(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流測定手段と、
前記電流測定手段により測定された被測定電流の電流値に応じた直流電圧を生成する直流電圧生成手段と、
前記直流電圧生成手段により生成された前記直流電圧により充電されてこれを保持する蓄電用コンデンサと、
前記蓄電用コンデンサに並列に接続された、電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサからなる直列回路と、
前記被測定電流の電流値に応じた、前記電流制限用抵抗及び前記閾値判断用コンデンサの接続点の電圧を抵抗分圧する抵抗分圧回路と、
前記抵抗分圧回路により得られた抵抗分圧電圧が基準電圧以上であるか否かを検出する電圧比較手段と、
端末ＩＤを含むデータで予め割り当てられた無線周波数を変調した送信信号を無線送信する無線送信手段と、
前記電圧比較手段により前記抵抗分圧電圧が前記基準電圧以上になったことを検出した時刻より所定期間、前記接続点の電圧を前記無線送信手段へ動作用電源電圧として印加し、前記所定期間経過後は前記接続点の電圧の前記無線送信手段への印加を停止する電源電圧印加手段とを備え、
前記所定期間経過時点の前記無線送信手段の動作停止時刻から前記電圧比較手段により前記抵抗分圧電圧が前記基準電圧以上になったことを検出した時刻までの、前記無線送信手段の動作停止期間である送信間隔を前記被測定電流の電流値に応じて可変するとともに、前記送信間隔を、前記直流電圧生成手段により生成された前記直流電圧と前記抵抗分圧電圧が前記基準電圧以上になったことを検出した時刻における前記接続点の電圧との第１の差分値、及び前記直流電圧と前記所定期間経過時点の前記無線送信手段の動作停止時刻における前記接続点の電圧との第２の差分値の比と、前記電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサの各値の積とに基づいて設定することを特徴とする無線センサ端末。
【請求項２】
前記直流電圧生成手段により生成された前記直流電圧をＶp、前記抵抗分圧電圧が前記基準電圧以上になったことを検出した時刻における前記接続点の電圧をＶth、前記所定期間経過時点の前記無線送信手段の動作停止時刻における前記接続点の電圧をＶmin、前記電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサの各値の積をＫとしたとき、前記送信間隔は
Ｋ・ｌｏｇe｛(Ｖp−Ｖmin)／(Ｖp−Ｖth)｝
で表されることを特徴とする請求項１記載の無線センサ端末。
【請求項３】
前記電源電圧印加手段は、前記所定期間として、前記無線送信手段が無線送信動作を完了するのに十分な時間長に設定していることを特徴とする請求項１又は２記載の無線センサ端末。
【請求項４】
電流測定手段により測定された被測定電流の電流値に応じた直流電圧を生成する直流電圧生成ステップと、
前記直流電圧生成ステップにより生成された前記直流電圧により蓄電用コンデンサに充電して保持させる充電ステップと、
前記蓄電用コンデンサに並列に接続された直列回路を構成する電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサの接続点の、前記被測定電流の電流値に応じた電圧を抵抗分圧する抵抗分圧ステップと、
前記抵抗分圧ステップにより得られた抵抗分圧電圧が基準電圧以上であるか否かを検出する電圧比較ステップと、
前記電圧比較ステップにより前記抵抗分圧電圧が前記基準電圧以上になったことを検出した時刻より所定期間、前記接続点の電圧を無線送信手段へ動作用電源電圧として印加して端末ＩＤを含むデータで無線周波数を変調した送信信号を無線送信させ、前記所定期間経過後は前記接続点の電圧の前記無線送信手段への印加を停止する無線送信手段制御ステップとを含み、
前記所定期間経過時点の前記無線送信手段の動作停止時刻から前記電圧比較ステップにより前記抵抗分圧電圧が前記基準電圧以上になったことを検出した時刻までの、前記無線送信手段の動作停止期間である送信間隔を前記被測定電流の電流値に応じて可変するとともに、前記送信間隔を、前記直流電圧生成ステップにより生成された前記直流電圧と前記抵抗分圧電圧が前記基準電圧以上になったことを検出した時刻における前記接続点の電圧との第１の差分値、及び前記直流電圧と前記所定期間経過時点の前記無線送信手段の動作停止時刻における前記接続点の電圧との第２の差分値の比と、前記電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサの各値の積とに基づいて設定することを特徴とする無線送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線センサ端末及び無線送信方法に係り、特に被測定信号を測定するセンサ機能と測定結果を無線送信する無線送信機能とを有する無線センサ端末及び無線送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの対策のため、工場、研究所、学校、病院、商業施設、オフィス、公共施設などの大電力消費施設における消費電力を管理するシステムが注目されている。