JP2011190974A - 暖房制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】端末センサ機器１で部屋の温度を計測しながら制御機器２により部屋に設置したヒータ３のオン／オフ制御を行う暖房制御システムにおいて、端末センサ機器１の電池の消耗を低減する。
【解決手段】制御機器２で、端末センサ機器１から受信したセンサ温度が設定温度を上回るとヒータ３をオフし、受信したセンサ温度が設定温度を下回るとヒータ３をオンする。端末センサ機器１において、スリープ時間経過毎の間欠動作により温度の計測を行うとともに、計測したセンサ温度と設定温度との温度差が大きいときはスリープ時間を基本間隔よりも長くする。計測したセンサ温度が、設定温度に対する所定の条件を満足したときに制御機器２に対してセンサ温度を無線送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、端末センサ機器で部屋の温度を計測しながら制御機器により部屋に設置したヒータのオン／オフ制御を行う暖房制御システムに関する。

従来、暖房制御システムとして、ヒータのオン／オフ制御を行う制御機器と、部屋の温度を計測する端末センサ機器との間で無線通信を行うものが考えられている。このような無線ネットワークを構築する際、端末センサ機器を電池駆動で動作させることにより端末センサ機器の設置場所の制限を無くすことができる。端末センサ機器を動作させる電池には寿命があり、電池の消費を抑えて端末センサ機器の使用期間を延ばすことが重要になる。

無線ネットワークにおいて、無線端末を省電力化するものとして、例えば特開２００９−２０６７４９号公報（特許文献１）にマルチホップ無線ネットワークシステムが開示されている。このシステムは、制御端末からの制御命令に基づいて、全端末が既定のタイミングによりスリープモードに移行し、既定時間経過後にスリープモードから復帰して制御端末に応答することで、全端末の省電力化を図るようにしている。

特開２００９−２０６７４９号公報

前記端末センサ機器はマイコンにより動作するが、マイコンを休止状態（スリープモード）からスキャン間隔毎に動作状態とさせ、このような間欠動作により温度の計測および無線通信を行うことにより、電池寿命を延ばすことが考えられる。しかしながら、ヒータのオン／オフ制御に部屋の温度を管理するような場合、部屋の温度は極端な早さで変化することはない。したがって、このような環境では所定のスキャン間隔で動作するだけでは、温度計測や無線通信に実質的に無駄な動作が含まれており、依然改良の余地がある。

本発明は、電池駆動で動作する端末センサ機器を有する暖房制御システムにおいて、さらなる省電力化を図ることを課題とする。

請求項１の暖房制御システムは、温度のデータを受信する無線通信手段を備え、該受信した温度に基づいて部屋に設置したヒータのオン／オフ制御を行う制御機器と、動作用電源としての電池を内蔵し、温度センサにより前記部屋の温度を計測して該計測した温度のデータを送信する無線通信手段を備えた端末センサ機器とからなる暖房制御システムであって、前記制御機器は、受信した温度が予め設定した設定温度を上回ったときに前記ヒータをオフし、受信した温度が前記設定温度を下回ったときに前記ヒータをオンするようにオン／オフ制御を行い、前記端末センサ機器は、間欠動作により前記温度の計測を行うとともに、計測した温度と予め設定されている前記設定温度との温度差の絶対値が大きいほど前記間欠動作の間隔を長くし、計測した温度が、前記設定温度に対する所定の条件を満足したときに前記制御機器に対して計測した温度を送信することを特徴とする。

請求項２の暖房制御システムは、請求項１に記載の暖房制御システムであって、前記端末センサ機器に、前記設定温度を下限とする所定の温度幅を有するＤｉｆｆ領域が設定され、前記所定の条件は、前記計測した温度が前記Ｄｉｆｆ領域を下回ったとき、及び、前記計測した温度が前記Ｄｉｆｆ領域を上回ったとき、とすることを特徴とする。

請求項３の暖房制御システムは、請求項１または請求項２に記載の暖房制御システムであって、前記端末センサ機器に、前記設定温度を下限とする所定の温度幅を有するＤｉｆｆ領域と、前記設定温度を上限とする所定の温度幅を有するＡ領域と、前記Ｄｉｆｆ領域の高温側と前記Ａ領域の低温側にてそれぞれ所定の温度幅を有するＢ領域とが設定され、前記間欠動作の間隔について、基本間隔をΔｔとしたときに、計測した温度が前記Ｄｉｆｆ領域またはＡ領域にあるときはΔｔ毎に温度の計測値を収集し、計測した温度が前記Ｂ領域にあるときは２Δｔ毎に計測値を収集し、計測した温度がＤｉｆｆ領域、Ａ領域及びＢ領域以外にあるときは３Δｔ毎に計測値を収集することを特徴とする。

