鳥取県産業技術センター研究報告 No.18 (2015)
鳥取県産業技術センター研究報告 No.18 (2015)

920 MHz 帯無線モジュールを利用した LED 同期点滅システムについて
製品検討支援ツール「デザイン・パターン・カード」の開発
LED Synchronous Flashing System Using 920 MHz Band Wireless Module
Development of the Product Study Support Tool “Design Pattern Cards”

楠本雄裕*・桜井徹**＊＊＊
Katsuhiro
Kusumotoand Toru Sakurai
亀崎高志
・杉山陽二
＊

電子・有機素材研究所

電子システム科、＊＊株式会社トミサワ

Takashi Kamezaki and Yoji Sugiyama＊＊＊

電子・有機素材研究所 産業デザイン科、 鳥取短期大学
道路の路肩あるいは中央分離帯に設置される車線分離標について、920MHz 帯特定小電力無線モジュー

ルとマイコンを利用し、無線通信によって複数の LED を同期させて点滅させるシステムの開発を行った。
その結果、すべての車線分離標がマスターにもスレーブにもなることが可能であり、複数の中から最後に中小企業の製品開発プロセスにおいて、製品デザインの検討はその開発プロジェクトの正否を左右する起動したものが同期の管理を行うことにより、LED の同期点滅が可能となった。
重要な問題の一つである。このような問題に対し、本研究では、企業の開発担当者やデザイナーにインタビュー調査を行い、製品開発プロセスにおける製品デザイン検討の問題の構造化を試みた。その結果からが１基存在し、その他のスレーブは、マスターから送1．はじめに製品デザインの発想や検討を支援するツールとして「デザイン・パターン・カード」を開発した。また、信される同期信号を受信することで同期点滅を実現し視線誘導施設とは、路肩あるいは中央分離帯に設置開発したツールの効果を実験により検証し、デザインの検討や発想において開発したツールが活用される可能性を示した。
することで、路側や道路線形を示すものである。形状、ていた。しかし、道路に設置される車線分離標は、車輌等の接触により、常に損傷の危険を含むため、1 基
材質の異なる様々な視線誘導施設が市販されているが、During the product-development process of small- and medium-sized enterprises, the study of product design is one ofをマスターとして限定してしまうと、マスターが損傷その中でも、ラバーポールと称される車線分離標は、
the key issues related to the success of the development project. In this study, we conducted interviews with the
した場合に同期点滅ができなくなってしまう。それに対衝撃性を有するゴム製のポールに反射テープが取り
developers and designers of the companies and attempted to structure the issues that they face when studying product
対して本報告の同期システムは、同一のプログラムで付けられており、夜間は車輌のヘッドライトの光を反design during the product-development process. On the basis of the study results, we developed a tool, the “design
すべての車線分離標がマスターにもスレーブにも自動射することでドライバーの視線を誘導するものとなっ
pattern card,” to support their idea and study of product design. We verified its effect via experiments and demonstrated的になることができる。これにより、例えマスターとている。しかし、反射テープでは車輌からの光がなけ
the potential of the tool for the study of product design and idea generation.
なった 1 基が損傷しても、他のスレーブがマスターにれば反射光を得ることができないため、ヘッドライトの光が届く範囲だけしかドライバーの視線を誘導する

