JP7449510B2

JP7449510B2 - センサデバイス

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Publication number: JP7449510B2
Application number: JP2020079282A
Authority: JP
Inventors: 收滝口; 秀之 ▲高▼橋; 晴一金谷
Original assignee: Kyushu University NUC
Current assignee: Kyushu University NUC
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2040-04-28
Also published as: JP2021174372A

Description

本発明はセンサデバイス及び家畜管理システム関する。

従来より、電力の供給と遮断とを切り替えるスイッチング手段を有するセンサデバイスが知られている（特許文献１）。センサデバイスのセンサ部は、温度、湿度、照度、気圧、二酸化炭素濃度、メタンガス濃度、風力の少なくとも１つを計測することができる。スイッチング手段はセンサ部及び通信部への電力の供給の切替を行い、当該スイッチング手段の入切によって電力消費量を最小限に抑えることができる。センサデバイスは、牛の耳に装着する耳標等に装着され、電源は太陽光等の自然エネルギーとなる。

他の生体情報収集装置では、モデル生体である小型動物に埋め込まれた温度センサ及び加速度センサの情報を子機から親機に無線送信する（特許文献２）。子機の温度センサ、加速度センサ及び制御部は、電源であるコイン電池から電力供給を受けて作動する。センシングデータは、無線で送信されるため小型動物の生体活動を妨げない。

特開２０２０－２７４５４公報特開２０１５－８２９７８号公報

従来のセンサデバイスのセンサ部は、電力消費量を最小限に抑えるため、センサ部を短時間起動してデータ採取し、当該データが通信部で送信された後は電力供給が遮断されていた。これにより、センサ部が収集できるデータは温度や湿度等に限られてしまうため、これらのデータから得られる情報も限定的であった。また、音データや画像データなど情報量の多い計測データの採取が望まれていたが、これらの計測データの採取は電力消費量も膨大になってしまうため実用的なデータを得ることは難しかった。

特許文献２に記載の生体情報収集装置では、電源であるコイン電池から加速度センサ及び制御部に電力が供給され、１分ごとにモデル生体の水平方向移動距離、体温、及び立ち上がり回数を示すデータを記憶し４分ごとに当該データを親機に送信する。そうすると、コイン電池の消費量も多くなってしまうため、広大な敷地で放牧される家畜などの大型動物の場合は電池が消耗したことに気づき難く、必要となるデータを取得できない場合があった。

そこで、本発明は、電力消費量を抑制しつつ必要な計測データを採取可能なセンサデバイスを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために第１の発明は、家畜に着脱可能に装着される前記家畜の状態を検出するためのセンサデバイスであって、電力を供給する電源供給部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作する制御部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、周囲の音声を検出するマイクと、前記マイクの検出した音データを記憶する記憶部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、前記記憶部に記憶された前記音データを無線通信によって外部機器に送信する通信部と、を有し、前記制御部は、前記マイクの検出した前記音データが所定の条件を満たしたとき、前記マイクの検出した前記音声の前記記憶部への記憶を開始し、前記通信部は、前記制御部の前記記憶部への記憶が完了してから所定時間内に前記マイクの検出した前記音データが前記所定の条件を満たしたとき、前記記憶部に記憶された前記音データを前記外部機器に送信し、前記通信部は、前記制御部の前記記憶部への記憶が完了してから前記所定時間内に前記マイクの検出した前記音データが前記所定の条件を満たさなかったとき、前記記憶部に記憶された前記音データを前記外部機器に送信しないことを特徴とするセンサデバイスを提供している。

第２の発明では、第１の発明に記載されたセンサデバイスであって、周囲の変化を検出する起動センサをさらに有し、前記起動センサの検出結果が所定の条件を満たしたとき、前記マイクに前記電源供給部から前記電力が供給されて前記音声の検出を開始するとともに、前記制御部に前記電源供給部から前記電力が供給されて起動することを特徴としている。

