(57)【要約】      （修正有）【課題】消費電力を最小限に抑えるとともに必要な情報を収集することができるセンサデバイスを提供する。【解決手段】センサデバイス２は、電源供給部２１と、周囲の環境をセンシングするセンサ部２３と、センサ部２３がセンシングした環境データを無線通信によって外部機器に送信する通信部２２と、電源供給部２１のセンサ部２３及び通信部２２への電力の供給と遮断とを切り替えるスイッチ手段２４と、を有している。スイッチング手段２４によって電源供給部２１から電力が供給されたとき、センサ部２３がセンシングを行うとともに通信部２２がセンシングによって得られた環境データを外部機器に送信する。通信部２２が環境データを外部機器に送信した後、スイッチング手段２４はセンサ部２３及び通信部２２への電力を遮断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給する電源供給部と、
前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、周囲の環境をセンシングするセンサ部と、
前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、前記センサ部がセンシングした環境データを無線通信によって外部機器に送信する通信部と、
前記電源供給部の前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と遮断とを切り替えるスイッチング手段と、を有し、
前記スイッチング手段は、所定のタイミングで、前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と、前記電力の遮断と、を繰り返し、
前記スイッチング手段によって前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部に前記電力が供給されたとき、前記センサ部がセンシングを行うとともに前記通信部がセンシングによって得られた前記環境データを前記無線通信によって前記外部機器に送信し、
前記通信部が前記環境データを前記外部機器に送信した後、前記スイッチング手段は前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部への前記電力を遮断することを特徴とするセンサデバイス。
【請求項２】
前記電源供給部は、
外部エネルギーから発電する発電部と、
前記発電部によって発電された前記電力を整流する整流器と、
前記整流器によって整流された前記電力を蓄える蓄電部と、を有し、
前記発電部は、太陽光発電又は電磁波発電の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項３】
前記通信部は、前記センサ部の前記環境データを保持する記憶部を有し、
前記記憶部は前記環境データを過去１回分記憶し、前記センサ部によって新たな環境データがセンシングされると記憶している前記環境データを上書きすることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサデバイス。
【請求項４】
家畜に装着された請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセンサデバイスと、
前記通信部からの前記環境データを受信し記憶する前記外部機器と、
前記センサデバイスからの前記環境データを受信する受信機と、を有し、
前記受信機は、受信エリア内における前記センサデバイスからの信号強度を認識し、
前記外部機器は、前記センサデバイスからの電波を受信した前記受信機を識別するための識別子と、前記センサデバイスから受信した前記信号強度と、を関連付けて記憶することを特徴とする家畜管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサデバイス及びセンサデバイスを用いた家畜管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
豚舎や牛舎などの飼育場で飼われている家畜は非常に頭数が多く、すべてを人の手作業で管理することは困難であるため、従来技術１に記載されているような家畜管理システムが提案されている。家畜管理システムでは、電力を生成する発電部と、発電部の発電情報を送信する送信部と、を有するセンサ装置を家畜に取り付けて家畜の状態を推定している。発電部が太陽光発電である場合には、発電部の発電情報に基づいて、家畜の畜舎と放牧地と間の移動タイミングを判断する。また、発電部が振動発電である場合には、発電部の発電情報に基づいて、活動量から発情を推定している。
【０００３】
このような家畜に装着するためのセンサ装置は、家畜の状態を定期的に計測して外部機器にデータを送信する必要があるため、ある程度の電力消費を伴う。しかし、多くの家畜を管理する必要があるため、センサ装置のバッテリー交換等の作業は避ける必要があり、長期間にわたって動作するデバイスが求められていた。さらに、家畜がセンサ装置によってストレスを感じないようにするために、できるだけ小型であって軽量なものが望ましい。
