｓ３０２）。

そして端末機１００がストップ状態の時に（Ｓ１０１）、オペレータＡが、窓５２を開ける、もしくは閉める。すると端末機１００は発電し、起動、すなわちウェイクする（Ｓ１０２）。端末機１００は、起動すると、その起動のタイミングが、予め定められた、登録モードに移行するためのタイミングパターンに合致しているかの判定を行う。合致していないと判定すると（Ｓ１０３）、動作モードを通常モードへ移行する（Ｓ１０４）。また、その起動タイミングの情報を、端末機１００の不揮発性メモリ１２１に記憶する。そしてその後、起動情報である、自己の識別子および窓５２の開閉に関する暗号化データを、親無線機３００へ送信する。実施形態１では、送信の確実性を高めるため、識別子と暗号化データとを、一回の起動につき、複数回送信している。なお、一回の起動につき一回の送信でもよい。そして、送信が完了し、電力を使い切ると、再びストップ状態となる（Ｓ１０５）。

ここで、端末機１００の制御回路１２の動作モードを、通常モードから登録モードへ移行させる場合、オペレータＡは、窓５２の開閉を複数回、予め決められたタイミングパターンで行う。実施形態１では、例えば、窓５２を「開ける」、「閉める」、「開ける」、「閉める」、「開ける」、のように、五回、窓５２の開閉を行う。そして二回目と三回目の開閉の間隔をｔ２秒以上の長めのタイミングとし、他の間隔をｔ１秒未満の短いタイミングとする。すると、端末機１００は、窓５２の五回の開閉のタイミングパターンに応じたタイミングパターンで起動する。そして端末機１００は、窓５２の開閉がある度に起動し、前述の工程Ｓ１０２〜Ｓ１０５の組み合わせ（Ｓ１０６）を繰り返す（Ｓ１０７）。また、それぞれの起動タイミングの情報は、不揮発性メモリ１２１に記憶される。

なお、実施形態１では、工程Ｓ１０２が一回目の起動であり、工程Ｓ１０７が二回目〜四回目の起動に伴う工程であり、工程Ｓ１０８が五回目の起動とする。

そして工程Ｓ１０９で、不揮発性メモリ１２１に記憶された五回分の起動のタイミングパターンが、予め定められたタイミングパターンと合致すると判定すると、端末機１００の制御回路１２は、登録モードへ移行する（Ｓ１１０）。このタイミングパターンの判定については、図５を用いて後述する。

そして端末機１００は、登録モードにおいて、親無線機３００との登録に関する登録情報、すなわち識別子と、暗号化キーと、を出力し、親無線機３００へ送信する。端末機１００は、識別子および暗号化キーの送信を終えると、不揮発性メモリ１２１に記憶されたタイミングパターンをリセットする。そして端末機１００は、再びストップ状態となる（Ｓ１１２）。

一方、親無線機３００は、登録を開始した状態で端末機１００から登録情報である識別子および暗号化キーを受信すると、自身の不揮発性メモリ３２１に識別子と暗号化キーを記憶する。これが、親無線機３００側での登録となる（Ｓ３０４）。

そして、最後に、オペレータＡは、正しく登録が行われたかを確認する。オペレータＡは、窓５２を一回開けるもしくは閉める動作を行い、端末機１００を再び起動させる（Ｓ１１３）。端末機１００は、起動のタイミングパターンの判定を行い、タイミングパターンが予め決められたタイミングパターンと非合致と判定すると（Ｓ１１４）、その後、通常モードへ移行する（Ｓ１１５）。そして、起動情報、すなわち識別子と暗号化データを親無線機３００へ送信し、その後ストップ状態となる（Ｓ１１６）。

親無線機３００は、端末機１００から識別子および暗号化データを受信する。そして親無線機３００が、受信した暗号化データを正しく復号できる場合、これを以って端末機１００と親無線機３００との登録が完了する（Ｓ３０５）。親無線機３００は、登録を完了すると、オペレータＢへ登録完了通知を出力し、通常モードへ戻る（Ｓ３０６）。登録完了通知とは、登録の完了をオペレータＢへ知らせるものである。登録完了通知は、例えば音や光などの信号でもよく、予め定められたアドレスへのメールの送信等でもよい。

