(57)【要約】【課題】センサノードにおいて電池の消耗を抑制しながらも生体情報の測定精度を向上させる。【解決手段】センサを駆動して生体情報を測定する制御装置を備えたセンサノードにおける生体情報の測定方法であって、制御装置が生体の動きを検出する加速度センサに電池からの電力を供給して生体の動きを検出し、前記制御装置が、前記検出した生体の動きに基づいて脈拍センサによる測定が可能であるか否かを判定し（Ｐ３３０）、前記判定結果が、測定可能であるときには脈拍センサよりも消費電力の小さい加速度センサへの電力を遮断した後に、加速度センサよりも消費電力の大きい脈拍センサへ電力を供給して生体情報を測定する（Ｐ３４０）。【選択図】図２６
2006312010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサを駆動して生体情報を測定する制御装置と、
前記制御装置が取得した生体情報を送信する無線通信回路と、
前記制御装置と無線通信回路及びセンサに電力を供給する電池と、
を備えて生体に装着されるセンサノードの制御装置であって、
前記センサは、生体の動きを検出する第１のセンサと、生体情報を測定する第２のセンサとから構成され、
前記制御装置は、
前記第１のセンサに電池からの電力を供給して生体の動きを検出し、この生体の動きに基づいて第２のセンサによる測定が可能であるか否かを判定する測定開始判定部と、
前記測定開始判定部の判定結果が、測定可能であるときには前記第１のセンサへの電力を遮断した後に、第２のセンサに前記電力の供給を開始して生体情報を測定する生体情報測定部と、
を有し、
前記第１のセンサの消費電力が、前記第２のセンサの消費電力よりも小さいことを特徴とするセンサノードの制御装置。
【請求項２】
前記生体情報測定部は、前記第２のセンサの測定状態が最適となるように第２のセンサの状態を調整する調整部を含み、
前記調整部は、第２のセンサの測定結果がセンサノードの装着状態を示すときに測定を継続する一方、前記第２のセンサの測定結果がセンサノードの非装着状態を示すときには測定を停止して、前記第２のセンサへの電力を遮断することを特徴とする請求項１に記載のセンサノードの制御装置。
【請求項３】
前記第２のセンサは、生体の皮下の血流から脈拍を測定する発光素子と受光素子とから構成され、
前記調整部は、前記発光素子の光量を徐々に増大して前記光量を最適化し、前記受光素子の測定開始後のセンサデータに基づいて、当該センサノードが装着状態または非装着状態のいずれであるかを判定することを特徴とする請求項２に記載のセンサノードの制御装置。
【請求項４】
前記第１のセンサは、生体の動きを加速度に基づいて検出する加速度センサで構成され、
測定開始判定部は、前記加速度の検出値がしきい値未満のときに第２のセンサによる生体情報の測定が可能であると判定することを特徴とする請求項１に記載のセンサノードの制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記センサ及び無線通信回路を制御するマイクロコンピュータと、
予め設定した周期で前記マイクロコンピュータに割り込みをかけるクロック回路と、を含み、
前記マイクロコンピュータはクロック回路から割り込みがあるまでスタンバイ状態で待機し、前記クロック回路から割り込みがあると前記マイクロコンピュータを起動して前記第１のセンサへ電力の供給を開始することを特徴とする請求項１に記載のセンサノードの制御装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記生体情報を測定した後に、前記第２のセンサへの電力を遮断してから、前記無線通信回路に電力を供給して前記測定した生体情報を送信する通信処理部を含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサノードの制御装置。
【請求項７】
前記通信処理部は、
前記生体情報を送信した後に、当該センサノードへの情報を受信し、前記受信完了後に前記無線通信回路への電力を遮断することを特徴とする請求項１に記載のセンサノードの制御装置。
【請求項８】
前記制御装置は、
緊急時に送信を行うためのスイッチを有し、当該スイッチが操作されてから予め設定した時間後に再度スイッチ操作の有無を判定し、当該判定でスイッチ操作があれば無線通信回路に電力を供給して緊急の通信を行うことを特徴とする請求項５に記載のセンサノードの制御装置。
【請求項９】
生体に装着されたセンサノードのセンサから生体情報を測定する処理をマイクロコンピュータに実行させるプログラムであって、
生体の動きを検出する第１のセンサに電池からの電力を供給して生体の動きを検出する手順と、
前記検出した生体の動きに基づいて第２のセンサによる測定が可能であるか否かを判定する手順と、
前記判定結果が、測定可能であるときには第２のセンサよりも消費電力の小さい前記第１のセンサへの電力を遮断した後に、前記第１のセンサよりも消費電力の大きい第２のセンサへ電力を供給して生体情報を測定する手順と、
をマイクロコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
前記生体情報を測定する手順は、
第２のセンサの測定結果がセンサノードの装着状態を示すときに測定を継続する一方、前記第２のセンサの測定結果がセンサノードの非装着状態を示すときには測定を停止して、前記第２のセンサへの電力を遮断することを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【請求項１１】
前記第２のセンサは、生体の皮下の血流から脈拍を測定する発光素子と受光素子とから構成され、
前記生体情報を測定する手順は、
前記発光素子の光量を徐々に増大して前記光量を最適化する手順と、
前記受光素子の測定開始後のセンサデータに基づいて、当該センサノードが装着状態または非装着状態のいずれであるかを判定する手順と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【請求項１２】
前記第１のセンサは、生体の動きを加速度に基づいて検出する加速度センサで構成され、
前記判定する手順は、
前記加速度の検出値がしきい値未満のときに第２のセンサによる生体情報の測定が可能であると判定することを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【請求項１３】
前記センサノードは、予め設定した周期で前記マイクロコンピュータに割り込みをかけるクロック回路を有し、
前記生体の動きを検出する手順は、
前記クロック回路から割り込みがあるまでスタンバイ状態で待機する手順と、
前記クロック回路から割り込みがあると当該マイクロコンピュータを起動して前記第１のセンサへ電力の供給を開始する手順と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【請求項１４】
前記生体情報を測定した後に、前記第２のセンサへの電力を遮断する手順と、
無線通信回路に電力を供給して前記測定した生体情報を送信する手順と、
をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【請求項１５】
前記生体情報を送信する手順は、
前記生体情報を送信した後に、当該センサノードへの情報を受信し、前記受信完了後に前記無線通信回路への電力を遮断することを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【請求項１６】
前記センサノードは、緊急時に送信を行うためのスイッチを有し、
当該スイッチが操作されてから予め設定した時間が経過するまで待機する手順と、
前記予め設定した時間が経過した後に、再度スイッチ操作の有無を判定する手順と、
当該判定でスイッチ操作があれば無線通信回路に電力を供給して緊急の通信を行う手順と、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載のプログラム。
【請求項１７】
センサを駆動して生体情報を測定する制御装置を備えたセンサノードにおける生体情報の測定方法であって、
前記制御装置が生体の動きを検出する第１のセンサに電池からの電力を供給して生体の動きを検出するステップと、
前記制御装置が、前記検出した生体の動きに基づいて第２のセンサによる測定が可能であるか否かを判定するステップと、
前記判定結果が、測定可能であるときには第２のセンサよりも消費電力の小さい前記第１のセンサへの電力を遮断した後に、前記第１のセンサよりも消費電力の大きい第２のセンサへ電力を供給して生体情報を測定するステップと、
を含むことを特徴とする生体情報の測定方法。
【請求項１８】
前記生体情報を測定するステップは、
第２のセンサの測定結果がセンサノードの装着状態を示すときに測定を継続する一方、前記第２のセンサの測定結果がセンサノードの非装着状態を示すときには測定を停止して、前記第２のセンサへの電力を遮断することを特徴とする請求項１７に記載の生体情報の測定方法。
【請求項１９】
前記第２のセンサは、生体の皮下の血流から脈拍を測定する発光素子と受光素子とから構成され、
前記生体情報を測定するステップは、
前記発光素子の光量を徐々に増大して前記光量を最適化するステップと、
前記受光素子の測定開始後のセンサデータに基づいて、当該センサノードが装着状態または非装着状態のいずれであるかを判定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の生体情報の測定方法。
【請求項２０】
前記第１のセンサは、生体の動きを加速度に基づいて検出する加速度センサで構成され、
前記判定するステップは、
前記加速度の検出値がしきい値未満のときに第２のセンサによる生体情報の測定が可能であると判定することを特徴とする請求項１７に記載の生体情報の測定方法。
【請求項２１】
前記制御装置は、センサを制御するマイクロコンピュータと、予め設定した周期で前記マイクロコンピュータに割り込みをかけるクロック回路とを有し、
前記生体の動きを検出するステップは、
前記クロック回路から割り込みがあるまでスタンバイ状態で前記マイクロコンピュータを待機するステップと、
前記クロック回路から割り込みがあると前記マイクロコンピュータを起動して前記第１のセンサへ電力の供給を開始するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の生体情報の測定方法。
【請求項２２】
前記制御装置が、前記生体情報を測定した後に、前記第２のセンサへの電力を遮断するステップと、
無線通信回路に電力を供給して前記測定した生体情報を送信するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の生体情報の測定方法。
【請求項２３】
前記生体情報を送信するステップは、
前記生体情報を送信した後に、当該センサノードへの情報を受信し、前記受信完了後に前記無線通信回路への電力を遮断することを特徴とする請求項１７に記載の生体情報の測定方法。
【請求項２４】
前記制御装置は、緊急時に送信を行うためのスイッチを有し、
当該スイッチが操作されてから予め設定した時間が経過するまで待機するステップと、
前記予め設定した時間が経過した後に、再度スイッチ操作の有無を判定するステップと、
当該判定でスイッチ操作があれば無線通信回路に電力を供給して緊急の通信を行うステップと、
を含むことを特徴とする請求項２１に記載の生体情報の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサネットで利用可能な無線通信機能付きのセンサノードの改良に関し、特に人体に装着可能なセンサノードに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、センサに無線通信機能を有する小型の電子回路を付加して、現実世界の様々な情報をリアルタイムに情報処理装置に取り込むネットワークシステム（以下、センサネットという）が検討されている。センサネットには幅広い応用が考えられており、例えば、無線回路、プロセッサ、センサ、電池を集積した小型電子回路により、脈拍等の生体情報を常時モニタし、モニタ結果は無線通信により診断装置等に送信され、モニタ結果に基づいて健康状態を判定するといったような医療応用も考えられている（例えば、特許文献１〜７）。
【０００３】
センサネットを広く実用化するためには、無線通信機能、センサ、および、電池等の電源を搭載する電子回路（以下、センサノードという）を、長時間に渡ってメンテナンスフリー、かつセンサデータを送信し続けられるものとし、かつ外形も小型化することが重要になる。このため、超小型でどこにでも設置できるセンサノードの開発が進められている。現段階では、実用上、１年程度の期間、電池交換をせずに使用可能であることが、メンテナンスコストおよび使い勝手の両面から必要と考えられている。
【特許文献１】特開２０００−０４１９５２号
【特許文献２】特開２００１−０７０２６６号
【特許文献３】特開２００３−１１８４２１号
【特許文献４】特開２００４−２７５２７２号
【特許文献５】特開平０９−０７５３１１号
【特許文献６】特開平０９−１１３６５３号
【特許文献７】特開２００３−０００５５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のセンサノードでは、定期的にセンサを駆動してセンサデータを収集する構成となっている（例えば、特許文献５）。
【０００５】
脈拍などの生体情報を収集するセンサノードでは常時人体に装着する必要があるが、例えば、発光素子と受光素子により血流の変化を検出して脈拍を測定する場合では、人体が動いているときには正確な測定を行うことができない。
【０００６】
しかし、上記従来のセンサノードでは、所定の測定タイミングになるとセンサを駆動して測定を開始することになり、このとき、人体が動いていれば測定不能あるいは精度の低いセンサデータを収集することになり、いずれにしろデータとして利用することができないにもかかわらず電池を消耗する、という問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電池の消耗を抑制しながらも生体情報の測定精度を向上させることが可能なセンサノード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】
【０００８】
本発明は、センサを駆動して生体情報を測定する制御装置を備えたセンサノードにおける生体情報の測定方法であって、前記制御装置が生体の動きを検出する第１のセンサに電池からの電力を供給して生体の動きを検出し、前記制御装置が、前記検出した生体の動きに基づいて第２のセンサによる測定が可能であるか否かを判定し、前記判定結果が、測定可能であるときには第２のセンサよりも消費電力の小さい前記第１のセンサへの電力を遮断した後に、前記第１のセンサよりも消費電力の大きい第２のセンサへ電力を供給して生体情報を測定する。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明は、消費電力の大きな第２のセンサを駆動すべきか否かを、消費電力の小さい第１のセンサの測定結果により判断することで、正確な生体情報の測定を行うことが可能な状態以外では、測定を行うことがないので第２のセンサの駆動を禁止して無駄な電力消費を回避でき、電池の消耗を回避することが可能となって、センサノードの長期間の作動を保証できるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明を腕輪型（または腕時計型）のセンサノードＳＮ１に適用した例を示す正面図である。このセンサノードＳＮ１は主に装着者の脈拍を測定する。
【００１２】
＜センサノードの概要＞
四辺を有する方形のケースＣＡＳＥ１の中央には、メッセージなどを表示する表示装置ＬＭｏｎ１が配置される。なお、表示装置ＬＭｏｎ１としては液晶表示装置などを採用することができる。そして、腕時計における１２時方向のケースＣＡＳＥ１端部である第１辺から腕時計における６時方向のケースＣＡＳＥ１端部であり第１辺と対向する第２辺には、センサノードＳＮ１を腕に固定するためのバンドＢＡＮＤ１が取り付けられる。なお、図１ではセンサノードＳＮ１を左腕（ＷＲＩＳＴ１）に装着した状態を示し、以下、腕時計における１２時方向をケースＣＡＳＥ１の上方と言い、腕時計における６時方向をケースＣＡＳＥ１の下方という。
【００１３】
ケースＣＡＳＥ１の下端のバンドＢＡＮＤ１と表示装置ＬＭｏｎ１の間には、緊急スイッチＳＷ１と測定スイッチＳＷ２が腕の長さ方向に沿うように、後述する基板ＢＯ２に配置され、ケースＣＡＳＥ１の表面に露出しており、装着者により操作可能となっている。なお、スイッチＳＷ１は、例えば、装着者が緊急時に操作することで外部に緊急を通知し、スイッチＳＷ２は、生体情報（脈拍等）を測定する場合や、表示装置ＬＭｏｎ１からの問いかけなどに対して装着者が応答する際などに操作されるものである。これらのスイッチとしては、典型的には押しボタンタイプのスイッチが使用可能であるが、その他のタイプのスイッチも使用可能である。
