WO2021024537A1 - 通信システム、及び、情報端末機 - Google Patents

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signal
sensor
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村田　眞司
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アルプスアルパイン株式会社
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    • G06K7/10079—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves resolving collision on the communication channels between simultaneously or concurrently interrogated record carriers. the collision being resolved in the spatial domain, e.g. temporary shields for blindfolding the interrogator in specific directions
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    • G06K7/10376—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves the interrogation device being adapted for miscellaneous applications the interrogation device being adapted for being moveable
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    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks

Definitions

  • the present invention relates to a communication system and an information terminal.
  • an antenna for communicating by a backscattering principle and providing a radio frequency identification (RFID) function
  • an oscillator for providing a modulation frequency to the oscillator
  • sensing connected to the oscillator.
  • a passive element that includes a sensing element, wherein the oscillation frequency of the oscillator depends on the value of a predetermined variable sensed by the sensing element, and the oscillation frequency is an N harmonic of the modulation frequency.
  • a wireless transponder see, for example, Patent Document 1.
  • a conventional passive wireless transponder operates and controls using a radio frequency carrier signal transmitted from a reader to transfer sensor data to a reader at a plurality of selectable backscattering modulation frequencies. I'm transferring.
  • a passive wireless transponder which is a slave unit having a sensor
  • the configuration of the slave unit becomes complicated.
  • the configuration of the slave unit is simpler, especially when the number of slave units is large.
  • the communication system of the embodiment of the present invention connects a master unit capable of transmitting a signal to a slave unit, an antenna, a sensor unit, an RFID unit, and the antenna to either the sensor unit or the RFID unit.
  • a changeover signal is received from the master unit by the antenna of the slave unit
  • the changeover switch of the slave unit starts from a state in which the antenna and the sensor unit are connected to each other. , The state in which the antenna and the RFID unit are connected can be switched.
  • FIG. 1 is a diagram showing an application example of the communication system 300 of the embodiment.
  • the communication system 300 includes a control device 100 which is a master unit mounted on the drone 50 and a bolt 200 which is a slave unit.
  • the bolt 200 is an example of an information terminal, and is used as an example for fixing the lighting 20 to the inner wall 11 of the tunnel 10.
  • the bolt 200 includes a sensor for detecting a fixed state to the inner wall 11 and an RFID (Radio Frequency Identifier) chip, and outputs a signal including a sensor detection value and a response signal including an RFID chip ID.
  • the signal including the output detection value and the response signal are received by the control device 100 mounted on the drone 50.
  • the user of the communication system 300 operates the controller to operate the drone 50, brings the drone 50 closer to the lighting 20, and outputs the signal from the bolt 200.
  • the control device 100 is made to acquire the signal including the detected value and the response signal.
  • each bolt 200 By reading the signal level including the detected value, it is possible to inspect whether or not each bolt 200 is loose.
  • a large number of lights 20 are attached to the inner wall 11 of the tunnel 10, and a plurality of bolts 200 are attached to one light 20, so that a large number of bolts 200 are used for one tunnel 10. It will be.
  • the drone 50 includes a control unit that wirelessly communicates with the controller and controls the rotation speeds and the like of a plurality of motors in response to commands transmitted from the controller. As a result, the drone 50 can fly freely according to the operation of the controller. Further, the control unit of the drone 50 is connected to the control device 100 mounted on the drone 50 by a cable or the like so as to enable data communication.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the communication system 300.
  • FIG. 2 shows the control device 100 and the bolt 200.
  • the control device 100 includes a main control unit 111, a detected value acquisition unit 112, an ID acquisition unit 113, a memory 114, and an antenna 120.
  • the control device 100 is realized by a computer including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an HDD (Hard Disk Drive), an input / output interface, an internal bus, and the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • HDD Hard Disk Drive
  • the main control unit 111, the detection value acquisition unit 112, and the ID acquisition unit 113 show the functions of the program executed by the control device 100 as functional blocks. Further, the memory 114 functionally represents the memory of the control device 100.
  • the main control unit 111 is a processing unit that controls the processing of the control device 100, and executes processing other than the processing executed by the detection value acquisition unit 112 and the ID acquisition unit 113.
  • the detection value acquisition unit 112 controls transmission of a request signal, adjustment of transmission power, and the like in order to acquire the detection value detected by the bolt 200.
  • the ID acquisition unit 113 controls transmission of the switching signal, adjustment of the transmission power of the switching signal, and the like in order to acquire the ID from the bolt 200.
  • the memory 114 stores the detection value acquired by the detection value acquisition unit 112, the ID acquired by the ID acquisition unit 113, and the like.
  • the antenna 120 is used for communication with the bolt 200.
  • the bolt 200 has a circuit chip 210, a sensor 220, an RFID chip 230, and an antenna 240.
  • the circuit chip 210 includes a changeover switch 211, a BS (backscattering) circuit 212, a rectifier circuit 213, and a constant voltage circuit 214.
  • the circuit chip 210 is, for example, a chip-type circuit incorporating a changeover switch 211, a BS circuit 212, a rectifier circuit 213, and a constant voltage circuit 214, but may not be a chip-type circuit.
  • the changeover switch 211 is a 3-terminal type switch and has terminals 211A, 211B, and 211C. Further, the changeover switch 211 has an input terminal 211D into which a changeover signal transmitted from the control device 100 is input.
  • the terminals 211A, 211B, and 211C are connected to the antenna 240, the BS circuit 212, and the RFID chip 230, respectively.
  • the changeover switch 211 connects the antenna 240 to either the BS circuit 212 or the RFID chip 230 according to the changeover signal.
  • the changeover switch 211 connects the terminal 211A and the terminal 211B, that is, connects the antenna 240 and the BS circuit 212 when the changeover signal is at the L (Low) level.
  • the changeover switch 211 connects the terminal 211A and the terminal 211C in a state where the changeover signal is switched to the H (High) level, that is, connects the antenna 240 and the RFID chip 230.
  • the switching signal is held at the L level except in a specific state. Therefore, the changeover switch 211 connects the antenna 240 and the BS circuit 212 except in a specific state.