以上のような端末機１００と親無線機３００とのやり取りで、無線通信システムの登録は行われる。一旦両者の登録が完了すると、端末機１００と親無線機３００との交信が可能になる。すなわち、ユーザ５１が窓５２の開閉をおこなう度に、端末機１００は自己の起動情報を親無線機３００へ送信し、親無線機３００はそれを受信して解読できる。ユーザ５１は親無線機３００からの通知、もしくは親無線機３００へのアクセスによって、窓５２の開閉に関する情報を得る事ができる。

以下、窓５２の開閉のタイミングパターンが予め決められたタイミングパターンと合致するか判定する方法について、図５を用いて詳細に説明する。

図５は、オペレータＡが上述のとおり、五回、窓５２の開閉を行った時の制御回路１２のタイミング図である。上述のとおり、二回目と三回目の開閉の間隔はｔ２秒以上であり、その他の間隔はｔ１秒未満である。

窓５２の開閉を行う毎に、制御回路１２には電源電圧ＶＤＤのパルス電圧が供給される。そして電源電圧ＶＤＤに応じたパルス電圧は、出力ポートを介して判定回路１３へ供給される。判定回路１３からの出力電圧は、制御回路１２の入力ポートへ入力される。入力ポートには、上述の判定回路１３の時定数τに応じて下降した電圧が入力される。制御回路１２は、電源電圧ＶＤＤの波形が立ち上がると、入力ポートの電圧値を、所定の基準値と比較する。基準値は予め定められたものであり、ハイ（Ｈ）とロー（Ｌ）との二つの値がある。入力ポートにおける電圧値と二つの基準値とを比較することにより、端末機１００が前回起動してから次に起動するまでの間隔が分かる。実施形態１では、入力ポートで読み取った電圧値が基準値（Ｈ）よりも高ければ、制御回路１２は、前回の起動から次の起動までの間隔が、ｔ１秒よりも短いと判定し、「１」と出力する。一方、入力ポートで読み取った電圧値が基準値（Ｌ）よりも低ければ、制御回路１２は、前回の起動から次の起動までの間隔が、ｔ２秒以上と判定し、「０」と出力する。したがって、実施形態１の起動タイミングの場合、制御回路１２は、「０」「１」「０」「１」「１」と出力する。

この出力パターンと、不揮発性メモリ１２１に予め記憶させておいた出力パターンとを比較し、合致すれば制御回路１２は、動作モードを登録モードへ移行する。なお、合致しない場合は、動作モードを通常モードのままにしておく。以上の説明のとおり、端末機１００の制御回路１２は、端末機１００の複数回の起動のタイミングを基に、通常モードから登録モードへ移行する。

（１−４．効果等）
実施形態１では、端末機１００を通常モードで動作させるのと同様に、窓５２の開閉という動作によって、登録モードへ移行させることができる。したがって、端末機１００は、登録モードへ移行させるためのスイッチなどの、動作モードを切り替えるための特別な機構を要さない。さらにユーザは、登録モードに移行させるためスイッチを押す必要がない。したがって、設備に内蔵されたり、あるいは手の届きにくい場所に設置されたりすることの多いエナジーハーベスト無線においても、ユーザは、容易に端末機１００を登録モードへ移行させることができる。また親無線機３００は、登録情報をデータベースへ問い合わせる必要がない。したがって、無線通信システムは、登録動作を自己完結できる。さらにデータベースへ問い合わせる必要が無いため、無線通信システムは、登録に要する時間を短縮できる。またシステム自体も簡略化できる。そして、システムの構築や、データの管理および運営にかかる労力を低減できる。