第３の発明では、第２の発明に記載されたセンサデバイスであって、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、周囲の温度を検出する温度検出部をさらに有し、前記起動センサの検出結果が前記所定の条件を満たしたとき、前記温度検出部に前記電源供給部から前記電力が供給されて前記温度の検出を開始して前記記憶部に温度データを記憶し、前記通信部は、前記マイクの検出した前記音データが所定の条件を満たしたとき、前記音データ及び前記温度データを前記外部機器に送信することを特徴としている。

第１の発明によると、マイクの検出する音データが所定の条件を満たしたとき記憶部への記憶を開始するため、必要な期間の音データのみを記憶することができ、電力消費量を抑制することができる。また、音データは容量が大きいため、長時間音データを記憶すると記憶部の容量が一杯になってしまう可能性がある。しかし、本発明によると必要最低限の音データのみを取得することができるため、記憶部の容量を圧迫しない。これにより、本当に必要な音データのみを効率的に採取することができる。さらに、マイクによってセンサデバイス周辺の音を記録することができるため、従来の温度や湿度等のデータと比較するとより的確に周囲の状況を把握することができる。また、通信部によって記憶部に記憶された音データを外部機器に送信するため、離れた場所からセンサデバイスの周囲の状況を把握することができる。

第２の発明によると、起動センサの検出結果が所定の条件を満たしたときマイクに電力が供給されるため、マイクは音データの取得が必要な場合のみ起動する。これにより、センサデバイスの電力消費量の更なる削減を行うことができる。また、起動センサの検出結果が所定の条件を満たしたときに制御部に電力が供給されるため、制御部は必要なときにのみ起動する。これにより、センサデバイスの電力消費量の更なる削減を行うことができる。

第３の発明によると、起動センサの検出結果が所定の条件を満たしたときに温度検出部に電力が供給されて温度の検出を開始するため、センサデバイスの電力消費量の更なる削減を行うことができる。さらに、所定時間毎に定期的に温度検出部が温度を検出する従来のセンサデバイスと比較すると、所定の条件を満たしたとき温度の検出を行うため、必要な計測データを最低限の電力消費量で採取することができる。また、前記通信部は前記マイクの検出した音データが所定の条件を満たしたとき外部機器に音データ及び温度データを送信するため、必要なデータを効率的に外部機器に送信することができる。これにより、センサデバイスの電力消費量の更なる削減を行うことができる。

また、記憶部への記憶開始から所定時間経過後に停止するため、電力の消費量を最小限に抑えるとともに必要な音データのみを効率的に採取することができる。また、同時に制御部及びマイクへの電源供給を遮断するため、待機状態のときの電力消費量を抑制することができる。

また、センサデバイスはマイクの検出する周波数が所定の条件を満たしたとき音の録音を開始するため、家畜が発する音データを録音することができ電力消費量を抑制することができる。また、本当に必要な音データを取得することができないという事態を回避できる。さらに、マイクによって家畜の音を記録することができるため、従来の温度や湿度等のデータと比較すると多くの情報を得ることができる。また、通信部によって記憶部に記憶されたデータを外部機器に送信するため、離れた場所から家畜の状態を把握することができる。

本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムの概略図本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムのセンサデバイスを耳標に装着したときの正面図。本発明の第１の実施の形態によるセンサデバイスが装着された耳標を牛の耳に装着したときの図。本発明の第１の実施の形態によるセンサデバイスのブロック図。本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムのフローチャート。本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムの電圧を示すタイムチャート。本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムのマイクの検出結果を示すグラフ。本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムの図７の検出結果の一部を拡大したグラフ。本発明の第１の実施の形態によるセンサシステムのマイクの検出結果を示すグラフ。本発明の第１の実施の形態によるセンサシステム図９の検出結果の一部を拡大したグラフ。本発明の第２の実施の形態によるセンサシステムのフローチャート。本発明の第３の実施の形態によるセンサシステムのフローチャート。本発明の第４の実施の形態によるセンサシステムの斜視図。本発明の第５の実施の形態によるセンサシステムの使用状態を示す図。本発明の第６の実施の形態によるセンサシステムの使用状態を示す図。