同様に、一般住宅においても各部屋毎あるいは電力消費機器毎に消費電力を管理するための無線センサネットワークシステムが注目されつつある。この無線センサネットワークシステムでは、例えば、住宅内の各部屋に電力を供給する配電盤に接続された複数の電力線に流れる電流を複数の無線センサ端末により別々に測定し、その測定結果を所定位置に設けた受信装置へ無線送信する。受信装置では、受信信号を解析し、各部屋毎の消費電力の監視や管理、電力消費機器の稼働状況の監視などを行う。
【０００３】
この種の無線センサネットワークシステムに使用される無線センサ端末としては、電源としてバッテリーを搭載し、その端末自身の識別情報に、測定した電流量のデジタル値や消費電力のデジタル値をそのまま含めたフォーマットの送信信号を所定の時間間隔で管理センターへ無線送信する構成のものが一般的である。しかしながら、無線センサ端末は電源としてバッテリーを搭載しているため、バッテリーが劣化して所要の電源電圧が得られなくなる度に、バッテリーを新しいものと交換する必要があり、コスト的及び作業的に問題である。
【０００４】
そこで、バッテリー交換を不要とするために、バッテリーを搭載せずに自立電源を備える所謂無給電型の無線センサ端末が知られている。無給電型の無線センサ端末によれば、例えば、配電盤に接続された電力線に取り付けて、電力線に流れる交流電流により誘起される電磁誘導電流を検出し、その電磁誘導電流を直流電圧に整流した後蓄電し、その蓄電した直流電圧を端末各部の電源電圧とする。
【０００５】
しかし、微小レベルである電磁誘導電流を高圧な直流電圧に変換して蓄電し、その蓄電した直流電圧を電源電圧として用いて、所定の時間間隔で確実に無線送信を実行できるようにするためには、無線送信時の消費電力が少ないことが望ましい。ところが、無線送信の際の消費電力は、送信信号の総データ量(総電文量)に比例するため、測定した電流量のデジタル値や消費電力のデジタル値をそのまま含めたフォーマットの送信信号を無線送信する従来の無線センサ端末では、送信信号の総データ量が多いために消費電力が大きいという問題がある。
【０００６】
このような消費電力が大きい無給電型の無線センサ端末では、所要の電源電圧を得るためには、長期間にわたって蓄電しなければならず、実用に堪えないという問題がある。あるいは、送信信号の総データ量が多いために、蓄電電圧を電源電圧としたときに、送信信号のデータ量のすべての送信を完了する前に、電源電圧が送信に必要な電圧値未満に低下し、送信が完了できないおそれがある。したがって、電磁誘導電流を直流電圧に整流した後蓄電し、その蓄電した直流電圧を無線センサ端末の自立電源として用いることは極めて困難である。
【０００７】
そこで、本発明者は、送信する電流センサで検出した電流の電流量は送信信号のデータに含めず、送信信号の送信間隔を変化させて受信側で受信信号の受信間隔を電流値に換算させる構成とした無給電型の無線センサ端末を提案した(例えば、特許文献１参照)。この無給電型の無線センサ端末によれば、検出電流の電流量を送信信号のデータに含めないため、送信信号のデータ量を最小限とすることができ、よって無線センサ端末の消費電力を極力低減化することができ、整流後蓄電した直流電圧を自立電源として用いた無給電型無線センサ端末を実用に供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−０９６０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１記載の無給電型無線センサ端末は、測定する電力線の電流値が大きくなると、例えば０.５秒に１回などのように送信頻度が高くなるため、同じキャリア周波数の送信信号を使用している別の無給電型無線センサ端末が近くに存在すると、送信信号が衝突することが頻繁に起こり、無線センサネットワークシステムが成り立たなくなる。