JP2019105975A - Radio communication protocol - Google Patents

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Abstract

To reduce the power consumption of a radio communication part.SOLUTION: In a radio communication protocol, a transmission period T31 when packets S3 can continuously be transmitted is limited in a radio communication period T30 for allowing a radio communication part to transmit data composed of a plurality of packets S3. Specifically, transmission resumption of the packets S3 must be waited over a prescribed pause period T32 after the prescribed transmission period T31 elapses. Then, the transmission period T31 and the pause period T32 are alternately repeated from a start of the radio communication period T30 to an end. Here, a new radio communication protocol fixes the number of packets S3 to be transmitted in each transmission period T31, and the radio communication part is shifted from a normal mode to a power-saving mode having power consumption smaller than in the normal mode in the pause period T32 after completing the transmission operation within the transmission period T31. Consequently, current consumption Ic in the pause period T32 becomes approximately zero.SELECTED DRAWING: Figure 15

Description

本明細書中に開示されている発明は、例えば、センサモジュール向けの無線通信プロトコルに関する。   The invention disclosed herein relates, for example, to a wireless communication protocol for a sensor module.

一般に、無線通信プロトコルでは、パケットを連続して送信することのできる送信期間が制限されており、所定の送信期間(例えば最長50ms)が経過した後には、所定の休止期間(例えば最短50ms)に亘って、パケットの送信再開を待機しなければならない(例えば日本の電波法に準拠した標準規格の一つであるARIB STD−T108を参照)。そのため、複数のパケットから成るデータを無線通信部で送信するための無線通信期間には、その開始から終了まで、上記の送信期間と休止期間が交互に繰り返される。   Generally, in a wireless communication protocol, the transmission period in which packets can be transmitted continuously is limited, and after a predetermined transmission period (for example, 50 ms at maximum) has elapsed, a predetermined pause period (for example, 50 ms at minimum) Throughout the process, it is necessary to wait for transmission resumption of packet transmission (see, for example, ARIB STD-T 108, which is one of the standards based on the Japanese Radio Law). Therefore, in the wireless communication period for transmitting data composed of a plurality of packets by the wireless communication unit, the transmission period and the pause period are alternately repeated from the start to the end.

特開2013−191984号公報JP, 2013-191984, A

しかしながら、上記従来の無線通信プロトコルでは、これに則って無線通信を行う無線通信部の消費電力低減について、さらなる改善の余地があった。   However, in the above-described conventional wireless communication protocol, there is room for further improvement in reducing the power consumption of the wireless communication unit that performs wireless communication according to this.

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、無線通信部の消費電力を低減することのできる新規な無線通信プロトコルを提供することを目的とする。   In view of the above problems found by the inventors of the present invention, the invention disclosed herein provides a novel wireless communication protocol that can reduce the power consumption of a wireless communication unit. To aim.

本明細書中に開示されている無線通信プロトコルは、複数のパケットから成るデータを無線通信部で送信するための無線通信期間において、前記パケットを連続して送信することのできる送信期間が制限されており、所定の送信期間が経過した後には所定の休止期間に亘って前記パケットの送信再開を待機しなければならず、前記無線通信期間の開始から終了まで、前記送信期間と前記休止期間が交互に繰り返されるものであって、前記送信期間毎に送信するパケットの個数を固定しておき、その送信動作を前記送信期間内に完了させた上で、前記休止期間には前記無線通信部を通常モードからこれよりも消費電力の小さい省電力モードに移行させる構成(第1の構成)とされている。   The wireless communication protocol disclosed in the present specification limits the transmission period in which the packets can be continuously transmitted during the wireless communication period for transmitting data consisting of a plurality of packets by the wireless communication unit. After the predetermined transmission period has passed, the transmission resumption of the packet must be waited for a predetermined pause period, and the transmission period and the pause period are from the start to the end of the wireless communication period. The number of packets to be transmitted is fixed every transmission period, and the transmission operation is completed within the transmission period, and then the wireless communication unit is used in the idle period. A configuration (first configuration) is to shift from the normal mode to a power saving mode with lower power consumption.

また、本明細書中に開示されている無線通信回路は、制御部と、前記制御部により制御される無線通信部と、を有し、上記第1の構成から成る無線通信プロトコルに則ってデータの無線通信を行う構成(第2の構成)とされている。   Further, the wireless communication circuit disclosed in the present specification includes a control unit, and a wireless communication unit controlled by the control unit, and the data according to the wireless communication protocol having the first configuration. The wireless communication is performed (second configuration).

なお、上記第2の構成から成る無線通信回路において、前記制御部は、前記無線通信部への送信要求を開始してから所定の移行待機時間が経過した時点で省電力モード移行信号を出力し、前記無線通信部は、前記省電力モード移行信号に応じて前記通常モードから前記省電力モードに移行する構成(第3の構成)にするとよい。   In the wireless communication circuit having the second configuration, the control unit outputs a power saving mode transition signal when a predetermined transition standby time has elapsed since the start of a transmission request to the wireless communication unit. The wireless communication unit may be configured (third configuration) to shift from the normal mode to the power saving mode in response to the power saving mode transition signal.

また、上記第3の構成から成る無線通信回路において、前記制御部は、前記省電力モード移行信号を出力してから所定の復帰待機時間が経過した時点で通常モード復帰信号を出力し、前記無線通信部は、前記通常モード復帰信号に応じて前記省電力モードから前記通常モードに復帰する構成(第4の構成)にするとよい。   In the wireless communication circuit having the third configuration, the control unit outputs a normal mode return signal when a predetermined return standby time has elapsed after the power saving mode transition signal is output. The communication unit may be configured (fourth configuration) to return from the power saving mode to the normal mode in response to the normal mode return signal.

また、上記第2の構成から成る無線通信回路において、前記制御部は、前記無線通信部への送信要求を開始してから所定の移行待機時間が経過した時点で前記無線通信部への電力供給を停止し、前記無線通信部は、前記電力供給の停止により前記通常モードから前記省電力モードに移行する構成(第5の構成)にしてもよい。   Further, in the wireless communication circuit having the second configuration, the control unit supplies power to the wireless communication unit when a predetermined transition standby time has elapsed since the start of a transmission request to the wireless communication unit. The wireless communication unit may be configured (fifth configuration) to shift from the normal mode to the power saving mode by stopping the power supply.

また、上記第5の構成から成る無線通信回路において、前記制御部は、前記無線通信部への電力供給を停止してから所定の復帰待機時間が経過した時点で前記無線通信部への電力供給を再開し、前記無線通信部は、前記電力供給の再開により前記省電力モードから前記通常モードに復帰する構成(第6の構成)にするとよい。   In the wireless communication circuit having the fifth configuration, the control unit may supply power to the wireless communication unit when a predetermined return standby time has elapsed since power supply to the wireless communication unit was stopped. The wireless communication unit may be configured (sixth configuration) to return from the power saving mode to the normal mode by resuming the power supply.

また、本明細書中に開示されているセンサ回路は、所定の計測対象を計測するセンサ部と、上記第2〜第6いずれかの構成から成り前記センサ部で得られた計測結果の無線通信を行う無線通信回路と、を有する構成(第7の構成)とされている。   In addition, the sensor circuit disclosed in the present specification includes a sensor unit that measures a predetermined measurement target, and the wireless communication of the measurement result obtained by the sensor unit, including the configuration of any of the second to sixth embodiments. And a wireless communication circuit for performing the above (a seventh configuration).

また、本明細書中に開示されているセンサモジュールは、環境発電部及び蓄電部を含む電源回路と、上記第7の構成から成り前記電源回路から電力供給を受けて間欠的に動作するセンサ回路と、を有する構成(第8の構成)とされている。   Further, a sensor module disclosed in the present specification includes a power supply circuit including an environmental power generation unit and a storage unit, and a sensor circuit which comprises the seventh configuration and operates intermittently by receiving power supply from the power supply circuit. And a configuration (eighth configuration).

なお、上記第8の構成から成るセンサモジュールは、前記蓄電部に蓄えられた入力電圧を常時監視する電圧監視回路をさらに有し、前記センサ回路は、計測対象の計測及び計測結果の無線通信を行うアクティブ状態と、その動作を休止するスリープ状態とを交互に繰り返すものであり、前記スリープ状態では、所定の周期で前記電圧監視回路の出力確認を行い、前記入力電圧が所定の基準電圧よりも高ければ前記アクティブ状態に復帰し、前記入力電圧が前記基準電圧よりも低ければ前記スリープ状態を維持する構成(第9の構成)にするとよい。   Note that the sensor module having the eighth configuration further includes a voltage monitoring circuit that constantly monitors the input voltage stored in the storage unit, and the sensor circuit measures the measurement target and wirelessly communicates the measurement result. In the sleep state, the output of the voltage monitoring circuit is checked at a predetermined cycle, and the input voltage is higher than a predetermined reference voltage. It is preferable to return to the active state if high and to maintain the sleep state if the input voltage is lower than the reference voltage (ninth configuration).

また、本明細書中に開示されているセンサネットワークは、上記第8または第9の構成から成るセンサモジュールと、前記センサモジュールの計測結果を無線で受信する受信機と、を有する構成(第10の構成)とされている。   Further, a sensor network disclosed in the present specification includes a sensor module having the eighth or ninth configuration, and a receiver that wirelessly receives the measurement result of the sensor module (tenth configuration). Configuration).

本明細書中に開示されている発明によれば、無線通信部の消費電力を低減することのできる新規な無線通信プロトコルを提供することが可能となる。   According to the invention disclosed in the present specification, it is possible to provide a novel wireless communication protocol capable of reducing the power consumption of the wireless communication unit.

センサネットワークの第1実施形態を示す図A diagram showing a first embodiment of a sensor network センサモジュールの一構成例を示す図A diagram showing an exemplary configuration of a sensor module 間欠動作の比較例(電圧監視なし)を示すタイムチャートTime chart showing a comparative example of intermittent operation (without voltage monitoring) 間欠動作の一例(電圧監視あり)を示すフローチャートFlow chart showing an example of intermittent operation (with voltage monitoring) 間欠動作の一例(電圧監視あり)を示すタイムチャートTime chart showing an example of intermittent operation (with voltage monitoring) データ取得タイミングの周期性を示すタイムチャートA time chart showing the periodicity of data acquisition timing 電圧監視回路の第1実施例を示す図A diagram showing a first embodiment of a voltage monitoring circuit 電圧監視回路の第2実施例を示す図A diagram showing a second embodiment of the voltage monitoring circuit センサネットワークの第2実施形態を示す図A diagram showing a second embodiment of a sensor network コリジョン回避手法の一例を示すタイムチャートTime chart showing an example of collision avoidance method TSA[time slot assign]手法の一例を示す図Figure showing an example of TSA [time slot assign] method 一般的な無線通信プロトコルにおける電流プロファイルを示す図Diagram showing current profiles in common wireless communication protocols 一般的な無線通信プロトコルにおける各部の挙動を示す図Diagram showing the behavior of each part in a common wireless communication protocol 一般的な無線通信プロトコルにおける課題を示す図Diagram of the challenges in a typical wireless communication protocol 新規な無線通信プロトコルにおける各部の挙動を示す図Diagram showing the behavior of each part in the new wireless communication protocol

<センサネットワーク(第1実施形態)>
図1は、センサネットワークの第1実施形態を示す図である。本実施形態のセンサネットワークXは、センサモジュール1と、受信機2と、サーバ3と、を有する。
<Sensor network (first embodiment)>
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a sensor network. The sensor network X of the present embodiment includes a sensor module 1, a receiver 2, and a server 3.

