JP2006250744A - 無線センサ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 無線センサ装置による検出値から計測値への変換処理をより効率良く且つ精度良く行う。
【解決手段】 少なくとも一つのセンサ101と、センサ101の検出値S1を近似式に代入することによって計測値S3に変換する信号処理部190と、計測値S3を無線により送出するための送信回路部141とを備える。信号処理部190は、検出値S1に応じて異なる近似式を用いた変換を行う。例えば、検出値S1が第1の範囲にある場合には第1の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、検出値S1が第2の範囲にある場合には第2の最小二乗近似多項式を用いた変換を行う。本発明によれば、センサ101の検出値S1に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことにより、計測値S3を算出していることから、使用する近似式が単純となり、その結果、演算処理の負荷を大幅に低減することが可能となる。
【選択図】 図1
【解決手段】 少なくとも一つのセンサ101と、センサ101の検出値S1を近似式に代入することによって計測値S3に変換する信号処理部190と、計測値S3を無線により送出するための送信回路部141とを備える。信号処理部190は、検出値S1に応じて異なる近似式を用いた変換を行う。例えば、検出値S1が第1の範囲にある場合には第1の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、検出値S1が第2の範囲にある場合には第2の最小二乗近似多項式を用いた変換を行う。本発明によれば、センサ101の検出値S1に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことにより、計測値S3を算出していることから、使用する近似式が単純となり、その結果、演算処理の負荷を大幅に低減することが可能となる。
【選択図】 図1
Description
本発明は無線センサ装置に関し、特に、複数のセンサが内蔵された無線センサ装置に関する。
従来より、温度や湿度等を計測するセンサと無線送信部を一体化した無線センサ装置が知られている(特許文献1参照)。無線センサ装置は、センサ本体と温度や湿度等の計測値を利用する機器(以下、「利用機器」という)とを空間的に離間させることができるため、複数の場所にそれぞれ無線センサ装置を配置して、得られる計測値を集中管理したり、無線センサ装置を移動・携帯することができるなど、多様な形態での利用が可能となる。しかしながら、多くのセンサは、計測対象である温度や湿度等の変化に対してその検出値(電圧レベル等)の変化が直線的でないことから、センサの検出値から実際に温度や湿度等の計測値を得るためには、何らかの方法で変換を行う必要がある。この場合、無線センサ装置のように、利用機器とセンサとが空間的に離間しているケースでは、この変換処理に関して種々の問題が生じる。
まず、検出値から計測値への変換処理を無線センサ装置側ではなく利用機器側で行うことが考えられるが、上述の通り、無線センサ装置は一つの利用機器に対して複数個用いられることがあるため、この場合、利用機器側における処理負担が過大となるおそれがある。
一方、検出値から計測値への変換処理を無線センサ装置側で行う場合、無線センサ装置内に変換テーブルを設けることによって変換処理を行うことが考えられるが、無線センサ装置に複数のセンサが内蔵されている場合にはセンサごとに変換テーブルを用意しなければならず、また、センサの計測範囲が広い場合には各テーブルのサイズもこれに比例して大きくなってしまう。無線センサ装置は、その特性上小型であることが非常に重要であることから、CPU(Central Processing Unit)とメモリ領域(ROM(Read Only Memory)領域及びRAM(Random Access Memory)領域)がワンチップ化された所謂マイコンチップを用いることが好ましいと考えられるが、この場合、変換テーブルを格納するROM領域の容量については大きく制限され、サイズの大きな変換テーブルを格納することができないといったケースも生じる。
以上を考慮すれば、検出値から計測値への変換処理は、無線センサ装置内のCPUを用いて演算により行うことが好ましいと考えられる。しかしながら、一般的な演算方法を用いた場合、CPUの処理負担が過大となるおそれがあり、また、変換処理を行うためのプログラムが複雑でその開発に手間がかかるという問題があった。例えば、温度センサとしてサーミスタを用いた場合、25℃でのサーミスタの抵抗値をR25とすると、温度Xでのサーミスタの抵抗値Rxは、
によって表される。Bは定数である。つまり、温度(X)とサーミスタの抵抗値(Rx)との関係は対数関数的であり、その演算を行うCPUの処理負担が重いばかりでなく、これを演算するためのプログラム自体も大きくなってしまう。
によって表される。Bは定数である。つまり、温度(X)とサーミスタの抵抗値(Rx)との関係は対数関数的であり、その演算を行うCPUの処理負担が重いばかりでなく、これを演算するためのプログラム自体も大きくなってしまう。
CPUによるこのような変換処理を比較的簡単に行う方法としては、最小二乗近似多項式などの近似式を用いた演算方法が知られている(特許文献2参照)。最小二乗近似多項式を用いた演算は、単純な四則演算の繰り返しであることからCPUの処理負担が軽く、また、演算に必要なプログラム等も比較的小さく且つ単純であるという利点がある。
特公平8−6955号公報
特開平6−101899号公報
しかしながら、センサの検出値と計測値との関係を一つの近似式によって表そうとすると、近似式の構造が非常に複雑となることがあり、このような場合、CPUの負荷が十分に低減されない可能性があった。一例として、サーミスタを用いた温度センサの検出値と計測値との関係を一つの最小二乗近似多項式で表そうとすると、計測範囲によっては最小二乗近似多項式の次数が20次以上となってしまう。通常、無線センサ装置は信号処理部や無線送信部の駆動にバッテリを使用することから、CPUの負荷が大きいとバッテリの寿命が短くなるという問題があった。
したがって、本発明は、検出値から計測値への変換処理をより効率良く且つ精度良く行うことが可能な無線センサ装置を提供することを目的とする。