  • the fact that the changeover signal becomes H level is synonymous with the fact that the circuit chip 210 receives the changeover signal for switching the connection destination of the antenna 240 by the changeover switch 211 from the BS circuit 212 to the RFID chip 230.
  • a changeover switch 211, a rectifier circuit 213, and a sensor 220 are connected to the BS circuit 212.
  • the BS circuit 212 When the BS circuit 212 is received by the antenna 240 and the request signal is input via the changeover switch 211, the BS circuit 212 outputs the request signal to the rectifier circuit 213.
  • the sensor 220 operates and outputs a sensor signal representing the detected value to the BS circuit 212.
  • the BS circuit 212 When the sensor signal is input from the sensor 220, the BS circuit 212 outputs a signal including the detection value represented by the sensor signal to the changeover switch 211.
  • the signal including the detected value is radiated from the antenna 240 and is received by the control device 100 when the control device 100 is within a receivable range. The details of the BS circuit 212 will be described later.
  • the rectifier circuit 213 is a full-wave rectifier circuit provided between the BS circuit 212 and the constant-voltage circuit 214, and the request signal input from the BS circuit 212 is full-wave rectified and output to the constant-voltage circuit 214. Since the request signal is an AC signal having a predetermined frequency, it is full-wave rectified by the rectifier circuit 213 and output to the constant voltage circuit 214.
  • the constant voltage circuit 214 is a smoothing circuit that smoothes the power rectified by the rectifier circuit 213.
  • the DC power smoothed by the constant voltage circuit 214 is supplied to the BS circuit 212 and the sensor 220 as operating power.
  • a smoothing capacitor can be used as the constant voltage circuit 214.
  • the constant voltage circuit 214 functions as a smoothing capacitor and also functions as a power source for supplying the stored power to the sensor 220 and the BS circuit 212.
  • the power input terminal of the sensor 220 is connected to the constant voltage circuit 214, the output terminal is connected to the BS circuit 212, and the sensor 220 is activated when power is input from the constant voltage circuit 214 and outputs a detection signal representing a detected value to the BS. Output to circuit 212.
  • the sensor 220 is, for example, a pressure sensor enclosed inside the bolt 200.
  • a pressure sensor including a semiconductor pressure sensor utilizing the piezoresistive effect can be used.
  • the bolt 200 When the bolt 200 is tightened by sandwiching the member for attaching the illumination 20 to the inner wall 11 with the nut, the bolt 200 is stretched in the axial direction to increase the volume of the internal space in which the sensor 220 is enclosed, and the pressure increases. Decreases.
  • the RFID chip 230 is an IC (Integrated Circuit) chip for RFID tags, and stores a unique ID in an internal memory.
  • the RFID chip 230 is a passive type that does not have a built-in power supply.
  • the RFID chip 230 is activated by the electric power of the signal received by the antenna 240 when the changeover switch 211 is connected to the antenna 240 and the RFID chip 230, and outputs a response signal including an ID.
  • the response signal is radiated by the antenna 240 and is received by the control device 100 if the control device 100 is in a receivable position.
  • the signal that becomes the starting power of the RFID chip 230 is an H-level switching signal that switches the connection destination of the antenna 240 by the changeover switch 211 from the BS circuit 212 to the RFID chip 230.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the BS circuit 212 and the sensor 220.
  • the BS circuit 212 includes a switch 251, a filter 252, a mixer 253, a PLL (Phase Locked Loop) 254, an amplifier 255, and a control unit 256.
  • the switch 251 is a two-terminal type switch, and is switched on / off by the output of the filter 252.
  • a FET Field Effect Transistor
  • One terminal 251A of the switch 251 is connected to the terminal 211B of the changeover switch 211, and the other terminal 251B is grounded.
  • the filter 252 is an LPF (Low Pass Filter) provided between the control terminal of the switch 251 and the mixer 253.
  • a signal having a predetermined frequency is input to the filter 252 from the mixer 253.
  • the predetermined frequency is, for example, 920 MHz.
  • the filter 252 blocks frequency components higher than the frequency band including a predetermined frequency.
  • the filter 252 is provided to block the harmonics of a signal having a predetermined frequency.
  • the mixer 253 superimposes and outputs the amplified sensor signal input from the output terminal of the amplifier 255 on the carrier wave input from the output terminal of the PLL 254.
  • the PLL 254 outputs a carrier wave having a predetermined frequency for carrying the amplified sensor signal.
  • the frequency of the carrier wave is, for example, 920 MHz.
  • the amplifier 255 amplifies the sensor signal input from the sensor 220 and inputs it to the mixer 253.
  • the control unit 256 is an example of a changeover circuit for switching the changeover switch 211 (see FIG. 2).
  • the control unit 256 is, for example, a microcomputer, and the output terminal is connected to the input terminal 211D of the changeover switch 211.
  • the control unit 256 is activated when an H level changeover signal is input to the BS circuit 212 via the changeover switch 211, and switches the connection destination of the antenna 240 by the changeover switch 211 to the RFID chip 230.
  • the period during which the switching signal is at the H level is a predetermined period sufficient for the RFID chip 230 to perform an operation for outputting a response signal including an ID, and when the predetermined period elapses, the RFID chip 230 transitions to the L level.
  • the control unit 256 switches the connection destination of the antenna 240 by the changeover switch 211 from the RFID chip 230 to the BS circuit 212.
  • the sensor 220 has a resonance circuit configuration including three inverters 221 and a variable resistor 222 and a capacitor 223.
  • the three inverters 221 are connected in series.
  • the three inverters 221 are referred to as the first stage, the middle stage, and the final stage from the right side.
  • the output terminal of the first stage inverter 221 is connected to the input terminal of the middle stage inverter 221 and is also connected to its own input terminal via the capacitor 223.
  • the output terminal of the inverter 221 in the middle stage is connected to the input terminal of the inverter 221 in the final stage. Further, the output terminal of the inverter 221 in the middle stage is connected to its own input terminal via the variable resistor 222 and the capacitor 223, and is connected to the input terminal of the inverter 221 in the first stage via the variable resistor 222. ..