【０００４】
また、これらの家畜管理システムには、太陽光や電磁波等の発電によって機器を動作させることが望ましい。特許文献２には、アンテナが電磁波を吸収することによって生じた誘導起電力を整流して蓄電部に蓄電し、蓄電された電力によってセンサを稼働させるセンサ装置が記載されている。これにより、非接触で充電機能及び信号送信機能を備えたセンサ装置を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１８１６０４号
【特許文献２】特開２００８−６５６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の家畜管理システムでは、センサ装置から得られる情報は発電状態のみであり、それ以外の家畜に関する情報を得ることができなかった。また、発電部の発電量から得られるデータを分析することにより得られる情報は限定的であり、家畜の体温、餌の食べる量、移動量等の幅広いデータを収集することが求められていた。
【０００７】
特許文献２に記載のセンサ装置は、受信感度を向上させ効率的に発電させるためにアンテナの巻き数を増やして巻き径を大きくさせる必要があることから、センサ装置が大型化してしまい家畜に装着するセンサ装置に適用することは難しかった。また、複数の基体をアンテナ間の電磁結合によって結んでいるため、複数のアンテナが必要となり電力消費量が増えるとともに製造コストが増加していた。
【０００８】
そこで、本発明は、消費電力を最小限に抑えるとともに必要な情報を収集することができるセンサデバイス及びセンサシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために第１の発明は、電力を供給する電源供給部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、周囲の環境をセンシングするセンサ部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、前記センサ部がセンシングした環境データを無線通信によって外部機器に送信する通信部と、前記電源供給部の前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と遮断とを切り替えるスイッチング手段と、を有し、前記スイッチング手段は、所定のタイミングで、前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と、前記電力の遮断と、を繰り返し、前記スイッチング手段によって前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部に前記電力が供給されたとき、前記センサ部がセンシングを行うとともに前記通信部がセンシングによって得られた前記環境データを前記無線通信によって前記外部機器に送信し、前記通信部が前記環境データを前記外部機器に送信した後、前記スイッチング手段は前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部への前記電力を遮断することを特徴とするセンサデバイスを提供している。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明に記載されたセンサデバイスであって、前記電源供給部は、外部エネルギーから発電する発電部と、前記発電部によって発電された電力を整流する整流器と、前記整流器によって整流された電力を蓄える蓄電部と、を有し、前記発電部は、太陽光発電又は電磁波発電の少なくとも１つであることを特徴としている。
【００１１】
第３の発明では、第１の発明又は第２の発明に記載されたセンサデバイスであって、前記通信部は、前記センサ部の前記環境データを記憶する記憶部を有し、前記記憶部は前記環境データを過去１回分記憶し、前記センサ部によって新たな環境データがセンシングされると記憶している前記環境データを上書きすることを特徴としている。
【００１２】
第４の発明では、家畜に装着された第１の発明から第３の発明のいずれかに記載のセンサデバイスと、前記通信部からの前記環境データを受信し記憶する前記外部機器と、前記センサデバイスからの前記環境データを受信する受信機と、を有し、前記受信機は、受信エリア内における前記センサデバイスからの信号強度を認識し、前記外部機器は、前記センサデバイスからの電波を受信した前記受信機を識別するための識別子と、前記センサデバイスから受信した前記信号強度と、を関連付けて記憶することを特徴とする家畜管理システムを提供している。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によると、スイッチング手段はセンサ部によるセンシング及び通信部による環境データの送信時にのみセンサ部及び通信部に電力を供給するため、非通信時及び非センシング時における通信部及びセンサ部の待機電力を削減することができる。また、センサ部のセンシングによって得られた環境データを通信部で外部機器に送信しているため、センサ部のセンシングと通信部の通信とが１対１の関係性にある。これにより、必要最低限の電力量でセンシングした環境データを外部機器に送信することができる。