本発明による無線センサ装置は、少なくとも一つのセンサと、前記センサの検出値を近似式に代入することによって計測値に変換する信号処理部と、前記計測値を無線により送出するための送信回路部とを備え、前記信号処理部は、前記検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことを特徴とする。
本発明によれば、センサの検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことにより、計測値を算出していることから、使用する近似式が単純となり、その結果、演算処理の負荷を大幅に低減することが可能となる。
本発明において、信号処理部は、センサの検出値が第1の範囲にある場合には第1の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記センサの検出値が第2の範囲にある場合には第2の最小二乗近似多項式を用いた変換を行うことが好ましい。最小二乗近似多項式を用いた演算は、単純な四則演算の繰り返しであることから演算処理の負担が軽いという利点があるからである。この場合、第1及び第2の最小二乗近似多項式の次数については互いに異なっていても構わないし、互いに等しくても構わない。
本発明において使用するセンサは、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ及びトナーセンサからなる群より選ばれた少なくとも1種とすることができる。また、本発明による無線センサ装置は、少なくとも前記信号処理部及び前記送信回路部に電力を供給するバッテリをさらに備えることがさらに好ましい。無線センサ装置にバッテリを内蔵させれば、移動・携帯が可能であるという無線センサ装置の利点を十分に活かすことが可能となる。
また、信号処理部は、センサによる検出値をデジタル値に変換するA/Dコンバータと、検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくともA/Dコンバータの出力及びメモリに格納された前記データを用いた演算を行うCPUとを有していることが好ましい。
さらに、信号処理部は、検出値及びセンサの特性に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことが好ましい。このように、得られた検出値のみならず、センサの実際の特性に応じて異なる近似式を用いた変換を行えば、湿度センサのようにばらつきの大きいセンサを使用する場合であっても、高精度な計測を行うことが可能となる。
この場合、信号処理部は、センサによる検出値をデジタル値に変換するA/Dコンバータと、センサの特性及び検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくともA/Dコンバータの出力及びメモリに格納された前記データを用いた演算を行うCPUとを有していることが好ましい。また、メモリは、使用すべき近似式を指定するフラグ有していることが好ましい。フラグとしては、EPROMのように、電気的に書き込みが可能な不揮発性メモリを使用することが特に好ましい。
センサの数は複数であることが好ましく、この場合、複数のセンサのうち少なくとも2つのセンサの計測対象は、互いに異なっていても構わないし、互いに同一であっても構わない。これら2つのセンサの計測対象が互いに異なっていれば、複数の事象を同時に測定することが可能となるし、これら2つのセンサの計測対象が互いに同一であれば、一つの事象を異なる側面から測定することが可能となる。
このように、本発明によれば、センサの検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことにより、計測値を算出していることから、使用する近似式がそれぞれ単純となり、その結果、変換処理をより効率良く且つ精度良く行うことが可能となる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の好ましい第1の実施形態による無線センサ装置100の構成を概略的に示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態による無線センサ装置100は、センサ101と、A/Dコンバータ110と、CPU(Central Processing Unit)120と、メモリ130と、送信回路部141と、アンテナ142と、バッテリ150とを備えて構成されている。この他、無線センサ装置100には、IDや初期値などをセットするための入力部が備えられているが、本発明の要旨とは直接関係がないことから、入力部の図示及びその説明は省略する。
センサ101は、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ、トナーセンサ等から選ばれたセンサであり、図1に示すように、センサ素子101aとセンサ回路101bによって構成されている。センサ素子101aとは、例えば温度センサであればサーミスタ自体であり、センサ回路101bとは、例えばサーミスタの抵抗値を電圧変換する抵抗素子などである。
A/Dコンバータ110は、センサ回路101bより得られる検出値S1をデジタル値である検出値S2変換するため機能ブロックである。つまり、センサ回路101bより得られる検出値S1は、電圧値や電流値といったアナログ量であることから、これをデジタル処理するための前処理としてA/Dコンバータ110が必要となるのである。A/Dコンバータ110の分解能としては、無線センサ装置100の用途にもよるが、8ビット以上の分解能であることが好ましく、12ビット以上の分解等であることがより好ましい。
CPU120は、無線センサ装置100の全体の動作を制御するとともに、A/Dコンバータ110より与えられるデジタル形式の検出値S2を受け、これを温度や湿度等の計測値S3に変換するための演算を行うための機能ブロックである。詳細については後述するが、かかる変換には最小二乗近似多項式を用いた演算が用いられる。特に限定されるものではないが、CPU120としては、スリープ機能(待機時における消費電力を大幅に抑える機能)を有しているものを用いることが好ましい。
