JP2015169646A - Object detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、環境エネルギを利用した物体検出装置に関する。 The present invention relates to an object detection device using environmental energy.
下記の特許文献1に、複数の太陽電池を用いた照度検出センサが開示されている。複数の太陽電池から選択された1つの太陽電池の出力がA/D変換器に入力される。制御装置が、A/D変換器からの出力によって照度を検出する。照度を検出していない期間は、太陽電池からの出力によって充電池が充電される。充電池に充電された電力によって、A/D変換器や制御装置が駆動される。
下記の特許文献2に、太陽電池で発電された電力を無線通信に利用する光センサが開示されている。太陽電池で発電された電力によってコンデンサが充電される。発信部が、太陽電池の受光状態を表す検知信号を送信する。 Patent Document 2 below discloses an optical sensor that uses electric power generated by a solar cell for wireless communication. The capacitor is charged by the electric power generated by the solar cell. A transmission part transmits the detection signal showing the light reception state of a solar cell.
太陽電池や光センサに入射する光が物体によって遮られることにより、物体の有無を検知することができる。ところが、特許文献1に開示された照度検出センサは、センサ出力を処理するためのA/D変換器及び制御装置を動作させるための電力を確保するために、照度を検出する太陽電池の他に、電力供給用の太陽電池を配置しなければならない。特許文献2に開示された光センサにおいては、受光部に入射する光が物体によって遮られているのか、光源自体が無いのかを判別することができない。
The presence or absence of an object can be detected by blocking the light incident on the solar cell or the optical sensor by the object. However, the illuminance detection sensor disclosed in
本発明の目的は、センサ出力処理用の電子回路を動作させるための電力供給用の発電素子を配置する必要がなく、光源自体の有無と、検知すべき物体の有無とを判別することが可能な物体検知装置を提供することである。 The object of the present invention is to eliminate the necessity of arranging a power generation element for supplying power to operate an electronic circuit for sensor output processing, and to determine the presence or absence of a light source itself and the presence or absence of an object to be detected. Is to provide a simple object detection device.
本発明の一観点によると、
出力条件が満たされると電力を出力する第1の発電装置及び第2の発電装置と、
前記第1の発電装置及び前記第2の発電装置のいずれの発電装置で発電された前記電力が入力されても、入力された前記電力により動作し、いずれの発電装置から前記電力が入力されているのかを識別する処理装置と、
を有し、
前記第1の発電装置及び前記第2の発電装置の各々は、
環境エネルギを収穫して発電を行うエネルギ変換装置と、
前記エネルギ変換装置に接続され、前記エネルギ変換装置で発電された前記電力によって充電される蓄電素子と、
前記蓄電素子に接続され、前記蓄電素子を放電させて、前記処理装置に前記電力を出力する機能が作動している有効状態と、前記機能が停止している無効状態とが、電圧検出端子に印加されている電圧に基づいて切り替わる出力切替回路と、
前記蓄電素子の端子間に加わっている電源電圧に基づいて、前記電圧検出端子に電圧を
印加する電圧発生回路と
を有し、
前記電圧発生回路は、前記電源電圧の上昇時に、前記電源電圧の上昇に追随して上昇する電圧を前記電圧検出端子に印加し、前記電源電圧の下降時には、前記電源電圧の下降に追随せず、前記電源電圧の下降よりも緩やかに低下する電圧を前記電圧検出端子に印加し、
前記第1の発電装置の前記エネルギ変換装置は、検知すべき物体の有無によって前記環境エネルギからの収穫量が変動しない位置に配置され、前記第2の発電装置の前記エネルギ変換装置は、検知すべき物体の有無によって前記環境エネルギからの収穫量が変動する位置に配置されている物体検知装置提供される。
According to one aspect of the invention,
A first power generator and a second power generator that output power when the output condition is satisfied;
Even if the power generated by any one of the first power generation device and the second power generation device is input, the power is operated by the input power, and the power is input from any power generation device. A processing device for identifying whether or not
Have
Each of the first power generation device and the second power generation device is
An energy conversion device that harvests environmental energy and generates electricity;
A power storage element connected to the energy conversion device and charged by the electric power generated by the energy conversion device;
A voltage detection terminal is connected to the power storage element, and the voltage detection terminal includes a valid state in which the function of discharging the power storage element and outputting the power to the processing device is operating, and a disabled state in which the function is stopped. An output switching circuit that switches based on the applied voltage;
A voltage generation circuit that applies a voltage to the voltage detection terminal based on a power supply voltage applied between terminals of the power storage element;
The voltage generation circuit applies a voltage that rises following the rise of the power supply voltage to the voltage detection terminal when the power supply voltage rises, and does not follow the fall of the power supply voltage when the power supply voltage falls. , Applying a voltage that decreases more slowly than the decrease in the power supply voltage to the voltage detection terminal,
The energy conversion device of the first power generation device is disposed at a position where the harvest amount from the environmental energy does not vary depending on the presence or absence of an object to be detected, and the energy conversion device of the second power generation device detects An object detection device is provided that is arranged at a position where the harvest amount from the environmental energy varies depending on the presence or absence of a target object.
第1の発電装置からの出力により、環境エネルギの有無を判定することができる。第2の発電装置からの出力により、物体の有無を検知することができる。また、第1の発電装置及び第2の発電装置のいずれの発電装置で発電された電力でも処理装置が動作するため、処理装置を動作させるための電力供給用の発電装置を別に準備しなくてもよい。 The presence or absence of environmental energy can be determined from the output from the first power generator. The presence or absence of an object can be detected from the output from the second power generation device. In addition, since the processing device operates with the power generated by any one of the first power generation device and the second power generation device, there is no need to separately prepare a power supply power generation device for operating the processing device. Also good.