【００１４】
第２の発明によると、電源供給部は太陽光発電又は／及び電磁波発電によって発電された電力を利用するため、バッテリーや電池等を搭載する必要がない。これにより電源を管理するための回路が不要となり、センサデバイスの電力消費量を低減することができる。また、太陽光発電又は／及び電磁波発電によって電力を発電するため、自然エネルギーを用いたマイクロエナジーハーベストを実現することができる。さらに、バッテリーや電池と比べて低コストでセンサデバイスを製造することができる。
【００１５】
第３の発明によると、記憶部は過去１回分の環境データを記憶し新たな環境データが計測されると過去の環境データを上書きするため、計測した過去の環境データを記憶していない。過去の環境データを記憶する場合には、記憶部を動作させるために常時通信部への電力供給が必要となるが、本件発明では、非通信時は通信部への電力供給が不要となるため消費電力を低く抑えることができる。
【００１６】
第４の発明によると、家畜に搭載したセンサデバイスの信号強度と受信機の識別子とを関連付けて外部機器に記憶するため、信号強度からセンサデバイスと受信機との距離を推測することにより、ＧＰＳを用いることなく最低限の電力消費で家畜の位置情報を検知することができる。また、複数の受信機の受信エリアを重複させることにより、複数の受信機からの信号強度を分析して、より正確に位置情報を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムの概略図
【図２】本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムのセンサデバイスのブロック図。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるセンサデバイスの動作フローチャート。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるセンサデバイスのタイムチャート。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるセンサデバイスの温度の検出結果を示すグラフ。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるセンサデバイスの圧力の検出結果を示すグラフ。
【図７】本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムの位置情報検出方法を説明する概略図。
【図８】本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムの位置情報の検出結果を示すグラフ。
【図９】本発明の第２の実施の形態によるセンサシステムのセンサデバイスのフローチャート。
【図１０】本発明の第２の実施の形態によるセンサシステムのセンサデバイスのタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１の実施の形態によるセンサシステム１を図１乃至図８に基づき説明する。センサシステム１は、複数の牛１０に取り付けて周囲の環境データを定期的に計測することにより牛１０を管理している。管理する家畜は牛１０に限定されず、例えば、豚、馬、羊、鶏、愛玩動物などにも適用することができる。また、家畜に限らず、魚類、鳥類、昆虫などの動物にも本システムを適用することができる。なお、センサシステム１の利用分野は、家畜の管理や監視に限定されるものではなく、各種ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）デバイスとして使用することができる。
【００１９】
センサシステム１は、センサデバイス２と、受信機３と、ＰＣ端末４と、携帯端末５と、から構成されている。センサデバイス２は、牛１０の耳に取り付ける耳標と一体的に構成されている。これにより、牛１０が柵等に体を擦りつけたり牛１０が互いにぶつかる等の場合であっても、センサデバイス２が牛１０から外れ難い。なお、センサデバイス２を取り付ける場所は牛１０のストレスとならない場所が望ましく、例えば、耳標以外にも尻尾の周辺や背中、足などに装着してもよい。
【００２０】