センサモジュール1は、例えば、環境発電による自己発電電力を用いて動作する端末であり、所定の計測対象(=機械の振動など)を計測する。また、センサモジュール1は、一方向または双方向の無線通信機能を備えており、受信機2に対して自身の計測結果を無線で送信する。   The sensor module 1 is, for example, a terminal that operates using self-generated power by environmental power generation, and measures a predetermined measurement target (= machine vibration or the like). Further, the sensor module 1 has a one-way or two-way wireless communication function, and wirelessly transmits its measurement result to the receiver 2.

受信機2は、センサモジュール1の計測結果を無線で受信し、これをサーバ3に有線または無線で転送する通信機器である。   The receiver 2 is a communication device that wirelessly receives the measurement result of the sensor module 1 and transfers the measurement result to the server 3 in a wired or wireless manner.

サーバ3は、受信機2から転送されたセンサモジュール1の計測結果について、その記録や解析などを行う。   The server 3 records and analyzes the measurement result of the sensor module 1 transferred from the receiver 2.

本実施形態のセンサネットワークXでは、センサモジュール1の消費電力が環境発電によって賄われているので、センサモジュール1については、電源配線の敷設や電池の交換が不要となる。また、センサモジュール1と受信機2との間では、無線通信が行われるので、相互間を結ぶ信号配線も不要となる。従って、センサモジュール1を任意の箇所に配置することが可能となる。   In the sensor network X of the present embodiment, since the power consumption of the sensor module 1 is covered by environmental power generation, for the sensor module 1, the installation of the power supply wiring and the replacement of the battery become unnecessary. In addition, since wireless communication is performed between the sensor module 1 and the receiver 2, signal wiring for connecting between each other is also unnecessary. Therefore, it is possible to arrange the sensor module 1 at an arbitrary place.

例えば、センサネットワークXを用いて車両の振動や温度などをモニタリングする場合には、センサモジュール1への電源配線や信号配線を省略することにより、車両の軽量化を図ることが可能となる。また、センサネットワークXを用いて患者の生体情報などをモニタリングする場合には、センサモジュール1を患者の体内に埋め込み、その検出結果を体外の受信機2で読み出すことにより、患者の負担を軽減することが可能である。また、工場などにおいて、空調機やコンプレッサなどの振動または温度をモニタリングする場合には、搬送車による断線や、配線による事故を減らすことが可能となる。   For example, when monitoring the vibration, temperature, and the like of the vehicle using the sensor network X, it is possible to reduce the weight of the vehicle by omitting the power supply wiring and the signal wiring to the sensor module 1. In addition, when monitoring the patient's biological information using the sensor network X, the sensor module 1 is embedded in the patient's body, and the detection result is read by the external receiver 2 to reduce the burden on the patient. It is possible. Moreover, when monitoring vibration or temperature of an air conditioner, a compressor, etc. in a factory etc., it becomes possible to reduce the disconnection by a conveyance vehicle and the accident by wiring.

<センサモジュール>
図2は、センサモジュール1の一構成例を示す図である。本構成例のセンサモジュール1は、電源回路10と、センサ回路20と、電圧監視回路30と、を含む。
<Sensor module>
FIG. 2 is a view showing an example of the configuration of the sensor module 1. The sensor module 1 of this configuration example includes a power supply circuit 10, a sensor circuit 20, and a voltage monitoring circuit 30.

電源回路10は、センサモジュール1の各部に電力を供給するための手段であり、環境発電部11と、蓄電部12と、パワーマネジメント部13と、を含む。   The power supply circuit 10 is a means for supplying power to each part of the sensor module 1, and includes an environmental power generation unit 11, a power storage unit 12, and a power management unit 13.

環境発電部11は、センサモジュール1の置かれた環境下に存在するエネルギー(=振動、光、熱など)を受けて発電する手段(いわゆるエナジーハーベスタ)である。なお、振動をエネルギー源とする場合には、発電素子として、ピエゾ素子などの圧電素子を用いるとよい。また、太陽光や照明光をエネルギー源とする場合には、発電素子として、シリコン系、化合物系、または、有機系などの光電素子を用いるとよい。また、熱をエネルギー源とする場合には、発電素子として、ペルチェ素子などの熱電素子を用いるとよい。また、環境発電(ないしは自己発電)をより広義に捉えると、CT方式電流センサを用いることもできる。その原理は、測定導体(1次側)に流れる交流電流による磁気コア内に発生した磁束を打ち消すように2次側の巻線に巻線比に応じた交流電流(2次電流)が流れるというものである。ただし、上記はあくまで例示であり、他の発電原理による発電デバイスを用いても構わない。例えば、振動発電には、圧電式(ピエゾ素子を用いるもの)だけでなく、電磁誘導式(コイルと磁石を用いた電磁誘導によるもの)や、静電式(エレクトレットを用いるもの)などがある。   The environmental power generation unit 11 is a means (so-called energy harvester) which receives power (= vibration, light, heat, etc.) existing in the environment where the sensor module 1 is placed to generate power. When vibration is used as an energy source, a piezoelectric element such as a piezoelectric element may be used as the power generation element. In the case where sunlight or illumination light is used as an energy source, it is preferable to use a silicon-based, compound-based, or organic-based photoelectric element as the power generation element. When heat is used as an energy source, a thermoelectric element such as a Peltier element may be used as the power generation element. In addition, in the broader sense of environmental power generation (or self power generation), a CT type current sensor can also be used. The principle is that an alternating current (secondary current) flows according to the winding ratio in the secondary side winding so as to cancel the magnetic flux generated in the magnetic core by the alternating current flowing through the measurement conductor (primary side) It is a thing. However, the above is merely an example, and power generation devices based on other power generation principles may be used. For example, vibration power generation includes not only a piezoelectric type (using a piezo element) but also an electromagnetic induction type (by electromagnetic induction using a coil and a magnet), an electrostatic type (one using an electret), and the like.

蓄電部12は、環境発電部11で得られた自己発電電力(ただしCT方式電流センサを用いる場合には非接触給電電力と読み替えてもよい)を蓄える手段であり、例えば、スーパーキャパシタ(=電気二重層キャパシタの総称)を好適に用いることができる。なお、蓄電部12に蓄えられた入力電圧Vin(=スーパーキャパシタの充電電圧)は、パワーマネジメント部13に供給される一方、電圧監視回路30の監視対象とされている。   The storage unit 12 is a means for storing the self-generated power obtained by the environmental power generation unit 11 (however, it may be read as non-contact feed power when using a CT type current sensor), for example, a super capacitor (= electricity A generic term for double layer capacitors can be suitably used. The input voltage Vin (= charging voltage of the super capacitor) stored in the storage unit 12 is supplied to the power management unit 13 and is to be monitored by the voltage monitoring circuit 30.

パワーマネジメント部13は、入力電圧Vinから所望の電源電圧Vddを生成してセンサ回路20に供給する。なお、パワーマネジメント部13としては、例えば、DC/DCコンバータを好適に用いることができる。   The power management unit 13 generates a desired power supply voltage Vdd from the input voltage Vin and supplies it to the sensor circuit 20. In addition, as the power management unit 13, for example, a DC / DC converter can be suitably used.

センサ回路20は、センサ部21と、無線通信部22と、制御部23と、を含み、電源回路10から電力供給を受けて間欠的に動作する。   The sensor circuit 20 includes a sensor unit 21, a wireless communication unit 22, and a control unit 23. The sensor circuit 20 receives power supply from the power supply circuit 10 and operates intermittently.

センサ部21は、所定の計測対象(磁気、加速度、角速度、圧力、歪み、振動、温度、湿度、光、赤外線、紫外線、電磁波、放射線、電界、電流、電圧、電力、位置、距離、変位、流速、流量、成分、組成、濃度、音、ガス、匂い、電気伝導度、pH、水位、カウントなど)を計測する手段である。なお、センサ部21は、アナログ出力であってもデジタル出力であっても構わない。   The sensor unit 21 is a predetermined measurement target (magnetic, acceleration, angular velocity, pressure, strain, vibration, temperature, humidity, light, infrared light, ultraviolet light, electromagnetic wave, radiation, electric field, current, voltage, power, position, distance, displacement, Flow rate, flow rate, component, composition, concentration, sound, gas, smell, conductivity, pH, water level, count, etc.). The sensor unit 21 may be an analog output or a digital output.

なお、センサモジュール1では、環境発電部11のエネルギー源とセンサ部21の計測対象が共通であるとよい。一つの例として、環境発電部11で振動をエネルギー源とし、センサ部21で上記の振動を計測対象としている場合が挙げられる。この場合、センサ部21が振動を計測しようとするときには、その振動を受けて環境発電部11で発電が行われるので、振動以外をエネルギー源とする場合と比べて、より確実にセンサ部21への電力供給を行うことが可能となる。   In the sensor module 1, it is preferable that the energy source of the environmental power generation unit 11 and the measurement target of the sensor unit 21 be common. One example is a case where the energy generation unit 11 uses vibration as an energy source and the sensor unit 21 measures the above vibration. In this case, when the sensor unit 21 tries to measure the vibration, the energy is generated by the environmental power generation unit 11 in response to the vibration. Therefore, compared to the case where the energy source other than the vibration is used as the energy source, Power supply can be performed.

無線通信部22は、制御部23からの指示に応じてセンサ部21で得られた計測結果を受信機2に無線で送信する。なお、無線通信部22と制御部23は、それぞれ、無線通信回路を構成する回路要素の一つとして理解することもできる。   The wireless communication unit 22 wirelessly transmits the measurement result obtained by the sensor unit 21 to the receiver 2 in accordance with an instruction from the control unit 23. The wireless communication unit 22 and the control unit 23 can each be understood as one of the circuit elements constituting the wireless communication circuit.

制御部23は、センサ部21と無線通信部22の制御主体であり、センサ部21の出力信号を受け付けるインタフェイス回路や、各種の信号処理を行うデジタル制御回路などを含む。制御部23としては、MCU[micro control unit]などが好適に用いられる。   The control unit 23 is a control entity of the sensor unit 21 and the wireless communication unit 22, and includes an interface circuit that receives an output signal of the sensor unit 21, a digital control circuit that performs various signal processing, and the like. As the control unit 23, an MCU (micro control unit) or the like is suitably used.

電圧監視回路30は、蓄電部12に蓄えられた入力電圧Vinを常時監視し、その監視結果を出力信号Soとして制御部23に送出する。   The voltage monitoring circuit 30 constantly monitors the input voltage Vin stored in the storage unit 12 and sends the monitoring result to the control unit 23 as an output signal So.

なお、環境発電部11のハーベスタ能力は、必ずしも大きいものではなく、センサ回路20を常時動作し続けることは難しい。そこで、センサ回路20は、所定の周期Tで電圧監視回路30の出力信号Soを確認しながら、計測対象の計測及び計測結果の無線通信を行うアクティブ状態と、その動作を一時的に休止するスリープ状態と、を交互に繰り返す間欠動作を行う。以下では、センサ回路20の間欠動作について詳述する。   The harvester ability of the environmental power generation unit 11 is not necessarily large, and it is difficult to keep the sensor circuit 20 operating at all times. Therefore, while the sensor circuit 20 checks the output signal So of the voltage monitoring circuit 30 at a predetermined period T, the sensor circuit 20 performs an active state in which wireless communication of the measurement target and the measurement result is performed, and a sleep that temporarily suspends its operation. Intermittent operation that alternately repeats the state and the state is performed. The intermittent operation of the sensor circuit 20 will be described in detail below.