前記電圧発生回路が、容量素子と整流素子との直列接続回路を含む構成としてもよい。前記電源電圧によって前記容量素子に充電電流が流れる向きが、前記整流素子の順方向に相当し、前記容量素子の端子間電圧に応じた電圧が前記電圧検出端子に印加される。 The voltage generation circuit may include a series connection circuit of a capacitive element and a rectifying element. The direction in which the charging current flows through the capacitor element by the power supply voltage corresponds to the forward direction of the rectifier element, and a voltage corresponding to the voltage across the capacitor element is applied to the voltage detection terminal.
電源電圧の上昇時には、電源電圧が整流素子を介して容量素子に印加される。このため、容量素子の端子間電圧が、電源電圧の上昇に追随して上昇する。電源電圧の下降時には、整流素子が逆方向にバイアスされるため、容量素子は整流素子を通して放電しない。容量素子は、出力切替回路の入力インピーダンスを介してゆっくり放電する。このため、容量素子の端子間電圧は、電源電圧の低下に追随せず、電源電圧の低下よりも緩やかに低下する。 When the power supply voltage increases, the power supply voltage is applied to the capacitive element via the rectifying element. For this reason, the voltage between the terminals of the capacitive element rises following the rise of the power supply voltage. Since the rectifying element is biased in the reverse direction when the power supply voltage drops, the capacitive element does not discharge through the rectifying element. The capacitive element slowly discharges through the input impedance of the output switching circuit. For this reason, the inter-terminal voltage of the capacitive element does not follow the decrease of the power supply voltage, but decreases more slowly than the decrease of the power supply voltage.
本発明のさらに他の観点による物体検知装置においては、
前記出力切替回路は、
イネーブル端子に入力される制御電圧に基づいて、前記出力切替回路の前記有効状態と前記無効状態とが切り替わり、前記有効状態のとき、出力端子に定格電圧を出力する降圧コンバータと、
前記出力切替回路が前記無効状態のときに、前記電圧検出端子に印加されている電圧が第1閾値を超えると、前記イネーブル端子に、前記出力切替回路を前記有効状態とする制御電圧を印加し、前記出力切替回路が前記有効状態のときに、前記電圧検出端子に印加されている電圧が前記第1閾値より低い第2閾値を下回ると、前記イネーブル端子に、前記出力切替回路を前記無効状態とする制御電圧を印加する電圧検出回路と
を有する。
In the object detection device according to still another aspect of the present invention,
The output switching circuit is
Based on a control voltage input to an enable terminal, the valid state and the invalid state of the output switching circuit are switched, and in the valid state, a step-down converter that outputs a rated voltage to the output terminal;
When the voltage applied to the voltage detection terminal exceeds the first threshold when the output switching circuit is in the invalid state, a control voltage for applying the output switching circuit to the valid state is applied to the enable terminal. When the output switching circuit is in the valid state and the voltage applied to the voltage detection terminal falls below a second threshold value that is lower than the first threshold value, the output switching circuit is connected to the enable terminal in the invalid state. And a voltage detection circuit for applying a control voltage.
検出すべき物体が存在しないときに、前記第2の発電装置の前記エネルギ変換装置で前記環境エネルギが収穫されて、前記第2の発電装置の前記出力切替回路が前記有効状態と前記無効状態との間で切り替わる頻度が、前記第1の発電装置の前記エネルギ変換装置で前記環境エネルギが収穫されて、前記第1の発電装置の前記出力切替回路が前記有効状態と前記無効状態との間で切り替わる頻度よりも高い構成としてもよい。これにより、迅速に物体の有無を検知することができる。 When there is no object to be detected, the environmental energy is harvested by the energy conversion device of the second power generation device, and the output switching circuit of the second power generation device is in the valid state and the invalid state. Between the effective state and the invalid state when the environmental energy is harvested by the energy conversion device of the first power generation device and the output switching circuit of the first power generation device is switched between the valid state and the invalid state. It is good also as a structure higher than the frequency which switches. Thereby, the presence or absence of an object can be detected quickly.
前記第2の発電装置の前記エネルギ変換装置が、相互に並列に接続された第1のエネルギ変換装置及び第2のエネルギ変換装置を含む構成としてもよい。前記第1のエネルギ変換装置は、検出すべき物体の有無によって、前記環境エネルギの収穫量が変動する位置に配置され、前記第2のエネルギ変換装置による前記環境エネルギの収穫量は、検知すべき
物体の有無に依存せず、前記第1の発電装置の前記エネルギ変換装置による前記環境エネルギの収穫量と同じ変動を示す位置に、前記第2のエネルギ変換装置が配置されている。
The energy conversion device of the second power generation device may include a first energy conversion device and a second energy conversion device connected in parallel to each other. The first energy conversion device is arranged at a position where the harvest amount of the environmental energy varies depending on the presence or absence of an object to be detected, and the harvest amount of the environmental energy by the second energy conversion device should be detected. The second energy conversion device is arranged at a position that shows the same variation as the amount of environmental energy harvested by the energy conversion device of the first power generation device regardless of the presence or absence of an object.
物体の有無に係わらず、第2の発電装置が発電を行うため、第1の発電装置が発電し、かつ第2の発電装置が発電していない状態を、第2の発電装置の故障と判定することができる。 Regardless of the presence or absence of an object, since the second power generation device generates power, the state where the first power generation device generates power and the second power generation device does not generate power is determined as a failure of the second power generation device. can do.
前記処理装置が、前記第1の発電装置及び前記第2の発電装置のどちらの発電装置から前記電力が入力されているのかを識別可能な検知信号を無線送信する構成としてもよい。処理装置から送信された検知信号を、送信装置から離れた受信装置で受信することができる。送信装置が、商用電源等の外部電源に接続困難な場所に配置される場合でも、受信装置を商用電源等に接続可能な場所に配置することができる。これにより、受信装置に対する消費電力の制約が緩和される。 The processing device may be configured to wirelessly transmit a detection signal that can identify whether the power is input from which of the first power generation device and the second power generation device. The detection signal transmitted from the processing device can be received by a receiving device remote from the transmitting device. Even when the transmission device is arranged at a place where it is difficult to connect to an external power source such as a commercial power source, the receiving device can be arranged at a place where it can be connected to a commercial power source or the like. As a result, power consumption restrictions on the receiving apparatus are relaxed.