メモリ130は、CPU120による演算処理に必要なプログラムやデータを格納するための機能ブロックである。メモリ130は、ROM(Read Only Memory)領域及びRAM(Random Access Memory)領域が含まれていることが好ましく、この場合、ROM領域にはCPU120による演算処理に必要なプログラムや係数等のデータが格納され、RAM領域にはCPU120による演算処理に必要な作業データや、得られた計測値等が格納されることになる。
詳細については後述するが、本実施形態においては、メモリ130内に3種類の最小二乗近似多項式の演算にそれぞれ必要なデータが格納されている。これら3つの最小二乗近似多項式は、A/Dコンバータ110により変換された検出値S2の各範囲に対応しており、検出値S2が第1の範囲にある場合には最小二乗近似多項式F1が選択され、検出値S2が第2の範囲にある場合には最小二乗近似多項式F2が選択され、検出値S2が第3の範囲にある場合には最小二乗近似多項式F3が選択される。これら3つの最小二乗近似多項式の次数は、一部又は全部が同じであっても構わないし、一部又は全部が異なっていても構わない。
これらA/Dコンバータ110、CPU120及びメモリ130は、信号処理部190を構成しており、それぞれ別個の半導体ICにより構成されていても構わないが、既に言及したとおり、無線センサ装置100はその特性上、小型であることが非常に重要であることから、これらの一部又は全部がワンチップ化された所謂マイコンチップを用いることが好ましい。この場合、メモリ130に含まれるROM領域については容量がかなり制限されるが、本実施形態による無線センサ装置100では、検出値S2から計測値S3への変換を最小二乗近似多項式を用いた演算により行っていることから、ROM領域の容量が小さい場合であっても、必要なプログラムや係数等のデータを十分に格納することが可能である。
送信回路部141及びアンテナ142により構成される無線送信部は、CPU120による演算によって得られた温度や湿度等の計測値を無線送信するための機能ブロックである。また、無線送信部に受信回路部を付加し、これによって無線受信機能を持たせれば、無線センサ装置100を無線により外部からコントロールすることが可能となる。但し、本発明において無線送信部に無線受信機能を持たせることは必須でない。
バッテリ150は、無線センサ装置100の動作に必要な電力を供給するための要素であり、ボタン型の小型電池や太陽電池等を用いることが好ましい。電力が必要な要素としては、少なくとも信号処理部190(A/Dコンバータ110、CPU120及びメモリ130)及び送信回路部141が挙げられる。本発明において無線センサ装置にバッテリを内蔵させることは必須ではないが、移動・携帯が可能であるという無線センサ装置の利点を活かすためには、本実施形態のようにバッテリ150を内蔵させることが好ましい。
図2は、本実施形態による無線センサ装置100の動作を示すフローチャートである。
図2に示すように、本実施形態による無線センサ装置100に対して電源投入、すなわちバッテリ150をセットし(ステップS1)、図示しない入力部を介して、無線センサ装置100のIDや信号処理部190に対する初期値などをセットすると(ステップS2)、信号処理部190は、センサ101からのデータ入力準備を行う(ステップS3)。データ入力準備とは、センサ回路101bに対し、動作に必要な電圧Vccの供給を開始するとともに、A/Dコンバータ110をウォーミングアップさせる動作である。かかる動作により、センサ回路101bからは検出値S1の出力が開始され、これがA/Dコンバータ110によってデジタル形式の検出値S2に正しく変換されることになる。但し、A/Dコンバータ110のウォーミングアップが既に完了している場合は、これを省略しても構わない。
このようなデータ入力準備が完了すると、CPU120は、A/Dコンバータ110の出力である検出値S2の取り込みを行う(ステップS4)。つまり、実際にデータ入力を行う。これに応答してCPU120は、まず、供給された検出値S2と所定値A1,A2との大小関係を判断する。つまり、検出値S2と所定値A1,A2との関係が下記の条件(1)〜(3)のいずれを満たしているかを判断する(ステップS5)。
A1≧S2 ・・・(1)
A2>S2>A1 ・・・(2)
S2≧A2 ・・・(3)
A1≧S2 ・・・(1)
A2>S2>A1 ・・・(2)
S2≧A2 ・・・(3)
その結果、検出値S2と所定値A1,A2とが上記(1)の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ130に格納されている最小二乗近似多項式F1を選択し、これを用いて検出値S2から計測値S3への変換を行う(ステップS6)。また、検出値S2と所定値A1,A2とが上記(2)の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ130に格納されている最小二乗近似多項式F2を選択し、これを用いて検出値S2から計測値S3への変換を行う(ステップS7)。そして、検出値S2と所定値A1,A2とが上記(3)の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ130に格納されている最小二乗近似多項式F3を選択し、これを用いて検出値S2から計測値S3への変換を行う(ステップS8)。
ここで、検出値S2によって異なる最小二乗近似多項式を使用しているのは、次の理由による。つまり、検出値S2と計測値S3との関係を一つの近似式によって表そうとすると、近似式の構造が非常に複雑となり、CPU120の負荷が大きくなるとともに、メモリ130に格納すべき各種係数も非常に多くなってしまう。例えば、センサ素子101aがサーミスタ(温度センサ)である場合、検出値S2と計測値S3との関係を一つの最小二乗近似多項式で表そうとすると、例えば−10℃〜80℃程度の広い検出範囲においてある程度高精度な変換を行うためには、最小二乗近似多項式の次数が22次程度も必要となってしまう。
しかしながら、検出範囲を複数の範囲(本実施形態では3つの範囲)に区切ると、それぞれの範囲においては検出値S2と計測値S3との関係は比較的単純となる。このため、それぞれの範囲にて使用する最小二乗近似多項式の次数も小さくなり、実際に演算を行うCPU120の負荷が大幅に低減される。また、最小二乗近似多項式の数が複数(本実施形態では3つ)に増えても、それぞれの式が単純であることから、必要となるメモリ領域についても従来より小さくなるものと期待される。特に、最小二乗近似多項式の次数が小さいと、CPU120の演算時に作業領域として必要となるRAMについては、大幅に削減できるものと考えられる。
