WO2019049742A1 - センサユニット、及びそれを用いた多連式センサ - Google Patents

センサユニット、及びそれを用いた多連式センサ Download PDF

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泰幸 片瀬
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    • H04Q2209/80—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device
    • H04Q2209/88—Providing power supply at the sub-station

Definitions

  • the present invention relates to a sensor unit and a multiple sensor using the same.
  • Patent Document 1 discloses a communication system in which a main unit 100 and a plurality of communication modules 200 are daisy-chained. The communication modules are connected to one another by communication lines.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a sensor unit capable of suppressing deterioration in communication quality as compared to the prior art even when connected in multiples, and a multiple sensor using the same.
  • the purpose is to
  • the sensor unit in the present invention includes a sensor unit, and a control unit electrically connected to the sensor unit and processing a detection signal of the sensor unit, and the control unit communicates with the host device And a lower level communication control section for performing communication with the lower level apparatus.
  • circuit power generation unit that generates a drive power supply for a circuit function unit including the sensor unit and the control unit.
  • a notification unit for notifying detection information of the sensor unit it is preferable to further have a notification unit for notifying detection information of the sensor unit.
  • a plurality of sensor units including a sensor unit and a control unit electrically connected to the sensor unit and processing a detection signal of the sensor unit are connected via a communication cable.
  • a multi-link sensor wherein each control unit has a higher communication control unit that communicates with a higher device, and a lower communication control unit that communicates with a lower device.
  • the present invention even when sensor units are connected in multiple connection, the deterioration of communication quality can be suppressed as compared with the prior art.
  • FIG. 1A is a plan view of a sensor unit according to the present embodiment.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the sensor unit taken along the line AA shown in FIG. 1A and viewed from the arrow direction. It is a circuit diagram of a sensor part. It is a top view which shows the state which connected multiple sensor units of this embodiment. It is a conceptual diagram which shows an example of the multiple sensor of this embodiment. It is a conceptual diagram which shows an example of the multiple sensor of this embodiment.
  • FIG. 6A is a plan view showing another embodiment of a sensor unit different from the sensor unit shown in FIG. 1A.
  • FIG. 6B is a plan view showing another embodiment of the sensor unit different from the sensor unit shown in FIG. 1A.
  • 6C is a plan view showing another embodiment of a sensor unit different from the sensor unit shown in FIG. 1A. It is a block diagram of a sensor unit of this embodiment. It is a block diagram by the side of a communication line at the time of connecting a plurality of sensor units of this embodiment. It is a block diagram of the communication line side which shows the structure of a comparative example. It is a block diagram by the side of power supply wiring at the time of connecting multiple sensor units of this embodiment.
  • FIG. 1A is a plan view of the sensor unit of the present embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the sensor unit taken along the line AA shown in FIG. 1A and viewed in the arrow direction.
  • the sensor unit 1 in the present embodiment is, for example, a flow rate sensor.
  • the sensor unit 1 includes the substrate 2, the sensor unit 3 disposed on the surface 2 a of the substrate 2, the external connection terminals 4 and 5 electrically connected to the sensor unit 3, and the detection information of the sensor unit 3 to the outside And a notification unit 6 to be notified.
  • the sensor unit 3 is disposed substantially at the center of the surface 2 a of the substrate 2.
  • the external connection terminals 4 and 5 are disposed on both sides of the sensor unit 3 on the surface 2 a of the substrate 2. Therefore, the sensor unit 3 and the external connection terminals 4 and 5 are arranged in a line on the substrate 2.
  • the external connection terminals 4 and 5 shown in FIGS. 1A and 1B have different shapes and sizes of the openings 4a and 5a, respectively.
  • the external connection terminals 4 and 5 shown in FIGS. 1A and 1B are USB terminals.
  • a USB-A type is connected to the external connection terminal 4
  • a micro USB type is connected to the external connection terminal 5. Ru.
  • reporting parts 6 are arrange
  • the number of notification units 6 is not limited, and the arrangement location of the notification units 6 is not limited.
  • the notification unit 6 may be provided on the surface of the sensor unit 3 in an overlapping manner.
  • Case 7 may be transparent or non-transparent.
  • the case 7 is provided with a through hole 7 a.
  • the through hole 7a is, for example, a hole for sending a wind to the sensor unit 3, and the wind can be detected through the through hole 7a.
  • Case 7 may be omitted.
  • the surface of the sensor unit 3 may be covered with a sealing resin or the like.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the sensor unit 3.
  • a bridge circuit 18 is configured by the flow rate detecting resistive element 13, the temperature compensating resistive element 14, and the resistors 16 and 17.
  • a first series circuit 19 is configured by the flow rate detecting resistive element 13 and the resistor 16
  • a second series circuit 20 is configured by the temperature compensating resistive element 14 and the resistor 17. ing.
  • the first series circuit 19 and the second series circuit 20 are connected in parallel to form a bridge circuit 18.
  • the output section 21 of the first series circuit 19 and the output section 22 of the second series circuit 20 are connected to a differential amplifier (amplifier) 23 respectively.
  • a feedback circuit 24 including a differential amplifier 23 is connected to the bridge circuit 18.
  • the feedback circuit 24 includes a transistor (not shown) and the like.
  • the resistors 16 and 17 have a smaller temperature coefficient of resistance (TCR) than the flow rate detecting resistive element 13 and the temperature compensating resistive element 14.
