(57)【要約】【課題】  無線センサ装置による検出値から計測値への変換処理をより効率よく且つ精度良く行う。【解決手段】  本発明による無線センサ装置１００は、複数のセンサ１０１，１０２，１０３・・・と、複数のセンサ１０１，１０２，１０３・・・による検出値をデジタル変換するＡ／Ｄコンバータ１１０と、デジタル変換された検出値を最小二乗近似多項式に代入することによって計測値に変換するＣＰＵ１２０と、得られた計測値を無線により送出する無線送信部１４０とを備える。検出値から測定値への変換に用いる最小二乗近似多項式の次数は、各センサの特性に合った互いに異なる次数に設定されている。これにより、検出値から計測値への変換処理をより効率よく且つ精度良く行うことが可能となる。【選択図】          図１
2005083753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサと、前記複数のセンサのうち少なくとも２つのセンサによる検出値を最小二乗近似多項式に代入することによって計測値に変換する信号処理部と、前記計測値を無線により送出する無線送信部とを備え、前記少なくとも２つのセンサによる検出値の変換に用いる最小二乗近似多項式の次数が互いに異なることを特徴とする無線センサ装置。
【請求項２】
前記２つのセンサの計測対象が互いに異なっていることを特徴とする請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項３】
前記２つのセンサの計測対象が互いに同一であることを特徴とする請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項４】
前記複数のセンサには、温度センサ、湿度センサ、光センサ、加速度センサ、傾斜センサ及びトナーセンサからなる群より選ばれた少なくとも１種のセンサが含まれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記複数のセンサによる検出値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記最小二乗近似多項式に含まれる係数を少なくとも格納するメモリと、少なくとも前記Ａ／Ｄコンバータの出力及び前記記憶部に格納された係数を用いた演算を行うＣＰＵとを有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項６】
少なくとも前記信号処理部及び前記無線送信部に電力を供給するバッテリをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線センサ装置に関し、特に、複数のセンサが内蔵された無線センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、温度や湿度等を計測するセンサと無線送信部を一体化した無線センサ装置が知られている（特許文献１参照）。無線センサ装置は、センサ本体と温度や湿度等の計測値を利用する機器（以下、「利用機器」という）とを空間的に離間させることができるため、複数の場所にそれぞれ無線センサ装置を配置して得られる計測値を集中管理したり、無線センサ装置を移動・携帯することができるなど、多様な形態での利用が可能となる。しかしながら、通常のセンサは、計測対象である温度や湿度等の変化に対してその検出値（電圧レベル等）の変化が直線的でないことから、センサの検出値から実際に温度や湿度等の計測値を得るためには、何らかの方法で変換を行う必要がある。この場合、無線センサ装置のように、利用機器とセンサとが空間的に離間しているケースでは、この変換処理に関して種々の問題が生じる。
【０００３】
まず、検出値から計測値への変換処理を無線センサ装置側ではなく利用機器側で行うことが考えられるが、上述の通り、無線センサ装置は一つの利用機器に対して複数個用いられることがあるため、この場合、利用機器側における処理負担が過大となるおそれがある。
【０００４】
一方、検出値から計測値への変換処理を無線センサ装置側で行う場合、無線センサ装置内に変換テーブルを設けることによって変換処理を行うことが考えられるが、無線センサ装置に複数のセンサが内蔵されている場合にはセンサごとに変換テーブルを用意しなければならず、また、センサの計測範囲が広い場合には各テーブルのサイズもこれに比例して大きくなってしまう。無線センサ装置は、その特性上小型であることが非常に重要であることから、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリ領域（ＲＯＭ（Read Only Memory）領域及びＲＡＭ（Random Access Memory）領域）がワンチップ化された所謂マイコンチップを用いることが好ましいと考えられるが、この場合、変換テーブルを格納するＲＯＭ領域の容量については大きく制限され、サイズの大きな変換テーブルを格納することができないといったケースも生じる。
【０００５】
以上を考慮すれば、検出値から計測値への変換処理は、無線センサ装置内のＣＰＵを用いて演算により行うことが好ましいと考えられる。しかしながら、一般的な演算方法を用いた場合、ＣＰＵの処理負担が過大となるおそれがあり、また、変換処理を行うためのプログラムが複雑でその開発に手間がかかるという問題があった。例えば、温度センサとしてサーミスタを用いた場合、２５℃でのサーミスタの抵抗値をＲ２５とすると、温度Ｘでのサーミスタの抵抗値Ｒｘは、