制御機器によりヒータのオン／オフ制御を行う際に、部屋の温度が設定温度に近くなると、ヒータをオン状態からオフ状態へあるいはオフ状態からオン状態へ切り換える必要がある。しかしながら、部屋の温度が設定温度より充分高いときにはヒータがオフ状態でありオン状態とするには余裕がある。また、部屋の温度が設定温度より充分低いときはヒータがオン状態でありオフ状態とするには余裕がある。したがって、請求項１の暖房制御システムによれば、計測した温度と設定温度との温度差の絶対値が大きいほど間欠動作の間隔を長くし、制御機器によりヒータのオン／オフ制御までに余裕があるときに無駄な間欠動作を行わないので、端末センサ機器の電池の消費を抑えることができ、さらなる省電力化が図れる。

請求項２の暖房制御システムによれば、請求項１の効果に加えて、所定の温度幅を有するＤｉｆｆ領域を下回ったときか上回ったときにだけ制御機器に計測した温度を送信するので、無駄な送信動作がなく、さらに省電力化が図れる。

請求項３の暖房制御システムによれば、請求項１または請求項２の効果に加えて、間欠動作の間隔がΔｔ、２Δｔ、３Δｔにより段階的に設定されるので、この間隔の設定処理が簡単になる。

本発明の実施形態の暖房制御システムの概略構成を示す図である。 実施形態の端末センサ機器のブロック図である。 実施形態の制御機器のブロック図である。 実施形態に係るフローチャートである。 実施形態における動作の一例を示すタイミングチャートである。

次に、本発明の実施形態について説明する。図１は実施形態の暖房制御システムの概略構成を示す図、図２は端末センサ機器のブロック図、図３は制御機器のブロック図である。この暖房制御システムは、例えば２つの部屋にはそれぞれ端末センサ機器１，１が設置されており、この端末センサ機器１，１はそれぞれ制御機器２との間で信号の無線通信を行う。制御機器２は、２つの部屋にそれぞれ設けられたヒータ３，３のオン／オフ制御を行い、各部屋のそれぞれに対して例えば床暖房を行う。端末センサ機器１，１は電池により動作するので任意の位置に設置できる。

以下の説明では、制御機器２に対して１つの端末センサ機器１について説明するが、各端末センサ機器１，１は同じ構造であり、また、各端末センサ機器１，１は制御機器２に対して互いに独立して対等な関係にある。図２に示すように、端末センサ機器１は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１１、温度センサ１２、通信手段としての送受信部１３、タイマ１４（マイコン１１に内蔵）、記憶部１５及び電池１６等から構成されており、この端末センサ機器１は電池１６を動作用電源として動作する。

図３に示すように、制御機器２は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２１、操作パネル２２、通信手段としての送受信部２３、記憶部２４及び電源回路２５等から構成されており、この制御機器２は電源回路２５を介した商用電源を動作用電源として動作する。記憶部２４には、操作パネル２２により設定された設定温度等の各種設定情報が記憶される。なお、送受信部２３は後述の端末センサ機器１の送受信部１３と同様に送受信を行う回路である。

端末センサ機器１において、温度センサ１２はサーミスタ等から構成されており、マイコン１１は間欠動作により温度センサ１２により部屋の温度を計測する。この計測した温度による温度情報を、以下「センサ温度」という。送受信部１３は、短距離無線通信規格（例えば数十メートルの送受信距離）でデータを送受信する回路であり、この送信部１３からセンサ温度のデータやデータ要求のデータを制御機器２に無線通信する。また、送信部１３は、制御機器１から設定値のデータを受信する。タイマ１４は間欠動作の間隔であるスリープ時間を計時するものであり、このスリープ時間はマイコン１１によって設定される。そして、タイマ１４がスリープ時間を計時してタイムアップすると、制御部に対してタイムアップ信号が出力され、間欠動作を行う。記憶部１５には設定温度、Ｄｉｆｆ値、Ａ値およびＢ値等の各種設定値が記憶される。

