(57)【要約】【課題】複数の装置を配置するシステムにおいて、各装置において電力不足が生じ易いこと。【解決手段】通信装置は、通信信号を伝送する線路対によりマルチドロップ接続された他の複数の通信装置と通信する通信部と、通信部を制御する制御部とを備え、制御部は、他の複数の通信装置に動作電力を提供する予め定められた第１の通信信号を線路対へ出力させた後に、他の複数の通信装置のうちの少なくとも一部の通信装置との間で線路対を通じた通信を開始させる。【選択図】図５
2019216567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信信号を伝送する線路対によりマルチドロップ接続された他の複数の通信装置と通信する通信部と、
前記通信部を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記他の複数の通信装置に動作電力を提供する予め定められた第１の通信信号を前記線路対へ出力させた後に、前記他の複数の通信装置のうちの少なくとも一部の通信装置との間で、前記線路対を通じた通信を開始させる
通信装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記他の複数の通信装置がそれぞれ有する蓄電池の充電状態を前記通信によって取得し、それぞれの通信装置が有する前記蓄電池の充電状態に応じて、前記線路対を通じて伝送される通信信号から取得される電力でそれぞれの通信装置が有する前記蓄電池を充電させる
請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記通信によって前記他の複数の通信装置がそれぞれ有する蓄電池の充電量を取得し、前記他の複数の通信装置のうち充電量が予め定められた量を下回る蓄電池を有する通信装置へ、前記線路対を通じて伝送される通信信号から取得した電力で前記蓄電池を充電するよう指示する第３の通信信号を送信させる
請求項１又は２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記第１の通信信号を前記通信部から送信させた後、
前記他の複数の通信装置のうちの一つの通信装置を指定して前記充電量を問い合わせる第２の通信信号を送信させ、前記充電量が予め定められた量を下回る場合に、前記第３の通信信号を送信させ、前記充電量が予め定められた量以上である場合に、前記通信信号から取得した電力で前記蓄電池を充電しないよう指示する第４の通信信号を送信させる
ことを前記他の複数の通信装置について繰り返すことにより、前記他の複数の通信装置のうち前記充電量が予め定められた量を下回る通信装置に、前記第１の通信信号、前記第２の通信信号、前記第３の通信信号、及び前記第４の通信信号から取得した電力で蓄電池を充電させる
請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記線路対は平衡線路であり、
前記通信部は、前記線路対を通じて音声帯域周波数の通信信号で前記他の複数の通信装置と通信するモデムを備える
請求項１から４のいずれか一項に記載の通信装置。
【請求項６】
前記予め定められた信号は、通信データを送信する前に送信されるマーク信号である
請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
前記他の複数の通信装置はそれぞれ、前記線路対を通じた通信機能を有し、対象物の互いに異なる位置に設けられて前記対象物の物理量を検出するセンサである
請求項１から６のいずれか一項に記載の通信装置。
【請求項８】
通信信号を伝送する線路対により接続された他の通信装置と通信する通信部と、
前記線路対を通じて前記他の通信装置との通信を開始する前に前記他の通信装置から送信される予め定められた第１の通信信号から、前記通信部の動作電力を取得する動作電力取得部と
を備え、
前記通信部は、前記第１の通信信号を受信した後、前記取得した動作電力を用いて前記他の通信装置との間の通信を開始する
通信装置。
【請求項９】
前記線路対は平衡線路であり、
前記動作電力取得部は、前記線路対を通じて音声帯域周波数の通信信号を整流する整流回路を有し、
前記通信装置は、
前記整流回路により得られた電流により蓄電する蓄電部
をさらに備え、
前記通信部は、前記蓄電部に蓄積されている電力を動作電力として用いて、前記他の通信装置と通信する
請求項８に記載の通信装置。
【請求項１０】
前記通信装置は、前記線路対を介してマルチドロップ接続により複数接続され、
複数の前記通信装置のそれぞれは、
蓄電池と、
前記蓄電池に蓄電されている電力で動作するセンサと、
前記蓄電池を制御する蓄電池制御部と
をさらに備え、
前記通信部は、前記第１の通信信号を受信した後に、前記蓄電池の充電量を問い合わせる第２の通信信号を受信した場合に、前記充電量を示す通信信号を、前記線路対を通じて前記他の通信装置に送信し、
前記蓄電池制御部は、
前記通信部が、前記線路対を通じて伝送される通信信号から取得した電力で前記蓄電池を蓄電するよう指示する第３の通信信号を前記他の通信装置から前記線路対を通じて受信した場合に、前記蓄電部に蓄積されている電力で前記蓄電池を充電するよう制御し、