本発明の第１の実施の形態によるセンサシステム１を図１から図１０に基づき説明する。センサシステム１は、牛１０などの家畜が発する音、及び牛１０の体温を計測データとして取得しサーバに蓄積することで、家畜の状態を把握する。管理する家畜は、牛１０以外にも例えば、豚、馬、羊、鶏、愛玩動物などに適用できる。また、家畜に限らず、ヒト、魚類、鳥類、昆虫などの動物にもセンサシステム１を適用することができる。なお、センサシステム１の利用分野は、動物等の管理や監視に限定されるものではなく、各種ＩｏＴ（ＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ）デバイスとして使用することができる。

センサシステム１は、牛１０に装着されるセンサデバイス２と、センサデバイス２から送信されるデータを受信する受信機３と、ＰＣ端末４と、携帯端末５と、クラウドサーバ６と、から構成されている。センサデバイス２から送信された計測データは、受信機３を介してクラウドサーバ６に蓄積される。ＰＣ端末４及び携帯端末５は、通信ネットワークを介してクラウドサーバ６に蓄積された情報を閲覧することができる。なお、受信機３が受信した計測データを、クラウドサーバ６を介することなく、ＰＣ端末４又は携帯端末５にセンサデバイス２に蓄積してもよい。受信機３、ＰＣ端末４、携帯端末５、及びクラウドサーバ６は、本発明の外部機器の一例である。

図２に示すように、センサデバイス２は防水、防じん、防汚のためのケーシング２０に覆われた状態で、牛１０の耳に装着される耳標１１に固定される。図４に示すように、センサデバイス２は、本体部２Ａと、センサユニット２Ｂと、本体部２Ａとセンサユニット２Ｂとを繋ぐケーブル２Ｃと、から構成される。図３（ａ）に示すように、耳標１１は、バーコード及び所定の番号が表面に印刷された接合部材１２と、貫通する保持孔１５が形成された被接合部材１３と、から構成される。接合部材１２には、内部が空洞の突起１４が設けられていて、被接合部材１３の保持孔１５と係合可能である。

図３（ｂ）に示すように、牛１０の耳１０Ａに孔をあけて突起１４を通し、突起１４を保持孔１５で保持することにより耳標１１が耳１０Ａに固定される。図３中に点線で示すように、センサデバイス２の本体部２Ａはケーシング２０に収納され、センサユニット２Ｂが突起１４の内部に収納され、本体部２Ａとセンサユニット２Ｂとがケーブル２Ｃで接続される。これにより、牛１０が柵等に体を擦りつけたり牛１０が互いにぶつかったりする場合であっても、ケーシング２０が牛１０から外れ難い。また、センサユニット２Ｂが耳１０Ａを貫通する突起１４の内部に配置されているため、牛１０の体温や鳴き声の振動を精度良く検出することができる。なお、センサデバイス２を取り付ける場所は牛１０のストレスとならない場所が望ましく、耳標１１以外にも尻尾の周辺や背中、足などに装着してもよい。センサデバイス２を首輪に装着する場合には、牛１０の鳴き声等を効率よく検知するために、背中にあたる部分に配置することが望ましい。

図４に示すように、センサデバイス２の本体部２Ａは、制御部２１と、電源供給部２３と、記憶部２４と、通信部２６と、を有している。制御部２１は、センサデバイス２全体を制御するマイコンであって、タイマ２１Ａと、電源供給部２３を制御するパワーコントロールユニットと、ＡＤコンバータと、を有している。

電源供給部２３は、本実施の形態ではボタン電池を用いるが、これに限定されず周囲の環境から電力を生成するマイクロエナジーハーベストであって、例えば、熱、光、振動、電磁波等の電波、又は植物等の有機物に基づいて発電を行ってもよい。また、電磁波による発電であってもよく、太陽光発電と電磁波発電とを組み合わせたハイブリッド式であってもよい。これにより、太陽光が長期間出ていない状態や牛舎に牛１０が長時間居る場合であっても、センサデバイス２を安定的に動作させることができる。この場合には、発電した電力を蓄える蓄電部を設けることが望ましい。蓄電部は、小型のスーパーキャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ、リチウムイオン電池を用いることができる。