  • the flow rate detection resistive element 13 has a predetermined resistance value Rs1 in a heating state controlled to be higher by a predetermined value than a predetermined ambient temperature, for example, and the temperature compensation resistive element 14 is, for example, The above ambient temperature is controlled to have a predetermined resistance value Rs2.
  • the resistance value Rs1 is smaller than the resistance value Rs2.
  • the resistor 16 constituting the flow rate detection resistive element 13 and the first series circuit 19 is, for example, a fixed resistor having a resistance value R1 similar to the resistance value Rs1 of the flow rate detection resistive element 13.
  • the resistor 17 constituting the temperature compensating resistive element 14 and the second series circuit 20 is, for example, a fixed resistor having a resistance value R2 similar to the resistance value Rs2 of the temperature compensating resistive element 14.
  • the flow rate detection resistive element 13 shown in FIG. 2 is disposed on the case 7 side of the sensor unit 3 shown in FIG. 1B, and the temperature compensation resistive element 14 is disposed on the substrate 2 side shown in FIG. 1B.
  • the wind passes through the through hole 7a shown in FIG. 1B and reaches the flow rate detection resistive element 13 disposed on the detection surface.
  • the potential of the output portion 21 of the first series circuit 19 to which the flow rate detection resistive element 13 is connected fluctuates.
  • a differential output can be obtained by the differential amplifier 23.
  • a drive voltage is applied to the flow rate detection resistive element 13 based on the differential output.
  • the microcomputer can convert the wind speed and output it.
  • the circuit configuration of the sensor unit 3 shown in FIG. 2 is an example, and the present invention is not limited to this.
  • a plurality of sensor units 1 can be connected via the communication cable 8.
  • one end of the communication cable 8 is, for example, the micro USB plug 9, and the other end is, for example, the USB-A plug 10.
  • the micro USB plug 9 is connected to the small opening side external connection terminal 5 provided in the sensor unit 1, and the USB-A plug 10 is provided in the large opening side external connection terminal 4 provided in the sensor unit 1.
  • a plurality of sensor units 1 are connected in a line by a communication cable 8, and the tip thereof is connected to the host 11.
  • the host 11 is a device that controls communication, and means a device that becomes a master in communication.
  • the host 11 is a computer device such as a notebook computer, or a portable terminal having a communication control function, and may be in any form.
  • the multiple sensors 12 shown in FIG. 4 can be connected to the plurality of channels 11a provided in the host 11, respectively.
  • a large number of sensor units 1 can be arranged in a matrix.
  • the number of connected sensor units 1 is not limited, but several to several hundreds of sensor units 1 can be connected to configure the multiple sensor 12. In the present embodiment, since it is only necessary to connect each sensor unit 1 via the communication cable 8, the number of sensors of the multiple sensor 12 can be easily and freely increased, and using the multiple sensor 12 It can be applied to various applications.
  • the wind speed can be widely detected. And based on the detection information of the wind speed of each sensor unit 1, the aspect transmitted to the exterior from the alerting
  • the notification unit 6 is an LED. Thereby, control can be performed so that the luminescent color changes from the tip end of the multiple sensor 12 to the end based on the wind speed. Therefore, it becomes possible to appeal to the user's sight as multiple illumination type sensor 12 as illumination or for analysis of fluid etc.
  • the shapes and sizes of the external connection terminals 4 and 5 are different, erroneous connection can be prevented.
  • the external connection terminal 5 is on the side of communication with the host 11 located at the upper level, and the external connection terminal 4 is at the side of communication with the sensor unit 1 located on the lower side, It is possible to prevent an incorrect connection such as connection.
  • the external connection terminals 30, 31 provided in the sensor unit 1 may be the same connector.
  • at least one of the external connection terminals 30 may be provided with a mark 32 indicating the direction of connection.
  • the side provided with the mark 32 is the host 11 side (upper side), and it becomes possible to prevent an erroneous connection.
  • the direction of connection of the external connection terminals 30 and 31 only needs to be distinguishable, and the shape and size of the external connection terminals 30 and 31 described above are made different or the mark 32 is provided. It is also possible to prevent incorrect connection with other configurations.
  • the sensor unit 3 and the external connection terminals 4 and 5 are arranged in a line, but for example, as shown in FIG. You may arrange
  • the alignment direction of the sensor units 1 can be bent by 90 °.
  • the inflection angle in the direction in which the sensor units 1 are arranged can be changed according to the angle between the external connection terminals 4 and 5 via the sensor unit 3.
  • each external connection terminal 33 and 34 may be arrange
  • the alignment direction of the sensor units 1 can be bent by 180 °. Therefore, by using the sensor unit 1 in which the external connection terminals 4 and 5 shown in FIG. 1A are arranged in a line, and the sensor unit 1 in which the external connection terminals 33 and 34 shown in FIG. Even if there is only one channel 11 a of the host 11, it is possible to configure a multiple sensor 12 in which the sensor units 1 are arranged in a meander shape.
  • FIG. 7 shows a block diagram of the sensor unit 1 of the present embodiment.
  • the sensor unit 1 includes the sensor unit 3 and a microcomputer 40 as a control unit that is electrically connected to the sensor unit 3 and processes a detection signal of the sensor unit 3. Ru.
  • the microcomputer 40 includes a CPU 41, an AD converter (ADC) 42, an input / output port (I / O port) 43, an upper communication control unit 44, and a lower communication control unit 45. It is configured to have.