【００１４】
そして、ケースＣＡＳＥ１の上端のバンドＢＡＮＤ１と表示装置ＬＭｏｎ１の間には、ケースＣＡＳＥ１の内部の基板（第１の基板）ＢＯ２上にアンテナＡＮＴ１が配置される。このアンテナＡＮＴ１は、例えば、いわゆる高誘電体を使用したチップ型誘電体アンテナである。
【００１５】
センサノードＳＮ１は、脈拍を測定する脈拍センサ、体温または周囲温度を測定する温度センサ、装着者（生体）の動きを検出するセンサ、典型的には加速度センサを後述するように備える。なお、加速度センサに限らずに、動きを検出可能なセンサならば他のタイプのセンサも使用可能である。
【００１６】
図２は、ケースＣＡＳＥ１の底面に配置した脈拍センサの配置を示す説明図である。本発明の腕輪型センサノードＳＮ１で使用する脈拍センサは赤外線発光ダイオードと受光素子としてのフォトトランジスタで構成される。なお、受光素子としては、フォトトランジスタ以外にもフォトダイオードも使用可能である。ケースＣＡＳＥ１の底面に設けた３つの開口部Ｈ１〜Ｈ３に、一対の赤外線発光ダイオード（発光素子）ＬＥＤ１、ＬＥＤ２とフォトトランジスタ（受光素子）ＰＴ１を設け、各素子が皮膚と対向するように配置され、脈拍センサを構成する。
【００１７】
この脈拍センサは、赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２で発生させた赤外光を皮下の血管に照射し、血流変動による血管からの散乱光の強度変化をフォトトランジスタＰＴ１にて検知し、その強度変化の周期から脈拍を推定する。
【００１８】
ここで、ケースＣＡＳＥ１の底面の、ケースＣＡＳＥ１の上下方向（腕時計における１２時と６時）を結ぶ線の中央部で直交する軸線ａｘに沿って赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２とフォトトランジスタＰＴ１が並ぶよう赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２とフォトトランジスタＰＴ１とを後述する基板ＢＯ３上に配置し、さらに、フォトトランジスタＰＴ１を挟むように赤外線発光ダイオードＬＥＤ１とＬＥＤ２の間にフォトトランジスタＰＴ１を配置する。
【００１９】
つまり、安定して脈拍を取得するためには、効率良く血流変動を捕らえる事が重要となる。図２に示す本発明に特有な配置、すなわち、赤外線発光ダイオードＬＥＤ１とＬＥＤ２及びフォトトランジスタＰＴ１を一直線に配置する事により、本腕輪型センサノードＳＮ１を腕に装着した際に、腕を流れる血管に、つまり、血管内の血流に沿った形で、ＬＥＤ１、２とフォトトランジスタ列を配置する事が可能となる。さらに、図２に示すように、腕輪型センサノードＳＮの中心に、これらの赤外ＬＥＤ１、２およびフォトトランジスタＰＴ１を配置することにより、ユーザ（装着者）が動いた場合にも、赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２およびフォトトランジスタＰＴ１を、腕、つまり、センシング対象の血管に密着させる事が可能となる。その結果、安定して、血流変動による赤外散乱光の強度変動を効率よくフォトトランジスタＰＴ１によって捕らえる事が可能となる。
【００２０】
＜センサネットの概要＞
図３は、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１を使用して、健康管理センサネットシステムを構築した例を示すシステム構成図である。
【００２１】
図３において、ＳＮ１〜ＳＮ３が本発明の腕輪型センサノードである。例えば、ユーザの健康状態をモニタする目的で、ユーザの腕に装着される。これら腕輪型センサノードＳＮ１〜ＳＮ３は、無線ＷＬ１〜ＷＬ３により、基地局ＢＳ１０と無線通信を行う。各センサノードＳＮ１〜３は、センシングした温度や脈拍等のデータを基地局ＢＳ１０に送信する。
【００２２】
基地局ＢＳ１０は、アンテナＡＮＴ１０、無線通信インタフェースＲＦ１０、プロセッサＣＰＵ１０、メモリＭＥＭ１０、二次記憶装置ＳＴＲ１０、表示装置ＤＩＳＰ１０、ユーザインタフェース装置ＵＩ１０、および、ネットワークインタフェースＮＩ１０から構成される。このうち、二次記憶装置ＳＴＲ１０は、典型的には、ハードディスク等で構成される。また、表示装置ＤＩＳＰ１０はＣＲＴ等で構成される。ユーザインタフェース装置ＵＩ１０は、典型的には、キーボード／マウス等である。
【００２３】
なお、基地局ＢＳ１０は、センサノードＳＮ１〜３との無線通信以外にも、例えば、ネットワークインタフェースＮＩ１０経由で、広域ネットワーク網ＷＡＮ１０を介して、遠隔地にある管理サーバＳＶ１０とも通信可能である。管理サーバＳＶ１０は、ＣＰＵ２０とメモリＭＥＭ２０と二次記憶装置ＤＢ２０及びネットワークインタフェースＮＩ２０を備え、基地局ＢＳ１０から収集したセンサデータをデータベースなどを用いて管理する。なお、広域ネットワーク網ＷＡＮ１０には、典型的には、インターネット等が使用可能である。
【００２４】
図４は、図３の健康管理センサネットシステムにて各センサノードＳＮ１〜３から基地局に送信されるセンサデータの構成例を示し、基地局ＢＳ１０の二次記憶装置ＳＴＲ１０に格納されたセンサデータの例を示す。
【００２５】
各センサノードＳＮ１〜３のセンサデータには、センサノードＳＮ１〜３の識別子（センサノードＩＤ）と、各センサノードＳＮ１〜３が測定する温度、加速度、脈拍のセンサＩＤをセンサ毎に有しており、基地局ＢＳ１０は、センサノードＩＤとセンサＩＤ毎に測定値と測定時刻等を収集し、二次記憶装置ＳＴＲ１０に格納する。そして、定期的あるいは管理サーバＳＶ１０の要求に応じて測定したセンサデータを送信する。
【００２６】
＜センサノードの構成＞
図５は、センサノードＳＮ１の内部を構成する基板ユニットの配置を示す図で、基板ユニットは、アンテナＡＮＴ１や表示装置ＬＭｏｎ１を取り付けたマザーボードＢＯ２を中心に、計３枚の基板ＢＯ１〜ＢＯ３で構成され、図１に示したケースＣＡＳＥ１の内部に収容される。
【００２７】
図５（Ｂ）の正面図において、マザーボードＢＯ２の上方（腕時計における１２時方向）左側にはアンテナＡＮＴ１が配置され、中央部には表示装置ＬＭｏｎ１が配置され、緊急スイッチＥＳＷ１（図１のＳＷ１）と測定スイッチＧＳＷ１（図１のＳＷ２）がマザーボードＢＯ２の下方（腕時計における６時方向）に配置される。そして、マザーボードＢＯ２の背面には電池ＢＡＴ１、と脈拍センサを設けた基板（第３の基板）ＢＯ３と、マイクロコンピュータ（制御装置）及び通信チップを設けた基板ＢＯ１が取り付けられる（（Ｃ）底面図、（Ｄ）背面図、（Ｅ）右側面図、参照）。なお、マザーボードＢＯ２の上方は、ケースＣＡＳＥ１の上方と一致する。
【００２８】
このマザーボードＢＯ２は、表示装置ＬＭｏｎ１、基板ＢＯ１、ＢＯ３を取り付けた状態で、図１に示したケースＣＡＳＥ１に組み込まれる。ケースＣＡＳＥ１内では、マザーボードＢＯ２の上方とケースＣＡＳＥ１の上方が一致するように組み込まれる。
【００２９】
つまり、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、マザーボードＢＯ２上の表面側（図１のケースＣＡＳＥ１の正面側）に、図５（Ｂ）の正面図の下方からから上方、つまり、本腕輪型センサノードＳＮ１を装着したユーザ（装着者）の人体の近くから遠ざかる順に、緊急スイッチＥＳＷ１、測定スイッチＧＳＷ１、表示装置ＬＭｏｎ１、アンテナＡＮＴ１、と配置する点に特徴がある。
【００３０】
まず第１に、ユーザの視認性の観点から、表示装置ＬＭｏｎ１は図１にも示したように、腕輪型センサノードＳＮ１の中心に配置するのが好ましい。第２に、緊急スイッチＥＳＷ１／測定スイッチＧＳＷ１の操作性の観点から、表示装置ＬＭｏｎ１を見ながらの操作可能となる配置が好ましい。つまり、表示装置ＬＭｏｎ１の下（腕時計における６時方向）、すなわち、人体側にこれらのスイッチＥＳＷ１、ＧＳＷ１を配置した本発明の配置が好ましい。第３に、アンテナＡＮＴ１は無線通信感度が最大になる位置に配置するのが好ましい。
【００３１】
一方、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１に内蔵可能なアンテナは、ケースＣＡＳＥ１のサイズの制約から、いわゆる高誘電体を使用したチップ型誘電体アンテナである。チップ型誘電体アンテナは、周知の通り、アンテナと垂直方向に指向性がある。
【００３２】
具体的には、図５（Ｂ）の正面図においては、アンテナＡＮＴ１は、紙面の上下方向（腕時計における１２時方向と６時方向）に指向性を有する。このため、アンテナＡＮＴ１を、図５に示す配置とは逆に、緊急スイッチＳＷ１／測定スイッチＳＷ２側に実装すると、表示装置ＬＭｏｎ１が障害物となり、無線通信感度が大幅に劣化してしまう。また、アンテナＡＮＴ１は、図５（Ｂ）の紙面で下方向（人体側）にも無線電波は指向性を有するが、腕および人体は、センサノードＳＮ１が無線通信で使用する２．４ＧＨｚ帯（特に限定するものではない）の無線信号から見るとグランド電位であり、無線電波を透過しない。このため、アンテナＡＮＴ１をケースＣＡＳＥ１の下側に実装すると、人体に近づくため無線通信感度が著しく劣化してしまう。したがって、無線通信感度が最大となるケースＣＡＳＥ１の上方に位置するようにアンテナＡＮＴ１を配置するのが最適な配置である。
【００３３】
さらに、右利きのユーザが装着する例が高い左腕に腕輪型センサノードＳＮ１を装着することを考慮すると、図５（Ｂ）でケースＣＡＳＥ１の上部右側にアンテナＡＮＴ１を配置した場合、左手の甲の影響を受けて無線通信感度が低下する。このため、図示のように、ケースＣＡＳＥ１の上部左側にアンテナＡＮＴ１を配置することで、左腕の甲から離れた位置に配置でき、無線通信感度を向上させることができる。なお、左利きの場合には右手に装着するのでアンテナはケース上部の右側にすることにより右手の甲の影響を低減してアンテナの指向性を向上させることが可能である。また、女性にみられるような、表示装置を掌と同じ面に向けて装着する方法では甲より掌に影響されるが、上記のようにアンテナがケースの上方に配置されるよう、基板の上部に配置することにより掌による影響を低減することが可能となる。  次に、マザーボードＢＯ２の背面には、脈拍センサを構成する赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２とフォトトランジスタＰＴ１が、図２の軸線ａｘに沿うように直列的に基板ＢＯ３上に配置される。図２で説明したように、これら赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２及びフォトトランジスタＰＴ１は、ケースＣＡＳＥ１に設けた開口部（Ｈ１〜Ｈ３）から皮膚と対向するように設置され、この基板ＢＯ３はマザーボードＢＯ２の背面に支持される。なお、図５（Ｅ）において、表示装置ＬＭｏｎ１側がケースＣＡＳＥ１の表面側であり、基板Ｂｏ１及びＢＯ３側がケースＣＡＳＥ１の底面側となる。また、マザーボードＢＯ２に支持された表示装置ＬＭｏｎ１及び緊急スイッチＳＷ１、操作スイッチＳＷ２はケースＣＡＳＥ１の表面側に配置し、各々にカバーを設けることによってケース表面への露出を防止する構造（図示省略）を有する。
【００３４】
図５（Ｄ）の背面図において、基板ＢＯ３の上方（ケースＣＡＳＥ１の下方）には、マザーボードＢＯ２の背面に取り付けられた電池ＢＡＴ１と、マイクロコンピュータや通信チップを備えた基板ＢＯ１が配置され、この基板ＢＯ１はマザーボードＢＯ２の背面に支持される。そして、基板ＢＯ１と電池ＢＡＴ１は互いに重ならないように図中水平方向に配置される。このように、マザーボードＢＯ２の裏面に厚みのある電池ＢＡＴ１と基板ＢＯ１とを配置することにより、アンテナと生体、すなわち腕との間に距離を確保することができ、アンテナの指向性を向上させることが可能になる。
【００３５】
次に、上記マザーボードＢＯ２及び基板ＢＯ１、ＢＯ３の詳細について以下に説明する。
【００３６】
図６は、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１を構成する３枚の基板のうち、基板ＢＯ１の一方の主面ＳＩＤＥ１である。また、図７は、基板ＢＯ１のＳＩＤＥ１とは逆の主面ＳＩＤＥ２である。同様に、図８は、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１を構成するマザーボードＢＯ２の第１の主面ＳＩＤＥ１を示し、図９に基板ＢＯ２の第２の主面ＳＩＤＥ２を示す。さらに、図１０に、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１を構成する基板ＢＯ３の第１の主面ＳＩＤＥ１を示し、図１１に基板ＢＯ３の第２の主面ＳＩＤＥ２を示す。これらの３枚の基板は、図１２に示すように、後述する接続コネクタ（ＣＮ１、ＣＮ２、ＳＣＮ１、ＳＣＮ２）、および、アンテナ接続ケーブルＣＡ１により接続される。そして、これらの３枚の基板ＢＯ１〜ＢＯ３の形状の概要と接続コネクタの位置関係の概要は、上記図５のようになる。
【００３７】
まず、図６および図７に従って、基板ＢＯ１（以下、本体ボードＢＯ１とする）の構成の説明する。図６において、本体ボードＢＯ１の第１の主面ＳＩＤＥ１には、図中右側に第１の無線通信半導体集積回路チップ（ＣＨＩＰ１、以下、ＲＦチップと略す）が配置される。そしてＲＦチップの上方にはＲＦチップにクロックを供給する第１の水晶振動子Ｘ１と、装着者または周囲の温度を測定する温度センサＴＳ１が配置される。なお、温度センサＴＳ１は、後述する信号インタフェースＩＦ１に接続される。
【００３８】
図中左側にはアンテナ接続コネクタＳＭＴ１と、このアンテナ接続コネクタＳＭＴ１に接続されるマッチング回路ＭＡ１が配置され、マッチング回路ＭＡ１はＲＦチップの高周波インタフェースＲＦＩＯに接続される。
【００３９】
図中右上には、第１の主面ＳＩＤＥ１および第２の主面ＳＩＤＥ２の間のインタフェース信号線を通すための基板貫通穴（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８）、これらの信号線から構成された信号インタフェースＩＦ１、第１の主面ＳＩＤＥ１および第２の主面ＳＩＤＥ２の電源およびグランドを接続するための基板貫通穴ＶＰ１、ＶＰ２が配置される。また、主面ＳＩＤＥ１の所定の位置にはＬＥＤ表示器ＬＳＣ１と電源ラインの電源バイパスコンデンサＣ１が配置される。
【００４０】
本体ボードＢＯ１の第２の主面ＳＩＤＥ２は、図７のように、ほぼ中央部に配置された第２のマイクロコンピュータ半導体集積回路チップ（ＣＨＩＰ２、以下、マイコンチップと略す）と、マイコンチップにクロックを供給する第２の水晶振動子Ｘ２が配置される。
【００４１】
第２の主面ＳＩＤＥ２の右上には、第１の主面ＳＩＤＥ１との信号インタフェースＩＦ１が配置され、基板ＢＯ１の表裏で通信を行う。
【００４２】
また、マイコンチップの下方には、ＩＲＱ１に接続されたリアルタイムクロック回路ＲＴＣ１と、マイコンチップＣＨＩＰ２との接続を制御する第１のシリアルバス制御回路ＢＳ１が配置される。
【００４３】
図中左下には、第２の基板ＢＯ２との接続コネクタＣＮ１が配置され、その上方には、電源回路の電源バイパスコンデンサＣ２が配置される。
【００４４】
なお、図７は、第２の主面ＳＩＤＥ２を裏側（＝図６の第１の主面ＳＩＤＥ１）から透視した図面である。このため、本体ボードＢＯ１を第２の主面ＳＩＤＥ２から眺めた場合には、実際には本図面と左右対称に部品配置される。本明細書においては、以下の図面も同様の方式で表示する。
【００４５】
マイコンチップには、ランダム書き換え可能なメモリや、プログラムを搭載する不揮発メモリの他に、搭載プログラムで制御可能なプログラマブル入出力回路ＰＩＯ、アナログ信号をマイコンチップ内部で演算処理可能なデジタル信号に変換可能なアナログ−デジタル変換回路ＡＤＣ、信号をシリアル線にて外部とデータのやり取りを実行可能なシリアルインタフェース回路（ＳＩＯ１、ＳＩＯ２）、外部からの信号によりプログラムの割り込み実行を実現する外部割り込み回路ＩＲＱ、および、プログラム書き換えインタフェースＤＩＦ等をワンチップに集積されている。
【００４６】
また、ＲＦチップには、無線信号を生成するための発振回路、マイコンチップからのデジタル信号を無線信号に変換する変復調回路、無線回路等がワンチップに集積されている。本マイコンチップは、水晶振動子Ｘ２で生成されるクロック信号により動作する。同様に、ＲＦチップは、水晶振動子Ｘ１にて生成されるクロック信号によって動作する。
【００４７】
