JP6473494B1 - 電池駆動型無線通信システムおよび同期補正方式 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 無線通信センサシステム1は、親機10と、電池で駆動される子機20とを含む。親機は、スリープ時間に関する情報を含むクエリを全子機に送信する。子機20の各々は、クエリを受信し、クエリに含まれるスリープ時間に関する情報に基づきスリープ時間を算出し、算出したスリープ時間をタイマに設定し、スリープ時間の間、低消費電力で動作し、スリープ時間を経過したとき通常の動作状態で動作する。さらに無縁通信センサシステム1において、親機10は、子機の同期ズレを判定し、同期が外れた場合には、子機の同期を自動的に補正する機能を有する。
【選択図】 図1
Description
さらに本発明は、親機と子機間の同期を補正する機能を備えた無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。
1.ホスト装置30は、親機10に対して、親機が全子機をアクセスする周期、すなわち状態通知間隔Tを設定するように指示する。親機は、ホスト装置30からの指示がない場合、デフォルト値を状態通知間隔Tとする。この設定は、システムの立上げ時に限らず随時行うことができる。
5.子機の制御部430は、割込み信号INTに応答してスリープ状態からウェークアップして動作状態となり、無線モジュール470からクエリの受信を開始する。
7.子機の制御部430は、受信した状態通知間隔Tを基にスリープ時間Tslpを算出し、スリープ時間をスリープタイマ420に設定し、タイマをスタートさせる。
8.子機の制御部430は、スリープ時間をタイムアウトすると、ウェークアップされる。そして、親機10から、例えば、センサの情報の出力を要求するコマンドを含むクエリを受信すると、無線モジュール470をウェークアップさせて送信状態にする。
10.子機の制御部430は、周辺電源をオフする。
11.子機の制御部430は、無線モジュール470をパワーダウンモード(低消費電力)にして、自分自身の電源をオフする。
13.親機は、全ての子機へのアクセスが完了した時点で、ホスト装置30にスリープ時間に関する設定があるか否かを問合せする。あればスリープ時間の設定内容を変更する。具体的には、アクセス周期Tを変更する。
1.子機は、スリープタイマ420だけが動作している状態である。
2.子機のスリープタイマ420は、スリープ時間Tslpがタイムアウトになった時点で、割込みを発生させ子機のMPUの電源をオンにする。
Tslp=T−Trst−Tini−Trcv−Tst
で算出される。
親機がアクセスする周期Tよりも前に子機が電源オンされる時間Tpは、
Tp=Trst+Tini+Trcv+Tst
となる。
4.親機は、ホストから受信した状態通知間隔T、またはデフォルト値を子機のスリープ時間としてクエリのメッセージの中に付加して子機に送信する。子機のアクセスは、常に子機のアドレスの若い順に行う。
5.子機の無線モジュール470は、受信待ち状態にあり、受信した宛先アドレスが自局なら、受信動作を継続すると同時にMPUに割込みを発生する。
6.子機のMPUは、前記割込みでスリープ状態からウェークアップして動作状態となり、WMからの受信を開始する。
7.子機のMPUは、受信完了後、無線モジュール470のRF回路の電源をオフにしスリープ状態にする。
8.子機のMPUは、受信した状態通知間隔Tを基づきスリープ時間Tslpを算出し、算出したスリープ時間Tslpをスリープタイマ420に設定し、タイマをスタートさせる。
9.子機のMPUは、無線モジュール470のRF回路の電源をオンにしてウェークアップし送信状態にする。
10.子機のMPUは、周辺電源をオンにしてセンサ値、入力情報、子機タイプ等の情報を収集して親機に送信する。
11.子機のMPUは、周辺電源をオフする。
12.子機のMPUは、無線モジュール470をパワーダウンモードにして、自分自身の電源をオフする。