図２に示すように、センサデバイス２は、電源供給部２１と、通信部２２と、センサ部２３と、スイッチング手段２４と、を有している。図２において、太い実線は電力の供給を示し、細い矢印の実線はデジタル又はアナログによる通信を示す。電源供給部２１は、発電部２５と、蓄電部２６と、整流器２７と、電源制御部２８と、を有している。発電部２５は、周囲の環境から電力を生成するマイクロエナジーハーベストであって、例えば、熱、光、振動、電磁波等の電波、又は植物等の有機物に基づいて発電を行う。本実施の形態では発電部２５は太陽光発電により電力を生成するが、電磁波による発電であってもよく、太陽光発電と電磁波発電とを組み合わせたハイブリッド式であってもよい。これにより、太陽光が長期間出ていない状態や牛舎に牛１０が長時間居る場合であっても、センサデバイス２を安定的に動作させることができる。
【００２１】
蓄電部２６は、発電部２５によって発電された電力を蓄えるために設けられている。発電部２５によって生成された電力は、蓄電部２６に蓄電され通信部２２又はセンサ部２３を動作させるために用いられる。本実施の形態では、蓄電部２６として小型のスーパーキャパシタを用いているが、これに限定されずリチウムイオンキャパシタ、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ、リチウムイオン電池等であってもよい。また、使用目的に応じてこれらの蓄電材料を組み合わせて用いてもよい。また、蓄電部２６の静電容量は、０．０１Ｆから２．２Ｆの範囲であることが望ましく、特にセンサデバイス２の小型化のために０．０１Ｆから０．１Ｆであることが望ましい。蓄電部２６としてスーパーキャパシタを用いているため、低温環境下であっても充放電が可能であり、外気温による蓄電効率の低下等の問題が生じ難い。牛舎は冬場の外気温が氷点下になることもあるが、蓄電部２６によると温度の影響を受けることなく、発電部２５が生成した電力を蓄電することができる。また、充放電を繰り返したとしても劣化し難く、製品寿命が長くなる。
【００２２】
整流器２７は、複数のダイオード等から構成されていて、発電部２５で発電した電力は整流器２７で整流され蓄電部２６に蓄電される。電源制御部２８は、蓄電部２６の電圧を監視するとともにスイッチング手段２４の切り替えを行っている。本実施の形態では、電源制御部２８は、ＲＴＣ２８Ａ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｃｌｏｃｋ）と、昇圧回路２８Ｂと、を有している。ＲＴＣ２８Ａは、年付日で設定された時間を管理している。ＲＴＣ２８Ａは、消費電力が僅かであるため蓄電部２６に蓄電された電力を消費して動作している。
【００２３】
電源制御部２８は、ＲＴＣ２８Ａからの信号に基づいて、電源供給部２１が通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給する通電時間と、電源供給部２１が通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給しない停止時間と、を計測している。本実施の形態では、通電時間は２秒、停止時間は４分５８秒に設定しており、センサ部２３がセンシングしてから次のセンシングまでのサイクルを５分としている。電源制御部２８は、停止時間から通電時間に切り替わるとスイッチング手段２４をオン状態にして通信部２２及びセンサ部２３に電源供給部２１から電力を供給し、通電時間が終了し再び停止時間になるとスイッチング手段２４をオフ状態にして通信部２２及びセンサ部２３への電力の供給を停止する。通電時間及び停止時間は、蓄電部２６の静電容量、発電部２５の発電状態等に応じて任意に設定することができる。
【００２４】
電源供給部２１から通信部２２及びセンサ部２３に供給する電力は、昇圧回路２８Ｂによって通信部２２及びセンサ部２３の駆動電圧まで昇圧される。
【００２５】
通信部２２は、データ送信部２９と、制御部３０と、を有している。データ送信部２９は受信機３と通信を行うための通信回路及びアンテナを有し、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）で受信機３とデータ通信を行う。データ送信部２９と受信機３との通信方式はこれに限定されず、Ｗｉｆｉ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＬＰＷＡ（Ｌｏｗ  Ｐｏｗｅｒ  Ｗｉｄｅ  Ａｒｅｗａ）、９２０ＭＨｚ帯無線通信、無線ＬＡＮ、３Ｇ又は４Ｇの移動体通信、赤外線通信等であってもよい。通信部２２と受信機３とのデータ通信の際は、各センサデバイス２に割り当てられた識別子をセンサ部２３が計測した環境データと共に送信する。これにより、ＰＣ端末４及び携帯端末５では得られた環境データがどのセンサデバイス２によるものかを識別することができる。識別子は、予めセンサデバイス２に割り当てられているものであってもよく、センサデバイス２と受信機３とが通信を開始したときに割り当てられてもよい。
【００２６】
