(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサと、このセンサ出力を無線伝送する無線通信手段とを含む監視端末であって、
前記センサと前記無線通信手段とを断続的に起動せしめ、前記センサの計測動作時間を前記センサの起動周期よりも短く制御する制御手段を含み、
前記制御手段は、前記センサ出力の変化に応答して前記無線通信手段を起動制御し、
前記センサ出力が変化する頻度を学習して前記センサの起動周期を変化するようにしたことを特徴とする監視端末装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記センサ及び前記無線通信手段に対して、動作している時間のみ電源供給をなす電源管理手段を有することを特徴とする請求項１記載の監視端末装置。
【請求項３】
前記制御手段は前記センサの起動周期を制御するタイマを有し、前記センサ及び前記無線通信手段の非動作時には、前記タイマのみ動作するよう制御することを特徴とする請求項１または２記載の監視端末装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記センサの起動周期をセンサ種別に応じて可変するようにしたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の監視端末装置。
【請求項５】
太陽電池、二次電池、コンデンサの少なくとも一つにより構成された電源を含むことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の監視端末装置。
【請求項６】
前記太陽電池はアモルファス型であることを特徴とする請求項５記載の監視端末装置。
【請求項７】
前記センサは近接感知型のリードスイッチであることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の監視端末装置。
【請求項８】
前記無線通信手段は、一定周期で故障診断のための信号を送信することを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の監視端末装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は監視端末装置に関し、特にセンサとこのセンサによる監視出力を無線にて伝送する無線通信機とを有する監視端末装置に関するものでる。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットに代表される通信ネットワークの通信端末は、パーソナルコンピュータや携帯電話から情報家電へと広がりをみせている。さらには、人工環境や自然環境に、各種の物理量を観測監視する種々のセンサをきめ細かく配置して、これ等センサからの情報を用いて人工環境や自然環境をシステム的に制御することが考えられる。
【０００３】
すなわち、自然環境に設置したセンサや警報器、更には、人工環境である建物や家庭内に設置された各種センサや警報器などを、ネットワークに接続して、これ等センサや警報器からの監視出力を活用することが予想される。例えば、自然環境であれば、水田の温度管理やがけ崩れなどの検知であり、また家庭環境であれば窓の開閉状況や電化製品の稼動状況の確認、更にはまた各種警報等を出かける前に玄関先で携帯電話等を用いた確認などがこれに相当する。
【０００４】
これらのセンサは、特に自然環境に配置される場合は、外部からの電源供給や情報伝達のための配線が不必要なことが望ましい。従って、センサに無線発信機等の情報発信機能をもたせ、かつ外部からの電源補給なしに長期間動作する端末が必要となる。
【０００５】
ここで、特許文献１を参照すると、電池内蔵の非接触型ＩＣタグの小消費電力化を実現する技術として、外部トリガに応答して、ＩＣタグ内のＣＰＵをスリープ状態から起動状態に移行制御する技術が提案されている。すなわち、通常時はＩＣタグ内のＣＰＵをスリープ状態にしておき、ＩＣタグと外部装置との間での交信が必要な時のみ、当該外部装置からトリガをかけて、ＣＰＵを起動状態に移行させるというものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−４２０８２（第３，４頁、図６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１に記載の技術では、外部装置からのトリガを受信するために、常に受信部は動作状態にあることが必要であり、よって受信部の消費電力は削減することができないという欠点がある。
【０００８】