第1の発電装置からの出力により、環境エネルギの有無を判定することができる。第2の発電装置からの出力により、物体の有無を検知することができる。また、第1の発電装置及び第2の発電装置のいずれの発電装置で発電された電力でも処理装置が動作するため、処理装置を動作させるための電力供給用の発電装置を別に準備しなくてもよい。 The presence or absence of environmental energy can be determined from the output from the first power generator. The presence or absence of an object can be detected from the output from the second power generation device. In addition, since the processing device operates with the power generated by any one of the first power generation device and the second power generation device, there is no need to separately prepare a power supply power generation device for operating the processing device. Also good.
[実施例1]
図1に、実施例1による物体検出装置のブロック図を示す。実施例1による物体検出装置は、第1の発電装置1A、第2の発電装置1B、処理装置40、及び受信装置50を含む。
[Example 1]
FIG. 1 is a block diagram of an object detection apparatus according to the first embodiment. The object detection device according to the first embodiment includes a first
次に、第1の発電装置1Aについて説明する。第1の発電装置1Aは、エネルギ変換装置10、蓄電素子11、電圧発生回路12、及び出力切替回路15を含む。第2の発電装置1Bは、第1の発電装置1Aと同一の回路構成を有する。
Next, the
エネルギ変換装置10は、周囲の環境からエネルギを収穫して電気エネルギを生成する。エネルギ変換装置10として、光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池を用いることができる。太陽電池の他に、電磁波のエネルギを電気エネルギに変換する受信回路を用いることも可能である。この受信回路は、例えば受信アンテナと整流回路とを含む。エネルギ変換装置10の負極が接地されており、エネルギ変換装置10の正極に電源線20が接続されている。
The
蓄電素子11がエネルギ変換装置10に接続されており、エネルギ変換装置10で発電された電力によって、蓄電素子11が充電される。蓄電素子11には、例えばキャパシタ、より具体的にはタンタルコンデンサ等を用いることができる。蓄電素子11の一方の電極が電源線20に接続され、他方の電極が接地されている。電源線20に印加される電源電圧Vccは、蓄電素子11の端子間電圧と等しい。
The
電圧発生回路12が、蓄電素子11に並列に接続されている。電圧発生回路12は、整流素子13と容量素子14との直列接続回路を含み、電源電圧Vccに基づいて発生した電圧Vinを、出力切替回路15の電圧検出端子22に印加する。整流素子13には、例えばダイオードが用いられ、容量素子14には、例えば積層セラミックコンデンサが用いられる。整流素子13のアノードが電源線20に接続され、容量素子14が接地されている。電源電圧Vccによって容量素子14に充電電流が流れる向きが、整流素子13の順方向に相当する。整流素子13と容量素子14との相互接続点、すなわち整流素子13のカソードが、出力切替回路15の電圧検出端子22に接続されている。
A
電源線20が、出力切替回路15の入力端子21に接続されており、電源電圧Vccが出力切替回路15の入力端子21に印加される。出力切替回路15の出力端子23に、処理装置40が接続されている。
The
出力切替回路15は、電力を出力する機能が作動している有効状態(イネーブル状態)と、機能が停止している無効状態(ディセーブル状態)との2つの状態を有する。電圧検出端子22に印加されている電圧Vinに基づいて、有効状態と無効状態とが切り替わる。出力切替回路15は、有効状態のとき、蓄電素子11を放電させて、出力切替回路15の出力端子23から処理装置40に電力を出力する。この電力により、処理装置40が動作する。出力切替回路15が無効状態のとき、出力切替回路15は蓄電素子11を放電させない。このとき、エネルギ変換装置10で発電された電力によって、蓄電素子11が充電される。
The output switching circuit 15 has two states, that is, a valid state (enable state) in which the function of outputting power is activated and an invalid state (disable state) in which the function is stopped. Based on the voltage Vin applied to the
出力切替回路15は、電圧検出回路16及び降圧コンバータ17を含む。電圧検出回路16は、電圧検出端子22に印加されている電圧Vinに応じて、制御電圧Voutを出力する。制御電圧Voutが、降圧コンバータ17のイネーブル端子ENに入力される。出力切替回路15の入力端子21に印加された電源電圧Vccが、降圧コンバータ17に入力される。降圧コンバータ17のイネーブル端子ENに印加されている制御電圧Voutのレベルに応じて、出力切替回路15の有効状態と無効状態とが切り替わる。
The output switching circuit 15 includes a
図2Aに、電圧検出回路16の等価回路図を示す。電圧検出回路16は、電圧分圧回路30、基準電圧源31、ヒステリシスコンパレータ32、及び出力ドライブトランジスタ33を含む。電圧検出端子22に印加される電圧Vinが、電圧分圧回路30によって分圧され、ヒステリシスコンパレータ32の反転入力端子に印加される。基準電圧源31に
より生成された基準電圧が、ヒステリシスコンパレータ32の非反転入力端子に印加される。
FIG. 2A shows an equivalent circuit diagram of the
出力ドライブトランジスタ33には、例えばCMOS回路が用いられる。ヒステリシスコンパレータ32の出力電圧が、出力ドライブトランジスタ33の2つのトランジスタのゲート電極に印加される。2つのトランジスタの相互接続点が、制御電圧Voutを出力する。
For example, a CMOS circuit is used for the
図2Bに、電圧検出端子22に印加されている電圧Vinと、制御電圧Voutとの関係を示す。横軸及び縦軸は、それぞれ電圧Vin及び制御電圧Voutを表す。電圧Vinと制御電圧Voutとの関係は、ヒステリシス特性を有している。電圧Vinが上昇するときには、電圧Vinが第1閾値V1以下の範囲で、制御電圧Voutが0Vであり、電圧Vinが第1閾値V1を超えると、制御電圧Voutが電圧Vinに一致する。電圧Vinが下降するときには、電圧Vinが第2閾値V2よりも高い範囲で、制御電圧Voutが電圧Vinに一致する。電圧Vinが第2閾値V2を下回ると、制御電圧Voutが0Vになる。第2閾値V2は、第1閾値V1より低い。
FIG. 2B shows the relationship between the voltage Vin applied to the
制御電圧Voutのハイ(H)レベルとロー(L)レベルとの判定閾値Vthが、第2閾値V2よりも低い値に設定されている。このため、電圧Vinの上昇時には、電圧Vinが第1閾値V1を超えた時点で、制御電圧VoutがLレベルからHレベルに切り替わり、電圧Vinの下降時には、電圧Vinが第2閾値V2を下回った時点で、制御電圧VoutがHレベルからLレベルに切り替わる。 The determination threshold Vth between the high (H) level and the low (L) level of the control voltage Vout is set to a value lower than the second threshold V2. Therefore, when the voltage Vin increases, the control voltage Vout switches from the L level to the H level when the voltage Vin exceeds the first threshold value V1, and when the voltage Vin decreases, the voltage Vin falls below the second threshold value V2. At the time, the control voltage Vout switches from the H level to the L level.