次に、図８および図９に従って、マザーボードＢＯ２の構成を説明する。図８において、マザーボードＢＯ２の第１の主面ＳＩＤＥ１の上方には、マザーボードＢＯ２の図中上方左側に配置されたアンテナＡＮＴ１と、アンテナＡＮＴ１を取り囲むように設置されて電源やグランドの回路パターンを設けない図中斜線の矩形領域で示すグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０と、グランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０の右側に隣接する位置に配置されたマッチング回路ＭＡ２と、このマッチング回路ＭＡ２に接続されるアンテナ接続コネクタＳＭＴ２と、マザーボードＢＯ２の上方右側に配置されたリセットスイッチＲＳＷ１に接続されるパワーオンリセット回路ＰＯＲ１と、パワーオンリセット回路ＰＯＲ１の下方に配置されて表示装置ＬＭｏｎ１に接続されるシリアルパラレル変換回路ＳＰＣ１と、が配置される。グランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０は、アンテナＡＮＴ１の取り付け位置と、アンテナＡＮＴ１の周囲の領域で、マザーボードＢＯ２の表面、裏面及び内部に電源やグランド回路の形成を禁止する領域である。換言すれば、マザーボードＢＯ２では、グランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０を除く領域に電源やグランド回路が形成される。
【００４８】
そして、マザーボードＢＯ２の主面ＳＩＤＥ１の中央部には、図１で示したように、ケースＣＡＳＥ１の正面でほぼ中央部となるように表示装置ＬＭｏｎ１が配置される。ただし、表示装置ＬＭｏｎ１は、グランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０に重ならないように設置される。
【００４９】
マザーボードＢＯ２の主面ＳＩＤＥ１の中央部に配置された表示装置ＬＭｏｎ１の下方には、マザーボードＢＯ２に電力を供給する電源安定化レギュレータＲＥＧ１と、電池ＢＡＴ１への充電電力を制御する充電制御回路ＢＡＣ１と、外部の電源に接続するための充電端子ＰＣＮ１が、図中下方の左側に配置される。
【００５０】
そして、表示装置ＬＭｏｎ１とマザーボードＢＯ２の下端の間の主面ＳＩＤＥ１のほぼ中央部には、上記緊急コールスイッチＥＳＷ１と、センサノードＳＮ１に加わる加速度を測定する加速度センサＡＳ１と、上記測定スイッチＧＳＷ１が設けられる。なお、加速度センサＡＳ１は、緊急スイッチＥＳＷ１と測定スイッチＧＳＷ１の間に配置される。
【００５１】
そして、マザーボードＢＯ２の周囲の所定の位置には、ケース取り付け穴（ＴＨ２０、ＴＨ２１、ＴＨ２２）と、アンテナケーブル通過穴ＡＨ２０が形成され、取り付け穴ＴＨ２０〜２２を介してケースＣＡＳＥ１に取り付けられる。
【００５２】
また、マザーボードＢＯ２の所定の位置には、第１主面ＳＩＤＥ１および第２主面ＳＩＤＥ２の間のインタフェース信号線を通すための基板貫通穴（Ｖ２０、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４、Ｖ２５、Ｖ２６、Ｖ２７、Ｖ２８、Ｖ２９）が形成され、また、第１の主面ＳＩＤＥ１および第２の主面ＳＩＤＥ２の電源およびグランドを接続するための基板貫通穴（ＶＰ２０、ＶＰ２１、ＶＰ２２、ＶＰ２３、ＶＰ２４、ＶＰ２５）、および、電源バイパスコンデンサＣ２０、Ｃ２１が所定の位置に配置される。
【００５３】
次に、図９はマザーボードＢＯ２の第２の主面ＳＩＤＥ２を示す。図９において、マザーボードＢＯ２の図中上方左側には、電源やグランド回路パターンを設けないグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０が形成される。そして、マザーボードＢＯ２の図中下方の左側には、電池ＢＡＴ１が取り付けられる。この電池ＢＡＴ１は、例えば、充電可能な二次電池などで構成することができる。
【００５４】
さらに、マザーボードＢＯ２の第２の主面ＳＩＤＥ２の所定の位置には、データなどを格納する不揮発メモリＳＲＯＭ１と、マザーボードＢＯ２上に電力を供給するための電源安定化レギュレータＲＥＧ２と、電源安定化レギュレータＲＥＧ２に接続されて基準電位を生成するアナログ基準電位生成回路ＡＧＧ１と、基板ＢＯ３に接続される接続コネクタＳＣＮ１と、電源安定化レギュレータＲＥＧ２への電力を制御する電源遮断制御スイッチＰＳ２１と、本体ボードＢＯ１との接続コネクタＣＮ２に接続されるシリアルバス制御回路ＢＳ２と、本体ボードＢＯ１との接続コネクタＣＮ２に接続されて電池ＢＡＴ１に重なるように配置されたブザーＢｕｚ１と、電源バイパスコンデンサＣ２２、Ｃ２３から構成される。
【００５５】
本発明の腕輪型センサノードでは、ユーザ（装着者）が腕に本発明の腕輪型センサノードＳＮ１を装着した場合に安定した無線通信が可能なように、以下のような特有の部品配置を採用している点に特徴がある。すなわち、アンテナＡＮＴ１を装着時に人体から最も離れた位置、つまり、図８の上辺となるＣＡ−ＣＢライン側に設置する。さらに、アンテナＡＮＴ１の周囲に、電源やグランド回路パターンを形成しないグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０を設置する。
【００５６】
次に、図１０および図１１に、マザーボードＢＯ２の背面上部に取り付けられる基板ＢＯ３（以下、脈拍センサボードＢＯ３）の構成について説明する。
【００５７】
図１０において、脈拍センサボードＢＯ３の第１の主面ＳＩＤＥ１は、図中左上の所定の領域に電源やグランド回路パターンを形成しないグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ３０を有する。このグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ３０は、図５（Ｅ）のように、脈拍センサボードＢＯ３は、マザーボードＢＯ２のアンテナＡＮＴ１を取り付けたグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０と重なるため、マザーボードＢＯ２のグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０と対向する領域を、同様に回路パターンを形成しない領域としたものである。
【００５８】
そして、脈拍センサボードＢＯ３の第１の主面ＳＩＤＥ１の図中右下には、マザーボードＢＯ２と接続するための接続コネクタＳＣＮ２が配置され、接続コネクタＳＣＮ２の上方には、第１主面ＳＩＤＥ１および第２主面ＳＩＤＥ２の間のインタフェース信号線および電源／グランド線を接続するための基板貫通穴Ｖ３０、Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ３３、Ｖ３４、Ｖ３５、Ｖ３６、Ｖ３７から構成される。
【００５９】
そして、脈拍センサボードＢＯ３の周囲の所定の位置には、ケース取り付け穴ＴＨ３０、ＴＨ３１、ＴＨ３２、アンテナケーブル通過穴ＡＨ３０が形成される。
【００６０】
次に、図１１は脈拍センサボードＢＯ３の第２の主面ＳＩＤＥ２を示す。この第２の主面ＳＩＤＥ２には、グランド／電源層禁止領域が、主面ＳＩＤＥ１のグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ３０領域に対応して図中上方の左側に配置される。
【００６１】
そして、脈拍センサボードＢＯ３の第２の主面ＳＩＤＥ２の下端には、図中左右方向に赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、フォトトランジスタＰＴ１、赤外線発光ダイオードＬＥＤ２からなる脈拍センサヘッド回路ＰＬＳ１が配置されて脈拍センサを構成する。脈拍センサボードＢＯ３の第２の主面ＳＩＤＥ２の図中左下には赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２への電力を制御する脈拍センサＬＥＤ光量制御回路ＬＤＤ１と、この脈拍センサＬＥＤ光量制御回路ＬＤＤ１への電力を制御する電源安定化レギュレータＲＥＧ３と、この電源安定化レギュレータＲＥＧ３への電源供給のオン／オフを制御する電源遮断制御スイッチＰＳ３１が配置される。
【００６２】
そして、主面ＳＩＤＥ２の図中右側の領域には、フォトトランジスタＰＴ１の出力を増幅する脈拍センサ信号増幅回路ＡＭＰ１が配置される。この脈拍センサ信号増幅回路ＡＭＰ１の出力などは、第１主面ＳＩＤＥ１および第２主面ＳＩＤＥ２の間のインタフェース信号線および電源／グランド線を接続するための基板貫通穴Ｖ３０、Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ３３、Ｖ３４、Ｖ３５、Ｖ３６、Ｖ３７のうち基板貫通穴Ｖ３１〜Ｖ３４に接続される。
【００６３】
また、ケース取り付け穴ＴＨ３０、アンテナケーブル通過穴ＡＨ３０は主面ＳＩＤＥ１と同一である。
【００６４】
さらに、脈拍センサボードＢＯ３上の所定の位置には、電源バイパスコンデンサＣ３０、Ｃ３１が配置される。
【００６５】
マザーボードＢＯ２に配置されたグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０に対向する領域を、脈拍センサボードＢＯ３のグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ３０として回路パターンを形成しない領域とした点に特徴がある。これにより、ユーザ（装着者）ＵＳ１が腕に腕輪型センサノードＳＮ１を装着した場合に、安定した無線通信が実現可能である。
【００６６】
図１２は、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１の基板ユニットの全体の構成を示した図である。上記で説明したように、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１は、本体ボードＢＯ１、マザーボードＢＯ２、脈拍センサボードＢＯ３から構成される。このうち、本体ボードＢＯ１とマザーボードＢＯ２は、接続コネクタＣＮ１およびＣＮ２にて接続される。
【００６７】
また、マザーボードＢＯ２および脈拍センサボードＢＯ３は、脈拍センサ接続コネクタＳＣＮ１およびＳＣＮ２にて接続される。さらに、アンテナ接続ケーブルＣＡ１により、本体ボードＢＯ１のアンテナ接続端子ＳＭＴ１およびマザーボードＢＯ２のアンテナ接続端子ＳＭＴ２を接続する。これによりマザーボード上のアンテナＡＮＴ１を使用した無線通信が実現される。
【００６８】
接続コネクタＣＮ１およびＣＮ２は、マイコンチップデジタル信号線ＤＰ、マイコンチップリセット信号線ＲＥＳ、マイコンシリアルバス制御信号線ＢＣ、マイコンチップシリアルバス信号線ＳＢ、マイコンチッププログラム書き換え信号線ＤＳ、マイコンチップ外部割り込み信号線ＩＮＴ、マイコンチップアナログ信号線ＡＰ、電源線ＶＤＤ、および、グランド線ＧＮＤから構成される。これらの信号線のうち、デジタル信号線ＤＰ、シリアルバス制御信号線ＢＣは、マイコンチップＣＨＩＰ２のプログラマブル入出力回路ＰＩＯに接続され、マイコンチップ搭載プログラムにより制御可能である。後述するように、マイコンチップ搭載プログラムにより、本発明の腕輪型センサノード特有の動作を実現するために使用される。
【００６９】
シリアルバス信号線ＳＢは、マイコンチップ搭載の第２のシリアルインタフェースＳＩＯ２に接続される。後述するように、シリアルバス制御信号線ＢＣ経由で、本体ボードＢＯ１搭載のシリアルバスセレクト回路ＢＳ１、および、マザーボードＢＯ２搭載の第２のシリアルバスセレクト回路ＢＳ２を制御する事により、本体ボードＢＯ１に搭載されたリアルタイムクロック回路ＲＴＣ１、マザーボードＢＯ２に搭載された不揮発メモリＳＲＯＭ１、表示装置ＬＭｏｎ１、シリアルパラレル変換回路ＳＰＣ１といわゆるバス形式にてデータのやり取りが可能である。
【００７０】
リセット信号線ＲＥＳは、マザーボードＢＯ２に搭載されたパワーオンリセット回路ＰＯＲ１により制御される。本パワーオンリセット回路により、電源投入時のマイコンチップのリセット動作が実現される。なお、マザーボードＢＯ２搭載の手動リセットスイッチＲＳＷ１により、必要に応じて、リセット信号を発生可能であり、プログラム動作中に強制的に動作を手動でリセットする事も可能である。
【００７１】
本体ボードＢＯ１のアナログ信号線ＡＰは、マザーボードＢＯ２搭載の加速度センサＡＳ１に接続されるとともに、脈拍センサ接続コネクタＳＣＮ１およびＳＣＮ２経由で、脈拍センサボードＢＯ３搭載の脈拍センサ信号増幅回路ＡＭＰ１に接続される。本アナログ信号線ＡＰ経由で、マイコンチップ内蔵のアナログ−デジタル変換回路ＡＤＣを使用して加速度センサおよび脈拍センサの出力電圧値を読み取る事が可能である。後述するように、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１に特有なセンシング制御プログラムにより、これらの２種類のセンサを組み合わせて使用する事により、低消費電力な脈拍センシング動作が実現される。
【００７２】
外部割り込み信号線ＩＮＴは、マザーボードＢＯ２上に搭載された緊急コールスイッチＥＳＷ１および測定スイッチＧＳＷ１に接続され、これらのスイッチを押す事により、マイコンチップに対して割り込み要求を発生させる事が可能である。後述するように、本発明の腕輪型センサノードに特有な緊急コールプログラムと組み合わせて使用する事により、緊急コールのレスポンス性能、すなわち、応答時間を劣化させる事なく、消費電力をほぼ待機状態と同等のレベルにまで抑える事に成功している。
【００７３】
書き換え信号線ＤＳは、マイコンチップ搭載プログラムの書き換えに使用する信号線である。適切なインタフェースを有するボードおよびプログラム開発ツールと組み合わせる事により、マイコンチップ搭載プログラムのデバックや書き換え環境を提供するための信号線である。なお、開発環境および書き換え環境その他に関してはここでは特に説明しない。
【００７４】
マザーボードＢＯ２と脈拍センサボードＢＯ３を接続する接続コネクタＳＣＮ１およびＳＣＮ２は、電源線Ｖｂｂ、ＡＶｃｃ、アナログ基準電位線ＡＡＧ１、グランド線ＧＮＤ、脈拍センサＬＥＤ光量制御信号線ＬＤＳ、脈拍センサＬＥＤ電源遮断制御信号線ＰＳＳ、脈拍センサ信号線ＳＡＡから構成される。
【００７５】
アナログ基準電位信号線ＡＡＧ１は、マザーボードＢＯ２搭載のアナログ基準電位生成回路ＡＧＧ１により生成される。本アナログ基準電位ＡＧＧ１は、脈拍センサボードＢＯ３搭載の脈拍センサヘッド回路ＰＬＳ１、および、脈拍センサ信号増幅回路ＡＭＰ１にて、脈拍センサ受光部フォトトランジスタＰＴ１の基準電位として使用される。
【００７６】
脈拍センサＬＥＤ光量制御信号線ＬＤＳは、脈拍センサボードＢＯ３搭載の脈拍センサＬＥＤ光量制御回路ＬＤＤ１に接続される。マザーボードＢＯ２搭載のシリアルパラレル変換回路ＳＰＣ１により、シリアルバスＳＢ経由でマイコンチップから本制御信号線をコントロールする事が可能である。本信号線を制御する事により、マイコンチップ搭載プログラムから、赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２の赤外線の光量を制御可能である。本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、本発明に特有な脈拍センシング制御プログラムとこの制御信号線を組み合わせる事により、消費電力を抑えると同時に安定的な脈拍センシングを実現する。
【００７７】
脈拍センサＬＥＤ電源遮断制御信号線ＰＳＳは、光量制御信号線ＬＤＳと同様に、マザーボードＢＯ２搭載のシリアルパラレル変換回路ＳＰＣ１により、シリアルバスＳＢ経由でマイコンチップより制御される。マイコンチップ搭載ソフトウェアにより本制御信号線を非活性化する事により、赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２への電流供給を遮断する事が可能である。そして、本発明に特有な脈拍センシング制御プログラムと組み合わせる事により、脈拍センサ未使用時の消費電流を最小限に抑える事が可能となる。
【００７８】
脈拍センサ信号線ＳＡＡは、接続コネクタＣＮ１およびＣＮ２を経由して、マイコンチップ内蔵のアナログ−デジタル変換回路ＡＤＣに入力される。本信号線ＳＡＡ経由で、脈拍センサからの信号をマイコンチップに取り込む事が可能となる。なお、後述するように、本発明に特有な脈拍センシング制御プログラムと組み合わせて使用する事により、脈拍信号を、低消費電力で安定して取得する事が可能となる。
【００７９】
＜各ボードの動作＞
以上が本発明の腕輪型センサノードＳＮ１の構成である。以下、各ボードの動作を本体ボードＢＯ１から順に説明する。
【００８０】
