(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のワイヤレス複合センサにおいて，２線式リモート温度センサの電池の消耗を抑え、２線式リモート温度センサの接続ケーブルに重畳する外部電磁誘導ノイズの影響を緩和し、ワイヤレスモジュールのＡＤＣの入力上限値を超えないワイヤレス複合センサを提供する。【解決手段】ワイヤレスモジュールのスリープ状態を判別するＯＮ／ＳＬＥＥＰ信号１０に同期して２線式リモート温度センサの電源１１をオンオフし、ボルテージフォロアと２線式リモート温度センサ１３の電源を分離して駆動して２線式リモート温度センサ１３の接続ケーブルに重畳する外部電磁誘導ノイズの影響緩和し、複数直列接続したダイオードをブリード抵抗に並列接続して、ダイオードの順電圧が印加電圧に依存する特性を応用してＡＤＣの入力部に過大電圧が加わらないようにする。【選択図】図１
2015175845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内蔵電池を電源とするワイヤレス複合センサであって，２．４ＧＨｚ帯のＩＳＭバンドを使用したネットワークを具現するワイヤレスモジュールと，光測定用の太陽電池，本体内蔵温度センサおよび２線式リモート温度センサを具備し，前記２個の温度センサの出力をボルテージフォロアを介して前記ワイヤレスモジュールのＡＤＣに入力し，前記２線式リモート温度センサの電源および前記ボルテージフォロアの電源をワイヤレスモジュールのスリープ状態を示す信号によりオンオフ制御し，前記内蔵電池の消耗を低減するワイヤレス複合センサ。
【請求項２】
前記スリープ状態を示す信号の降段にバッファＩＣを設け，バッファ内の異なる素子により前記２線式リモート温度センサと前記ボルテージフォロアを個別に駆動し，前記２線式リモート温度センサと本体間を接続するケーブルに誘起される電磁ノイズの影響を緩和する，請求項１記載のワイヤレス複合センサ。
【請求項３】
前記太陽電池のブリード抵抗と前記ワイヤレスモジュールのＡＤＣ入力間に４個以下の直列ダイオードおよびバイパスキャパシタを接続し，前記ＡＤＣ入力の過大電圧保護およびノイズ低減を図ったＡＤＣ入力回路を特徴とする，請求項１記載のワイヤレス複合センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は電池を電力源とし，光強度センサと２線式リモート温度センサの信号をワイヤレスモジュールにより，前記センサの測定値を親機に伝送するワイヤレス複合センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】汎用のワイヤレスモジュール，例えばＤｉｇｉ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社の商品は４チャンネルのＡＤＣを具備しているので２個の温度センサと内蔵電池電圧の他に，さらに別のセンサ信号を伝送できる。このワイヤレスジュールは子機（エンドデバイス）の消費電力を少なくする目的で，一定周期毎に起動して親機と交信後，待機するサイクリックスリープモードを用意している。その際，ウェイクアップの状態を示すデジタルＤＩＯ信号がある。（非特許文献３，ｐ１３参照）。【０００３】リモート温度センサをケーブルで本体と接続し，その本体にも温度検出器を内蔵したワイヤレス温度計は普及している。ワイヤレス温度計は電源のない屋外でも使用できるよう電池を内蔵しているのが普通である。この種の温度計は施設を利用した作物の促成栽培にも応用されている。【０００４】各種産業用プラントの工業計測分野では伝送器の信号として外乱ノイズの影響を受けにくい２線式伝送が一般的である。伝送器の電源も電流信号に重畳していて電源線を省く事ができる。半導体式温度センサを２線式伝送に応用した回路例として，アナログ・デイバイセズ社の２ｍＡフルスケールとした場合がある。