前記通信部が、前記線路対を通じて伝送される通信信号から取得された電力で前記蓄電池を充電しないよう指示する第４の通信信号を前記他の通信装置から前記線路対を通じて受信した場合に、前記蓄電部に蓄積されている電力で前記蓄電池を充電しないよう制御する
請求項９に記載の通信装置。
【請求項１１】
複数の第１の通信装置と、
通信信号を伝送する線路対により前記複数の第１の通信装置とマルチドロップ接続された第２の通信装置と
を備え、
前記第２の通信装置は、
前記複数の第１の通信装置と通信する第２の通信部と、
前記第２の通信部を制御する第２の制御部と
を備え、
前記第２の制御部は、前記複数の第１の通信装置に動作電力を提供する予め定められた通信信号を前記線路対へ出力させた後に、前記複数の第１の通信装置のうちの少なくとも一部の通信装置との間で、前記線路対を通じた通信を開始させ、
前記複数の第１の通信装置はそれぞれ、
前記第２の通信装置と通信する第１の通信部と、
前記線路対を通じて前記第２の通信装置との通信を開始する前に前記第２の通信装置から送信される前記予め定められた通信信号から、前記第１の通信部の動作電力を取得する動作電力取得部と
を備え、
前記複数の第１の通信装置がそれぞれ備える前記第１の通信部は、前記予め定められた通信信号を受信した後、前記取得した動作電力を用いて前記第２の通信装置との間の通信を開始する
システム。
【請求項１２】
通信信号を伝送する線路対によりマルチドロップ接続された他の複数の通信装置との間の通信を制御する方法であって
前記他の複数の通信装置に動作電力を提供する予め定められた第１の通信信号を前記線路対へ出力させる段階と、
前記他の複数の通信装置のうちの少なくとも一部の通信装置との間で前記線路対を通じた通信を開始させる段階と
を備える方法。
【請求項１３】
通信信号を伝送する線路対により接続された他の通信装置との間の通信を制御する方法であって、
前記線路対を通じて前記他の通信装置との通信を開始する前に前記他の通信装置から送信される予め定められた第１の通信信号から、前記他の通信装置との間の通信を行う通信部の動作電力を取得する段階と、
前記第１の通信信号を受信した後、前記取得した動作電力を用いて前記通信部が前記他の通信装置との間の通信を開始する段階と
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池による給電の信頼性を向上させた無線センサを使用する無線センサネットワークシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。また、自己電源装置を備える無線ネットワーク装置が知られている。
特許文献１  特開２００７−１７９４１１号公報
特許文献２  特開２００７−１８１２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
複数の装置を備えるシステムにおいて、各装置で電力不足が生じにくいことが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様において、通信装置が提供される。通信装置は、通信信号を伝送する線路対によりマルチドロップ接続された他の複数の通信装置と通信する通信部を備えてよい。通信装置は、通信部を制御する制御部を備えてよい。制御部は、他の複数の通信装置に動作電力を提供する予め定められた第１の通信信号を線路対へ出力させた後に、他の複数の通信装置のうちの少なくとも一部の通信装置との間で、線路対を通じた通信を開始させてよい。
【０００５】
制御部は、他の複数の通信装置がそれぞれ有する蓄電池の充電状態を通信によって取得し、それぞれの通信装置が有する蓄電池の充電状態に応じて、線路対を通じて伝送される通信信号から取得される電力でそれぞれの通信装置が有する蓄電池を充電させてよい。
【０００６】
制御部は、通信によって他の複数の通信装置がそれぞれ有する蓄電池の充電量を取得し、他の複数の通信装置のうち充電量が予め定められた量を下回る蓄電池を有する通信装置へ、線路対を通じて伝送される通信信号から取得した電力で蓄電池を充電するよう指示する第３の通信信号を送信させてよい。
【０００７】
制御部は、第１の通信信号を通信部から送信させた後、他の複数の通信装置のうちの一つの通信装置を指定して充電量を問い合わせる第２の通信信号を送信させ、充電量が予め定められた量を下回る場合に、第３の通信信号を送信させ、充電量が予め定められた量以上である場合に、通信信号から取得した電力で蓄電池を充電しないよう指示する第４の通信信号を送信させることを他の複数の通信装置について繰り返すことにより、他の複数の通信装置のうち充電量が予め定められた量を下回る通信装置に、第１の通信信号、第２の通信信号、第３の通信信号、及び第４の通信信号から取得した電力で蓄電池を充電させてよい。
【０００８】
線路対は平衡線路であってよい。通信部は、線路対を通じて音声帯域周波数の通信信号で他の複数の通信装置と通信するモデムを備えてよい。
【０００９】
予め定められた信号は、通信データを送信する前に送信されるマーク信号であってよい。
【００１０】
他の複数の通信装置はそれぞれ、線路対を通じた通信機能を有し、対象物の互いに異なる位置に設けられて対象物の物理量を検出するセンサであってよい。
【００１１】