  • the CPU 41, the AD converter 42, the input / output port 43, the communication control units 44, 45, and the like are configured in one chip.
  • the detection signal from the sensor unit 3 is AD converted by an AD converter (ADC) 42 and processed by a CPU 41.
  • the CPU 41 controls lighting of the LED 47 as a notification unit based on the sensor output, and performs processing such as writing data based on the sensor output in the host transmission memory. In addition, the CPU 41 performs various processing such as processing based on a command from the host 11.
  • the communication control unit is divided into an upper level communication control unit 44 and a lower level communication control unit 45.
  • the host communication control unit 44 controls transmission and reception with the sensor unit 1 on the host 11 side, which is the host device, or the host 11.
  • the lower communication control unit 45 performs transmission / reception control with the sensor unit 1 which is the lower device.
  • the line of reference numeral 46 connected to the upper level communication control unit 44 and the lower level communication control unit 45 indicates the communication line 46 in the communication cable 8 (see FIG. 3).
  • the external connection terminal 5 side corresponds to the upper level communication control unit 44
  • the external connection terminal 4 side corresponds to the lower level communication control unit 45 side.
  • the upper communication control unit 44 and the lower communication control unit 45 are divided. Thereby, as shown in FIG. 8, even when a plurality of sensor units 1 are connected to constitute a multiple sensor 12, only between adjacent sensor units 1 (or between adjacent hosts 11 and sensor units 1) Only), it is possible to send commands and send / receive data. In FIG. 8, only a part of the control unit is illustrated. Further, it can be recognized whether the communication with the host 11 located in the upper apparatus or the communication with the sensor unit 1 located in the lower apparatus. Therefore, for example, when transmitting a command from the sensor unit 1 in the middle shown in FIG. 8 to the sensor unit 1 on the left side in the figure, which is the upper apparatus side, a sensor that is the upper apparatus is appropriately through the upper communication control unit 44 It becomes possible to transmit a command to the unit 1 side.
  • the multiple sensor 12 in which a plurality of sensor units 1 are connected for example, when the host-flow sensor A-flow sensor B-flow sensor C-flow sensor D-flow sensor E is connected, between the respective sensors
  • individual communication can be made between the host and the flow rate sensor A.
  • communication can be performed individually between the flow sensor A and the flow sensor B or between the flow sensor B and the flow sensor C. Therefore, the degree of freedom in transmission and reception of data can be improved.
  • FIG. 9 is a comparative example (conventional example).
  • command transmission from the host is all sensors including unintended sensor units 1 Sent to unit 1 That is, even when the command transmission from the host is, for example, to the sensor unit 1 in the middle shown in FIG. 9, the command is transmitted to all the sensor units 1. Therefore, while communication is being performed, other command communication can not be performed between the sensor unit 1 or between the host and the sensor unit 1.
  • the data signal is gradually attenuated toward the sensor unit 1 at the end (the side far from the host), which tends to cause deterioration in communication quality.
  • the sensor unit 1 includes a circuit power generation unit 51 that generates drive power of the circuit function unit 50 including the sensor unit 3, the microcomputer 40, and the LED 47 (notification unit). Have.
  • the circuit power generation unit 51 is connected to the power supply wiring 49 in the communication cable 8 (see FIG. 3).
  • the circuit power generation unit 51 incorporates a step-down circuit, and generates a drive power supply for the circuit function unit 50. For example, on the host side, AC 100 V is converted to DC 24 V by an AC / DC converter and supplied to the sensor unit 1. Then, in the sensor unit 1, the circuit power generation unit 51 having a step-down circuit steps down the voltage to a predetermined voltage to drive the circuit. At this time, the voltage is stepped down to, for example, 5 V and 3 V in accordance with the mounted IC.
  • the host side reduces the voltage to a predetermined voltage, for example, reduces the voltage to 5 V which is the drive voltage of the sensor unit 1 and supplies the sensor unit 1 with it.
  • a predetermined voltage for example, reduces the voltage to 5 V which is the drive voltage of the sensor unit 1 and supplies the sensor unit 1 with it.
  • the circuit power generation unit 51 is provided in each sensor unit 1 so that the voltage supplied from the host is sufficiently increased.
  • the driving power of can be generated individually.
  • all the power supplies of the microcomputer 40 and the sensor unit 3 which are configured by the circuit function unit 50 can be supplied from the circuit power generation unit 51.
  • the voltage drop can be suppressed, and each sensor unit 1 can be appropriately driven.
  • FIG. 10 only a part of the control unit is illustrated.
  • the sensor unit 1 of the present embodiment includes a sensor unit 3 and a microcomputer 40 (control unit) electrically connected to the sensor unit 3 and processing a detection signal of the sensor unit 3. .
  • the microcomputer 40 is characterized by having a higher level communication control unit 44 communicating with a higher level device and a lower level communication control unit 45 communicating with a lower level device.
  • circuit power generation unit 51 that generates drive power of the circuit function unit 50 including the sensor unit 3 and the microcomputer 40.
  • the drive power supply of the circuit function unit 50 can be individually generated in each sensor unit 1.
  • all the power supplies of the microcomputer 40 and the sensor unit 3 which are configured by the circuit function unit 50 can be supplied from the circuit power generation unit 51. Thereby, in the multiple sensor 12, the voltage drop can be suppressed, and each sensor unit 1 can be appropriately driven.