<間欠動作>
まず、電圧監視回路30を用いた間欠動作の説明に先立ち、その比較例として、電圧監視回路30を用いない間欠動作について、図3を参照しながら簡単に説明しておく。
<Intermittent operation>
First, prior to the description of the intermittent operation using the voltage monitoring circuit 30, the intermittent operation not using the voltage monitoring circuit 30 will be briefly described with reference to FIG. 3 as a comparative example.

図3は、間欠動作の比較例(電圧監視なし)を示すタイムチャートであり、上側から順に、入力電圧Vinとセンサ回路20の動作状態(A:アクティブ状態、S:スリープ状態)が示されている。なお、オン電圧Vonは、パワーマネジメント部13がオンする電圧であり、オフ電圧Voffは、パワーマネジメント部13がオフする電圧である。   FIG. 3 is a time chart showing a comparative example of intermittent operation (without voltage monitoring), showing the input voltage Vin and the operating state (A: active state, S: sleep state) of the sensor circuit 20 sequentially from the upper side There is. The on voltage Von is a voltage at which the power management unit 13 is turned on, and the off voltage Voff is a voltage at which the power management unit 13 is turned off.

本図で示したように、センサ回路20は、アクティブ状態A(=計測及び無線通信)とスリープ状態S(=充電)を交互に繰り返す間欠動作を行う。なお、本図では、図示の便宜上、アクティブ状態Aを維持する時間(例えば時刻t11〜t12)が本来よりも長く描写されているが、実際には、スリープ状態Sを維持する時間(=間欠動作の周期T(例えば数分〜数時間))と比べて極めて短時間で完了する。   As shown in the figure, the sensor circuit 20 performs an intermittent operation in which the active state A (= measurement and wireless communication) and the sleep state S (= charge) are alternately repeated. In the drawing, for convenience of illustration, the time for maintaining the active state A (for example, time t11 to t12) is drawn longer than originally, but actually, the time for maintaining the sleep state S (= intermittent operation) In a very short time as compared with the period T (eg, several minutes to several hours).

仮に、スリープ状態Sにおける蓄電電力がアクティブ状態Aにおける消費電力よりも大きい場合には、入力電圧Vinが一旦オン電圧Vonを上回って以降、これがオフ電圧Voffを下回ることはない。従って、センサ回路20は、一定の周期Tを維持して間欠動作を行うことが可能である。   If the stored power in the sleep state S is larger than the power consumption in the active state A, the input voltage Vin once exceeds the on voltage Von and thereafter does not fall below the off voltage Voff. Therefore, the sensor circuit 20 can perform the intermittent operation while maintaining the constant cycle T.

一方、本図で示したように、スリープ状態Sにおける蓄電電力がアクティブ状態Aにおける消費電力よりも小さい場合には、スリープ状態Sからアクティブ状態Aへ復帰する度に、入力電圧Vinが徐々に低下していき、最終的にはオフ電圧Voffを下回る。その結果、パワーマネジメント部13がオフとなり、センサ回路20への電力供給が停止されるので、制御部23のタイマが切れて一定の周期Tで間欠動作を行うことができなくなる(時刻t12〜t13と時刻t14〜t15を比較参照、T≠T’)。このように、間欠動作の周期Tが変動してしまうと、周期性を持つデータを取得することができなくなる。   On the other hand, as shown in the figure, when the stored power in the sleep state S is smaller than the power consumption in the active state A, the input voltage Vin gradually decreases every time the sleep state S returns to the active state A. And eventually falls below the off voltage Voff. As a result, the power management unit 13 is turned off, and the power supply to the sensor circuit 20 is stopped, so the timer of the control unit 23 runs out and the intermittent operation can not be performed in a fixed cycle T (time t12 to t13). And compare time t14 to t15, T ≠ T '). As described above, when the cycle T of the intermittent operation changes, it is impossible to acquire data having periodicity.

また、アクティブ状態Aの途中で、入力電圧Vinがオフ電圧Voffを下回った場合には、計測及び無線通信が中断されるので、十分なデータを取得することができなかったり、若しくは、全てのデータを送信することができなかったりする(時刻t13〜t14を参照)。   In addition, if the input voltage Vin falls below the off voltage Voff in the middle of the active state A, the measurement and the wireless communication are interrupted, so that sufficient data can not be acquired or all the data Can not be sent (see times t13 to t14).

上記の不具合は、パワーマネジメント部13のオン電圧Von及びオフ電圧Voffを調整することにより、多少改善することはできるが、根本的に解決することはできない。以下では、電圧監視回路30を用いることにより、上記の不具合を根本的に解決することのできる間欠動作について詳述する。   Although the above problems can be somewhat improved by adjusting the on voltage Von and the off voltage Voff of the power management unit 13, they can not be fundamentally solved. In the following, the intermittent operation which can fundamentally solve the above problems by using the voltage monitoring circuit 30 will be described in detail.

図4は、電圧監視回路30を用いた間欠動作の一例を示すフローチャートである。センサモジュール1の起動により、環境発電部11の発電動作が始まると、蓄電部12に蓄えられた入力電圧Vinが上昇していく。そして、ステップS1において、入力電圧Vinがオン電圧Vonに達すると、続くステップS2において、パワーマネジメント部13がオンとなる。   FIG. 4 is a flowchart showing an example of the intermittent operation using the voltage monitoring circuit 30. When the power generation operation of the environmental power generation unit 11 is started by the activation of the sensor module 1, the input voltage Vin stored in the storage unit 12 rises. Then, when the input voltage Vin reaches the on voltage Von in step S1, the power management unit 13 is turned on in the subsequent step S2.

その結果、センサ回路20への電力供給が開始されるので、ステップS3において、センサ回路20がオンとなる。その後、ステップS4では、センサ部21による計測対象の計測が行われ、さらに、ステップS5では、無線通信部22による計測結果の無線通信が行われる。なお、これらのステップS3〜S5は、先述のアクティブ状態に相当する。   As a result, since power supply to the sensor circuit 20 is started, the sensor circuit 20 is turned on in step S3. Thereafter, in step S4, the measurement of the measurement target is performed by the sensor unit 21. Furthermore, in step S5, wireless communication of the measurement result by the wireless communication unit 22 is performed. These steps S3 to S5 correspond to the aforementioned active state.

ステップS5の無線通信が完了すると、続くステップS6において、センサ回路20がオフとなる。すなわち、センサ回路20がアクティブ状態からスリープ状態に移行する。ただし、スリープ状態への移行後も、アクティブ状態への復帰に必要な回路要素(制御部23のタイマなど)については、パワーマネジメント部13から最小限の電力供給を受けて動作を継続している。   When the wireless communication in step S5 is completed, the sensor circuit 20 is turned off in the subsequent step S6. That is, the sensor circuit 20 shifts from the active state to the sleep state. However, even after the transition to the sleep state, the circuit elements necessary for return to the active state (such as the timer of the control unit 23) continue to operate with the minimum power supply from the power management unit 13. .

その後、ステップS7では、制御部23により、周期Tが経過したか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下されたときにはフローがステップS8に進められ、ノー判定が下されたときにはフローがステップS7に戻される。   Thereafter, in step S7, the control unit 23 determines whether the cycle T has elapsed. Here, when the determination is YES, the flow is advanced to step S8, and when the determination is NO, the flow is returned to step S7.

ステップS7でイエス判定が下された場合、ステップS8では、制御部23により、電圧監視回路30の出力信号Soが確認され、入力電圧Vinが所定の基準電圧Vrefよりも高いか否かの判定が行われる。なお、本フローでは明示されていないが、電圧監視回路30は、センサ回路20の動作状態に依ることなく、入力電圧Vinを常時監視しているものとする。ここで、イエス判定が下されたときには、フローがステップS3に戻されて、スリープ状態からアクティブ状態への復帰が行われる。一方、ノー判定が下されたときには、フローがステップS7に戻されて、周期Tの経過判定が繰り返される。   When the determination in step S7 is YES, in step S8, the control unit 23 confirms the output signal So of the voltage monitoring circuit 30, and determines whether the input voltage Vin is higher than a predetermined reference voltage Vref. To be done. Although not shown in the present flow, it is assumed that the voltage monitoring circuit 30 constantly monitors the input voltage Vin regardless of the operating state of the sensor circuit 20. Here, if a yes determination is made, the flow is returned to step S3, and return from the sleep state to the active state is performed. On the other hand, when a negative determination is made, the flow is returned to step S7, and the determination of the elapse of period T is repeated.

すなわち、本フローでは、スリープ状態(ステップS6〜S8)において、所定の周期Tで電圧監視回路30の出力確認が行われており、入力電圧Vinが所定の基準電圧Vrefよりも高ければアクティブ状態に復帰し、入力電圧Vinが基準電圧Vrefよりも低ければスリープ状態を維持するように、言い換えれば、入力電圧Vinが基準電圧Vrefを上回るまで、周期Tのスリープ状態を繰り返すように、ループが回されている。   That is, in this flow, in the sleep state (steps S6 to S8), the output confirmation of the voltage monitoring circuit 30 is performed at a predetermined cycle T, and if the input voltage Vin is higher than a predetermined reference voltage Vref The loop is turned to return to the sleep state if the input voltage Vin is lower than the reference voltage Vref, in other words, to repeat the sleep state of period T until the input voltage Vin exceeds the reference voltage Vref. ing.

図5は、電圧監視回路30を用いた間欠動作の一例を示すタイムチャートであり、先の図3と同様、上側から順に、入力電圧Vinとセンサ回路20の動作状態(A:アクティブ状態、S:スリープ状態)が示されている。   FIG. 5 is a time chart showing an example of intermittent operation using the voltage monitoring circuit 30, and as in the case of FIG. 3, the input voltage Vin and the operating state of the sensor circuit 20 (A: active state, S : Sleep state is shown.

なお、先述の基準電圧Vrefは、パワーマネジメント部13のオフ電圧Voffに対して、少なくとも、アクティブ状態A(時刻t21〜t22、時刻t23〜t24、または、時刻t26〜t27を参照)における入力電圧Vinの想定低下値Δだけ高い電圧値(Vref≧Voff+Δ)に設定されているものとする。   The reference voltage Vref described above is at least the input voltage Vin in the active state A (refer to time t21 to t22, time t23 to t24, or time t26 to t27) with respect to the off voltage Voff of the power management unit 13. It is assumed that the voltage value (Vref V Voff + Δ), which is higher by the assumed reduction value Δ of (1), is set.

時刻t21〜t22におけるアクティブ状態A(図4のステップS3〜S5に相当)の完了後、時刻t22では、センサ回路20がアクティブ状態Aからスリープ状態Sに移行する(図4のステップS6に相当)。従って、入力電圧Vinが低下から上昇に転じる。   After completion of the active state A (corresponding to steps S3 to S5 in FIG. 4) at time t21 to t22, the sensor circuit 20 shifts from the active state A to the sleep state S at time t22 (corresponding to step S6 in FIG. 4) . Therefore, the input voltage Vin turns from rising to rising.

その後、時刻t23では、周期Tの経過(図4のステップS7=Yに相当)に伴い、スリープ状態Sからアクティブ状態Aへの復帰判定(図4のステップS8に相当)が行われる。なお、本図の例では、時刻t23の時点で入力電圧Vinが基準電圧Vrefを上回っているので、スリープ状態Sからアクティブ状態Aへの復帰が認められる(図4のステップS8=Yに相当)。従って、入力電圧Vinが上昇から低下に転じる。   Thereafter, at time t23, with the elapse of the cycle T (corresponding to step S7 = Y in FIG. 4), it is judged whether the sleep state S returns to the active state A (corresponding to step S8 in FIG. 4). In the example of this figure, since the input voltage Vin exceeds the reference voltage Vref at time t23, return from the sleep state S to the active state A is recognized (corresponding to step S8 = Y in FIG. 4). . Therefore, the input voltage Vin turns from rising to falling.