これら最小二乗近似多項式の次数の一例を具体的に挙げると、例えば、センサ素子101aがサーミスタ(温度センサ)である場合、所定値A1を10℃、所定値A2を40℃に設定すれば、検出範囲が例えば−10℃〜80℃程度と広い場合であっても、最小二乗近似多項式F1〜F3の次数をそれぞれ2次、2次、6次とすることによって、次数が22次である一つの最小二乗近似多項式を用いた場合と同等の精度で変換を行うことが可能となる。
このようにして検出値S2から計測値S3への変換が完了すると、CPU120は、送信回路部141に間欠動作信号P及び得られた計測値S3を出力する(ステップS9)。間欠動作信号Pは、送信回路部141を起動させる為の信号であり、送信回路部141はこれを受けて活性状態となる。これにより、送信回路部141は計測値S3をアンテナ142へ送出し、アンテナ142を介して図示しない利用機器へと無線送信する。このとき、計測値S3を送出する前に、無線センサ装置100のIDデータを送出すれば、複数の無線センサ装置100が存在する場合であっても、いずれの無線センサ装置100から送信された計測値S3であるのか、利用機器側において判断することが可能となる。
その後、CPU120は所定の期間スリープモードとなり(ステップS10)、所定の期間が経過すると、ステップS3に戻って上記一連の動作を再実行する。図2に示すフローチャートでは、データ入力準備(ステップS3)を行う直前にスリープモードから復帰させているが、データ入力準備(ステップS3)を実行するに際してCPU120の負荷はほとんどないことから、データ入力準備(ステップS3)が完了した後、データ入力(ステップS4)を行う際に復帰させても構わない。
図3は、無線センサ装置100に含まれるCPU120の動作を示すタイミングチャートである。
図3に示すように、CPU120は動作周期T1ごとに間欠動作を行うが、実際の動作は、データ入力準備(ステップS3)、データ入力(ステップS4)、データ変換(ステップS5〜S8)、IDデータの出力及び計測値S3の出力(ステップS9)のみである。このうち、データ入力準備(ステップS3)及びデータ入力(ステップS4)に要する期間はセンサ101の種類及び反応性などによって決まるが、データ変換(ステップS5〜S8)に要する演算期間T2は、演算すべき式の複雑さによって大きく変化する。しかしながら、本実施形態においては、検出範囲を3つの範囲に区切り、それぞれに異なる最小二乗近似多項式を用いていることから、使用する最小二乗近似多項式の次数が小さく、このため、演算期間T2を非常に短くすることが可能となる。
尚、動作周期T1については、無線センサ装置100の用途などにもよるが、例えば2秒程度に設定すればよい。
図4は、無線センサ装置100の好ましい一利用形態を模式的に示すブロック図である。無線センサ装置100は、温度や湿度等の計測値を無線送信することが可能であるため、図4に示すようにこれを利用する一つの利用機器10に対して複数個の無線センサ装置100を割り当てることが可能である。例えば、一つの部屋の複数箇所にこれら無線センサ装置100を設置したり、各部屋にそれぞれ無線センサ装置100を設置したり、さらには、各人が無線センサ装置100を携帯するといった利用の形態が考えられる。いずれにしても、図4に示すように一つの利用機器10に対して複数個の無線センサ装置100を割り当てた場合、利用機器10側において各センサによる検出値を温度や湿度等の計測値に変換すると、処理負担が過大となるおそれがあるが、本実施形態による無線センサ装置100では、このような変換処理を無線センサ装置100の内部で行い、計測値の形で無線送信していることから、利用機器10側においては受信した計測値をそのまま記録するだけで容易に集中管理することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態による無線センサ装置100は、センサ101による検出値S1をA/Dコンバータ110によってデジタル形式の検出値S2に変換した後、その値が3つの数値範囲のいずれに含まれるか判断し、かかる判断の結果によって異なる最小二乗近似多項式を用いて計測値S3に変換していることから、使用する最小二乗近似多項式の次数が小さくなり、その結果、演算を行うCPU120の負荷を大幅に低減することが可能となる。
尚、上記実施形態では、検出値S2の値に基づいて最小二乗近似多項式F1〜F3のいずれかを用いて計測値S3への変換を行っているが、最小二乗近似多項式の種類としては3つに限定されるものではなく、2つ又は4つ以上であっても構わない。
次に、本発明の好ましい第2の実施形態について説明する。
図5は、本発明の好ましい第2の実施形態による無線センサ装置200の構成を概略的に示すブロック図である。図5に示すように、本実施形態による無線センサ装置200は、複数のセンサ101〜103を備える点において、上記実施形態による無線センサ装置100と異なる。その他の点については、上記実施形態による無線センサ装置100と同一であることから、同じ要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
これら複数のセンサ101〜103は、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ、トナーセンサ等の各種センサであり、それぞれセンサ素子101a,102a,103a及びセンサ回路101b,102b,103bによって構成されている。これら複数のセンサ101〜103の計測対象は、互いに異なっていても構わないし、一部又は全部が同じであっても構わない。例えば、3つのセンサ101〜103がそれぞれ温度センサ、湿度センサ及び照度センサであっても構わないし、全てが温度センサであっても構わないし、さらには、センサ101及び102が温度センサであり、センサ103が湿度センサであっても構わない。無線センサ装置200内に計測対象の異なる複数のセンサが含まれていれば、複数の事象を同時に測定することが可能となるし、無線センサ装置200内に計測対象が同じである複数のセンサが含まれていれば、一つの事象を異なる側面から測定することが可能となる。例えば、高精度であるが計測可能な範囲が狭い温度センサと、計測可能な範囲は広いが低精度である温度センサの両方を用いれば、広い温度範囲での測定を可能としつつ、所定の温度範囲については特に高精度な温度測定を行うといった使い方が可能となる。また、サーミスタを用いた温度センサと赤外線を用いた温度センサを併用すれば、無線センサ装置200の近傍の温度と、無線センサ装置200から離れた場所の温度の両方を測定することが可能となる。
