(57)【要約】【課題】  データ収集システムにおいて、有線接続された各スレーブの接続順番を容易に把握でき、設置時の負担を軽減すること。【解決手段】  電源ライン１ａと信号ライン１ｂとグランドライン１ｃと位置情報ライン１ｄとからなる複数の接続ケーブル１を介して直列に接続されていると共にセンサ部３を有する複数のスレーブＳ１〜ＳＮと、基端のスレーブＳ１に接続されていると共に、電源部５と送信データを受信する受信部６と交流信号を位置情報ライン１ｄを介してスレーブＳ１〜ＳＮに送る交流信号源７とを有するマスタＭと、末端のスレーブＳＮに接続された終端部Ｅと、を備え、スレーブＳ１〜ＳＮが、位置情報ライン１ｄに接続され電圧を測定するＡ／Ｄコンバータ８と、電圧値と自己のＩＤ情報と計測データとを送信データとしてマスタＭに送信する送信部９と、を備えている。【選択図】図１
2010198511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源ラインと信号ラインとグランドラインと位置情報ラインとからなる複数の接続ケーブルを介して直列に接続されていると共にセンサ部を有する複数のスレーブと、
基端の前記スレーブに前記接続ケーブルを介して接続されていると共に、前記電源ラインに接続され複数の前記スレーブに電力を供給する電源部と前記信号ラインに接続され前記スレーブからの送信データを受信する受信部と前記位置情報ラインと前記グランドラインとの間に接続され交流信号を前記位置情報ラインを介して前記スレーブに送る交流信号源とを有するマスタと、
末端の前記スレーブに接続され前記位置情報ラインと前記グランドラインとをプルダウン抵抗を介して接続する終端部と、を備え、
前記スレーブが、前記位置情報ラインに接続され電圧を測定するＡ／Ｄコンバータと、
前記測定した電圧値と自己のＩＤ情報と前記センサ部が収集した計測データとを前記送信データとして前記信号ラインを介して前記マスタに送信する送信部と、を備えていることを特徴とするデータ収集システム。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ収集システムにおいて、
前記マスタが、受信した前記スレーブの電圧値と予め求めておいた前記位置情報ラインの単位長あたりのインダクタンス及び前記交流信号の単位時間あたりの電流変化量とから、前記マスタと前記スレーブとの間の前記接続ケーブルのケーブル長を算出することを特徴とするデータ収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数箇所に設置されたセンサ部から計測データと共にその位置情報を有線で取得可能なデータ収集システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、温度センサ等のセンサ部を建物や設備の複数箇所に設置して、その計測データを収集するシステムが提案されている。
例えば、特許文献１には、設備に貼り付けられ計測値を無線通信によって送信可能なセンサチップと、センサチップからの計測値を受信してネットワークを介してセンサ情報管理部にアクセスするレシーバと、センサチップを設置する設備に関するデータを地図情報として格納する地図データベースと、現在位置を取得する自位置測定部を有してセンサチップの設置位置を地図データベースに登録するセンサ管理装置と、を有するセンサネットワークシステムが提案されている。
【０００３】
このシステムは、設備に貼り付けたセンサチップと地図情報としての設備との対応付けをセンサ管理装置で簡便に実施することが可能になるものであり、センサチップによって計測されるデータを設備と関連付けて地図情報として閲覧可能とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６４５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記引用文献１記載の技術では、予めＧＰＳ等の自位置測定部によって取得した現在位置を用いてセンサの位置情報（ロケーション）を管理しているが、ＧＰＳ等の位置測定機能が必要であると共に、予め位置情報を登録する必要があり、システムが複雑であると共に位置管理に手間がかかる不都合があった。また、引用文献１では、各センサと無線通信によってデータの送受信を行っているが、無線通信が困難な環境では有線での接続及び通信が要望される場合がある。この場合、センサ部を有する複数のスレーブをＬＡＮケーブル等を介して直列に接続するチェーン接続を行って基端に接続されたマスタへデータを送信する方法があるが、各スレーブの位置情報を取得することができない不都合があった。