図3に、降圧コンバータ17に入力されている電源電圧Vccと出力電圧Vddとの関係を示す。横軸は電源電圧Vccを表し、縦軸は出力電圧Vddを表す。降圧コンバータ17のイネーブル端子ENに印加されている制御電圧VoutがLレベルのとき、降圧コンバータ17は、電源電圧Vccに依らず、出力電圧Vddを0Vとする。すなわち、出力切替回路15は無効状態である。
FIG. 3 shows the relationship between the power supply voltage Vcc input to the step-
降圧コンバータ17のイネーブル端子ENに印加されている制御電圧VoutがHレベルのとき、降圧コンバータ17が、電源電圧Vccに基いて出力電圧Vddを出力する。すなわち、出力切替回路15は有効状態である。電源電圧Vccが定格電圧Vr以下であれば、出力電圧Vddは電源電圧Vccとほぼ等しくなる。電源電圧Vccが定格電圧Vr以上であれば、出力電圧Vddは定格電圧Vrにほぼ一致する。
When the control voltage Vout applied to the enable terminal EN of the step-
図4A〜図4Cを参照して、電源電圧Vcc、電圧検出端子22の電圧Vin、及び出力切替回路15(降圧コンバータ17)の出力電圧Vddの時間変化の一例について説明する。図4Aは、電源電圧Vccの時間変化を表し、図4Bは、電圧検出端子22の電圧Vinの時間変化を表し、図4Cは、出力切替回路15の出力電圧Vddの時間変化を表す。初期状態では、電源電圧Vcc、及び電圧検出端子22の電圧Vinが0Vである。このとき、制御電圧VoutはLレベルである(図2B参照)。このため、出力切替回路15は無効状態であり、その出力電圧Vddは0Vである(図3参照)。
With reference to FIGS. 4A to 4C, an example of a time change of the power supply voltage Vcc, the voltage Vin of the
出力切替回路15が無効状態のとき、エネルギ変換装置10で発電された電力によって蓄電素子11が充電されるため、時間の経過とともに、電源電圧Vccが上昇する(図4A)。整流素子13を介して容量素子14も充電されるため、電源電圧Vccの上昇に追随して、電圧検出端子22の電圧Vinも上昇する(図4B)。電圧検出端子22の電圧Vinは、電源電圧Vccよりも、整流素子13の順方向電圧降下分だけ低い。ダイオードの順方向の電圧降下は僅かであるため、図4A及び図4Bでは、順方向の電圧降下をほぼ0Vと仮定している。すなわち、初期状態から時刻t1までの期間は、電源電圧Vcc
と電圧検出端子22の電圧Vinとは、ほぼ等しい。
When the output switching circuit 15 is in an invalid state, the
And the voltage Vin of the
時刻t1において、電圧検出端子22の電圧Vinが第1閾値V1(図2A)に達する。これにより、出力切替回路15(図1)が有効状態に切り替わり、蓄電素子11の放電が開始される。蓄電素子11が放電することにより、電源電圧Vcc(図4A)が低下するとともに、出力切替回路15の出力端子23に、図2Bに示した特性に基づく出力電圧Vddが出力される(図4C)。
At time t1, the voltage Vin at the
電源電圧Vccが低下し、電圧検出端子22の電圧Vinより低くなると、整流素子13が逆方向にバイアスされる。このため、容量素子14が整流素子13を通して放電することはない。従って、容量素子14の端子間電圧、すなわち電圧検出端子22に印加されている電圧Vinは、電源電圧Vccの低下に追随しない。
When the power supply voltage Vcc decreases and becomes lower than the voltage Vin of the
図5に、電圧発生回路12及び電圧検出回路16の等価回路図を示す。容量素子14は、電圧検出回路16の入力インピーダンス18を通して放電する。電圧Vinは、容量素子14の静電容量と、入力インピーダンス18の抵抗値とで定まる時定数で低下する。時刻t1以降に電源電圧Vccが低下する時定数に比べて、電圧Vinが低下する時定数の方が小さくなるように、容量素子14の静電容量及び入力インピーダンス18の抵抗値が設定されている。このため、図4A及び図4Bに示したように、電圧検出端子22に印加されている電圧Vinは、電源電圧Vccよりも緩やかに低下する。
FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram of the
図4Bに示すように、時刻t2において、電圧検出端子22の電圧Vinが、第2閾値V2まで低下する。このとき、制御電圧VoutがLレベルになり(図2B)、出力切替回路15が無効状態に切り替わる。これにより、出力切替回路15の出力電圧Vddが0Vになる(図4C)。蓄電素子11の放電が停止するため、蓄電素子11の充電が再開し、電源電圧Vccが上昇し始める(図4A)。電圧検出端子22の電圧Vinは、時刻t2以降も、緩やかに低下する(図4B)。
As shown in FIG. 4B, at time t2, the voltage Vin at the
時刻t3において、電圧検出端子22の電圧Vinと、電源電圧Vccとが一致する。その後は、容量素子14が整流素子13を介して充電されるため、電圧検出端子22の電圧Vinが、電源電圧Vccの上昇に追随して上昇する(図4B)。時刻t4において、電圧Vinが第1閾値V1に到達すると、時刻t1以降の電圧変化と同様の電圧変化が繰り返される。
At time t3, the voltage Vin at the
出力切替回路15が有効状態になっている期間の長さ、すなわち時刻t1からt2までの時間は、容量素子14及び入力インピーダンス18(図5)で定まる時定数、第1閾値V1、及び第2閾値V2に依存する。時刻t2の時点で、電源電圧Vccが定格電圧Vr(図3)まで低下しないように、有効状態の時間が設定されている。このような設定とすることにより、出力切替回路15の出力電圧Vddを、定格電圧Vrに維持することができる(図4C)。
The length of the period in which the output switching circuit 15 is in an effective state, that is, the time from time t1 to time t2, is a time constant determined by the
第2の発電装置1B(図1)の動作も、第1の発電装置1Aの動作と同様である。第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10と、第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10とでは、入射する光の強度が同一のときの発電量が同一である必要はない。発電量は、時刻t2からt4までの充電時間に影響を及ぼす。発電量が多くなると、時刻t2からt4までの充電時間が短くなる。
The operation of the second
実施例1においては、2つのエネルギ変換装置10に入射する光の条件が同一のときに、第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10の発電量が、第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10の発電量よりも多い。例えば、第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置1