なお、特許文献１記載の無給電型無線センサ端末において、電磁誘導電流を整流して得た直流電圧を蓄電するコンデンサの容量を大きくすることで送信の時定数を大きくすれば、送信頻度を少なくでき、それにより送信信号の衝突の確率を低減できるが、容量が大きなコンデンサとして形状が大きい電解コンデンサを使用する必要があり、端末の小型化が困難になる。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、被測定電流の電流値が大きくても送信頻度が高くならず、かつ、小型な無給電型の無線センサ端末及び無線送信方法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】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明の無線センサ端末は、電流測定手段と、電流測定手段により測定された被測定電流の電流値に応じた直流電圧を生成する直流電圧生成手段と、直流電圧生成手段により生成された直流電圧により充電されてこれを保持する蓄電用コンデンサと、蓄電用コンデンサに並列に接続された電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサからなる直列回路と、被測定電流の電流値に応じた、電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサの接続点の電圧を抵抗分圧する抵抗分圧回路と、抵抗分圧回路により得られた抵抗分圧電圧が基準電圧以上であるか否かを検出する電圧比較手段と、端末ＩＤを含むデータで予め割り当てられた無線周波数を変調した送信信号を無線送信する無線送信手段と、電圧比較手段により抵抗分圧電圧が基準電圧以上になったことを検出した時刻より所定期間、接続点の電圧を無線送信手段へ動作用電源電圧として印加し、所定期間経過後は動作用電源電圧の無線送信手段への印加を停止する電源電圧印加手段とを備え、
所定期間経過時点の無線送信手段の動作停止時刻から電圧比較手段により抵抗分圧電圧が基準電圧以上になったことを検出した時刻までの、無線送信手段の動作停止期間である送信間隔を被測定電流の電流値に応じて可変するとともに、送信間隔を、直流電圧生成手段により生成された直流電圧と抵抗分圧電圧が基準電圧以上になったことを検出した時刻における接続点の電圧との第１の差分値、及び直流電圧と所定期間経過時点の無線送信手段の動作停止時刻における接続点の電圧との第２の差分値の比と、電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサの各値の積とに基づいて設定することを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明の無線センサ端末は、上記直流電圧生成手段により生成された直流電圧をＶp、抵抗分圧電圧が基準電圧以上になったことを検出した時刻における接続点の電圧をＶth、所定期間経過時点の無線送信手段の動作停止時刻における接続点の電圧をＶmin、電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサの各値の積をＫとしたとき、送信間隔は
Ｋ・ｌｏｇe｛(Ｖp−Ｖmin)／(Ｖp−Ｖth)｝
で表されることを特徴とする。
【００１３】
また、上記の目的を達成するため、本発明の無線送信方法は、電流測定手段により測定された被測定電流の電流値に応じた直流電圧を生成する直流電圧生成ステップと、直流電圧生成ステップにより生成された直流電圧により蓄電用コンデンサに充電して保持させる充電ステップと、蓄電用コンデンサに並列に接続された直列回路を構成する電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサの接続点の、被測定電流の電流値に応じた電圧を抵抗分圧する抵抗分圧ステップと、抵抗分圧ステップにより得られた抵抗分圧電圧が基準電圧以上であるか否かを検出する電圧比較ステップと、電圧比較ステップにより抵抗分圧電圧が基準電圧以上になったことを検出した時刻より所定期間、接続点の電圧を無線送信手段へ動作用電源電圧として印加して端末ＩＤを含むデータで無線周波数を変調した送信信号を無線送信させ、所定期間経過後は接続点の電圧の無線送信手段への印加を停止する無線送信手段制御ステップとを含み、
