JP4639643B2 - 電子装置 - Google Patents
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Description
また、非特許文献4には、センサノードの電源として好適な小型ボタン電池が開示されている。
例えば、前記非特許文献3には、円形の回路基板の表面に各種回路を設け、裏面に円柱形状の電池を設け、これらを透明な円柱ケース内に配置した天候検知センサノードが開示されている。しかし、この従来例では、目的に応じて、前記基板を製造しなければならないため、汎用性がなく、コスト高となる。また、電池寿命を考慮して、大型のケースを採用しているため、小型電池で対応可能であっても、大型のケースを採用しなければならない。
そこで、この発明の目的とするところは、多様なセンサや電源に対応できる小型のセンサ端末を提供することにある。
先ず、図1を参照して、この実施の形態に係るセンサネットの概略構造を説明する。図1は、このセンサネットのシステム構成図を示している。
この実施の形態に係るセンサネットシステム1は、複数のセンサ端末100と、前記複数のセンサ端末100から無線通信を介してデータを収集する基地局400と、この基地局400とインターネット等に代表される広域ネットワーク網500を介して接続される管理サーバ600とを含んで構成される。
前記基地局400は、無線インタフェース/アンテナ経由で、センサ端末100と無線通信を行い、温度等の測定データを読み出す。この基地局400では、受信した測定データを元に、二次記憶装置STR1あるいはメモリMEM1上に格納されている品質判定プログラムQPR1に従って、建物全体の温度制御を行う。さらに、ネットワークインタフェースNI1経由で、インターネット等に代表される広域ネットワーク網500を介して、遠隔地にある管理サーバー600と通信可能である。
前記管理サーバ600は、ネットワークインタフェースNI10と、この管理サーバ600を統括的に管理するプロセッサCPU10と、各種の処理プログラムを格納したメモリMEM10と、各種データを格納するデータベースDB10が設置され、各種のデータを統括的に管理することができる。
この実施の形態では、無線通信回路とプロセッサ回路とを備えたメイン基板12に設け、このメイン基板12の下部に電源基板13、前記メイン基板12の上部に前記増設センサ基板14を積層した構造を取ることで、センサノード10の小型化を実現している。特に、この積層構造では、前記電源基板13の投影面積内に前記メイン基板12と増設センサ基板14を備えることで、前記小型化をいっそう向上するとともに、配線などの簡素化を図ることができる。また、前記増設センサ基板14は、多様なセンサに対応して準備され、前記電源基板13または前記メイン基板12に取替え可能に取り付けることができる。これにより、大きな設計変更を要することなく多様なセンサ機能に対応できるので、小型化を実現するとともに、コスト低減を図ることができる。
この実施の形態のメイン基板12は、一方の基板面にセンサ回路から入手したセンサデータを送信データに変換する第1の信号処理回路を備え、他の基板面に第1の信号処理回路からの送信信号を高周波信号に変換する第2の信号処理回路とを分離して配置することで、ノイズの発生源となるデジタル回路と高周波回路とを分離するとともに、小型化を実現している。
更に、この実施の形態の特徴の1つは、センサ端末100を、センサ本体110と、このセンサ本体110に取替え可能に取り付けられる電源装置200とから構成し、前記センサ本体110を、無線回路やプロセッサ回路及び電源回路を積層する基板で構成した固定ユニット11と、この積層する基板の積層方向Pの一方P1に増設可能に取り付けられる各種の増設センサ基板14と、固定ユニット11と増設センサ基板14とを収納するセンサ筐体111とから構成し、前記電源装置を前記積層方向Pの他方P2に取替え可能に取り付けられる電源筐体201と、この電源筐体201に収納される電源202とから構成した点にある。
一方、この実施の形態では、電源の種類ごとに複数の電源装置200を事前に用意し、使用用途に対応して電源を選択可能とし、この選択可能な電源に対応した電源装置200と、前記センサ本体110とを組み合わせて使用することができる。