（非特許文献１参照）。【０００５】イチゴあるいはトマトのような果樹野菜は含まれる糖度により農作物の商品価値が左右される。農作物の糖度を上げるには晴天の光量が必須である。しかしながら保温が必要な時節における施設栽培の場合，天井に設置された保温幕の開閉動作と光合成を促進する採光と相反する関係にあり，施設内の光強度と温度測定するニーズがある。【０００６】ホトセルは光強度測定に応用されており，複数のホトセルを組み合わせた太陽電池もその出力を測定する事により光強度が測定できる。太陽電池は単一のホトセルより高い電圧が生ずるので，アッテネータを介してワイヤレスモジュールの  ＡＤＣに取り込む回路例が紹介されている。（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「低電圧温度センサー  Ｒｅｖ．Ｅ」，アナログ・デイバイセズ社，２００８年，８月
【０００８】
【非特許文献２】「雑誌  トランジスタ技術」，ＣＱ出版社，２０１２年，１２月号，ｐ１３９
【０００９】
【非特許文献３】「ＸＢｅｅ／ＸＢｅｅ−ＰＲＯ  ＺＢ  ＲＦ  Ｍｏｄｕｌｅｓ」，Ｄｉｇｉ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社，２０１２年  ＸＢｅｅおよびＸＢｅｅ−ＰＲＯはＤｉｇｉ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社の登録商標
【００１０】
【非特許文献４】「ＡＤＣ／ＤＡＣの仕様」，東京コスモス電機社，ｈｔｔｐ：／／ｔｏｃｏｓ−ｗｉｒｅｌｅｓｓ．ｃｏｍ／ｊｐ／ｔｅｃｈ／Ｈａｒｄｗａｒｅ＿ｇｕｉｄｅ／ＱＡ＿ＡＤＣ．ｈｔｍｌ，２０１４年３月１２日アクセス
【００１１】
【非特許文献５】「ワイヤレスエンジン  ＴＷＥ−００１  ＳＴＲＯＮＧ」，東京コスモス電機社，２０１２年８月，ｐ１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】電源が常時オンである本体内蔵の温度センサの場合，電源電圧３．３Ｖにおいて，ワイヤレスモジュールがスリープ時の消費電流は実測すると僅か１２μＡであった。これに２線式リモート温度センサの電流値１ｍＡを加えると，ワイヤレス複合センサの消費電力は激増し内蔵電池の寿命が著しく短くなる。【００１３】太陽電池の出力を光強度の目安とする場合，太陽電池はホトセルを複数組み合わせ昇圧しているので開放電圧は優に数Ｖを超える。一方，ワイヤレスモジュールのＡＤＣの入力上限値は１．２Ｖ程度であり，太陽電池のブリード電流を大きくしてＡＤＣの入力上限値を超えないようにすると，逆に暗い時の出力が極端に低下する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】本発明は上記の課題を解決するために，ワイヤレスモジュールがスリープ状態の時，２線式リモート温度センサの電源と，２線式リモート温度センサ出力と内蔵電池電圧のアッテネータ出力を入力とするボルテージフォロアの電源をオフにすれば消費電力が低減できる。ボルテージフォロアと２線式リモート温度センサの電源を分離して駆動すれば，２線式リモート温度センサの接続ケーブルに重畳する外部電磁誘導ノイズの影響緩和が期待できる。【００１５】複数直列接続したダイオードをブリード抵抗に並列接続する。ブリード電圧がダイオードの順電圧の近傍に至ると，ダイオードの内部抵抗が急減する特性を応用してブリード抵抗電圧をクランプする。
【発明の効果】