【０００６】
【数１】
2005083753.tif 000003
によって表される。Ｂは定数である。つまり、温度（Ｘ）とサーミスタの抵抗値（Ｒｘ）との関係は対数関数的であり、その演算を行うＣＰＵの処理負担が重いばかりでなく、これを演算するためのプログラム自体も大きくなってしまう。
【０００７】
ＣＰＵによるこのような変換処理を比較的簡単に行う方法としては、最小二乗近似多項式を用いた演算方法が知られている（特許文献２）。最小二乗近似多項式を用いた演算は単純な四則演算の繰り返しであることからＣＰＵの処理負担が軽く、また、演算に必要なプログラム等も比較的小さく且つ単純であるという利点がある。
【特許文献１】特公平８−６９５５号公報
【特許文献２】特開平６−１０１８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、無線センサ装置に複数のセンサが内蔵されている場合、検出値と計測値との関係はセンサごとに大きく異なるという事実がある。例えば、温度センサと湿度センサとを比較すると、サーミスタを用いた温度センサでは検出値と計測値（温度）との関係が対数関数的であるのに対し、湿度センサでは検出値と計測値（湿度）との関係が極めて複雑で、単純な関数では表すことができないことが多い。このため、無線センサ装置内で最小二乗近似多項式を用いた演算によって検出値から計測値へ変換する場合であっても、これら各センサの特性を十分に考慮した上で最小二乗近似多項式を用いなければ、あるセンサについては変換精度が低かったり、別のセンサについては必要以上の演算を行うという結果を招くおそれがある。
【０００９】
したがって、本発明は、検出値から計測値への変換処理をより効率よく且つ精度良く行うことが可能な無線センサ装置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】
【００１０】
本発明による無線センサ装置は、複数のセンサと、前記複数のセンサのうち少なくとも２つのセンサによる検出値を最小二乗近似多項式に代入することによって計測値に変換する信号処理部と、前記計測値を無線により送出する無線送信部とを備え、前記少なくとも２つのセンサによる検出値の変換に用いる最小二乗近似多項式の次数が互いに異なることを特徴とする。つまり、あるセンサについてはその検出値Ｘ１を
【００１１】
【数２】
2005083753.tif 000004
で表される最小二乗近似多項式に代入することにより計測値Ｙ１を算出し、別のセンサについてはその検出値Ｘ２を
【００１２】
【数３】
2005083753.tif 000005
で表される最小二乗近似多項式に代入することにより計測値Ｙ２を算出する。そして、これら最小二乗近似多項式の次数ｊと次数ｋが互いに異なる数に設定されている。
【００１３】
このように、本発明では、検出値から測定値への変換において最小二乗近似多項式を用い、且つ、その次数を各センサの特性に合った異なる次数に設定していることから、検出値から計測値への変換処理をより効率よく且つ精度良くことが可能となる。したがって、内蔵されるセンサの数が多ければ多いほど、本発明の効果はいっそう顕著なものとなる。
【００１４】
前記２つのセンサの計測対象は、互いに異なっていても構わないし、互いに同一であっても構わない。これら２つのセンサの計測対象が互いに異なっていれば、複数の事象を同時に測定することが可能となるし、これら２つのセンサの計測対象が互いに同一であれば、一つの事象を異なる側面から測定することが可能となる。
【００１５】
本発明において前記複数のセンサは、温度センサ、湿度センサ、光センサ、加速度センサ、傾斜センサ及びトナーセンサからなる群より選ばれた少なくとも１種のセンサを用いることができる。また本発明において、前記信号処理部は、前記複数のセンサによる検出値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記最小二乗近似多項式に含まれる係数を少なくとも格納するメモリと、少なくとも前記Ａ／Ｄコンバータの出力及び前記記憶部に格納された係数を用いた演算を行うＣＰＵとを有していることが好ましい。
【００１６】
また、少なくとも前記信号処理部及び前記無線送信部に電力を供給するバッテリをさらに備えることがさらに好ましい。無線センサ装置にバッテリを内蔵させれば、移動・携帯が可能であるという無線センサ装置の利点を十分に活かすことが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明では、検出値から測定値への変換において最小二乗近似多項式を用い、且つ、その次数を各センサの特性に合った異なる次数としていることから、検出値から計測値への変換処理をより効率よく且つ精度良くことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の好ましい実施形態による無線センサ装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態による無線センサ装置１００は、複数のセンサ１０１，１０２，１０３・・・と、Ａ／Ｄコンバータ１１０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２０と、メモリ１３０と、無線送信部１４０と、バッテリ１５０とを備えて構成されている。Ａ／Ｄコンバータ１１０、ＣＰＵ１２０及びメモリ１３０は、信号処理部１９０を構成している。