先ず、図2から図9を参照して、この実施の形態に係るセンサノード10の具体的な構成を説明する。図2は積層されるセンサノードの外観斜視図である。図3は積層されるセンサノードの側面図である。図4は積層されるセンサノードの上面図である。図5はメイン基板の一方の基板面に配置される第1の信号処理回路の回路図である。図6はメイン基板の他方の基板面に配置される第2の信号処理回路の回路図である。図7はメイン基板の断面図である。図8は電源基板の回路配置面の外観図である。図9は電源基板の電源配置面の外観図で、(a)図が断面図、(b)図が底面図である。
また、前記メイン基板12は、前記電源基板13側の基板面をデジタル面12bとして、第2の信号処理回路を備え、このデジタル面12bと対向する基板面をRF面12aとしてRF回路素子を配置する第1の信号処理回路としている。この回路構成の詳細については図5から図7で説明する。
次に、図5、図6、図7を参照して、メイン基板10の回路構成を更に説明する。図5は、メイン基板10のRF面へ実装した様子を示し、図6はメイン基板10のデジタル面へ実装した様子を示す。
データ入出力回路SIOはシリアルデータの入出力回路であり、センサデータをRFチップCHIP1に送るために使用される。また、プログラマブル入出力回路PIOはパラレルデータの入出力回路であり、主にRFチップCHIP1の送信/受信等の動作モードの制御に必要な制御データの入出力のために使用される。
なお、プロセッサチップCHIP2は、低消費電力動作のため2つの水晶振動子を使い分けている。水晶振動子X2はメインクロック用で、例えば、数MHz以上のものである。メインクロック使用時の消費電流は、典型的には数mAとなる。
さらに、高周波変復調回路RFと発振回路OSCとは、制御回路CONにより、プロセッサチップCHIP2の制御信号CSに応じて制御される。具体的には、送信や受信等の動作モードの切り替えや、送受信信号の周波数帯の微調整、あるいは、送信電力等が制御される。さらに、プロセッサチップCHIP2からの制御信号により発振回路OSCを停止させて、RFチップCHIP1全体を待機状態に移行させることも可能である。この場合、RFチップCHIP1の消費電流を典型的には1μA以下にまで削減可能である。
高周波スイッチRFSWは、デジタル面上に設けられたRFSW/LNA制御回路LSCにより制御される。アンテナANT1とRFチップCHIP1との間の結線を切り替えて所望の送受信動作を実現する。具体的には、送信時には高周波スイッチRFSWのRI端子とRO2端子間を導通させる。また、受信時にはRI端子とRO1端子を導通させる。
次に、図8と図9を参照して、電源基板13を更に詳細に説明する。図8において、この実施の形態の電源基板13は、前記部品面13aの対向する辺の一方の辺側に20ピンの前記メイン基板用接続部15を配置し、他方の辺側に前記増設センサ基板用接続部16となる8ピンセンサポートを設けている。そして、この2つの接続部15,16の間に設けられる開放された2辺の空間を利用して、一方の辺側に電源選択SW31と、外部電池端子32を備え、他方の辺側にリセットSW33を設け、中央には、2.8Vレギュレータ34やパワーオンリセット35、「2SJ203」36などの電源回路素子を配置している。したがって、外部からの操作や接続が容易である。
また、この実施の形態では、前記ドーム状のセンサ筐体111にセンサ窓112を備えている。このセンサ窓112には透光性素材で密閉しているので、前記増設センサ基板14に光学センサを設けても、外界から内部基板を保護しつつ、前記光学センサの感度を維持することができる。したがって、このセンサ端末100を屋外に設置することが可能である。
先ず、図10から図12を参照して、電池対応センサ101の外観構造を説明する。図10は電池対応センサの縦断面図である。図11は電池対応センサ101の部品展開図であり、(a)図は電池対応センサの部品展開図、(b)図は取付アダプタの接続を示す外観図である。図12は電池対応センサの外観図で、(a)図は平面図、(b)図は底面図、(c)図は正面図、(d)図は右側面図、(e)図は背面図、(f)図は左側面図である。
