(57)【要約】【課題】回路規模及び消費電力の増大を抑制しつつ、照明光による発電と共に他のセンサ端末と同期すること。【解決手段】一実施の形態に係るセンサ端末１０では、センサ１４を制御する制御回路１３が、外部の照明機器２０からの照射光ＩＬによって発電する光電池１１の出力に基づいて、所定の周期でパルス状に変化するように制御された照射光ＩＬの強度変化に同期して動作する。【選択図】図１
2020107214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサと、
前記センサを制御する制御回路と、
外部の照明機器からの照射光によって発電する光電池と、を備え、
前記制御回路は、前記光電池の出力に基づいて、所定の周期でパルス状に変化するように制御された前記照射光の強度変化に同期して処理を行う、
センサ端末。
【請求項２】
前記制御回路は、
起動した後、前記照射光の強度変化に同期して処理を行う前に、
前記光電池の出力に基づいて前記照射光の強度を推定し、推定した前記照射光の強度に応じて前記光電池の負荷電流を調整する、
請求項１に記載のセンサ端末。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記照射光の強度変化に同期して、前記センサからデータを取得する、
請求項１に記載のセンサ端末。
【請求項４】
前記センサから取得したデータを送信する無線送信回路をさらに備える、
請求項３に記載のセンサ端末。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記センサから取得したデータを、所定のタイミングで前記無線送信回路から送信する、
請求項４に記載のセンサ端末。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記照射光の強度変化に同期して、時刻を計測するタイマを備え、
前記センサからデータを取得する際に、前記タイマから時刻を取得して、前記データと前記時刻とを関連付ける、
請求項１に記載のセンサ端末。
【請求項７】
前記光電池の出力に基づいて、当該センサ端末の電源電圧を生成する電源回路と、
前記電源回路の出力にカソードが接続されたダイオード素子と、
前記ダイオード素子のアノードに接続された一次電池と、をさらに備えた、
請求項１に記載のセンサ端末。
【請求項８】
前記光電池の出力に基づいて、当該センサ端末の電源電圧を生成する電源回路と、
前記電源回路に接続されたコンデンサと、をさらに備え、
前記制御回路は、
前記センサ端末での消費電力を、前記光電池による発電電力よりも小さくすることによって、前記コンデンサを充電させる、
請求項１に記載のセンサ端末。
【請求項９】
照射光の強度が所定の周期でパルス状に変化するように制御された照明機器と、
前記照明機器からの前記照射光を動力源とする複数のセンサ端末と、を備え、
前記複数のセンサ端末は、それぞれ、
センサと、
前記センサを制御する制御回路と、
前記照明機器からの前記照射光によって発電する光電池と、を備え、
前記制御回路は、前記光電池の出力に基づいて、前記照射光の強度変化に同期して処理を行う、
センサ端末システム。
【請求項１０】
前記制御回路は、
起動した後、前記照射光の強度変化に同期して処理を行う前に、
前記光電池の出力に基づいて前記照射光の強度を推定し、推定した前記照射光の強度に応じて前記光電池の負荷電流を調整する、
請求項９に記載のセンサ端末システム。
【請求項１１】
前記制御回路は、
前記照射光の強度変化に同期して、前記センサからデータを取得する、
請求項９に記載のセンサ端末システム。
【請求項１２】
前記センサから取得したデータを送信する無線送信回路をさらに備える、
請求項１１に記載のセンサ端末システム。
【請求項１３】
前記制御回路は、
前記センサから取得したデータを、所定のタイミングで前記無線送信回路から送信する、
請求項１２に記載のセンサ端末システム。
【請求項１４】
前記制御回路は、
前記照射光の強度変化に同期して、時刻を計測するタイマを備え、
前記センサからデータを取得する際に、前記タイマから時刻を取得して、前記データと前記時刻とを関連付ける、
請求項９に記載のセンサ端末システム。
【請求項１５】
前記光電池の出力に基づいて、当該センサ端末の電源電圧を生成する電源回路と、
前記電源回路の出力にカソードが接続されたダイオード素子と、
前記ダイオード素子のアノードに接続された一次電池と、をさらに備えた、
請求項９に記載のセンサ端末システム。
【請求項１６】
前記光電池の出力に基づいて、当該センサ端末の電源電圧を生成する電源回路と、
前記電源回路に接続されたコンデンサと、をさらに備え、
前記制御回路は、
前記センサ端末での消費電力を、前記光電池による発電電力よりも小さくすることによって、前記コンデンサを充電させる、
請求項９に記載のセンサ端末システム。
【請求項１７】
照射光の強度が所定の周期でパルス状に変化するように照明機器を制御し、
センサと前記照射光によって発電する光電池とを備える複数のセンサ端末のそれぞれにおいて、前記光電池の出力に基づいて、前記照射光の強度変化に同期して処理を行う、