そのため、スレーブの位置を管理する必要がある場合は、やはり予めスレーブの接続順番や位置を把握する必要があり、設置時の作業負担となってしまう。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、有線接続された各スレーブの接続順番を容易に把握でき、設置時の負担を軽減することができるデータ収集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】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のデータ収集システムは、電源ラインと信号ラインとグランドラインと位置情報ラインとからなる複数の接続ケーブルを介して直列に接続されていると共にセンサ部を有する複数のスレーブと、基端の前記スレーブに前記接続ケーブルを介して接続されていると共に、前記電源ラインに接続され複数の前記スレーブに電力を供給する電源部と前記信号ラインに接続され前記スレーブからの送信データを受信する受信部と前記位置情報ラインと前記グランドラインとの間に接続され交流信号を前記位置情報ラインを介して前記スレーブに送る交流信号源とを有するマスタと、末端の前記スレーブに接続され前記位置情報ラインと前記グランドラインとをプルダウン抵抗を介して接続する終端部と、を備え、前記スレーブが、前記位置情報ラインに接続され電圧を測定するＡ／Ｄコンバータと、前記測定した電圧値と自己のＩＤ情報と前記センサ部が収集した計測データとを前記送信データとして前記信号ラインを介して前記マスタに送信する送信部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
このデータ収集システムでは、スレーブが、交流信号が送られる位置情報ラインに接続され電圧を測定するＡ／Ｄコンバータと、測定した電圧値と自己のＩＤ情報とセンサ部が収集した計測データとを送信データとして信号ラインを介してマスタに送信する送信部と、を備えているので、ケーブル長に応じてインダクタンスが増加すると共に交流信号が減衰し、電圧値が小さくなることでスレーブの接続順番を把握することができる。
すなわち、位置情報ラインのインダクタンスが接続ケーブルのケーブル長に応じて増加することで交流信号が徐々に減衰するため、交流信号の電圧のピークｔｏピーク値も低下する。したがって、マスタに近いスレーブほど電圧値が高く末端ほど電圧値が低くなり、マスタから何番目に接続されているスレーブであるかが送られた電圧値で把握することができる。
【０００９】
また、本発明のデータ収集システムは、前記マスタが、受信した前記スレーブの電圧値と予め求めておいた前記位置情報ラインの単位長あたりのインダクタンス及び前記交流信号の単位時間あたりの電流変化量とから、前記マスタと前記スレーブとの間の前記接続ケーブルのケーブル長を算出することを特徴とする。
すなわち、このデータ収集システムでは、マスタが、受信したスレーブの電圧値と予め求めておいた位置情報ラインの単位長あたりのインダクタンス及び交流信号の単位時間あたりの電流変化量とから、マスタとスレーブとの間の接続ケーブルのケーブル長を算出するので、スレーブの接続順番だけでなく、マスタからのスレーブまでの距離も把握することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るデータ収集システムによれば、スレーブが、交流信号が送られる位置情報ラインに接続され電圧を測定するＡ／Ｄコンバータと、測定した電圧値と自己のＩＤ情報とセンサ部が収集した計測データとを送信データとして信号ラインを介してマスタに送信する送信部と、を備えているので、ケーブル長に応じてインダクタンスが増加すると共に交流信号が減衰し、電圧値が小さくなることでスレーブの接続順番を把握することができる。したがって、各スレーブの接続順番の把握、すなわちロケーションの取得を容易に行うことができ、設置時の負担を軽減することができる。さらに、位置情報ラインの単位長あたりのインダクタンス及び交流信号の単位時間あたりの電流変化量を予め求めておくことで、マスタからの距離も把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るデータ収集システムの一実施形態において、システム全体の構成及び回路を示す構成図である。
【図２】本実施形態において、ロケーション用回路を示す構成図である。
【図３】本実施形態において、シミュレーションによる交流信号の単位時間あたりの電流変化量を示すグラフである。