  • the variable resistor 222 is a semiconductor pressure sensor that utilizes the piezoresistive effect as described above, and the resistance value changes according to the change in the pressure in the internal space of the bolt 200.
  • the capacitance of the capacitor 223 is a fixed value.
  • variable resistor 222 changes according to the change in the pressure in the internal space of the bolt 200. Therefore, when the power of the request signal is supplied and started, the resistance value of the variable resistor 222 and the static value of the capacitor 223 are static. It outputs a sensor signal with a resonance frequency according to the time constant determined by the capacitance.
  • the sensor signal is amplified by the amplifier 255, superimposed on the carrier wave input from the PLL 254 by the mixer 253, the harmonic component is removed by the filter 252, and input to the control terminal of the switch 251.
  • the switch 251 is switched on / off at the frequency of the signal output from the filter 252.
  • the output of the switch 251 is a signal including a detected value, and is radiated from the antenna 240 as an output signal of the BS circuit 212 via the changeover switch 211.
  • FIG. 4 is a diagram showing waveforms of a carrier wave, a sensor signal, and a signal in which a sensor signal is superimposed on the carrier wave.
  • the carrier wave is 920 MHz
  • the time constant of the resonance circuit of the sensor 220 is set so that the frequency of the sensor signal is about 100 kHz to about 1 MHz (about 1/1000 to 1/10000 of the carrier wave). There is.
  • the superimposed signal shown in (C) is obtained.
  • the superimposed signal is a signal obtained by modulating the phase of the carrier wave with a sensor signal.
  • the superimposed signal is input from the filter 252 to the control terminal of the switch 251.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an output signal of the BS circuit 212 received by the control device 100.
  • FIG. 5 shows an example of a waveform when the control device 100 receives the output signal of the BS circuit 212 from the two volts 200.
  • the resonance frequency of the sensor signal changes depending on the pressure in the internal space of the bolt 200.
  • the output signal of the BS circuit 212 received from one volt 200 has a peak at about 100 kHz before and after the carrier wave of 920 MHz, and the output signal of the BS circuit 212 received from the other volt 200 has a peak. It has peaks at about 200 kHz before and after the 920 MHz carrier wave.
  • FIG. 6 is a diagram showing a flowchart showing a process executed by the control device 100.
  • the control device 100 starts processing (start).
  • the detection value acquisition unit 112 transmits a request signal with a predetermined transmission power (step S1).
  • the request signal is transmitted to the unspecified bolt 200.
  • the bolt 200 that has received the request signal outputs a signal including the detected value.
  • the detection value acquisition unit 112 determines whether or not a signal including the detection value has been received from the bolt 200 (step S2).
  • the detection value acquisition unit 112 determines that the signal including the detection value has been received (S2: YES)
  • the transmission power of the request signal is reduced by a predetermined power (step S3).
  • step S4 the detection value acquisition unit 112 determines in step S2 that the signal including the detection value has not been received (S2: NO)
  • the detection value acquisition unit 112 determines whether or not a signal including the detection value has been received from the bolt 200 (step S5). This is to confirm whether the transmission power determined to have been received last in step S2 can be received again.
  • the main control unit 111 advances the flow to step S6, and the drone 50 is sent to the control unit of the drone 50. Request to be closer to the bolt 200 (step S6). As a result, the control unit of the drone 50 displays a request to the controller to bring the drone 50 closer to the bolt 200 and the like.
  • step S7 determines whether or not there is one signal including the detection value. For example, when there are two signals including the detected values, as shown in FIG. 5, two peaks deviated from the peak of the carrier wave by the resonance frequency of the sensor 220 are obtained on both sides of the peak of the carrier wave. Therefore, in step S7, it may be determined whether or not there is one peak on each side of the peak of the carrier wave.
  • the transmission power of the request signal is reduced by a predetermined power (step S8). This is to bring the signal including the detected value into one.
  • step S7 when the detection value acquisition unit 112 determines that there is one signal including the detection value (S7: YES), the ID acquisition unit 113 sets the transmission power for the request signal in step S4. The switching signal is transmitted while holding the value in (step S9).
  • the ID acquisition unit 113 determines whether or not a response signal including an ID has been received from the bolt 200 (step S10).
  • the ID acquisition unit 113 determines that the response signal including the ID has been received from the bolt 200 (S10: YES), it determines whether or not there is one response signal including the ID (step S11).
  • the main control unit 111 determines that the ID included in the received response signal and one in step S7. It is stored in the memory 114 in association with the detected value included in the determined signal (step S12).
  • control device 100 ends a series of processes (end).
  • step S10 If it is determined in step S10 that the ID acquisition unit 113 has not received the response signal including the ID from the bolt 200 (S10: NO), the main control unit 111 returns the flow to step S6. This is to require the drone 50 to be closer to the bolt 200.
  • step S11 determines in step S11 that the number of response signals including the ID is not one (S11: NO)
  • the transmission power of the switching signal is reduced by a predetermined power (step S13). This is to bring the response signal including the ID from one volt 200 into a situation where it is received.
  • the circuit chip 210 operates with the power of the request signal to acquire the sensor signal representing the detection value of the sensor 220, and the BS circuit 212 obtains the detection value.
  • the included signal is output and radiated from the antenna 240.
  • the control device 100 reduces the transmission power until there is only one volt 200 that transmits a signal including a detection value with respect to the request signal. As shown in FIG. 5, the signal including the detected value appears as peaks shifted by the resonance frequency of the sensor 220 on both sides of the peak of the carrier wave. It is a peak shifted by the resonance frequency of the sensor 220 on both sides of the peak of the carrier wave.
  • the control device 100 acquires a signal including a detected value from one volt 200, and extracts the detected value of the sensor 220 from the signal including the detected value.
  • the control device 100 transmits a switching signal in a situation where the communication partner is narrowed down to one volt 200.
  • the changeover switch 211 switches to the state of connecting the antenna 240 and the RFID chip 230, and the RFID chip 230 operates with the power of the changeover signal to output a response signal including the ID and outputs the ID.
  • the including response signal is radiated from the antenna 240.