制御部３０は、通信部２２及びセンサ部２３を制御するマイコンであって、Ａ／Ｄ変換部３０Ａと、記憶部３０Ｂと、を有している。Ａ／Ｄ変換部３０Ａは、センサ部２３からのアナログ信号をデジタル信号に変換している。記憶部３０Ｂは、制御部３０によって実行されるプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、センサ部２３が計測した環境データを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、を有している。ＲＡＭは、制御部３０がプログラムを実行するときのワーキングメモリとしての機能も有している。記憶部３０Ｂは、センサ部２３が計測した環境データを過去１回の計測分のみ記憶しており、新たな環境データが計測されると記憶されている１つ前の環境データに上書きされる。
【００２７】
通信部２２とセンサ部２３とは、Ｉ２Ｃバスによるシリアル通信によって接続されている。センサ部２３は、様々な環境データを計測することが可能であり、温度、湿度、照度、気圧、ＣＯ２濃度、メタンガス濃度、風力の少なくとも１つを計測することができる。本実施の形態では、センサ部２３は、温度及び湿度を計測することができる。制御部３０は、センサ部２３からからのシリアル通信によって受け取るデジタル信号を所定の計算式に入れ込むことによって数値データに変換し、当該数値データを記憶部３０Ｂに保存するとともにデータ送信部２９に受け渡す。データ送信部２９は、無線通信によって受信機３に環境データを送信する。
【００２８】
スイッチング手段２４は、電源供給部２１が通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給する電力供給ライン上であって、電源制御部２８の通信部２２及びセンサ部２３への電力供給と遮断とを切り替えるために設けられている。スイッチング手段２４は、トランジスタ等の素子により構成されおり、接合型ＦＥＴやＭＯＳＦＥＴによって構成されていてもよい。
【００２９】
受信機３は、牛１０の行動範囲である牧場及び牛舎をカバーするように複数設けられていて、データ送信部２９から送信された環境データは、少なくとも１つの受信機３によって受信される。受信機３に受信された環境データは、受信機３の識別子が付与されてＰＣ端末４に外部ネットワーク６を介して送信される。このとき、携帯端末５は外部ネットワーク６を介してＰＣ端末４に送信された環境データを閲覧することができる。ＰＣ端末４は牛舎から離れた場所に配置され、携帯端末５は牛舎の管理作業を行う作業者が保持している。牛舎の作業者は、携帯端末５によってリアルタイムで牛１０の状態を把握することができる。ＰＣ端末４は、本発明の外部機器に相当する。
【００３０】
次に、図３及び図４を参照してセンサデバイス２のセンシングについて説明する。図４（ａ）はスイッチング手段２４のオン状態及びオフ状態の切り替えを表し、図４（ｂ）は通信部２２における電流値の変化を表し、図４（ｃ）はセンサ部２３における電流値の変化を表す。
【００３１】
発電部２５が太陽光発電によって発電した電力は、整流器２７を介して蓄電部２６に蓄電される。電源制御部２８は、ＲＴＣ２８Ａからの信号に基づいて停止時間から通電時間に切り替わったか否かを判断する（Ｓ１）。通電時間に切り替わった場合は（Ｓ１：ＹＥＳ）、電源制御部２８はスイッチング手段２４をオン状態にして通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給する（Ｓ２、ｔ１）。
【００３２】
通信部２２は、電源供給部２１から電力が供給されると、ｔ１とほぼ同じタイミングで制御部３０がプログラムを起動し初期化（リセット）する。図４（ｂ）に示すように、プログラム初期化のタイミングで通信部２２は所定の電力を消費する。制御部３０は、センサデバイス２に割り当てられた識別子（ＩＤ）及び必要最低限の情報を記憶部３０Ｂから読み込む（ｔ２）。ここでいう必要最低限の情報とは、例えば、各素子のメーカ情報、Ｂｌｅｔｏｏｔｈ  Ｂｅａｃｏｎの必要情報、システム及びモジュールのＩＤ情報、マイコンソフトウェアのレビジョン、どのようなセンサが繋がっているかを示すセンサ情報等がある。図４（ｂ）に示すように、通信部２２とセンサ部２３とがＩ２Ｃバス通信を開始し（ｔ３）、制御部３０はセンサ部２３に温度情報リクエストを送信する（ｔ４）。センサ部２３は、通信部２２からの温度情報リクエストに応じて外気温を検出し（ｔ５、Ｓ３）、シリアル通信によって制御部３０に検出した検出データを送信する。ｔ５におけるセンサ部２３の電流値は、１５０ｍＡである。
【００３３】
制御部３０は、センサ部２３から受信した検出データをＡ／Ｄ変換部３０Ａでデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、環境データとして記憶部３０Ｂに記憶する（Ｓ４、ｔ６）。本実施の形態では、温度及び湿度を検出可能であるため（Ｓ５：ＮＯ）、制御部３０は再びセンサ部２３にＩ２Ｃバス通信によって湿度情報リクエストを送信する（ｔ７）。センサ部２３は、通信部２２からの湿度情報リクエストに応じて湿度を検出し（ｔ８、Ｓ３）、シリアル通信によって制御部３０に検出した検出データを送信する。