第２の態様において、通信装置が提供される。通信装置は、通信信号を伝送する線路対により接続された他の通信装置と通信する通信部を備えてよい。通信装置は、線路対を通じて他の通信装置との通信を開始する前に他の通信装置から送信される予め定められた第１の通信信号から、通信部の動作電力を取得する動作電力取得部を備えてよい。通信部は、第１の通信信号を受信した後、取得した動作電力を用いて他の通信装置との間の通信を開始してよい。
【００１２】
線路対は平衡線路であってよい。動作電力取得部は、線路対を通じて音声帯域周波数の通信信号を整流する整流回路を有してよい。通信装置は、整流回路により得られた電流により蓄電する蓄電部を備えてよい。通信部は、蓄電部に蓄積されている電力を動作電力として用いて、他の通信装置と通信してよい。
【００１３】
通信装置は、線路対を介してマルチドロップ接続により複数接続されてよい。複数の通信装置のそれぞれは、蓄電池を備えてよい。複数の通信装置のそれぞれは、蓄電池に蓄電されている電力で動作するセンサを備えてよい。複数の通信装置のそれぞれは、蓄電池を制御する蓄電池制御部を備えてよい。通信部は、第１の通信信号を受信した後に、蓄電池の充電量を問い合わせる第２の通信信号を受信した場合に、充電量を示す通信信号を、線路対を通じて他の通信装置に送信してよい。蓄電池制御部は、通信部が、線路対を通じて伝送される通信信号から取得した電力で蓄電池を蓄電するよう指示する第３の通信信号を他の通信装置から線路対を通じて受信した場合に、蓄電部に蓄積されている電力で蓄電池を充電するよう制御してよい。蓄電池制御部は、通信部が、線路対を通じて伝送される通信信号から取得された電力で蓄電池を充電しないよう指示する第４の通信信号を他の通信装置から線路対を通じて受信した場合に、蓄電部に蓄積されている電力で蓄電池を充電しないよう制御してよい。
【００１４】
第３の態様において、システムが提供される。システムは、複数の第１の通信装置を備えてよい。システムは、通信信号を伝送する線路対により複数の第１の通信装置とマルチドロップ接続された第２の通信装置を備えてよい。第２の通信装置は、複数の第１の通信装置と通信する第２の通信部を備えてよい。第２の通信装置は、第２の通信部を制御する第２の制御部を備えてよい。第２の制御部は、複数の第１の通信装置に動作電力を提供する予め定められた通信信号を線路対へ出力させた後に、複数の第１の通信装置のうちの少なくとも一部の通信装置との間で、線路対を通じた通信を開始させてよい。複数の第１の通信装置はそれぞれ、第２の通信装置と通信する第１の通信部を備えてよい。複数の第１の通信装置はそれぞれ、線路対を通じて第２の通信装置との通信を開始する前に第２の通信装置から送信される予め定められた通信信号から、第１の通信部の動作電力を取得する動作電力取得部を備えてよい。複数の第１の通信装置がそれぞれ備える第１の通信部は、予め定められた通信信号を受信した後、取得した動作電力を用いて第２の通信装置との間の通信を開始してよい。
【００１５】
第４の態様において、通信信号を伝送する線路対によりマルチドロップ接続された他の複数の通信装置との間の通信を制御する方法が提供される。方法は、他の複数の通信装置に動作電力を提供する予め定められた第１の通信信号を線路対へ出力させる段階を備えてよい。方法は、他の複数の通信装置のうちの少なくとも一部の通信装置との間で線路対を通じた通信を開始させる段階を備えてよい。
【００１６】
第５の態様において、通信信号を伝送する線路対により接続された他の通信装置との間の通信を制御する方法が提供される。方法は、線路対を通じて他の通信装置との通信を開始する前に他の通信装置から送信される予め定められた第１の通信信号から、通信部の動作電力を取得する段階を備えてよい。方法は、第１の通信信号を受信した後、取得した動作電力を用いて他の通信装置との間の通信を開始する段階を備えてよい。
【００１７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態におけるシステム１０の全体構成を示す。
【図２】電源装置４０の機能ブロック構成を概略的に示す。
【図３】センサ１００の機能ブロック構成を概略的に示す。
【図４】線路対５２を伝送する通信信号と、整流回路３４８により整流された整流信号と、波形整形回路３４２により整形された整形信号の一例を示す。
【図５】電源装置４０がセンサ１００の電源状態に関して行う動作フローを、センサ１００ａ及びセンサ１００ｂで行われる動作とともに示す。
【図６】第２実施形態におけるシステム１１の全体構成を示す。
【図７】各センサ１０１が備える通信装置１１２のブロック構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２０】
図１は、第１実施形態におけるシステム１０の全体構成を示す。システム１０は、橋梁８０に関する物理量を測定して、得られた物理量に基づいて、橋梁８０を解析する。例えば、システム１０は、橋梁８０の健全性や安全性を診断する。橋梁８０は、構造物の一例である。
【００２１】
システム１０は、収集装置１５０と、複数のセンサ１００と、電源装置４０と、通信ケーブル５０と、サーバ１７０とを備える。なお、本実施形態において、センサ１００ａ、センサ１００ｂ、センサ１００ｃ、センサ１００ｄ、及びセンサ１００ｅをセンサ１００又は複数のセンサ１００と総称する場合がある。