図６、図７において、本体ボードＢＯ１は、ＲＦチップＣＨＩＰ１とマイコンチップＣＨＩＰ２から構成される。これらの２つのチップはＩＦ１により相互に接続される。マイコンチップは、本ボード搭載の温度等センサＴＳ１や、脈拍センサボードＢＯ３搭載の脈拍センサを制御して、センサデータを取得する。
【００８１】
さらに、ＩＦ１経由でＲＦチップを制御してセンサデータの送受信を行う。ＲＦチップは、マイコンチップから送られてくるセンサデータを適切な方式で無線信号に変換して、基地局ＢＳ１０（図３参照）に設置された無線端末にアンテナＡＮＴ１を介して無線にて送信する。
【００８２】
さらに、必要に応じて、ＲＦチップはアンテナＡＮＴ１を介して上記基地局ＢＳ１０からの無線信号を受信する。基地局ＢＳ１０からは、典型的には、センサデータの取得時間間隔（取得頻度）や、無線通信に使用する無線周波数や伝送レート等の動作パラメータや、後述するように本腕輪型センサノードＳＮ１に搭載する表示装置ＬＭｏｎ１に表示させるメッセージ等が送られてくる。
【００８３】
なお、基地局ＢＳ１０から送信されてきた無線信号は、ＲＦチップ内でマイコンチップが取り扱えるデジタルデータに変換された後に、ＩＦ１経由でマイコンチップに引き渡される。マイコンチップは、基地局ＢＳ１０からのデジタルデータの内容を解析して必要な処理を実行する。例えば、動作パラメータを受信した場合には、次回からの無線通信時やセンサ駆動時の設定に反映させる。また、表示メッセージを受信した場合には、シリアルインタフェースを制御してマザーボードＢＯ２搭載の表示装置ＬＭｏｎ１に必要なメッセージを表示させる。なお、後述するように、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、マイコンチップに搭載するプログラムを適宜設定すれば、脈拍や温度等のセンサ情報のみではなく、その他のデータも基地局に送信可能である。例えば、本腕輪型センサノードＳＮ１を装着したユーザＵＳ１の体調が急におかしくなった場合等には、緊急スイッチを押せば、無線通信にて緊急コールを基地局ＢＳ１０に発報する事も可能である。
【００８４】
インタフェースＩＦ１（図６、図７参照）は、ＲＦチップデータ信号線ＤＩＯ、ＲＦチップセレクト信号線ＣＳ、ＲＦチップリセット信号線Ｒｓｔ、ＲＦチップ電源制御信号線Ｒｅｇ、および、ＲＦチップデータ割り込み信号線Ｄｉｒｑから構成される。これらの信号線のうち、ＲＦチップデータ信号線ＤＩＯは、マイコンチップの第１のシリアルインタフェースＳＩＯ１に接続され、センサデータの送信や動作パラメータ／表示メッセージ等の受信に使用される。また、ＲＦチップセレクト信号線ＣＳは、マイコンチップのプログラマブルデータ入出力ポートＰＩＯによって制御され、無線送受信を行う場合のみ活性化される。同様に、ＲＦチップ電源制御信号線Ｒｅｇは、ＲＦチップの電源オン／オフの目的で使用する信号線であり、マイコンチップのＰＩＯにより制御される。さらに、ＲＦチップリセット信号線Ｒｓｔは、ＲＦチップ電源投入後にＲＦチップ内部の各回路ブロックを初期状態に設定して所定の動作を行わせるための制御信号線である。ＲＦチップ電源制御信号線Ｒｅｇと同様に、マイコンチップのＰＩＯにより制御される。
【００８５】
また、ＲＦチップデータ割り込み信号線Ｄｉｒｑは、ＲＦチップがデータの送信準備が完了した、あるいは、ＲＦチップ内に基地局から受信されたデータが存在する場合等に、ＲＦチップからマイコンチップへ適切な処理をリクエストする目的の信号線である。このため、マイコンチップの外部割り込み線ＩＲＱに接続される。なお、以上で説明した信号線に関してあくまで一例である。使用するＲＦチップやマイコンチップの種類によって適宜変更すればよい。しかし、それによって本発明の本質が影響されるものではない。
【００８６】
図１３は、本体ボードＢＯ１の断面図である。この図に示されるように、本体ボードＢＯ１内部には、第１のグランドプレーンＧＰＬ１および第１の電源プレーンＶＰＬ１が設置されている。グランドプレーンＧＰＬ１は、グランド電位に接続される信号線、例えば、ＶＰ２等に基板内部で接続され、グランド電位に固定されている。また、電源プレーンＶＰＬ１は、同様に、電源ラインＶＤＤに接続された信号線、例えば、ＶＰ１等に基板内部で接続され、電源ラインＶＤＤに固定されている。なお、本発明の腕輪型センサノードでは、これらの２つの導電プレーン層を本体ボードＢＯ１の２つの主面ＳＩＤＥ１とＳＩＤＥ２間のシールドとして使用する。通常、ＳＩＤＥ２に実装されたマイコンチップに代表されるデジタル回路にて発生するノイズは、そのままであればＳＩＤＥ１上に搭載されたＲＦチップに回り込んでしまい、受信感度に悪影響を及ぼす。しかし、基板内部にこれらグランド電位あるいは電源電位に接続した導電層を設置すると、そのシールド効果により、ＳＩＤＥ１面に回りこむノイズ成分を低減する事が可能となる。その結果、限られた実装面積制限の中で、ノイズを効果的に抑えてＲＦチップの実効的な受信感度を向上させる事が可能となる。本方式は、受信感度の向上以外にも、デジタル回路で発生したノイズが、不要なスプリアス成分としてアンテナから放射されるのを防止するのにも効果的である。
【００８７】
＜本体ボードＢＯ１の詳細な動作＞
以下、図６、図７を参照して、本発明の本体ボードＢＯ１のＲＦ部の構成および動作を説明する。ＲＦチップは、本発明に特有なものではないので、内部構成の詳細については特に説明しない。一般的には、デジタルインタフェース（図６のＤＩＯ、ＣＳ、Ｒｓｔ、Ｒｅｇ、Ｄｉｒｑ）部、高周波インタフェース部ＲＦＩＯ、クロック発振部ＯＳ１、および、電源部Ｖｄｄから構成される。
【００８８】
デジタルインタフェース部は、マイコンチップとのデータのやり取りを行なう。既に説明したように、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１で使用しているＲＦチップでは、マイコンチップからの制御信号により発振回路ＯＳＣを停止させて、さらに、ＲＦチップの電源供給を遮断する事により、ＲＦチップ全体を待機状態に移行させる事も可能である。この場合、ＲＦチップの消費電流を、典型的には１μＡ以下にまで削減可能である。
【００８９】
高周波インタフェース部ＲＦＩＯでは、ＲＦチップ内部で生成されたキャリア信号と、マイコンチップからのデータ信号から、無線通信信号を生成し、マッチング回路ＭＡ１経由でアンテナＡＮＴ１に送信する。受信時には、無線信号が、アンテナＡＮＴ１からマッチング回路ＭＡ１を経由して、高周波インタフェース部で復調された後に、復調後のデータ信号をデジタルインタフェース部ＤＩＯ経由でマイコンチップに送る。クロック発振部では、水晶振動子Ｘ１からＲＦチップが動作するのに必要なクロックを生成する。
【００９０】
なお、以上のＲＦチップの説明においては、本発明の説明に必要な部分のみに簡略化してある。実際には、これ以外にも様々な回路ブロックが集積可能である。しかし、それによって、本発明の本質がそれで影響されるものではない事は言うまでもない。以下、その他の構成部品について動作および構成を説明する。
【００９１】
マッチング回路ＭＡ１の役割は以下である。すなわち、ＲＦチップの入出力インピーダンスと、アンテナＡＮＴ１の入出力インピーダンスをマッチングさせ、高周波無線信号がこれらの素子の間でロスなく伝達できるようにするための回路である。このマッチング回路ＭＡ１は、基本的には、インダクタ／コンデンサ等の受動部品で構成される。本発明の本質に関わる部分ではないためここでは詳細は説明しない。
【００９２】
次に本体ボードＢＯ１のデジタル部について説明する。デジタル部の主要部品であるマイコンチップＣＨＩＰ２は、ランダムアクセスメモリ／不揮発メモリ、プロセッサ、シリアルインタフェース、Ａ／Ｄ変換回路、プログラマブル入出力回路、外部割込み回路等から構成される。これらの回路ブロックは、内部バスにより相互に結合され、データのやり取りや、制御が相互に可能となっている。なお、上記図７では、本発明の説明に必要な部分のみ図示してある。なお、マイコンチップの不揮発メモリ上には、後述する本発明に特有な制御方式を実現するためのソフトウェアが搭載される。搭載されたソフトウェアに従ってプロセッサＣＰＵがマイコンチップ内の他の回路ブロックを制御して、所望の動作を実現する。また、既に説明したようにシリアルインタフェース回路ＳＩＯは、ＲＦチップとのデータのやり取りに使用される。さらに、ＲＴＣ等データのやり取りにも使用される。さらに、ＡＤ変換回路ＡＤＣにより、アナログタイプのセンサのデータを読み込む。さらに、プログラマプル入出力回路ＰＩＯにより、既に説明した各種信号線を制御して、本発明の腕輪型センサノードの回路の各ブロックを所望の動作モードに設定する。
【００９３】
温度センサＴＳ１はアナログタイプのセンサであり、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１を装着したユーザ（装着者）の体温や環境温度を測定する。センサＴＳ１からの温度データは、図７のＡＤＣにて、デジタル量に変換され、必要に応じてマイコンチップのランダムアクセスメモリあるいは不揮発メモリに格納される。なお、後述する間欠動作による低消費電力化の目的で、本発明のセンサノードＳＮ１では、マイコンチップのＰＩＯ（Ｐ８）により、温度センサＴＳ１の電源供給を行なう。すなわち、温度センサの使用時のみ、図７のパラレル信号線Ｐ８を“１”に設定し、温度センサに電源供給してセンサを起動して、温度センサＴＳ１の値を読み取る。読み取り終了後、ＰＩＯ／Ｐ８を“ハイインピーダンス状態”に戻して、電源供給を遮断する。これにより、温度センサＴＳ１の不要な電力消費を抑える。温度センサＴＳ１は典型的には消費電流が５μＡであるので、マイコンチップのＰＩＯ出力を直接、温度センサＴＳ１の電源として使用可能である。
【００９４】
なお、温度センサＴＳ１に、例えば、高精度なタイプを使用したい場合等は、消費電流が数ｍＡ以上になってしまう、この場合には、後述する電源遮断スイッチをマイコンチップのＰＩＯにより制御して、センサへの電源供給を制御する構成がより好適である。
【００９５】
図１６は、ＬＥＤ表示器ＬＳＣ１の構成例である。通常は、図１６（ｂ）で示すように、マイコンチップのＰＩＯにて直接駆動するタイプで十分である。ＬＥＤ表示器の光量をより明るくしたい場合等には、図１６（ａ）で示すように、インバータＩＶ１により電流増幅を行なうタイプのものも使用可能である。なお、インバータは単に電流増幅の目的で使用している。このため、特にインバータに限らずに、例えば、バイポーラトランジスタや、ＭＯＳ型トランジスタ等の、電流増幅が可能な他の素子も使用する事も可能である。
【００９６】
図７のリアルタイムクロックモジュールＲＴＣ１は、マイコンチップの待機時の消費電流を削減して、間欠動作時の消費電力を低減する目的で使用される。間欠動作では、ある一定間隔で回路を起動して、所望の動作を行い、動作終了後に即座に回路を待機状態に移行させる事により、平均的な消費電力を抑える方式である。
【００９７】
センサノードＳＮ１の低消費電力化には極めて好適な低電力方式である。例えば、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、特別な事情がない限り、典型的には、５分〜１時間間隔でセンシングが実行できれば十分である。残りの時間は、不要な部分への電源供給を遮断して、電池の長寿命化が達成できた方が好ましい。この間欠動作には、タイミング信号、すなわち、センシングの時間間隔等の基準時間信号が不可欠である。一般には、このタイミング信号は、センサノードＳＮ１に搭載されるマイコンチップにより生成される。しかし、マイコンチップにてタイミング信号を発生させるには、クロックＸ２にてマイコンチップを継続的に動作させ続ける必要がある。現状の半導体テクノロジの場合、典型的には、マイコンチップによりタイミング信号を発生させると、現状の半導体テクノロジでは、１０μＡ程度の電流が消費されてしまう。このため、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、専用の低消費電力なリアルタイムクロックモジュールＲＴＣ１を外付けとして、このモジュールＲＴＣ１によりこのタイミング信号を発生させる方式を採用した。なお、専用のリアルタイムクロックモジュールとしては、現時点の半導体テクノロジにおいても、消費電流が０．５μＡ程度のものが入手可能である。また、マイコンチップは上記間欠動作のタイミング信号を生成する必要がなくなるため、クロックＸ２を停止することが可能となる。つまり、マイコンチップをより低消費電力な動作モードに移行させる事が可能となる。典型的には、マイコンチップ内のレジスタおよびランダムアクセスメモリの内容保持が保障される、いわゆるソフトウェアスタンバイ動作モードでも、消費電流を１μＡ以下に抑える事が可能となる。つまり、消費電力をマイコンチップにてタイミング信号を発生させた場合の１／１０に削減する事が可能となる。
【００９８】
間欠動作のタイミング信号をＲＴＣ１にて発生させる方式では、ＲＴＣ１からのタイミング信号によって、マイコンチップをソフトウェアスタンバイ動作モードから復帰させる必要がある。また、基地局からの動作パラメータ変更要求等に応じるためには、間欠動作間隔等を変更できるようにする必要がある。これらの目的で、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、リアルタイムクロックモジュールＲＴＣ１のタイマ出力をマイコンチップの外部割込み回路ＩＲＱの入力端子Ｉ１に接続する。これにより、ＲＴＣ割込みによりソフトウェアスタンバイ動作モードからの復帰が可能となり、適切なプログラムをマイコンチップに搭載すれば間欠動作によるセンシングが実現される。さらに、ＲＴＣ１をシリアルバス信号線ＳＢに接続する事により、ＲＴＣ１のタイミング信号間隔等を変更可能な構成としている。
【００９９】
図７のシリアルバス信号線ＳＢには、ＲＴＣ１以外にも様々なデバイスが接続される。例えば、マザーボードＢＯ２搭載の表示装置ＬＭｏｎ１、不揮発メモリＳＲＯＭ１等が、いわゆるバス形式で本シリアルバス信号線に接続される。このため、これらのデバイスとの間でシリアルバスの排他制御を行なう必要がある。本目的を達成するために、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、シリアルバス制御回路ＢＳ１、ＢＳ２を搭載する。
【０１００】
図１７に上記シリアルバス制御回路の構成例を示す。シリアルバス制御回路ＢＳ１の入力端子ＢＩ１〜ＢＩ３は、シリアルバス制御信号線ＢＣに接続され、マイコンチップ搭載のＰＩＯ（Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１）により制御される。本入力端子からの論理信号は、論理ゲートＡＧ１００〜ＡＧ１０７の８ビットにてデコードされる。例えば、ＢＩ１、ＢＩ２、ＢＩ３＝”０”,”０“,”０“の場合にのみ、ＢＥ０出力が”１“になり正論理で活性化するデバイスの活性化信号として使用可能である。また、負論理で活性化するデバイスの場合には、例えば、ＡＧ１０７に示すタイプの論理ゲートを使用すれば良い。このような方式で、図１７に示すシリアルバス制御回路ＢＳ１により、シリアルバス信号線ＳＢに接続される各デバイスを排他的に選択する事が可能となる。なお、図１７に示す論理回路はあくまでも原理説明のためのものである。実際には、様々な形式の回路構成が使用可能である。
【０１０１】
以上が本体ボードＢＯ１の説明である。以下、マザーボードＢＯ２に関して説明する。
【０１０２】
＜マザーボードＢＯ２の詳細＞
図８、図９において、マザーボードＢＯ２で最も特徴的なのは、良好な無線通信感度を得る目的で、図中上辺となるＣＡ−ＣＢライン寄りに設置したアンテナＡＮＴ１と、ＡＮＴ１周囲に設置した、グランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０である。これらに関しては、既に説明したように、センサノードＳＮ１を腕に装着したときに、アンテナＡＮＴ１を人体から最も離れた位置、つまり、ＣＡ−ＣＢライン側に設置する。さらに、アンテナＡＮＴ１の周囲に、グランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０を設置することにより良好な感度と安定した通信を実現できるのである。
【０１０３】
以下、マザーボードＢＯ２の他の回路ブロックに関して説明する。
【０１０４】
まず、マッチング回路ＭＡ２およびアンテナ接続コネクタＳＭＴ２であるが、これらは、アンテナ接続ケーブルＣＡ１経由で本体ボードのＲＦチップに接続される。マッチング回路ＭＡ２の目的は以下である。すなわち、アンテナＡＮＴ１とアンテナ接続コネクタＳＭＴ２間のインピーダンスマッチングを行なって、アンテナ接続ケーブルからの高周波無線信号をロスなくアンテナに伝達する。同時に、アンテナＡＮＴ１で受信された高周波無線信号をロスなくアンテナ接続ケーブル経由でＲＦチップに伝達する。なお、マッチング回路ＭＡ２に関しては、通常のタイプのものが使用可能であり、本発明に特有のものではないので、ここでは詳細に説明しない。