センサ端末システムの制御方法。
【請求項１８】
前記複数のセンサ端末のそれぞれにおいて、
起動した後、前記照射光の強度変化に同期して処理を行う前に、
前記光電池の出力に基づいて前記照射光の強度を推定し、推定した前記照射光の強度に応じて前記光電池の負荷電流を調整する、
請求項１７に記載のセンサ端末システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ端末、センサ端末システム及びその制御方法に関し、例えば光電池を備えるセンサ端末、センサ端末システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば工場内では、製造条件を管理するため、温度センサ、湿度センサ、圧力センサ等を備えた様々なセンサ端末が使用される。これらセンサ端末のそれぞれが、工場内に設置された照明機器からの照射光によって発電する光電池（太陽電池）で動作することで配線の省略や設置の自由度が得られる。近年、このようなエナジーハーベスティング技術を用いたセンサ端末システムが注目されている。
ところで、特許文献１には、光電池を用いた通信機器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１３３０１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者は、それぞれが光電池を有する複数のセンサ端末を備えたセンサ端末システムにおいて、以下の課題を見出した。
このようなセンサ端末システムでは、各センサ端末を時刻同期させ、各センサ端末において所定のタイミングでセンサからデータを取得したり、取得したデータを送信したりするなどの処理を行う必要がある。
しかしながら、例えばＬＡＮ（Local Area Network）におけるＩＥＥＥ１５８８規格などの時刻同期手法を用いる場合、専用回路を必要として、電力的にもエナジーハーベスティング機器には適さない。つまり、回路規模及び消費電力が増大してしまうという問題があった。
【０００５】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態に係るセンサ端末では、センサを制御する制御回路が、外部の照明機器からの照射光によって発電する光電池の出力に基づいて、所定の周期でパルス状に変化するように制御された前記照射光の強度変化に同期して処理を行う。
【発明の効果】
【０００７】
前記一実施の形態によれば、回路規模及び消費電力の増大を抑制しつつ、照明光による発電と共に他のセンサ端末と同期することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムの構成を示す詳細なブロック図である。
【図３】光電池１１の出力電圧と負荷電流との関係を示すグラフである。
【図４】端末制御回路１３の起動時の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】第２の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムの構成を示す詳細なブロック図である。
【図６】第２の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムにおけるタイマ２３６の構成を示すブロック図である。
【図７】タイマ２３６の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジでの割り込み信号に応じたＣＰＵ１３１の割り込み処理動作を示すフローチャートである。
【図９】第２の実施の形態に係るセンサ端末システムにおける照射光ＩＬのパルス波形の一例である。
【図１０】他の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムの構成を示す詳細なブロック図である。
【図１１】他の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムの構成を示す詳細なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。従って、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又はそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１０】
（第１の実施の形態）
＜センサ端末及びセンサ端末システムの構成＞
まず、図１を参照して、第１の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムについて説明する。図１は、第１の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、第１の実施の形態に係るセンサ端末システムは、センサ端末１０と照明機器２０とを備えている。一例として、センサ端末システムは、工場内に設置される。すなわち、センサ端末１０及び照明機器２０は工場内に設置されている。
【００１１】