0の受光面が、第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10の受光面より広い。このため、第2の発電装置1Bにおいて有効状態と無効状態とが切り替わる頻度が、第1の発電装置1Aにおいて有効状態と無効状態とが切り替わる頻度より高い。
In the first embodiment, when the conditions of light incident on the two
The 0 light receiving surface is wider than the light receiving surface of the
図1に戻って、処理装置40の構成及び動作について説明する。処理装置40は、第1の発電装置1Aに対応する第1の送信部41A、及び第2の発電装置1Bに対応する第2の送信部41Bを含む。第1の送信部41Aと第2の送信部41Bとは、同一の構成を有する。
Returning to FIG. 1, the configuration and operation of the
以下、第1の送信部41Aについて説明する。第1の送信部41Aは、中央処理ユニット(CPU)42、高周波回路43、及びアンテナ44を含む。第1の発電装置1Aの出力端子23から出力された電力が、CPU42及び高周波回路43に供給される。電力の供給によりCPU42が起動されると、CPU42は高周波回路43を制御することにより、第1の発電装置1Aから電力が出力されたことを通知するための検知信号を送信する。この検知信号は、アンテナ44から放射される。このように、第1の送信部41Aは、図4Cに示した第1の発電装置1Aからの出力電圧Vddの立ち上がりに同期して、検知信号を送信する。
Hereinafter, the
第2の送信部41Bは、第2の発電装置1Bからの出力電圧Vddの立ち上がりに同期して、検知信号を送信する。処理装置40から送信された検知信号が、受信装置50で受信される。第1の送信部41Aから送信される検知信号、及び第2の送信部41Bから送信される検知信号には、第1の送信部41A及び第2の送信部41Bのどちらから送信された信号であるかを識別するための符号が含まれている。受信装置50は、受信した信号を解読することにより、第1の送信部41A及び第2の送信部41Bのどちらから送信された信号であるかを識別することができる。
The
図6に、実施例1による物体検知装置の使用例を示す。保持台60の上面に、第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bが配置されている。保持台60の上方に光源61が準備されており、エネルギ変換装置10Bに、光源61からの光が入射する。保持台60の上に物体62が載せられると、光源61からの光が遮られるため、第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bに光が入射しなくなる。第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aは、保持台60の近傍に配置されている。第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aには、物体の有無に係わらず、光源61からの光が入射する。光源61から放射される光エネルギが、エネルギ変換装置10A、10Bで変換すべき対象の環境エネルギに相当する。
FIG. 6 shows a usage example of the object detection apparatus according to the first embodiment. On the upper surface of the holding table 60, the
このように、第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bは、検知すべき物体の有無によって、環境エネルギからの収穫量が変動する位置に配置されている。第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aは、検知すべき物体の有無によって環境エネルギからの収穫量が変動しない位置に配置されている。
Thus, the
図7に、図6の光源61の点灯状態、検知すべき物体62の有無、第1の送信部41Aから送信される検知信号、及び第2の送信部41Bから送信される検知信号のタイミングチャートを示す。光源61が点灯している期間、物体62の有無に無関係に、第1の送信部41Aから、一定の周期で検知信号が送信される。
FIG. 7 is a timing chart of the lighting state of the
光源61が点灯しており、物体62が保持台60に載せられていない期間は、第2の送信部41Bから一定の周期で、検知信号が送信される。第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bの発電量が、第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aの発電量より多いため、第2の送信部41Bから送信される検知信号の周期が、第1の送信部41Aから
送信される検知信号の周期より短い。
During a period when the
光源61が点灯しており、物体62が保持台60に載せられている期間は、第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bに光が入射しないため、第2の送信部41Bからは検知信号が送信されない。第2の送信部41Bから送信される検知信号の周期が、第1の送信部41Aから送信される検知信号の周期より短いため、物体の有無を、より迅速に検知することができる。
During the period when the
光源61が消灯している期間は、第1の送信部41A及び第2の送信部41Bのいずれからも、検知信号が送信されない。
During the period when the
受信装置50(図1)が、第1の送信部41A及び第2の送信部41Bから送信された検知信号を受信する。受信装置50は、これらの検知信号の検出結果に基づいて、物体62の有無を判定することができる。第1の送信部41A及び第2の送信部41Bの両方からの検知信号を受信している期間は、物体62が保持台60に載せられていると判定される。第1の送信部41Aからの検知信号を受信しているが、第2の送信部41Bからの検知信号は受信していない期間は、物体62が保持台60に載せられていないと判定される。第1の送信部41A及び第2の送信部41Bのいずれからの検知信号も受信していない期間は、光源61が消灯状態であると判定される。
The receiving device 50 (FIG. 1) receives the detection signals transmitted from the
実施例1による第1の発電装置1A及び第2の発電装置1Bにおいては、出力切替回路15が無効状態の期間に、エネルギ変換装置10で発電された電力によって蓄電素子11が充電される。出力切替回路15が有効状態の期間に、蓄電素子11が放電され、処理装置40に電力が供給される。処理装置40では、1周期分の検知信号を送信するために必要な電力量のみが消費される。1周期分の検知信号の送信に必要となる電力量は僅かであるため、周囲の環境から収穫されるエネルギが微小であっても、処理装置40に、必要とされる電力を供給することが可能になる。
In the 1st electric