さらに、時刻t23〜t24におけるアクティブ状態A(図4のステップS3〜S5に相当)の完了後、時刻t24では、センサ回路20が再びアクティブ状態Aからスリープ状態Sに移行する(図4のステップS6に相当)。従って、入力電圧Vinが再び低下から上昇に転じる。   Further, after completion of the active state A (corresponding to steps S3 to S5 in FIG. 4) at time t23 to t24, the sensor circuit 20 transitions from the active state A to the sleep state S again at time t24 (step S6 in FIG. 4). Equivalent to Accordingly, the input voltage Vin is again turned from the decrease to the increase.

その後、時刻t25では、周期Tの経過(図4のステップS7=Yに相当)に伴い、スリープ状態Sからアクティブ状態Aへの復帰判定(図4のステップS8に相当)が行われる。ただし、本図の例では、時刻t25の時点で入力電圧Vinが基準電圧Vrefを上回っていないので、スリープ状態Sからアクティブ状態Aへの復帰が認められず、スリープ状態Sが維持される(図4のステップS8=Nに相当)。従って、入力電圧Vinは、低下に転じることなく上昇し続ける。   Thereafter, at time t25, with the elapse of the cycle T (corresponding to step S7 = Y in FIG. 4), it is determined whether the sleep state S returns to the active state A (corresponding to step S8 in FIG. 4). However, in the example of this figure, since the input voltage Vin does not exceed the reference voltage Vref at time t25, return from the sleep state S to the active state A is not recognized, and the sleep state S is maintained (figure Step S8 = 4 (corresponding to N)). Therefore, the input voltage Vin continues to rise without falling.

時刻t25において、アクティブ状態Aへの復帰が見送られた後、時刻t26では、2回目の周期Tの経過(図4のステップS7=Yに相当)に伴い、再びスリープ状態Sからアクティブ状態Aへの復帰判定(図4のステップS8に相当)が行われる。なお、本図の例では、時刻t26の時点で入力電圧Vinが基準電圧Vrefを上回っているので、スリープ状態Sからアクティブ状態Aへの復帰が認められず、スリープ状態Sからアクティブ状態Aへの復帰が認められる(図4のステップS8=Yに相当)。従って、入力電圧Vinが上昇から低下に転じる。   At time t25, after the return to the active state A is missed, at time t26, from the sleep state S to the active state A again with the elapse of the second cycle T (corresponding to step S7 = Y in FIG. 4). Is determined (corresponding to step S8 in FIG. 4). In the example of this figure, since the input voltage Vin exceeds the reference voltage Vref at time t26, return from the sleep state S to the active state A is not recognized, and the sleep state S to the active state A is not recognized. A return is recognized (corresponding to step S8 = Y in FIG. 4). Therefore, the input voltage Vin turns from rising to falling.

時刻t26以降についても、上記と同様の動作が繰り返されることにより、電圧監視回路30を用いた間欠動作が継続される。このような動作アルゴリズムによれば、センサモジュール1は、常に安全な電圧領域(Vin>Voff)で動作し続けることができる。   By repeating the same operation as described above after time t26, the intermittent operation using the voltage monitoring circuit 30 is continued. According to such an operation algorithm, the sensor module 1 can always keep operating in a safe voltage range (Vin> Voff).

従って、アクティブ状態Aの途中で動作が中断してしまうことがなくなるので、十分なデータを取得することができなかったり、若しくは、全てのデータを送信することができなかったりする不具合を未然に防止することが可能となる。   Therefore, since the operation is not interrupted in the middle of the active state A, it is possible to prevent the problem that sufficient data can not be acquired or all data can not be transmitted. It is possible to

また、上記の動作アルゴリズムによれば、図6で示したように、データの取得間隔が周期Tのn倍(ただしnは自然数であり、環境発電部11のハーベスタ能力に依存して変動する可変値)となる。従って、周期性のあるデータ取得を行うことが可能となり、受信機2でデータを読み取るべきタイミングを事前に予測することができるようになる。   Further, according to the above operation algorithm, as shown in FIG. 6, the data acquisition interval is n times the period T (where n is a natural number and variable depending on the harvester ability of the environmental power generation unit 11) Value). Therefore, periodical data acquisition can be performed, and the timing at which the receiver 2 should read data can be predicted in advance.

なお、図6の○印(=時刻t31、t32、t34、t37)は、データ取得が行われたタイミングを示しており、図6の×印(=時刻t33、t35、t36)は、データ取得がスキップされたタイミングを示している。従って、本図におけるデータ取得間隔は、T(=時刻t31〜t32)、2T(=時刻t32〜t34)、及び、3T(=時刻t34〜t37)となる。   The な お marks (= time t31, t32, t34, t37) in FIG. 6 indicate the timings at which data acquisition was performed, and the x marks (= time t33, t35, t36) in FIG. Indicates when it was skipped. Therefore, the data acquisition intervals in this figure are T (= time t31 to t32), 2T (= time t32 to t34), and 3T (= time t34 to t37).

例えば、モータの振動を一定時間毎に計測しようとする場合、既存のセンサネットワークでは、環境発電部11のハーベスタ能力が低いときに、間欠動作の周期自体がばらつくので、データを読み取るべきタイミングを全く予測することができない。   For example, when it is intended to measure the vibration of the motor at regular intervals, the existing sensor network scatters the period of the intermittent operation itself when the harvester ability of the environmental power generation unit 11 is low. It can not be predicted.

これに対して、本構成例のセンサネットワークXであれば、環境発電部11のハーベスタ能力が低くても、常に一定の周期Tでデータ取得の可否判定(図4のステップS7及びS8を参照)が行われる。すなわち、データの取得間隔は、所定の周期Tを基準としてn倍の長さ(=n×T)に規格化されている。従って、周期T毎にデータを読み取りに行っておけば、少なくともデータを取り逃すおそれがなくなる。   On the other hand, in the case of the sensor network X of this configuration example, whether or not data acquisition can always be performed at a constant period T even if the harvester capability of the environmental power generation unit 11 is low (see steps S7 and S8 in FIG. 4) Is done. That is, the data acquisition interval is normalized to a length n (= n × T) with reference to a predetermined cycle T. Therefore, if the data is read every cycle T, there is no risk of losing at least the data.

また、本構成例のセンサモジュール1であれば、自身の電圧監視回路30を用いて上記の間欠動作を実現することができる。従って、特許文献1の従来技術と異なり、別途のシステムマネージャを何ら要することなく、自ら間欠動作の周期Tを決めることができるので、より簡易にセンサネットワークXを構築することが可能となる。   Further, in the case of the sensor module 1 of this configuration example, the above-mentioned intermittent operation can be realized using the voltage monitoring circuit 30 of its own. Therefore, unlike the prior art of Patent Document 1, the period T of the intermittent operation can be determined by itself without requiring any additional system manager, so that the sensor network X can be constructed more easily.

また、本構成例のセンサモジュール1では、計測対象の計測(図4のステップS4)と計測結果の無線通信(図4のステップS5)がセットとされており、スリープ状態Sからアクティブ状態Aへの復帰判定時に入力電圧Vinが基準電圧Vrefを上回っていない限り、双方の動作がいずれもスキップされる。   Further, in the sensor module 1 of this configuration example, the measurement of the measurement target (step S4 in FIG. 4) and the wireless communication of the measurement result (step S5 in FIG. 4) are set as a set. Both operations are skipped as long as the input voltage Vin does not exceed the reference voltage Vref at the time of return determination of

このような構成とすることにより、環境発電部11のハーベスタ能力が不足しているときには、計測結果の無線通信だけでなく、計測対象の計測さえもスキップして、蓄電部12の充電に専念することができる。従って、特許文献2の従来技術と比べて、さらなる低消費電力化(延いてはデータ取得間隔n×Tの短縮)を図ることが可能となる。なお、特許文献2では、データを送信する前に蓄電量が確認されているが、データの取得や保存などを行う前に蓄電力の確認は行われていない。そのため、データの取得や保存を行っている最中にエネルギーが足りなくなり、動作不能に陥るおそれがある。すなわち、特許文献2では、十分なデータを取得してその全てを保存することができるという保証はない。従って、本構成例のセンサモジュール1は、低消費電力化だけでなく、システムの安定性に関しても優位性を持つと言える。   With such a configuration, when the harvester capability of the environmental power generation unit 11 is insufficient, not only the wireless communication of the measurement result but also the measurement of the measurement target is skipped, and the charge of the storage unit 12 is concentrated. be able to. Therefore, as compared with the prior art of Patent Document 2, it is possible to further reduce the power consumption (that is, shorten the data acquisition interval n × T). In Patent Document 2, although the storage amount is confirmed before transmitting data, confirmation of the storage capacity is not performed before data acquisition, storage, and the like. Therefore, energy may not be sufficient while acquiring or storing data, which may result in inoperability. That is, Patent Document 2 does not guarantee that sufficient data can be acquired and all of them can be stored. Therefore, it can be said that the sensor module 1 of this configuration example has an advantage in terms of not only the reduction in power consumption but also the stability of the system.

また、本構成例のセンサモジュール1であれば、環境発電部11のハーベスタ能力が比較的低い場合であっても、センサネットワークXを長時間に亘って安定的に動作し続けることができるようになる。従って、例えば、インフラ設備やFA[factory automation]機器のモニタリング手段として非常に好適であると言える。   Further, with the sensor module 1 of this configuration example, even if the harvester capability of the environmental power generation unit 11 is relatively low, the sensor network X can continue to operate stably for a long time. Become. Therefore, for example, it can be said that it is very suitable as a monitoring means of infrastructure equipment and FA (factory automation) equipment.

<電圧監視回路(第1実施例)>
図7は、電圧監視回路30の第1実施例を示す図である。本実施例の電圧監視回路30は、リセットIC31とプルアップ抵抗32を含む。
<Voltage monitoring circuit (first embodiment)>
FIG. 7 is a diagram showing a first embodiment of the voltage monitoring circuit 30. As shown in FIG. The voltage monitoring circuit 30 of the present embodiment includes a reset IC 31 and a pull-up resistor 32.

リセットIC31は、入力電圧Vinと基準電圧Vrefとの比較結果に応じた出力信号So(=リセット信号)を生成して制御部23に送出する半導体集積回路装置であり、コンパレータCMPと、Nチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタN1と、を集積化して成る。   The reset IC 31 is a semiconductor integrated circuit device that generates an output signal So (= reset signal) according to the comparison result of the input voltage Vin and the reference voltage Vref and sends it to the control unit 23. A MOS [metal oxide semiconductor] field effect transistor N1 is integrated.

コンパレータCMPは、反転入力端(−)に入力される入力電圧Vinと非反転入力端(+)に入力される基準電圧Vrefを比較して、ゲート信号Vgを生成する。ゲート信号Vgは、入力電圧Vinが基準電圧Vrefよりも高いときにローレベルとなり、入力電圧Vinが基準電圧Vrefよりも低いときにハイレベルとなる。なお、コンパレータCMPは、ヒステリシスを持っているので、入力電圧Vinが基準電圧Vrefの近傍で変動したとしても、ゲート信号Vgの論理レベルが不安定になりにくい。   The comparator CMP compares the input voltage Vin input to the inverting input terminal (−) with the reference voltage Vref input to the non-inverting input terminal (+) to generate a gate signal Vg. The gate signal Vg goes low when the input voltage Vin is higher than the reference voltage Vref, and goes high when the input voltage Vin is lower than the reference voltage Vref. Since the comparator CMP has a hysteresis, the logic level of the gate signal Vg is unlikely to be unstable even if the input voltage Vin fluctuates in the vicinity of the reference voltage Vref.