1.
はじめにことができない。
中小企業の製品開発の現場では、製品デザイン検
今回開発した車線分離標は、ポール内部に LED を搭討のプロセスが確立しておらず、開発担当者や決定載し、その LED を同期点滅させることで道路線形を示権者の主観や好みで色や形状を決めてしまい、完成すことにより、夜間においてドライバーの視線を誘導度の低い製品が生まれるといった問題がしばしば起することが可能となる。また、車線分離標間で通信をきる。特に産業用機械や部品を設計・製造する企業行い同期点滅を実現させるため、920 MHz 帯特定小電では、設計担当の技術者が、本来デザイナーが担う力無線モジュールを搭載した。920 MHz 帯は、2012 年
べき意匠面の開発も担当せざるを得ないことも多く、から電波法の改正に伴い日本国内で利用可能となった
その場合製品の使用性や安全性、訴求性等に乏しい周波数である。特徴としては、通信距離が長く回折性製品ができあがってしまう。
が高いため、入り組んだ場所でも繋がりやすい、電波製品設計の手法としては人間中心設計プロセス
干渉が少ない、低消費電力などが挙げられ、その電波（ISO 9241-210 等）が挙げられるが、設計プロセスは免許無しで使用することが可能である。この無線モを理解し、仕様決定に至るまでに時間や労力を必要
ジュールを用いて、同一エリア内に設置された複数のとするため、中小企業が現在取り組んでいる開発プ
車線分離標間の無線通信を行うことにより、LED を同ロセスにすぐさま取り入れるには現実的であるとは期点滅させることが可能となる。
言い難い。
従来の同期システムは、同期の管理を行うマスター13なり得ることから、常にLEDは同期点滅が可能となる。
一方、製品デザインの前段階となる商品企画段階
本報告では、LED を同期点滅させるために開発した、における手法として、発想支援ツールがある。例え920 MHz 帯特定小電力無線通信を利用した同期システ
ばオズボーンのチェックリスト、四則演算法、IDEO
ムとその同期手法について述べる。
Method Cards、プレイフルデザインカード等が挙げ
なお、この同期システムについては、平成 26 年度にられる。これらの中で、特にカードを使用した支援
株式会社大晃工業と「ドライバーの視認性を向上させツールは手軽に参照可能という点で有用であり、開る視線誘導灯の研究開発とその商品化」について共同発プロセスの中で取り入れやすいことが知られてい研究を行った。また、本同期手法については特許出願る。
を行っている。
また、中小企業のための製品開発全般の支援ツールとして、支援機関や自治体からデザイン活用のガ

2. システム概要

イドブック等が提供されているが、多くはデザイナ2.1 ハードウェア構成
ーへの依頼を想定したもので１）、中小企業の技術者今回使用した 920 MHz 帯特定小電力無線モジュール
自身が製品デザイン検討を行うことに特化したツーの外観を図 1、仕様を表 1、無線モジュール及び LED
ルは提供されているものは少ない。よって、現状での点滅制御に使用したマイコンの仕様を表２に示す。
は中小企業が製品デザインの検討を行ったり、技術無線モジュールは、UART インターフェースを通じ者がデザインを理解して意匠面の開発をしたりするて外部 MCU から制御を行うことが可能である。そのため、マイコンの UART 通信機能を用いて制御を行っ920 MHz帯無線モジュール(LPR9201)た。また、同期通信時にはマイコンのタイマ機能も利用した。マイコンを含むシステム全体の構成とそれぞUART
通信