  • the present embodiment it is preferable to further include a notification unit 6 that notifies detection information of the sensor unit 3.
  • a notification unit 6 that notifies detection information of the sensor unit 3.
  • the LED is illustrated as the notification unit 6 in the present embodiment, the present invention is not limited to the LED, and another light emitting device may be used. Alternatively, in addition to the one that emits light, the physical quantity change may be notified by an operation such as voice or vibration.
  • the notification unit 6 When the notification unit 6 is a device that emits light, for example, the intensity or color of light can be changed according to the wind speed.
  • the notification unit 6 when the notification unit 6 is an audio device, for example, the size or tone of sound is changed according to the wind speed, or when the notification unit 6 is a vibrating device, for example, the magnitude of vibration according to the wind speed. You can change the rhythm of the sheath vibration.
  • the sensor unit 1 was illustrated above as the sensor unit 1, it is not limited to the sensor unit 1, and if it catches an external change and converts it into an electric signal, all are included. It is preferable that it is the sensor unit 1 which can detect physical quantity changes, such as a temperature change, a humidity change, and a pressure change.
  • USB terminal was illustrated as the external connection terminals 4 and 5 in the above, if it is a terminal which can communicate between the sensor units 1, it will not limit to a USB terminal.
  • a multiple sensor 12 in which a plurality of sensor units 1 are connected between the external connection terminals 4 and 5 via the communication cable 8 may be configured. it can.
  • the bus connection communication of FIG. 9 not the bus connection communication of FIG. 9 but the connection communication shown in FIG. 8 in which the communication control unit is divided into two, upper and lower, is used. You can keep it.
  • the present embodiment by generating the driving power using the circuit power generation unit 51 shown in FIG. 10, a voltage drop can be suppressed, and all the sensor units 1 from the tip to the end can be appropriately driven. .
  • the multiple sensor 12 can be used for various applications. For example, it can be used for indoor or outdoor illumination, for analysis of wind speed, etc. For example, by mounting the multiple sensor 12 of the present embodiment on a building or a moving body, it is possible to easily analyze a wide range of fluid conditions.
  • a plurality of multiple sensors 12 can be used and arranged in a matrix. As a result, it becomes possible to visually grasp how the wind weakens gradually as it departs from the place where the wind is strongly hit, the direction in which the wind is blowing, and the like by light emission change of the matrix and the like.