13.親機は、子機から受信した情報をホストに送信する。
14.親機は、(TMx=T/子機台数n)を子機1台の処理時間として上記3〜11の処理を全子機に対して行う。
15.親機は、全ての子機へのアクセスが完了した時点で、ホストにスリープ時間等の設定があるか否かを問合せする。あればスリープ時間等の設定内容を変更する。
また、親機は、子機に対して電池残量を問い合わせるクエリを発行することができ、親機は、子機から受信した電池残量が閾値未満のものが1台でもあれば、子機の状態通知周期Tを延長する。それぞれの子機のスリープ時間Tslpは、同じ値であるが、それぞれの子機間においてスリープ時間は、TM時間だけずれる。
S1.MPU側;バッテリーのパワーオンで、リセット回路410が信号RESET1を出力
WM側;信号PWRONにより電源オン
S2.MPU側;電源ロード制御回路440に信号RESET1が入力され、DC/DCコンバータ402が起動し、リセット回路412が信号RESET2を出力
WM側;パワーダウン状態(低消費電力)
S3.MPU側;MPUに信号RESET2が入力され、MPUの内部が初期化され、WMの信号PWRONをオンにし、信号RESET3をWMに入力
WM側;パワーダウンモードからパワーオンモードに移行
S4.MPU側;62ms待ち
WM側;ハード的な内部初期化(外部からのアクセス不可;60ms)
S5.MPU側;WMの内部レジスタの初期化
WM側;MPUからのデータを各レジスタに設定、完了通知
S6.MPU側;受信監視タイマをスタート
WM側;親機からの受信待ち状態
S7.MPU側;スリープ状態に移行
WM側;親機からの受信待ち状態で、受信時、MPUに割込み発生(外部割込み)
S8.MPU側;WMからの割込みでスリープ状態からウェークアップ
WM側;受信動作
S9.MPU側;受信動作
WM側;受信動作及び完了通知
S10.MPU側;受信した状態通知期間Tからスリープ時間Tslpを算出
WM側;動作状態
S11.MPU側;スリープ時間Tslpをスリープタイマ420に設定して、タイマをスタート
WM側;動作状態
S12.MPU側;前記完了通知でWMをスリープ状態にする
WM側;スリープ状態
S13.MPU側;周辺回路電源ロード(電源ロード制御回路)
WM側;スリープ状態
S14.MPU側;センサ等の情報収集
WM側;スリープ状態
S15.MPU側;周辺回路電源ノーロード
WM側;スリープ状態
S16.MPU側;WMをウェークアップ
WM側;ウェークアップして、動作状態に移行
S17.MPU側;親機に応答パケット送信
WM側;親機に送信及びMPUに完了通知
S18.MPU側;前記完了通知確認し、WMの信号PWRONをオフにしてパワーダウンモードにする
WM側;パワーダウンモードに移行
S19.MPU側;ディスイネーブル信号DISによりDC/DCコンバータをオフ
WM側;パワーダウン状態
20.MPU側;パワーダウン状態
WM側;パワーダウン状態
スリープタイマ420がスリープ時間Tslpをタイムアウトした時点で、信号TMOが電源ロード制御回路420へ出力され、DC/DCコンバータ402がオンし、S3へ。
Q1.電源オン
Q2.MPU内部初期化
Q3.MPUからのWMの内部レジスタの初期化
Q4.最初の子機(アドレス;#01)へのパケット準備
Q5.TMの値でリアルタイマスタート
TM=T/子機台数n(子機1台当たりの処理時間)
Q6.子機にパケット送信
Q7.送信完了後、子機からの受信待ち
受信完了⇒Q9へ(正常受信)
TM=タイムアウトしたとき、ステップS8(子機から応答なし)
Q8.次の子機のパケットを準備
⇒ステップS5へ
Q9.子機からの受信パケットをホストに送信
最終子機以外で完了⇒ステップS10へ
最終子機で完了⇒ステップQ11へ
Q10.次の子機のパケット準備
⇒ステップQ12へ
Q11.ホストに情報要求
ホストから情報を受信
⇒ステップQ10へ
Q12.TMのタイムアウト待ち
タイムアウト⇒ステップQ5へ