  • control device 100 When the control device 100 acquires the response signal including the ID from the bolt 200 that has received the signal including the detected value, the control device 100 associates the detected value with the ID and stores it in the memory 114. As a result, the control device 100 can acquire the ID detected in association with the detection value detected by the sensor 220 of a certain volt 200.
  • the volt 200 only operates in response to the request signal and the switching signal transmitted from the control device 100, and controls for narrowing down the volt 200 as a communication partner to one, or 1
  • the control device 100 controls to acquire the response signal including the ID from the bolt 200 narrowed down to one.
  • the volt 200 operates with the power of the request signal to radiate a signal including the detection value and operates with the power of the switching signal to radiate a response signal including the ID, it is not necessary to include a power source such as a battery. .. In this respect as well, the configuration of the bolt 200 (slave unit) can be simplified.
  • the circuit chip 210 of the volt 200 includes the BS circuit 212, it is possible to process the detected value of the sensor 220 in an analog manner and pass the detected value to the control device 100 without performing processing such as digital conversion. it can. In this respect as well, the configuration of the bolt 200 (slave unit) can be simplified.
  • the form in which the sensor 220 is provided on the bolt 200 (slave unit) and the detection value and the ID are acquired by the control device 100 (master unit) mounted on the drone 50 has been described, but the sensor 220 and the RFID chip 230
  • the slave unit provided is not limited to the bolt 200, and is not limited to the form in which the control device 100, which is the master unit, is mounted on the drone 50.
  • a sensor 220 and an RFID chip 230 can be provided in various slave units, and detection values and IDs can be acquired by various types of control devices 100.
  • circuit chip 210 and the RFID chip 230 are separate bodies in the bolt 200 .
  • the circuit chip 210 and the RFID chip 230 may be configured as one chip.
  • Drone 100 Control device 111 Main control unit 112 Detection value acquisition unit 113 ID acquisition unit 114 Memory 200 volt 210 Circuit chip 211 Changeover switch 212 BS circuit 220 Sensor 230 RFID chip 240 Antenna 300 Communication system

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Abstract

子機の構成をより簡易にした通信システム、及び、構成をより簡易にした情報端末機を提供する。　通信システムは、子機に信号を送信可能な親機と、アンテナと、センサ部と、ＲＦＩＤ部と、前記アンテナを前記センサ部及び前記ＲＦＩＤ部のいずれか一方に接続する切替スイッチとを有する子機とを含み、前記子機のアンテナによって前記親機から切替信号が受信されると、前記子機の切替スイッチは、前記アンテナと前記センサ部とを接続した状態から、前記アンテナと前記ＲＦＩＤ部とを接続した状態に切り替えられる。

Description

通信システム、及び、情報端末機
　本発明は、通信システム、及び、情報端末機に関する。
　従来より、バックスキャタリング原理により通信し、無線周波数識別(RFID)機能を提供するためのアンテナ、整流器及び変調器と、前記変調器に変調周波数を提供する発振器と、前記発振器に接続されるセンシング要素であって、前記発振器の発振周波数は前記センシング要素によりセンシングされる所定変数の値に依存する、センシング要素と、を有し、前記発振周波数は前記変調周波数のN倍高調波である、パッシブ・ワイヤレス・トランスポンダがある（例えば、特許文献１参照）。