【００２０】
複数のセンサ１０１，１０２，１０３・・・は、温度センサ、湿度センサ、光センサ、加速度センサ、傾斜センサ、トナーセンサ等の各種センサである。これら複数のセンサ１０１，１０２，１０３・・・の計測対象は、互いに異なっていても構わないし、一部又は全部が同じであっても構わない。例えば、無線センサ装置１００が３つのセンサ１０１，１０２及び１０３を備えている場合、それぞれ温度センサ、湿度センサ及び光センサであっても構わないし、全てが温度センサであっても構わないし、さらには、センサ１０１及び１０２が温度センサであり、センサ１０３が湿度センサであっても構わない。無線センサ装置１００内に計測対象の異なる複数のセンサが含まれていれば、複数の事象を同時に測定することが可能となるし、無線センサ装置１００内に計測対象が同じである複数のセンサが含まれていれば、一つの事象を異なる側面から測定することが可能となる。例えば、高精度であるが計測可能な範囲が狭い温度センサと、計測可能な範囲は広いが低精度である温度センサの両方を用いれば、広い温度範囲での測定を可能としつつ、所定の温度範囲については特に高精度な温度測定を行うといった使い方が可能となる。また、サーミスタを用いた温度センサと赤外線を用いた温度センサを併用すれば、無線センサ装置１００の近傍の温度と、無線センサ装置１００から離れた場所の温度の両方を測定することが可能となる。
【００２１】
Ａ／Ｄコンバータ１１０は、複数のセンサ１０１，１０２，１０３・・・より得られる検出値をデジタル変換するため機能ブロックである。つまり、複数のセンサ１０１，１０２，１０３・・・より得られる検出値は、電圧値や電流値といったアナログ量であることから、これをデジタル処理するための前処理としてＡ／Ｄコンバータ１１０が必要となるのである。Ａ／Ｄコンバータ１１０の分解能としては、無線センサ装置１００の用途にもよるが、８ビット以上の分解能であることが好ましく、１２ビット以上の分解等であることがより好ましい。尚、本実施形態による無線センサ装置１００には複数のセンサ１０１，１０２，１０３・・・が備えられていることから、Ａ／Ｄコンバータ１１０は、これらセンサからの出力を時分割に処理すればよい。
【００２２】
ＣＰＵ１２０は、無線センサ装置１００の全体の動作を制御するとともに、Ａ／Ｄコンバータ１１０より与えられるデジタル形式の検出値を受け、これを温度や湿度等の計測値に変換するための演算を行うための機能ブロックである。詳細については後述するが、かかる変換には最小二乗近似多項式を用いた演算が用いられる。特に限定されるものではないが、ＣＰＵ１２０としては、スリープ機能（待機時における消費電力を大幅に抑える機能）を有しているものを用いることが好ましい。
【００２３】
メモリ１３０は、ＣＰＵ１２０による演算処理に必要なプログラムやデータを格納するための機能ブロックである。メモリ１３０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）領域及びＲＡＭ（Random Access Memory）領域が含まれていることが好ましく、この場合、ＲＯＭ領域にはＣＰＵ１２０による演算処理に必要なプログラムや係数等のデータが格納され、ＲＡＭ領域にはＣＰＵ１２０による演算処理に必要な作業データや、得られた計測値等が格納されることになる。
【００２４】
これらＡ／Ｄコンバータ１１０、ＣＰＵ１２０及びメモリ１３０は、それぞれ別個の半導体ＩＣにより構成されていても構わないが、既に言及したとおり、無線センサ装置１００はその特性上、小型であることが非常に重要であることから、これらの一部又は全部がワンチップ化された所謂マイコンチップを用いることが好ましい。この場合、メモリ１３０に含まれるＲＯＭ領域については容量がかなり制限されるが、本実施形態による無線センサ装置１００では、センサの検出値から計測値への変換を最小二乗近似多項式を用いた演算により行っていることから、ＲＯＭ領域の容量が小さい場合であっても、必要なプログラムや係数等のデータを十分に格納することが可能である。
【００２５】
無線送信部１４０は、ＣＰＵ１２０による演算によって得られた温度や湿度等の計測値を無線送信するための機能ブロックである。また、無線送信部１４０に無線受信機能を持たせれば、無線センサ装置１００を無線により外部からコントロールすることが可能となる。但し、本発明において無線送信部１４０に無線受信機能を持たせることは必須でない。
【００２６】
バッテリ１５０は、無線センサ装置１００の動作に必要な電力を供給するための要素であり、ボタン型の小型電池や太陽電池等を用いることが好ましい。電力が必要な要素としては、少なくとも信号処理部１９０（Ａ／Ｄコンバータ１１０、ＣＰＵ１２０及びメモリ１３０）及び無線送信部１４０が挙げられる。本発明において無線センサ装置にバッテリを内蔵させることは必須ではないが、移動・携帯が可能であるという無線センサ装置の利点を活かすためには、本実施形態のようにバッテリ１５０を内蔵させることが好ましい。
【００２７】