  • the communication quality can be maintained in a good state by dividing the communication control unit of the sensor unit into high order and low order. Further, by providing the circuit power generation unit in the sensor unit, voltage drop can be suppressed even if many sensor units are connected in multiple connection, and each sensor unit can be appropriately driven. As a result, data communication can be appropriately performed by defining the directionality between the sensor units, between the sensor units and the host, or in the upper and lower directions. Thereby, the detection information of each sensor unit can be appropriately processed by the host, or a command can be transmitted from the host. Therefore, it is possible to change, for example, the light emission state of the multiple sensor, change the range of detection accuracy, or increase the degree of freedom of control according to the application of the multiple sensor. As described above, the multiple sensor of the present invention can be applied to various applications.

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Abstract

多連接続しても、従来に比べて、通信品質の低下を抑制することができるセンサユニット、及びそれを用いた多連式センサを提供することを目的とする。本発明におけるセンサユニット（１）は、センサ部（３）と、センサ部と電気的に接続され、センサ部の検知信号を処理するマイコン（４０）と、を有し、マイコンは、上位装置との間で通信を行う上位通信制御部（４４）と、下位装置との間で通信を行う下位通信制御部（４５）と、を有することを特徴とする。本発明によれば、センサユニットを多連接続しても、従来に比べて、通信品質の低下を抑制することができる。

Description

センサユニット、及びそれを用いた多連式センサ
　この発明は、センサユニット、及びそれを用いた多連式センサに関する。
　特許文献１には、メインユニット１００と複数の通信モジュール２００とがデイジーチェーン接続された通信システムが開示されている。通信モジュール同士は通信ラインにてバス接続されている。
特開２０１４－１４１８２号公報
　しかしながら、特許文献１のようにバス接続の場合、センサユニットとしての各通信モジュール内部では、上位側と下位側の通信線が共通になっており、センサユニットを多連接続することで、通信品質が低下する問題があった。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、多連接続しても、従来に比べて、通信品質の低下を抑制することができるセンサユニット、及びそれを用いた多連式センサを提供することを目的とする。
　本発明におけるセンサユニットは、センサ部と、前記センサ部と電気的に接続され、前記センサ部の検知信号を処理する制御部と、を有し、前記制御部は、上位装置との間で通信を行う上位通信制御部と、下位装置との間で通信を行う下位通信制御部と、を有することを特徴とする。
　本発明では、更に、前記センサ部と前記制御部を含む回路機能部の駆動電源を生成する回路電源生成部を有することが好ましい。
　本発明では、更に、前記センサ部の検出情報を報知する報知部を有することが好ましい。
　本発明における多連式センサは、センサ部と、前記センサ部と電気的に接続され、前記センサ部の検知信号を処理する制御部と、を有するセンサユニットが複数、通信ケーブルを介して接続された多連式センサであって、各制御部は、上位装置との間で通信を行う上位通信制御部と、下位装置との間で通信を行う下位通信制御部と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、センサユニットを多連接続しても、従来に比べて、通信品質の低下を抑制することができる。
図１Ａは本実施形態のセンサユニットの平面図である。図１Ｂは図１Ａに示すＡ－Ａ線に沿って切断し矢印方向から見たセンサユニットの断面図である。 センサ部の回路図である。 本実施形態のセンサユニットを複数接続した状態を示す平面図である。 本実施形態の多連式センサの一例を示す概念図である。 本実施形態の多連式センサの一例を示す概念図である。 図６Ａは図１Ａに示すセンサユニットと一部異なる別の実施形態のセンサユニットを示す平面図である。図６Ｂは図１Ａに示すセンサユニットと一部異なる別の実施形態のセンサユニットを示す平面図である。図６Ｃは図１Ａに示すセンサユニットと一部異なる別の実施形態のセンサユニットを示す平面図である。 本実施形態のセンサユニットのブロック図である。 本実施形態のセンサユニットを複数接続した際の通信線側のブロック図である。 比較例の構成を示す通信線側のブロック図である。 本実施形態のセンサユニットを複数接続した際の電源配線側のブロック図である。
　以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
　図１Ａは、本実施形態のセンサユニットの平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示すＡ－Ａ線に沿って切断し矢印方向から見たセンサユニットの断面図である。
　本実施形態におけるセンサユニット１は、例えば、流量センサである。