【００２２】
センサ１００はそれぞれ、橋梁８０の互いに異なる位置に設けられて、橋梁８０の物理量を検出する。センサ１００は、例えば、加速度を検出する加速度センサや、変位を検出する変位センサ等である。加速度や変位は、橋梁８０に関する物理量の一例である。センサ１００は、対象物の一例である橋梁８０に設けられる。
【００２３】
センサ１００が測定した物理量は、物理量データとして無線通信によりセンサ１００から収集装置１５０に送信される。センサ１００と収集装置１５０との間の無線通信は、例えば２．４ＭＨｚ帯や９２０ＭＨｚ帯等の周波数帯域を利用して行われる。例えば、センサ１００は、予め定められた時間間隔で橋梁８０の物理量を測定し、予め定められた時間間隔で物理量データを収集装置１５０に送信する。予め定められた時間間隔は、例えば、１時間程度の間隔であってよい。
【００２４】
収集装置１５０は、センサ１００から受信した物理量データに基づいて橋梁８０を解析する。収集装置１５０は、解析結果をネットワーク１９０を通じてサーバ１７０に送信する。また、収集装置１５０は、橋梁８０の解析結果が異常の場合に、センサ１００から受信した物理量データをサーバ１７０に送信してよい。収集装置１５０は、例えば橋梁８０の近くの建物に設けられ、建物で利用される電源から供給される電力で動作する。
【００２５】
センサ１００は、太陽電池及び蓄電池を含む自己電源を備える。センサ１００は、太陽電池により得られた電力を蓄電池に蓄積する。センサ１００は、蓄電池に蓄積されている電力により動作して、物理量の検出及び収集装置１５０との通信を行う。
【００２６】
センサ１００は、通信ケーブル５０により電源装置４０と接続される。電源装置４０は、太陽電池及び蓄電池を含む自己電源を備える。電源装置４０は、例えば、橋梁８０の近くの日当たりの良い場所に設けられる。電源装置４０は、通信ケーブル５０を通じてセンサ１００と通信して、センサ１００が備える蓄電池の充電量に応じて、電源装置４０が有する自己電源からの電力を、通信ケーブル５０を通じてセンサ１００に供給する。
【００２７】
通信ケーブル５０は、例えば平衡線路を形成する一対の線路対５２を有する。電源装置４０及びセンサ１００は、通信信号を伝送する線路対５２によりマルチドロップ接続されている。通信ケーブル５０は、例えば電話線である。通信ケーブル５０は、電源装置４０とセンサ１００との間で通信される音声周波数帯域の通信信号を伝送する。電源装置４０は、マーク信号やデータ信号を含む通信信号を、通信ケーブル５０を通じてセンサ１００と通信する。
【００２８】
通信ケーブル５０を用いて、１００ｍＷ程度の電力を送信することが可能である。センサ１００は通信用の電力を供給するキャパシタを備えている。センサ１００が備えるキャパシタは、通信ケーブル５０上を伝送する通信信号を整流することにより得られた整流電流により蓄電される。具体的には、センサ１００が有するキャパシタは、電源装置４０から送信される通信信号や、センサ１００から電源装置４０に送信される通信信号により蓄電される。センサ１００は当該キャパシタに蓄電されている電力で通信回路を駆動して、電源装置４０と通信する。
【００２９】
電源装置４０は、センサ１００が備える自己電源の蓄電池の電圧が規定電圧より小さい場合に、センサ１００のキャパシタに蓄積されている電力を、当該蓄電池に蓄積するよう指示する。これにより、センサ１００にわたって電力ケーブルを敷設することなく、自己電源型のセンサ１００において電力不足が生じる可能性を低減することができる。
【００３０】
図２は、電源装置４０の機能ブロック構成を概略的に示す。電源装置４０は、太陽電池２８０と、充電制御回路２７０と、蓄電池２６０と、電源回路２５０と、制御装置２０８と、送受信回路２４０と、通信端子２９０とを備える。通信制御装置２０８は、メモリ２０２と、ＣＰＵ２００と、モデム２０４とを備える。ＣＰＵ２００は、制御部の一例である。送受信回路２４０は、波形整形回路２４２と、電力増幅回路２４４と、送受信切換回路２４６とを備える。
【００３１】
太陽電池２８０は、太陽光により発電する。充電制御回路２７０は、ＣＰＵ２００の制御に基づいて、太陽電池２８０により発電された電力を蓄電池２６０に蓄積する。電源回路２５０は、蓄電池２６０に蓄積された電力を電源装置４０の各部に供給する。
【００３２】
制御装置２０８において、ＣＰＵ２００は、電源装置４０の全体を制御する。メモリ２０２は、ＣＰＵ２００の動作に必要な情報を記憶する記憶媒体である。メモリ２０２は、ＣＰＵ２００が動作するプログラムや、ＣＰＵ２００の演算に利用する定数や変数を記憶する。メモリ２０２は、不揮発性メモリや、ＣＰＵ２００の動作時に一時的に情報を記憶する揮発性メモリを含む。
【００３３】