特表２０１８－５１７９８１号公報
　ところで、従来のパッシブ・ワイヤレス・トランスポンダは、リーダから送信された無線周波数搬送波信号を利用して作動して制御を行うことにより、複数の選択可能なバックスキャタリング変調周波数でセンサ・データをリーダに転送している。
　センサを有する子機であるパッシブ・ワイヤレス・トランスポンダに、上述のような機能を実装すると、子機の構成が複雑になる。親機であるリーダと、子機であるパッシブ・ワイヤレス・トランスポンダとを含むシステムでは、特に子機の数が多い場合には、子機の構成はより簡易であることが好ましい。
　そこで、子機の構成をより簡易にした通信システム、及び、構成をより簡易にした情報端末機を提供することを目的とする。
　本発明の実施の形態の通信システムは、子機に信号を送信可能な親機と、アンテナと、センサ部と、ＲＦＩＤ部と、前記アンテナを前記センサ部及び前記ＲＦＩＤ部のいずれか一方に接続する切替スイッチとを有する子機とを含み、前記子機のアンテナによって前記親機から切替信号が受信されると、前記子機の切替スイッチは、前記アンテナと前記センサ部とを接続した状態から、前記アンテナと前記ＲＦＩＤ部とを接続した状態に切り替えられる。
　子機の構成をより簡易にした通信システム、及び、構成をより簡易にした情報端末機を提供することができる。
実施の形態の通信システム３００の適用例を示す図である。 通信システム３００の構成を示す図である。 ＢＳ回路２１２とセンサ２２０の構成を示す図である。 搬送波、センサ信号、及び、搬送波にセンサ信号が重畳された信号の波形を示す図である。 制御装置１００によって受信されるＢＳ回路２１２の出力信号の一例を示す図である。 制御装置１００が実行する処理を表すフローチャートを示す図である。
　以下、本発明の通信システム、及び、情報端末機を適用した実施の形態について説明する。
　＜実施の形態＞
　図１は、実施の形態の通信システム３００の適用例を示す図である。通信システム３００は、ドローン５０に搭載された親機である制御装置１００と、子機であるボルト２００とを含む。ボルト２００は、情報端末機の一例であり、一例として、トンネル１０の内壁１１に照明２０を固定するために用いられる。
　ボルト２００は、内壁１１への固定状態を検出するセンサと、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identifier)チップとを含み、センサの検出値を含む信号とＲＦＩＤチップのＩＤを含む応答信号とを出力する。出力された検出値を含む信号と応答信号は、ドローン５０に搭載された制御装置１００によって受信される。
　このように通信システム３００をトンネル１０に適用した場合には、通信システム３００の利用者がコントローラを操作してドローン５０を操縦し、照明２０にドローン５０を接近させて、ボルト２００から出力される検出値を含む信号と応答信号を制御装置１００に取得させる。
　検出値を含む信号のレベルを読み取ることにより、各ボルト２００に緩みが生じていないかどうかを検査することができる。トンネル１０の内壁１１には、多数の照明２０が取り付けられており、１つの照明２０に対して、複数のボルト２００が取り付けられるため、１つのトンネル１０に対して多数のボルト２００が利用されることになる。
　なお、ドローン５０は、コントローラと無線通信を行い、コントローラから送信されるコマンドに応じて複数のモータの回転速度等を制御する制御部を含む。これにより、ドローン５０は、コントローラの操作に従って自在に飛行することができる。また、ドローン５０の制御部は、ドローン５０に搭載される制御装置１００とデータ通信が可能なようにケーブル等で接続されている。
　図２は、通信システム３００の構成を示す図である。図２には、制御装置１００とボルト２００を示す。
　制御装置１００は、主制御部１１１、検出値取得部１１２、ＩＤ取得部１１３、メモリ１１４、及びアンテナ１２０を有する。制御装置１００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)、入出力インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。
　主制御部１１１、検出値取得部１１２、ＩＤ取得部１１３は、制御装置１００が実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。また、メモリ１１４は、制御装置１００のメモリを機能的に表したものである。
　主制御部１１１は、制御装置１００の処理を統括する処理部であり、検出値取得部１１２、ＩＤ取得部１１３が実行する処理以外の処理を実行する。
　検出値取得部１１２は、ボルト２００によって検出される検出値を取得するために、リクエスト信号の送信、送信電力の調整等の制御を行う。
　ＩＤ取得部１１３は、ボルト２００からＩＤを取得するために、切替信号の送信、切替信号の送信電力の調整等の制御を行う。
　メモリ１１４は、検出値取得部１１２によって取得される検出値、ＩＤ取得部１１３によって取得されるＩＤ等を格納する。
　アンテナ１２０は、ボルト２００との通信に用いられる。
　ボルト２００は、回路チップ２１０、センサ２２０、ＲＦＩＤチップ２３０、及びアンテナ２４０を有する。
　回路チップ２１０は、切替スイッチ２１１、ＢＳ（バックスキャッタリング）回路２１２、整流回路２１３、定電圧回路２１４を有する。回路チップ２１０は、一例として切替スイッチ２１１、ＢＳ回路２１２、整流回路２１３、定電圧回路２１４を内蔵するチップ型の回路であるが、チップ型ではなくてもよい。
　切替スイッチ２１１は、３端子型のスイッチであり、端子２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃを有する。また、切替スイッチ２１１は、制御装置１００から送信される切替信号が入力される入力端子２１１Ｄを有する。端子２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃは、それぞれ、アンテナ２４０、ＢＳ回路２１２、ＲＦＩＤチップ２３０に接続される。
　切替スイッチ２１１は、切替信号に従って、アンテナ２４０をＢＳ回路２１２及びＲＦＩＤチップ２３０のいずれか一方に接続する。切替スイッチ２１１は、切替信号がＬ(Low)レベルの状態では、端子２１１Ａと端子２１１Ｂとを接続する、すなわち、アンテナ２４０とＢＳ回路２１２を接続する。
　切替スイッチ２１１は、切替信号がＨ(High)レベルに切り替えられた状態では、端子２１１Ａと端子２１１Ｃとを接続する、すなわち、アンテナ２４０とＲＦＩＤチップ２３０を接続する。