【００１６】本発明による，ワイヤレス複合センサの消費電力の増減を検討する。２線式伝送によるリモート温度センサの電源をオンオフ制御しない場合の消費電流を１ｍＡと仮定する。オンオフ制御する場合，ウェイクアップ時間を０．５ｓとすれば，デューティ比は１／１２０になる。よってウェイクアップ時には，ボルテージフォロアの消費電流と合わせて１．３ｍＡとなる。１．３ｍＡのデューティ比１／１２０と１ｍＡの差である０．９８９ｍＡが削減できた事になる。次に常時，消費する電流増加を検討する。例えばＮｉＣｄ電池を２個直列にして，アッテネータの抵抗を６８０ｋΩと３３０ｋΩとすると，アッテネータの消費電流は常に２．４ｎＡである。またバッファの静的消費電流は７４ＨＣシリーズのＩＣとすれば，実測すると０．７μＡである。合わせて常時消費する電流増加分は０．７０２μＡとなるが，リモートセンサの消費電流１ｍＡの減少分である９８９μＡと比べれば，無視できる。【００１７】照度２００１ｘにおける短絡電流が６．５μＡであるアモルファスＳｉ太陽電池を例にとり説明する。屋外の最も日差しが強い照度が５００倍の１００ｋｌｘにおいても短絡電流が１０ｍＡを超える事はあり得ず，図２のＤ２１，Ｄ２２およびＤ２３のダイオードを通信用小電力ダイオードとしてもその順電流の定格を超える事はない。インバータ式蛍光灯スタンドの照明の下，前記アモルファスＳｉ太陽電池のノイズ電圧が９６ｍＶｐｐあったが，容量０．１μＦのバイパスキャパシタを付加すると，ノイズ電圧が３２ｍＶｐｐに低減した。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を実施するためのブロック図
【図２】ＡＤＣ入力回路詳細図
【図３】ＡＤＣ入力回路の電圧−電流特性図
【図４】ワイヤレス複合センサシステム図
【発明を実施するための形態】
【００１９】以下，（）内に記す番号は図中の符号である。ワイヤレス複合センサの消費電流の変化とワイヤレスモジュールのスリープ状態を示すＯＮ／ＳＬＥＥＰ信号を同時にＤＳＯで観察すると，ＯＮ／ＳＬＥＥＰ信号は単なるストローブ信号ではなく，親機との交信終了後に当該端子電圧がＨからＬに変化してからスリープモードに入る。従って，２線式リモート温度センサの電源をＯＮ／ＳＬＥＥＰに同期してオンオフすれば，スリープ時に２線式リモート温度センサの消費電流をカットオフできる。図１に示すＯＮ／ＳＬＥＥＰ信号（１０）をバッファＩＣに入力し，２線式リモート温度センサ用の電源（１１）とボルテージフォロア用の電源（１２）を得る。基板とケーブルの接続点（１５Ａ）よりケーブル芯線（１６Ａ）を介して，２線式リモート温度センサに電源を供給する。温度センサ（１３）の出力電圧は電圧／電流変換用の抵抗Ｒ１０により電流に変換され，ケーブル芯線（１６Ｂ）を通じて本体とケーブルの接続点（１５Ｂ）に帰還する。２線式リモート温度センサからの帰還電流は電流／電圧変換用の抵抗Ｒ１１により電圧に変換される。
【００２０】ＡＤＣの入力部はキャパシタに流入した電荷を電圧として検出するため，ある程度の電流値を要し，またキャパシタをスイッチングするための内部素子も必要になり，東京コスモス電機社のワイヤレスモジュールの場合，最小２ｋΩの入力インピーダンスがある（非特許文献４参照）。従ってＡＤＣの入力とＧＮＤ間に高抵抗の出力抵抗を用いると，ＡＤＣのサンプラが動作する時，出力抵抗に流れる電流に影響を及ぼし，ＡＤＣ入力電圧が１５ｍＶ程度，変動する事がある。一般に半導体温度センサは１０ｍＶ／℃の感度があるので１．５℃の測定誤差となって現れる。この影響を避けるために出力インピーダンスが零に近いボルテージフォロアを介してその出力をＡＤＣに入力する。図１に示す２線式リモート温度センサとケーブルを除く構成要素は同一の基板に実装する。
【００２１】本体の電池電圧を監視するために，電池電圧引出点（１４），アッテネータおよびボルテージフォロアを介してＡＤＣに入力する。これら２個のボルテージフォロア用にデュアル構成のＯＰアンプを採用する。ＯＰアンプとして新日本無線社のＮＪＵ７０６２Ｄを採用した場合，ＯＰ単体の消費電流は１５０μＡなので倍の３００μＡになる。