所定期間経過時点の無線送信手段の動作停止時刻から電圧比較ステップにより抵抗分圧電圧が基準電圧以上になったことを検出した時刻までの、無線送信手段の動作停止期間である送信間隔を被測定電流の電流値に応じて可変するとともに、送信間隔を、直流電圧生成ステップにより生成された直流電圧と抵抗分圧電圧が基準電圧以上になったことを検出した時刻における接続点の電圧との第１の差分値、及び直流電圧と所定期間経過時点の無線送信手段の動作停止時刻における接続点の電圧との第２の差分値の比と、電流制限用抵抗及び閾値判断用コンデンサの各値の積とに基づいて設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被測定電流の電流値が大きくても送信間隔が短くならず、送信頻度が高くない、小型な無給電型の無線センサ端末を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る無線センサ端末の一実施形態の回路図である。
【図２】本発明に係る無線送信方法の一実施形態のフローチャートである。
【図３】図１の動作説明用タイミングチャートである。
【図４】本発明における無線送信信号の一例のフォーマット及び送信間隔を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る無線センサ端末の一実施形態の回路図を示す。本実施形態の無線センサ端末１０は、電流変換器ＣＴ(Current Transformer)、電流測定・蓄電回路部１１、電源制御部１２、及び無線送信部１３より構成されている。電流測定・蓄電回路部１１は、電流を測定して得た被測定電流の値に応じた直流電圧を発生して電源電圧として蓄電する回路部で、電流変換器ＣＴの２次巻線に接続された負荷抵抗Ｒ0と、コッククロフト・ウォルトン回路１１１と、ツェナーダイオードＤＺ0と、蓄電用コンデンサＣpと、電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0とから構成されている。
【００１７】
トランスである電流変換器ＣＴは、１次巻線側に例えば公知の構造のクランプ機構を備え、例えば配電盤の電力線をクランプ機構でクランプすることにより、リング状コアを形成し、そのコアに巻回された２次巻線に、電力線に流れる電流(被測定電流)に応じた値の電磁誘導電流を誘起する。電流変換器ＣＴの２次巻線に接続された負荷抵抗Ｒ0には、上記電力線に流れる電流である被測定電流に応じた値の電磁誘導電流により交流電圧が発生する。
【００１８】
コッククロフト・ウォルトン回路１１１は、コンデンサとダイオードとを多段に接続した回路で、入力交流電圧を高電圧の直流電圧に整流する低消費電力の公知の昇圧及び整流回路である。コッククロフト・ウォルトン回路１１１は、微小レベルの入力交流電圧を昇圧及び整流して高電圧の直流電圧Ｖpを生成し、その直流電圧Ｖpをコッククロフト・ウォルトン回路１１１の正側及び負側の二つの出力端子間に接続された、ツェナーダイオードＤＺ0及び蓄電用コンデンサＣpの並列回路と、この並列回路に並列に接続された電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0からなる直列回路と、コンパレータＵ0及びＵ1と、アナログスイッチ１２１にそれぞれ印加する。ツェナーダイオードＤＺ0は、素子の破壊を防ぐためのものである。蓄電用コンデンサＣpは、コッククロフト・ウォルトン回路１１１の出力電圧Ｖpにより充電され、その充電電圧を保持(蓄電)する。従って、蓄電用コンデンサＣpの端子電圧は、コッククロフト・ウォルトン回路１１１に入力された交流電圧の値に対応した電圧値Ｖpである。
【００１９】
本実施形態は、特許文献１に記載の無線センサ端末における蓄電用コンデンサを、蓄電用コンデンサＣpと閾値判断用コンデンサＣ0に分割すると共に、電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0からなる直列回路を、蓄電用コンデンサＣpに並列接続し、電流制限用抵抗Ｒlimにより閾値判断用コンデンサＣ0への電力の流入を制御する構成に特徴がある。通常、電流変換器ＣＴからの出力交流電圧は、ある電圧値で飽和するため、その飽和電圧値と電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0から最小送信間隔を設定することができる。
【００２０】
電源制御部１２は、アナログスイッチ１２１、閾値判断用コンデンサＣ0に並列接続された抵抗Ｒ1及びＲ2による抵抗分圧回路、この抵抗分圧回路で分圧された電圧Ｖ1と基準電圧Ｖrefとを比較する第１のコンパレータＵ0、第１のコンパレータＵ0から出力される信号を遅延するタイマ回路１２２、タイマ回路１２２から出力される電圧Ｖ2と基準電圧Ｖrefとを電圧比較する第２のコンパレータＵ1から構成されている。アナログスイッチ１２１は、コンパレータＵ1の出力信号によりスイッチング制御され、オンの期間は電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0の接続点から出力される直流電圧Ｖ0を無線送信部１３に電源電圧として印加し、オフの期間は上記直流電圧Ｖ0の無線送信部１３への印加を遮断する。