モデム２０４は、線路対５２によりマルチドロップ接続されたセンサ１００と通信する通信部の一例である。モデム２０４は、線路対５２を通じて音声帯域周波数の通信信号でセンサ１００と通信する。例えば、モデム２０４は、ＩＴＵ−Ｔ勧告に準拠してデータ通信を行う。例えば、モデム２０４は、ＦＳＫ変調を用いて信号を変調して通信する。モデム２０４が生成した変調された通信信号を送信する場合、送受信切換回路２４６により通信端子２９０と電力増幅回路２４４とが接続され、モデム２０４が生成した通信信号は電力増幅回路２４４により規定の電力に増幅されて、通信端子２９０を通じて線路対５２に出力される。モデム２０４が通信信号を受信する場合、送受信切換回路２４６により通信端子２９０が波形整形回路２４２に接続され、波形整形回路２４２によりモデム２０４の入力範囲の振幅を持つ信号に整形されて、モデム２０４に入力される。モデム２０４は、入力された整形信号を復調して、通信信号が示すデータを抽出して、ＣＰＵ２００に供給する。ＣＰＵ２００は、モデム２０４から供給されたデータに基づいて制御を行う。
【００３４】
図３は、センサ１００の機能ブロック構成を概略的に示す。センサ１００は、通信装置１０２と、センサ装置１０４とを備える。
【００３５】
通信装置１０２は、制御装置３０８と、送受信回路３４０と、通信端子３９０と、キャパシタ３１０と、電源回路３１１と、電源線接続回路３１２と、電源供給端子３１４と、電源電圧監視回路３１６とを備える。制御装置３０８は、メモリ３０２と、ＣＰＵ３００と、モデム３０４とを備える。ＣＰＵ３００は、モデム３０４を制御する制御部の一例である。また、ＣＰＵ３００は、蓄電池３６０の蓄電を制御する制御部の一例である。送受信回路３４０は、波形整形回路３４２と、整流回路３４８とを備える。
【００３６】
センサ装置１０４は、外部電源端子３１８と、太陽電池３８０と、充電制御回路３７０と、蓄電池３６０と、電源回路３５０と、制御装置３３８と、センサ３２０と、無線通信部３３４とを備える。制御装置３３８は、ＣＰＵ３３０と、メモリ３３２とを備える。
【００３７】
通信装置１０２において、制御装置３０８が有するＣＰＵ３００は通信装置１０２の全体を制御する。メモリ３０２は、ＣＰＵ３００の動作に必要な情報を記憶する記憶媒体である。メモリ３０２は、ＣＰＵ３００が動作するプログラムや、ＣＰＵ３００の演算に利用する定数や変数を記憶する。メモリ３０２は、不揮発性メモリや、ＣＰＵ３００の動作時に一時的に情報を記憶する揮発性メモリを含む。
【００３８】
通信端子２９０には線路対５２が接続され、線路対５２からセンサ１００への通信信号は、波形整形回路３４２及び整流回路３４８に入力される。波形整形回路３４２に入力された通信信号は、波形整形回路３４２によりモデム３０４の入力範囲の振幅を持つ信号に整形されて、モデム３０４に入力される。モデム３０４は、モデム２０４と同様の変調方式で通信信号を処理する。モデム３０４は、入力された整形信号を復調して、通信信号が示すデータを抽出して、ＣＰＵ３００に供給する。ＣＰＵ３００は、モデム３０４から供給されたデータに基づいて制御を行う。モデム３０４は、通信信号を伝送する線路対５２により接続された電源装置４０と通信する通信部の一例である。
【００３９】
整流回路３４８は、通信信号からモデム３０４の動作電力を取得する動作電力取得部の一例である。整流回路３４８に入力された通信信号は、整流回路３４８によって全波整流されて、キャパシタ３１０に入力される。キャパシタ３１０は、整流回路３４８により整流された電流により蓄電される。キャパシタ３１０に蓄積された電力は、電源回路３１１により、通信装置１０２の各部の駆動電力として提供される。なお、キャパシタ３１０は、蓄電部の一例である。通信装置１０２の動作電力を蓄積する蓄電部として、蓄電池を適用してもよい。通信装置１０２用の蓄電部としては、電力の蓄積速度及び電力の放出速度が高い蓄電部を適用することが望ましい。
【００４０】
キャパシタ３１０は、電源線接続回路３１２を通じて、電源供給端子３１４に接続される。電源線接続回路３１２は、キャパシタ３１０と電源供給端子３１４との接続状態を切り換えるスイッチである。電源供給端子３１４は、センサ装置１０４の外部電源端子３１８と電力ケーブル３１９を通じて接続される。電源電圧監視回路３１６は、センサ装置１０４が備える蓄電池３６０の出力電圧を、電力ケーブル３１９を通じて取得する。電源電圧監視回路３１６が取得した出力電圧を、センサ装置１０４の電源電圧としてＣＰＵ３００に出力する。ＣＰＵ３００は、センサ装置１０４の電源電圧と、電源線接続回路３１２の接続状態を示す通信信号を、モデム３０４から電源装置４０に送信させる。
【００４１】
センサ装置１０４において、太陽電池３８０は、太陽光により発電する。充電制御回路３７０は、ＣＰＵ３３０の制御に基づいて、太陽電池３８０により発電された電力で蓄電池３６０を充電する。電源回路３５０は、蓄電池３６０に蓄積された電気エネルギーをセンサ装置１０４の各部に供給する。
【００４２】
また、センサ装置１０４には、外部電源端子３１８に接続された電力ケーブル３１９を通じて、通信装置１０２から電力が供給される。充電制御回路３７０は、電力ケーブル３１９を通じて供給される電力で蓄電池３６０を充電する。
【００４３】
制御装置３３８において、ＣＰＵ３３０はセンサ装置１０４の全体を制御する。メモリ３３２は、ＣＰＵ３００の動作に必要な情報を記憶する記憶媒体である。メモリ３３２は、ＣＰＵ３３０が動作するプログラムや、ＣＰＵ３３０の演算に利用する定数や変数を記憶する。メモリ３３２は、不揮発性メモリや、ＣＰＵ３３０の動作時に一時的に情報を記憶する揮発性メモリを含む。
【００４４】