センサ端末システムにおいて、センサ端末１０は複数設けられているが、図１には１つのセンサ端末１０のみが示されている。センサ端末１０は、例えば、温度、湿度、圧力等の製造条件を管理するために製造装置等に設けられている。図１に示すように、センサ端末１０は、光電池１１、電源回路１２、端末制御回路１３、センサ１４を備え、照明機器２０からの照射光ＩＬを動力源とする。すなわち、第１の実施の形態に係るセンサ端末システムでは、光電池１１により電力を賄う。
【００１２】
ここで、図１の吹き出し内にタイミングチャートを用いて示すように、第１の実施の形態に係るセンサ端末システムでは、照明機器２０の照射光ＩＬの強度は、所定の周期でパルス状に変化するように制御されている。図１の例では、人間には感知できない程度のパルス幅で、周期Ｔで照射光ＩＬの強度が高くなっている。後述するように、周期Ｔは、例えばセンサ１４の測定周期すなわちセンサ１４からのデータ取得周期であり、１ｍｓ〜１ｓ程度である。
【００１３】
光電池１１は、照明機器２０からの照射光ＩＬによって発電する。
電源回路１２は、例えば昇圧コンバータであって、光電池１１の出力から端末制御回路１３及びセンサ１４（すなわちセンサ端末１０）に供給する電源電圧を生成する。
端末制御回路１３は、電源回路１２から供給された電源電圧で動作し、センサ１４を制御する。
センサ１４は、例えば温度センサ、湿度センサ、圧力センサ等である。センサ１４は、電源回路１２から供給された電圧で動作する。
【００１４】
ここで、端末制御回路１３は、照明機器２０からの照射光ＩＬによって発電する光電池１１の出力に基づいて、所定の周期Ｔでパルス状に変化するように制御された照射光ＩＬの強度変化に同期して処理を行う。例えば、照射光ＩＬの強度変化に同期して、センサ１４からデータを取得したり、取得したデータを送信する。
【００１５】
このように、第１の実施の形態に係るセンサ端末システムでは、各センサ端末１０が照射光ＩＬの強度変化に同期する。そのため、ＩＥＥＥ１５８８規格などの時刻同期手法を用いずに、各センサ端末１０を同期させることができる。すなわち、回路規模及び消費電力の増大を抑制しつつ、照明光による発電と共に各センサ端末１０を同期させることができる。換言すると、第１の実施の形態に係るセンサ端末１０では、回路規模及び消費電力の増大を抑制しつつ、照明光による発電と共に他のセンサ端末１０と同期することができる。
【００１６】
＜センサ端末及びセンサ端末システムの詳細な構成＞
次に、図２を参照して、第１の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムについてより詳細に説明する。図２は、第１の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムの構成を示す詳細なブロック図である。
【００１７】
図２に示すように、第１の実施の形態に係るセンサ端末システムは、図１に示したセンサ端末１０、照明機器２０に加え、サーバ３０、無線受信装置４０を備えている。また、図２に示すように、センサ端末１０は、図１に示した光電池１１、電源回路１２、端末制御回路１３、センサ１４に加え、無線送信回路１５を備えている。
【００１８】
サーバ３０は、例えば工場全体を集中管理しており、照明機器２０及び無線受信装置４０にケーブル接続されている。サーバ３０は、照明機器２０を制御すると共に、無線受信装置４０を介してセンサ端末１０から無線送信されたデータを取得する。ここで、照明機器２０は複数設けられていてもよい。その場合、サーバ３０は、全ての照明機器２０の照射光ＩＬの強度変化が同期するように照明機器２０を制御する。
無線受信装置４０は、センサ端末１０から無線送信されたデータを受信する。
なお、サーバ３０は、照明機器２０と無線接続されていてもよい。
【００１９】
センサ端末１０において、端末制御回路１３は、所定の周期Ｔで変化するように制御された照射光ＩＬの強度変化に同期して処理を行う。例えば、照射光ＩＬの強度変化に同期して、センサ１４からデータを取得したり、取得したデータを無線送信回路１５に送る。
無線送信回路１５は、端末制御回路１３から受け取ったデータを無線受信装置４０に無線送信する。
なお、無線送信回路１５を設けずに、センサ端末１０が不揮発メモリを有しており、当該不揮発メモリに記録することで、後からデータを取得してもよい。その場合、無線受信装置４０も不要となる。
【００２０】
ここで、図２に示すように、端末制御回路１３は、詳細には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３１、メモリ１３２、電圧モニタ１３３、発振回路１３４、クロック生成回路１３５、タイマ１３６、入出力ポート１３７及び内部バスＩＢを備えている。白抜き矢印で示すように、発振回路１３４以外のＣＰＵ１３１、メモリ１３２、電圧モニタ１３３、クロック生成回路１３５、タイマ１３６、入出力ポート１３７は、内部バスＩＢに接続されている。図２に実線矢印で示したように、電圧モニタ１３３、タイマ１３６、入出力ポート１３７からＣＰＵ１３１に割り込み信号が入力される。
【００２１】