図２は、無線センサ装置１００の好ましい一利用形態を模式的に示すブロック図である。無線センサ装置１００は、温度や湿度等の計測値を無線送信することが可能であるため、図２に示すようにこれを利用する一つの利用機器２００に対して複数個の無線センサ装置１００を割り当てることが可能である。例えば、一つの部屋の複数箇所にこれら無線センサ装置１００を設置したり、各部屋にそれぞれ無線センサ装置１００を設置したり、さらには、各人が無線センサ装置１００を携帯するといった利用の形態が考えられる。いずれにしても、図２に示すように一つの利用機器２００に対して複数個の無線センサ装置１００を割り当てた場合、利用機器２００側において各センサによる検出値を温度や湿度等の計測値に変換すると、処理負担が過大となるおそれがあるが、本実施形態による無線センサ装置１００では、このような変換処理を無線センサ装置１００のの内部で行い、計測値の形で無線送信していることから、利用機器２００側においては受信した計測値をそのまま記録するだけで容易に集中管理することが可能となる。
【００２８】
次に、本実施形態による無線センサ装置１００の動作について、ＣＰＵ１２０による変換処理を中心に説明する。
【００２９】
上述の通り、本実施形態において検出値から計測値への変換は、最小二乗近似多項式を用いた演算によって行われる。最小二乗近似多項式とは、
【００３０】
【数４】
2005083753.tif 000006
で表される近似式の一種であり、センサの検出値をＸとした場合、複数の定数ａ０〜ａｎを用いることによって測定値Ｙを近似することができる。
【００３１】
ここで、本実施形態においては、複数のセンサ１０１，１０２，１０３・・・のうち、少なくとも２つのセンサに関しては変換に用いる最小二乗近似多項式の次数が互いに異なっている。つまり、あるセンサ（例えばセンサ１０１）についてはその検出値Ｘ１を
【００３２】
【数５】
2005083753.tif 000007
で表される最小二乗近似多項式に代入することにより計測値Ｙ１が算出され、別のセンサ（例えばセンサ１０２）についてはその検出値Ｘ２を
【００３３】
【数６】
2005083753.tif 000008
で表される最小二乗近似多項式に代入することにより計測値Ｙ２が算出され、これら最小二乗近似多項式の次数ｊと次数ｋが互いに異なる数に設定されている。
【００３４】
これは、最小二乗近似多項式を用いた変換において、各センサの特性に合った次数をそれぞれ採用した結果である。つまり、最小二乗近似多項式の次数を多くすればするほど、より精度の高い変換を行うことができる一方で、演算が複雑となり定数の数も増えることから、ＣＰＵ１２０の処理負担が大きくなるとともに、メモリ１３０に必要とされる容量が大きくなってしまう。また、これら定数は、事前にセンサ固有の特性を計測することによって算出されることから、定数の算出作業も多くなってしまう。この点を考慮して、本実施形態においては、検出値と計測値との関係が比較的単純であるセンサについては次数を小さく（例えば４次）に設定し、検出値と計測値との関係が比較的複雑であるセンサについては次数を大きく（例えば８次）に設定することによって、検出値から計測値への変換処理をより効率よく且つ精度良く行っているのである。検出値と計測値との関係が比較的単純であるセンサとしては、光センサや温度センサが挙げられ、検出値と計測値との関係が比較的複雑であるセンサとしては湿度センサが挙げられる。
【００３５】
各センサに対応する最小二乗近似多項式の次数は、少なくとも２つのセンサについて互いに異なっていれば足り、全てのセンサについて互いに次数が異なっていても構わないし、一部のセンサについては互いに次数が同じであっても構わない。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態による無線センサ装置１００では、検出値から測定値への変換において最小二乗近似多項式を用い、且つ、その次数を各センサの特性に合った次数としていることから、検出値から計測値への変換処理をより効率よく且つ精度良くことが可能となる。つまり、ＣＰＵ１２０の負荷を最小限に抑え、且つ、メモリ１３０のＲＯＭ領域の使用量を最小限としつつ、精度の良い変換を行うことが可能となる。したがって、ＣＰＵ１２０としてスリープ機能を有しているものを用いれば、より長時間に亘ってＣＰＵ１２０をスリープ状態とすることができることから、バッテリ１５０の消費を抑制することが可能となる。
【００３７】
本発明による効果は、内蔵されるセンサ１０１，１０２，１０３・・・の数が多ければ多いほど顕著なものとなる。
【００３８】
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の好ましい実施形態による無線センサ装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】無線センサ装置１００の好ましい一利用形態を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００    無線センサ装置
１０１，１０２，１０３    センサ
１１０    Ａ／Ｄコンバータ
１２０    ＣＰＵ
１３０    メモリ
１４０    無線送信部
１５０    バッテリ
２００    利用機器
【図１】
2005083753.tif 000009
【図２】
2005083753.tif 000010