また、実施例1においては、第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10A及び第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bの一方が発電専用で、他方が照度センサ専用であるというような区別がない。第1の発電装置1A及び第2の発電装置1Bの両方で発電された電力が、処理装置40を動作させるために利用される。このため、微小な環境エネルギを有効に利用することができる。
In the first embodiment, the distinction is made that one of the
出力切替回路15が無効状態から有効状態に切り替わる時までに蓄電素子11に蓄電される電力量を調整することにより、処理装置40への電力供給可能時間を調整することができる。蓄電素子11に蓄電される電力量は、蓄電素子11の静電容量、及び電圧検出回路16の第1閾値V1の値により調整することができる。
By adjusting the amount of power stored in the
実施例1では、処理装置40と受信装置50との間の通信方式として、無線通信方式が採用されている。このため、受信装置50を、処理装置40から離れた場所に配置することができる。処理装置40の動作に必要な電力は、第1の発電装置1A及び第2の発電装置1Bからの電力で賄われる。このため、処理装置40は、商用電源等の外部電源に接続することが困難な場所への設置に適している。
In the first embodiment, a wireless communication method is employed as a communication method between the
これに対し、受信装置50は、処理装置40から離して、商用電源等の外部電源に接続容易な場所に設置することが可能である。このため、受信装置50として、環境エネルギによる微小な電力のみでは動作しないような消費電力の大きな装置を採用することが可能になる。従って、受信装置50で物体の有無を判定するための複雑なアルゴリズムを実行することや、物体の有無の判定結果の履歴を残しておくことが可能になる。
On the other hand, the receiving
図8に、実施例1による物体検知装置の他の使用例を示す。美術館の展示室の壁面に絵画65が展示されている。絵画65の上方に、第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aが取り付けられており、下方に、第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bが取り付けられている。絵画65を鑑賞している人物66の後方に、光源67が配置されている。
FIG. 8 shows another example of use of the object detection device according to the first embodiment.
絵画65の鑑賞者の有無に係わらず、光源67から放射された光が第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aに入射する。人物66が絵画65の前に立って絵画65を鑑賞しているときは、光源67から第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bに向かう光が人物66によって遮られる。このため、図6に示した物体62の有無の判定と同様に、絵画65の前に人物66が立っているか否かを判定することができる。
Regardless of the presence or absence of the viewer of the
絵画65の前に人物66が立っている時間の長さは、その絵画65の人気度を測るための1つの指標として利用することができる。複数の絵画に対応させて物体検出装置のエネルギ変換装置10A、10Bを配置しておくことにより、絵画ごとに、人気度の指標を収集することができる。
The length of time that the
[実施例2]
図9に、実施例2による物体検知装置のブロック図を示す。以下、図1に示した実施例1による物体検知装置との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
[Example 2]
FIG. 9 shows a block diagram of an object detection apparatus according to the second embodiment. Hereinafter, differences from the object detection apparatus according to the first embodiment illustrated in FIG. 1 will be described, and description of the same configuration will be omitted.
図1に示した実施例1では、第1の発電装置1A及び第2の発電装置1Bに、それぞれ第1の送信部41A及び第2の送信部41Bが対応していた。図9に示した実施例2では、第1の発電装置1A及び第2の発電装置1Bに、1つの送信部41が対応している。送信部41は、CPU42、高周波回路43、及びアンテナ44を含む。処理装置40が、1つの送信部41と判定回路45とを含む。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the
第1の発電装置1Aの出力端子23及び第2の発電装置1Bの出力端子23が、共に、CPU42、高周波回路43、及び判定回路45に接続されている。判定回路45は、第1の発電装置1A及び第2の発電装置1Bのどちらから出力電圧Vddが出力されているかを判定する。判定回路45による判定結果がCPU42に入力される。
The
CPU42は、第1の発電装置1A及び第2の発電装置1Bのいずれかから電力が供給されることにより、起動される。CPU42は、判定回路45による判定結果に基づき、高周波回路43を制御することにより、検知信号を送信する。第1の発電装置1Aから出力電圧Vddが出されている場合には、第1の発電装置1Aが有効状態になっていることを示す検知信号が送信される。第2の発電装置1Bから出力電圧Vddが出されている場合には、第2の発電装置1Bが有効状態になっていることを示す検知信号が送信される。第1の発電装置1A及び第2の発電装置1Bの両方から出力電圧Vddが出力されている場合には、出力電圧Vddの立ち上がりの早い方が優先される。
The
実施例2では、1つの送信部41が、第1の発電装置1A及び第2の発電装置1Bで共用されるため、処理装置40の部品点数を削減することができる。
In the second embodiment, since one
[実施例3]
次に、図10〜図12を参照して、実施例3による物体検知装置について説明する。以下、図1〜図8を参照して説明した実施例1との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
[Example 3]
Next, an object detection apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, differences from the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 8 will be described, and description of the same configuration will be omitted.