【図４】本実施形態において、シミュレーションによる各スレーブの電圧変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るデータ収集システムの一実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。
【００１３】
本実施形態のデータ収集システムは、図１及び図２に示すように、電源ライン１ａと信号ライン１ｂとグランドライン１ｃと位置情報ライン１ｄとからなる複数の接続ケーブル１を介して直列に接続されていると共にセンサ部３を有する複数のスレーブＳ１〜ＳＮと、基端のスレーブＳ１に接続ケーブル１を介して接続されていると共に、電源ライン１ａに接続され複数のスレーブＳ１〜ＳＮに電力を供給する電源部５と信号ライン１ｂに接続されスレーブＳ１〜ＳＮからの送信データを受信する受信部６と位置情報ライン１ｄとグランドライン１ｃとの間に接続され交流信号を位置情報ライン１ｄを介してスレーブＳ１〜ＳＮに送る交流信号源７とを有するマスタＭと、末端のスレーブＳＮに接続され位置情報ライン１ｄとグランドライン１ｃとをプルダウン抵抗ＰＲを介して接続する終端部Ｅと、を備えている。
【００１４】
上記スレーブＳ１〜ＳＮは、位置情報ライン１ｄに接続され電圧を測定するＡ／Ｄコンバータ８と、測定した電圧値と自己のＩＤ情報とセンサ部３が収集した計測データとを送信データとして信号ライン１ｂを介してマスタＭに送信する送信部９と、を備えている。
【００１５】
なお、本実施形態では、スレーブＳ１〜ＳＮが１番目からＮ番目までＮ個接続されているものとする。
また、上記スレーブＳ１〜ＳＮのＩＤ情報は、例えばシリアルＩＤである。
上記センサ部３は、例えば温度センサ、湿度センサ又はガスセンサなどであって、設置箇所の温度、湿度又はガス濃度などを計測して送信部９へ出力する機能を有している。
【００１６】
上記Ａ／Ｄコンバータ８は、測定した電圧出力をＡ／Ｄ変換してＡ／Ｄ値を電圧値とすると共に送信部９へ送る機能を有している。
上記送信部９は、センサ部３からの計測出力をＡ／Ｄ変換してＡ／Ｄ値を計測データとするセンサ用コンバータを備えており、このＡ／Ｄ値を計測データとして上記電圧値及び自己のＩＤ情報と共に信号ライン１ｂから送信する機能を有している。なお、送信部９では、センサ部３から定期的に収集した計測データを送信するように設定されている。
なお、上記Ａ／Ｄコンバータ８及び送信部９は、スレーブ用ＩＣ１０として一体化されている。
【００１７】
また、スレーブＳ１〜ＳＮ間に接続される接続ケーブル１は、ＬＡＮケーブル等であって、それぞれ一定の長さに設定されている。
特に、このデータ収集システムは、全体が直線状に配設可能な場所や設備に好適である。例えば、光ケーブル、ガス管、水道管、電力線など設置した配管や地下道、ビニールハウスや畑等の土壌の温度管理などのセンサ群が直線的に設置される場合において、無人のセンシングデータ収集技術としても好適である。
【００１８】
上記マスタＭは、例えばパーソナルコンピュータ等であって、受信した各スレーブＳ１〜ＳＮにおける電圧値とＩＤ情報と計測データとから、各スレーブＳ１〜ＳＮの位置情報（ロケーション）、すなわち各スレーブＳ１〜ＳＮが何番目に接続されているかを割り出し、スレーブＳ１〜ＳＮのＩＤ情報及び計測データと共に記憶すると共にこれらをディスプレイ（図示略）に表示する機能を有している。
【００１９】
また、マスタＭは、異常な計測データを送信したセンサ部３に関してディスプレイ上に地図データ及び接続順番と共に当該センサ部３の色を変えて表示するプログラムを有し、容易に異常場所を把握可能な監視装置としても機能する。
さらに、マスタＭは、受信部６で受信したスレーブＳ１〜ＳＮの電圧値と予め求めておいた位置情報ライン１ｄの単位長あたりのインダクタンスＬ及び交流信号の単位時間あたりの電流変化量とから、マスタＭと各スレーブＳ１〜ＳＮとの間の接続ケーブル１のケーブル長を算出する演算機能を有している。
【００２０】
次に、スレーブＳ１〜ＳＮの位置情報及びマスタＭからの距離の算出方法について説明する。
【００２１】
スレーブＳ１〜ＳＮの位置情報は、スレーブＳ１〜ＳＮで測定された電圧値で求められる。図２に示すように、位置情報ライン１ｄによるロケーション用回路のみを抜き出して図示すると、直列接続された各スレーブＳ１〜ＳＮにおけるインダクタンスＬ１〜ＬＮは位置情報ライン１ｄの長さに応じて増加することがわかる。すなわち、位置情報ライン１ｄのインダクタンスＬが接続ケーブル１のケーブル長に応じて増加することで交流信号が徐々に減衰するため、交流信号の電圧のピークｔｏピーク値も低下する。したがって、マスタＭに近いスレーブＳ１〜ＳＮほど電圧値が高く末端ほど電圧値が低くなり、マスタＭから何番目に接続されているスレーブＳ１〜ＳＮであるかが送られた電圧値で把握することができる。