なお、実施形態１の端末機１００は、発電回路１０を備える端末機１００に適しているが、発電回路１０を有さず、電池を用いる端末機１００にも応用できる。

また、実施形態１では、一回の窓５２の「開閉」とは、窓５２を「開けること」および「閉めること」のいずれか一方を指すが、「開けて閉めること」を指してもよい。

さらに、実施形態１では、「複数回の起動のタイミング」の「複数回」とは、五回を指すが、回数は複数回であればよく、五回に制限されない。しかし、誤作動を低減するために、三回以上がより好ましい。

また、実施形態１では、制御回路１２の動作モードとして、通常モードおよび登録モードを挙げたが、その他の動作モードに設定可能であってもよい。例えば、端末機１００が起動しても何らの信号も出力しない、休止モードに設定可能でもよい。そして図４に示すように、端末機１００は、工程Ｓ１１０で、通常モードから登録モードへ直接移行するが、例えば工程Ｓ１０９で起動パターンが合致すると判断した後、一旦、休止モードなどの他の動作モードを挟み、休止モードから登録モードへ移行させてもよい。

また、実施形態１では、工程Ｓ３０４の登録後、登録確認のため、工程Ｓ１１３でもう一回、端末機１００を起動しているが、その動作を省いてもよい。すなわち登録確認をせずに、工程Ｓ３０４の登録後、登録完了とすることもできる。

また実施形態１では、端末機１００を窓枠５０の内部に設置したが、設置場所はこれに制限されず、窓枠５０の表面やガラス窓の内部等でもよい。

なお、実施形態１では、無線通信システムを窓５２の開閉の検知に用いたが、その他の用途にも用いることができる。たとえば照明、空調設備、電化製品等の稼動の有無、ドアの開閉、窓またはドアの施錠の有無等の検知に用いることができる。そして無線通信システムの用途に応じて、端末機１００をスイッチ、ドア、鍵のレバーやドアノブ等に配置すればよい。端末機１００は、スイッチのＯＮ、ＯＦＦ切り替えや、ドアの開閉、レバー又はドアノブの回転や変位によって発電し、起動すればよい。また、この無線通信システムは、人間や動物の脈拍、瞬き等の生体情報を収集する無線通信システムに用いることもできる。この場合、端末機１００は、人間や動物の血管近傍や瞼等に配置される。そして端末機１００は、生体の動きによって発電し、起動する。

（２．実施形態２）
以下、図６〜８を用いて実施形態２の無線通信システムについて説明する。実施形態２と実施形態１の無線通信システムとは、端末機１１０が登録モードへ移行するまでの動作が共通する。そして端末機１１０が登録モードへ移行した後の、端末機１１０と親無線機３１０との登録方法が異なっている。ここでは、説明の簡略化のために、実施形態２と実施形態１とで共通する構成には同様の符号を用いる。

（２−１．電気的構成）
（２−１−１．端末機の電気的構成）
図６は、実施形態２の端末機１１０の電気的構成を示している。端末機１１０は、受信回路１６を備えている。また端末機１１０は、実施形態１の端末機１００と同様に、発電回路１０と、電圧変換回路１１と、制御回路１２と、判定回路１３と、送信回路１４と、アンテナ１５と、を備えている。

受信回路１６は、親無線機３１０からの信号を、アンテナ１５を介して受信する回路である。親無線機３１０からの信号とは、実施形態２では、端末機１１０の識別子と暗号化キーと、を指す。

（２−１−２．親無線機の電気的構成）
図７は、実施形態２の親無線機３１０の電気的構成を示している。親無線機３１０は、送信回路３４を備えている。また親無線機３１０は、実施形態１の親無線機３００と同様に、受信回路３０と、アンテナ３１と、制御回路３２と、電源回路３３と、を備えている。