トランジスタN1は、オープンドレイン型の出力段を形成するスイッチ素子であり、出力信号Soの出力端と接地端との間に接続されている。なお、トランジスタN1は、ゲート信号Vgがハイレベルであるときにオンし、ゲート信号Vgがローレベルであるときにオフする。なお、トランジスタN1としてnpn型バイポーラトランジスタを用いることにより、オープンコレクタ型の出力段を形成しても構わない。   The transistor N1 is a switch element forming an open drain type output stage, and is connected between the output end of the output signal So and the ground end. The transistor N1 turns on when the gate signal Vg is at high level, and turns off when the gate signal Vg is at low level. An open collector type output stage may be formed by using an npn bipolar transistor as the transistor N1.

プルアップ抵抗32は、電源電圧Vddの入力端と出力信号Soの出力端との間に接続されている。従って、出力信号Soは、トランジスタN1のオン/オフに応じて、電源電圧Vddと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される2値信号となる。   The pull-up resistor 32 is connected between the input end of the power supply voltage Vdd and the output end of the output signal So. Therefore, the output signal So is a binary signal which is pulse-driven between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND according to the on / off of the transistor N1.

制御部23は、出力信号Soの論理レベルを確認して入力電圧Vinが基準電圧Vrefよりも高いか否かを判定する。より具体的に述べると、出力信号Soがハイレベル(=Vdd)であるときには、入力電圧Vinが基準電圧Vrefよりも高いと判定し、出力信号Soがローレベル(=GND)であるときには、入力信号Vinが基準電圧Vrefよりも低いと判定する。   The control unit 23 checks the logic level of the output signal So to determine whether the input voltage Vin is higher than the reference voltage Vref. More specifically, when the output signal So is at a high level (= Vdd), it is determined that the input voltage Vin is higher than the reference voltage Vref, and when the output signal So is at a low level (= GND), the input It is determined that the signal Vin is lower than the reference voltage Vref.

このように、リセットIC31とプルアップ抵抗32を用いれば、少ない部品点数で小面積の電圧監視回路30を実現することができるので、電圧監視回路30を実装しても、センサモジュール1を不必要に大型化せずに済む。   As described above, the use of the reset IC 31 and the pull-up resistor 32 can realize the voltage monitoring circuit 30 of a small area with a small number of parts. Therefore, even if the voltage monitoring circuit 30 is mounted, the sensor module 1 is unnecessary. You do not need to get bigger.

特に、オープンドレイン型の出力段を持つリセットIC31を用いれば、電源電圧Vddの入力端と出力信号Soの出力端との間にプルアップ抵抗32を外付けするだけで、出力信号Soの波高値(=Vdd−GND)を制御部23の入力ダイナミックレンジ内に収めることが可能となる。   In particular, if a reset IC 31 having an open drain type output stage is used, the peak value of the output signal So can be obtained simply by externally connecting the pull-up resistor 32 between the input end of the power supply voltage Vdd and the output end of the output signal So. It becomes possible to fit (= Vdd-GND) within the input dynamic range of the control unit 23.

また、市販品のリセットICには、その入力ダイナミックレンジや基準電圧について、多数のバリエーションが用意されている。従って、市販品の中からリセットIC31として適切な機種を選択するだけで、環境発電部11のハーベスタ能力に応じた電圧監視回路30を実現することが可能となる。このような仕様は、常に変化する環境発電に向いていると言える。   In addition, in the commercially available reset IC, a large number of variations are prepared for the input dynamic range and the reference voltage. Therefore, it is possible to realize the voltage monitoring circuit 30 according to the harvester capability of the environmental power generation unit 11 only by selecting an appropriate model as the reset IC 31 from commercially available products. Such specifications are said to be suitable for constantly changing environmental power generation.

<電圧監視回路(第2実施例)>
図8は、電圧監視回路30の第2実施例を示す図である。本実施例の電圧監視回路30は、抵抗ラダー33とスイッチ34を含む。
<Voltage Monitoring Circuit (Second Embodiment)>
FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the voltage monitoring circuit 30. As shown in FIG. The voltage monitoring circuit 30 of the present embodiment includes a resistor ladder 33 and a switch 34.

抵抗ラダー33は、入力電圧Vinの入力端と接地端との間に直列に接続された抵抗33a及び33b(抵抗値R33a及びR33b)を含み、抵抗33a及び33b相互間の接続ノードから入力電圧Vinの分圧電圧Vdiv(=Vin×{R33b/(R33a+R33b)})を出力する分圧回路である。なお、上記の分圧電圧Vdivは、電圧監視回路30の出力信号Soとして、制御部23に送出される。   Resistor ladder 33 includes resistors 33a and 33b (resistance values R33a and R33b) connected in series between the input terminal of input voltage Vin and the ground terminal, and input voltage Vin from the connection node between resistors 33a and 33b. The divided voltage Vdiv (= Vin × {R33b / (R33a + R33b)}) is output. The divided voltage Vdiv is sent to the control unit 23 as an output signal So of the voltage monitoring circuit 30.

スイッチ34は、入力電圧Vinの入力端と抵抗ラダー33との間に接続されており、制御部23からの指示に応じてオン/オフされる。   The switch 34 is connected between the input end of the input voltage Vin and the resistor ladder 33, and is turned on / off according to an instruction from the control unit 23.

制御部23は、アナログの出力信号Soをデジタル信号に変換するA/D[analog-to-digital]コンバータ23aを含み、分圧電圧Vdivの電圧値を確認して入力電圧Vinが基準電圧Vrefよりも高いか否かを判定する。また、制御部23は、周期T毎に、分圧電圧Vdivの電圧値を読み取るタイミングでスイッチ34をオンし、分圧電圧Vdivの電圧値を読み取った後にスイッチ34をオフする。このような制御により、抵抗ラダー33に電流が流れ続けることはないので、無駄な消費電流をなくすことができる。   The control unit 23 includes an A / D [analog-to-digital] converter 23a that converts the analog output signal So into a digital signal, confirms the voltage value of the divided voltage Vdiv, and determines the input voltage Vin from the reference voltage Vref. Also determine whether it is high. Further, the control unit 23 turns on the switch 34 at the timing of reading the voltage value of the divided voltage Vdiv every cycle T, and turns off the switch 34 after reading the voltage value of the divided voltage Vdiv. By such control, since current does not continue to flow in the resistance ladder 33, wasteful current consumption can be eliminated.

本実施例の電圧監視回路30であれば、先の第1実施例(図7)と異なり、リセットIC31さえ用いないので、更なる面積縮小を実現することができる。また、電圧監視回路30では、その消費電流を抑えつつ、分圧電圧Vdivが制御部23の入力ダイナミックレンジに収まるように、抵抗値R33a及びR33bを調整しておけば足りるので、その設定作業が簡単である。   In the case of the voltage monitoring circuit 30 of this embodiment, unlike the first embodiment (FIG. 7), only the reset IC 31 is used, so that the area can be further reduced. Further, in the voltage monitoring circuit 30, it is sufficient to adjust the resistance values R33a and R33b so that the divided voltage Vdiv falls within the input dynamic range of the control unit 23 while suppressing the current consumption, so the setting operation is It is easy.

また、本実施例の電圧監視回路30を用いれば、制御部23において、入力電圧Vinと基準電圧Vrefとの比較結果が得られるだけでなく、入力電圧Vinの電圧値そのものを認識することができる。従って、例えば、アクティブ状態への復帰に向けて、あとどれだけ電力が足りていないのか、さらには、あとどれだけスリープ状態を継続すればよいのか、といった予測情報を取得することができる。このような予測情報をセンサネットワークXの管理者等に報知してやれば、何時間後にデータを読み取りに行けばいいかが分かる。さらに、周期T毎に分圧電圧Vdivを読み取れば、周期Tの間に分圧電圧Vdivがどれだけ変化しているかが分かる。従って、環境発電部11における現在のハーベスタ能力を把握することが可能となる。また、周期Tの間の分圧電圧Vdivの変化量が所定値よりも小さい場合、その度合いに応じて、次に制御部23のA/Dコンバータ23aで分圧電圧Vdivを読み取るタイミングをk×T(ただしkは2以上の整数)に設定するとよい。このような構成とすることにより、周期T毎に分圧電圧Vdivを読み取らなくてもよくなるので、更なる低消費電力化を実現することが可能となる。   Further, using the voltage monitoring circuit 30 of this embodiment, the control unit 23 can not only obtain the comparison result of the input voltage Vin and the reference voltage Vref, but also recognize the voltage value itself of the input voltage Vin. . Therefore, for example, it is possible to obtain prediction information such as how much electric power is not enough or how long the sleep state should be continued to return to the active state. If such prediction information is reported to the administrator or the like of the sensor network X, it can be understood how many hours after which data should be read. Furthermore, if the divided voltage Vdiv is read for each cycle T, it can be known how much the divided voltage Vdiv changes during the cycle T. Therefore, it becomes possible to grasp the present harvester ability in the environmental power generation unit 11. Further, when the amount of change in divided voltage Vdiv during period T is smaller than a predetermined value, the timing at which divided voltage Vdiv is read next by A / D converter 23 a of control unit 23 is k × It is good to set to T (however, k is an integer greater than or equal to 2). With such a configuration, it is not necessary to read the divided voltage Vdiv every cycle T, so it is possible to realize further reduction in power consumption.

<センサネットワーク(第2実施形態)>
図9は、センサネットワークの第2実施形態を示す図である。本実施形態のセンサネットワークXは、一対多数の無線センサネットワークとして構築されており、受信機2は、複数のセンサモジュール1に共有されている。
<Sensor Network (Second Embodiment)>
FIG. 9 is a diagram showing a second embodiment of the sensor network. The sensor network X of this embodiment is constructed as a one-to-many wireless sensor network, and the receiver 2 is shared by a plurality of sensor modules 1.

なお、このようなセンサネットワークXの適用例としては、医療・健康分野(健康管理や安否確認)、構造物監視(ワイヤ断線やボルト緩みの監視)、プラント監視(設備異常の監視)、並びに、物流管理(流通状態や品質の監視)などを挙げることができる。   Examples of application of such a sensor network X include medical and health fields (health management and safety confirmation), structure monitoring (monitoring of wire breakage and bolt loosening), plant monitoring (monitoring of equipment abnormality), and Physical distribution management (monitoring of distribution status and quality) can be mentioned.

ただし、本実施形態のセンサネットワークXを構築するに際しては、単一の受信機2に対して複数設けられているセンサモジュール1相互間のコリジョン(=無線信号の衝突とこれに伴うデータ損失など)を回避する必要がある。特に、センサモジュール1の数が多い場合には、コリジョン発生率が大きくなるので、コリジョンを回避するための対策が必須となる。そこで、以下では、センサネットワークXにおけるコリジョン回避手法について具体的に説明する。   However, when constructing the sensor network X according to the present embodiment, collisions between sensor modules 1 provided in plural for a single receiver 2 (= collision of radio signals and data loss associated therewith) You need to avoid it. In particular, when the number of sensor modules 1 is large, the collision occurrence rate becomes large, so it is essential to take measures to avoid collisions. Therefore, the collision avoidance method in the sensor network X will be specifically described below.

図10は、コリジョン回避手法の一例を示すタイムチャートであり、紙面の上側から順に、複数(本図では3つ)のセンサモジュール1(1)〜1(3)それぞれの通信タイミングが○印で描写されている。   FIG. 10 is a time chart showing an example of the collision avoidance method, in which the communication timings of a plurality (three in the figure) of sensor modules 1 (1) to 1 (3) are indicated by ○ in order from the upper side of the sheet. It is depicted.