【００２２】
また、マスタＭでは、受信部６で受信したスレーブＳ１〜ＳＮの電圧値と予め求めておいた位置情報ライン１ｄの単位長あたりのインダクタンスＬ０及び交流信号の単位時間あたりの電流変化量とから、マスタＭから各スレーブＳ１〜ＳＮまでの距離を以下の演算処理によって求める。
【００２３】
すなわち、インダクタンスＬの両端に発生する逆起電力Ｖは、以下の式（１）で表される。
【数１】
2010198511.tif 000003
ｄｉ／ｄｔ：単位時間あたりの電流変化量
【００２４】
また、上記式（１）によりｎ番目のスレーブＳ１〜ＳＮの逆起電力Ｖｅは、以下の式（２）で表される。
【数２】
2010198511.tif 000004
Ｌｎ：ｎ番目のスレーブまでの合計インダクタンス[Ｈ]
Ｖｅ：ｎ番目のスレーブの逆起電力[Ｖ]
【００２５】
さらに、ｎ番目のスレーブＳ１〜ＳＮで計測された電圧値Ｖｎは、以下の式（３）で表される。
【数３】
2010198511.tif 000005
Ｖｎ：スレーブｎ番目の測定した電圧値[Ｖ]
Ｖｓ：マスタ（交流信号源）の電圧印加
【００２６】
よって、式（３）に式（２）を代入すると、以下の式（４）で表される。
【数４】
2010198511.tif 000006
【００２７】
また、マスタＭからｎ番目のスレーブＳ１〜ＳＮまでの距離Ｄｎは、ｎ番目のスレーブまでの合計インダクタンスＬｎを単位長あたりのインダクタンスＬ０で割れば求まるので、以下の式（５）で表される。
【数５】
2010198511.tif 000007
Ｄｎ：マスタからスレーブｎ番目の距離[ｍ]
Ｌ０：単位長あたりのインダクタンス[Ｈ／ｍ]
【００２８】
したがって、マスタＭからｎ番目のスレーブＳ１〜ＳＮまでの距離は、式（４）と式（５）とにより下記の式（６）で求められる。
【数６】
2010198511.tif 000008
この式（６）による演算をマスタＭで行うことにより、マスタＭからｎ番目のスレーブＳ１〜ＳＮまでの距離Ｄｎが求まる。
【００２９】
例えば、マスタＭの交流信号源７から、図３に示すような交流信号を位置情報ライン１ｄに送信した場合についてシミュレーションを行うと、マスタＭ、スレーブＳ１、スレーブＳ２及びスレーブＳ３では、図４に示すような電圧となる。このシミュレーションからわかるように、マスタＭからの距離に応じて、スレーブＳ１、スレーブＳ２、スレーブＳ３の順に交流信号の電圧のピークｔｏピーク値が小さくなる。したがって、この電圧値からスレーブＳ１〜ＳＮの接続順番が把握でき、さらに、上述したようにこの電圧値の減少量に基づいてマスタＭからの距離も算出することが可能である。
【００３０】
このように本実施形態のデータ収集システムでは、スレーブＳ１〜ＳＮが、交流信号が送られる位置情報ライン１ｄに接続され電圧を測定するＡ／Ｄコンバータ８と、測定した電圧値と自己のＩＤ情報とセンサ部３が収集した計測データとを送信データとして信号ライン１ｂを介してマスタＭに送信する送信部９と、を備えているので、ケーブル長に応じてインダクタンスＬが増加すると共に交流信号が減衰し、電圧値が小さくなることでスレーブＳ１〜ＳＮの接続順番を把握することができる。
【００３１】
さらに、マスタＭが、受信したスレーブＳ１〜ＳＮの電圧値と予め求めておいた位置情報ライン１ｄの単位長あたりのインダクタンスＬ０及び交流信号の単位時間あたりの電流変化量ｄｉ／ｄｔとから、マスタＭと各スレーブＳ１〜ＳＮとの間の接続ケーブル１のケーブル長を算出するので、スレーブＳ１〜ＳＮの接続順番だけでなく、マスタＭからのスレーブＳ１〜ＳＮまでの距離も把握することができる。
【００３２】
なお、スレーブＳ１〜ＳＮは、接続に関して極性が無いため、スレーブＳ１〜ＳＮをいずれの向きで位置情報ライン１ｄに接続してもインダクタンスＬ、すなわちＡ／Ｄコンバータ８で得られる電圧値が同じである。したがって、設置時に端子の極性を考慮せずに接続することができ、この点でも設置作業が容易である。
【００３３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１…接続ケーブル、１ａ…電源ライン、１ｂ…信号ライン、１ｃ…グランドライン、１ｄ…位置情報ライン、３…センサ部、５…電源部、６…受信部、７…交流信号源、８…Ａ／Ｄコンバータ、９…送信部、Ｅ…終端部、Ｍ…マスタ、ＰＲ…プルダウン抵抗、Ｓ１〜ＳＮ…スレーブ
【図１】
2010198511.tif 000009
【図２】
2010198511.tif 000010
【図３】
2010198511.tif 000011
【図４】
2010198511.tif 000012