記憶部２４は、計測センサ２２によって計測されたデータを一時的に記憶するメモリである。本実施の形態では、着脱可能なマイクロｓｄカードを用いたが、これに限定されず他の外付けメモリであってもよく内蔵メモリであってもよい。記憶部２４は、センサユニット２Ｂによって計測された音データ２４Ａ及び温度データ２４Ｂを記憶していて、所定の容量を超えるとデータが上書きされる。

通信部２６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）によって受信機３とデータ通信を行う。通信部２６と受信機３との通信方式はこれに限定されず、Ｗｉｆｉ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＬＰＷＡ（ＬｏｗＰｏｗｅｒＷｉｄｅＡｒｅｗａ）、９２０ＭＨｚ帯無線通信、無線ＬＡＮ、３Ｇ、４Ｇ、又は５Ｇの移動体通信、赤外線通信等であってもよい。通信部２６と受信機３とのデータ通信の際は、各センサデバイス２に割り当てられた識別子を計測センサ２２が計測した環境データと共に送信する。これにより、クラウドサーバ６上では得られた環境データがどのセンサデバイス２によるものかを識別することができる。識別子は、予めセンサデバイス２に割り当てられているものであってもよく、センサデバイス２と受信機３とが通信を開始したときに割り当てられてもよい。

センサユニット２ＢはケーブルＣを介して本体部２Ａと電気的に接続されていて、計測センサ２２と、起動センサ２５と、から構成される。計測センサ２２は、周囲の音を検出するマイク２２Ａと、環境温度を検出する温度検出部２２Ｂと、を有している。計測センサ２２は、これに限定されず、温度、湿度、照度、気圧、ＣＯ２濃度、メタンガス濃度、風力を計測可能であってもよい。また、計測センサ２２は９軸のジャイロセンサ、振動センサ、静電容量センサによるタッチセンサ、磁気センサ、焦電センサ、超音波センサ等を用いることもできる。計測センサ２２は、通信部２６とＩ２Ｃバスによるシリアル通信によって接続されている。制御部２１が、計測センサ２２からからのシリアル通信によって受け取るデジタル信号を所定の計算式に入れ込むことによって数値データに変換し、当該数値データを記憶部２４に記憶する。

起動センサ２５は、振動等を検知することにより電圧を生じる圧電素子から構成される。センサデバイス２は、計測モードとディープスリープモードとを切替可能であって、計測モードでは各素子に電力が供給され、ディープスリープモードではすべての素子に電力が供給されない。起動センサ２５は、ディープスリープモードから計測モードへの切替を検知するための素子である。起動センサ２５は電源供給部２３からの電力供給が無くても所定の条件により信号を発信する素子であれば、これに限定されない。例えば、曲げセンサ、伸縮ひずみセンサを用いてもよい。起動センサ２５によって生じる電圧信号を契機として、制御部２１、計測センサ２２、及び通信部２６が起動する。起動センサ２５は電源供給部２３からの電力を必要としないため、ディープスリープモードにおける電力消費量を抑制することができる。

受信機３は、牛１０の行動範囲である牧場及び牛舎をカバーするように複数設けられていて、通信部２６から送信されたデータは、少なくとも１つの受信機３によって受信される。受信機３に受信されたデータは、受信機３の識別子が付与されてクラウドサーバ６に送信される。ＰＣ端末４及び携帯端末５は、クラウドサーバ６に蓄積されたデータを閲覧することができる。ＰＣ端末４は牛舎から離れた場所に配置され、携帯端末５は牛舎の管理作業を行う作業者が保持している。牛舎の作業者は、作業をしながら携帯端末５によって牛１０の状態を把握することができる。