図10に、実施例3による物体検知装置のブロック図を示す。実施例3においては、第2の発電装置1Bが2つのエネルギ変換装置10Ba、10Bbを含む。2つのエネルギ変換装置10Baと10Bbとは、相互に並列に接続されている。第1の発電装置1Aは、1つのエネルギ変換装置10Aを含む。
FIG. 10 is a block diagram of an object detection apparatus according to the third embodiment. In the third embodiment, the second
図11に、実施例3による物体検知装置の使用例を示す。以下、図6に示した使用例との相違点について説明する。保持台60の上面に、第2の発電装置1Bの一方のエネルギ変換装置10Baが配置されている。他方のエネルギ変換装置10Bbは、第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aの近傍に配置されている。一方のエネルギ変換装置10Baは、検出すべき物体62の有無によって、環境エネルギの収穫量が変動する位置に配置されている。他方のエネルギ変換装置10Bbは、第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aの近傍に配置されているため、エネルギ変換装置10Bbによる環境エネルギの収穫量は、検知すべき物体の有無に依存せず、第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aによる環境エネルギの収穫量と同じ変動を示す。
FIG. 11 shows a usage example of the object detection apparatus according to the third embodiment. Hereinafter, differences from the usage example shown in FIG. 6 will be described. One energy conversion device 10Ba of the second
図12に、図11の光源61の点灯状態、検知すべき物体62の有無、第1の送信部41Aから送信される検知信号、及び第2の送信部41Bから送信される検知信号のタイミングチャートを示す。光源61が点灯している期間、物体62の有無に無関係に、第1の送信部41Aから、一定の周期で検知信号が送信される。
12 is a timing chart of the lighting state of the
光源61が点灯しており、物体62が保持台60に載せられていない期間は、第2の発電装置1Bの2つのエネルギ変換装置10Ba、10Bbの両方で発電が行われる。このため、第2の送信部41Bから、一定の周期で検知信号が送信される。第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bの発電量が、第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aの発電量より多いため、第2の送信部41Bから送信される検知信号の周期が、第1の送信部41Aから送信される検知信号の周期より短い。
During the period when the
光源61が点灯しており、物体62が保持台60に載せられている期間は、第2の発電装置1Bの一方のエネルギ変換装置10Baに光が入射しない。このため、他方のエネルギ変換装置10Bbのみで発電が行われる。第2の発電装置1Bでの発電量が少なくなるため、第2の送信部41Bから送信される検知信号の周期が長くなる。
During the period in which the
光源61が消灯している期間は、第1の送信部41A及び第2の送信部41Bのいずれからも、検知信号が送信されない。
During the period when the
第2の送信部41Bからの検知信号の送信周期に基づいて、物体62が保持台60に載せられているか否かを判定することができる。実施例1では、図7に示したように、物体62が保持台60に載せられているとき、第2の送信部41Bからの検知信号が送信されない。このため、第2の発電装置1Bや第2の送信部41Bが故障して検知信号を送信できないとき、物体62が保持台60に載せられていない場合でも、物体が保持台60に載せられていると誤判定される可能性がある。実施例3では、物体62が保持台60に載せられているときにも、第2の送信部41Bから検知信号が送信されるため、このような誤判定の発生を防止することができる。
Based on the transmission cycle of the detection signal from the
物体62が保持台60に載せられているときに、第1の送信部41Aからの検知信号と、第2の送信部41Bからの検知信号とが、時間軸上で重ならないようにするために、両者の送信周期を異ならせることが好ましい。例えば、第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10Aの発電量と、その近傍に配置される第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bbの発電量とを異ならせることが好ましい。
To prevent the detection signal from the
[実施例4]
図13に、実施例4による物体検知装置の利用例を示す。以下、実施例1との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例1では、環境エネルギとして光源61(図6)からの光エネルギを利用したが、実施例4では、光源61に代えて無線送信器64から放射される電磁波のエネルギが利用される。第1の発電装置1Aのエネルギ変換装置10A及び第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bとして、太陽電池に代えて受信アンテナと整流回路が用いられる。無線送信器64から放射された電磁波を受信アンテナで受信し、整流回路で整流することにより、電磁波のエネルギを電気エネルギに変換することができる。
[Example 4]
FIG. 13 shows a usage example of the object detection apparatus according to the fourth embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted. In the first embodiment, the light energy from the light source 61 (FIG. 6) is used as the environmental energy, but in the fourth embodiment, the energy of the electromagnetic wave radiated from the
電磁波を遮蔽する材料、例えば金属を含む物体62が保持台60に載せられると、第2の発電装置1Bのエネルギ変換装置10Bに向かう電磁波が物体62で遮蔽される。これにより、実施例1の場合と同様に、物体62の有無を検知することができる。
When a material 62 that shields electromagnetic waves, for example, an
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1A 第1の発電装置
1B 第2の発電装置
10、10A、10B、10Ba、10Bb エネルギ変換装置
11 蓄電素子
12 電圧発生回路
13 整流素子
14 容量素子
15 出力切替回路
16 電圧検出回路
17 降圧コンバータ
18 入力インピーダンス
20 電源線
21 入力端子
22 電圧検出端子
23 出力端子
30 電圧分圧回路
31 基準電圧源
32 ヒステリシスコンパレータ
33 出力ドライブトランジスタ
40 処理装置
41 送信部
41A 第1の送信部
41B 第2の送信部
42 中央処理ユニット(CPU)
43 高周波回路
44 アンテナ
45 判定回路
50 受信装置
60 保持台
61 光源
62 物体
64 無線送信器
65 絵画
66 人物
67 光源
EN イネーブル端子
V1 第1閾値
V2 第2閾値
Vcc 電源電圧
Vdd 出力電圧
Vin 電圧
Vout 制御電圧
Vr 定格電圧
Vth 判定閾値
DESCRIPTION OF
43
Claims (6)
前記第1の発電装置及び前記第2の発電装置のいずれの発電装置で発電された前記電力が入力されても、入力された前記電力により動作し、いずれの発電装置から前記電力が入力されているのかを識別する処理装置と、
を有し、
前記第1の発電装置及び前記第2の発電装置の各々は、
環境エネルギを収穫して発電を行うエネルギ変換装置と、
前記エネルギ変換装置に接続され、前記エネルギ変換装置で発電された前記電力によって充電される蓄電素子と、
前記蓄電素子に接続され、前記蓄電素子を放電させて、前記処理装置に前記電力を出力する機能が作動している有効状態と、前記機能が停止している無効状態とが、電圧検出端子に印加されている電圧に基づいて切り替わる出力切替回路と、
前記蓄電素子の端子間に加わっている電源電圧に基づいて、前記電圧検出端子に電圧を印加する電圧発生回路と
を有し、
前記電圧発生回路は、前記電源電圧の上昇時に、前記電源電圧の上昇に追随して上昇する電圧を前記電圧検出端子に印加し、前記電源電圧の下降時には、前記電源電圧の下降に追随せず、前記電源電圧の下降よりも緩やかに低下する電圧を前記電圧検出端子に印加し、
前記第1の発電装置の前記エネルギ変換装置は、検知すべき物体の有無によって前記環境エネルギからの収穫量が変動しない位置に配置され、前記第2の発電装置の前記エネルギ変換装置は、検知すべき物体の有無によって前記環境エネルギからの収穫量が変動する位置に配置されている物体検知装置。 A first power generator and a second power generator that output power when the output condition is satisfied;