センサ３２０は、蓄電池３６０に蓄電されている電力で動作して、橋梁８０の物理量を検出する。物理量としては、橋梁８０に加わる加速度、橋梁８０の傾き、変位、温度等を例示することができる。ＣＰＵ３３０は、センサ３２０により計測されたデータから時系列の物理量データを生成して、無線通信部３３４に供給する。無線通信部３３４は、時系列の物理量データを収集装置１５０に無線通信により送信する。無線通信は、例えば２．４ＭＨｚ帯や９２０ＭＨｚ帯等の周波数帯域を利用して行われる。
【００４５】
次に、電源装置４０からセンサ１００への通信信号による電力供給について説明する。電源装置４０において、ＣＰＵ２００は、センサ１００に動作電力を提供する予め定められた第１の通信信号を線路対５２へ出力させた後に、複数のセンサ１００のうちの少なくとも一部のセンサ１００との間で線路対５２を通じた通信を開始させる。第１の通信信号は、例えば、通信データを送信する前に送信されるマーク信号である。
【００４６】
センサ１００において、整流回路３４８は、線路対５２を通じて電源装置４０との通信を開始する前に電源装置４０から送信される予め定められた第１の通信信号から、モデム３０４の動作電力を取得する。モデム３０４は、第１の通信信号を受信した後、取得した動作電力を用いて他の通信装置との間の通信を開始する。具体的には、モデム３０４は、キャパシタ３１０に蓄積されている電力を動作電力として用いて、電源装置４０と通信する。より具体的には、モデム３０４は、キャパシタ３１０に蓄積された電力を用いて、マーク信号に続く通信信号を受信する。
【００４７】
電源装置４０において、ＣＰＵ２００は、第１の通信信号を線路対５２へ出力させた後、線路対５２を通じた通信によって、センサ１００がそれぞれ有する蓄電池２６０の充電状態を取得する。ＣＰＵ２００は、それぞれのセンサ１００が有する蓄電池３６０の充電状態に応じて、線路対５２を通じて伝送される通信信号から取得される電力でそれぞれのセンサ１００が有する蓄電池３６０を充電させる。具体的には、ＣＰＵ２００は、第１の通信信号を線路対５２へ出力させた後の線路対５２を通じた通信によって、センサ１００がそれぞれ有する蓄電池３６０の充電量を取得する。充電量は、例えば、電源電圧監視回路３１６により取得された蓄電池３６０の出力電圧を示す通信信号によって取得される。ＣＰＵ２００は、モデム２０４を制御して、センサ１００のうち充電量が予め定められた量を下回る蓄電池３６０を有するセンサ１００へ、線路対５２を通じて伝送される通信信号から取得した電力で蓄電池を充電するよう指示する第３の通信信号を送信させる。
【００４８】
具体的には、ＣＰＵ２００は、第１の通信信号をモデム２０４から送信させた後に、モデム２０４を制御して、センサ１００のうちの一つのセンサ１００を指定して蓄電池３６０の充電量を問い合わせる第２の通信信号を送信させる。センサ１００において、モデム３０４は、第１の通信信号を受信した後、蓄電池３６０の蓄電量を問い合わせる第２の通信信号を受信した場合に、蓄電池３６０の蓄電量を示す通信信号を、線路対５２を通じて他の通信装置に送信する。
【００４９】
ＣＰＵ２００は、当該センサ１００の充電量が予め定められた量を下回る場合に、第３の通信信号を送信させる一方、充電量が予め定められた量以上である場合に、通信信号から取得した電力で蓄電池３６０を充電しないよう指示する第４の通信信号を送信させる。この制御をセンサ１００のそれぞれについて繰り返すことにより、センサ１００のうち蓄電池３６０の充電量が予め定められた量を下回る通信装置に、第１の通信信号、第２の通信信号、第３の通信信号、及び第４の通信信号から取得した電力で蓄電池３６０を充電させる。
【００５０】
センサ１００において、ＣＰＵ３００は、モデム３０４が、線路対５２を通じて伝送される通信信号から取得した電力で蓄電池３６０を蓄電するよう指示する第３の通信信号を他の通信装置から線路対５２を通じて受信した場合に、キャパシタ３１０に蓄積されている電力で蓄電池３６０を充電するよう制御する。具体的には、ＣＰＵ３００は、電源線接続回路３１２の接続状態を閉じてキャパシタ３１０を電源供給端子３１４に接続する。充電制御回路３７０は、外部電源端子３１８を通じて電力が供給されると、当該電力で蓄電池３６０を充電する。一方、モデム３０４が、線路対５２を通じて伝送される通信信号から取得された電力で蓄電池３６０を充電しないよう指示する第４の通信信号を電源装置４０から線路対５２を通じて受信した場合に、ＣＰＵ３００は、キャパシタ３１０に蓄積されている電力で蓄電池３６０を充電しないよう制御する。具体的には、ＣＰＵ３００は、電源線接続回路３１２の接続状態を開にして、キャパシタ３１０を電源供給端子３１４から切断する。
【００５１】
電源装置４０及びセンサ１００によれば、蓄電池３６０の蓄電量が小さいセンサ１００は、通信ケーブル５０を伝送される通信信号から電力を取得することができる。そのため、センサ１００に電力を供給するための電力線を敷設しなくても、センサ１００で電力不足が生じる可能性を低減することができる。
【００５２】
図４は、線路対５２を伝送する通信信号４００と、整流回路３４８により整流された整流信号４１０と、波形整形回路３４２により整形された整形信号４２０の一例を示す。通信信号４００は、マーク信号とデータ信号とを含む。マーク信号は、例えば、１．３ｋＨｚの周波数で変調された信号である。マーク信号は、データ信号に先行して送信される。データ信号は、例えば、１．３ｋＨｚ又は２ｋＨｚの周波数で変調された信号である。データ信号は、マーク信号に続いて送信される。