　切替信号は、ある特定の状態以外ではＬレベルに保持される。このため、切替スイッチ２１１は、ある特定の状態以外では、アンテナ２４０とＢＳ回路２１２を接続する。切替信号がＨレベルになることは、切替スイッチ２１１によるアンテナ２４０の接続先をＢＳ回路２１２からＲＦＩＤチップ２３０に切り替える切替信号を回路チップ２１０が受信したことと同義である。
　ＢＳ回路２１２には、切替スイッチ２１１、整流回路２１３、センサ２２０が接続されている。ＢＳ回路２１２は、アンテナ２４０で受信され、切替スイッチ２１１を介してリクエスト信号が入力されると、リクエスト信号を整流回路２１３に出力する。この結果、センサ２２０が動作して検出値を表すセンサ信号をＢＳ回路２１２に出力する。
　ＢＳ回路２１２は、センサ２２０からセンサ信号が入力されると、センサ信号が表す検出値を含む信号を切替スイッチ２１１に出力する。検出値を含む信号は、アンテナ２４０から放射され、制御装置１００が受信可能な範囲にある場合には、制御装置１００によって受信される。なお、ＢＳ回路２１２の詳細については後述する。
　整流回路２１３は、ＢＳ回路２１２と定電圧回路２１４との間に設けられた全波整流回路であり、ＢＳ回路２１２から入力されるリクエスト信号を全波整流して定電圧回路２１４に出力する。リクエスト信号は、所定の周波数の交流信号であるため、整流回路２１３で全波整流されて定電圧回路２１４に出力される。
　定電圧回路２１４は、整流回路２１３で全波整流された電力を平滑化する平滑化回路である。定電圧回路２１４によって平滑化された直流電力は、ＢＳ回路２１２及びセンサ２２０に動作用の電力として供給される。定電圧回路２１４としては、例えば、平滑化コンデンサを用いることができる。定電圧回路２１４は、平滑化コンデンサとして機能するとともに、蓄積した電力をセンサ２２０及びＢＳ回路２１２に供給する電力源としても機能する。
　センサ２２０は、電力入力端子が定電圧回路２１４に接続され、出力端子がＢＳ回路２１２に接続されており、定電圧回路２１４から電力が入力されると起動し、検出値を表す検出信号をＢＳ回路２１２に出力する。センサ２２０は、例えば、ボルト２００の内部に封入された圧力センサである。圧力センサとしては、例えば、ピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサを含む圧力センサを用いることができる。
　ボルト２００が照明２０を内壁１１に取り付けるための部材をナットとの間に挟んで締め付けられると、ボルト２００が軸方向に引き延ばされてセンサ２２０が封入される内部空間の体積が増え、圧力が低下する。
　また、ボルト２００及びナットが照明２０を内壁１１に固定するための部材を挟んで締結している状態で、ボルト２００とナットが相対的に緩むと、ボルト２００を軸方向に引っ張る力が低下し、引き延ばされる量が低減する。この結果、センサ２２０が封入される内部空間の体積が減り、内部の圧力が上昇する。このような圧力の低下を検出すれば、経時に伴うボルト２００とナットの緩みを検出できる。
　ＲＦＩＤチップ２３０は、ＲＦＩＤタグ用のＩＣ(Integrated Circuit)チップであり、内部メモリに固有のＩＤを格納している。ＲＦＩＤチップ２３０は、電源を内蔵しないパッシブ型である。
　ＲＦＩＤチップ２３０は、切替スイッチ２１１がアンテナ２４０とＲＦＩＤチップ２３０とを接続しているときに、アンテナ２４０によって受信される信号の電力によって起動し、ＩＤを含む応答信号を出力する。応答信号は、アンテナ２４０によって放射され、受信可能な位置に制御装置１００がある場合には、制御装置１００によって受信される。
　ＲＦＩＤチップ２３０の起動電力になる信号は、切替スイッチ２１１によるアンテナ２４０の接続先をＢＳ回路２１２からＲＦＩＤチップ２３０に切り替えるＨレベルの切替信号である。
　図３は、ＢＳ回路２１２とセンサ２２０の構成を示す図である。
　ＢＳ回路２１２は、スイッチ２５１、フィルタ２５２、ミキサ２５３、ＰＬＬ(Phase Locked Loop)２５４、アンプ２５５、及び制御部２５６を有する。
　スイッチ２５１は、２端子型のスイッチであり、フィルタ２５２の出力によってオン／オフの切り替えが行われる。スイッチ２５１としては、例えば、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)を用いることができる。スイッチ２５１の一方の端子２５１Ａは、切替スイッチ２１１の端子２１１Ｂに接続され、他方の端子２５１Ｂは接地される。
　フィルタ２５２は、スイッチ２５１の制御端子とミキサ２５３との間に設けられているＬＰＦ(Low Pass Filter)である。フィルタ２５２には、ミキサ２５３から所定の周波数の信号が入力される。所定の周波数は、例えば、９２０ＭＨｚである。フィルタ２５２は、所定の周波数を含む周波数帯よりも高い周波数成分を遮断する。フィルタ２５２は、所定の周波数の信号の高調波を遮断するために設けられている。
　ミキサ２５３は、ＰＬＬ２５４の出力端子から入力される搬送波に、アンプ２５５の出力端子から入力される増幅されたセンサ信号を重畳して出力する。
　ＰＬＬ２５４は、増幅されたセンサ信号を搬送するための所定の周波数の搬送波を出力する。搬送波の周波数は、例えば、９２０ＭＨｚである。
　アンプ２５５は、センサ２２０から入力されるセンサ信号を増幅してミキサ２５３に入力する。
　制御部２５６は、切替スイッチ２１１（図２参照）を切り替える切替回路の一例である。制御部２５６は、例えば、マイクロコンピュータであり、出力端子は切替スイッチ２１１の入力端子２１１Ｄに接続されている。
　制御部２５６は、切替スイッチ２１１を介してＢＳ回路２１２にＨレベルの切替信号が入力されると起動し、切替スイッチ２１１によるアンテナ２４０の接続先をＲＦＩＤチップ２３０に切り替える。切替信号がＨレベルである期間は、ＲＦＩＤチップ２３０がＩＤを含む応答信号を出力するための動作を行うのに十分な所定の期間であり、所定の期間が経過するとＬレベルに遷移する。切替信号がＬレベルに戻ると、制御部２５６は、切替スイッチ２１１によるアンテナ２４０の接続先をＲＦＩＤチップ２３０からＢＳ回路２１２に切り替える。
　センサ２２０は、一例として、３つのインバータ２２１と、可変抵抗器２２２と、キャパシタ２２３とを有する共振回路の構成を有する。３つのインバータ２２１は、直列に接続されている。ここでは、３つのインバータ２２１を右側から初段、中段、最終段と称す。初段のインバータ２２１の出力端子は、中段のインバータ２２１の入力端子に接続されるとともに、キャパシタ２２３を介して自己の入力端子に接続されている。
　また、中段のインバータ２２１の出力端子は、最終段のインバータ２２１の入力端子に接続されている。また、中段のインバータ２２１の出力端子は、可変抵抗器２２２及びキャパシタ２２３を介して自己の入力端子に接続されるとともに、可変抵抗器２２２を介して初段のインバータ２２１の入力端子に接続されている。