ＣＰＵ１３１は、制御プログラムに基づいて、各種処理を行う。例えば、電圧モニタ１３３の出力信号（すなわち割り込み信号）の立ち上がりもしくは立ち下がりに応じて、ＣＰＵ１３１は入出力ポート１３７を介してセンサ１４からデータを取得する。あるいは、取得したデータを、入出力ポート１３７を介して無線送信回路１５に送る。ＣＰＵ１３１の処理の詳細については、後述する。
【００２２】
メモリ１３２は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等を含む。ＲＯＭとしては、フラッシュメモリやマスクＲＯＭ等を挙げることができる。例えば、メモリ１３２のＲＯＭには、制御プログラムの他、「センサ端末１０の電力情報」、「光電池１１の特性情報」などが格納されている。
【００２３】
「センサ端末１０の電力情報」には、端末制御回路１３におけるクロックがオンの場合及びオフの場合の消費電力、各クロック周波数での消費電力、センサ１４及び無線送信回路１５の消費電力などの情報が含まれる。また、「光電池１１の特性情報」には、光電池１１の発電電力を推定するための情報（負荷電流と出力電圧との関係など）が含まれる。
【００２４】
電圧モニタ１３３は、入力される光電池１１の出力電圧に応じて、Ｈｉｇｈ又はＬｏｗのいずれかを出力する回路である。例えば、電圧モニタ１３３は、図１に示した光強度が低い区間では、Ｌｏｗを出力し、図１に示した光強度が高い区間では、Ｈｉｇｈを出力する。そのため、電圧モニタ１３３の出力信号は、図１に示した照明機器２０の光強度のパルス波形に同期したパルス波形を有している。上述の通り、電圧モニタ１３３の出力信号が割り込み信号としてＣＰＵ１３１に入力される。
【００２５】
発振回路１３４は、例えば内蔵オシレータや水晶発振回路等である。
クロック生成回路１３５は、例えばＰＬＬ（Phase-locked loop）回路などであって、発振回路１３４が発振する基準クロックを逓倍した所定周波数のクロックを生成する。クロック生成回路１３５において、クロックのオン・オフや、クロック周波数の設定も行われる。クロック生成回路１３５によって生成されたクロックは、端末制御回路１３内の各ブロックに供給される。
【００２６】
タイマ１３６は、例えばクロックをカウントすることにより時間を計測し、ＣＰＵ１３１に対して割り込み信号を出力する。タイマ１３６は、例えば、ＣＰＵ１３１による定期的な処理に用いられる。割り込み信号に応じて、ＣＰＵ１３１は各種処理を行う。
入出力ポート１３７は、端末制御回路１３をセンサ１４や無線送信回路１５などの周辺機器と接続するためのインタフェースである。
【００２７】
例えば、ＣＰＵ１３１は、電圧モニタ１３３からの割り込み信号に応じて、入出力ポート１３７を介してセンサ１４からデータを取得する。そして、センサ１４から取得したデータを、入出力ポート１３７を介して無線送信回路１５に送る。
ここで、各センサ端末１０における発振回路１３４の特性ばらつき、温度や供給電圧の違い等によって、センサ端末１０毎のタイマ１３６のカウント値にずれが生じ得る。
【００２８】
しかしながら、第１の実施の形態に係るセンサ端末システムでは、全てのセンサ端末１０において、光電池１１の出力に基づいて、所定の周期Ｔ毎に照明機器２０の照射光ＩＬの強度変化に時刻同期させる。そのため、全てのセンサ端末１０において、タイマ１３６のカウント値のずれを解消し、センサ１４からのデータ取得や無線送信回路１５へのデータ送信のタイミングを同期させることができる。
【００２９】
各センサ端末１０において、タイマ１３６のカウント値のずれを解消するためには、例えば、電圧モニタ１３３からの割り込み信号に応じて、ＣＰＵ１３１が周期Ｔ毎にタイマ１３６のカウント値をリセットすればよい。あるいは、電圧モニタ１３３の出力信号をタイマ１３６に入力し、周期Ｔ毎にタイマ１３６のカウント値をリセットしてもよい。
【００３０】
＜光電池１１の負荷電流と出力電圧との関係＞
次に、図３を参照して、光電池１１の負荷電流と出力電圧との関係について説明する。図３は光電池１１の出力電圧と負荷電流との関係を示すグラフである。横軸は出力電圧（Ｖ）、縦軸は負荷電流（ｍＡ）を示している。図３には、異なる３つの照度（光強度）Ａ、Ｂ、Ｃについての曲線が示されている。照度Ａ、Ｂ、Ｃの大きさの関係は、照度Ａ＜照度Ｂ＜照度Ｃである。図３に示すように、照度Ａ、Ｂ、Ｃのいずれにおいても、負荷電流が大きくなるにつれて、徐々に光電池１１の出力電圧が下がる。そして、負荷電流がある程度大きくなると、光電池１１の出力電圧が急激に低下する。
【００３１】
ここで、図３に示すように、照度が大きくなる程、光電池１１から取り出せる電流も大きくなる。図３の例では、照度Ａにおいて負荷電流がＩ１よりも大きくなると、出力電圧が急激に低下し、回路動作に悪影響を及ぼす虞がある。そのため、例えば、照度Ａでは負荷電流がＩ１以下になるように制御する。
【００３２】
他方、図３に示すように、負荷電流がＩ０のように小さい場合には、照度Ａ、Ｂ、Ｃによる光電池１１の出力電圧差は小さい。そのため、電圧モニタ１３３によって光強度の変化を検出することが難しい。これに対し、負荷電流がＩ１の場合、照度による光電池１１の出力電圧差がある程度大きくなる。例えば、照明光ＩＬの光強度が低い場合が照度Ａ、高い場合が照度Ｃとすると、負荷電流Ｉ０よりもＩ１の方が、出力電圧差が大きくなり、電圧モニタ１３３によって光強度の変化を検出し易くなる。