本発明の目的は、消費電力を極力削減可能とした監視端末装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、屋内でも太陽電池を電源として十分動作することが可能な監視端末装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による監視端末装置は、センサと、このセンサ出力を無線伝送する無線通信手段とを含む監視端末装置であって、前記センサと前記無線通信手段とを断続的に起動せしめ、前記センサの計測動作時間を前記センサの起動周期よりも短く制御する制御手段を含み、前記制御手段は、前記センサ出力の変化に応答して前記無線通信手段を起動制御し、
前記センサ出力が変化する頻度を学習して前記センサの起動周期を変化するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
そして、前記制御手段は、前記センサ及び前記無線通信手段に対して、動作している時間のみ電源供給をなす電源管理手段を有することを特徴とする。また、前記制御手段は前記センサの起動周期を制御するタイマを有し、前記センサ及び前記無線通信手段の非動作時には、前記タイマのみ動作するよう制御することを特徴とする。更に、前記制御手段は、前記センサの種別に応じて前記周期を可変するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
発明の作用を述べる。センサとこのセンサによる監視出力を無線にて伝送する無線通信機とを有する監視端末装置において、センサと無線通信機とを断続的に動作させて、非動作時には、これ等センサと無線通信機とへの電源供給を断とし、更には制御プロセッサもスリープ状態とすることにより、消費電力を極力削減する。これにより、外部からの電源供給が得られない環境下でも、長時間の動作を補償するようにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施例につき説明する。図１は本発明の第一の実施例のブロック図である。図１を参照すると、本発明の第一の実施例による監視端末装置は、センサ部１０と、制御部２０と、電源部３０と、伝達部４０とを有している。
【００１４】
センサ部１０は、温度などの物理量を電気信号に変換するセンサ１０１と、センサ１０１からの電気信号のＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換、データの蓄積、データ変化の有無の検出や計測対象種別（温度等）の情報の付加等のデータ処理をして計測データを作成するデータ処理部１０２とからなる。
【００１５】
制御部２０は、センサ部１０の起動と計測周期および計測時間の制御、伝達部４０の起動制御、計測周期および計測時間の制御を行い、またセンサ部１０および伝達部４０の電源の管理（オン／オフ）を行い、更にはまたセンサ部１０と伝達部４０の動作が完了するとスリープ状態になり、タイマ２０２からのパルスで動作が復旧する制御プロセッサ２０１と、本監視端末装置の最短の動作周期毎にパルスを出力して、このパルスで制御プロセッサ２０１の動作を復旧するためのタイマ２０２とからなる。
【００１６】
電源部３０は、センサ部１０、制御部２０、伝達部４０に電源を供給する発電源・電池３０１と、制御プロセッサ２０１からの制御信号により、センサ部１０、伝達部４０の電源のオン／オフを行う電源管理部３０２とからなる。発電源・電池３０１としては、太陽電池と二次電池の組み合わせ、または太陽電池のみでもよい。特に，室内で使用する場合は、蛍光灯のスペクトルをよく吸収するアモルファス型太陽電池の使用が有効である。
【００１７】
伝達部４０は、データ処理部１０２からの計測データを通信機４０２で送信するための通信データを作成する通信データ作成部４０１と、通信データ作成部４０１からの通信データを送信（一般的には、無線送信）する通信機４０２とからなる。通信データは、図２にそのフォーマットを一例として示すように、プリアンブル部、同期確立のための同期信号、通信機ＩＤ、センサＩＤ、センサのデータ領域、予備の順に並べ、データの切れ目は固定長方式またはコンマ符号を入れる方式である。
【００１８】
なお、図１において、実線はデータの流れを表し、一点鎖線は制御信号を表し、破線は電源供給の流れを表している。
【００１９】
次に、本発明の一実施例について説明する。人工環境や自然環境の物理量（例えば、部屋の温度）はセンサ部１０のセンサ１０１で電気信号に変換される。センサ１０１からの電気信号は、データ処理部１０２で、Ａ／Ｄ変換、データの蓄積、データ変化の有無の検出や、計測対象種別（温度等）の情報の付加等のデータ処理をして計測データが作成される。
【００２０】