　可変抵抗器２２２は、上述したようにピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサであり、ボルト２００の内部空間の圧力の変化によって抵抗値が変化する。なお、キャパシタ２２３の静電容量は固定値である。
　このようなセンサ２２０は、ボルト２００の内部空間の圧力の変化によって可変抵抗器２２２が変化するため、リクエスト信号の電力が供給されて起動すると、可変抵抗器２２２の抵抗値と、キャパシタ２２３の静電容量とによって決まる時定数に応じた共振周波数のセンサ信号を出力する。
　センサ信号は、アンプ２５５で増幅され、ミキサ２５３においてＰＬＬ２５４から入力される搬送波に重畳され、フィルタ２５２で高調波成分が除去されてスイッチ２５１の制御端子に入力される。この結果、スイッチ２５１は、フィルタ２５２から出力される信号の周波数でオン／オフが切り替えられる。スイッチ２５１の出力は、検出値を含む信号であり、ＢＳ回路２１２の出力信号として切替スイッチ２１１を経てアンテナ２４０から放射される。
　図４は、搬送波、センサ信号、及び、搬送波にセンサ信号が重畳された信号の波形を示す図である。一例として搬送波が９２０ＭＨｚの場合に、センサ信号の周波数は、約１００ｋＨｚから１ＭＨｚ程度（搬送波の約１／１０００から１／１００００程度）になるように、センサ２２０の共振回路の時定数が設定されている。
　一例として、（Ａ）に示す９２０ＭＨｚの搬送波に、（Ｂ）に示す１００ｋＨｚのセンサ信号を重畳すると、（Ｃ）に示す重畳された信号が得られる。重畳された信号は、搬送波の位相をセンサ信号で変調した信号である。重畳された信号は、フィルタ２５２からスイッチ２５１の制御端子に入力される。
　図５は、制御装置１００によって受信されるＢＳ回路２１２の出力信号の一例を示す図である。図５には、制御装置１００が２つのボルト２００からＢＳ回路２１２の出力信号を受信した場合の波形の一例を示す。
　センサ２２０の可変抵抗器２２２の抵抗値は、ボルト２００の内部空間の圧力によって変化するため、センサ信号の共振周波数は、ボルト２００の内部空間の圧力によって変化する。
　図５には、１つのボルト２００から受信したＢＳ回路２１２の出力信号が、９２０ＭＨｚの搬送波の前後の約１００ｋＨｚにピークを有し、もう１つのボルト２００から受信したＢＳ回路２１２の出力信号が、９２０ＭＨｚの搬送波の前後の約２００ｋＨｚにピークを有するようになっている。
　図６は、制御装置１００が実行する処理を表すフローチャートを示す図である。
　利用者がコントローラでドローン５０を操縦し、ドローン５０がトンネル１０の内壁１１にある程度近くなった時点で、制御装置１００は処理を開始する（スタート）。
　検出値取得部１１２は、所定の送信電力でリクエスト信号を送信する（ステップＳ１）。リクエスト信号は、不特定のボルト２００に対して送信される。この結果、リクエスト信号を受信したボルト２００は、検出値を含む信号を出力する。
　検出値取得部１１２は、ボルト２００から検出値を含む信号を受信したかどうかを判定する（ステップＳ２）。
　検出値取得部１１２は、検出値を含む信号を受信した（Ｓ２：ＹＥＳ）と判定すると、リクエスト信号の送信電力を所定電力だけ低下させる（ステップＳ３）。
　一方、検出値取得部１１２は、ステップＳ２において、検出値を含む信号を受信していない（Ｓ２：ＮＯ）と判定すると、リクエスト信号の送信電力を直前のステップＳ３の処理で低下させる前の所定電力まで増大させる（ステップＳ４）。
　検出値取得部１１２は、ボルト２００から検出値を含む信号を受信したかどうかを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ２で最後に受信したと判定した送信電力において、再度受信できるか確認するためである。
　検出値取得部１１２によって検出値を含む信号を受信していない（Ｓ５：ＮＯ）と判定されると、主制御部１１１は、フローをステップＳ６に進行させ、ドローン５０の制御部にドローン５０をさらにボルト２００に近づけるようにリクエストする（ステップＳ６）。この結果、ドローン５０の制御部がコントローラに、ドローン５０をさらにボルト２００に近づけるように要求する表示等を行う。
　検出値取得部１１２は、ステップＳ５において、検出値を含む信号を受信した（Ｓ５：ＹＥＳ）と判定すると、検出値を含む信号が１つであるかどうかを判定する（ステップＳ７）。例えば、検出値を含む信号が２つある場合は、図５に示すように、搬送波のピークの両側に、搬送波のピークからセンサ２２０の共振周波数だけずれたピークが２つずつ得られる。このため、ステップＳ７では、搬送波のピークの両側にピークが１つずつあるかどうかを判定すればよい。
　検出値取得部１１２は、検出値を含む信号が１つではない（Ｓ７：ＮＯ）と判定すると、リクエスト信号の送信電力を所定電力だけ低下させる（ステップＳ８）。検出値を含む信号が１つになる状況に持ち込むためである。
　ステップＳ７において、検出値取得部１１２によって検出値を含む信号が１つである（Ｓ７：ＹＥＳ）と判定されると、ＩＤ取得部１１３は、送信電力をステップＳ４でリクエスト信号について設定した送信電力に保持した状態で、切替信号を送信する（ステップＳ９）。
　ＩＤ取得部１１３は、ボルト２００からＩＤを含む応答信号を受信したかどうかを判定する（ステップＳ１０）。
　ＩＤ取得部１１３は、ボルト２００からＩＤを含む応答信号を受信した（Ｓ１０：ＹＥＳ）と判定すると、ＩＤを含む応答信号が１つであるかどうかを判定する（ステップＳ１１）。
　ＩＤ取得部１１３によってＩＤを含む応答信号が１つである（Ｓ１１：ＹＥＳ）と判定されると、主制御部１１１は、受信した応答信号に含まれるＩＤと、ステップＳ７で１つであると判定された信号に含まれる検出値とを関連付けてメモリ１１４に格納する（ステップＳ１２）。
　以上で、制御装置１００は、一連の処理を終了する（エンド）。
　なお、ステップＳ１０においてＩＤ取得部１１３によってボルト２００からＩＤを含む応答信号を受信していない（Ｓ１０：ＮＯ）と判定されると、主制御部１１１は、フローをステップＳ６にリターンする。ドローン５０をさらにボルト２００に近づけるように要求するためである。
　また、ＩＤ取得部１１３は、ステップＳ１１において、ＩＤを含む応答信号が１つではない（Ｓ１１：ＮＯ）と判定すると、切替信号の送信電力を所定電力だけ低下させる（ステップＳ１３）。１つのボルト２００からＩＤを含む応答信号を受信する状況に持ち込むためである。
　以上のように、ボルト２００が制御装置１００からリクエスト信号を受信すると、リクエスト信号の電力で回路チップ２１０が動作してセンサ２２０の検出値を表すセンサ信号を取得し、ＢＳ回路２１２が検出値を含む信号を出力し、アンテナ２４０から放射する。