【００３３】
そのため、ＣＰＵ１３１は、回路動作に悪影響を及ぼさない所定の出力電圧を維持しつつ、照度による光電池１１の出力電圧差が大きくなるように、負荷電流すなわちセンサ端末１０における消費電力を制御する。図３の例では、照度Ａにおいて負荷電流がＩ１となるようにセンサ端末１０における消費電力を制御することによって、回路動作に悪影響を及ぼさない所定の出力電圧を維持しつつ、照度による出力電圧差を大きくすることができる。
【００３４】
＜端末制御回路１３の動作＞
次に、図４を参照して、端末制御回路１３の動作について説明する。図４は、端末制御回路１３の起動時の動作を示すタイミングチャートである。
時刻ｔ１において、電源オンもしくはリセット解除により、端末制御回路１３が起動する。時刻ｔ２までの間に、センサ端末１０全体の初期設定を行う。
【００３５】
この初期設定において、ＣＰＵ１３１は、メモリ１３２に格納された「センサ端末１０の電力情報」及び「光電池１１の特性情報」を参照しながら、光電池１１の出力（すなわち電圧モニタ１３３の出力）に基づいて、センサ端末１０における照度を推定する。ここで、センサ端末１０における照度は、センサ端末１０と照明機器２０との位置関係などによって変化し得る。
【００３６】
続けて、ＣＰＵ１３１は、推定した照度に応じて、図３に示したように、光電池１１の負荷電流（すなわちセンサ端末１０の消費電力）を決定する。そして、ＣＰＵ１３１は、電圧モニタ１３３が照射光ＩＬの強度変化を検出できるように、決定した光電池１１の負荷電流に基づいて、電圧モニタ１３３の閾値電圧を設定する。
【００３７】
時刻ｔ２において、端末制御回路１３は通常動作を開始する。
照射光ＩＬのパルスの立ち上がりにおいて、電圧モニタ１３３はＣＰＵ１３１に割り込み信号を出力する。すなわち、図４における時刻ｔ３、ｔ４、ｔ５において、ＣＰＵ１３１は、照射光ＩＬの強度変化に同期して処理を行う。
【００３８】
例えば、ＣＰＵ１３１は、時刻ｔ３において、入出力ポート１３７を介してセンサ１４からデータを取得する。そして、時刻ｔ４までに、ＣＰＵ１３１は、取得したデータを、入出力ポート１３７を介して無線送信回路１５から無線受信装置４０に送信する。ＣＰＵ１３１は、時刻ｔ４、ｔ５においても同様の処理を行う。
サーバ３０は、所定の周期Ｔ毎に無線受信装置４０を介して各センサ端末１０からデータを取得するため、各センサ端末１０のデータと時刻とを関連付けることができる。
【００３９】
ここで、複数のセンサ端末１０から一斉に無線受信装置４０（すなわちサーバ３０）にデータを送信すると、通信競合が発生する虞がある。そのため、センサ端末１０毎に異なる待機時間を割り振り、各センサ端末１０において、時刻ｔ３から待機時間が経過したタイミングでデータを送信するようにしてもよい。
【００４０】
ＣＰＵ１３１は、センサ１４からのデータ取得、無線送信回路１５からのデータ送信などの一連の処理中（すなわち通常動作中）、光電池１１の負荷電流が一定の範囲に収まるようにセンサ端末１０における消費電力を制御する。
なお、ＣＰＵ１３１は、取得したデータを無線送信する代わりにメモリ１３２に格納してもよい。
【００４１】
（第２の実施の形態）
＜センサ端末及びセンサ端末システムの詳細な構成＞
次に、図５、図６を参照して、第２の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムについて説明する。図５は、第２の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムの構成を示す詳細なブロック図である。図６は、第２の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムにおけるタイマ２３６の構成を示すブロック図である。
【００４２】
図２に示した第１の実施の形態に係るセンサ端末では、電圧モニタ１３３の出力信号が、電圧モニタ１３３の出力信号が割り込み信号としてＣＰＵ１３１に入力される。これに対して、図５に示した第２の実施の形態に係るセンサ端末では、電圧モニタ１３３の出力信号が、ＣＰＵ１３１ではなくタイマ２３６に入力される。
【００４３】
また、第２の実施の形態に係るセンサ端末システムでは、照射光ＩＬのパルス幅を変化させる。例えば２つのパルス幅を用い、例えば定期的にパルス幅を大きくする。そのため、第２の実施の形態に係るセンサ端末１０では、タイマ２３６の値に基づいて、ＣＰＵ１３１が電圧モニタ１３３の出力信号におけるパルス幅を判定する。第１の実施の形態に係るタイマ１３６は、例えばクロックをカウントするカウンタのみから構成される。これに対し、第２の実施の形態に係るタイマ２３６は、より複雑な構成を有している。
【００４４】
＜タイマ２３６の構成＞
ここで、図６を参照して、第２の実施の形態に係るタイマ２３６の構成について説明する。図６に示すように、第２の実施の形態に係るタイマ２３６は、エッジ検出回路３６１、主カウンタ３６２、副カウンタ３６３、第１カウントキャプチャ３６４、第２カウントキャプチャ３６５、割り込み生成回路３６６を備えている。