本実施形態においては、センサが複数設けられていることから、データ入力準備(図2のステップS3参照)及びデータ入力(図2のステップS4参照)については、時分割的に行われる。つまり、部分的なフローチャートである図6に示すように、まず、センサ101からのデータ入力準備(ステップS3−1)及びセンサ101に対応する検出値S2のデータ入力(ステップS4−1)を行った後、センサ102からのデータ入力準備(ステップS3−2)及びセンサ102に対応する検出値S2のデータ入力(ステップS4−2)を行い、さらに、センサ103からのデータ入力準備(ステップS3−3)及びセンサ103に対応する検出値S2のデータ入力(ステップS4−3)を行う。
このようにしてデータ入力準備及びデータ入力が全て完了すると、入力された3つの検出値S2それぞれに対し、最小二乗近似多項式を用いて計測値S3への変換を行う。この場合、入力された3つの検出値S2の少なくとも一つについては、上記実施形態と同様、その値が複数の数値範囲のいずれに含まれるか判断し、かかる判断の結果によって異なる最小二乗近似多項式を用いて計測値S3に変換される。したがって、例えばセンサ101に対応する検出値S2についてのみ、その値に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行う一方、他のセンサ102,103に対応する検出値S2については、その値にかかわらず、それぞれ単一の最小二乗近似多項式を用いて変換を行っても構わないし、或いは、3つのセンサに対応する全ての検出値S2について、その値に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行っても構わない。
図7は、センサ101に対応する検出値S2については3種類の最小二乗近似多項式を用いて変換を行い、センサ102,103に対応する検出値S2については単一の最小二乗近似多項式を用いて変換を行う場合の部分的なフローチャートである。本例では、センサ101に対応する検出値S2については、上述したステップS5〜S8と同様、最小二乗近似多項式F1〜F3のいずれかを用いて変換を行い(ステップS5−1〜S8−1)、その後、最小二乗近似多項式F4を用いてセンサ102に対応する検出値S2の変換を行い(ステップS6−2)、最後に、最小二乗近似多項式F5を用いてセンサ103に対応する検出値S2の変換を行っている(ステップS6−3)。
本例は、センサ101に対応する検出値S2については計測値S3との関係が複雑である一方、センサ102,103に対応する検出値S2については計測値S3との関係が比較的単純である場合や、センサ101による計測対象については高精度な変換が要求される一方、センサ102,103による計測対象についてはそれほど高精度な変換が要求されないといった場合に好適である。
図8は、センサ101に対応する検出値S2については3種類の最小二乗近似多項式を用いて変換を行い、センサ102に対応する検出値S2については2種類の最小二乗近似多項式を用いて変換を行い、センサ103に対応する検出値S2については単一の最小二乗近似多項式を用いて変換を行う場合の部分的なフローチャートである。本例では、センサ101に対応する検出値S2を計測値S3に変換した後(ステップS5−1〜S8−1)、センサ102に対応する検出値S2と所定値A3との関係が下記(4),(5)のいずれの条件を満たしているかを判断する(ステップS5−2)。
A3≧S2 ・・・(4)
S2>A3 ・・・(5)
A3≧S2 ・・・(4)
S2>A3 ・・・(5)
その結果、検出値S2と所定値A3が上記(4)の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ130に格納されている最小二乗近似多項式F6を選択し、これを用いて検出値S2から計測値S3への変換を行う(ステップS6−2)。また、検出値S2と所定値A3とが上記(5)の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ130に格納されている最小二乗近似多項式F7を選択し、これを用いて検出値S2から計測値S3への変換を行う(ステップS7−2)。そして最後に、最小二乗近似多項式F8を用いてセンサ103に対応する検出値S2の変換を行う(ステップS6−3)。
本例は、検出値S2と計測値S3との関係がセンサ101において最も複雑であり、センサ103において最も単純である場合や、センサ101による計測対象についての変換に最も高い精度が要求される一方、センサ103による計測対象についての変換に最も精度が要求されないといった場合に好適である。
このようにして、全てのセンサ101〜103に対応する検出値S2から計測値S3への変換が完了すると、上記実施形態と同様、CPU120は送信回路部141に間欠動作信号P及び得られた計測値S3を出力する。この場合も、部分的なフローチャートである図9に示すように、センサ101,102,103に対応するそれぞれの計測値S3を時分割的に出力する(ステップS9−1,S9−2,S9−3)。その後は、図2のフローチャートに示したとおり、所定の期間スリープモードとなり(ステップS10)、所定の期間が経過すると、ステップS3に戻って上記一連の動作を再実行する。
図10は、無線センサ装置200に含まれるCPU120の動作を示すタイミングチャートである。図10に示すように、本実施形態では、3つのセンサ101〜103を備えていることから、その分、上記実施形態に比べてCPU120の動作時間が長くなるが、上述のとおり、3つの検出値S2の少なくとも一つについては、その値に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行っていることから、データ変換(ステップS5−1〜S6−3)に要する演算期間T2の増大を最小限に抑えることが可能となる。
次に、本発明の好ましい第3の実施形態について説明する。