送信回路３４は、アンテナ３１を介して端末機１１０へ信号を送信するための回路である。

（２−２．登録方法）
図８は、実施形態２における無線通信システムの登録方法を示すシーケンス図である。

端末機１１０は、実施形態１と同様に、工程Ｓ１１０で登録モードへ移行する。そして実施形態２では、端末機１１０は、登録モードへ移行すると、登録情報として、端末機１１０の識別子および登録要求信号を出力し、親無線機３１０へ送信する。登録要求信号とは、親無線機３１０に対し、暗号化キーを送信するように要求する信号である。暗号化キーは、窓の開閉に関するデータを暗号化するために用いられる。実施形態２では、親無線機３１０から送られる暗号化キーは、登録の度に、毎回異なる。

親無線機３１０は、登録を開始した状態（Ｓ３０２）で端末機１１０から登録要求信号を受信すると、端末機１１０へ、端末機１１０の識別子および暗号化キーを送信する（Ｓ３０３）。

端末機１１０は、親無線機３１０から送られてきた暗号化キーを不揮発性メモリ１２１に記憶する（Ｓ１１１）。以前に親無線機３１０から送られてきた暗号化キーが既に記憶されている場合は、新しい暗号化キーに更新する。新しい暗号化キーを不揮発性メモリ１２１に記憶することで、端末機１１０側での登録が完了する。そして端末機１１０は、不揮発性メモリ１２１に記憶されたこれまでのタイミングパターンをリセットし、再びストップ状態となる（Ｓ１１２）。

最後に、実施形態１と同様に、オペレータＡは、正しく登録が行われたかを確認する。オペレータＡが、窓５２を一回開ける、もしくは閉める動作を行うと、端末機１１０は起動する（Ｓ１１３）。そして起動のタイミングパターンが予め決められたパターンと合致しているかの判定を行い、合致していないと判断すると（Ｓ１１４）、動作モードを通常モードへ移行する（Ｓ１１５）。端末機１１０は、通常モードにおいて、起動情報、すなわち識別子および暗号化データを親無線機３１０へ送信する。この暗号化データは、工程Ｓ１１１で登録された、新しい暗号化キーで暗号化されている。親無線機３１０は、起動情報を受信し、受信した暗号化データを、前述の新しい暗号化キーで複号する。親無線機３１０が暗号化データを正しく複号できれば、これを以って端末機１１０と親無線機３１０との登録が完了する（Ｓ３０５）。そして親無線機３１０は、オペレータＢへ登録完了通知を発信し、通常モードへ戻る（Ｓ３０６）。

一旦、端末機１１０と親無線機３１０との登録が完了すれば、次にユーザ５１が窓５２の開閉をする時、端末機１１０は、前述の新しい暗号化キーで暗号化したデータを、自己の識別子と共に親無線機３１０へ送信する。そして親無線機３１０は、暗号化キーを用いて暗号化データを解読し、ユーザ５１に情報を知らせることができる。

（２−３．効果等）
実施形態２では、親無線機３１０から暗号化キーを送信するため、毎回暗号化キーを更新することができる。したがって、セキュリティの精度を顕著に高めることができる。例えば部屋の住居者が変わる場合や、親無線機３１０のみを新しい機種に変える場合などに有用である。

また、端末機１１０が十分な発電量を確保できれば、いわゆる公開鍵方式を用いることもできる。この場合、親無線機３１０は、工程Ｓ３０３で、暗号化キーとして公開鍵を送信する。端末機１１０は、工程Ｓ１１１で公開鍵を記憶し、工程Ｓ１１５で、起動情報として、公開鍵で暗号化した暗号化データを親無線機３１０へ送信する。一方の親無線機３１０は、親無線機３１０のみが不揮発性メモリ３２１に記憶している秘密鍵で暗号化データを復号する。この公開鍵方式を用いれば、第三者に暗号化データを読み取られる可能性をさらに減らすことができる。

なお、実施形態２では、親無線機３１０は、毎回異なる暗号化キーを端末機１１０へ送信しているが、例えば複数個の暗号化キーからランダムに選択される暗号化キーを送信してもよい。また暗号化キーを毎回変えるのではなく、同じ暗号化キーを複数回用いる毎に変えることとしてもよい。親無線機３１０から端末機１１０へ送信される暗号化キーが、この暗号化キーが送信される以前に親無線機３１０から送信された暗号化キーと異なっていることで、セキュリティを強化することができる。なお同じ暗号化キーを毎回用いることとしても、登録は可能である。