【０１０５】
次に、パワーオンリセット回路ＰＯＲ１であるが、本回路は、電源投入時に本体ボードＢＯ１搭載のマイコンをリセットするための信号を生成する回路である。なお、本パワーオンリセット回路は、手動スイッチＲＳＷ１を押す事によってもリセット信号を発生可能である。マイコンチップが動作中に何らかの原因で暴走した場合等に有効である。なお、本パワーオンリセット回路に関しても、一般的な回路が使用可能であり、特に本発明に特有なものではないので、詳細に関してはここでは説明しない。
【０１０６】
次に、シリアルパラレル変換回路ＳＰＣ１は、脈拍センサＬＥＤ光量制御信号線ＬＤＳ、および、脈拍センサ電源遮断制御信号線ＰＳＳ経由で、脈拍センサの動作モードを設定するための回路である。本シリアルパラレル変換回路ＳＰＣ１回路は、シリアルバス信号線ＳＢに接続され、シリアルバス経由でマイコンチップ搭載プログラムにより制御可能である。なお、既に説明したように、シリアルバスＳＢ経由でマイコンチップからアクセスする際には、ＳＩＤＥ２面に実装されたシリアルバス制御回路ＢＳ２（図９）にて、あらかじめ本ＳＰＣ１回路を活性化する必要がある。
【０１０７】
次に、表示装置ＬＭｏｎ１は、マイコンチップからの表示リクエストにより、文字列およびグラフィックスを表示可能な表示装置である。本表示装置は、小型電池ＢＡＴ１で長時間動作可能とするために、低消費電流のものが好ましい。このため、低消費電力で表示可能なモノクロＬＣＤ等の表示装置が好適である。また、視認性その他の観点からあまり細かいドット（解像度）は不適切である。さらに、腕輪型センサノードＳＮ１ではサイズの制約が厳しい。このため、典型的には３２×６４ドット程度の表示ドットを有するモノクロタイプのＬＣＤが本腕輪型センサノード好適である。消費電流はＬＣＤ表示サイズによって大きく変わるが、３２×６４程度のドット数の場合、典型的には、消費電流値は０．１ｍＡ程度である。なお、本ＬＣＤ表示装置に関しても、ユーザが未使用な場合（例えば、就寝時など）には、電池寿命の観点から消費電流を低減できるスタンバイモードを有するタイプのものが好適である。現状のテクノロジだと、典型的には、スタンバイ時の消費電流を１μＡ以下のものが入手可能である。特に本発明に特有なＬＣＤは不要である。一般的なＬＣＤが使用可能である。ここでは詳細に関しては説明しない。
【０１０８】
表示装置ＬＭｏｎ１への表示制御は、シリアルバス信号線ＳＢにてマイコンチップ搭載プログラムによって実行する。なお、既に説明したように、ＬＭｏｎ１へのアクセスに先立って、シリアルバス制御回路にて、シリアルバスの使用権をＬＭｏｎ１に設定して、ＬＭｏｎ１のチップイネーブル端子ＣＥを活性化する必要がある。なお、表示するデータに関してはドットタイプなのでグラフィックス表示が可能である。しかし、基地局ＢＳ１０からただ単に文字列メッセージを表示させたい場合に、その都度、文字列メッセージを３２×６４ドットのグラフィクスに変換してダウンロードさせるのは、無線データのサイズが大きくなってしまって、無線区間の利用効率の点から不利である。一方、マイコンチップ内蔵の不揮発メモリにあらかじめ文字フォントを用意しておけば、基地局ＢＳ１０からダウンロードさせるのは、表示させたいメッセージの文字コードのみとなり、無線データサイズを大幅に削減可能となる。しかし、通常のマイコンチップ内蔵の不揮発メモリのサイズは、現状の半導体テクノロジでは、大きいものでもせいぜい１２８ＫＢ程度であり、すべての漢字を文字フォントとして内蔵するのは不可能である。つまり、漢字を含んだ任意の表示メッセージに対応するのは、現実的ではない。このため、本発明の腕輪型センサノードでは、よく使う文字（漢字も含む）のみマイコンチップ内蔵の不揮発メモリにフォントを内蔵し、それ以外の文字を表示させたい場合には、文字メッセージのダウンロードに先立って、必要な文字フォントを基地局よりダウンロードさせる方式を採用している。本方式により、無線区間の利用効率を低下させずに、また、通常のマイコンチップのみで、漢字を含む任意の文字を表示させる事が可能となる。以上のように本方式は、腕輪型センサノードに好適な表示制御方式である。
【０１０９】
次に、レギュレータＲＥＧ１（図８）は、ＳＩＤＥ２に搭載する２次電池ＢＡＴ１から供給される電源ラインＶｂｂから、安定化した電源ラインＶＤＤを生成するのに使用する。２次電池ＢＡＴ１に関しては、典型的には、小型化が可能で、しかも、大電流放電特性に優れた、リチウムイオン２次電池が好適である。しかし、リチウムイオン２次電池は、放電開始電圧が４．２Ｖ程度である。一方、現時点で最もポピュラーは半導体テクノロジを使用した場合には、ＲＦチップおよびマイコンチップともに、動作電圧の最大値は、３．８Ｖ程度である。つまり、リチウムイオン電池ＢＡＴ１からそのまま電源供給を行なう事は不可能である。さらに、リチウムイオン電池は、放電に伴って比較的なだらかに電池電圧が減少し、一般的な放電終了電圧の推奨値は、３．２Ｖ程度である。つまり、放電深度によって広範囲にわたって電池電圧が変動する。このため、レギュレータによる電源電圧ＶＤＤの安定化が好ましい。なお、本レギュレータに関しては、一般的な、低ドロップ／低消費電流タイプのものが使用可能であるので、ここでは詳細に説明しない。現状の半導体テクノロジだと、ドロップ電圧が０．２Ｖ以下で、消費電流が１μＡ程度のものが入手可能である。
【０１１０】
次に、緊急スイッチ回路ＥＳＷ１、測定スイッチ回路ＧＳＷ１に関して説明する。図１８の（ａ）、（ｂ）にこれらの回路構成例を示す。図１８（ａ）は緊急スイッチＥＳＷ１の構成を示し、（ｂ）は測定スイッチＧＳＷ１を示す。本図に示されるように、これらのスイッチ回路ＥＳＷ１、ＧＳＷ１は、ケースＣＡＳＥ１からアクセス可能な押しボタン型のスイッチＳＷ１、ＳＷ２とプルアップ抵抗ＲＩ１、ＲＩ２、および、ノイズ除去コンデンサＣＩ１、ＣＩ２から構成される。スイッチ回路の出力ＥＩＲＱ、ＧＩＲＱは、マイコンチップの外部割込み入力ＩＲＱ／Ｉ２、Ｉ３線に接続される。装着者がスイッチＳＷ１またはＳＷ２を押す事により、プルアップ抵抗ＲＩ１、ＲＩ２によりプルアップされている割込み入力線が“０”レベルに落ちる事により、マイコンチップに対して割込み信号を生成可能である。後述するように、本スイッチとマイコンチップ搭載プログラムを組み合わせて使用する事により、緊急コール等を基地局に通知可能である。なお、図１８に示す回路において、コンデンサＣＩ１、ＣＩ２は、チャタリング信号除去の他に、ノイズによって誤って割込みがかかるのを防ぐ目的のコンデンサである。本図に示されるように、スイッチＳＷ１、あるいは、ＳＷ２が押されている場合には、ＲＩ１、ＲＩ２のプルアップ抵抗に電流が流れてしまう。このため、消費電流を抑えるためには、プルアップ抵抗ＲＩ１、ＲＩ２を高抵抗値に設定する必要がある。典型的には、１００ＫΩ以上に設定するのが好ましい。しかし、一方で、プルアップ抵抗を高く設定すると、一般には、ノイズに対して敏感になり、ノイズ耐性が悪化してしまう。このため、本図に示すように、コンデンサにより積分回路を構成させる方式が、消費電力と耐ノイズの観点から好適である。
【０１１１】
次に、図１９（ａ）は充電制御回路ＢＡＣ１を示し、（ｂ）は充電端子ＰＣＮ１を示す。外付けの充電器と充電端子ＰＣＮ１と組み合わせて使用する事により、内蔵する２次電池ＢＡＴ１を取り外さずに、なおかつ、腕輪型センサノードＳＮ１の動作を中断せずに充電可能とするための回路である。
【０１１２】
以下、本図に従って動作を説明する。まず、通常動作時には、充電制御回路ＰＩ端子には何も接続されない。このため、図８の内蔵電池ＢＡＴ１を接続されたＢＡ端子→ダイオードＤ２→ＰＯ端子の経路にて、内蔵電池ＢＡＴ１から、マザーボードのレギュレータＲＥＧ１へ電力供給が行なわれる。次に、充電時の動作を説明する。充電時には、まず、外部充電器にて、充電端子ＰＣＮ１経由で充電制御回路ＢＡＣ１の充電制御端子ＣＩを“０”レベルに設定する。充電端子ＣＩを“０”に設定する事により、充電制御のＰ型ＭＯＳトランジスタＭＰ５が導通状態になり、外部充電器→ＰＩ端子→ＭＰ５→ＢＡ端子→内蔵電池ＢＡＴ１の経路にて充電が可能となる。あとは、外部充電器側で、充電制御回路ＢＡＣ１の端子ＰＩの電圧を適切にモニタする。そして、端子ＰＩの電圧が、規定電圧に達したら、充電制御端子ＣＩを“１”に設定して、Ｐ型ＭＯＳトランジスタを遮断して、充電を終了させる。なお、充電制御方式に関しては、一般的なＣＣＣＶ等の充電制御方式が適用可能であるため、ここでは詳細に関しては説明しない。
【０１１３】
充電の際にも、本腕輪型センサノードＳＮ１への電源供給は、ＰＩ端子→ダイオードＤ１→ＰＯ端子の経路にて供給可能である。つまり、充電状態でも腕輪型センサノードへの電源供給は遮断されない。言い換えると、腕輪型センサノードの動作を中断させる事なく充電が可能である。以上のように、本充電制御回路ＢＡＣ１を使用する事により、使いながらの充電が可能となり、本腕輪型センサノードに好適な充電が実現可能である。
【０１１４】
次に、加速度センサＡＳ１であるが、本センサは、ユーザが動いているかどうかを検出する目的のセンサである。本加速度ＡＳ１センサは、典型的には、アナログタイプものであり、マイコンチップ内蔵のＡＤ変換回路によりデジタル値に変換して適切な検知プログラムにより、ユーザの状態を検知可能である。後述するように、本加速度センサで取得したユーザ状態とマイコンチップ搭載プログラムを組み合わせて使用する事により、低消費電力で安定して脈拍をセンシングする事が可能となる。本加速度センサＡＳ１には、スタンバイ動作モードをサポートしたタイプのものを使用する。これは、小型電池ＢＡＴ１にて長時間動作を実現するために、本腕輪型センサノードＳＮ１では、未使用時には加速度センサＡＳ１を待機状態に設定して消費電力を抑える必要があるからである。現状の半導体テクノロジでは、特に問題なく、スタンバイ時の消費電流が１μＡ以下の加速度センサＡＳ１が入手可能である。また、動作時の消費電流に関しても、１ｍＡ程度以下、典型的には０．５ｍＡ程度の加速度センサが入手可能である。なお、スタンバイ状態への移行制御であるが、本腕輪型センサノードでは、加速度センサＡＳ１のスタンバイ設定端子ＳＴＢをマイコンチップのＰＩＯにて活性化する事により実現している。
【０１１５】
その他、図８、図９のケース取り付け穴ＴＨ２０、ＴＨ２１、ＴＨ２２、ＡＨ２０に関しては、既に説明したのでここでは説明しない。また、コンデンサＣ２０、および、Ｃ２１は、電源の安定化を目的とした、いわゆるパスコンである。
【０１１６】
以上が、マザーボードＢＯ２のＳＩＤＥ１であったが、次に、ＳＩＤＥ２に関して説明する。まず、ＳＩＤＥ１と同様に、アンテナＡＮＴ１の無線通信感度を確保するために、グランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０を、ＳＩＤＥ１に実装したアンテナＡＮＴ１の裏面に設置する。
【０１１７】
次に、不揮発メモリＳＲＯＭ１回路であるが、本回路は、ランダムにアクセス可能であり、しかも、電源オフ時に消滅して欲しくないデータ、例えば、無線で使用するＭＡＣアドレス等の情報を格納する目的の回路である。この種の不揮発メモリとしては、シリアルＥＥＰＲＯＭが最もポピュラーである。コストやメモリ容量の点で一番有利である。典型的には１００ＫＢ程度のメモリサイズのＥＥＰＲＯＭが安価に入手可能である。このため、本腕輪型センサノードでも、シリアルＥＥＰＲＯＭが好適である。なお、シリアルＥＥＰＲＯＭは、シリアルインタフェースにてデータの読み書きを行なう必要がある。この目的で、本腕輪型センサノードでは、マイコンチップから表示装置ＬＭｏｎ１等と同様の方式で、シリアルインタフェース経由でアクセスする方式を使用している。
【０１１８】
次に、レギュレータＲＥＧ２であるが、本レギュレータは、加速度センサや脈拍センサの動作に必要なアナログ電源電圧ＡＶｃｃを生成するための回路である。既に説明したＲＥＧ１とは異なり、電圧安定の他にも電源ラインから、これらのセンサに回り込むノイズを最小限するのが主たる目的である。これは、後述するように、脈拍センサボードＢＯ３搭載の脈拍センサ信号増幅回路ＡＭＰ１がその構成上ハイゲインアンプを内蔵するため、ノイズに敏感である。このため、電源から回り込むノイズも最小限に抑える必要がある。なお、このような低ノイズタイプのレギュレータは、消費電流が大きいという欠点がある。例えば、典型的には、１００μＡ程度の電流を常時消費してしまい、そのままだと本腕輪型センサノードには使用できない。この問題を解決するために、本腕輪型センサノードでは、電源遮断スイッチＰＳ２１により、アナログ電源電圧ＡＶｃｃが不要な場合には、レギュレータＲＥＧ２への電流供給を遮断する。これにより、待機時の消費電流を抑えた上で、上記ノイズの問題を解決する事が可能となる。
【０１１９】
図２０に電源遮断スイッチＰＳ２１（ＰＳ３１）の構成例を示す。図２０の（ａ）に示すタイプでは、制御線ＳＣ１０を“１”にする事により、ＶＩ１０端子→ＶＯ１０端子への電源供給を遮断可能である。また、図２０の（ｂ）に示すタイプでは、制御線ＳＣ２０を“０”にする事により、ＶＩ２０端子→ＶＯ２０端子への電源供給を遮断可能である。なお、図２０の（ａ）のタイプは、制御線ＳＣ１０を駆動する制御回路の電源電圧とＶＩ１０に印加される電圧が同じ場合に好適な電源遮断スイッチである。一方、図２０の（ｂ）のタイプは、制御線ＳＣ２０を駆動する制御回路の電源電圧とＶＩ２０端子に印加される電圧が違う場合に好適な電源遮断スイッチである。
【０１２０】
次に、アナログ電位生成回路ＡＧＧ１であるが、本回路は、後述する脈拍センサ信号増幅回路ＡＭＰ１で必要なアナログ基準電位を生成する回路である。図２１に本回路の構成例を示す。図２１に示されるように、Ｒ３０およびＲ３１で分割されて生成された中間電圧を、オペアンプＡ３０で構成したボルテージフォロワにて安定化して、ＡＧ端子に出力する回路である。なお、本回路においては、Ｒ３０およびＲ３１による抵抗分割により中間電圧を発生するため、動作時には定常的に電流が流れてしまう。本回路の電源ＶｃｃはＡＶｃｃであるため、ＡＶｃｃを電源遮断スイッチＰＳ２１によってオフにすれば電流は一切流れない。しかし、動作時に不要な電流が消費されるのは好ましい事ではない。このため、Ｒ３０、Ｒ３１を高抵抗に設定して、電流消費を抑えるのが好適である。また、Ｒ３０、Ｒ３１を高抵抗にすると、中間電位点にノイズが乗りやすくなり、好ましくない。この問題を解決するために、ノイズ除去用のコンデンサＣ３０、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３を追加するのが好適である。
【０１２１】
その他、ブザーＢｕｚ１は、ユーザインタフェースに使用するデバイスであり、マイコンチップ搭載プログラムにより、ブザーのオン／オフが設定可能なタイプである。また、コンデンサＣ２２、Ｃ２３は、電源用のバイパスコンデンサである。残りの、接続コネクタＳＣＮ１、ＣＮ２、および、内蔵電池ＢＡＴ１に関しては、既に説明したので、ここでは説明しない。
【０１２２】
＜脈拍センサボードＢＯ３の詳細＞
以下、脈拍センサボードＢＯ３に関して説明する。脈拍センサボードは、既に説明したように、赤外ＬＥＤ（赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２）により、赤外光を腕に照射して、腕の皮下に流れている血流の変動を散乱光の変動として、フォトトランジスタＰＴ１にて検知して脈拍を抽出する。この目的を達成するために、本ボードは、上述のような脈拍センサヘッド回路ＰＬＳ１（図１１）を搭載する。脈拍センサヘッド回路ＰＬＳ１は図２３（ａ）のように、赤外ＬＥＤ（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２）と、フォトトランジスタＰＴ１から構成される。
【０１２３】
これらのデバイスを使用して脈拍を検知する方法に関しては既に説明したのでここでは説明は省略する。なお、図２３（ｂ）に示すように、脈拍センサヘッド回路ＰＬＳ１は、フォトトランジスタではなく、フォトダイオードも使用可能である（図中ＰＬＳ２０）。
【０１２４】
次に、脈拍センサ信号増幅回路ＡＭＰ１に関して説明する。既に説明したように、脈拍センサヘッド回路のフォトトランジスタＰＴ１にて、血流強度変化に応じた電流変化が得られる。しかし、一般には、その電流変化量は極めて微弱である。このため、本信号増幅回路にて、マイコンチップ内蔵のＡＤ変換回路にて十分に検知可能なレベルにまで増幅する必要がある。
【０１２５】
図２４に本信号増幅回路の構成例を示す。フォトトランジスタＰＴ１からの電流は、オペアンプＡ４０、Ｒ４０で構成されたＩ−Ｖ変換回路にて電圧信号に変換される。本Ｉ−Ｖ変換回路では、Ｒ４０、Ｃ４０にて構成されるＬＰＦ特性を持たせる事により、蛍光灯のちらつきなどに伴う電流変動分、つまり、目的の血流変動信号からみると単なるノイズでしかない信号成分を除去する。なお、Ｒ４０およびＣ４０で形成されるカットオフ周波数は、脈拍周期よりも十分高く設定する必要がある。