図11は、本発明の好ましい第3の実施形態による無線センサ装置300の構成を概略的に示すブロック図である。図11に示すように、本実施形態による無線センサ装置300は、信号処理部190に含まれるメモリ130がメモリ330に置き換えられている点において、上記実施形態による無線センサ装置100と異なる。その他の点については、上記実施形態による無線センサ装置100と同一であることから、同じ要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
メモリ330には、3つのフラグ331〜333が含まれている。フラグ331〜333としては、EPROMのように、電気的に書き込みが可能な不揮発性メモリを使用することが好ましい。不揮発性メモリを使用すれば、出荷時にフラグの書き込みを行うことにより、その後、ユーザはこれを意識する必要がなくなる。フラグ331〜333は、センサ101の特性を記憶させるために用いられ、そのいずれか一つがON状態、残りの2つがOFF状態とされる。フラグをONさせる具体的な手順については後述するが、フラグを用いてセンサ101の特性を記憶させる理由は次の通りである。
すなわち、センサ101にはある程度の特性ばらつきが不可避的に存在するため、同じ部品を使用して同じ工程で製造した場合であっても、測定対象となる物理量(温度、湿度など)と検出値S1との関係は、製品によって多少異なってしまう。このようなばらつきは、センサ101が湿度センサである場合に顕著であり、特に、湿度が高い領域においては、製品によってかなり大きなばらつきが発生することになる。図12はこれを説明するためのグラフであり、横軸が湿度を示し、縦軸が得られる検出値(検出値S1又は検出値S2)を示している。
図12に示すように、同じ部品を使用し、同じ工程で製造したセンサであっても、湿度と検出値との関係はセンサによって異なり、湿度がゼロに近い領域ではばらつきは比較的小さいものの、湿度が高くなるに連れてばらつきは増大する。一般に、湿度センサに許容される誤差は、湿度領域にかかわらず一定値(例えば±5%)であり、このため、湿度の高い領域においては、このばらつきによって許容誤差を超えてしまうおそれがある。
メモリ330に設けられたフラグ331〜333は、このようなばらつきの影響を低減するために設けられている。例えば、センサ101の実際の特性が図12に示す特性b1である場合にはフラグ331をオン状態とし、特性b2である場合にはフラグ332をオン状態とし、特性b3である場合にはフラグ333をオン状態とすることによって、センサ101の実際の特性を記憶させる。
一方、メモリ330の他の領域には、9種類の最小二乗近似多項式(F11,F12,F13,F21,F22,F23,F31,F32,F33)の演算にそれぞれ必要なデータが格納されている。これら9種類の最小二乗近似多項式のうち、最小二乗近似多項式F11,F12,F13は、センサ101の実際の特性が図12に示す特性b1である場合に適合した式であり、最小二乗近似多項式F21,F22,F23は、センサ101の実際の特性が図12に示す特性b2である場合に適合した式であり、最小二乗近似多項式F31,F32,F33は、センサ101の実際の特性が図12に示す特性b3である場合に適合した式である。
また、センサ101の実際の特性に応じてそれぞれ3つの最小二乗近似多項式を割り当てているのは、上記第1及び第2の実施形態と同様、検出値S2に応じて異なる最小二乗近似多項式を使用するためである。すなわち、最小二乗近似多項式F11,F21,F31は、第1の実施形態において説明した(1)の条件を満たしていると判断された場合に使用される式であり、最小二乗近似多項式F12,F22,F32は、(2)の条件を満たしていると判断された場合に使用される式であり、最小二乗近似多項式F13,F23,F33は、(3)の条件を満たしていると判断された場合に使用される式である。したがって、オンしているフラグ及び検出値S2と、使用される最小二乗近似多項式との対応関係は、図13に示すとおりとなる。
図14は、本実施形態による無線センサ装置300の動作を示す部分的なフローチャートである。
図14に示すように、電源を投入し(ステップS1)、初期値のセット(ステップS2)が完了すると、CPU120はまず、フラグ331〜333のうちオンしているフラグがあるか否かを判断する(ステップS21)。その結果、オンしているフラグが無ければ(ステップS21:NO)、フラグ選択動作を行い(ステップS22)、オンしているフラグがあれば(ステップS21:YES)、フラグ選択動作をスキップする。
図15は、フラグ選択動作S22の一例を説明するためのフローチャートである。
フラグ選択動作S22は、センサ101の実際の特性を計測し、これに基づいてフラグ331〜333のいずれかをオンさせる動作である。すなわち、あらかじめ定められた条件下(例えば、湿度80%の環境下)に無線センサ装置300を載置し、タイマーカウントを開始させる(ステップS31)。タイマーのカウント値については、センサ101の検出値S1が飽和するのに必要な時間以上であれば特に限定されず、1秒であっても構わないし、60秒や600秒であっても構わない。タイマーカウントがされている間、センサ101から検出値S1が信号処理部190へ入力され(ステップS32)、これがA/Dコンバータ110によってデジタル形式の検出値S2に変換される。
そして、タイマーカウントが終了すると(ステップS33)、飽和している検出値S2の出力レベルに基づいて、フラグ331〜333のいずれかをオンする(ステップS34)。これは、あらかじめ定められた条件下における検出値S2の飽和出力レベルが、センサ101の実際の特性を示していることを利用したものである。以上により、フラグ選択動作S22が完了する。
また、フラグ選択動作S22は、次の方法によって行うことも可能である。
図16は、フラグ選択動作S22の他の例を説明するためのフローチャートである。
まず、あらかじめ定められた条件下(例えば、湿度80%の環境下)に無線センサ装置100を載置し、センサ101を一定時間動作させる(ステップS41)。この一定時間についても、センサ101の検出値S1が飽和するのに必要な時間以上であれば、特に限定されない。タイマなどにより一定時間が経過したことが検出されると(ステップS41:YES)、センサ101より得られる検出値S2を取り込む。すなわち、実際の計測を行う(ステップS42)。そして、得られた検出値S2と所定値B1,B2との大小関係を判断する。つまり、検出値S2と所定値B1,B2との関係が下記(11)〜(13)のいずれの条件を満たしているかを判断する(ステップS43,S44)。