また実施形態２では、親無線機３１０が暗号化キーを自動的に設定するが、オペレータＢが任意に設定できるようにしてもよい。

また、実施形態２においても、工程３０５の登録完了の前に、登録確認を行っているが、その動作を省くこともできる。

また実施形態２においても、実施形態１と同様に、端末機１１０を通常モードで動作させるのと同様に、窓５２の開閉という動作によって、登録モードへ移行させることができる。さらに親無線機３１０は、データベースへの問い合わせが不要である。

（２−４．変形例）
端末機１１０が親無線機３１０へ登録情報を送信する送信電力と、親無線機３１０が端末機１１０へ暗号化キーを送信する送信電力とは、同じでもよいが、端末機１１０が登録情報を送信する電力よりも、親無線機３１０が暗号化キーを送信する送信電力の方を、大きくしてもよい。ここで、親無線機３１０は、外部電源に接続されているため、使用できる電力量に余裕がある。したがって、親無線機３１０の送信電力を大きくすることは、端末機１１０の送信電力を大きくするよりも容易である。そして端末機１１０のアンテナゲインが親無線機３１０のアンテナゲインよりも小さくても、親無線機３１０が暗号化キーを送信する送信電力を大きくすることで、端末機１１０は、より的確に親無線機３１０からの信号を受信できる。

また、端末機１１０が登録情報を親無線機３１０へ送信する時に用いる通信周波数と、親無線機３１０が暗号化キーを端末機１１０へ送信する時に用いる通信周波数とを、変えてもよい。例えば日本で無線通信システムを利用する場合について説明する。端末機１１０が登録情報を送信する場合は、法律で許容される最大電力が１ｍＷと比較的小さい周波数帯（９２８．１５ＭＨｚ〜９２９．６５ＭＨｚ）を使用する。一方、親無線機３１０が端末機１１０へ暗号化キーを送信する場合は、許容される最大電力が２０ｍＷと比較的大きな周波数帯域（９２３．６ＭＨｚ〜９２８．０ＭＨｚ）を使用する。これにより親無線機３１０は、より大きな送信電力で送信を行うことができる。

その他実施形態１と同様の構成および効果については説明を省略する。

（３．実施形態３）
以下、図９〜１１を用いて実施形態３の無線通信システムについて説明する。実施形態３と実施形態１とは、端末機１２０の電気的構成が一部異なっている。そして実施形態３の端末機１２０では、実施形態１では廃棄されていたＵＶＬＯ電圧以下の電力が、判定回路１３へ供給されている。なお、実施形態３と実施形態１の親無線機３００の電気的構成は、同じである。ここでは、説明の簡略化のために、実施形態３と実施形態１とで共通する構成には同様の符号を用いる。

（３−１．端末機の電気的構成）
図９は、実施形態３の端末機１２０の電気的構成を示している。端末機１２０は、電圧検出回路１７と、スイッチとしてのトランジスタＴｒ１１と、を備えている。また端末機１２０は、実施形態１の端末機１００と同様に、発電回路１０と、電圧変換回路１１と、制御回路１２と、判定回路１３と、送信回路１４と、アンテナ１５と、を備えている。

電圧検出回路１７は、規定電圧以下になると出力インピーダンスを変化する回路である。実施形態３では、ＵＶＬＯ電圧を越える電圧、すなわち１．８５Ｖより大きい電圧ではハイインピーダンスとなり、ＵＶＬＯ電圧以下になるとローインピーダンスとなる。