設定温度は制御機器２から設定された温度情報であり、端末センサ機器１が設置されている部屋の目標温度を示す。Ｄｉｆｆ値は設定温度を下限とする所定の温度幅を有するＤｉｆｆ領域（不感領域）を設定するための値である。Ａ値およびＢ値は、Ｄｉｆｆ値とともに、温度領域を設定する値であり、Ａ値は設定温度を上限とする所定の温度幅を有するＡ領域を設定するための値である。Ｂ値はＤｉｆｆ領域の高温側とＡ領域の低温側にてそれぞれ所定の温度幅を有するＢ領域を設定するための値である。

そして、端末センサ機器１は、上記スリープ時間を、センサ温度がどの温度領域であるかに応じて切り換える。具体的には、センサ温度がＤｉｆｆ領域またはＡ領域の場合には、予め決められた基本間隔Δｔをスリープ時間として設定する。センサ温度がＢ領域の場合には、基本間隔Δｔの２倍の時間をスリープ時間として設定する。センサ温度がＤｉｆｆ領域、Ａ領域、Ｂ領域のいずれでもない場合には、基本間隔Δｔの３倍の時間をスリープ時間として設定する。なお、さらに高温あるいは低温の領域を設けて基本間隔Δｔのｎ倍の時間となるようにスリープ時間を設定してもよい。

端末センサ機器１は、制御機器２に対して計測したセンサ温度を送信するか否かの条件を判定する。具体的には、センサ温度が設定温度を下回ったときにセンサ温度を制御機器２に対して無線送信する。また、センサ温度が（設定温度＋Ｄｉｆｆ値）を上回ったときにセンサ温度を制御機器２に対して無線送信する。なお、制御機器２は、この送信されるセンサ温度に基づいてヒータ３をオン／オフ制御する。

図４は端末センサ機器１と制御機器２の動作を示すフローチャートである。制御機器２は、ステップＳ１でネットワーク立ち上げの処理を行う。このネットワーク立ち上げの処理は、端末センサ機器１，１との間でネットワークの確立を行い、各端末センサ機器１，１のアドレスの設定等を行う。なお、端末センサ機器１は電源が投入されていない場合には、電源が投入された時点でその端末センサ機器１と制御機器２でネットワークの確立を行ってアドレスの設定等を行う。

次に、制御機器２は、ネットワークの立ち上げ処理が終了すると、ステップＳ２でヒータ３，３に対してヒータ制御を行う。このヒータ制御は、端末センサ機器１からセンサ温度を受信した場合に、そのセンサ温度と端末センサ１に対して（部屋に対して）設定されている設定温度とを比較して対応するヒータ３のオン／オフ制御を行う。すなわち、センサ温度が設定温度を下回ればヒータ３をオンにし、ヒータ３がオン状態でかつセンサ温度が（設定温度＋Ｄｉｆｆ値）を上回るとヒータ３をオフにする。

端末センサ機器１は、ステップＳ１１で制御機器２に対してデータ要求を行ってデータを受信し、ステップＳ１２で、受信データに基づいてヒータ３が制御中であるか、あるいは、温度設定値の更新があるかを判定する。判定がＮＯ、すなわちヒータ制御中でなく、かつ、温度設定値の更新もなければ、ステップＳ１６に進む。判定がＹＥＳ、すなわちヒータ制御中であるか、温度設定値の更新があれば、ステップＳ１３でセンサ温度の計測を行う。次に、ステップＳ１４で、計測したセンサ温度に基づいて、センサ温度のデータの送信についての条件が成立するか否かを判定する。条件が成立しなければステップＳ１６に進み、条件が成立すれば、ステップＳ１５で制御機器２に対してセンサ温度を送信し、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、計測したセンサ温度に基づいてスリープ時間を決定するとともにスリープ状態に移行する。なお、この決定したスリープ時間はタイマ１４の計時時間としてセットする。そして、ステップＳ１７でタイマ１４がスリープ時間を計時してスリープ時間が経過するのを監視し、スリープ時間が経過すればステップＳ１１に戻る。すなわち、このステップＳ１７により、ステップＳ１１〜Ｓ１６はスリープ時間の間隔で間欠的に繰り返され、この間欠動作によりセンサ温度が計測される。なお、スリープ時間の間は、センサ温度の計測動作もデータ送受信等の動作も行わないので、電池１６の電力をほとんど消費しない。