【００２２】太陽電池のブリード抵抗を分割して，その出力をワイヤレスモジュールのＡＤＣに入力すると，リモート温度センサの出力測定と同じ課題が生じる。作物の施設栽培において，変温管理と称される環境制御では温度管理とともに朝日の採光が重要である。従って，黎明時の光強度測定に重点を置くと，真昼の強い日差しよりブリード抵抗の出力はＤｉｇｉ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製のワイヤレスモジュールのＡＤＣの許容値１４００ｍＶを超える（非特許文献３，ｐ１７参照）。
【００２３】そこで，ダイオードの順電圧が順方向の電流値に依存する事を応用してＡＤＣに過大な入力電圧を防止する方法を図２により説明する。一般に汎用ダイオードの順電圧は０．６Ｖであるから，同特性のダイオードを３個直列接続すれば，太陽電池の起電力の増大に伴い，ブリード抵抗Ｒ２０の出力電圧は個々のダイオード順電圧の３倍の１．８Ｖまで線形に概略増加する。個々のダイオードの順電圧が０．６Ｖを超えれば，ダイオードの内部抵抗が下がり順電流が流れ始める。ブリード抵抗Ｒ２０と３個のダイオードによる内部抵抗の並列抵抗値が下がり，結果的にブリード抵抗Ｒ２０の出力がクランプされる。クランプされた出力点の電圧をワイヤレスモジュールのＡＤＣに印加する。キャパシタＣ２０は太陽電池が発生するノイズ電圧をバイパスするための物である。
【００２４】東京コスモス電機社製のワイヤレスモジュールの場合，ＡＤＣの最大定格値は電源電圧と同じである（非特許文献５参照）。従って，電源電圧が３．３Ｖの場合，例えば，前記３個のダイオードの代わりに，ツェナー電圧２．５Ｖのツェナーダイオードを１個を使用すれば良い。
【００２５】図２の太陽電池の代わりに定電圧発生器を接続し、ブリード抵抗７．５ｋΩと７５ｋΩにおける発生器から流れ出る電流を測定した結果を図３に示す。印加電圧が１．２Ｖを超えると，ダイオードの順電流増大により駆動源の電流が急激に増えている。本来の太陽電池の場合だと，発生電流の増大と伴に発生電圧が低下する事になる。
【００２６】図４に本複合センサのシステム図を示す。複合センサ内の本体内蔵温度センサはビニールハウスなどの施設内の気温を測定する。リモート温度センサは温床の地温，養液温，堆肥の発酵温度などの測定に使用する。太陽電池は施設内の光強度を測定する。諸センサの測定値と内蔵電池の電圧はデジタル化され，２．４ＧＨｚ帯のＩＳＭバンドの電波を介してワイヤレスモジュールの親機に伝送される。親機は一般に納屋もしくは農家の自宅などの営農情報を管理している場所に設置される。親機からのシリアルＵＡＲＴ信号はＵＳＢ信号に変換されＰＣ（パーソナルコンピュータ）もしくはサーバに伝送される。この変換基板組立品は商用化されている。ＰＣは得られた測定結果の表示および記録をする。その測定リスト，内蔵電池電圧およびリアルタイムチャートがＰＣのディスプレイに表示される。Ｄｉｇｉ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製ワイヤレスモジュールに対応したＰＣソフトウェアＳｌｉｐ２１はｖｅｃｔｏｒ．ｃｏ．ｊｐおよびｄｏｗｎｌｏａｄ．ｃｏｍの各サイトにおいて公開されている。
【産業上の利用可能性】
【００２７】本発明は施設栽培における農作物の環境要素である温度と光の強さをワイヤレスでＰＣに伝送し，営農管理に供するものである。
【符号の説明】［１０］ＯＮ／ＳＬＥＥＰ信号
［１１］２線式リモート温度センサ用の電源
［１２］ボルテージフォロア用の電源
［１３］温度センサ
［１４］電池電圧引出点
［１５Ａ］基板とケーブルの接続点
［１５Ｂ］基板とケーブルの接続点
［１６Ａ］ケーブル芯線
［１６Ｂ］ケーブル芯線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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