B1≧S2 ・・・(11)
B2>S2>B1 ・・・(12)
S2≧B2 ・・・(13)
B1≧S2 ・・・(11)
B2>S2>B1 ・・・(12)
S2≧B2 ・・・(13)
所定値B1とは、図12に示したように、あらかじめ定められた条件下(例えば、湿度80%の環境下)でセンサ101を一定時間動作させた場合、センサ101が特性b1である場合に得られる値と特性b2である場合に得られる値の中間値であり、同様に、所定値B2とは、上記の条件下でセンサ101を一定時間動作させた場合、センサ101が特性b2である場合に得られる値と特性b3である場合に得られる値の中間値である。
その結果、検出値S2と所定値B1,B2とが上記(11)の条件を満たしていると判断された場合、つまり、センサ101の実際の特性が図12に示す特性b1に近いと判断された場合には(ステップS43:YES)、フラグ331をオンする(ステップS45)。また、検出値S2と所定値B1,B2とが上記(12)の条件を満たしていると判断された場合、つまり、センサ101の実際の特性が図12に示す特性b2に近いと判断された場合には(ステップS44:NO)、フラグ332をオンする(ステップS46)。そして、検出値S2と所定値B1,B2とが上記(13)の条件を満たしていると判断された場合、つまり、センサ101の実際の特性が図12に示す特性b3に近いと判断された場合には(ステップS44:YES)、フラグ333をオンする(ステップS47)。
その後は、図2に示すステップS3以降の動作を行うことにより、検出値S2を計測値S3に変換し、得られた計測値S3を出力する。かかる変換において使用される最小二乗近似多項式は、図13に示すとおりであり、オンしているフラグ及び検出値S2に応じて異なる最小二乗近似多項式が使用される。
このように、本実施形態においては、得られた検出値S2のみならず、センサ101の実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行っていることから、第1の実施形態による効果に加え、湿度センサのようにばらつきの大きいセンサを使用する場合であっても、高精度な計測を行うことが可能となる。
尚、上記実施形態では、センサ101の実際の特性を3段階に分類し、これに基づいて最小二乗近似多項式を選択しているが、特性の分類としては3段階に限定されるものではなく、2段階又は4段階以上であっても構わない。
次に、本発明の好ましい第4の実施形態について説明する。
図17は、本発明の好ましい第4の実施形態による無線センサ装置400の構成を概略的に示すブロック図である。図17に示すように、本実施形態による無線センサ装置400は、信号処理部190に含まれるメモリ130がメモリ330に置き換えられている点において、上記実施形態による無線センサ装置200と異なる。その他の点については、上記実施形態による無線センサ装置200と同一であることから、同じ要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態による無線センサ装置400は、上述した無線センサ装置200の機能と、無線センサ装置300の機能の両方を兼ね備えている。つまり、3つのセンサ101〜103のうち少なくとも一つについては、得られた検出値S2に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、且つ、3つのセンサ101〜103のうち少なくとも一つについては、実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うことにより、第2の実施形態による効果と第3の実施形態による効果の両方を得ることが可能となる。
この場合、検出値S2に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うべきセンサと、実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うべきセンサとは、一致していても構わないし、異なっていても構わない。また、メモリ330内に複数のセンサに対応するフラグを設けることにより、複数のメモリに対し、実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うよう構成しても構わない。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
10 利用機器
100,200,300,400 無線センサ装置
101〜103 センサ
101a〜103a センサ素子
101b〜103b センサ回路
110 A/Dコンバータ
120 CPU
130,330 メモリ
141 送信回路部
142 アンテナ
150 バッテリ
190 信号処理部
331〜333 フラグ
P 間欠動作信号
S1 検出値(アナログ)
S2 検出値(デジタル)
S3 計測値
100,200,300,400 無線センサ装置
101〜103 センサ
101a〜103a センサ素子
101b〜103b センサ回路
110 A/Dコンバータ
120 CPU
130,330 メモリ
141 送信回路部
142 アンテナ
150 バッテリ
190 信号処理部
331〜333 フラグ
P 間欠動作信号
S1 検出値(アナログ)
S2 検出値(デジタル)
S3 計測値
Claims (11)
- 少なくとも一つのセンサと、前記センサの検出値を近似式に代入することによって計測値に変換する信号処理部と、前記計測値を無線により送出するための送信回路部とを備え、前記信号処理部は、前記検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことを特徴とする無線センサ装置。
- 前記信号処理部は、前記センサの検出値が第1の範囲にある場合には第1の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記センサの検出値が第2の範囲にある場合には第2の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記第1及び第2の最小二乗近似多項式の次数が互いに異なることを特徴とする請求項1に記載の無線センサ装置。