一方、窓カバー121は凸状のドーム面121aと、その周囲に形成されるリング状の取付面121bで構成される。この実施の形態は、前記ドーム面をレンズとしている。
図10、図11において、この実施の形態では、前記センサ筐体111の中間筐体116の断面形状を、電源基板13にあわせて、四角形状としている。そして、この四角形状の中間筐体116の下端部をそのまま前記開口部119として、前記電源装置200との連結部としている。図10から図12は、ボタン電池251を収納する電池筐体252とセンサ本体110とを組みあわせた電池対応センサ101の断面図または外観図を示している。
上述したように、この実施の形態では、固定ユニット11と外部の端末あるいは外部アンテナ、外部センサ、外部電源等を配線穴123を介して配線しているが、これに限るものではない。例えば、配線穴123から露出するようにコネクタ124を設け、このコネクタ124を介して固定ユニット11と外部の端末あるいは外部アンテナ、外部センサ、外部電源等を配線(接続)するようにしても良い。以下、このコネクタ124を介して外部アンテナを接続した場合について説明する。
さらに、この実施の形態では、例えば、センサ端末100を設置面に対して水平に設置した場合、コネクタ124(配線穴123)が水平方向に位置することになるが、この場合、接続されたアンテナを直立させることにより、電波感度を向上させることが可能となる。
そこで、この実施の形態では、前記積層方向Pのセンサ本体110と充電池303とを並べて配置し、これを薄型の充電筐体301で連続させた構成としている。
上述したように、この実施の形態では、電源として充電池を用いているが、充電池に変えて乾電池等の容量の大きな電池を用いるようにしても良い。これにより、電池寿命をより長くすることが可能となる。
この構造によれば、前記センサ窓112及び太陽電池356が斜め上方に向けて設置されるので、太陽光やセンサ信号などを受けやすくすることができる。
Claims (7)
- センサ本体と、このセンサ本体に取替え可能に取り付けられる電源装置とから構成される電子装置であって、
前記センサ本体は、第1のコネクタおよび第2のコネクタを有する電源基板と、前記電源基板の上方に積層され前記電源基板から電源電圧およびセンサデータが入力されるメイン基板と、前記メイン基板の上方に積層され前記第1のコネクタを介して前記電源基板に支持されるセンサポートを有するセンサ基板と、前記電源基板と前記メイン基板と前記センサ基板とを収納するセンサ筐体と、から構成され、
前記電源装置は、前記電源基板の基板面のうち前記メイン基板と対向する面とは他方の基板面に接続され前記電源基板に電圧を印加する電源部と、前記電源部を収納した電源筺体から構成され、
前記メイン基板は、前記電源基板と対向する第1の基板面に前記第2のコネクタを介して前記電源基板に支持されるメイン基板接続部を有し、前記第1の基板面に前記センサデータを送信信号に変換する第1の信号処理回路を有し、前記センサ基板と対向する第2の基板面に前記送信信号を高周波信号に変換する第2の信号処理回路を有する
ことを特徴とする電子装置。 - 請求項1記載の電子装置において、
前記電源基板は、前記メイン基板と対向する一方の基板面に電源回路素子を配置し、他方の基板面を電源取付面とし、前記電源取付面を前記電源装置に面して配置した
ことを特徴とする電子装置。 - 請求項1記載の電子装置において、
前記センサ基板に接続されるセンサ素子は、温度センサ、光学センサのうち1つ以上が用いられる
ことを特徴とする電子装置。 - 請求項1記載の電子装置において、
前記電源部には、一次電池、二次電池、太陽電池のうち1つ以上が電源に用いられる
ことを特徴とする電子装置。 - 請求項1記載の電子装置において、
前記センサ基板は、前記メイン基板と対向する一方の面とは他方の面にセンサ素子を配置したことを特徴とする電子装置。 - 請求項5記載の電子装置において、
前記センサ素子を収納する空間はドーム状に形成され、前記ドーム状の空間にはさらにセンサ窓を設けたことを特徴とする電子装置。 - 請求項6記載の電子装置において、
前記電源筐体に吸盤を設けたことを特徴とする電子装置。
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