【００５３】
データ信号には、信号の送信先のセンサ１００を指定するセンサ１００の識別情報と、制御内容を示す制御信号が含まれる。制御内容には、蓄電池３６０の充電量の問い合わせを指示する情報、蓄電池３６０を充電するよう指示する情報や、蓄電池３６０を充電しないよう指示する情報等が含まれる。
【００５４】
線路対５２上を伝送されるマーク信号及びデータ信号は、整流回路３４８及び波形整形回路３４２に供給される。整流回路３４８は、マーク信号及びデータ信号を全波整流することにより、整流信号４１０を生成する。キャパシタ３１０には整流信号４１０により供給される電荷を蓄積する。波形整形回路３４２は、モデム３０４の入力電圧の範囲内になるように整形する。波形整形回路３４２により得られた整形信号４２０がモデム３０４に提供される。これにより、キャパシタ３１０の蓄電とモデム３０４への入力が並列に行われる。
【００５５】
図５は、電源装置４０がセンサ１００の電源状態に関して行う動作フローを、センサ１００ａ及びセンサ１００ｂで行われる動作とともに示す。図５において、センサ１００ａ及びセンサ１００ｂの動作のみ示されており、他のセンサ１００の動作は省略されている。ＣＰＵ２００は、蓄電池２６０の出力電圧が基準値以上である場合に、図５に示す動作フローを開始する。蓄電池２６０の出力電圧が基準値未満の場合には、蓄電池２６０の出力電圧が基準値以上になるまで、図５の動作フローを開始しない。
【００５６】
Ｓ５０２において、モデム２０４は、マーク信号を送信する。マーク信号は線路対５２を通じて全てのセンサ１００の送受信回路３４０に入力される。これにより、マーク信号から取得される電力で全てのセンサ１００のキャパシタ３１０の蓄電が行われる。
【００５７】
モデム２０４は、マーク信号に続いて、センサ１００ａの識別情報及び電源状態を含む電源状態要求信号をデータ信号として送信する（Ｓ５０４）。電源状態要求信号は、第２の通信信号の一例である。電源状態とは、センサ１００ａが備える蓄電池３６０の出力電圧Ｖｓと、電源線接続回路３１２のスイッチの開閉状態（ＯＦＦ・ＯＮ状態）を示す。電源状態要求信号は線路対５２を通じて全てのセンサ１００の送受信回路３４０に入力される。これにより、電源状態要求信号から取得される電力で全てのセンサ１００のキャパシタ３１０が蓄電される。
【００５８】
センサ１００ａにおいて、モデム３０４は、蓄電池３６０の出力電圧Ｖｓ及び電源線接続回路３１２のスイッチの開閉状態Ｓｔｓｗを示す電源状態を、電源状態応答信号として電源装置４０に送信する。電源状態応答信号は線路対５２を通じて全てのセンサ１００の送受信回路３４０に入力される。これにより、電源状態応答信号から取得される電力で全てのセンサ１００のキャパシタ３１０が蓄電される。Ｓ５０６において、電源装置４０のＣＰＵ２００は、線路対５２を通じて伝送される電源状態応答信号から、センサ１００ａの電源状態を取得する。
【００５９】
Ｓ５０８において、蓄電池３６０の出力電圧Ｖｓが基準値Ｖ０より低く、電源線接続回路３１２のスイッチ開閉状態Ｓｔｓｗが開（ＯＦＦ）の場合、ＣＰＵ２００は、モデム２０４を制御して、電源線接続回路３１２を閉じるよう指示するスイッチ閉信号（ＳｗＯＮ信号）を送信する。一方、蓄電池３６０の出力電圧Ｖｓが基準値Ｖ０以上であり、電源線接続回路３１２のスイッチ開閉状態Ｓｔｓｗが閉（ＯＮ）の場合、ＣＰＵ２００は、モデム２０４を制御して、電源線接続回路３１２を開くよう指示するスイッチ開信号（ＳｗＯＦＦ信号）を送信する。スイッチ閉信号は第３の通信信号の一例であり、スイッチ開信号は第４の通信信号の一例である。モデム２０４から送信されたスイッチ閉信号又はスイッチ開信号は、線路対５２を通じて全てのセンサ１００の送受信回路３４０に入力され、スイッチ閉信号又はスイッチ開信号から取得される電力で全てのセンサ１００のキャパシタ３１０が蓄電される。また、センサ１００ａにおいては、受信した信号がスイッチ閉信号であるかスイッチ開信号であるかに応じて、電源線接続回路３１２を閉状態又は開状態にする。なお、Ｖｓが基準値Ｖ０未満でありＳｔｓｗが閉の場合、又は、Ｖｓが基準値Ｖ０以上でありＳｔｓｗが開の場合は、スイッチ開信号及びスイッチ開信号のいずれも送信されない。
【００６０】
続いて、ＣＰＵ２００は、センサ１００ａの電源状態に関して行った上記の動作と同様の動作を、センサ１００ｂに対して行う。具体的には、モデム２０４がマーク信号を送信し（Ｓ５１０）、マーク信号に続いて、センサ１００ｂの識別情報及び電源状態を含む電源状態要求信号をデータ信号として送信する（Ｓ５１２）。センサ１００ｂにおいて、モデム３０４は、センサ１００ｂの電源状態を電源状態応答信号として電源装置４０に送信する。上述したように、マーク信号、電源状態要求信号、電源状態応答信号は線路対５２を通じて全てのセンサ１００の送受信回路３４０に入力され、各通信信号から取得される電力で全てのセンサ１００のキャパシタ３１０の蓄電が行われる。以後、センサ１００ａに対する動作と同じ動作をセンサ１００ｂに対して行った後、他のセンサ１００を順次指定して、同じ動作を繰り返す。