無線通信

れの機能を図 2 に示す。
なお、無線モジュール、マイコンの動作電源については、昼間は太陽電池により発電した電力をバッテリ通信制御

ーに蓄電し、夜間はその蓄電した電力により動作する。
LED が点滅を始めるのは、太陽電池からの充電量が一定の数値を下回った時間とする。

UART
通信

タイマ点滅制御LED

入出力部
マイコン（RL78/G10）
図 2 システム構成及び機能

2.2 無線通信による同期システム
無線通信を用いた同期方法のフローチャートを図 3に、同期システムの概要を図 4 にそれぞれ示す。

図 1 920 MHz 帯特定小電力無線モジュール

表 1 920 MHz 帯特定小電力無線モジュールの仕様等

メーカー
型番
準拠規格

同期通信

佐鳥電機（株）
LPR9201
ARIB STD-T108
IEEE802.15.4g/e

使用周波数
帯域

922.3～928.1 MHz

送信出力

1 mW・10 mW・20 mW

無線モジュールの電源ON無線通信を有効にする

ルネサスエレクトロニクス（株）
RL78/G10（R5F10Y47）
4 MHz
14512 Byte

フラッシュメモリ

4 KB

NO

YES
無線モジュールとの接続確認

表 2 マイコンの仕様等

メーカー
型番
動作周波数
入出力ポートRAM

同期用データの受信あり？

同期用データ送信同期用タイマ
受信時間タイマスタート

同期用タイマーをリスタート

NO

受信時間タイマ
設定時間経過？
YES
無線モジュールの電源OFF

同期用タイマの設定時間経過？
YES
同期通信終了図 3 同期システムの動作フローチャート

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NO

起動

同期用タイマ
受信時間タイマスタート

同期用タイマ設定時間終了

受信時間タイマ
設定時間終了同期用タイマーの残り時間が経過するまで待機

送信後は受信時間タイマで設定した時間、受信可能状態で待機。
同期用データ
送信
端末Bの同期用データを受信し、同期用タイマをリスタートする。

端末A

端末A

同期用タイマ
受信時間タイマスタート

受信時間タイマ
設定時間終了起動
送信後は受信時間タイマで設定した時間、受信可能状態で待機。

LED同期点滅開始

同期用タイマーの残り時間が経過するまで待機

同期用データ
送信
端末B

端末B
図 4 同期システムの概要

最初に起動した端末を A とし、端末 A は無線モジュ

ムですべての端末がマスターあるいはスレーブになるールを起動させ、同期用のデータを送信し、マイコンことができるため、複数設置された中の 1 基が損傷しのタイマをスタートさせる。タイマは 2 チャンネル使たとしても、損傷した端末以外のもので同期点滅させ用し、それぞれを同期用タイマ、受信時間タイマとすることが可能となる。

る。なお、同期用タイマの設定時間は受信時間タイマ

3. 動作確認の設定時間より長時間を設定する。同期用データを送信した後、端末 A は受信時間タイマで設定した時間の本システムの動作確認実験を行った様子を図５に、間、受信可能状態で待機する。次に起動した端末を B

オシロスコープを用いて観測したLEDの点滅動作波形とし、端末 B も A と同様に無線モジュールを起動させ、を図 6 にそれぞれ示す。図 5（a）は、同期点滅開始前同期用データを送信し、同期用タイマ、受信時間タイの状態であり、図 5（b）は同期点滅開始後の状態を示マをスタートさせる。この時、既に起動し受信状態でしており、3 基の誘導標が同期点滅している。図 6 のある端末 A は、端末 B が送信した同期用データを受信観測波形においても、時間のずれがなく、2 つの端末する。端末 A は同期用データを受信すると同時に、同は同期して動作していることが確認できる。ここで、期用タイマをリスタートさせる。これにより、端末 A横軸が時間、縦軸が電圧である。と端末 B の同期用タイマがほぼ同時に終了する。受信同期の最大誤差は数 msec 程度であるが、各端末のマ時間タイマの設定時間が終了した後は、無線モジューイコンの動作周波数のずれが大きい場合、点滅を開始

ルをスリープ状態へ移行させ、同期用タイマの設定時してからのずれが大きくなる。8 時間程度の同期点滅間が経過するまで待機する。同期用タイマの設定時間で人がずれを感じないためには、誤差を 40 msec 程度が終了すると、端末 A と端末 B の LED が同期して点以下にする必要があるため、各端末のマイコンの動作滅を開始する。

周波数ずれを 5 Hz 以下になるよう調整を行っている。

同期させる数が増えた場合も同様に、同期点滅させることができる。このシステムでは、同一のプログラ

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文 献
1) CQ 出版：インターフェース 2015 年１月号
2) 佐鳥電機株式会社「ワイヤレス＆エンベデッドソリューション」web サイト
http://www2.satori.co.jp/wireless/products_solutions/920mhz.html（b）同期後（a）同期前

図 5 動作確認実験の様子

図 6 LED 点滅波形

4. おわりに路側や道路線形を示す車線分離標の視認性を向上させることを目的に、920 MHz 帯特定小電力無線モジュールとマイコンを利用し、LED を同期点滅させるシステムを開発した。
本システムは、すべての車線分離標がマスターにもスレーブにもなることが可能であり、複数の中から最後に起動したものが同期の管理を行うことにより、LED の同期点滅が可能となった。同期の最大誤差は数msec 程度であるが、同期点滅のずれを防ぐには、各端末のマイコンの動作周波数を5 Hz 以下に調整を行う必要があることから、調整が不要となるプログラムの開発が今後必要であると考える。
本システムは、車線分離標以外にも、LED 照明等への利活用が見込めるため、今後は技術の普及を行っていきたい。

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