【００４５】
電圧モニタ１３３の出力信号が、エッジ検出回路３６１に入力される。
また、クロック生成回路１３５が生成したクロックが、主カウンタ３６２、副カウンタ３６３、第１カウントキャプチャ３６４、第２カウントキャプチャ３６５に入力される。すなわち、主カウンタ３６２、副カウンタ３６３、第１カウントキャプチャ３６４、第２カウントキャプチャ３６５は同じクロックで動作する。
【００４６】
エッジ検出回路３６１には、照射光ＩＬに同期して変化する電圧モニタ１３３の出力信号が入力される。エッジ検出回路３６１は、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち上がりエッジにおいて検出信号ｒｅを出力する。検出信号ｒｅは、イネーブル信号ＥＮとして第１カウントキャプチャ３６４に入力される。また、エッジ検出回路３６１は、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジにおいて検出信号ｆｅを出力する。検出信号ｆｅは、イネーブル信号ＥＮとして主カウンタ３６２及び第２カウントキャプチャ３６５に入力されると共に、リセット信号ＲＳＴとして副カウンタ３６３に入力される。
【００４７】
主カウンタ３６２は、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジが検出される毎、すなわち検出信号ｆｅが入力される毎にカウントする。主カウンタ３６２のカウント値は、ＣＰＵ１３１の出力信号によってリセットされる。
副カウンタ３６３は、クロックをカウントする。副カウンタ３６３のカウント値は、検出信号ｆｅによってリセットされる。
【００４８】
第１カウントキャプチャ３６４は、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち上がりエッジすなわち検出信号ｒｅが入力されるタイミングで、副カウンタ３６３のカウント値を取得し、保持する。
第２カウントキャプチャ３６５は、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジすなわち検出信号ｆｅが入力されるタイミングで、副カウンタ３６３のカウント値を取得し、保持する。
【００４９】
割り込み生成回路３６６は、例えば、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジが検出される毎、すなわち検出信号ｆｅが入力される毎に、ＣＰＵ１３１に対して割り込み信号を出力する。さらに、割り込み生成回路３６６は、主カウンタ３６２及び副カウンタ３６３のカウント値が所定の値になった場合に、ＣＰＵ１３１に対して割り込み信号を出力してもよい。
【００５０】
ＣＰＵ１３１は、割り込み生成回路３６６が電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジで出力した割り込み信号に応じて、第１カウントキャプチャ３６４が保持する値と第２カウントキャプチャ３６５が保持する値とを取得する。そして、両者の差から電圧モニタ１３３の出力信号（すなわち照射光ＩＬ）のパルス幅を算出する。算出したパルス幅が基準値よりも大きければ、ＣＰＵ１３１は主カウンタ３６２のカウント値をリセットする。すなわち、ＣＰＵ１３１の出力信号は、リセット信号ＲＳＴとして主カウンタ３６２に入力される。
【００５１】
＜タイマ２３６の動作＞
次に、図７を参照して、タイマ２３６の動作について説明する。図７は、タイマ２３６の動作を示すタイミングチャートである。図７の上から順に、主カウンタ３６２のカウント値、副カウンタ３６３のカウント値、第１カウントキャプチャ３６４が保持する値、第２カウントキャプチャ３６５が保持する値、電圧モニタ１３３の出力信号、割り込み生成回路３６６の出力信号（割り込み信号）を示している。
【００５２】
図７に示すように、主カウンタ３６２のカウント値は、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジ毎にカウントされる。図７では、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジにおいて、ＮからＮ＋１にカウントアップされている。
副カウンタ３６３のカウント値は、クロック毎にカウントされ、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジにおいて、リセットされる。図７では、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジにおいて、Ｌから０にリセットされている。
【００５３】
第１カウントキャプチャ３６４は、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち上がりエッジで、副カウンタ３６３のカウント値を取得し、保持する。図７では、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち上がりエッジで、副カウンタ３６３のカウント値Ｍを取得し、保持する。なお、図７では、第１カウントキャプチャ３６４は、カウント値Ｍを取得するまで、カウント値Ｍ’を保持していたものとする。