【０１２６】
以上のようにして、電圧信号に変換した後に、オペアンプＡ４１、Ｒ４３、Ｒ４２、Ｃ４２で形成した非反転増幅回路にてさらに増幅を行ない、マイコンチップ内蔵のＡＤ変換回路に必要なレベルにまで増幅を行なう。なお、本非反転僧服回路にてもＣ４２およびＲ４３にてＬＰＦ特性を持たせているが、これも、蛍光灯のちらつき等に起因するノイズ信号を除去するためである。
【０１２７】
図２５に、本信号増幅回路の各部の信号波形例を示す。この図で、ＴＰ１区間は、本脈拍センサが腕に装着されてない場合の波形例である。
【０１２８】
図中ＷＤ１が、図２４のＤＯ出力端子、すなわち、１段目のＩ−Ｖ変換回路の出力波形例である。また、ＷＡ１が、図２５のＡＡ出力端子、すなわち、２段目の非反転増幅器の出力波形例である。この場合、外乱光により、過大な電流がフォトトランジスタから出力され、その結果、１段目のオペアンプＡ４０が飽和状態であることがわかる。
【０１２９】
次に、ＴＰ２区間は、脈拍センサが腕に適切に装着され、しかも、赤外ＬＥＤの光量の必要かつ十分な場合である。ＷＤ２がＤ０出力端子、ＷＡ２がＡＡ出力端子の波形例である。この場合には、１段目のオペアンプも飽和せずに正常動作する。しかも、蛍光灯のちらつき等によるノイズ成分もきれいに除去される。なお、この場合には、ＷＡ２の振幅は照射する赤外ＬＥＤによって制御可能である。すなわち、振幅が不足気味の場合、脈拍センサＬＥＤ光量制御回路ＬＤＤ１を制御して、赤外ＬＥＤ光量を多くする。また、振幅が十分で、1段目のオペアンプＡ４０が飽和気味の場合には、逆に赤外ＬＥＤ光量を少なくする。このように、ＬＥＤ光量制御回路ＬＤＤ１と組み合わせる事により最適な状態での脈拍センシングが可能となる。
【０１３０】
最後にＴＰ３区間は、脈拍センサは腕に装着されているが、ユーザ（装着者）が動いている、例えば、走っている場合の、Ｄ０およびＡ０出力の波形例である。この場合には、ＷＡ３およびＷＤ３に示されるように乱れた波形しか取得できずに正常な脈拍は検知できない。これは、脈拍センサが腕に密着されずに、脈拍周期よりもずっと短い時間間隔で、外乱光にさらされ、その結果、１段目のオペアンプＡ４０が飽和状態と正常動作状態を行きしているためである。このように、信頼できる脈拍を検知するためには、ユーザが安静状態にある間に、センシングを行なう必要がある。
【０１３１】
次に、ＬＥＤ光量制御回路ＬＤＤ１を説明する。図２２に本回路の構成例を示す。本回路はＮ型ＭＯＳトランジスタＭＮ０〜ＭＮ３および抵抗ＲＬ１〜ＲＬ３により構成した回路例である。本回路では、ＥＤ光量制御信号線ＬＤＣを制御して、ＭＯＳトランジスタＭＮ１〜ＭＮ２のオン／オフを制御する事により、ＬＥＤに流れる電流を制御する事が可能である。
【０１３２】
次に、レギュレータＲＥＧ３は、脈拍センサ赤外ＬＥＤに供給する電源のノイズを除去するためのレギュレータである。ＬＥＤ駆動電源にノイズが乗ってしまうと、ＬＥＤから照射される赤外光がノイズ信号にて変調されてしまって、結局、フォトトランジスタＰＴ１で、ノイズ成分が電流変動として検出されてしまう。その結果、脈拍センサ信号増幅回路にて増幅され、脈拍を誤検出する可能性がある。このため、可能な限り、クリーンな、ノイズ除去された電源にてＬＥＤは駆動するのが好ましい。このため、マザーボードＢＯ２に搭載した同じタイプの低ノイズタイプのレギュレータを使用する。なお、図５の説明の項で既に説明したように、低ノイズタイプのレギュレータは消費電流が無視できない。このため、未使用には、図５と同様の方式、すなわち、電源遮断スイッチＰＳ３１（図１１）にて、レギュレータへの電源供給を遮断するのが、消費電力の観点から好ましい。
【０１３３】
＜センサノードの構成による効果＞
本発明のセンサノードＳＮ１では、上述のように、チップ型誘電体アンテナで構成されたアンテナＡＮＴ１を、人体から最も遠ざかった腕時計における１２時方向のケースＣＡＳＥ１内に配置することで、無線通信感度が最大となるように設定でき、この結果、無駄な電力の消費を抑制できるのである。
【０１３４】
上述したように、図５（Ｂ）の正面図において、紙面の上下方向（腕時計における１２時方向と６時方向）に指向性を有する。このため、アンテナＡＮＴ１を、図５に示す配置とは逆に、ケースＣＡＳＥ１の下部に配置すると、表示装置ＬＭｏｎ１が障害物となり、また、人体に近づくため無線通信感度が大幅に劣化してしまう。したがって、無線通信感度が最大となるケースＣＡＳＥ１の上方（アナログ式腕時計における１２時方向）にアンテナＡＮＴ１を配置することで、無線通信感度を向上させることができる。
【０１３５】
さらに、右利きのユーザが装着する例が高い左腕に腕輪型センサノードＳＮ１を装着することを考慮すると、図５（Ｂ）でケースＣＡＳＥ１のように、ケースＣＡＳＥ１の上部左側にアンテナＡＮＴ１を配置することで、左腕の甲から離れた位置に配置でき、無線通信感度をさらに向上させることができる。
【０１３６】
さらに、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、マザーボードＢＯ２および脈拍センサボードＢＯ３に、良好な無線通信感度を得るために、アンテナＡＮＴ１を取り囲むように電源やグランド回路を配置しないグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０、ＮＧＡ３０を設置した点に特徴がある。
【０１３７】
このグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０およびＮＧＡ３０には、部品を配置する事ができない。このため、単純に実装の小型化の観点から考えると不利である。しかし、サイズの制約から、腕輪型センサノードに内蔵可能なアンテナは、無線電波の波長よりも短いサイズで良好な感度を実現可能なチップ型誘電体アンテナである。このチップ型誘電体アンテナは、原理上、良好な無線通信感度を得るためには、グランドからの距離をある程度を離した位置に実装して使用する必要がある。上記理由で、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、グランド／電源層禁止領域を設置する事により、良好な無線通信性能を確保する。つまり、基板ユニット（マザーボードＢＯ２、脈拍センサボードＢＯ３、本体ボードＢＯ１）上でアンテナＡＮＴ１のインピーダンスマッチングを取った上で、上述のように腕時計における１２時方向にアンテナＡＮＴ１を配置することで、人体の影響を受けにくくして無線通信感度を向上させることができるのである。
【０１３８】
なお、図１４、図１５に示すように、これらのグランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０、ＮＧＡ３０は、基板表面だけではなく、基板の内装に実装しているシールド目的のグランド／電源層にも設置する必要がある。図１４は、マザーボードＢＯ２の基板内部に実装された、グランド層ＧＰＬ２０、および、電源層ＶＰＬ２０の構成を示した図である。また、図１５には、マザーボードＢＯ２に重なる脈拍センサボードＢＯ３の基板内部の、グランド層ＧＰＬ３０、および、電源層ＶＰＬ３０の構成を示した図である。本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、上記理由により、これらのグランド／電源層ＧＰＬ２０、３０／ＶＰＬ２０、３０にも、グランド／電源層禁止領域ＮＧＡ２０、ＮＧＡ３０を設置する点に特徴がある。さらに、図１４、図１５に示したグランド／電源層では、アンテナ自体のグランドも確保することにより、安定した通信を実現することが可能になる。
【０１３９】
さらに、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、アンテナＡＮＴ１を搭載したマザーボードＢＯ２を、腕に装着した場合に、腕に接する面と反対側の面に来るように配置する点に特徴がある。２．４ＧＨｚ等の無線信号から見ると、腕はグランド電位と等しく見える。つまり、腕からアンテナまでの距離がいわゆるアンテナの地上高に相当する。良好な無線通信性能を実現するためには、一般に、アンテナの地上高を高く設定するのが望ましい。このため、アンテナＡＮＴ１をマザーボードＢＯ２のＳＩＤＥ１面に実装し、その他の、本体ボードＢＯ1および脈拍センサボードＢＯ３を、マザーボードの裏面に配置して、アンテナの地上高を稼ぐという、本発明に特有な配置により、アンテナの放射特性を劣化させずに良好な無線通信感度が実現可能となる。
【０１４０】
さらに、図５（Ｅ）に示したように、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１に特有な配置として、本体ボードＢＯ１、および、内蔵電池ＢＡＴ１を、アンテナＡＮＴ１から見て、マザーボードＢＯ２の反対側に実装する。既に説明したように、本体ボードＢＯ１の内部には、本体ボードＳＩＤＥ２に搭載したデジタル回路から、ＳＩＤＥ１に実装したＲＦチップに回り込むノイズを抑える目的で、電源およびグランド電位に接続された２枚の金属導電層を設置してある。さらに、電池に関しても、一般に電解液の漏出を防止する目的で金属ケースに封止されている。電位的にはこの電池の金属ケースもグランド電位である。一方、既に説明したように、小型のチップ型誘電体アンテナを使用する場合には、アンテナからグランド電位面との距離を離す必要がある。このため、良好な無線通信感度を得るためには、図５に示すアンテナＡＮＴ１の配置が最適な配置となる。すなわち、アンテナＡＮＴ１と、一面のグランド層を持った本体ボードＢＯ１および２次電池ＢＡＴ１を、マザーボードＢＯ２の裏面に配置する。さらに、これらの本体ボードＢＯ１と２次電池ＢＡＴ１を、マザーボードＢＯ２のＣＡ−ＣＢライン側ではなくＣＣ−ＣＤラインに寄せた配置にて実装する事により、アンテナＡＮＴ１から離して最適な配置が実現される。
【０１４１】
また、図１で示したように、ユーザ（装着者）が操作する緊急スイッチＳＷ１と測定スイッチＳＷ２等からなる操作スイッチをケースＣＡＳＥ１の表面下部に配置することで、ユーザがセンサノードを操作する際に、指などの人体の部分がアンテナＡＮＴ１に近づくのを抑制することで、常時良好な無線通信感度を確保することができるのである。
【０１４２】
また、本発明のセンサノードＳＮ１では、図２に示したように、ケースＣＡＳＥ１の上下方向の中心を通る軸線ａｘに沿って赤外ＬＥＤとフォトトランジスタＰＴ１を配置し、さらに、フォトトランジスタＰＴ１を挟むように赤外線発光ダイオードＬＥＤ１とＬＥＤ２の間にフォトトランジスタＰＴ１を配置する。
【０１４３】
つまり、発光素子と受光素子を腕のほぼ中心に沿って一直線に配置する事により、本腕輪型センサノードＳＮ１を腕に装着した際に、腕を流れる血管に、つまり、血管内の血流に沿った形で、赤外ＬＥＤとフォトトランジスタ列を配置する事が可能となり、ユーザ（装着者）が動いた場合にも、赤外ＬＥＤおよびフォトトランジスタＰＴ１を、腕、つまり、センシング対象の血管に密着させる事が可能となる。その結果、安定して、血流変動による赤外散乱光の強度変動を効率よくフォトトランジスタＰＴ１によって捕らえる事が可能となる。
【０１４４】
また、一対の赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２の間にフォトトランジスタＰＴ１を配置することで、受光素子であるフォトトランジスタＰＴ１が外部の光の影響を受けにくくすることが可能となって、安定した脈拍の測定を実現することができる。
【０１４５】
＜制御の詳細＞
以上では、本発明腕輪型センサノードＳＮ１の、主に、ハードウェア構成と、その特徴に関して説明した。以下では、本腕輪型センサノードＳＮ１に搭載するプログラムの構成に関して、本発明の腕輪型センサノードに特有な制御方式／ルーチンを中心に説明する。      
【０１４６】
以下、図２６に従って、本発明に特有な制御方式を説明する。
【０１４７】
本発明の腕輪型センサノードにおいては、電源投入（Ｐ１）後、まず、ノード初期化ルーチン（Ｐ１００）を実行する。図２７に、ノード初期化ルーチン（Ｐ１００）の概要を示す。図２７に示されるように、本ルーチンでは、まず、ハードウェアの初期化サブルーチン（Ｐ１１０）を実行する。ハードウェアの初期化サブルーチンでは、まず、マイコンチップを初期化する（Ｐ１１１）。次に、センサ電源ＡＶｃｃ、脈拍センサＬＥＤ電源Ｖｌｌが確実にオフになるように、これらの制御信号線を非活性化状態に設定する（Ｐ１１２、Ｐ１１３）。さらに、シリアルバス信号線ＳＢ経由で、リアルタイムクロックモジュールＲＴＣ１にアクセスして、リアルタイムクロックモジュールＲＴＣ１を初期化する（Ｐ１１４）。なお、リアルタイムクロックモジュールＲＴＣ１の初期化にあたっては、あらかじめマイコンチップＣＨＩＰ２内蔵のメモリ回路の不揮発メモリ部分に格納された、動作のパラメータ等を格納した動作設定ファイルＰＤ１を読み出して（ＰＲ１）、その情報を元に、どのくらいの時間間隔で待機状態から動作状態に移行するかを決定する間欠動作の基準時間信号を設定する。なお、図２７のＰＤ１ファイルには、間欠動作基準時間信号以外にも、例えば、無線通信の伝送レート、無線通信で使用するチャネル、脈拍センサの動作パラメータ等が格納される。
【０１４８】
次に、基地局サーチサブルーチン（Ｐ１２０）を実行する。本サブルーチンにおいては、まず、ＲＦチップの電源制御信号線等を活性化して、ＲＦチップを起動する（Ｐ１２１）。次に、ＲＦチップを送信状態に設定して、基地局ＢＳ１に対して、基地局サーチビーコン信号を送信し、自ノードが電源投入され通信可能状態になった旨を通知する（Ｐ１２２）。次にＲＦチップを受信状態に切り替えて、サーチビーコン信号に対する基地局からの応答を待つ。基地局からの応答信号を正常に受信した場合には、使用した無線チャネル等の情報をＰＤ１ファイルに格納する（ＰＷ１）。なお、応答が受信されない場合には、使用する無線チャネルを変更して、再度Ｐ１２２より実行しなおす。最後に、ＲＦチップのクロックを停止してから電源をオフにして（Ｐ１２５）、次のルーチンに移動する。
【０１４９】
ノード初期化ルーチンＰ１００が終了したら、次に、図２６に戻り、動作モード決定ルーチン（Ｐ２００）を実行する。本動作モード決定ルーチン（Ｐ２００）からは、データ検知ルーチン（Ｐ３００）、データ送受信ルーチン（Ｐ４００）、待機移行ルーチン（Ｐ５１０）の、複数のルーチンが実行可能である。本ルーチンでは、スケジューラにより、これらの３つのルーチンを適宜起動する事が可能である。典型的には、データ検知ルーチンＰ３００→データ送受信ルーチンＰ４００→待機移行ルーチンＰ５１０の順で起動する事により、間欠動作を実現する。なお、起動順番その他は、ＰＤ１ファイルにより変更可能である。
【０１５０】
データ検知ルーチンＰ３００では、本発明に特有な複数のサブルーチンを起動する事により、無駄な消費電力を抑え、なおかつ、安定した脈拍センシングを実現する。以下、順に説明する。まず、センシングに備えて、マイコンチップ内蔵のＡＤ変換回路の電源を起動する（Ｐ３１０）。次に、温度センシングサブルーチン（Ｐ３２０）を実行する。温度センシングサブルーチンＰ３２０では、まず、マイコンチップのＰＩＯを制御して、温度センサＴＳ１の電源をオンにする（Ｐ３２１）。次に、温度センサＴＳ１に対応するＡＤチャネルを読み出し、センサデータファイルＳＤ１に格納する（Ｐ３２２、ＤＷ１）。最後に、温度センサＴＳ１の電源をオフに戻す。
【０１５１】
既に説明したように、温度センサＴＳ１の消費電流は、典型的には５μＡ程度であり、それ程大きい電流ではない。しかし、本発明の腕輪型センサノードでは、現状のテクノロジでは、サイズ制約のため、３０ｍＡｈ程度の容量の電池しか内蔵できない。このため、この程度の消費電流でも未使用時には、遮断する必要がある。例えば、５μＡの電流を常時消費すると、
３０ｍＡｈ／５μＡ＝６０００時間＝２５０日
となり、１年間もたたずに電池を使い切ってしまう。
【０１５２】
温度センシングサブルーチンＰ３２０終了後、本発明に特有な安静状態判定サブルーチン（Ｐ３３０）を実行する。以下、順に説明する。本サブルーチンでは、まず、センサ電源ＡＶｃｃをオンにして、加速度センサＡＳ１への電源供給を開始する（Ｐ３３１）。次に、マイコンチップの該当するＰＩＯ端子を制御して、加速度センサＡＳ１のスタンバイ入力端子を活性化し、加速度センサＡＳ１を起動する（Ｐ３３２）。加速度センサ起動後、加速度センサＡＳ１に対応するＡＤチャネルを読み出して、加速度を検出する（Ｐ３３３）。検出した加速度を元に、ユーザ状態の判定を行なう（Ｐ３３４）。具体的には、検出した加速度の大きさ、つまり、加速度の絶対値を算出し、この絶対値と予め設定したしきい値とを比較して、絶対値がしきい値未満であれば静止状態（＝安静状態）と判定する。ユーザ、より正確には、本腕輪型センサノードＳＮ１を装着したユーザの腕が、静止状態にある場合は、脈拍の測定開始が可能と判定し、加速度センサＡＳ１のスタンバイ入力を非活性化（Ｐ３３５）して、次に、脈拍センシングサブルーチンを起動する。静止状態にない場合には、安静状態待ちサブルーチン（Ｐ３３６）にて、動作設定ファイルＰＤ１にて指定された所定時間だけ待った後に、再度、Ｐ３３３から再実行する。この繰り返しにより、本腕輪型センサノードＳＮ１が装着された腕が、安静状態になるのを待つ。