【００３４】
制御部３０は、センサ部２３から受信した検出データをＡ／Ｄ変換部３０Ａにてデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、環境データとして記憶部３０Ｂに記憶する（Ｓ４、ｔ９）。制御部３０は、温度及び湿度の環境データを取得したためすべてのデータを取得したと判断し（Ｓ５：ＹＥＳ）、データ送信部２９から温度及び湿度の環境データを識別子を付して無線通信により受信機３に送信する（Ｓ６、ｔ１０）。ｔ１０における通信部２２の電流値は、１０ｍＡである。
【００３５】
図４（ｂ）及び図４（ｃ）において、通電時間であるｔ１からｔ１１までは通信等の電力消費に加えて通信部２２及びセンサ部２３において待機電力を消費しているが、停止時間であるｔ１０から次のｔ１までは通信部２２及びセンサ部２３における電力消費量はゼロとなる。本実施の形態における通信部２２及びセンサ部２３の待機時の電流値は６０ｎＡであり、通電時間における通信部２２及びセンサ部２３の電流値を平均すると約１０ｍＡとなるため、１回の通電時間における電力消費量は数ｍＷとなる。具体的には、ｔ１０における無線通信時のパルスで５ｍＷであり、ｔ４及びｔ７のセンサ部２３へのアクセス時は数μＷ（最大１０μＷ）であり、ｔ１からｔ１１における待機時はｎＷオーダーとなる。
【００３６】
電源制御部２８は通電時間が経過した、つまりｔ１から２秒が経過したと判断すると（ｔ１１、Ｓ７：ＹＥＳ）、スイッチング手段２４をオフ状態にして（Ｓ８）、４分５８秒後の通電時間の到来を待つ（Ｓ１：ＮＯ）。
【００３７】
データ送信部２９から環境データを受信した受信機３は、受信機３の識別子及びデータ送信部２９からの信号強度を付与してＰＣ端末４に環境データを送信する。ＰＣ端末４は、受信機３の識別子と、センサデバイス２の識別子と、信号強度と、環境データと、を互いに関連づけて記憶する。
【００３８】
図５に、センサデバイス２によって検出した牛１０の温度と外気温とを比較した表を示す。本実施の形態では、牛１０の耳標にセンサデバイス２を取り付けており、牛１０の体温を間接的に計測している。センサデバイス２によって計測された温度は、さほど外気温の影響を受けることなく牛１０の平均体温に近い温度を計測している。牛１０の体温を管理することにより、妊娠、発情、感染症等の状態を把握することができる。
【００３９】
図６に、センサ部２３で気圧を計測したときのグラフを示す。このときは、通電時間を２秒、停止時間を８秒、１サイクル１０秒に設定している。計測結果では領域Ａで局所的に計測圧力が上昇しているが、これは牛１０が頭を下げたことに起因している。従って、気圧の計測結果を分析することにより、牛１０が牧草等を食べている頻度を計測することができる。
【００４０】
次に、図７及び図８を参照してセンサデバイス２を用いた牛１０の位置情報検出について説明する。牛１０を放牧している牧場及び牛舎の全領域をカバーするように複数の受信機３が設置されており、受信機３は受信エリア３Ａの範囲内に存在するセンサデバイス２を検出することができる。受信エリア３Ａは半径２０ｍ程度の円であるが、受信機３及びデータ送信部２９の種類に応じて任意に設定することができる。
【００４１】
受信機３は、第１受信エリア３１Ａを有する第１受信機３１と、第２受信エリア３２Ａを有する第２受信機３２と、第３受信エリア３３Ａを有する第３受信機３３と、第４受信エリア３４Ａを有する第４受信機３４と、から構成されている。受信機３は、受信エリア３Ａ内のセンサデバイス２のデータ送信部２９から受信する信号の強度を検出可能であり、信号強度によって受信機３とセンサデバイス２との距離を推定することができる。牛１０は、第１牛１１と、第２牛１２と、第３牛１３と、が受信機３の受信エリア３Ａに存在している。
【００４２】
第１牛１１は、第１受信エリア３１Ａと第２受信エリア３２Ａとが重複している領域にいるため、第１受信機３１及び第２受信機３２によって、ほぼ同じ信号強度によって検知される。これにより、第１牛１１が第１受信エリア３１Ａと第２受信エリア３２Ａとが重複している位置であって第１受信機３１と第２受信機３２とから略同一の距離にいると判断することができる。
【００４３】
第２牛１２は，第２受信エリア３２Ａと第３受信エリア３３Ａとが重複している領域にいるため、第２受信機３２及び第３受信機３３によって検知される。ここで、第２牛１２は第３受信機３３側に寄っていることから、第３受信機３３によって検知される信号強度のほうが第２受信機３２によって検知される信号強度より強くなる。これにより、第２牛１２は第２受信エリア３２Ａと第３受信エリア３３Ａとが重複している位置であって第３受信機３３寄りの位置にいると判断することができる。
【００４４】