【００２１】
タイマ回路１２２は、コンパレータＵ0の出力端子にアノードが接続されたダイオードＤ0と、ダイオードＤ0のカソードとコンパレータＵ1の非反転入力端子との接続点とＧＮＤとの間に接続されたコンデンサＣ1及び抵抗Ｒ3からなる。コンパレータＵ0及びＵ1はコッククロフト・ウォルトン回路１１１から電源電圧が印加される。また、抵抗Ｒ1及びＲ2による抵抗分圧回路は、電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0の接続点から出力される直流電圧Ｖ0を抵抗分圧し、得られた抵抗分圧電圧Ｖ1をコンパレータＵ0の非反転入力端子に印加する。
【００２２】
無線送信部１３は、マイクロコントロールユニット(ＭＣＵ：Micro Control Unit)１３１及び無線ＩＣ(ＲＦＩＣ：Radio Frequency Integrated Circuit)１３２からなり、アナログスイッチ１２１により選択された電圧Ｖ0が動作用電源電圧として印加されることにより動作を開始し、所定のフォーマットの送信信号で予め定められたキャリア周波数を変調して送信する。なお、後述するように、タイマ回路１２２は無線送信部１３が送信動作を完了するまで、アナログスイッチ１２１が電圧Ｖ0を選択出力し続けるために設けられている。
【００２３】
次に、図１に示す本実施形態の無線センサ端末１０の動作の概要について、図２のフローチャート等を併せ参照して説明する。
まず、電流変換器ＣＴにより電力線に流れる電流が検出されたかどうか判定される(ステップＳ１０１)。電流が検出されると、検出されたその被測定電流に応じた値の電磁誘導電流が電流変換器ＣＴの一次巻線に誘起され、それにより負荷抵抗Ｒ0に微小レベルの交流電圧が発生する。コッククロフト・ウォルトン回路１１１は、負荷抵抗Ｒ0からの微小レベルの交流電圧を昇圧及び整流して高電圧の直流電圧Ｖpを生成し(ステップＳ１０２)、その直流電圧ＶPを蓄電用コンデンサＣpに印加して、Ｃp、Ｃ0、Ｒlimの各値により決まる充電時定数に従って充電する(ステップＳ１０３)。
【００２４】
続いて、電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0の接続点の電圧Ｖ0を抵抗Ｒ1及びＲ2による抵抗分圧回路により抵抗分圧して得られた電圧Ｖ1が所定の基準電圧Ｖref以上になったかどうかが判定される(ステップＳ１０４)。電圧Ｖ1が所定の基準電圧Ｖref以上になったときは、アナログスイッチ１２１をオンとする(ステップＳ１０５)。これにより、上記電圧Ｖ0がアナログスイッチ１２１を通して無線送信部１３に電源電圧として印加されるため、無線送信部１３が送信信号を無線送信する(ステップＳ１０６)。
【００２５】
この無線送信部１３の無線送信動作により電力が消費されるため、その電源電圧Ｖ0が低下し始める。また、電圧Ｖ1が所定の基準電圧Ｖref以上になった時点からタイマ回路１２２の出力電圧Ｖ2が低下し始め、基準電圧Ｖref未満にまで低下したことが検出されると(ステップＳ１０７)、アナログスイッチ１２１がオフとされる(ステップＳ１０８)。これにより、無線送信部１３に電源電圧が印加されなくなるため、無線送信部１３は無線送信を停止する(ステップＳ１０９)。
【００２６】
一方、コッククロフト・ウォルトン回路１１１は、生成した直流電圧ＶPを引き続き蓄電用コンデンサＣpに印加して充電している(ステップＳ１０３)。以下、上記のステップＳ１０４〜Ｓ１０９の動作が繰り返される。ここで、上記の無線送信部１３が無線送信動作を継続して行う期間は、タイマ回路１２２のタイマ時間により決まるが、そのタイマ時間は送信信号の無線送信が終了しないうちに無線動作が終了しないような値に設定されている。また、後述するように、電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0を設けることで、無線送信動作停止時点から次の無線送信動作開始時点までの送信間隔は同じ被測定電流値に対して従来よりも大幅に長くなるようにされている。
【００２７】
次に、本実施形態の無線センサ端末１０の動作について、図３のタイミングチャートを併せ参照して詳細に説明する。