- 前記信号処理部は、前記センサの検出値が第1の範囲にある場合には第1の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記センサの検出値が第2の範囲にある場合には第2の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記第1及び第2の最小二乗近似多項式の次数が互いに等しいことを特徴とする請求項1に記載の無線センサ装置。
- 前記センサには、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ及びトナーセンサからなる群より選ばれた少なくとも1種のセンサが含まれていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の無線センサ装置。
- 少なくとも前記信号処理部及び前記送信回路部に電力を供給するバッテリをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の無線センサ装置。
- 前記信号処理部は、前記センサによる検出値をデジタル値に変換するA/Dコンバータと、前記検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくとも前記A/Dコンバータの出力及び前記メモリに格納された前記データを用いた演算を行うCPUとを有していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の無線センサ装置。
- 前記信号処理部は、前記検出値及び前記センサの特性に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の無線センサ装置。
- 前記信号処理部は、前記センサによる検出値をデジタル値に変換するA/Dコンバータと、前記センサの特性及び前記検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくとも前記A/Dコンバータの出力及び前記メモリに格納された前記データを用いた演算を行うCPUとを有していることを特徴とする請求項7に記載の無線センサ装置。
- 前記メモリは、使用すべき近似式を指定するフラグ有していることを特徴とする請求項8に記載の無線センサ装置。
- センサの数が少なくとも2つであり、前記2つのセンサの計測対象が互いに異なっていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の無線センサ装置。
- センサの数が少なくとも2つであり、前記2つのセンサの計測対象が互いに同一であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の無線センサ装置。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102798416A (zh) * | 2012-09-04 | 2012-11-28 | 扬州鑫鸿电子有限公司 | 机房动力环境监测*** |
CN103473912A (zh) * | 2013-09-13 | 2013-12-25 | 天津市畅悦电子科技有限公司 | 一种用于温度控制***中的发射端电路 |
CN103871219A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-06-18 | 江苏红光仪表厂有限公司 | 电压信号无线传输装置 |
JP2016508603A (ja) * | 2013-01-29 | 2016-03-22 | メギット (オレンジ カウンティ) インコーポレイテッド | モジュール型ねじ切り付きパッケージを備えるセンサ |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01302123A (ja) * | 1988-05-31 | 1989-12-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 重量検知器 |
JPH05273007A (ja) * | 1992-03-26 | 1993-10-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流量計 |
JPH08303751A (ja) * | 1995-05-04 | 1996-11-22 | Tokyo Gas Co Ltd | ガス供給系統におけるガス導管の流量簡易測定方法 |
-
2005
- 2005-03-11 JP JP2005068381A patent/JP2006250744A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01302123A (ja) * | 1988-05-31 | 1989-12-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 重量検知器 |
JPH05273007A (ja) * | 1992-03-26 | 1993-10-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流量計 |
JPH08303751A (ja) * | 1995-05-04 | 1996-11-22 | Tokyo Gas Co Ltd | ガス供給系統におけるガス導管の流量簡易測定方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102798416A (zh) * | 2012-09-04 | 2012-11-28 | 扬州鑫鸿电子有限公司 | 机房动力环境监测*** |
JP2016508603A (ja) * | 2013-01-29 | 2016-03-22 | メギット (オレンジ カウンティ) インコーポレイテッド | モジュール型ねじ切り付きパッケージを備えるセンサ |
CN103473912A (zh) * | 2013-09-13 | 2013-12-25 | 天津市畅悦电子科技有限公司 | 一种用于温度控制***中的发射端电路 |
CN103871219A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-06-18 | 江苏红光仪表厂有限公司 | 电压信号无线传输装置 |
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