第３牛１３は、第４受信機３４の第４受信エリア３４Ａにいるため、第４受信機３４によってのみ検知される。これにより、第３牛１３は第４受信エリア３４Ａ内におけるもっとも離れた位置にいることが確認される。
【００４５】
図８は、第１受信機３１が検出した検出信号の信号強度と時間との関係性を示すグラフである。第１牛１１は、２２時３０分から２３時００分頃まで第１受信エリア３１Ａにいることが確認される。第２牛１２は、３時３０分から６時００分の比較的長い時間、第１受信エリア３１Ａにいることが確認される。第３牛１３は、一時的に第１受信エリア３１Ａに位置しているが、信号強度が弱いため第１受信エリア３１Ａの周縁に一時的に侵入したと考えられる。第１受信機３１の検出信号と、他の受信機３の検出信号とを組み合わせて解析することにより、牛１０の位置情報を把握することができる。
【００４６】
このような構成によると、スイッチング手段２４はセンサ部２３によるセンシング及び通信部２２による環境データの送信時にのみセンサ部２３及び通信部２２に電力を供給するため、非通信時及び非センシング時における通信部及びセンサ部の待機電力を削減することができる。また、センサ部２３のセンシングによって得られた環境データを通信部２２で外部機器であるＰＣ端末４に送信しているため、センサ部２３のセンシングと通信部２２の通信とが１対１の関係性にある。これにより、必要最低限の電力量でセンシングした環境データをＰＣ端末４に送信することができる。
【００４７】
このような構成によると、電源供給部２１は太陽光発電又は／及び電磁波発電によって発電された電力を利用するため、バッテリーや電池等を搭載する必要がない。これにより電源を管理するための回路が不要となり、センサデバイス２の電力消費量を低減することができる。また、太陽光発電又は／及び電磁波発電によって電力を発電するため、自然エネルギーを用いたマイクロエナジーハーベストを実現することができる。さらに、バッテリーや電池と比べて低コストでセンサデバイスを製造することができる。
【００４８】
このような構成によると、記憶部３０Ｂは過去１回分の環境データを記憶し新たな環境データが計測されると過去の環境データを上書きするため、計測した過去の環境データを記憶していない。過去の環境データを記憶する場合には、記憶部３０Ｂを動作させるために常時通信部２２への電力供給が必要となるが、本件発明では、非通信時は通信部２２への電力供給が不要となるため消費電力を低く抑えることができる。
【００４９】
このような構成によると、牛１０に搭載したセンサデバイス２の信号強度と受信機３の識別子とを関連付けてＰＣ端末４に記憶するため、信号強度からセンサデバイス２と受信機３との距離を推測することにより、ＧＰＳを用いることなく最低限の電力消費で牛１０の位置情報を検知することができる。また、複数の受信機３の受信エリア３Ａを重複させることにより、複数の受信機３からの信号強度を分析して、より正確に位置情報を検知することができる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図９及び図１０に基づいて説明する。第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。第１の実施の形態では、センサデバイス２の電源制御部２８はＲＴＣ２８Ａからの信号に基づいてスイッチング手段２４を制御したが、第２の実施の形態では、電源制御部２８は蓄電部２６の電圧に応じてスイッチング手段２４を制御する。
【００５１】
第２の実施の形態では、電源制御部２８は、蓄電部２６の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータを含み、蓄電部２６の電圧が放電閾値である３．５[Ｖ]になるとスイッチング手段２４をオン状態にして通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給し、蓄電部２６の電圧が遮断閾値である１．５[Ｖ]になるとスイッチング手段２４をオフ断状態にして通信部２２及びセンサ部２３への電力の供給を遮断する。スイッチング手段２４を切り替える閾値は、蓄電部２６の静電容量、発電部２５の発電状態等に応じて任意に設定することができる。
【００５２】
次に、図９及び図１０を参照してセンサデバイス２のセンシングについて説明する。
【００５３】
発電部２５が太陽光発電によって発電した電力は、整流器２７を介して蓄電部２６に蓄電される。電源制御部２８は、蓄電部２６の電圧が放電閾値である３．５[Ｖ]以上であるかを判断する（Ｓ１１）。蓄電部２６の電圧が放電閾値を超えると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、電源制御部２８はスイッチング手段２４をオン状態にして通信部２２及びセンサ部２３に電力を供給する（Ｓ２、ｔ１）。
【００５４】