例えば、配電盤に接続された電力線に、コアにコイルが巻回された構造の電流変換器ＣＴを図３に示す時刻ｔ0で装着したものとすると、電力線に流れる電流(被測定電流)に応じた値の電磁誘導電流が電流変換器ＣＴの２次巻線に流れ、更に負荷抵抗Ｒ0により微小レベルの交流電圧に変換されて、コッククロフト・ウォルトン回路１１１に印加される。コッククロフト・ウォルトン回路１１１は、負荷抵抗Ｒ0からの微小レベルの交流電圧を昇圧及び整流して、高電圧の直流電圧を生成してコンデンサＣpに印加して、Ｃp、Ｃ0、Ｒlimの各値により決まる充電時定数に従って充電(蓄電)する。これにより、コンデンサＣpの端子電圧は図３(Ａ)にＶpで示すように、時刻ｔ0からコッククロフト・ウォルトン回路１１１の出力直流電圧値に向かって急峻に立ち上がる。この端子電圧Ｖpは、被測定電流の電流値に応じた値である。
【００２８】
蓄電電圧Ｖpの上昇に伴って、電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0の接続点の電圧Ｖ0、及び電圧Ｖ0を抵抗Ｒ1及びＲ2による抵抗分圧回路により抵抗分圧して得られた電圧Ｖ1が、それぞれ図３(Ａ)に示すように時刻ｔ0から上昇し始める。これらの電圧Ｖ0及びＶ1も被測定電流の電流値に応じた値である。コンパレータＵ0は電圧Ｖ1と基準電圧Ｖrefとを常時比較しており、電圧Ｖ1が基準電圧Ｖref未満のときはローレベルの電圧(ここでは、ＧＮＤ)を出力しているが、電圧Ｖ1が基準電圧Ｖref以上となった時刻ｔ1でハイレベルの電圧(ここでは、Ｖpに等しい)を出力する。この時刻ｔ1で電圧Ｖ0は図３(Ａ)に示すようにＶthに達する。
【００２９】
コンパレータＵ1はタイマ回路１２２からの電圧Ｖ2と基準電圧Ｖrefとを常時比較しており、コンパレータＵ0の出力電圧がハイレベルとなると、その時刻ｔ1でタイマ回路１２２からコンパレータＵ1の非反転入力端子に印加される電圧Ｖ2も基準電圧Ｖrefよりも高いハイレベルとなるため、ハイレベルの電圧を出力してアナログスイッチ１２１をオン状態とする。これにより、時刻ｔ1で電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0の接続点の電圧Ｖ0が、アナログスイッチ１２１を通して無線送信部１３を構成するＭＣＵ１３１及び無線ＩＣ１３２にそれぞれ動作用電源電圧として印加され、これらの動作を開始させる。
【００３０】
時刻ｔ1からのＭＣＵ１３１及び無線ＩＣ１３２の動作により電力が消費されるため、電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0の接続点の電圧Ｖ0が、図３(Ａ)に示すように、Ｃ0の放電時定数に従って時刻ｔ1から時間の経過とともに低下していく。すると、それに伴い抵抗分圧電圧Ｖ1も時刻ｔ1から低下し始め、図３(Ａ)に示すように時刻ｔ1の直後に電圧Ｖ1が基準電圧Ｖref未満となりコンパレータＵ0の出力電圧がローレベル(ここではＧＮＤ)となる。従って、コンパレータＵ0の出力電圧は、図３(Ｂ)に示すように、時刻ｔ1から極めて短時間のみハイレベルであり、そのハイレベル出力期間ＴINSは、無線送信を完了するには不十分な時間である。
【００３１】
ここで、タイマ回路１２２が存在しない場合は、コンパレータＵ0のハイレベル出力期間ＴINS経過直後にコンパレータＵ1の出力電圧がローレベルとなり、アナログスイッチ１２１がオフ状態に切り替わり、その結果、ＭＣＵ１３１及び無線ＩＣ１３２には動作用電源電圧の供給が断たれることになり、動作を停止する。この動作停止時点でＭＣＵ１３１及び無線ＩＣ１３２がまだ送信信号の無線送信動作が完了していない場合、問題である。
【００３２】
そこで、本実施形態では、タイマ回路１２２によりコンパレータＵ1の出力電圧がローレベルになるまでの時間を遅らせ、ＭＣＵ１３１及び無線ＩＣ１３２が送信信号の無線送信動作が完了するのに十分な時間を確保できるようにしている。すなわち、コンパレータＵ0からハイレベルが出力される時刻ｔ1からタイマ回路１２２内のダイオードＤ0が順方向にバイアスされてダイオードＤ0からの順方向電流によりコンデンサＣ1が充電され始めるため、その端子電圧Ｖ2はＣ1の充電時定数に従い急激に上昇する。
【００３３】
ここで、コンパレータＵ0は及びＵ1はハイレベルの出力電圧がその電源電圧に等しいタイプのもの(所謂レール・ツウ・レールのコンパレータ)であり、かつ、高電位側電源電圧が蓄電電圧Ｖpで、低電位側電源電圧がＧＮＤであるものとする。この場合、時刻ｔ1直後からの無線送信部１３の動作の開始により図３(Ａ)に示すように、時刻ｔ1の時点よりもコンパレータＵ0の入力電圧Ｖ1が低下し始め、前述したように、時刻ｔ1の直後に電圧Ｖ1が基準電圧Ｖref未満となり、コンパレータＵ0の出力電圧がローレベルとなる。