【００５４】
第２カウントキャプチャ３６５は、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジで、副カウンタ３６３のカウント値を取得し、保持する。図７では、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジで、副カウンタ３６３のカウント値Ｌを取得し、保持する。なお、図７では、第２カウントキャプチャ３６５は、カウント値Ｌを取得するまで、カウント値Ｌ’を保持していたものとする。
【００５５】
割り込み生成回路３６６は、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジで、割り込み信号を出力する。
電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジで、第１カウントキャプチャ３６４が保持する値Ｍと第２カウントキャプチャ３６５が取得する値Ｌとの差（Ｌ−Ｍ）が電圧モニタ１３３の出力信号（すなわち照射光ＩＬ）のパルス幅に相当する。
【００５６】
＜ＣＰＵ１３１の割り込み処理動作＞
次に、図８を参照して、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジでの割り込み信号に応じたＣＰＵ１３１の割り込み処理動作について説明する。図８は、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジでの割り込み信号に応じたＣＰＵ１３１の割り込み処理動作を示すフローチャートである。図８の説明においては、図５〜図７も適宜参照する。
【００５７】
まず、電圧モニタ１３３の出力信号の立ち下がりエッジで割り込み生成回路３６６が出力した割り込み信号を受信すると（ステップＳＴ１）、ＣＰＵ１３１は割り込み処理を行う。何ら限定されないが、例えば、図５に示すように、ＣＰＵ１３１はタイマ２３６から時刻を取得すると共に、入出力ポート１３７を介してセンサ１４からデータを取得してもよい。すなわち、ＣＰＵ１３１は、センサ１４のデータと時刻とを関連付けてセットで取得し、例えばメモリ１３２に記録してもよい。ここで、タイマ２３６の時刻とは、図６に示した主カウンタ３６２及び副カウンタ３６３の値である。
なお、センサ１４から取得したデータと、主カウンタ、副カウンタの値で示される時刻とをセットにしておけば、ＣＰＵ１３１は定期的でなく任意の時刻にランダムにセンサ１４からデータを取得してもよい。
同時に、図６に示すように、ＣＰＵ１３１は第１カウントキャプチャ３６４が保持する値Ａと第２カウントキャプチャ３６５が保持する値Ｂとを取得する（ステップＳＴ２）。
【００５８】
次に、電圧モニタ１３３の出力信号（すなわち照射光ＩＬ）のパルス幅に相当する両者の差（Ｂ−Ａ）を算出し、所定の基準値Ｃよりも大きいか否か判定する（ステップＳＴ３）。差（Ｂ−Ａ）が所定の基準値Ｃよりも大きい場合（ステップＳＴ３ＹＥＳ）、ＣＰＵ１３１は主カウンタ３６２のカウント値をリセットする（ステップＳＴ４）。その後、割り込みをクリアする（ステップＳＴ５）。
【００５９】
他方、差（Ｂ−Ａ）が所定の基準値Ｃ以下である場合（ステップＳＴ３ＮＯ）、ＣＰＵ１３１は主カウンタ３６２のカウント値をリセットすることなく、割り込みをクリアする（ステップＳＴ５）。そのため、主カウンタ３６２のカウント値は、カウントアップされる。
【００６０】
なお、記録されたセンサ１４のデータと時刻は、主カウンタ、副カウンタの値で示される時間に、入出力ポート１３７及び無線送信回路１５を介して無線受信装置４０に送信される。所定の時間は、センサ端末１０毎に割り振られている。
【００６１】
図９は、第２の実施の形態に係るセンサ端末システムにおける照射光ＩＬのパルス波形の一例である。上述の通り、幅が大きいパルスの立ち下がりエッジで、主カウンタ３６２のカウント値がリセットされる。また、図９には示していないが、上述の通り、全てのパルスの立ち下がりエッジで、副カウンタ３６３のカウント値がリセットされる。
【００６２】
例えば、センサ端末システムにおけるセンサ端末１０の数が多い場合、周期Ｔ毎にセンサ１４からデータを取得してサーバ３０へ送信すると、データが通信競合する虞がある。その場合、周期２Ｔや周期３Ｔなどの周期でパルス幅を大きくし、その周期毎にセンサ端末１０からサーバ３０へデータをまとめて送信することによって通信競合を抑制することができる。
【００６３】
図９に示した例では、パルス幅が周期２Ｔ毎に大きくなっている。この場合、センサ１４から取得したデータを一度に２つ送信することになるが、それぞれのデータが時刻とセットになっているため、両者を区別することができる。
【００６４】
（その他の実施の形態）
次に、図１０、図１１を参照して、他の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムについて説明する。図１０、図１１は、それぞれ異なる他の実施の形態に係るセンサ端末及びセンサ端末システムの構成を示す詳細なブロック図である。