・親機と子機間の双方向通信での電池駆動を実現できる。
・親機と子機間の双方向通信が可能なので、子機への情報の設定および変更をシステムのオンライン中に行うことができる。
・親機は、クエリの発行を全ての子機一周するたびに、子機のスリープ時間を算出して、それを子機に送り、子機がそれをスリープタイマとするので、タイマの精度が保証される。
・親機から子機へのクエリは、毎回、全子機に行うので、途中でシステムに参加する子機にもスリープ時間を設定することができる。また、子機の電源を落として、一時的にシステムから切離して、再度、電源を投入してシステムに参加する場合も同様である。
・全体の通信プロトコルに子機のタイプを設けて、そのタイプを予めシステムに登録しておくことにより、子機のプラグ・アンド・プレイも可能となる。
・本実施例による方式は、親機と子機の間に中継機があっても親機からのアクセスが中継機の処理時間分遅れるだけなので、影響を受けない。
Tslp=T−Trst−Tini−Trcv−Tst
(Trstは子機内部のリセット時間、Tiniは子機内部の初期化時間、Trcvは親機の送信時間+子機の受信時間、Tstはスリープタイマ設定とタイマスタートまでの時間)。
C1:子機のスリープタイマ420は、スリープ時間Tslpの値がタイムアウトになって時点で、割込みを発生させ子機のMPUの電源をオンし、親機からの補正データ(スリープ時間、回数)を含むクエリを受信する。子機の詳細な動作は、第1の実施例のときと同様であるため、説明を省略する。
・子機は、補正データを基に、実際のスリープ時間Tslpを割出し、スリープ時間をスリープタイマ420に設定し、且つ、回数をカウンタ480に保存してタイマをスタートさせる。
Tslp=T−Trst−Tini−Trcv−Tst
これは、親機がアクセスする前に、内部処理を行って、受信待ち状態なる時間である。
・子機は、親機に応答パケットを送信する。
・子機は、電源オフ状態になる。
・子機は、親機からアクセスがあった時点でカウンタ480が「0」または「1」か否かを確認する。回数が「0」でも「1」でもないので、カウンタ480を「−1」して、それを保存すると同時にスリープタイマ420をスタートさせる。
・子機は、回数が「0」または「1」でもないので、親機への応答メッセージを送信せず、親機からアクセスがあったことだけを認識して、即、電源オフ状態になる。
・子機は、親機からのアクセスがあった時点でカウンタ480が「1」なので、親機に対して、同期終了の応答メッセージを送信する。
・子機は、親機に同期終了の応答メッセージを送信後、カウンタ480を「−1」して電源オフ状態になる。
・子機は、親機からのアクセスがあった時点でカウンタ480が「0」か否かを確認する。カウン値が「0」なので、親機からのクエリを受信し、通常の動作を行う。
・子機は、受信した状態通知間隔(T)を基に以下の計算をして、スリープ時間Tslpを割出し、スリープ時間をスリープタイマ420に設定し、タイマをスタートさせる。次も、親機から同期補正の指示があれば、カウンタ480には、再び回数が設定され、そうでなければカウント値は、「0」のままである。
Tslp=T−Trst−Tini−Trcv−Tst
これは、親機がアクセスする前に、内部処理を行って、受信待ち状態なる時間である。
・子機は、親機に応答メッセージを送信する。
・子機は、電源オフ状態になる。
親機と子機間のスリープサイクルの同期補正を行うことにより、無制限にスリープタイマ時間を設定することが可能である。
ある電池残量と環境温度からスリープタイマ時間を伸ばすことで、電池寿命の延伸を図ることも可能である。
20(20a〜20n):子機 30:ホスト装置
200:通信制御プログラム 210:クエリ作成部
220:スリープ時間情報設定部 230:クエリ送信部
240:応答メッセージ受信部 250:子機情報提供部
400:電池 402、404:DC/DC変換器
410、412:リセット回路 420:スリープタイマ
