(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギー消費量を改善し、低コスト化を図った無線センサ端末を提供する。【解決手段】接点型の接点センサ素子１３を利用し、接点センサ素子１３と無線部１４を環境発電素子１１の環境エネルギーで駆動する。蓄電素子１２に蓄積された環境エネルギーを接点センサ素子１３の駆動時に無線部１４に供給することにより、モニタリング時における無線センサ端末１のエネルギー消費量を極小まで抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外環境に起因する環境エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子と、
前記電気エネルギーを蓄積する蓄電素子と、
前記環境エネルギーで駆動し、前記蓄電素子に蓄積されている電気エネルギーを駆動時に無線伝送部に供給する接点型センサ素子と、
前記接点型センサ素子から供給された電気エネルギーで駆動し、駆動時に信号を無線伝送する無線伝送部と、
を有することを特徴とする無線センサ端末。
【請求項２】
前記無線伝送部で単位時間あたりに消費される電気エネルギーの量は、前記蓄電素子に単位時間あたりに蓄積される電気エネルギーの量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の無線センサ端末。
【請求項３】
前記無線伝送部に供給される電気エネルギーの電圧値を制御する電圧制御回路を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線センサ端末。
【請求項４】
前記無線伝送部は、
前記接点型センサ素子の駆動時間内で前記信号を生成する高速起動型信号発振器を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無線センサ端末。
【請求項５】
前記接点型センサ素子の駆動時間を計測する駆動時間計測部を更に有し、
前記無線伝送部は、前記駆動時間計測部で計測された駆動時間のデータを更に無線伝送することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無線センサ端末。
【請求項６】
自端末の識別情報を生成する識別情報生成回路を更に有し、
前記無線伝送部は、前記接触型センサ素子の駆動時に前記識別情報を更に無線伝送することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の無線センサ端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然環境等の状態変化をセンシングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、温度や振動、光量等の環境情報を取得する多数の無線センサ端末を身の回りに配置し、検知された情報を収集して解析することによりサービスを提供するセンサネットワークが商用化されつつある。図６は、従来の無線センサ端末の内部構成である。自端末内に備える電源部からの電源電圧によりセンサ回路等の構成群を駆動している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０２４５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、無線センサ端末の構成群を電源部で駆動するため、所定の時期に電池を交換する必要があった。これについて太陽電池を利用する方法も考えられるが、全ての構成群に電圧が常時供給され恒常的に消費されるため、この消費量を上回るような大きさや性能を持つ太陽電池が必要となり、無線センサ端末のサイズやコストが増大してしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、無線センサ端末内でのエネルギー消費量を改善し、無線センサ端末の低コスト化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の無線センサ端末は、外環境に起因する環境エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子と、前記電気エネルギーを蓄積する蓄電素子と、前記環境エネルギーで駆動し、前記蓄電素子に蓄積されている電気エネルギーを駆動時に無線伝送部に供給する接点型センサ素子と、前記接点型センサ素子から供給された電気エネルギーで駆動し、駆動時に信号を無線伝送する無線伝送部と、を有することを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の無線センサ端末は、請求項１に記載の無線センサ端末において、前記無線伝送部で単位時間あたりに消費される電気エネルギーの量は、前記蓄電素子に単位時間あたりに蓄積される電気エネルギーの量よりも大きいことを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の無線センサ端末は、請求項１又は２に記載の無線センサ端末において、前記無線伝送部に供給される電気エネルギーの電圧値を制御する電圧制御回路を更に有することを要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の無線センサ端末は、請求項１乃至３のいずれかに記載の無線センサ端末において、前記無線伝送部は、前記接点型センサ素子の駆動時間内で前記信号を生成する高速起動型信号発振器を有することを要旨とする。