【００３４】
すると、コンデンサＣ1の端子電圧がダイオードＤ0のアノード電位より高くなる。このため、ダイオードＤ0が逆バイアスされ、コンデンサＣ1の充電電荷が抵抗Ｒ3を介してＣ1の容量値とＲ3の抵抗値で定まる放電時定数に従い放電され始める。その結果、電圧Ｖ2が図３(Ａ)に示すように時間の経過とともに徐々に低下し始め、時刻ｔ2で基準電圧Ｖref未満になる。これにより、図３(Ｃ)に示すように、コンパレータＵ1の出力電圧が時刻ｔ2でローレベルとなり、アナログスイッチ１２１がオフとされ、ＭＣＵ１３１及び無線ＩＣ１３２への動作用電源電圧Ｖ0の印加を遮断する。ここで、タイマ回路１２２のＣ1の放電時定数は、時刻ｔ1から時刻ｔ2までの期間が、ＭＣＵ１３１及び無線ＩＣ１３２が送信信号の無線送信動作を完了するのに十分な時間長となるように設定されている。このように、アナログスイッチ１２１は、図３(Ｄ)に示すように、時刻ｔ1からｔ2までの十分な期間オンとされて、ＭＣＵ１３１及び無線ＩＣ１３２に動作用電源電圧Ｖ0を出力し、送信動作を継続させることができる。
【００３５】
無線送信動作が開始されると、電力消費により図３(Ａ)に示すように、電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0の接続点からの動作用電源電圧Ｖ0は低下し始め、時刻ｔ2でＶminまで低下する。この時刻t2で前述したようにアナログスイッチ１２１がオフとされるため、ＭＣＵ１３１及び無線ＩＣ１３２への動作用電源電圧Ｖ0の印加が遮断されて無線送信動作が停止する。その結果、無線送信動作による電力消費が停止するので、蓄電電圧ＶPのコンデンサＣ0への充電により、上記電圧Ｖ0が図３(Ａ)に示すようにＶminから再び上昇し始め、それに伴い、Ｖ0の抵抗分圧電圧Ｖ1も上昇し始める。
【００３６】
その後、電圧Ｖ1が基準電圧Ｖref以上となった時刻ｔ3で、図３(Ｂ)に示すようにコンパレータＵ0からハイレベルの電圧が出力される。コンパレータＵ1はコンパレータＵ0からの基準電圧Ｖrefより大なるハイレベルの電圧がタイマ回路１２２を通して印加され、図３(Ｃ)に示すように時刻ｔ3直後にハイレベルの電圧を出力し、アナログスイッチ１２１をオン状態とする。これにより、時刻ｔ3で電流制限用抵抗Ｒlim及び閾値判断用コンデンサＣ0の接続点の電圧Ｖ0が、アナログスイッチ１２１を通して無線送信部１３を構成するＭＣＵ１３１及びＲＦＩＣ１３２にそれぞれ動作用電源電圧として印加され、これらの動作を再び開始させる。
【００３７】
時刻ｔ3からタイマ回路１２２の設定時間経過後の時刻ｔ4で電圧Ｖ2が図３(Ａ)に示すように基準電圧Ｖref未満になる。これにより、図３(Ｃ)に示すように、コンパレータＵ1の出力電圧が時刻ｔ4でローレベルとなり、アナログスイッチ１２１がオフとされ、ＭＣＵ１３１及び無線ＩＣ１３２への動作用電源電圧Ｖ0の印加を遮断し、これらの動作を再び停止する。以下、上記と同様の動作が繰り返される。無線送信動作停止時刻ｔ2から次の無線送信動作開始時刻ｔ3までの期間Ｐ0が送信間隔である。このように、本実施形態の無線センサ端末１０によれば、図３(Ｄ)に示すように、電圧Ｖ0と接地電位ＧＮＤとを動作用電源電圧として、無線送信部１３が動作完了に必要な時間以上の所定時間(時刻ｔ1〜ｔ3、時刻ｔ3〜ｔ4)印加して動作させることで、自立電源を備えた無給電型無線センサ端末を実現できる。
【００３８】
また、本実施形態では、被測定電流の測定値に応じた送信間隔で無線送信信号を送信する。以下、このことについて、図４を併せ参照して説明する。無線送信部１３のＭＣＵ１３１は、例えば図４(Ａ)に模式的に示すように、固定パターンのプリアンブル２１、送信内容のデータ２２、及び所定ビット数の誤り検出符号２３とからなるフォーマットの送信データを生成する。無線ＩＣ１３２はこの送信データで無線センサ端末１０に割り当てられた固有の無線周波数をキャリア周波数として所定の変調方式で変調して無線送信信号として送信する。ここで、データ２２は、無線センサ端末毎に割り当てられる端末ＩＤである。
【００３９】