【０１５３】
なお、動作設定ファイルＰＤ１で指定された待ち回数の上限に達したら、センサデータＳＤ１に、“安静状態でないため測定不能”の旨を出力して、ＡＤ電源およびセンサ電源ＡＶｃｃをオフ（Ｐ３６０）にして、動作決定サブルーチンＰ２００に移行する。
【０１５４】
安静状態判定サブルーチンＰ３３０の目的は以下である。すなわち、図２５にて説明したように、脈拍センサは、その原理上、ユーザの腕が安静状態でない限り、安定したセンシングが期待できない（図２５のＷＤ３およびＷＡ３）。また、このような状態で検出された脈拍数は信頼性が乏しい。言い換えると、脈拍を正確に取るためには、ユーザ、より正確には本腕輪型センサノードＳＮ１を装着した腕が安静状態であることが大前提である。このため、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、脈拍センシングに先立って、内蔵した加速度センサを使用して安静状態にあるかどうかを判断する。そして、安静状態にある場合のみ脈拍センシングを実行する。
【０１５５】
なお、とりあえず脈拍センサを起動して、一通り波形を取得して、その波形を吟味して、安定したものかどうかを判断するという手法も考えられる。例えば、図２５のＷＡ１／ＷＤ１の波形か、あるいは、ＷＡ３／ＷＤ３の波形か、あるいは、ＷＡ２／ＷＤ２の波形かを判断して、ＷＡ２／ＷＤ２の場合のみ採用するという方式である。このような方式はもっとも手軽であり一般的である。しかし、既に説明したように、本腕輪型センサノードＳＮ１では、サイズの制約から、電池容量が３０ｍＡｈ程度の電池しか内蔵できない。一方、図３０に示すように、脈拍センサは、その原理上、赤外ＬＥＤを発光させる必要があるため、典型的には、動作に１０〜５０ｍＡ程度の電流が必要である。このため、とりあえず脈拍センサを駆動して、波形を取ってから波形データを吟味して選別する方法を採用すると、電池の消耗が激しく、電池寿命がかなり短くなってしまう。これに対して、本発明の制御方式では、無駄な脈拍センシングを極力抑える事が可能であり、電池の消耗を抑えて、電池の長寿命化が可能となる。
【０１５６】
安静状態判定サブルーチンＰ３３０の次には、脈拍センシングサブルーチン（Ｐ３４０）を実行する。本サブルーチンＰ３４０では、まず、マイコンチップの該当ＰＩＯを制御して、ＬＥＤ電源Ｖｌｌをオンする（Ｐ３４１）。次に、本発明に特有なＬＥＤ光量調整サブルーチン（Ｐ３５０）を起動して、脈拍センサＬＥＤの光量を最適化する。本サブルーチンの詳細に関しては後ほど説明する。次に、脈拍センサに対応するＡＤチャンネルを読み出す（Ｐ３４２）。本読み出しにあたっては、脈拍数を判定するのに必要なサンプル数分を繰り返し読み出す。典型的には、脈拍波形にして数波形分を読み出す。読み出し終了後、取得された脈拍波形から脈拍数を算出して、結果をセンサデータファイルＳＤ１に書き出す（Ｐ３４３、ＤＷ５）。最後に、ＬＥＤ電源をオフにして、本サブルーチンを終了する（Ｐ３４５）。さらに、ＡＤ電源およびセンサ電源ＡＶｃｃをオフにして（Ｐ３６０）、データ検知ルーチンを終了する。
【０１５７】
以下、図２８を参照して、本発明に特有なＬＥＤ光量調整サブルーチンＰ３５０に関して説明する。本サブルーチンでは、まず、動作設定ファイルＰＤ１より、ＬＥＤ強度設定のデフォルト値を読み出す（Ｐ３５１、ＰＲ２）。次に、読み出した値に従って、マイコンチップから、シリアルパラレル変換回路ＳＰＣ１経由で、脈拍センサＬＥＤ光量調整回路ＬＤＤ１を制御して、赤外ＬＥＤの電流強度を設定する（Ｐ３５２）。次に、マイコンチップ内蔵のＡＤ変換回路にて、脈拍センサ信号増幅回路のＤＯ出力の電圧値を取得する（Ｐ３５３）。取得された強度から、フォトトランジスタＰＴ１の出力電流強度を判定する（Ｐ３５４）。赤外ＬＥＤの光量が不足している場合には、ＬＥＤ電流強度を上げる（Ｐ３５７）。なお、ＬＥＤ電流を最大強度に設定しても、フォトトランジスタＰＴ１の出力電流が不足している場合（Ｐ３５６）には、センサデータファイルＳＤ１に、“ＬＥＤ強度不足のため測定不能”という旨を書き込んで、動作モード決定ルーチンＰ２００に移行する。なお、フォトトランジスタＰＴ１の出力電流強度が十分の場合に、ＬＥＤ強度を更新した場合には、その強度設定値を動作設定ファイルＰＤ１に書き込んで、次回からのデフォルト値として使用する。
【０１５８】
本サブルーチンの目的は以下である。まず第１に、本腕輪型センサノードＳＮ１が腕に装着されているかどうかを検知して、腕に装着されていない場合には無駄に脈拍センシングを実行するのを防止する。加速度センサＡＳ１を使用した安静判定ルーチンだけでは、腕に装着されていないかどうかまでを判定するのは不可能である。しかし、本ルーチンを併用する事により、本腕輪型センサノードが腕に装着されているかどうかを検出する事が可能となり、無駄な脈拍センシングに伴う電池ＢＡＴ１の消耗を極力防止する事が可能となる。つまり、フォトトランジスタＰＴ１の出力に基づく電圧が、図２５のＷＡ１またはＷＤ１となるときは、センサノードＳＮ１が非装着状態であると判定するのである。
【０１５９】
本サブルーチンのもうひとつの目的は、ユーザ（装着者）による個人差を補正して安定した脈拍センシングを実現する点にある。フォトトランジスタＰＴ１によって検知される血流変動による光量変化の強度は、一般に、ユーザの皮下にどのくらいの脂肪がついているか等によってかなり変動してしまう。つまり、脂肪が多いユーザの場合には、赤外ＬＥＤの光量を強く設定する必要がある。逆に、脂肪が少ない場合には、赤外ＬＥＤの光量を弱く設定しないと、脈拍センサ信号増幅回路内のオペアンプが飽和してしまって、正常な動作が期待できない。このため、本ルーチンを使用して、赤外ＬＥＤの光量を調整する事が、安定して脈拍センシングを行なうためには、必要不可欠である。
【０１６０】
以上のようにして、本発明の腕輪型センサノードＳＮ１では、本発明に特有なサブルーチンにより、無駄な電力消費を抑えながら、安定したセンシング動作を実現する。
【０１６１】
次に、図２６のデータ送受信ルーチンＰ４００に関して説明する。
【０１６２】
データ送受信ルーチンＰ４００では、まず、マイコンチップの該当するＰＩＯを制御して、ＲＦチップの電源をオンして、リセットを発行する。さらに、ＲＦチップのクロックＸ１を起動して、ＲＦチップを使用可能状態に設定する（Ｐ４１０）。なお、ＲＦチップ起動後に、動作設定ファイルＰＤ１を参照して、使用する無線チャネル、その他のパラメータを取得し、ＲＦチップの設定を更新する。
【０１６３】
次に、センサデータ送受信サブルーチン（Ｐ４２０）にて、センサデータＳＤ１を基地局に送信する。本サブルーチンでは、まず、センサデータＳＤ１を読み出して、無線通信用のデータフォーマットに加工する（Ｐ４２１）。典型的には、エラー訂正コードや、自センサノードの識別子（＝センサノードＩＤ）などをセンサデータに付加する。無線通信用のデータフォーマットに加工した後に、ＲＦチップを送信状態に設定して、先程のデータを無線送信する（Ｐ４２２）。無線送信終了後、ＲＦチップを受信状態に設定し、基地局からＡＣＫ信号が送信されてくるのを待ち受ける（Ｐ４２３）。ＡＣＫ信号は、通常、無線通信にてポピュラーな信号であり、送信したデータがちゃんと目的の相手先に届いているかを確認する目的で使用される信号である。本ルーチンでは、省略しているが、ＡＣＫ信号を待っても基地局から送信されてこない場合には、再度送信する事によって、確実に基地局にデータを届ける事が可能となる。
【０１６４】
本発明の腕輪型センサノードＳＮ１に特有な処理として、センサデータ送信ルーチン終了後に、次に、コマンド取得ルーチン（Ｐ４３０）を実行する。コマンド取得ルーチンＰ４３０では、まず、ＲＦチップを送信状態に切り替えて、基地局ＢＳ１０に対して、自分宛に送信したいコマンドがないかどうかを問いかける信号を送信する（Ｐ４３１）。センサデータ送信サブルーチンと同様に問いかけ信号送信後に、ＲＦチップを受信状態に切り替えて、ＡＣＫ信号を受信待ちする（Ｐ４３２）。基地局ＢＳ１０では、問いかけに対して、発送したいコマンドがあるかどうかを判断し、上記ＡＣＫ信号に、発送したいコマンドがあるかどうかに関しての情報も入れ込んで、センサノードＳＮ１にＡＣＫ信号を返答する。センサノードＳＮ１はＡＣＫ信号の内容を判定して、基地局ＢＳ１０からのコマンドが存在しない場合には、Ｐ４４０に移行して、ＲＦチップのクロックを停止して、電源を落とし、動作モード決定ルーチンＰ２００に移行する。一方、コマンドが存在すると判定された場合には、ＲＦチップを引き続き受信状態で待機させ、コマンドが基地局から送信されてくるのを待ち受ける（Ｐ４３３）。コマンドを受信したら、直ちに、ＲＦチップを送信状態に変更する。基地局ＢＳ１０に対して、正常にコマンドが受信できた旨のＡＣＫ信号を送信（Ｐ４３４）して、Ｐ４４０に移行して処理を終了する。なお、本ルーチンで言うコマンドには、動作パラメータや、本腕輪型センサノード搭載の表示装置ＬＭｏｎ１への表示メッセージ等も含まれる。
【０１６５】
コマンド取得ルーチンＰ４３０の目的は以下である。すなわち、本腕輪型センサノードＳＮ１では、消費電力を削減するための間欠動作により、ＲＦチップは必要な場合のみ、つまり、センシングしたセンサデータを基地局に送信する場合しか起動しない。一方、基地局からは、例えば、センサの動作パラメータを変更したり、表示装置ＬＭｏｎ１の表示メッセージを変更したり、腕輪型センサノードに対してデータをダウンロードしたい場合が存在する。基地局ＢＳ１０からのダウンロードだけを単純に実現したい場合には、センサノードのＲＦチップの電源を常時オンにして受信待機しておけば良い。しかし、既に説明したように、このような方式では、電池が瞬時に消耗してしまい、長期間使用することができない。この問題を解決するため、本方式では、センサノードＳＮ１がデータを送信した場合に、必ず、自分宛にダウンロードしたいデータがあるかどうかを問い合わせる。本方式により、低消費電力と基地局からのダウンロードの両方が可能となる。
【０１６６】
データ送受信ルーチン終了後、基地局からのコマンドが存在する場合には、コマンド解析ルーチン（Ｐ４５０）を実行する。本ルーチンでは、基地局から送られてきた信号を解析して（Ｐ４５１）、まず、動作パラメータか、表示装置ＬＭｏｎ１への表示メッセージ等のコマンドかの判定を行なう。次に、動作パラメータの場合には、パラメータ設定サブルーチン（Ｐ４５２）により、動作設定ファイルＰＤ１を更新する。また、コマンドの場合には、コマンド実行サブルーチン（Ｐ４６０）にて、必要な処理を実行する。典型的には、表示装置ＬＭｏｎ１のメッセージの書き換え等である。以上のようにして、必要な処理を終了後、動作モード決定ルーチンＰ２００に移行する。
【０１６７】
動作モード決定ルーチンＰ２００では、データ送信ルーチン終了後、待機移行ルーチンＰ５１０を起動して、待機状態Ｐ５００に移行する。待機移行ルーチンＰ５１０では、マイコンチップのクロックＸ２を停止して、ソフトウェアスタンバイ動作モードに移行する等の、待機状態への移行に必要な処理を実行する。また、リアルタイムクロックモジュールＲＴＣ１にアクセスして、次回起動するまでの時間間隔を設定するとともに、リアルタイムクロックＲＴＣからの割り込み、緊急スイッチ（ＥＳＷ１）から割り込み等の外部割込みを許可する。なお、待機時間終了後に待機状態Ｐ５００からの起動は、既に説明したように、上記のリアルタイムクロックＲＴＣ割り込みにより実現される。
【０１６８】
図２９に本プログラムにより制御される一連の処理の流れと、典型的な電流波形例を示す。また、図３０に各処理状態での消費電流の典型値を示す。
【０１６９】
時間ＴＣ１は、マイコンチップがソフトウェアスタンバイモードにあり、消費電流は１μＡ以下に抑えられている。そして、リアルタイムクロック回路ＲＴＣ１が所定の時間を経過すると、時間ＴＣ２に入り、リアルタイムクロックＲＴＣ割り込みを発生し、水晶振動子Ｘ２を起動し、マイコンチップを起動して待機状態から動作モード決定ルーチンＰ２００を経てデータ検知ルーチンＰ３００に入る。マイコンチップの起動により、時間ＴＣ２では、Ｉ１（＝５ｍＡ）の電流に増大する。
【０１７０】
データ検知ルーチンＰ３００は、時間ＴＣ３〜ＴＣ５にて実行される。まず、マイコンチップのＡＤＣ回路をオンにし、温度センサＴＳ１の電源をオンにして温度センサＴＳ１の測定値を取得する。時間ＴＣ３では、温度センサＴＳ１の起動により電流値は、Ｉ１＋Ｉ２となる。
【０１７１】
温度を取得した後には、温度センサＴＳ１を停止し、時間ＴＣ４で加速度センサＡＳ１を起動して安静状態を検出する（Ｐ３３０）。加速度センサＡＳ１の起動により、時間ＴＣ４では、センサノードＳＮ１の消費電力はＩ１＋Ｉ３（＝０．５ｍＡ）となる。
【０１７２】
安静状態検出の結果、安静状態であれば加速度センサＡＳ１をオフにしてから、時間ＴＣ５で徐々に赤外ＬＥＤの出力をデフォルト値から上昇させて最適化を行う。そして、所定の時間ＴＣ６で赤外ＬＥＤとフォトトランジスタＰＴ１で脈拍のセンシングを行う。この時間ＴＣ６の期間が最大の消費電流となり、Ｉ１＋Ｉ４（＝１０〜５０ｍＡ）の電力を消費する。
【０１７３】
脈拍のセンシングが完了すると、赤外ＬＥＤ及びフォトトランジスタＰＴ１をオフにしてから、時間ＴＣ７にてＲＦチップの駆動を開始する。そして、時間ＴＣ７の期間で基地局ＢＳ１０と通信を行って上述のようにデータの送信やコマンドの受信を行う。この時間ＴＣ７の期間の消費電流はＩ１＋Ｉ５（＝２０ｍＡ）となり、２番目に大きな消費電流となる。
【０１７４】
時間ＴＣ７の送受信が終了すると、ＲＦチップ及びクロックＸ１をオフにしてから、時間ＴＣ８でマイコンチップの待機状態に移行する。リアルタイムクロックＲＴＣなどの設定を行ってからマイコンチップは時間ＴＣ９で待機状態に移行し、上記ＴＣ１〜ＴＣ８のサイクルを繰り返す。
【０１７５】
以上により、本発明のセンサノードＳＮ１では、ソフトウェアスタンバイモードのマイコンチップをリアルタイムクロックＲＴＣ割り込みで起動してから、順次測定を行い、各測定（通信）が終了する度に、起動していたセンサやチップを停止させることで消費電流（消費電力）を抑制する。つまり、測定及び通信の際には、マイコンチップに加えて各処理に関連するセンサやチップのみを駆動し、他のセンサやチップは停止させておくことで、必要最小限の消費電力に抑制できる。
【０１７６】
そして、最も消費電力の大きな脈拍センサを駆動すべきか否かを、消費電力の遙かに小さい加速度センサＡＳ１の測定結果により判断することで、正確な脈拍の測定を行うことが可能な安静状態以外では、時間ＴＣ６〜ＴＣ７の脈拍センサとＲＦチップの駆動をキャンセルすることが可能となり、安静状態以外では赤外ＬＥＤ等の駆動を禁止して無駄な電力消費を回避でき電池ＢＡＴ１の消耗を回避し、センサノードＳＮ１の長期間の作動を保証できるのである。
【０１７７】
なお、加速度センサＡＳ１は、生体（人体）の動きを検出する第１のセンサを構成し、脈拍センサ（赤外ＬＥＤ１、２、フォトトランジスタＰＴ１）は生体の情報を測定する第２のセンサを構成する。
【０１７８】
次に、図３１に示すように、本発明の腕輪型センサノード特有の機能として、緊急スイッチＥＳＷ１割り込みにより、待機状態Ｐ５００から、本発明に特有なルーチンである緊急発報ルーチンＰ６００に移行可能である。以下、緊急発報ルーチンＰ６００に関して説明する。
【０１７９】
緊急発報ルーチンでは、まず、誤動作防止サブルーチン（Ｐ６１０）を実行する。誤動作防止サブルーチンでは、まず、リアルタイムクロックモジュールＲＴＣ１にアクセスして、一時スタンバイ時間Ｔ１経過後にリアルタイムクロックＲＴＣ割り込みが入るように設定する（Ｐ６１２）。一時スタンバイ時間Ｔ１としては、典型的には、３（ｓ）程度を設定する。次に、緊急スイッチ割り込みを禁止状態に設定して、マイコンチップのクロックＸ２を停止して、ソフトウェアスタンバイ動作モードに移行する。設定した一時スタンバイ時間Ｔ１が経過して、リアルタイムクロックＲＴＣ割り込みが発生したら、マイコンチップを起動して（Ｐ６１４）、緊急スイッチ入力のレベルを再判定（Ｐ６１５）して、緊急スイッチが押され続けていたら、次の緊急データ送信サブルーチンＰ６２０を起動する。再判定の際に、緊急スイッチが押されていなかったら、待機移行サブルーチンＰ５１０を実行して、待機状態Ｐ５００に再度移行する。
【０１８０】