【００１０】
請求項５に記載の無線センサ端末は、請求項１乃至４のいずれかに記載の無線センサ端末において、前記接点型センサ素子の駆動時間を計測する駆動時間計測部を更に有し、前記無線伝送部は、前記駆動時間計測部で計測された駆動時間のデータを更に無線伝送することを要旨とする。
【００１１】
請求項６に記載の無線センサ端末は、請求項１乃至５のいずれかに記載の無線センサ端末において、自端末の識別情報を生成する識別情報生成回路を更に有し、前記無線伝送部は、前記接触型センサ素子の駆動時に前記識別情報を更に無線伝送することを要旨とする。
【００１２】
以上より、本発明によれば、接点型センサ素子と無線伝送部を環境エネルギーやそれに基づく電気エネルギーで駆動し、接点型センサ素子の駆動時に蓄電素子内の電気エネルギーを無線伝送部に供給するため、無線センサ端末内でのエネルギー消費量が抑制され、無線センサ端末の低コスト化を実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、無線センサ端末内でのエネルギー消費量が抑制され、無線センサ端末の低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の無線センサ端末の内部構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態の無線センサ端末の内部構成を示す図である。
【図３】第３の実施形態の無線センサ端末の内部構成を示す図である。
【図４】第４の実施形態の無線センサ端末の内部構成を示す図である。
【図５】第５の実施形態の無線センサ端末の内部構成を示す図である。
【図６】従来の無線センサ端末の内部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、（１）接点型の接点センサ素子を利用し、（２）接点センサ素子と無線部を環境エネルギーで駆動し、（３）蓄積された環境エネルギーを接点センサ素子の駆動時に無線部に供給することにより、モニタリング時における無線センサ端末のエネルギー消費量を極小まで抑制し、無線センサ端末の低コスト化を実現し、センサデータを低コストで収集するようにしている。
【００１６】
以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る無線センサ端末の内部構成を示す図である。この無線センサ端末１は、環境発電素子１１と、蓄電素子１２と、接点センサ素子１３と、無線部１４とで構成される。
【００１８】
環境発電素子１１は、自然環境等の外環境の状態又はその状態の変化によりエネルギーを発生させる素子である。例えば、太陽電池（光電素子）、温度差発電素子、振動発電素子等である。
【００１９】
蓄電素子１２は、一端が環境発電素子１１の出力端に接続され、電荷エネルギーを蓄積する素子である。例えば、コンデンサや二次電池等である。
【００２０】
接点センサ素子１３は、一端が蓄電素子１２の他端に接続され、振動、温度変化、衝撃等が一定以上の値となった場合に、内部の接点が電気的に接触して両端間が導通状態となり、一方、非導通状態ではリーク電流以外のエネルギーを消費しない接点型の素子である。例えば、ボール型接点センサやサーミスタ等である。
【００２１】
無線部１４は、入力端が接点センサ素子１３の他端に接続され、入力された電気エネルギーを用いて信号を出力端から無線伝送する回路である。例えば、各種の論理回路や、水晶振動子等の発振素子を用いた信号発振器を組み合わせて実現される。
【００２２】
次に、無線センサ端末１の動作について説明する。
【００２３】
まず、接点センサ素子１３（例えば、サーミスタ）が非導通状態において、環境発電素子１１（例えば、温度差発電素子）により、設置環境内の温度変化による温度エネルギーが電気エネルギーに変換されて蓄電素子１２に蓄積される。
【００２４】
その後、その設置環境内の温度が閾値を超えると、その温度上昇により接点センサ素子１３が導通状態に変化し、蓄電素子１２に蓄積されている電気エネルギーが接点センサ素子１３を介して無線部１４に供給される。
【００２５】
ここでの接点センサ素子１３は、温度上昇という外環境の状態変化による環境エネルギーで初めて駆動し、その駆動時、つまり当該状態変化という外部信号を検知した時に、その検知情報を電気エネルギーに変換するセンサとして機能している。
【００２６】
最後に、接点センサ素子１３から供給された電気エネルギーで無線部１４が初めて駆動され、その駆動時に、その電気エネルギーを用いて検知用の信号が無線で他の装置に伝送される。
【００２７】
本無線センサ端末１によれば、電気エネルギーが時間に応じて蓄電素子１２に継続して蓄積され、接点センサ素子１３の接点が接触した瞬間にのみ電気エネルギーを解放するため、モニタリング時やセンシングの待ち時間においてほとんどエネルギーを消費しない。
【００２８】
これにより、仮に、蓄電素子１２に単位時間あたりに蓄積される電気エネルギーの量に比べて、無線部１４で単位時間あたりに消費される電気エネルギーの量が大きいような場合でも、センサの検知時間が短ければ十分動作することが可能となり、環境発電素子１１の小型化が可能となる。従い、無線センサ端末のサイズを小さくできる。