　センサユニット１は、基板２と、基板２の表面２ａに配置されたセンサ部３と、センサ部３と電気的に接続された外部接続端子４、５と、センサ部３の検知情報を外部に報知する報知部６と、を有して構成される。
　図１Ａに示すように、センサ部３は、基板２の表面２ａの略中央に配置される。また、外部接続端子４、５は、基板２の表面２ａにて、センサ部３の両側に配置される。従って、センサ部３と、外部接続端子４、５とが、基板２上にて一列に配置されている。図１Ａ、図１Ｂに示す外部接続端子４、５は、形状や開口部４ａ、５ａの大きさが夫々異なる。図１Ａ、図１Ｂに示す外部接続端子４、５は、ＵＳＢ端子であり、例えば、外部接続端子４には、ＵＳＢ－Ａタイプが接続され、外部接続端子５には、ｍｉｃｒｏ　ＵＳＢタイプが接続される。
　図１Ａに示すように、複数の報知部６が、基板２の四隅に配置されている（ケース７は図示せず）。なお、報知部６の個数は限定されるものでなく、また、報知部６の配置箇所も限定されない。例えば、報知部６は、センサ部３の表面に重ねて設けられていてもよい。
　図１Ｂに示すように、センサ部３の表面はケース７に覆われている。ケース７は透明であっても非透明であってもよい。ケース７には貫通孔７ａが設けられている。貫通孔７ａは、センサ部３に、例えば、風を送るための穴であり、貫通孔７ａを通じて、風検知を行うことが可能である。なお、ケース７は無くてもよい。或いは、センサ部３の表面を封止樹脂で覆う等の構成であってもよい。
　次に、センサ部３の構成について説明する。図２は、センサ部３の回路図である。図２に示すように、流量検知用抵抗素子１３と、温度補償用抵抗素子１４と、抵抗器１６、１７とでブリッジ回路１８を構成している。図２に示すように、流量検知用抵抗素子１３と抵抗器１６とで第１の直列回路１９を構成し、温度補償用抵抗素子１４と抵抗器１７とで第２の直列回路２０を構成している。そして、第１の直列回路１９と第２の直列回路２０とが、並列に接続されてブリッジ回路１８を構成している。
　図２に示すように、第１の直列回路１９の出力部２１と、第２の直列回路２０の出力部２２とが、夫々、差動増幅器（アンプ）２３に接続されている。ブリッジ回路１８には、差動増幅器２３を含めたフィードバック回路２４が接続されている。フィードバック回路２４には、トランジスタ（図示せず）等が含まれる。
　抵抗器１６、１７は、流量検知用抵抗素子１３、及び温度補償用抵抗素子１４よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が小さい。流量検知用抵抗素子１３は、例えば、所定の周囲温度よりも所定値だけ高くなるように制御された加熱状態で、所定の抵抗値Ｒｓ１を有し、また、温度補償用抵抗素子１４は、例えば、前記の周囲温度にて、所定の抵抗値Ｒｓ２を有するように制御されている。なお、抵抗値Ｒｓ１は、抵抗値Ｒｓ２よりも小さい。流量検知用抵抗素子１３と第１の直列回路１９を構成する抵抗器１６は、例えば、流量検知用抵抗素子１３の抵抗値Ｒｓ１と同様の抵抗値Ｒ１を有する固定抵抗器である。また、温度補償用抵抗素子１４と第２の直列回路２０を構成する抵抗器１７は、例えば、温度補償用抵抗素子１４の抵抗値Ｒｓ２と同様の抵抗値Ｒ２を有する固定抵抗器である。
　図２に示す流量検知用抵抗素子１３は、図１Ｂに示すセンサ部３のケース７側に配置され、温度補償用抵抗素子１４は、図１Ｂに示す基板２側に配置される。
　風は、図１Ｂに示す貫通孔７ａを通って検知面に配置された流量検知用抵抗素子１３に到達する。このとき、発熱抵抗である流量検知用抵抗素子１３の温度は低下するため、流量検知用抵抗素子１３が接続された第１の直列回路１９の出力部２１の電位が変動する。これにより、差動増幅器２３により差動出力が得られる。そして、フィードバック回路２４では、差動出力に基づいて、流量検知用抵抗素子１３に駆動電圧を印加する。そして、流量検知用抵抗素子１３の加熱に要する電圧の変化に基づき、後述するマイコンにて風速を換算し出力することができる。
　なお、図２に示すセンサ部３の回路構成は、一例であり、これに限定されるものではない。
　図３に示すように、本実施形態では、複数のセンサユニット１を、通信ケーブル８を介して接続することができる。図３に示すように、通信ケーブル８の一方の端部が、例えば、ｍｉｃｒｏ　ＵＳＢプラグ９であり、他方の端部が、例えば、ＵＳＢ－Ａプラグ１０である。そして、ｍｉｃｒｏ　ＵＳＢプラグ９が、センサユニット１に設けられた小開口側の外部接続端子５に接続され、ＵＳＢ－Ａプラグ１０が、センサユニット１に設けられた大開口側の外部接続端子４に接続される。
　図４に示すように、複数のセンサユニット１が、通信ケーブル８により一列に接続され、その先端がホスト１１に接続されている。ホスト１１とは、通信を制御する装置であり、通信においてマスターとなる装置のことを意味する。ホスト１１は、ノートパソコンなどコンピュータ機器、或いは、通信の制御機能を備えた携帯端末であって、特に形式を問わない。
　本実施形態では、複数のセンサユニット１を、デイジーチェーン型に多連に接続した多連式センサ１２を構成することができる。
　また、図５に示すように、ホスト１１に設けられた複数のチャンネル１１ａに夫々、図４に示した多連式センサ１２を接続することができる。図５の接続構造とすることで、多数のセンサユニット１をマトリクス状に配置することができる。
　本実施形態では、センサユニット１の接続数を限定するものでないが、センサユニット１を数個から数百個程度、接続して多連式センサ１２を構成することができる。本実施形態では、各センサユニット１を、通信ケーブル８を介して接続するだけでよいため、多連式センサ１２のセンサ数を簡単且つ自由に増やすことができ、多連式センサ１２を用いて様々なアプリケーションに適用することができる。
　多連式センサ１２においては、例えば、風速を広範にわたって検知することができる。そして、各センサユニット１の風速の検知情報に基づいて、各センサユニット１の報知部６から外部に発信される態様を適宜変えることができる。例えば、報知部６は、ＬＥＤである。これにより、多連式センサ１２の先端から末端にかけて風速に基づいて発光色が変化するように制御することができる。よって、多連式センサ１２を、イルミネーションとして、或いは、流体の分析用等として利用者の視覚に訴えることが可能になる。
　また、本実施形態では、図１Ａに示したように、外部接続端子４、５の形状や大きさが異なるため、誤接続を防止することができる。例えば、外部接続端子５が、上位に位置するホスト１１側との通信側で、外部接続端子４が、下位に位置するセンサユニット１との通信側であると定められている場合に、逆に接続するといった誤った接続を防止することができる。