Even if the power generated by any one of the first power generation device and the second power generation device is input, the power is operated by the input power, and the power is input from any power generation device. A processing device for identifying whether or not
Have
Each of the first power generation device and the second power generation device is
An energy conversion device that harvests environmental energy and generates electricity;
A power storage element connected to the energy conversion device and charged by the electric power generated by the energy conversion device;
A voltage detection terminal is connected to the power storage element, and the voltage detection terminal includes a valid state in which the function of discharging the power storage element and outputting the power to the processing device is operating, and a disabled state in which the function is stopped. An output switching circuit that switches based on the applied voltage;
A voltage generation circuit that applies a voltage to the voltage detection terminal based on a power supply voltage applied between terminals of the power storage element;
The voltage generation circuit applies a voltage that rises following the rise of the power supply voltage to the voltage detection terminal when the power supply voltage rises, and does not follow the fall of the power supply voltage when the power supply voltage falls. , Applying a voltage that decreases more slowly than the decrease in the power supply voltage to the voltage detection terminal,
The energy conversion device of the first power generation device is disposed at a position where the harvest amount from the environmental energy does not vary depending on the presence or absence of an object to be detected, and the energy conversion device of the second power generation device detects The object detection apparatus arrange | positioned in the position from which the harvest amount from the said environmental energy fluctuates with the presence or absence of a power object.
イネーブル端子に入力される制御電圧に基づいて、前記出力切替回路の前記有効状態と前記無効状態とが切り替わり、前記有効状態のとき、出力端子に定格電圧を出力する降圧コンバータと、
前記出力切替回路が前記無効状態のときに、前記電圧検出端子に印加されている電圧が第1閾値を超えると、前記イネーブル端子に、前記出力切替回路を前記有効状態とする制御電圧を印加し、前記出力切替回路が前記有効状態のときに、前記電圧検出端子に印加されている電圧が前記第1閾値より低い第2閾値を下回ると、前記イネーブル端子に、前記出力切替回路を前記無効状態とする制御電圧を印加する電圧検出回路と
を有する請求項1または2に記載の物体検知装置。 The output switching circuit is
Based on a control voltage input to an enable terminal, the valid state and the invalid state of the output switching circuit are switched, and in the valid state, a step-down converter that outputs a rated voltage to the output terminal;
When the voltage applied to the voltage detection terminal exceeds the first threshold when the output switching circuit is in the invalid state, a control voltage for applying the output switching circuit to the valid state is applied to the enable terminal. When the output switching circuit is in the valid state and the voltage applied to the voltage detection terminal falls below a second threshold value that is lower than the first threshold value, the output switching circuit is connected to the enable terminal in the invalid state. The object detection device according to claim 1, further comprising a voltage detection circuit that applies a control voltage.
ギ変換装置及び第2のエネルギ変換装置を含み、
前記第1のエネルギ変換装置は、検出すべき物体の有無によって、前記環境エネルギの収穫量が変動する位置に配置され、前記第2のエネルギ変換装置による前記環境エネルギの収穫量は、検知すべき物体の有無に依存せず、前記第1の発電装置の前記エネルギ変換装置による前記環境エネルギの収穫量と同じ変動を示す位置に、前記第2のエネルギ変換装置が配置されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の物体検知装置。 The energy conversion device of the second power generation device includes a first energy conversion device and a second energy conversion device connected in parallel to each other;
The first energy conversion device is arranged at a position where the harvest amount of the environmental energy varies depending on the presence or absence of an object to be detected, and the harvest amount of the environmental energy by the second energy conversion device should be detected. The second energy conversion device is arranged at a position that does not depend on the presence or absence of an object and exhibits the same fluctuation as the amount of environmental energy harvested by the energy conversion device of the first power generation device. 5. The object detection device according to any one of 4 above.
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JP2019021979A (en) * | 2017-07-12 | 2019-02-07 | シャープ株式会社 | Monitoring system |
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CN110208871A (en) * | 2019-06-05 | 2019-09-06 | 广州百士臣科技有限公司 | A kind of energy-saving metal detector with regulatory function for mineral products detection |
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