スイッチとは、実施形態３では、図１０のトランジスタＴｒ１１である。トランジスタＴｒ１１は、ＵＶＬＯ電圧以下の電荷を、判定回路１３へ入力するために用いられる。トランジスタＴｒ１１のベース電極は、電圧検出回路１７の出力側に接続されている。トランジスタＴｒ１１は、電圧検出回路１７の出力インピーダンスがローインピーダンスに切り替わると、オン状態となる。一方、トランジスタＴｒ１１は、電圧検出回路１７の出力インピーダンスがハイインピーダンスに切り替わると、オフ状態となる。トランジスタＴｒ１１は、発電回路１０で得られる電力を蓄電するためのコンデンサＣ１１と、判定回路１３を構成するコンデンサＣ２１との間に配置されている。なお、電圧変換回路１１の入力側とトランジスタＴｒ１１のベース電極との間には、トランジスタＴｒ１１のバイアス抵抗として、抵抗Ｒ３１を配置している。これにより、トランジスタＴｒ１１のベース電圧を安定化させることができる。そして電圧検出回路１７の出力インピーダンスのロー、ハイの変化によって、トランジスタＴｒ１１をスイッチとしてオン、オフ動作できるように、トランジスタＴｒ１１へ電圧供給を行える。

また実施形態３では、コンデンサＣ１１とトランジスタＴｒ１１との間に、遅延素子１８を配置している。遅延素子１８とは、例えば抵抗やコイル、半導体素子等である。ここで、発電直後には、電圧検出回路１７が電圧を検出するためのわずかな時間遅れにより、トランジスタＴｒ１１がオン状態となり、判定回路１３のコンデンサＣ２１へ電荷が供給されてしまうことがある。これに対し実施形態３のように遅延素子１８を配置することで、発電直後の判定回路１３への電荷の供給を抑制できる。なお、図１０は、実施形態３の別の例の端末機１３０の電気的構成を示している。図１０に示すように、遅延素子１８を、トランジスタＴｒ１１とコンデンサ２１との間に配置してもよい。端末機１３０と端末機１２０とは、遅延素子１８の位置が異なるが、その他の構成は同じである。

なお、実施形態３の判定回路１３には、制御回路１２を介さずに、発電回路１０からの電圧が供給される。すなわち発電回路１０で得られる電力のうち、判定回路１３へ供給される電力は、制御回路１２を介さずに判定回路１３へ供給される。判定回路１３の出力は、実施形態１と同様に、制御回路１２の入力ポートで読み取ることができる。

（３−２．登録時の端末機の動作）
図１１は、端末機１２０が登録モードに移行する時のタイミング図である。

窓５２の開閉を行う毎に、発電回路１０は電力Ｖｂａｔを発電する。電圧変換回路１１のＵＶＬＯ機能により、１．８５Ｖ以下の低電圧は切り捨てられ、電源電圧ＶＤＤは図１１に示すようなパルス波形となる。電圧検出回路１７の出力インピーダンスは、１．８５Ｖを越えるとハイインピーダンスとなり、１．８５Ｖ以下ではローインピーダンスとなる。電圧検出回路１７の出力インピーダンスがハイインピーダンスの時、トランジスタＴｒ１１はオフ状態（ＯＦＦ）となり、ローインピーダンスの時、トランジスタＴｒ１１はオン状態（ＯＮ）となる。トランジスタＴｒ１１がオン状態の時、判定回路１３には電圧が供給される。そして時定数τに応じて下降した電圧が入力ポートで読み取られる。

制御回路１２は、実施形態１の制御回路１２と同様に、電源電圧ＶＤＤの波形が立ち上がった時に、判定回路１３の出力を読み取る。そして制御回路１２は、読み取った電圧値が、予め定められたハイレベル（Ｈ）以上の電圧値である場合、「１」と出力する。一方、読み取った電圧値が予め定められたローレベル（Ｌ）以下の電圧値である場合、「０」と出力する。

そして複数回分の出力パターンが、予め定められた所定の出力パターンと合致すれば、制御回路１２は動作モードを登録モードへ切り替える。以上により、端末機１２０の制御回路１２は、複数回の起動のタイミングを基に、起動後、通常モードから登録モードへ移行する。