【００６１】
電源装置４０は、全てのセンサ１００に対する上記の電源状態に関する動作を、予め定められた時間が経過する毎に行う。例えば、予め定められた時間は、センサ１００が物理量の測定を行う時間間隔と同じであってよい。上記の電源状態に関する動作を行う間隔は、電源装置４０が備える蓄電池２６０の容量、センサ１００の数、センサ１００が備えるキャパシタ３１０及び蓄電池３６０の容量等を考慮して、任意に設定してよい。
【００６２】
以上に説明したシステム１０において、電源装置４０及びセンサ１００は、それぞれ通信装置の一例である。システム１０に関連して説明した制御は、センサ用途に限定されず、線路対によってマルチドロップ構成で接続された複数の通信装置を備えるシステムに適用できる。
【００６３】
図６は、第２実施形態におけるシステム１１の全体構成を示す。システム１１は、第１実施形態のシステム１０における電源装置４０の電源機能を、複数のセンサ１０１のいずれかのセンサ１０１が提供することを除いて、第１実施形態のシステム１０と同じ構成を有する。
【００６４】
図７は、各センサ１０１が備える通信装置１１２のブロック構成を示す。通信装置１１２は、第１実施形態の通信装置１０２に対応する構成要素である。なお、通信装置１１２が備える構成要素のうち、第１実施形態の通信装置１０２が備える構成要素と同様の機能を有する構成要素には、通信装置１０２が備える構成要素と同じ符号を付して、具体的な説明を省略する。
【００６５】
送受信回路７４０は、第１実施形態における送受信回路３４０が備える構成に加えて、電力増幅回路７４４と送受信切換回路７４６とを更に備える。電力増幅回路７４４は、電力増幅回路２４４と同様の機能を有する構成要素であり、送受信切換回路７４６は、送受信切換回路２４６と同様の機能を有する構成要素である。
【００６６】
電源回路３１１は、電源供給端子３１４に接続されている。電源回路３１１は、センサ１０１が電源機能を提供する場合に、電力ケーブル３１９を通じて供給される蓄電池３６０からの電力が通信装置１１２の各部に提供される。
【００６７】
電源機能を提供するセンサ１０１は、予め定められていてよい。一例として、日光が最も良く当たる場所に配置されるセンサ１０１ｃが電源機能を提供するよう予め定められてよい。電源機能を提供するセンサ１００が複数存在する場合、センサ１０１には、電源装置４０として機能することができる優先順位が設定されてよい。例えば、他のセンサ１０１からのマーク信号を予め定められた期間受信することができなかった場合に、優先順位に従って決定されるセンサ１０１が電源機能を提供してよい。これにより、自然エネルギーから最も大きい電力を生成できるセンサ１０１を時間帯毎に切り換えて、他のセンサ１０１に電力を供給することが可能になる。
【００６８】
なお、太陽電池２８０及び太陽電池３８０は、自然エネルギーから電力を生成する自然エネルギー電源の一例である。自然エネルギーとしては、風力、潮力等を例示することができる。
【００６９】
以上の説明において、構造物として橋梁８０を例示したが、構造物は橋梁に限られない。構造物は、様々な建築物、トンネル、道路、ガードレール、信号機、電柱、照明灯、空港の管制塔、飛行場灯台、駅、鉄道のレール、鉄道信号機、港湾のクレーン、プラント、鋼橋、ダム、堤防、門、塀、トンネル、溝渠等を含んでよい。構造物は、工作物以外に、盛土、法面、土手等の土構造物を含んでよい。
【００７０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７１】
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７２】
１０、１１  システム
４０  電源装置
５０  通信ケーブル
５２  線路対
８０  橋梁
１００、１０１  センサ
１０２  通信装置
１０４  センサ装置
１１２  通信装置
１５０  収集装置
１７０  サーバ
１９０  ネットワーク
２００  ＣＰＵ
２０２  メモリ
２０４  モデム
２０８  制御装置
２４０  送受信回路
２４２  波形整形回路
２４４  電力増幅回路
２４６  送受信切換回路
２５０  電源回路
２６０  蓄電池
２７０  充電制御回路
２８０  太陽電池
２９０  通信端子
３００  ＣＰＵ
３０２  メモリ
３０４  モデム
３０８  制御装置
３１０  キャパシタ
３１１  電源回路
３１２  電源線接続回路
３１４  電源供給端子
３１６  電源電圧監視回路
３１８  外部電源端子
３１９  電力ケーブル
３２０  センサ
３３２  メモリ
３３０  ＣＰＵ
３３４  無線通信部
３３８  制御装置
３４０  送受信回路
３４２  波形整形回路
３４８  整流回路
３５０  電源回路
３６０  蓄電池
３７０  充電制御回路
３８０  太陽電池
３９０  通信端子
４００  通信信号
４１０  整流信号
４２０  整形信号
７４０  送受信回路
７４４  電力増幅回路
７４６  送受信切換回路
【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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