本図で示したように、センサモジュール1(1)〜1(3)それぞれの通信タイミングは、相互間のコリジョンを回避するために互いにずらされている。例えば、センサモジュール1(1)〜1(3)は、それぞれ、異なる時刻t41(1)〜t41(3)、時刻t42(1)〜t42(3)、及び、時刻t43(1)〜t43(3)で無線通信を行う。   As shown in the figure, the communication timings of the sensor modules 1 (1) to 1 (3) are mutually offset in order to avoid collisions with one another. For example, the sensor modules 1 (1) to 1 (3) are different from time t41 (1) to t41 (3), time t42 (1) to t42 (3), and time t43 (1) to t43 ( Perform wireless communication in 3).

例えば、センサモジュール1(1)〜1(3)は、それぞれ、内蔵時計(RTC[real time clock]など)の時刻を基準として、タイミングをずらしながら無線通信を行うコリジョン回避手法を採用するとよい。より具体的に述べると、センサモジュール1(1)〜1(3)のそれぞれに送受信機能を持たせておき、相互コミュニケーションを取りながら、内蔵時計の時刻を基準にして、それぞれの通信タイミングをずらしておけばよい。   For example, the sensor modules 1 (1) to 1 (3) may adopt a collision avoidance method in which wireless communication is performed while shifting the timing based on the time of an internal clock (RTC [real time clock] or the like). More specifically, each of the sensor modules 1 (1) to 1 (3) has a transmission / reception function, and while communicating with one another, the respective communication timings are shifted based on the time of the built-in clock. You should keep it.

なお、先にも述べたように、センサモジュール1(1)〜1(3)それぞれのデータ取得間隔(延いては無線通信間隔)は、いずれも周期Tとされている。従って、上記の相互コミュニケーションについては、必ずしも通信タイミングの到来毎に行う必要はなく、少なくとも初回の通信タイミングで行えば足りる。なぜなら、初回の通信タイミングを互いにずらしておけば、周期Tの経過毎に訪れる2回目以降の通信タイミングは、本図で示したように、必然的にずれるからである。   As described above, the data acquisition interval (and the wireless communication interval) of each of the sensor modules 1 (1) to 1 (3) is set to the cycle T. Therefore, the above-mentioned mutual communication does not necessarily have to be performed each time the communication timing arrives, and may be performed at least at the first communication timing. This is because, if the first communication timings are shifted from each other, the second and subsequent communication timings which are visited each time the period T elapses are inevitably shifted as shown in the figure.

また、例えば、センサモジュール1(1)〜1(3)では、それぞれ、他のセンサモジュールが無線通信中でないことを確認してから自身の無線通信を行うコリジョン回避手法(いわゆるLBT[listen before talk]手法、例えば、EnOceanの通信プロトコル(日本ではERP[enocean radio protocol]2、アメリカやヨーロッパではERP1)を採用してもよい。より具体的に述べると、センサモジュール1(1)〜1(3)は、それぞれ、無線信号の送信を始める前に、自身が受信機となって無線信号を拾うことにより、自身の周囲に無線信号を送信中の端末があるか否かを確認し、該当する端末があった場合には、その端末が無線信号の送信を完了するまで待機し、その後に自身の無線信号を送信し始める構成とすればよい。   Also, for example, in each of the sensor modules 1 (1) to 1 (3), a collision avoidance method (so-called LBT [listen before talk] in which its own wireless communication is performed after confirming that other sensor modules are not in wireless communication). For example, a communication protocol of EnOcean (ERP [enocean radio protocol] 2 in Japan, ERP 1 in the United States and Europe) may be adopted. More specifically, the sensor modules 1 (1) to 1 (3 ), Before starting to transmit a radio signal, check if there is a terminal transmitting a radio signal around itself by picking up the radio signal as a receiver by itself. If there is a terminal, it may be configured to wait until the terminal completes the transmission of the wireless signal and then starts to transmit its own wireless signal.

また、例えば、センサモジュール1(1)〜1(3)は、それぞれ、別途のシステムマネージャから指定されたタイムスロットでのみ無線通信を行うコリジョン回避手法(いわゆるTSA[time slot assign]手法)を採用してもよい。より具体的に述べると、図11で示したように、(1)各センサモジュールが動作するのに必要なエネルギーを十分確保できたら、受信機に対して、送信要求を出し、(2)受信機がその送信要求を受け、スロット番号をセンサモジュールに通知し、(3)センサモジュールがスロット番号の通知を受けて、指定されたタイムスロットにてデータを送信する、という流れになる。   Also, for example, each of the sensor modules 1 (1) to 1 (3) adopts a collision avoidance method (so-called TSA [time slot assign] method) in which wireless communication is performed only in time slots designated by a separate system manager. You may More specifically, as shown in FIG. 11, (1) when sufficient energy for operating each sensor module can be secured, a transmission request is issued to the receiver, and (2) reception The device receives the transmission request, notifies the sensor module of the slot number, and (3) receives the notification of the slot number and transmits data in the designated time slot.

<電池搭載>
なお、環境発電部11では対応できないアプリケーションが数多く存在するので、これをカバーするために、電池(モバイルバッテリなど)を環境発電部11と並列に設けてもよい。電池の位置付けは、環境発電部11と同じである。
<Battery mounted>
In addition, since there are many applications that can not be handled by the environmental power generation unit 11, a battery (such as a mobile battery) may be provided in parallel with the environmental power generation unit 11 in order to cover this. The positioning of the battery is the same as that of the environmental power generation unit 11.

電池を使う場合、蓄電部12に充電しながら、負荷に電源供給する。これについては、環境発電部11も同様である。ただし、電池の出力電流がかなり小さいので、全体的に見ると、電源供給源は蓄電部12のみとなっている。環境発電部11は、出力インピーダンスがかなり高い電池だと考えてよい。   When using a battery, power is supplied to the load while charging the storage unit 12. About this, the environmental power generation part 11 is also the same. However, since the output current of the battery is quite small, the power supply source is only the storage unit 12 when viewed as a whole. The environmental power generation unit 11 may be considered to be a battery having a relatively high output impedance.

先述のスリープ動作は、環境発電部11と電池のいずれを使うかに依存しない。スリープ動作は、ソフトウェアでコントロールしている。周期Tのスリープ状態が経過した後、入力電圧Vinをチェックして、基準電圧Vrefを上回っていればアクティブ状態に復帰し、下回っていれば再び周期Tのスリープ状態を維持する、という一連の動作は、環境発電部11の使用時と同様に行われる。   The aforementioned sleep operation does not depend on which one of the energy harvesting unit 11 and the battery is used. The sleep operation is controlled by software. After the sleep state of period T has elapsed, the input voltage Vin is checked, and if it is higher than the reference voltage Vref, the active state is restored, and if it is lower, the sleep state of period T is maintained again. Is performed in the same manner as when the environmental power generation unit 11 is used.

<一般的な無線通信プロトコル(比較例)>
次に、センサモジュール1の無線通信過程(=図4のステップS5に相当)における一般的な無線通信プロトコルの概要について説明する。
<General wireless communication protocol (comparative example)>
Next, an overview of a general wireless communication protocol in the wireless communication process (= corresponding to step S5 in FIG. 4) of the sensor module 1 will be described.

図12は、一般的な無線通信プロトコルに則って無線通信を行うときの電流プロファイル(=センサ回路20に流れる消費電流Icの挙動)を示す図である。   FIG. 12 is a diagram showing a current profile (= the behavior of the consumed current Ic flowing through the sensor circuit 20) when performing wireless communication in accordance with a general wireless communication protocol.

本図で示したように、センサモジュール1のスリープ期間T10(=図4のステップS6〜S8に相当)には、センサ回路20の消費電流Icがほぼ0(正確には、センシング期間T20と無線通信期間T30における消費電流Icと比べてほぼ0)となる。   As shown in the figure, in the sleep period T10 of the sensor module 1 (= corresponding to steps S6 to S8 in FIG. 4), the consumption current Ic of the sensor circuit 20 is almost 0 (precisely, the sensing period T20 and the wireless Compared to the consumption current Ic in the communication period T30, it is almost 0).

一方、センサモジュール1のセンシング期間T20(=図4のステップS4に相当、例えば0.8s)には、センサ部21での計測動作に必要な消費電流Icが流れる。   On the other hand, in the sensing period T20 of the sensor module 1 (= corresponding to step S4 in FIG. 4, for example, 0.8 s), the consumption current Ic necessary for the measurement operation in the sensor unit 21 flows.

また、センサモジュール1の無線通信期間T30(=図4のステップS5に相当、例えば1.6s)には、無線通信部22での無線通信動作に必要な消費電流Icが流れる。この無線通信期間T30には、センサ部21で得られた計測結果(=複数のパケットから成るデータ)が無線通信部22から送信される。   In addition, in the wireless communication period T30 of the sensor module 1 (= corresponding to step S5 in FIG. 4, for example, 1.6 s), the consumption current Ic necessary for the wireless communication operation in the wireless communication unit 22 flows. In the wireless communication period T30, the measurement result (= data composed of a plurality of packets) obtained by the sensor unit 21 is transmitted from the wireless communication unit 22.

なお、一般的な無線通信プロトコルでは、無線通信期間T30において、パケットを連続して送信することのできる送信期間T31が制限されている。すなわち、所定の送信期間T31(例えば最長50ms)が経過した後には、所定の休止期間T32(例えば最短50ms)に亘ってパケットの送信再開を待機しなければならない。   In a general wireless communication protocol, a transmission period T31 in which packets can be transmitted continuously is limited in the wireless communication period T30. That is, after a predetermined transmission period T31 (for example, the longest 50 ms) has elapsed, it is necessary to wait for the transmission resumption of packet transmission for the predetermined pause period T32 (for example, the shortest 50 ms).

従って、無線通信期間T30の開始から終了まで、送信期間T31と休止期間T32が交互に繰り返される。そのため、無線通信期間T30に流れる消費電流Icには、パルス状の電流成分が含まれている。   Therefore, from the start to the end of the wireless communication period T30, the transmission period T31 and the pause period T32 are alternately repeated. Therefore, the consumption current Ic flowing in the wireless communication period T30 includes a pulse-like current component.

ただし、本図から分かるように、無線通信期間T30での消費電流Icには、上記パルス状の電流成分だけなく、無線通信期間T30の開始から終了まで、定常的に流れ続ける電流成分Icc(例えば4mA程度)が含まれている。この電流成分Iccは、無線通信期間T30の開始から終了まで、無線通信部22を動作し続けなければならないことに起因して生じる。以下では、その理由について説明する。   However, as can be understood from this figure, the consumption current Ic in the wireless communication period T30 includes not only the pulse-like current component but also the current component Icc which constantly flows from the start to the end of the wireless communication period T30 (for example, 4 mA is included. The current component Icc is generated due to the fact that the radio communication unit 22 has to continue operating from the start to the end of the radio communication period T30. The reason will be described below.

図13は、一般的な無線通信プロトコルにおける各部の挙動を示す図であり、上から順に、無線通信部22のパケット送信状態、無線通信部22と制御部23との通信状態、並びに、センサ回路20の消費電流Icが描写されている。   FIG. 13 is a diagram showing the behavior of each unit in a general wireless communication protocol, and from the top, the packet transmission state of the wireless communication unit 22, the communication state between the wireless communication unit 22 and the control unit 23, and the sensor circuit Twenty current consumptions Ic are depicted.