（３−３．効果等）
実施形態３では、本来廃棄されていた電荷を判定回路１３へ充当することができ、エネルギーを有効活用できる。そして制御回路１２および送信回路１４へ充分に電力を供給できる。

さらに遅延素子１８を設けることで、判定回路１３の出力値を安定化でき、制御回路１２で判定回路１３の出力を高精度に読み取ることができる。

その他実施形態１と同様の構成および効果については、説明を省略する。

上記実施形態１〜３の端末機は、通常モードで動作するのと同様の動作、機構を用いて、登録モードへ移行できる。したがって、例えばいわゆるエナジーハーベスト無線と呼ばれる無線通信システムに適用可能である。

１００，１１０，１２０，１３０ 端末機
３００，３１０ 親無線機
５０ 窓枠
５１ ユーザ
５２ 窓
１０ 発電回路
１１ 電圧変換回路
１２ 制御回路
１２１ 不揮発性メモリ
１２２ 中央演算装置
１３ 判定回路
１４ 送信回路
１５ アンテナ
１６ 受信回路
１７ 電圧検出回路
３０ 受信回路
３１ アンテナ
３２ 制御回路
３２１ 不揮発性メモリ
３２２ 中央演算装置
３３ 電源回路
３４ 送信回路

端末機は、親無線機と通信可能である。端末機は、制御回路を備えている。制御回路は、端末機の起動に関する起動情報を出力する通常モードと、端末機と親無線機との登録に関する登録情報を出力する登録モードと、の少なくとも二つの動作モードを有する。制御回路は、端末機の複数回の起動のタイミングを基に、動作モードを登録モードへ移行し、登録情報を親無線機に送信する。

Claims (9)

1. 親無線機と通信可能な端末機であって、
   前記端末機は、制御回路を備え、
   前記制御回路は、
   前記端末機の起動に関する起動情報を出力する通常モードと、前記端末機と前記親無線機との登録に関する登録情報を出力する登録モードと、の少なくとも二つの動作モードを有し、
   前記端末機の複数回の起動のタイミングを基に、前記動作モードを前記登録モードへ移行する、端末機。
2. 前記端末機の前回の起動から次の起動までに、所定の時間が経過したか否かを判定する判定回路をさらに備える、請求項１に記載の端末機。
3. 前記判定回路の出力を用いて前記タイミングを判断する、請求項２に記載の端末機。
4. 発電回路をさらに備え、
   前記発電回路で得られる電力のうち、前記判定回路へ供給される電力は、前記制御回路を介さずに前記判定回路へ供給される、請求項３に記載の端末機。
5. 発電回路をさらに備え、
   前記発電回路で得られる電力を用いて前記起動情報および前記登録情報を前記親無線機へ送信する、請求項１から３のいずれか一つに記載の端末機。
6. 親無線機と、前記親無線機と通信可能な端末機と、を備え、
   前記端末機は、制御回路を有し、
   前記制御回路は、
   前記端末機の起動に関する起動情報を出力する通常モードと、前記端末機と前記親無線機との登録に関する登録情報を出力する登録モードと、の少なくとも二つの動作モードを有し、
   前記端末機の複数回の起動のタイミングを基に、前記動作モードを前記登録モードへ移行し、
   前記登録情報は、前記端末機から前記親無線機へ送信され、前記親無線機で受信されて、前記端末機と前記親無線機とが登録される、無線通信システム。
7. 前記親無線機は、前記登録情報を受信すると、前記端末機へ暗号化キーを送信し、
   前記端末機は、前記暗号化キーを受信して、記憶する、請求項６に記載の無線通信システム。
8. 前記親無線機から前記端末機へ送信される前記暗号化キーは、前記暗号化キーが送信される以前に前記親無線機から送信された暗号化キーと異なる、請求項７に記載の無線通信システム。
9. 前記親無線機が前記暗号化キーを送信する送信電力は、前記端末機が前記登録情報を送信する送信電力よりも大きい、請求項７又は８に記載の無線通信システム。

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