通信部２２は、電源供給部２１から電力が供給されると、ｔ１とほぼ同じタイミングで制御部３０がプログラムを起動し初期化（リセット）する。プログラム初期化のタイミングで、通信部２２は所定の電力を消費する。制御部３０は、センサデバイス２に割り当てられた識別子（ＩＤ）及び必要最低限の情報を記憶部３０Ｂから読み込む（ｔ２）。通信部２２とセンサ部２３とは、Ｉ２Ｃバス通信を開始し（ｔ３）、制御部３０はセンサ部２３に温度情報リクエストを送信する（ｔ４）。センサ部２３は、通信部２２からの温度情報リクエストに応じて外気温を検出し（ｔ５、Ｓ３）、シリアル通信によって制御部３０に検出した検出データを送信する。
【００５５】
制御部３０は、センサ部２３から受信した検出データをＡ／Ｄ変換部３０Ａにてデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、環境データとして記憶部３０Ｂに記憶する（Ｓ４、ｔ６）。本実施の形態では、温度及び湿度を検出可能であるため（Ｓ６：ＮＯ）、制御部３０は再びセンサ部２３にＩ２Ｃバス通信によって湿度情報リクエストを送信する（ｔ７）。センサ部２３は、通信部２２からの湿度情報リクエストに応じて湿度を検出し（ｔ８、Ｓ３）、シリアル通信によって制御部３０に検出した検出データを送信する。
【００５６】
制御部３０は、センサ部２３から受信した検出データをＡ／Ｄ変換部３０Ａにてデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、記憶部３０Ｂに記憶する（Ｓ４、ｔ９）。制御部３０は、すべてのデータを取得したと判断し（Ｓ５：ＹＥＳ）、データ送信部２９から温度及び湿度の環境データを受信機３に無線送信する（Ｓ６、ｔ１０）。図１０（ｂ）に示すように、蓄電部２６の端子電圧は通信部２２及びセンサ部２３の電力消費に応じて段階的に低下する。図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）において、通電時間であるｔ１からｔ１０までは通信部２２及びセンサ部２３において待機電力を消費しているが、停止時間であるｔ１０から１ｔまでは通信部２２及びセンサ部２３における電力消費量はゼロとなる。
【００５７】
電源制御部２８は遮断閾値以下と判断すると（ｔ１１、Ｓ１７：ＹＥＳ）、スイッチング手段２４をオフ状態にして（Ｓ８）、再び蓄電部２６が充電されて放電閾値以上となるのを待つ（Ｓ１１：ＮＯ）。
【００５８】
本発明によるセンサデバイス及びセンサシステムは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。
【００５９】
上述の実施の形態では、センサ部２３では、温度、湿度、照度、気圧、ＣＯ２濃度、メタンガス濃度、風力の少なくとも１つを計測可能だったが、これに限定されない。例えば、９軸のジャイロセンサ、振動センサ、静電容量センサによるタッチセンサ、磁気センサ、焦電センサ、超音波センサなどを用いることができる。例えば、管理する動物が魚類である場合には、温度センサによって水温を検知し、気圧センサによって水位を検知し、９軸センサによって地磁気を検知して移動方向を検出してもよい。また、土中の動物が対象である場合には、湿度センサによって土中の水分量を検出することもできる。
【００６０】
上述の実施の形態では、センサデバイス２の検出した環境データは受信機３によって外部ネットワーク６を介してＰＣ端末４に記憶されていたが、これに限定されずクラウドサーバ上にデータを保存してもよい。これにより、複数の端末によってセンサシステム１による検出データを確認することができる。
【００６１】
上述の実施の形態では、電源供給部２１と通信部２２とはデータ通信を行っていなかったが、これに限定されない。例えば、蓄電部２６が充電されたとき、電源供給部２１から通信部２２に充電が完了した旨のパルス信号を送信してもよい。
【００６２】
上述の実施の形態では、センサ部２３からの信号はアナログ信号であってＡ／Ｄ変換部３０Ａによってデジタル信号に変換されたが、これに限定されない。例えば、センサ部２３からの信号がデジタル信号であって、Ｉ２Ｃバスによってシリアル通信で通信部２２に送信されてもよい。この場合は、制御部３０が受信したデジタル信号を所定の計算式に入れ込み数値データに変換する。
【符号の説明】
【００６３】
１      センサシステム
２      センサデバイス
３      受信機
４      ＰＣ端末
５      携帯端末
２１      電源供給部
２２      通信部
２３      センサ部
２４      スイッチング手段
２５      発電部
２６      蓄電部
２７      整流器
２８      電源制御部
２９      データ送信部
３０      制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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