本誤動作防止サブルーチンの目的は以下である。すなわち、緊急スイッチの誤操作に起因する、無駄な電力消費を極力抑える点にある。本腕輪型センサノードＳＮ１では、低消費電力化のために、センシングを実行していない場合には、マイコンチップその他を待機状態に移行させて、消費電力を徹底的に抑える。一方、ユーザが体調の悪い等で、緊急コールを呼びたい場合には、待機状態のままでは、ユーザの要求に応えられない。この問題に対処するために、既に説明したように、本発明の腕輪型センサノードでは、緊急スイッチＥＳＷ１（ＳＷ１）をマイコンチップの外部割込みに割り当てて、緊急スイッチ（ＥＳＷ１）が押された場合には、即座に待機状態から復帰して、ユーザの要求に応えられるように設計されている。しかし、スイッチには、誤操作が付き物である。また、チャタリングも存在する。このため一般には、このような緊急度の高いスイッチの場合には、ある一定時間以上、押し続けられないと反応しないように構成される。この動作を実現するには、単純には、マイコンチップにてタイマを構成して、指定された時間が経過した後に、再度、本方式のようにスイッチがまだ押され続けているかを判定すれば良い。しかし、このような単純な方式だと、マイコンチップを一定時間以上起動し続ける必要あり、典型的には、５ｍＡ程度の電流が消費されてしまう（図３０）。つまり、低消費電力化が最重要項目である本発明の腕輪型センサノードには適用できない。さらに、スイッチの誤操作等により、誤って、緊急スイッチ割り込みが頻繁に発生した場合には、マイコンチップは起動状態が継続してしまい、消費電力が増大してしまう。
【０１８１】
この問題を解決するために考案したのが、本方式である。本方式では、マイコンチップは、緊急スイッチ割込み発生後に起動した後に、リアルタイムクロックＲＴＣを設定して、即座にソフトウェアスタンバイ動作モードに移行する。スイッチＳＷ１が押され続けているかどうかを判断するための時間中は、ずっと、ソフトウェアスタンバイ動作モードで待機可能である。つまり、緊急スイッチ割り込みが、誤って頻繁に押された場合にも、消費電流を確実に待機状態にまで抑えることが可能となる。
【０１８２】
図３２（ａ）に示すグラフが、上記緊急発報ルーチンによる効果である。また、図３２の（ｂ）が本方式（緊急発報ルーチン）を採用しない場合である。
【０１８３】
図中ＴＣ１３が緊急スイッチ再判定のための待ち時間である。また、時間ＴＣ１５が緊急コールのデータ通信にかかる時間である。この図では、時間ＴＣ１３もＴＣ１５の大差ないように書かれているが、実際には、
ＴＣ１３：  〜３（ｓ）
ＴＣ１５：  ０．１（ｓ）以下
であり、本方式による消費電流の削減は非常に効果的である。
【０１８４】
以上のようにして、緊急スイッチＥＳＷ１が本当に押されていると判断された場合には、次に、緊急データ送信サブルーチン（Ｐ６２０）が実行される。本サブルーチンでは、まず、ＲＦチップを起動する（Ｐ６２１）。次に、基地局向けに送信する緊急データを作成する（Ｐ６２２）。次に、ＲＦチップを送信状態に設定して、緊急データを送信（Ｐ６２３）する。さらに、ＲＦチップを受信状態に設定して、緊急コールが確実に基地局に届いたかどうかをチェックするために基地局からのＡＣＫ信号を受信待ちする。なお、必要に応じて、Ｐ６２６〜Ｐ６２８ルーチンを実行して、基地局からのメッセージをダウンロードして、表示装置ＬＭｏｎ１にメッセージを表示させることも可能である。
【０１８５】
＜第２実施形態＞
図３３は、第２の実施形態を示し、前記第１実施形態の温度センサＴＳ１が、温度に加えて、湿度を測定するようにしたものである。
【０１８６】
温度、湿度をセンシングする温湿度センサＴＳ１を実装するセンサノードＳＮ１の場合には、室内や屋外の空気を直接、温湿度センサＴＳ１でセンシングする必要がある。このため、温湿度センサＴＳ１とセンサノードＳＮ１の制御回路を室内や屋外と同じ環境上に実装することになる。制御回路は、制御回路の回りの温度や湿度の変化により、回路の表面が結露し、誤動作や故障の原因になる。
【０１８７】
よって、通常は、温湿度センサＴＳ１は、センサノードＳＮ１の制御回路と別々に実装される。例えば、制御回路を密閉されたケースに実装し、温湿度センサＴＳ１をケースの外に出して、温湿度センサＴＳ１とケースをケーブルで接続する。しかし、この場合には、温湿度センサがケースの外に出るので、温湿度センサの固定方法やセンサ設置の実装を別途考える必要が生じ、実装が複雑になり、実装のコストが高くなるという問題がある。
【０１８８】
そこで、本発明は、一つのケースに温湿度センサＴＳ１とセンサノードＳＮ１の制御回路を実装できるようにしたものである。
【０１８９】
図３３に温湿度をセンシングするセンサノードの一実施例を示す。
【０１９０】
外部ケースＳＮ−ＮＯＤＥには、前記第１実施形態と同様に、ＲＦチップとマイコンが搭載されている基板ＢＯ１、電源制御回路とセンサとのインタフェース回路を搭載する基板ＢＯ２−２、電源ＢＡＴ、アンテナＡＮＴ１を接続するコネクタＳＭＡ１、温湿度センサ基板ＢＯ３−２を内蔵する内部ケースＳＮ−ＣＡＰ（隔壁）が実装される。
【０１９１】
内部ケースＳＮ−ＣＡＰ内には、温湿度センサ基板ＢＯ３−２が内蔵される。内部ケースＳＮ−ＣＡＰには、外部の空気を取り込む温湿度通過窓ＷＮ１があり、この通過窓ＷＮ１により、外部の空気の温度、湿度の測定が可能になる。つまり、内部ケースＳＮ−ＣＡＰの内側が湿度センサ基板ＢＯ３−２を収容する空間となり、内部ケースＳＮ−ＣＡＰの外部と、外部ケースＳＮ−ＮＯＤＥの内周が基板ＢＯ１、基板ＢＯ２−２、電源ＢＡＴを収容する第２の空間となる。
【０１９２】
外部ケースＳＮ−ＮＯＤＥは、内部ケースＳＮ−ＣＡＰと外部ケースＳＮ−ＮＯＤＥの接触面に防水用のＯリングＯＲＮＧ１を実装し、アンテナ用コネクタＳＭＡ１と外部ケースＳＮ−ＮＯＤＥとの接触面にＯリングＯＲＮＧ２を実装する。これにより、外部ケースＳＮ−ＮＯＤＥ内の空気とケース外の空気が完全に分離される。
【０１９３】
また、基板ＢＯ２−２と基板ＢＯ３−２とのインタフェース信号は、内部ケースＳＮ−ＣＡＰを貫通するが、内部ケースＳＮ−ＣＡＰと外部ケースＳＮ−ＮＯＤＥの接触面に防水用のＯリングＯＲＮＧ３を実装する。これにより、内部ケースＳＮ−ＣＡＰ内の空気と外部ケースＳＮ−ＮＯＤＥの内部の空気は完全に分離される。
【０１９４】
これらの３つのＯリングにより、外部ケースＳＮ−ＮＯＤＥ内は、密閉されているため、温度や湿度の変化によって結露することが無く、制御回路の信頼性が向上する。また、温湿度センサもケースに実装されるので、センサも含めて一つのケースに実装されるので、実装がコンパクトになり、センサノードの設置が容易になるという効果がある。
【０１９５】
図３４に本実施例で用いる基板ＢＯ２−２とＢＯ３−２の構成図を示す。基板ＢＯ２−２は、ＲＦとマイコンが搭載されている基板ＢＯ１とのインタフェースと、温湿度センサ基板ＢＯ３−２とのインタフェースと、電源ＢＡＴのインタフェースを有し、基板ＢＯ２−２には、基板ＢＯ１とＢＯ２−２に実装される各種回路に供給される電源用のレギュレータＲＥＧ１と、パワーオンリセッスイッチＲＳＷ１と、パワーオンリセット回路ＰＯＲ１と、バスセレクト回路ＢＳ２と、不揮発性メモリＳＲＡＯＭ１と、温湿度センサ用電源レギュレータＲＥＧ２と、温湿度センサ用電源レギュレータのオンオフ制御回路ＰＳ２１が搭載される。これらの回路は、基板ＢＯ１からの制御信号（ディジタルポートＤＰ、バス制御信号ＢＣ、シリアルバス制御ＳＢ）により制御される。
【０１９６】
温湿度センサ基板ＢＯ３−２は、温湿度センサＴＭＰ−ＳＮを搭載している。基板ＢＯ１からの制御信号ＤＰは、基板ＢＯ２−２を経由して、温湿度センサＴＭＰ−ＳＮを制御する。制御信号ＤＰは、センサを制御する双方向データ信号と、データ信号が有効なタイミングであるかどうかを示すクロック信号から構成されていて、クロック信号のタイミングで、制御信号およびデータの送受信を行うことが可能である。
【０１９７】
温湿度センサＴＭＰ−ＳＮのセンシングの手順に関して簡単に説明する。基板ＢＯ１は、温湿度をセンシングする間隔を制御する。たとえば、測定周期が５分であれば、その５分の周期を測定し、５分経過したら、温湿度センサＴＭＰ−ＳＮから温度と湿度のデータを制御信号ＤＰにより読み出し、ＲＦ回路により基地局へ無線通信でデータを転送する。基地局ＢＳ１０は、インターネットやイントラネット等の通信回線を用いて、データサーバやアプリケーションシステムに温度、湿度情報を転送する。
【０１９８】
温湿度の測定とその測定データの転送を周期的に行うようにするが、本実施例で示す構成により低コストで安定して動作するセンサノードを実現することができる。
【０１９９】
本実施例では、デジタル信号で制御される温湿度センサＴＭＰ−ＳＮに関して説明しているが、アナログ信号で制御される温湿度センサの場合には、基板ＢＯ１でアナログ信号をデジタル信号に変換してから無線通信でデータを転送すればよい。本実施例の実装構成はアナログ出力の温湿度センサにも適用可能である。
【０２００】
なお、上記各実施形態では、センサノードＳＮ１を腕に装着する例を示したが、脈拍を測定可能な部位（例えば、足）であれば装着することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２０１】
以上のように、本発明では、腕輪型のセンサノードにおいてチップ型誘電体アンテナを人体から離すことで、高感度と安定した無線通信を確保でき、少ない消費電力で安定した無線通信を行うことが可能なセンサノードに適用できる。
【０２０２】
そして、複数のセンサを搭載しながら極めて低い消費電力で長期間に渡ってセンサノードを継続的に使用できるため、医療や介護などメンテナンスフリーで長期間の使用が要求されるセンサノードに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２０３】
【図１】本発明の第１実施形態を示す腕輪型センサノードの正面及びアンテナの配置を示す部分透視図で、センサノードを左腕に装着した場合を示す。
【図２】ケースの底面を表面側から透視した場合の脈拍センサの配置を示す説明図。
【図３】本発明の腕輪型センサノードにより実現される健康管理センサ・ネットワーク・システムの構成例を示したブロック図。
【図４】基地局ＢＳ１０で収集したセンサデータの一例を示す説明図。
【図５】センサノードの内部の基板ユニットの構成を示す図で、（Ａ）は基板ユニットの上面図を示し、（Ｂ）は基板ユニットの正面図を示し、（Ｃ）は基板ユニットの底面図を示し、（Ｄ）は基板ユニットの背面図を示し、（Ｅ）は基板ユニットの右側面図を示す。
【図６】腕輪型センサノードを構成する本体ボードＢＯ１の第１の面（ＳＩＤＥ１）の構成図。
【図７】腕輪型センサノードを構成する本体ボードＢＯ１の第２の面（ＳＩＤＥ２）の構成図。
【図８】腕輪型センサノードを構成するマザーボードＢＯ２の第１の面（ＳＩＤＥ１）の構成図。
【図９】腕輪型センサノードを構成するマザーボードＢＯ２の第２の面（ＳＩＤＥ２）の構成図。
【図１０】腕輪型センサノードを構成する脈拍センサボードＢＯ３の第１の面（ＳＩＤＥ１）の構成図。
【図１１】腕輪型センサノードを構成する脈拍センサボードＢＯ３の第２の面（ＳＩＤＥ１）の構成図。
【図１２】腕輪型センサノードを構成する本体ボードＢＯ１、マザーボードＢＯ２、脈拍センサボードＢＯ３の構成と各基板間の接続関係を示した構成図。
【図１３】本体ボードＢＯ１の断面図。
【図１４】腕輪型センサノードのマザーボードＢＯ２の内部に設けられたグランド層（ＧＰＬ２０）、電源層（ＶＰＬ２０）、および、それらの禁止領域（ＮＧＡ２０）を示す正面図。
【図１５】腕輪型センサノードの脈拍センサボードＢＯ３の内部に設けられたグランド層（ＧＰＬ３０）、電源層（ＶＰＬ３０）、および、それらの禁止領域（ＮＧＡ３０）を示す正面図。
【図１６】腕輪型センサノードで使用するＬＥＤ表示器（ＬＳＣ１）の一例を示す回路図で、（ａ）はインバータＩＶ１による電流増幅にてＬＥＤを駆動する例を示し、（ｂ）はマイコンチップのＰＩＯにてＬＥＤを直接駆動する例を示す。
【図１７】腕輪型センサノードで使用するバスセレクタ（ＢＳ１、ＢＳ２）の一例を示す回路図。
【図１８】腕輪型センサノードで使用する緊急スイッチ（ＥＳＷ１）、および、測定スイッチ（ＧＳＷ１）の一例を示し、（ａ）は緊急スイッチＥＳＷ１の回路図を示し、（ｂ）は測定スイッチＧＳＷ１の回路図を示す。
【図１９】腕輪型センサノードで使用する充電制御回路ＢＡＣ１の一例を示し、（ａ）は充電制御回路ＢＡＣ１の回路図で、（ｂ）は充電端子ＰＣＮ１の回路図。
【図２０】腕輪型センサノードで使用する電源遮断スイッチ（ＰＳ２１、ＰＳ３１）の一例を示し、（ａ）は制御線ＳＣ１０で電源を制御する回路図を示し、（ｂ）制御線ＳＣ１０で電源を制御する回路図を示す。
【図２１】腕輪型センサノードで使用するアナログ基準電位生成回路ＡＧＧ１の一例を示す回路図。
【図２２】腕輪型センサノードで使用する脈拍センサ光量調整回路ＬＤＤ１の一例を示す回路図。
【図２３】腕輪型センサノードで使用する脈拍センサヘッド回路（ＰＬＳ１０、ＰＬＳ２０）の一例を示す回路図で、（ａ）はフォトトランジスタＰＴ１を用いた例を示し、（ｂ）はフォトダイオードを用いた例を示す。
【図２４】腕輪型センサノードで使用する脈拍センサ信号増幅回路ＡＭＰ１の一例を示す回路図。
【図２５】脈拍センサ信号増幅回路の波形例を示すグラフで、（ａ）は脈拍センサ信号増幅回路の出力ＡＡと時間の関係を示し、（ｂ）は脈拍センサ信号増幅回路の出力Ｄ０の出力と時間の関係を示す。
【図２６】腕輪型センサノードで実行される制御の一例を示すフロチャート。
【図２７】図２６のＰ１００で行われるセンサノードの初期化ルーチンのフロチャート。
【図２８】図２６のＰ３５０で行われるＬＥＤ光量調整のサブルーチンのフロチャート。
【図２９】腕輪型センサノードの消費電流と時間の関係を示すグラフ。
【図３０】腕輪型センサノードの各素子の消費電流を示す説明図。
【図３１】緊急発報ルーチンの一例を示すフロチャート。
【図３２】腕輪型センサノードの緊急発報時の消費電流と時間の関係を示すグラフで、（ａ）は本発明の緊急発報ルーチンを用いた場合を示し、（ｂ）は本発明の緊急発報ルーチンを用いない場合を示す。
【図３３】第２の実施形態を示し、センサノードの概略図。
【図３４】同じく、第２の実施形態を示し、基板ＢＯ２−２と温湿度センサ基板ＢＯ３−２の一例を示す構成図。
【符号の説明】
【０２０４】
ＣＡＳＥ１  ケース
ＡＮＴ１  アンテナ
ＬＭｏｎ１  表示装置
ＬＥＤ１、２  赤外線発光ダイオード
ＰＴ１  フォトトランジスタ
ＳＷ１（ＥＳＷ１）  緊急スイッチ
ＳＷ２（ＧＳＷ１）  測定スイッチ
ＢＯ１  本体ボード
ＢＯ２  マザーボード
ＢＯ３  脈拍センサボード
ＢＡＴ１  電池
ＣＨＩＰ１  ＲＦチップ
ＣＨＩＰ２  マイコンチップ
【図１】
2006312010.tif 000003
【図２】
2006312010.tif 000004
【図３】
2006312010.tif 000005
【図４】
2006312010.tif 000006
【図５】
2006312010.tif 000007
【図６】
2006312010.tif 000008
【図７】
2006312010.tif 000009
【図８】
2006312010.tif 000010
【図９】
2006312010.tif 000011
【図１０】
2006312010.tif 000012
【図１１】
2006312010.tif 000013
【図１２】
2006312010.tif 000014
【図１３】
2006312010.tif 000015
【図１６】
2006312010.tif 000016
【図１７】
2006312010.tif 000017
【図１８】
2006312010.tif 000018
【図１９】
2006312010.tif 000019
【図２０】
2006312010.tif 000020
【図２１】
2006312010.tif 000021
【図２２】
2006312010.tif 000022
【図２３】
2006312010.tif 000023
【図２４】
2006312010.tif 000024
【図２５】
2006312010.tif 000025
【図２６】
2006312010.tif 000026
【図２７】
2006312010.tif 000027
【図２８】
2006312010.tif 000028
【図２９】
2006312010.tif 000029
【図３０】
2006312010.tif 000030
【図３１】
2006312010.tif 000031
【図３２】
2006312010.tif 000032
【図３３】
2006312010.tif 000033
【図１４】
2006312010.tif 000034
【図１５】
2006312010.tif 000035
【図３４】
2006312010.tif 000036