　制御装置１００は、リクエスト信号に対して検出値を含む信号を送信するボルト２００が１つになるまで送信電力を低下させる。検出値を含む信号は、図５に示すように搬送波のピークの両側にセンサ２２０の共振周波数だけずれたピークとして現れる。搬送波のピークの両側にセンサ２２０の共振周波数だけずれたピークである。制御装置１００は、１つのボルト２００から検出値を含む信号を取得し、検出値を含む信号からセンサ２２０の検出値を抽出する。
　そして、制御装置１００は、通信相手を１つのボルト２００に絞った状況で切替信号を送信する。ボルト２００が切替信号を受信すると、切替スイッチ２１１がアンテナ２４０とＲＦＩＤチップ２３０とを接続する状態に切り替わり、ＲＦＩＤチップ２３０が切替信号の電力で動作してＩＤを含む応答信号を出力し、ＩＤを含む応答信号はアンテナ２４０から放射される。
　制御装置１００は、検出値を含む信号を受信したボルト２００からＩＤを含む応答信号を取得すると、検出値とＩＤを関連付けてメモリ１１４に格納する。これにより、制御装置１００は、ある１つのボルト２００のセンサ２２０で検出された検出値とＩＤを関連付けて取得することができる。
　このような一連の処理において、ボルト２００は、制御装置１００から送信されるリクエスト信号と切替信号に応じて動作するだけであり、通信相手になるボルト２００を１つに絞るための制御や、１つに絞ったボルト２００からＩＤを含む応答信号を取得するための制御は制御装置１００が行う。
　したがって、ボルト２００（子機）の構成をより簡易にした通信システム３００、及び、構成をより簡易にしたボルト２００を提供することができる。
　また、ボルト２００は、リクエスト信号の電力で動作して検出値を含む信号を放射し、切替信号の電力で動作してＩＤを含む応答信号を放射するため、バッテリ等の電源を含む必要がない。この点においてもボルト２００（子機）の構成を簡易にすることができる。
　また、ボルト２００の回路チップ２１０がＢＳ回路２１２を含むので、センサ２２０の検出値に対してデジタル変換等の処理を行うことなく、アナログ的に処理して検出値を制御装置１００に渡すことができる。この点においてもボルト２００（子機）の構成を簡易にすることができる。
　なお、以上では、センサ２２０をボルト２００（子機）に設け、ドローン５０に搭載した制御装置１００（親機）で検出値とＩＤを取得する形態について説明したが、センサ２２０とＲＦＩＤチップ２３０が設けられる子機はボルト２００に限られず、親機である制御装置１００がドローン５０に搭載される形態に限られるものではない。種々の子機にセンサ２２０とＲＦＩＤチップ２３０を設けることができ、様々な形態の制御装置１００で検出値とＩＤを取得するようにすることができる。
　また、以上では、ボルト２００において、回路チップ２１０とＲＦＩＤチップ２３０とが別体である形態について説明した。このように回路チップ２１０とＲＦＩＤチップ２３０とを別体にすることにより、調達コストを削減できる場合がある。なお、回路チップ２１０とＲＦＩＤチップ２３０は１つのチップとして構成されてもよい。
　以上、本発明の例示的な実施の形態の通信システム、及び、情報端末機について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
　なお、本国際出願は、２０１９年８月２日に出願した日本国特許出願２０１９－１４３０４８に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
　５０　ドローン
　１００　制御装置
　１１１　主制御部
　１１２　検出値取得部
　１１３　ＩＤ取得部
　１１４　メモリ
　２００　ボルト
　２１０　回路チップ
　２１１　切替スイッチ
　２１２　ＢＳ回路
　２２０　センサ
　２３０　ＲＦＩＤチップ
　２４０　アンテナ
　３００　通信システム

Claims (7)

  1. 　子機に信号を送信可能な親機と、
    　アンテナと、センサ部と、ＲＦＩＤ部と、前記アンテナを前記センサ部及び前記ＲＦＩＤ部のいずれか一方に接続する切替スイッチと、前記親機から送信される切替信号に基づいて前記切替スイッチを切り替える切替回路とを有する子機と
    　を含み、
    　前記子機のアンテナによって前記親機から切替信号が受信されると、前記切替回路は、前記切替信号に従って、前記子機の切替スイッチを、前記アンテナと前記センサ部とを接続した状態から、前記アンテナと前記ＲＦＩＤ部とを接続した状態に切り替える、通信システム。
  2. 　前記子機は、前記切替スイッチと前記センサ部との間に設けられるバックスキャッタリング回路をさらに含み、
    　前記切替スイッチは、前記アンテナを前記バックスキャッタリング回路を介して前記センサ部に接続する状態と、前記アンテナを前記ＲＦＩＤ部に接続する状態とを切り替える切替スイッチである、請求項１記載の通信システム。
  3. 　前記子機の切替スイッチが前記アンテナを前記バックスキャッタリング回路を介して前記センサ部に接続した状態において、前記子機のアンテナによって前記親機からリクエスト信号が受信されると、前記センサ部が出力する検出値を含む信号は、前記バックスキャッタリング回路を介して前記アンテナから前記親機に送信される、請求項２記載の通信システム。
  4. 　前記親機は、複数の前記子機から前記検出値を含む信号を受信する場合には、１台の前記子機から前記検出値を含む信号を受信する状態になるまで、前記リクエスト信号の送信出力を低下させる、請求項３記載の通信システム。
  5. 　前記センサ部及び前記バックスキャッタリング回路は、前記アンテナによって受信されるリクエスト信号の電力を用いて動作する、請求項３又は４記載の通信システム。
  6. 　前記切替スイッチが前記アンテナと前記ＲＦＩＤ部とを接続した状態に切り替えられると、前記ＲＦＩＤ部は、前記アンテナを介して識別情報を含む信号を出力する、請求項１乃至５のいずれか一項記載の通信システム。
  7. 　アンテナが接続されるアンテナ端子と、センサ部が接続されるセンサ端子と、所定の情報を出力する情報出力部が接続される情報端子とを有し、前記アンテナ端子を前記センサ端子及び前記情報端子のいずれか一方に接続する切替スイッチと、
    　親機から送信される切替信号に基づいて前記切替スイッチを切り替える切替回路と
    　を含み、
    　前記アンテナ端子に前記親機から切替信号が受信されると、前記切替回路は、前記切替信号に従って、前記切替スイッチを、前記アンテナ端子と前記センサ端子とを接続した状態から、前記アンテナ端子と前記情報端子とを接続した状態に切り替える、情報端末機。
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