　ただし、本実施形態では、図６Ａに示すように、センサユニット１に設けられる外部接続端子３０、３１が同一コネクタであってもよい。係る場合、誤接続を防止するためには、例えば、少なくとも一方の外部接続端子３０に接続の方向を示すマーク３２を設けておけばよい。例えば、マーク３２が設けられた側がホスト１１側（上位側）であると認識でき、誤接続を防止することが可能になる。
　なお、本実施形態では、外部接続端子３０、３１の接続の方向が識別可能とされていればよく、上記した外部接続端子３０、３１の形状や大きさを異ならせたり、マーク３２を付与する以外の構成にて誤接続を防止することも可能である。
　また、図１Ａでは、センサ部３、及び外部接続端子４、５が一列に並んで配置されているが、例えば、図６Ｂに示すように、各外部接続端子４、５を、センサ部３を挟んで略９０°の方向に配置してもよい。図６Ｂに示すセンサユニット１を、多連式センサ１２の少なくとも一部に用いると、センサユニット１の並び方向を９０°曲げることができる。当然のことながら、センサ部３を介した外部接続端子４、５の間の角度に応じて、センサユニット１の並び方向の変曲角度を変えることができる。
　また、図６Ｃに示すように、各外部接続端子３３、３４が、センサ部３から見て同じ側に配置されていてもよい。図６Ｃに示すセンサユニット１を多連式センサ１２の少なくとも一部に用いることで、センサユニット１の並び方向を１８０°曲げることができる。よって、図１Ａに示す外部接続端子４、５が一列に並んだセンサユニット１と、図６Ｃに示す外部接続端子３３、３４が同じ側に配置されたセンサユニット１とを用いることで、例えば、ホスト１１のチャンネル１１ａが一つでも、センサユニット１がミアンダ状に並んだ多連式センサ１２を構成することができる。
　次に、本実施形態のセンサユニット１の制御構造について説明する。図７は、本実施形態のセンサユニット１のブロック図を示す。
　図７に示すように、センサユニット１は、センサ部３と、センサ部３と電気的に接続され、センサ部３の検知信号を処理する制御部としてのマイコン４０と、を有して構成される。
　図７に示すように、マイコン４０は、ＣＰＵ４１と、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）４２と、入出力ポート（Ｉ／Ｏ　ｐｏｒｔ）４３と、上位通信制御部４４と、下位通信制御部４５と、を有して構成される。
　このように、マイコン４０には、ＣＰＵ４１、ＡＤ変換器４２、入出力ポート４３、及び、通信制御部４４、４５等がワンチップにて構成されている。
　センサ部３からの検知信号は、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）４２にてＡＤ変換され、ＣＰＵ４１にて処理される。ＣＰＵ４１は、センサ出力に基づいて、報知部としてのＬＥＤ４７の点灯制御を行なったり、センサ出力によるデータをホスト送信用メモリに書き込む等の処理を行う。その他、ＣＰＵ４１は、ホスト１１からのコマンドに基づく処理等、各種処理を行う。
　図７に示すように、本実施形態では、通信制御部が、上位通信制御部４４と下位通信制御部４５とに分けられている。上位通信制御部４４は、上位装置であるホスト１１側のセンサユニット１、或いは、ホスト１１との間で送受制御を行なう。また、下位通信制御部４５は、下位装置であるセンサユニット１との間で送受制御を行なう。ここで、上位通信制御部４４及び下位通信制御部４５に接続される符号４６の線は、通信ケーブル８（図３参照）内の通信線４６を示す。図１Ａに示す外部接続端子４、５との関係でいえば、外部接続端子５側が上位通信制御部４４側であり、外部接続端子４側が下位通信制御部４５側に該当する。
　本実施形態のように、上位通信制御部４４と下位通信制御部４５とを分ける。これにより、図８に示すように、複数のセンサユニット１を接続して多連式センサ１２を構成したときでも、隣り合うセンサユニット１間でのみ（或いは、隣接するホスト１１とセンサユニット１でのみ）、コマンド送信やデータの送受信を行うことが可能になる。なお、図８には、制御部の一部のみ図示した。また、上位装置に位置するホスト１１側との通信か、下位装置に位置するセンサユニット１との通信かを認識することができる。このため、例えば、図８に示す真ん中のセンサユニット１から上位装置側である図示左側のセンサユニット１へコマンドを送信する際に、上位通信制御部４４を介して適切に、上位装置であるセンサユニット１側へコマンドを送信することが可能になる。
　このように、本実施形態では、隣接するセンサユニット１間、或いは、ホスト１１とセンサユニット１間での通信になるため、通信品質を高品質に保つことができる。
　また、センサユニット１が複数接続された多連式センサ１２において、例えば、ホスト－流量センサＡ－流量センサＢ－流量センサＣ－流量センサＤ－流量センサＥと接続されている場合、各センサ間や、ホスト－流量センサＡ間にて個々に通信が可能である。例えば、ホスト－流量センサＡ間で通信している場合に、流量センサＡ－流量センサＢ間や、流量センサＢ－流量センサＣ間でも個別に通信が可能である。よって、データの送受信に係る自由度を向上させることができる。
　一方、図９は比較例（従来例）である。図９に示すように、各センサユニット１に通信制御部４８を一つとして、各センサユニット１をバス接続した構成では、ホストからのコマンド送信は、意図しないセンサユニット１を含めた全てのセンサユニット１に対して送信される。すなわち、ホストからのコマンド送信が、例えば、図９に示す真ん中のセンサユニット１に対してのものであった場合でも、全てのセンサユニット１にコマンドが送信される。このため、通信が行われている間、他のコマンド通信をセンサユニット１間や、ホストとセンサユニット１間で行うことができない。また、センサユニット１の接続数が増えていくことで、末端（ホストから遠い側）のセンサユニット１に向けて、徐々にデータ信号の減衰が生じて、通信品質の悪化を招きやすい。
　また、本実施形態のセンサユニット１は、図７に示すように、センサ部３、マイコン４０、及びＬＥＤ４７（報知部）を含めた回路機能部５０の駆動電源を生成する回路電源生成部５１を有する。回路電源生成部５１は、通信ケーブル８（図３参照）内の電源配線４９に接続される。
　回路電源生成部５１には、降圧回路が組込まれており、回路機能部５０の駆動電源を生成する。例えば、ホスト側では、ＡＣ１００ＶをＤＣ２４ＶにＡＣ／ＤＣコンバータで変換してセンサユニット１に供給する。そして、センサユニット１では、降圧回路を有する回路電源生成部５１により所定の電圧まで降圧して回路を駆動させる。このとき、搭載されるＩＣに合わせて、例えば、５Ｖと３Ｖとに降圧する。