430:制御部(MPU) 440:電源ロード制御回路
450:アドレス保持部 460:割込み制御部
470:無線モジュール 480:カウンタ
Claims (6)
- 電池により駆動される複数の子機と、複数の子機と無線通信を行う親機とを備えた無線通信システムであって、
親機は、子機のスリープ時間に関するスリープ時間情報を含むクエリを決められたアクセス周期TMで全ての子機に送信する送信手段と、
前記クエリに対する応答メッセージを受信する受信手段と、
前記応答メッセージの受信状況に基づき子機の同期が外れているか否かを判定する判定手段と、
同期が外れていると判定した場合に、子機のスリープ時間を複数に分割した同期補正用のスリープ時間情報と同期を補正するための補正命令を含むクエリを前記送信手段に送信させる補正手段とを有し、
複数の子機の各々は、
親機からのクエリを受信する受信手段と、
受信したクエリに含まれるスリープ時間情報に基づきスリープ時間を設定し、スリープ時間を計測するスリープ設定手段と、
スリープ時間を設定するときに主要回路の電源をオフにし、スリープ時間が経過したときに主要回路の電源をオンにする電力制御手段と、
親機からのクエリに対する応答メッセージを送信する送信手段と、
前記同期補正用のスリープ時間情報と前記補正命令を含むクエリが受信された場合、前記補正命令に従い前記同期補正用のスリープ時間情報に基づくスリープ時間を前記スリープ設定手段に設定させ、複数のスリープとウェークアップを繰り返させる同期補正実行手段とを有し、
親機が複数の子機の各々をアクセスする時間と子機のスリープ時間が同期される、無線通信システム。 - 前記同期補正用のスリープ時間情報に基づき設定されるスリープ時間×設定される回数は、1台の子機のスリープ時間に等しい、請求項1に記載の無線通信システム。
- 親機は、子機へのアクセス周期TMを変更することなく、子機の同期補正を行う、請求項1または2に記載の無線通信システム。
- アクセス周期TMは、全ての子機をアクセスするアクセス周期Tと子機の台数nとしたとき、T/nであり、親機は、アクセス周期TMの時間間隔で子機をアクセスする、請求項1ないし3いずれか1つに記載の無線通信システム。
- 電池により駆動される複数の子機と、複数の子機と無線通信を行う親機とを備えた無線通信システムにおける無線通信方法であって、
親機は、子機のスリープ時間に関するスリープ時間情報を含むクエリを決められたアクセス周期TMで全ての子機に送信するステップと、
前記応答メッセージの受信状況に基づき子機の同期が外れているか否かを判定するステップと、
同期が外れていると判定した場合に、子機のスリープ時間を複数に分割した同期補正用のスリープ時間情報と同期を補正するための補正命令を含むクエリを前記送信手段に送信させるステップとを有し、
複数の子機の各々は、親機から送信されたクエリを受信するステップと、
受信したクエリに含まれるスリープ時間情報に基づきスリープタイマにスリープ時間を設定しかつスリープタイマを起動させるステップと、
クエリに対する応答メッセージを送信するステップと、
応答メッセージの送信後、スリープ時間の間、主要回路の電源をオフにし、スリープ時間が経過したときに主要回路の電源をオンにするステップと、
前記同期補正用のスリープ時間情報と前記補正命令を含むクエリが受信された場合、前記補正命令に従い前記同期補正用のスリープ時間情報に基づくスリープ時間を前記スリープ設定手段に設定させ、複数のスリープとウェークアップを繰り返させるステップとを有し、
親機が複数の子機の各々をアクセスする時間と子機のスリープ時間が同期される、無線通信方法。 - 同期補正用のスリープ時間情報に基づき設定されるスリープ時間×設定される回数は、1台の子機のスリープ時間に等しく、親機は、全ての子機をアクセスするアクセス周期Tを変更することなく、子機の同期補正を行う、請求項5に記載の無線通信方法。
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