また、無線送信部１３は被測定電流の測定値に応じた送信間隔で図４(Ｂ)に模式的に示すように無線送信信号を受信装置へ送信する。図４(Ｂ)において、区間Ｔ0は図４(Ａ)に示すフォーマットの送信信号が無線送信される期間を示しており、無線送信部１３の動作期間(前述した時刻ｔ1〜時刻ｔ2、あるいは時刻ｔ3〜時刻ｔ4の期間に相当)を示し例えば１ｍｓ(一定)である。また、隣り合う２つの区間Ｔ0の間の区間Ｔ1、Ｔ2が被測定電流値に応じて可変される送信間隔(図３(Ｄ)のＰ0に相当)を示し、例えば１００ｍｓ〜３００ｍｓの範囲内で可変される。なお、図４(Ｂ)は、区間Ｔ0と区間Ｔ1、Ｔ2の違いを説明するための図であり、それらの区間の各長さの相対関係は図示の便宜上、実際とは異なって示している。
【００４０】
ここで、被測定電流の測定値が変化すると、それに応じてコッククロフト・ウォルトン回路１１１の出力直流電圧Ｖpが変化する。そのため、無線送信動作停止直後の時刻から上昇する、蓄電用コンデンサＣp、電流制限用抵抗Ｒlim、閾値判断用コンデンサＣ0の各値により決まるＲlim及びＣ0の接続点の電圧Ｖ0の立上がりの傾斜と、抵抗分圧電圧Ｖ1の立上がりの傾斜が変化する。このため、抵抗分圧電圧Ｖ1が基準電圧Ｖrefに達するまでの時間が変化する。この時間は、被測定電流の測定値に応じた送信間隔である。
【００４１】
次に、本実施形態の無線センサ端末１０によれば、被測定電流量が大きくても送信間隔が短く(送信頻度が高く)ならないことについて説明する。いま、送信間隔をＴintとすると、図１の無線センサ端末１０の送信間隔Ｔintは次式で表される。
Ｔint＝Ｃ0・Ｒlim・loge｛(Ｖp−Ｖmin)／(Ｖp−Ｖth)｝        (１)
ただし、上式中、Ｃ0は閾値判断用コンデンサＣ0の容量値、Ｒlimは電流制限用抵抗Ｒlimの抵抗値、Ｖpはコッククロフト・ウォルトン回路１１１の出力直流電圧、Ｖminは図３(Ａ)に示した無線送信動作停止時の時刻における電圧Ｖ0の値、Ｖthは図３(Ａ)に示した無線送信動作開始時の時刻における電圧Ｖ0の値である。
【００４２】
一例として、Ｃ0を１００μＦ、Ｒlimを１ＭΩであるものとし、被測定電流の電流値が５０Ａの場合、Ｖpは７Ｖ、Ｖminは１Ｖ、Ｖthは２Ｖであり、よってこれらの値を(１)式に代入すると、送信間隔Ｔintは１８ｓとなる。他方、従来はＣ0が１００μＦ、Ｒlimはコッククロフト・ウォルトン回路１１１の入力抵抗分の１Ω程度であるため、被測定電流の電流値が上記と同じ５０Ａの場合、Ｖpは７Ｖ、Ｖminは１Ｖ、Ｖthは２Ｖであり、よってこれらの値を(１)式に代入すると、送信間隔Ｔintは１８μｓとなり、極めて短い。
【００４３】
このように、本実施形態の無線センサ端末１０によれば、被測定電流の電流値が５０Ａのような大きな値であっても、送信間隔Ｔintを従来に比べて大幅に長くすることができる。このため、同じキャリア周波数の送信信号を使用している別の無給電型無線センサ端末が近くに存在しても、送信信号が衝突する確率を大幅に低減することができる。また、本実施形態の無線センサ端末１０によれば、従来と同じ容量の蓄電コンデンサＣpを用いることができるため、大容量の大型の電解コンデンサは不要であり、従来と同程度の小型な無給電型の無線センサ端末の構成にできる。
【００４４】
なお、本実施形態の無線センサ端末１０は、被測定電流の値に応じて無線送信信号の送信間隔を可変するようにしているので、受信装置側では受信信号の受信間隔から被測定電流の電流値を換算する構成が必要となるが、無線送信信号に被測定電流値を示す情報を含める必要がない。被測定電流値を示す情報量は比較的大きいので、無線送信信号に被測定電流値を示す情報を含めない本実施形態の無線センサ端末１０では無線送信信号のデータ量を最小限にすることができ、送信時の消費電力の低減ができる。このことは自立電源の無線センサ端末に適用して好適である。なお、本発明の無線センサ端末１０に適用される受信装置は従来と同様であり、また、本発明の要旨とは関係ないので、その説明は省略する。
【符号の説明】
【００４５】
１０    無線センサ端末
１１    電流測定・蓄電回路部
１２    電源制御部
１３    無線送信部
１１１  コッククロフト・ウォルトン回路
１２１  アナログスイッチ
１２２  タイマ回路
１３１  マイクロコントロールユニット(ＭＣＵ)
１３２  無線ＩＣ(ＲＦＩＣ)
ＣＴ    電流変換器
Ｕ0、Ｕ1  コンパレータ
Ｒ0    負荷抵抗
Ｃp    蓄電用コンデンサ
Ｃ0    閾値判断用コンデンサ
Ｒlim    電流制限用抵抗
ＤＺ0    ツェナーダイオード
Ｐ0、Ｔ1、Ｔ2    送信間隔
【図１】
0006382135.tif 000002
【図２】
0006382135.tif 000003
【図３】
0006382135.tif 000004
【図４】
0006382135.tif 000005