【００２９】
本実施の形態によれば、接点センサ素子１３と無線部１４を環境エネルギーやそれに基づく電気エネルギーで駆動し、接点センサ素子１３の駆動時に蓄電素子１２内の電気エネルギーを無線部１４に供給するので、無線センサ端末１内でのエネルギー消費量が抑制され、無線センサ端末１の低コスト化を実現でき、半永久的に動作させることが可能となる。
【００３０】
〔第２の実施の形態〕
図２は、第２の実施の形態に係る無線センサ端末の内部構成を示す図である。この無線センサ端末１は、電圧制御回路１５を更に備えて構成される。それ以外は、第１の実施の形態で説明した無線センサ端末１と同様である。
【００３１】
電圧制御回路１５は、接点センサ素子１３と無線部１４との間に介在するように接続され、接点センサ素子１３から無線部１４に供給される電気エネルギーの電圧値を最適に調整する回路である。
【００３２】
本実施の形態によれば、無線部１４に供給される電気エネルギーの電圧値を最適に調整するので、無線部１４の動作を安定化できる。
【００３３】
〔第３の実施の形態〕
図３は、第３の実施の形態に係る無線センサ端末の内部構成を示す図である。この無線センサ端末１は、無線部１４の信号発振器を高速起動信号発振器１４ａに変更して構成される。それ以外は、第２の実施の形態で説明した無線センサ端末１と同様である。
【００３４】
高速起動信号発振器１４ａは、接点センサ素子１３の駆動時間内で信号を生成する高速起動型の信号発振器である。例えば、起動時間が１ｎｓ以下である高速起動のリング発振器や、ＦＢＡＲ・ＳＡＷデバイス等の水晶振動子よりもＱ値が低い素子を共振器として使用した発振器等である。
【００３５】
これまでの実施の形態では、起動時間が１０ｍｓ程度である水晶振動子を信号発振器として用いていた。一方、接点センサ素子１３が導通状態である時間が短い場合を考慮し、本実施の形態では、その短時間でも無線部１４が信号を送信できるように高速起動型の信号発振器を用いるようにする。
【００３６】
本実施の形態によれば、接点センサ素子１３が導通状態の時間内で信号を生成する高速起動信号発振器１４ａを用いるので、その起動時間で消費するエネルギーを抑制しつつ極短時間で信号を送信できる。
【００３７】
〔第４の実施の形態〕
図４は、第４の実施の形態に係る無線センサ端末の内部構成を示す図である。この無線センサ端末１は、接触時間計測装置１６を更に備えて構成される。それ以外は、第１の実施の形態で説明した無線センサ端末１と同様である。
【００３８】
接触時間計測装置１６は、接点センサ素子１３の駆動時間を計測する装置である。例えば、接点センサ素子１３と無線部１４との間に介在するように接続され、接点センサ素子１３の接点が接触している時間を計測し、無線部１４に送信して信号と共に無線伝送させる。
【００３９】
具体的には、接点センサ素子１３の接点が傾斜の際にオンになる場合、接点の接触時間を計測することにより、無線センサ端末１やその端末１が設置された物の現在の傾きを検知できる。この場合、ある傾きを取った際に常に信号を送信し続けるよりも、ある傾きを取った時間情報のみを送信した方がエネルギー的に高効率であるため、接触時間計測装置１６を使用することでエネルギー消費量を抑制しつつ必要なデータを送信できる。
【００４０】
本実施の形態によれば、接点センサ素子１３の接点が接触している時間を計測し、その接触時間のデータを併せて無線伝送するので、無線センサ端末１やその端末１が設置された物の現在の傾きを検知できる。
【００４１】
〔第５の実施の形態〕
図５は、第５の実施の形態に係る無線センサ端末の内部構成を示す図である。
【００４２】
この無線センサ端末１は、ＩＤ生成回路１７を更に備えて構成される。それ以外は、第１の実施の形態で説明した無線センサ端末１と同様である。
【００４３】
ＩＤ生成回路１７は、無線センサ端末１の識別情報（ＩＤ）を生成する回路である。例えば、接点センサ素子１３と無線部１４との間に介在するように接続され、接点センサ素子１３の接点が接触した際にＩＤのデータを生成し、無線部１４に送信して信号と共に無線伝送させる。
【００４４】
接点センサ素子１３は、外部信号のオン・オフを検知するものであり、厳密なセンサ情報（例えば、駆動波形パターン）を送信する必要が無い。この場合、接点センサ素子１３が接触した瞬間にＩＤデータを送信すれば、センサ情報そのものを送信せずとも外部信号の検知を認識できる。更に、無線センサ端末１の位置情報が既知であった場合、ＩＤデータを送信することにより、どの無線センサ端末１が反応したかを把握でき、簡易な構成でセンサ情報を取得できる。
【００４５】
本実施の形態によれば、無線センサ端末１のＩＤを生成し、接点センサ素子１３の接点が接触した際にＩＤデータを併せて無線伝送するので、簡易な構成で外部信号を検知できる。
【符号の説明】
【００４６】
１…無線センサ端末
１１…環境発電素子（発電素子）
１２…蓄電素子
１３…接点センサ素子（接点型センサ素子）
１４…無線部（無線伝送部）
１４ａ…高速起動信号発振器（高速起動型信号発振器）
１５…電圧制御回路
１６…接触時間計測装置（駆動時間計測部）
１７…ＩＤ生成回路（識別情報生成回路）
【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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