以上の処理により例えば図５のように動作する。図示のように、端末センサ機器１において、センサ温度が設定温度から上のＤｉｆｆ領域または設定温度から下のＡ領域にあるときは、基本間隔Δｔ毎に温度の計測収集動作を行っている。センサ温度が、Ｄｉｆｆ領域の上のＢ領域またはＡ領域より下のＢ領域にあるときには、基本間隔Δｔの２倍の間隔（２Δｔ）毎に温度の計測収集動作を行っている。センサ温度が、上のＢ領域より上または下のＢ領域より下の領域にあるときには、基本間隔Δｔの３倍の間隔（３Δｔ）毎に温度の計測収集動作を行っている。

また、ヒータが停止状態のときにセンサ温度が下降していき、センサ温度が設定温度を下回ったときにセンサ温度が制御機器２に無線送信され、制御機器２はセンサ温度が設定温度を下回っていることからヒータ３をオン（ヒータ運転）している。そして、センサ温度が上昇していき、センサ温度がＤｉｆｆ領域を上回ったときにセンサ温度が制御機器２に対して無線送信され、制御機器２はセンサ温度がＤｉｆｆ領域（設定温度＋Ｄｉｆｆ値）を上回ったことからヒータ３をオフ（ヒータ停止）している。

以上のように、計測したセンサ温度が設定温度から充分高いときあるいは充分低いとき、すなわちセンサ温度と設定温度との温度差の絶対値が大きいほど、スリープ時間が基本間隔より長くなっているので、制御機器２によりヒータのオン／オフ制御までに余裕があるときの無駄な動作を行わず、電池１６の消費を抑えることができる。また、端末センサ機器１は、所定の条件が満たされたときだけセンサ温度を制御機器２に送信するようにしているので、さらに電池１６の消費を抑えることができる。

実施形態では、温度の判定域として段階的な領域を設定しているが、無段階にしてセンサ温度が設定温度より高くなるほど、あるいはセンサ温度が設定温度より低くなるほどスリープ時間を長くするようにしてもよい。

１ 端末センサ機器
２ 制御機器
３ ヒータ
１１ マイコン
１２ 温度センサ
１３ 送受信部
１４ タイマ
１５ 記憶部
１６ 電池
２１ マイコン
２２ 操作パネル
２３ 送受信部
２４ 記憶部
２５ 電源回路

Claims (3)

1. 温度のデータを受信する無線通信手段を備え、該受信した温度に基づいて部屋に設置したヒータのオン／オフ制御を行う制御機器と、動作用電源としての電池を内蔵し、温度センサにより前記部屋の温度を計測して該計測した温度のデータを送信する無線通信手段を備えた端末センサ機器とからなる暖房制御システムであって、
   前記制御機器は、受信した温度が予め設定した設定温度を上回ったときに前記ヒータをオフし、受信した温度が前記設定温度を下回ったときに前記ヒータをオンするようにオン／オフ制御を行い、
   前記端末センサ機器は、間欠動作により前記温度の計測を行うとともに、計測した温度と予め設定されている前記設定温度との温度差の絶対値が大きいほど前記間欠動作の間隔を長くし、計測した温度が、前記設定温度に対する所定の条件を満足したときに前記制御機器に対して計測した温度を送信することを特徴とする暖房制御システム。
2. 前記端末センサ機器に、前記設定温度を下限とする所定の温度幅を有するＤｉｆｆ領域が設定され、
   前記所定の条件は、前記計測した温度が前記Ｄｉｆｆ領域を下回ったとき、及び、前記計測した温度が前記Ｄｉｆｆ領域を上回ったとき、
   とすることを特徴とする請求項１に記載の暖房制御システム。
3. 前記端末センサ機器に、前記設定温度を下限とする所定の温度幅を有するＤｉｆｆ領域と、前記設定温度を上限とする所定の温度幅を有するＡ領域と、前記Ｄｉｆｆ領域の高温側と前記Ａ領域の低温側にてそれぞれ所定の温度幅を有するＢ領域とが設定され、
   前記間欠動作の間隔について、基本間隔をΔｔとしたときに、計測した温度が前記Ｄｉｆｆ領域またはＡ領域にあるときはΔｔ毎に温度の計測値を収集し、計測した温度が前記Ｂ領域にあるときは２Δｔ毎に計測値を収集し、計測した温度がＤｉｆｆ領域、Ａ領域及びＢ領域以外にあるときは３Δｔ毎に計測値を収集する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の暖房制御システム。

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