【００６５】
図１０に示したセンサ端末１０では、図２に示したセンサ端末１０に対して、電源回路１２の出力に、ダイオード素子１６を介して、一次電池１７が接続されている。詳細には、電源回路１２の出力に、ダイオード素子１６のカソードが接続されている。ダイオード素子１６のアノードに、一次電池１７の正極が接続されており、一次電池１７の負極は接地されている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００６６】
通常、光電池１１による発電が充分であり、ダイオード素子１６のカソード側の電圧の方がダイオード素子１６のアノード側の電圧（すなわち一次電池１７の電圧）よりも高くなる。そのため、センサ端末１０が動作するための電力は、電源回路１２を介して光電池１１から供給される。他方、何らかの原因によって、光電池１１による発電が不足した場合、図１０に示したセンサ端末１０では、ダイオード素子１６を介して一次電池１７からも電力を補うことができる。
【００６７】
また、図２に示したセンサ端末１０では、周期的かつ所定のパルス幅で強度が高くなる照射光ＩＬが照射されている。これに対し、図１０に示したセンサ端末１０では、周期的かつ所定のパルス幅で強度が低くなる照射光ＩＬを照射することができる。光強度が低くなる区間（パルス幅に相当する区間）において、一次電池１７から電力を補うことができる。
なお、図１０に示したセンサ端末１０を第２の実施の形態と組み合わせてもよい。
【００６８】
図１１に示したセンサ端末１０では、図２に示したセンサ端末１０に対して、電源回路１２とグランドとの間に、大容量のコンデンサ１８が接続されている。電源回路１２は、コンデンサ１８に余剰の電力を充電することができる。電圧モニタ１３３は、コンデンサ１８の電圧も監視する。端末制御回路１３は、コンデンサ１８の電圧に基づいて、コンデンサ１８の充電量が飽和しているか否か判断することができる。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００６９】
端末制御回路１３は、コンデンサ１８の電圧が飽和していない場合、センサ端末１０での消費電力を、光電池１１による発電電力よりも小さくすることによって、余剰電力をコンデンサ１８に充電する。充電中にコンデンサ１８に流れる電流も、光電池１１の負荷電流となる。そのため、端末制御回路１３は、端末制御回路１３の消費電力とコンデンサ１８の充電電流とを制御し、光電池１１の負荷電流を一定範囲にすることで、照度による電圧変化を検出できるようにする。
【００７０】
他方、コンデンサ１８の電圧が飽和している場合、コンデンサ１８の充電電流がないため、端末制御回路１３は、第１の実施の形態と同様に光電池１１の負荷電流を制御する。そのため、詳細な説明は省略する。
【００７１】
また、図２に示したセンサ端末１０では、周期的かつ所定のパルス幅で強度が高くなる照射光ＩＬが照射されている。これに対し、図１１に示したセンサ端末１０では、周期的かつ所定のパルス幅で強度が低くなる照射光ＩＬを照射することができる。光強度が低くなる区間（パルス幅に相当する区間）では、不足する電力をコンデンサ１８に充電された電力によって補うことができる。
なお、図１１に示したセンサ端末１０を第２の実施の形態と組み合わせてもよい。
【００７２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７３】
１０            センサ端末
１１            光電池
１２            電源回路
１３            端末制御回路
１４            センサ
１５            無線送信回路
１６            ダイオード素子
１７            一次電池
１８            コンデンサ
２０            照明機器
３０            サーバ
４０            無線受信装置
１３１            ＣＰＵ
１３２            メモリ
１３３            電圧モニタ
１３４            発振回路
１３５            クロック生成回路
１３６、２３６        タイマ
１３７            入出力ポート
３６１            エッジ検出回路
３６２            主カウンタ
３６３            副カウンタ
３６４            第１カウントキャプチャ
３６５            第２カウントキャプチャ
３６６            割り込み生成回路
ＩＢ            内部バス
ＩＬ            照射光
【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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【図１１】
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