計測データは通信データ作成４０１において、端末ＩＤと計測データをフレームの中に配列した図２のような通信データが作成され、通信機４０２から送信される。センサ部１０は、制御プロセッサ２０１により、起動と計測周期および計測時間が制御され、図３に示すように間欠的に動作する。また、同様に、伝達部４０も制御プロセッサ２０１により、起動と動作周期および動作時間が制御され、センサ部１０と同様に間欠的に動作する。
【００２１】
こうすることにより、センサ部１０（消費電流数十μＡ）と伝達部４０（消費電流数百μＡ）とが動作していない時間は、センサ部１０と伝達部４０の待機電流（数百μＡ）と制御プロセッサ２０１の消費電流（数十μＡ）のみになるので、大幅に消費電流が低減される。
【００２２】
本実施例では、センサ部１０と伝達部４０の動作時間数ｍｓに対して、動作周期は数秒〜数分程度に設定されている。もちろん、動作時間および動作周期は測定対象に応じて適宜選定される。さらに、本実施例では、伝達部４０は、センサ部１０で計測した物理量に変化が生じたとき（図３中の３０）のみ、通信データを発信するよう決定されるので（図３中の３１で示す）、測定対象の変化が少ない場合では、伝達部４０の動作がさらに抑制されて、消費電流が低減に寄与することになる。
【００２３】
このような制御の方法では、センサ部１０で計測した物理量に変化が生じ無い限り、伝達部４０からデータが送信されないので、本監視端末装置が正常動作していることを通知する必要があり、そのために、一定期間（センサや伝達部の動作周期より長い一定周期）毎に、動作確認のための故障診断信号（図３の３２で示す）を発信することが望ましい。
【００２４】
伝達部４０の動作時間と動作周期との比率（動作Duty＝動作時間／動作周期）を適切に選ぶと、センサ部１０の消費電流に対して伝達部４０の消費電流を無視できる程度に抑えることができる。すなわち、
センサ部１０の平均消費電流＝Ｐsav
センサ部１０の動作時消費電流＝Ｐs
センサ部１０の動作時間＝Ｔsa
センサ部１０の動作周期＝Ｔst
センサ部１０の動作Duty＝Ｄs ＝Ｔsa／Ｔst
伝達部４０の平均消費電流＝Ｐtav
伝達部４０の動作時消費電流＝Ｐt
伝達部４０の動作時間＝Ｔta
伝達部４０の動作周期＝Ｔtt
伝達部４０の動作Duty＝Ｄt ＝Ｔta／Ｔtt
とすると、
Ｐsav ＝Ｐs ×Ｄs
Ｐtav ＝Ｐt ×Ｄt
となる。
【００２５】
ここで、一例として、Ｐs ＝５０μA 、Ｔsa＝１msec、Ｔst＝５分、Ｐt ＝５mA、Ｔta＝１μsec 、Ｔtt＝５分、とすると、
Ｐsav ＝50μA ×１msec／５分
Ｐtav ＝５mA×１μsec ／５分
Ｐtav ／Ｐsav ＝０．１
となって、センサ一部１０のセンサ（センサ１０１）１つに対して伝達部４０の消費電流が無視できる。
【００２６】
伝達部４０の動作Dutyは、
Ｄt ＝Ｄs ×（Ｐs ×（センサ個数）／Ｐt ）／１０
と表され、センサ個数１０個の場合でもＰtav ／Ｐsav ＝０．１が成り立つためには、
Ｄt ＝１ｍｓｅｃ／５分×（５０μＡ×１０／５ｍＡ）／１０
となり、伝達部４０の動作Dutyを1/1000〜1/1000000 辺りに設定すればよい。
【００２７】
以上のように、伝達部４０でのデータ送信を短時間で完了させるためには、通信データのビットレートを大きくすればよく、例えば、図２のようなフレーム構成のデータ（約８０ｂｉｔ）を送信するのに、９．６ｋｂｓの速度で送信すると、８．５ｍｓの動作時間で済む（図４）。
【００２８】
伝達部４０の動作時の消費電流が無視できるようになると、伝達部４０の待機電流が相対的に大きな比重を占めることになる（図５参照）。そこで、本発明では、センサ部１０と伝達部４０が動作していない時、制御プロセッサ２０１は電源管理３０２に制御信号を出して、センサ部１０と伝達部４０への電源供給を停止する。この結果、監視端末装置としての待機電流を数十μＡまで圧縮することができる（図５の第１段スリープ）。
【００２９】
さらに、制御プロセッサ２０１は、より消費電流の小さいタイマ２０２のみ動作させ、自らをスリープ状態にすることにより、本端末の待機電流を制御プロセッサ２０１の待機電流数μＡ（本実施例では、１．５μＡ）まで圧縮することができる（図５の第２段スリープ）。タイマ２０２は最短の動作周期に相当する一定時間後に制御プロセッサ２０１の動作を復旧させる。
【００３０】
この結果、直接太陽光の届かない室内においても、太陽電池（アモルファス型太陽電池では、室内の明るさ２００Ｌｘにて出力電流９μＡ）でも十分動作可能となる。
【００３１】
次に、本発明の第二の実施例について説明する。先の第一の実施例では、センサ部１０で測定した物理量の値に変化が生じたときのみ、伝達部４０から通信データを発信するのに対し、この第二の実施例では、図６に示すように、センサ部１０で測定した物理量の変化の有無に関わらず、センサ部１０で測定する度に、伝達部４０から通信データを発信するようにしたものである（図６の３１）。
【００３２】