本図で示すように、無線通信部22は、制御部23から入力されるリクエスト信号S1(=パケット送信要求)に応じて、送信駆動用のパワーアンプ(図示せず)にパケット送信命令を出力する一方、制御部23にレスポンス信号S2(=パケット送信命令の出力完了通知)を返信する。その後、無線通信部22では、先のパケット送信命令に応じてパワーアンプによるパケットS3の送信が行われる。このようなパケット送信動作に伴い、センサ回路20の消費電流Icには、パルス状の電流成分が現れる。   As shown in the figure, the wireless communication unit 22 outputs a packet transmission instruction to a transmission driving power amplifier (not shown) in response to the request signal S1 (= packet transmission request) input from the control unit 23. On the other hand, a response signal S2 (= output completion notification of a packet transmission instruction) is sent back to the control unit 23. Thereafter, in the wireless communication unit 22, transmission of the packet S3 by the power amplifier is performed according to the above-described packet transmission instruction. With such a packet transmission operation, a pulse-like current component appears in the consumption current Ic of the sensor circuit 20.

センサモジュール1の無線通信期間T30のうち、送信期間T31には、上記一連のパケット送信動作が繰り返される。そして、所定の送信期間T31(例えば最長50ms)が経過した後には、所定の休止期間T32(例えば最短50ms)に亘ってパケットS3の送信再開が待機される。なお、送信期間T31と休止期間T32の交互切替動作については、無線通信部22が主体となり、そのタイミング制御が行われる。   In the transmission period T31 of the wireless communication period T30 of the sensor module 1, the series of packet transmission operations are repeated. Then, after the predetermined transmission period T31 (for example, the longest 50 ms) has elapsed, the transmission resumption of the transmission of the packet S3 is waited for the predetermined pause period T32 (for example, the shortest 50 ms). The radio communication unit 22 mainly controls the timing switching of the alternate switching operation of the transmission period T31 and the idle period T32.

ところで、1個のパケットS3は、複数本(例えば3本)のサブテレグラムから成る。そのため、リクエスト信号S1の出力タイミングによっては、パケットS3を構成する全てのサブテレグラムを送信期間T31内に送信し終えることができない場合もある。   By the way, one packet S3 is composed of a plurality of (for example, three) sub-telegrams. Therefore, depending on the output timing of the request signal S1, it may not be possible to finish transmitting all the sub-telegrams constituting the packet S3 within the transmission period T31.

例えば、本図では、送信期間T31の満了タイミングよりもかなり前にリクエスト信号S1が出力されているので、そのリクエスト信号S1に応じたパケット送信動作をその送信期間T31内に完了することができている。   For example, in the figure, since the request signal S1 is output long before the expiration timing of the transmission period T31, the packet transmission operation according to the request signal S1 can be completed within the transmission period T31. There is.

一方、図14では、送信期間T31aの満了タイミング直前にリクエスト信号S1が出力されているので、そのリクエスト信号S1に応じたパケット送信動作をその送信期間T31a内に完了することができていない。   On the other hand, in FIG. 14, since the request signal S1 is output immediately before the expiration timing of the transmission period T31a, the packet transmission operation according to the request signal S1 can not be completed within the transmission period T31a.

より具体的に述べると、送信期間T31aには、パケットS3xを構成する3本のサブテレグラムのうち、1本のサブテレグラムしか送信できておらず、残り2本のサブテレグラムは、休止期間T32の経過を待機した後、次の送信期間T31bで送信されている。   More specifically, in the transmission period T31a, only one of the three subtelegrams constituting the packet S3x can be transmitted, and the remaining two subtelegrams have the idle period T32 After waiting for the passage, it is transmitted in the next transmission period T31b.

すなわち、パケットS3xは、休止期間T32を挟んで、その前後の送信期間T31a及びT31bに分割して送信されている。このようなパケットS3xの分割送信を支障なく実施するためには、先に送信期間T31aで送信されたサブテレグラムと、後から送信期間T31bで送信されたサブテレグラムの双方が、いずれも同一のパケットS3xを構成するものであることを無線通信部22で認識しておかなければならない。   That is, the packet S3x is divided into transmission periods T31a and T31b before and after the pause period T32 and transmitted. In order to carry out divisional transmission of such a packet S3x without trouble, both the sub-telegram transmitted earlier in the transmission period T31a and the sub-telegram transmitted later in the transmission period T31 b are identical to each other. The wireless communication unit 22 must recognize that it is a component of S3x.

そのため、送信期間T31a及びT31bではもちろん、休止期間T32においても、その直前の送信状況を忘れないように、無線通信部22を通常モード(=全ての機能部が動作している状態)に維持しておく必要があり、これが消費電流Icに含まれる定常的な電流成分Icc(先出の図12も参照)の発生原因となっている。   Therefore, the wireless communication unit 22 is maintained in the normal mode (= the state where all the functional units are operating) so as not to forget the transmission state immediately before that in the transmission period T31a and T31b as well as in the idle period T32. It is necessary to keep in mind that this causes the generation of a steady-state current component Icc (see also FIG. 12 mentioned earlier) included in the consumption current Ic.

以下では、このような電流成分Iccを削減することのできる新規な無線通信プロトコルについて提案する。   In the following, we propose a novel wireless communication protocol that can reduce such current components Icc.

<新規な無線通信プロトコル>
図15は、新規な無線通信プロトコルにおける各部の挙動を示す図であり、先の図13及び図14と同じく、上から順に、無線通信部22のパケット送信状態、無線通信部22と制御部23との通信状態、並びに、センサ回路20の消費電流Icが描写されている。
<New wireless communication protocol>
FIG. 15 is a diagram showing the behavior of each unit in the new wireless communication protocol, and the packet transmission state of the wireless communication unit 22, the wireless communication unit 22 and the control unit 23 in order from the top as in FIGS. , And the current consumption Ic of the sensor circuit 20 are depicted.

ここで提案する新規な無線通信プロトコルは、先出の一般的な無線通信プロトコル(図13を参照)をベースとしつつ、送信期間T31毎に送信するパケットS3の個数を固定しておき、その送信動作を送信期間T31内に完了させた上で、休止期間T32には無線通信部22を通常モードからこれよりも消費電力の小さい省電力モードに移行させる点に特徴を有している。   The novel wireless communication protocol proposed here is based on the above-mentioned general wireless communication protocol (see FIG. 13), while fixing the number of packets S3 to be transmitted in each transmission period T31, and transmitting the packet S3. It is characterized in that after the operation is completed within the transmission period T31, the wireless communication unit 22 is shifted from the normal mode to the power saving mode with smaller power consumption in the idle period T32.

より具体的に述べると、制御部23は、無線通信部22へのパケット送信要求(=リクエスト信号S1の出力動作)を開始してから、所定の移行待機時間T41(ただしT41<T31)が経過した時点で、省電力モード移行信号S4を出力する。なお、移行待機時間T41は、所定個数のパケットS3を送信し終えるまでの所要時間を考慮して、適切な長さに設定しておけばよい。   More specifically, the control unit 23 starts a packet transmission request (= output operation of the request signal S1) to the wireless communication unit 22, and a predetermined transition standby time T41 (where T41 <T31) elapses. At this point, the power saving mode transition signal S4 is output. The transition standby time T41 may be set to an appropriate length in consideration of the required time until transmission of the predetermined number of packets S3 is completed.

一方、無線通信部22は、制御部23からの省電力モード移行信号S4に応じて、通常モードから省電力モードに移行するとともに、制御部23にアクノリッジ信号S5(=省電力モード移行信号S4の受領確認通知)を返信する。   On the other hand, the wireless communication unit 22 shifts from the normal mode to the power saving mode in response to the power saving mode transition signal S4 from the control unit 23, and sends an acknowledge signal S5 (= power saving mode transition signal S4) to the control unit 23. Acknowledge receipt confirmation)

なお、省電力モードへの移行により、無線通信部22は、通常モードに復帰するための必要最小限の機能部(例えば、通常モード復帰信号S6を待ち受けるための信号受信部)だけを維持し、それ以外の機能部(例えばパケットS3を送信するためのパワーアンプ)を全て停止した状態となる。その結果、通常モードで消費されていた定常的な電流成分Iccがなくなるので、センサ回路20の消費電流Icが0ベースに戻る。   Note that, upon transition to the power saving mode, the wireless communication unit 22 maintains only the minimum necessary functional unit for returning to the normal mode (for example, a signal receiving unit for waiting for the normal mode return signal S6), All other functional units (for example, a power amplifier for transmitting the packet S3) are stopped. As a result, since the constant current component Icc consumed in the normal mode is eliminated, the consumption current Ic of the sensor circuit 20 returns to 0 base.

その後、無線通信部22は、送信期間T31の経過に伴い、休止期間T32に切り替わる。このとき、無線通信部22は、すでに省電力モードに移行している。従って、休止期間T32において、無線通信部22で不必要な電力が浪費されることはない。   Thereafter, the wireless communication unit 22 switches to the idle period T32 with the elapse of the transmission period T31. At this time, the wireless communication unit 22 has already shifted to the power saving mode. Therefore, unnecessary power is not wasted in the wireless communication unit 22 during the idle period T32.

また、新規な無線通信プロトコルでは、送信期間T31毎に送信するパケットS3の個数を敢えて制限したことにより、その送信動作を送信期間T31内で確実に完了することができる。すなわち、休止期間T32を跨いでパケットS3の分割送信が行われることはない。従って、省電力モードへの移行により、無線通信部22がそれまでの送信状況を忘れてしまったとしても、以降のパケット送信動作に支障が生じることはない。   Further, in the novel wireless communication protocol, by intentionally limiting the number of packets S3 to be transmitted in each transmission period T31, the transmission operation can be surely completed within the transmission period T31. That is, the divided transmission of the packet S3 is not performed across the pause period T32. Therefore, even if the wireless communication unit 22 forgets the previous transmission status due to the transition to the power saving mode, subsequent packet transmission operations will not be disturbed.

その後、制御部23は、省電力モード移行信号S4を出力してから所定の復帰待機時間T42が経過した時点で、通常モード復帰信号S6(=起動トリガとしての割込信号)を出力する。なお、復帰待機時間T42は、休止期間T32の長さを考慮して、適切な長さに設定しておけばよい。例えば、休止期間T32が満了する前に、無線通信部22が省電力モードから通常モードに復帰するように、復帰待機時間T42を設定しておけばよい。   Thereafter, the control unit 23 outputs the normal mode return signal S6 (= an interrupt signal as a start trigger) when a predetermined return standby time T42 has elapsed since the output of the power saving mode transition signal S4. The return waiting time T42 may be set to an appropriate length in consideration of the length of the pause period T32. For example, the return waiting time T42 may be set so that the wireless communication unit 22 returns from the power saving mode to the normal mode before the pause period T32 expires.

一方、無線通信部22は、制御部23からの通常モード復帰信号S6に応じて省電力モードから通常モードに復帰する。従って、これ以降、無線通信部22は、制御部23からのリクエスト信号S1に応じてパケット送信動作を行うことが可能となる。   On the other hand, in response to the normal mode return signal S6 from the control unit 23, the wireless communication unit 22 returns from the power saving mode to the normal mode. Therefore, after that, the wireless communication unit 22 can perform the packet transmission operation according to the request signal S1 from the control unit 23.

このように、新規な無線通信プロトコルでは、無線通信部22の動作が不要となる休止期間T32において、無線通信部22が通常モードから省電力モードに移行される。従って、休止期間T32には、センサ回路20の消費電流Icを0ベースに戻すことができるので、センサモジュール1全体の低消費電力化を実現することが可能となる。   As described above, in the new wireless communication protocol, the wireless communication unit 22 is shifted from the normal mode to the power saving mode in the idle period T32 in which the operation of the wireless communication unit 22 is unnecessary. Therefore, since the consumption current Ic of the sensor circuit 20 can be returned to the 0 base in the idle period T32, it is possible to realize low power consumption of the entire sensor module 1.