　一方、本実施形態の回路電源生成部５１を有さない構成では、ホスト側で所定の電圧まで降圧して、例えば、センサユニット１の駆動電圧である５Ｖに降圧してセンサユニット１に供給する。このような構成では、多数のセンサユニット１を多連に接続すると、ホストから離れるほど電圧降下を生じ、センサユニット１の接続数を増やし過ぎたり、通信ケーブルが長すぎると、末端側のセンサユニット１を適切に駆動させることができない場合がある。
　これに対して、図１０に示すように、各センサユニット１に回路電源生成部５１を設けることで、ホストから供給される電圧を十分高くしたうえで、各センサユニット１にて回路機能部５０の駆動電源を個別に生成することができる。本実施形態では、回路機能部５０の構成するマイコン４０やセンサ部３の電源を全て回路電源生成部５１から供給することができる。これにより、多連式センサ１２において、電圧降下を抑制でき、各センサユニット１を適切に駆動させることができる。なお、図１０では、制御部の一部のみを図示した。
　本実施形態の特徴的構成について説明する。本実施形態のセンサユニット１は、図７に示すように、センサ部３と、センサ部３と電気的に接続され、センサ部３の検知信号を処理するマイコン４０（制御部）と、を有する。そして、マイコン４０は、上位装置との間で通信を行う上位通信制御部４４と、下位装置との間で通信を行う下位通信制御部４５と、を有することを特徴とする。これにより、複数のセンサユニット１を多連接続しても、従来に比べて、通信品質の低下を抑制することができる。すなわち、本実施形態では、隣接するセンサユニット１間、或いは、ホスト１１とセンサユニット１間での通信になるため、通信品質を適切に保つことができる。
　また、本実施形態では、図７に示すように、更に、センサ部３とマイコン４０を含む回路機能部５０の駆動電源を生成する回路電源生成部５１を有することが好ましい。これにより、ホスト１１から供給される電圧を十分高くしたうえで、各センサユニット１にて回路機能部５０の駆動電源を個別に生成することができる。本実施形態では、回路機能部５０の構成するマイコン４０やセンサ部３の電源を全て回路電源生成部５１から供給することができる。これにより、多連式センサ１２において、電圧降下を抑制でき、各センサユニット１を適切に駆動させることができる。
　また、本実施形態では、更に、センサ部３の検出情報を報知する報知部６を有することが好ましい。本実施形態では、報知部６としてＬＥＤを例示したが、ＬＥＤに限定されるものでなく、他の発光装置であってもよい。或いは、発光するもの以外に、音声や振動等の動作にて物理量変化を報知する形態であってもよい。
　報知部６が発光する装置である場合、例えば、風速に応じて、光の強度や色を変えることができる。或いは、報知部６が音声装置である場合、例えば、風速に応じて、音声の大きさやトーンを変えたり、また、報知部６が振動装置である場合、例えば、風速に応じて、振動の大きさや振動のリズムを変えることができる。
　また、センサユニット１としては、上記ではセンサユニット１を例示したが、センサユニット１に限定するものでなく、外部の変化を捉えて電気信号に変換するものであれば、全て含まれる。温度変化、湿度変化、及び、圧力変化等の物理量変化を検出可能なセンサユニット１であることが好ましい。
　また、上記では、外部接続端子４、５としてＵＳＢ端子を例示したが、センサユニット１間で通信が可能な端子であればＵＳＢ端子に限定するものではない。
　本実施形態では、図３、図４及び図５に示すように、センサユニット１を複数、外部接続端子４、５間に通信ケーブル８を介して接続した多連式センサ１２を構成することができる。上記したように、本実施形態では、図９のバス接続通信でなく、通信制御部を上位と下位の二つに分けた図８に示す接続通信を用いるため、通信品質を高品質に適切に保つことができる。更に、本実施形態では、図１０に示す回路電源生成部５１を用いて駆動電源を生成することで、電圧降下を抑制でき、先端から末端まで全てのセンサユニット１を適切に駆動させることができる。
　また、本実施形態では、多連式センサ１２を用いて様々なアプリケーションに適用することができる。例えば、屋内や屋外のイルミネーションとして用いたり、風速の分析用等として用いることができる。例えば、建物や移動体に本実施形態の多連式センサ１２を装着することで、広範な流体状態を簡単に分析することが可能になる。
　また、図５のように、多連式センサ１２を複数用いて、マトリクス状となるように並べることができる。これにより、風が強く当たる場所から離れるに従って徐々に風が弱まる様子や風の吹いている方向などをマトリクスの発光変化等で視覚的に捉えることが可能になる。
　本発明では、センサユニットの通信制御部を上位と下位とに分けることで、通信品質を良好な状態に保つことができる。また、センサユニットに回路電源生成部を設けることで、多数のセンサユニットを多連に接続しても電圧降下を抑制でき、各センサユニットを適切に駆動させることができる。この結果、データ通信を、センサユニット間及び、センサユニットとホスト間や、上位及び下位への方向性を定めて適切に行うことができる。これにより、各センサユニットの検知情報をホストにて適切に処理でき、あるいは、ホストからコマンドを送信することができる。従って、多連式センサの用途に応じて、例えば、多連式センサの発光状態を変えてみたり、検知精度のレンジを変更したり、制御の自由度を上げることができる。以上により本発明の多連式センサを用いて様々なアプリケーションに適用することができる。
　本出願は、２０１７年９月１１日出願の特願２０１７－１７３７３９号に基づく。この内容は全てここに含めておく。

Claims (4)

  1. 　センサ部と、前記センサ部と電気的に接続され、前記センサ部の検知信号を処理する制御部と、を有し、
    　前記制御部は、上位装置との間で通信を行う上位通信制御部と、下位装置との間で通信を行う下位通信制御部と、を有することを特徴とするセンサユニット。
  2. 　更に、前記センサ部と前記制御部を含む回路機能部の駆動電源を生成する回路電源生成部を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。
  3. 　更に、前記センサ部の検出情報を報知する報知部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサユニット。
  4. 　センサ部と、前記センサ部と電気的に接続され、前記センサ部の検知信号を処理する制御部と、を有するセンサユニットが複数、通信ケーブルを介して接続された多連式センサであって、
    　各制御部は、上位装置との間で通信を行う上位通信制御部と、下位装置との間で通信を行う下位通信制御部と、を有することを特徴とする多連式センサ。
     
     
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