次に、本発明の第三の実施例について説明する。本実施例では、図７にそのブロック図を示すように、センサ部１０が複数のセンサ１０１−１〜１０１−ｎ（ｎ＝２以上の整数）を有し、各センサは別の物理量を測定し、伝達部４０からデータ送信するようにしたものである。なお、図７において、図１と同等部分は同一符号により示している。
【００３３】
本実施例では、センサ１０１−１〜１０１−ｎの例として、温度の計測にはサーミスタ、照度の計測には照度センサ、窓の開閉には近接感知センサ（リードスイッチ）を、それぞれ用いる。他にも、傾斜センサ（水銀スイッチ）、臭気センサ、音圧センサ等、物理量を電気信号に変換できるものであれば、センサとして利用可能である。なお、この第三の実施例の場合における動作を、図８に示している。
【００３４】
図８では、各センサの計測間隔は等しくしているが、図９に示すように、センサ部１０で計測する物理量の種類に応じて、センサ部１０の計測周期および計測時間が異なってもよい。例えば、部屋の温度、照度、窓の開閉状況を測定対象とするならば、温度（センサ１０１−１）や照度（センサ１０１−２）の変化に比べ、窓の開閉（センサ１０１−３）は頻度が少ないと考えられるので、センサ部１０の計測周期を、温度や照度の計測周期よりも、長めに設定することができる。これにより、同時に起動動作するセンサの数を減らすことができ、消費電流低減に寄与する。
【００３５】
先の各実施例では、測定間隔が固定的に与えられていたが、図１０に示すように、データが変化する頻度を学習して測定間隔を変化させるようにしても良い。例えば、初期値の測定間隔ｔ１に対して、センサ１０１の測定データの変化が、一定期間、無ければ、計測間隔をｔ２（ｔ２＞ｔ１）に広げ、さらに、センサ１０１の測定データの変化が、一定期間、無ければ、計測間隔をｔ３（ｔ３＞ｔ２）に広げていく。
【００３６】
逆に、測定毎に、センサ１０１の測定データが変化するようであれば、計測間隔を縮める。これにより、計測対象の値の変化が少ない場合は、計測間隔を長くすることができ、監視端末装置の消費電流低減に貢献する。計測間隔の変化に応じてデータ送信間隔も可変にすることも可能である。
【００３７】
なお、発電源・電池３０１の例としては、太陽電池、二次電池、コンデンサ、更にはこれ等の組み合わせを使用することができる。
【００３８】
上記各実施例における制御部２０、電源管理部３０２、伝達部４０等における電源管理処理から信号処理やフレーム構成処理までを、ＩＣチップ化して構成することにより、本発明による監視端末装置の標準化が可能になって、設計の容易さや、製造コストの低下などの利点が生ずることになる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、センサと発信機とを間欠動作させて、センサと発信機が非動作時に、これらへの電源供給を断つよう構成し、さらに制御部の制御機能自身もスリープ状態にすることにより、消費電流を極力減らし、外部からの電源供給が得られない環境でも動作可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例のブロック図である。
【図２】本発明に用いる送信データのフォーマット例を示す図である。
【図３】センサ部１０と伝達部４０の動作周期制御と動作時間制御による消費電力低減を説明する図である。
【図４】伝達部４０におけるデータ送信方法による消費電力低減を説明する図である。
【図５】制御部２０による電源管理を説明する図である。
【図６】本発明の第二の実施例の動作を説明する図である。
【図７】本発明の第三の実施例のブロック図である。
【図８】本発明の第三の実施例の動作を説明する図である。
【図９】本発明の第四の実施例の動作を説明する図である。
【図１０】本発明の第五の実施例の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１０  センサ部
２０  制御部
３０  電源部
４０  伝達部
１０１  センサ
１０２  データ処理部
２０１  制御プロセッサ
２０２  タイマ
３０１  発電源・電池
３０２  電源管理部
４０１  通信データ作成部
４０２  通信機
【図１】
0004483202.tif 000002
【図２】
0004483202.tif 000003
【図３】
0004483202.tif 000004
【図４】
0004483202.tif 000005
【図５】
0004483202.tif 000006
【図６】
0004483202.tif 000007
【図７】
0004483202.tif 000008
【図８】
0004483202.tif 000009
【図９】
0004483202.tif 000010
【図１０】
0004483202.tif 000011