より具体的に述べると、新規な無線通信プロトコルでは、一般的な無線通信プロトコルと比べて、センサモジュール1の消費電力を4〜5%カットすることができる。特に、環境発電部11のハーベスタ能力は、必ずしも大きくないので、センサモジュール1では、非常に有効となる。   More specifically, in the new wireless communication protocol, power consumption of the sensor module 1 can be cut by 4 to 5% as compared with a general wireless communication protocol. In particular, since the harvester capability of the environmental power generation unit 11 is not necessarily large, the sensor module 1 is very effective.

ただし、無線通信期間T30に送信されるデータの全体量が変わらないので、新規な無線通信プロトコルでは、無線通信期間T30が若干長くなることに留意すベきである(例えば1.6ms→2.2ms)。   However, since the total amount of data to be transmitted in the wireless communication period T30 does not change, it should be noted that in the new wireless communication protocol, the wireless communication period T30 is slightly longer (for example, 1.6 ms → 2. 2 ms).

また、図15では、省電力モード移行信号S4と通常モード復帰信号S6を用いて、無線通信部22のモード切替制御を行う構成を例に挙げたが、モード切替制御の手法については、これに限定されるものではなく、例えば、上記のモード切替制御に代えて、無線通信部22への電力供給をオン/オフする構成としても構わない。   Although FIG. 15 exemplifies a configuration in which mode switching control of the wireless communication unit 22 is performed using the power saving mode transition signal S4 and the normal mode return signal S6, the mode switching control method will be described. For example, instead of the mode switching control described above, power supply to the wireless communication unit 22 may be turned on / off.

図15に即して具体的に述べると、制御部23は、無線通信部22へのパケット送信要求(=リクエスト信号S1の出力動作)を開始してから、所定の移行待機時間T41(ただしT41<T31)が経過した時点で、無線通信部22への電力供給を停止し、無線通信部23は、電力供給の停止により通常モードから省電力モードに移行する。ここでの省電力モードは、先に説明した内容と異なり、無線通信部23の機能部が全て動作を停止した状態に相当する。   Specifically, referring to FIG. 15, the control unit 23 starts a packet transmission request (= output operation of the request signal S1) to the wireless communication unit 22, and then waits for a predetermined transition standby time T41 (however, T41). When <T31> elapses, the power supply to the wireless communication unit 22 is stopped, and the wireless communication unit 23 shifts from the normal mode to the power saving mode due to the stop of the power supply. The power saving mode here is different from the contents described above, and corresponds to a state in which all the functional units of the wireless communication unit 23 have stopped operating.

その後、制御部23は、無線通信部22への電力供給を停止してから所定の復帰待機時間T42が経過した時点で、無線通信部22への電力供給を再開し、無線通信部23は、電力供給の再開により省電力モードから通常モードに復帰する。   Thereafter, the control unit 23 resumes the power supply to the wireless communication unit 22 when the predetermined return waiting time T42 elapses after the power supply to the wireless communication unit 22 is stopped, and the wireless communication unit 23 The power saving mode is returned to the normal mode by resuming the power supply.

上記したモード切替制御の手法を採用する場合には、移行待機時間T41が送信期間T31そのものとなり、復帰待機時間T42が休止期間T32そのものとなる。すなわち、送信期間T41と休止期間T32の交互切替制御は、制御部23を主体として実施されることになる。   When the method of mode switching control described above is adopted, the transition standby time T41 is the transmission period T31 itself, and the return standby time T42 is the pause period T32 itself. That is, the alternate switching control of the transmission period T41 and the pause period T32 is performed mainly by the control unit 23.

<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other Modifications>
In addition to the embodiments described above, various technical features disclosed in the present specification can be modified in various ways without departing from the scope of the technical creation. That is, the above embodiment should be considered as illustrative in all points and not restrictive, and the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and claims It is to be understood that the scope and equivalent meaning and all modifications that fall within the scope are included.

本明細書中に開示されているセンサモジュールないしセンサネットワークは、例えば、インフラ設備やFA機器のモニタリング手段として好適に利用することが可能である。   The sensor module or sensor network disclosed in the present specification can be suitably used, for example, as a monitoring means of infrastructure equipment and FA equipment.

1、1(1)〜1(3) センサモジュール
2 受信機
3 サーバ
10 電源回路
11 環境発電部
12 蓄電部
13 パワーマネジメント部
20 センサ回路
21 センサ部
22 無線通信部
23 制御部
23a A/Dコンバータ
30 電圧監視回路
31 リセットIC
32 プルアップ抵抗
33 抵抗ラダー
33a、33b 抵抗
34 スイッチ
CMP コンパレータ
N1 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
X センサネットワーク
S1 リクエスト信号
S2 レスポンス信号
S3、S3x パケット
S4 省電力モード移行信号
S5 アクノリッジ信号
S6 通常モード復帰信号
1, 1 (1) to 1 (3) Sensor Module 2 Receiver 3 Server 10 Power Supply Circuit 11 Environmental Power Generation Unit 12 Power Storage Unit 13 Power Management Unit 20 Sensor Circuit 21 Sensor Unit 22 Wireless Communication Unit 23 Control Unit 23a A / D Converter 30 Voltage monitoring circuit 31 Reset IC
32 pull-up resistor 33 resistor ladder 33a, 33b resistor 34 switch CMP comparator N1 N channel type MOS field effect transistor X sensor network S1 request signal S2 response signal S3, S3x packet S4 power saving mode transition signal S5 acknowledge signal S6 normal mode return signal

Claims (10)

複数のパケットから成るデータを無線通信部で送信するための無線通信期間において、前記パケットを連続して送信することのできる送信期間が制限されており、所定の送信期間が経過した後には所定の休止期間に亘って前記パケットの送信再開を待機しなければならず、前記無線通信期間の開始から終了まで、前記送信期間と前記休止期間が交互に繰り返される無線通信プロトコルであって、
前記送信期間毎に送信するパケットの個数を固定しておき、その送信動作を前記送信期間内に完了させた上で、前記休止期間には前記無線通信部を通常モードからこれよりも消費電力の小さい省電力モードに移行させることを特徴とする無線通信プロトコル。
In a wireless communication period for transmitting data consisting of a plurality of packets by a wireless communication unit, a transmission period in which the packets can be transmitted continuously is limited, and a predetermined transmission period has elapsed. A wireless communication protocol, which must wait for resumption of transmission of the packet over an idle period, and in which the transmission period and the idle period are alternately repeated from the start to the end of the wireless communication period,
The number of packets to be transmitted is fixed for each transmission period, and the transmission operation is completed within the transmission period, and then the wireless communication unit consumes less power than in the normal mode during the idle period. A wireless communication protocol characterized by transitioning to a small power saving mode.
制御部と、前記制御部により制御される無線通信部と、を有し、請求項1に記載の無線通信プロトコルに則ってデータの無線通信を行うことを特徴とする無線通信回路。   A wireless communication circuit comprising: a control unit; and a wireless communication unit controlled by the control unit, wherein wireless communication of data is performed in accordance with the wireless communication protocol according to claim 1. 前記制御部は、前記無線通信部への送信要求を開始してから所定の移行待機時間が経過した時点で省電力モード移行信号を出力し、
前記無線通信部は、前記省電力モード移行信号に応じて前記通常モードから前記省電力モードに移行することを特徴とする請求項2に記載の無線通信回路。
The control unit outputs a power saving mode transition signal when a predetermined transition standby time has elapsed since the start of the transmission request to the wireless communication unit.
The wireless communication circuit according to claim 2, wherein the wireless communication unit shifts from the normal mode to the power saving mode in response to the power saving mode transition signal.
前記制御部は、前記省電力モード移行信号を出力してから所定の復帰待機時間が経過した時点で通常モード復帰信号を出力し、
前記無線通信部は、前記通常モード復帰信号に応じて前記省電力モードから前記通常モードに復帰することを特徴とする請求項3に記載の無線通信回路。
The control unit outputs a normal mode return signal when a predetermined return standby time has elapsed after the power saving mode transition signal is output.
The wireless communication circuit according to claim 3, wherein the wireless communication unit returns from the power saving mode to the normal mode in response to the normal mode return signal.
前記制御部は、前記無線通信部への送信要求を開始してから所定の移行待機時間が経過した時点で前記無線通信部への電力供給を停止し、
前記無線通信部は、前記電力供給の停止により前記通常モードから前記省電力モードに移行することを特徴とする請求項2に記載の無線通信回路。
The control unit stops power supply to the wireless communication unit when a predetermined transition standby time has elapsed since the start of a transmission request to the wireless communication unit.
The wireless communication circuit according to claim 2, wherein the wireless communication unit shifts from the normal mode to the power saving mode when the power supply is stopped.
前記制御部は、前記無線通信部への電力供給を停止してから所定の復帰待機時間が経過した時点で前記無線通信部への電力供給を再開し、
前記無線通信部は、前記電力供給の再開により前記省電力モードから前記通常モードに復帰することを特徴とする請求項5に記載の無線通信回路。
The control unit resumes the power supply to the wireless communication unit when a predetermined return waiting time has elapsed after stopping the power supply to the wireless communication unit.
6. The wireless communication circuit according to claim 5, wherein the wireless communication unit returns from the power saving mode to the normal mode by resuming the power supply.
所定の計測対象を計測するセンサ部と、
前記センサ部で得られた計測結果の無線通信を行う請求項2〜請求項6のいずれか一項に記載の無線通信回路と、
を有することを特徴とするセンサ回路。
A sensor unit that measures a predetermined measurement target;
The wireless communication circuit according to any one of claims 2 to 6, wherein wireless communication of the measurement result obtained by the sensor unit is performed.
A sensor circuit characterized by having.
環境発電部及び蓄電部を含む電源回路と、
前記電源回路から電力供給を受けて間欠的に動作する請求項7に記載のセンサ回路と、
を有することを特徴とするセンサモジュール。
A power supply circuit including an environmental power generation unit and a storage unit;
The sensor circuit according to claim 7, wherein the sensor circuit operates intermittently by receiving power supply from the power supply circuit.
Sensor module characterized by having.
前記蓄電部に蓄えられた入力電圧を常時監視する電圧監視回路をさらに有し、
前記センサ回路は、計測対象の計測及び計測結果の無線通信を行うアクティブ状態と、その動作を休止するスリープ状態と、を交互に繰り返すものであり、前記スリープ状態では、所定の周期で前記電圧監視回路の出力確認を行い、前記入力電圧が所定の基準電圧よりも高ければ前記アクティブ状態に復帰し、前記入力電圧が前記基準電圧よりも低ければ前記スリープ状態を維持することを特徴とする請求項8に記載のセンサモジュール。
It further comprises a voltage monitoring circuit that constantly monitors the input voltage stored in the storage unit,
The sensor circuit alternately repeats an active state in which measurement of a measurement target and wireless communication of measurement results are performed and a sleep state in which the operation is suspended. In the sleep state, the voltage monitoring is performed at a predetermined cycle. The output confirmation of the circuit is performed, and the active state is recovered if the input voltage is higher than a predetermined reference voltage, and the sleep state is maintained if the input voltage is lower than the reference voltage. The sensor module according to 8.
請求項8または請求項9に記載のセンサモジュールと、
前記センサモジュールの計測結果を無線で受信する受信機と、
を有することを特徴とするセンサネットワーク。
A sensor module according to claim 8 or 9;
A receiver that wirelessly receives the measurement result of the sensor module;
The sensor network characterized by having.
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