次に、図５から図７を参照してセンサデバイス２のセンシングについて説明する。本実施の形態では、特に牛１０の分娩前後の情報を収集する。牛１０の分娩が長時間に及ぶ場合は分娩事故により仔牛が死亡する可能性があるため、作業者による分娩の介助が必要となる。センサデバイス２によって牛１０の分娩タイミングを把握し、作業者が駆けつけることで分娩事故を低減することができる。また、温度検出部２２Ｂで牛１０の体温を管理することで、牛１０の発情状態の検出、又は牛１０の体調管理にも活用できる。

初期状態では、センサデバイス２はディープスリープモードとなっており、電源供給部２３からいずれの素子にも電力が供給されていないため、電力消費量はほぼゼロである。起動センサ２５が所定の振動を検知すると（Ｓ１：ＹＥＳ、図６のｔ１）、ディープスリープモードから計測モードに切り替わる。具体的には、電源供給部２３から制御部２１に電力が供給され起動する（Ｓ２、図６のｔ２）。制御部２１が起動すると同時に、タイマ２１Ａがカウントを開始する。制御部２１の起動から所定時間が経過すると計測モードからディープスリープモードに切り替わり、すべての素子への電力供給が遮断される。

起動センサ２５によって出力される電圧信号は、制御部２１を起動するためのＰｏｗｅｒＧｏｏｄピン及びＥｎａｂｌｅピンに出力される。これにより、電源供給部２３から制御部２１に電力が供給される。起動センサ２５は、牛１０が特定の周波数の鳴き声を振動として検知する。牛１０は分娩直前に息遣いが荒くなり苦しいうめき声で繰り返し鳴くため、この周波数帯を検知する。牛１０の分娩前の息遣い等の周波数帯域は０．５～２．０ｋＨｚであるため、この周波数帯を起動センサ２５の起動周波数として設定する。なお、これに限定されず、家畜の種類や鳴き声に応じて起動センサ２５の起動する周波数帯を任意に設定することができる。起動センサ２５として曲げセンサや伸縮ひずみセンサを用いた場合には、牛１０の立つ、座る、身体を揺するなどの行動によって制御部２１を起動してもよく、***の張りなどを契機としてもよい。

制御部２１は、電源供給部２３からの電力を計測センサ２２に供給する（Ｓ３、図６のｔ３）。これによりマイク２２Ａ及び温度検出部２２Ｂが起動し、マイク２２Ａで周囲の音の検出を開始するとともに温度検出部２２Ｂで牛１０の耳１０Ａの温度検出を開始する（Ｓ３）。このとき、計測センサ２２が検出した計測データは記憶部２４に記憶されない。

図７及び図８に、牛１０が分娩直前の苦しいうめき声や激しい息遣いを発したときのマイク２２Ａの検出結果を示す。マイク２２Ａのサンプリング周波数は、２４ｋＨｚに設定されている。図７は計測センサ２２が時刻ｔ３で起動した後のマイク２２Ａの検出した音の波形、及びマイク２２Ａの検出した音のスペクトログラムである。図８は、図７の時刻ｔ４の拡大図の波形及びスペクトログラムである。

制御部２１は、マイク２２Ａの周波数帯が記憶部２４への記憶を開始するための周波数帯であるか否かを判断する（Ｓ４）。本実施の形態では、牛１０が特定の周波数の鳴き声を振動として検知する。起動センサ２５と同様に、牛１０は分娩直前に息遣いが荒くなり苦しいうめき声で繰り返し鳴くため、この周波数帯を検知する。図７及び図８に示すように、牛１０のうめき声等の周波数帯は０．５～２ｋＨｚであるためこれらの帯域を設定し、この状態が１０ｍｓ以上継続した場合に記憶部２４への音データ２４Ａの記録を開始する（Ｓ４：ＹＥＳ、図６のｔ４）。図８に示すように、時刻ｔ４′が牛１０のうめき声の開始時刻であって、時刻Ｔ４′′までの２０ｍｓの間、周波数帯が０．５～２ｋＨｚの状態が継続される。これにより、制御部２１はマイク２２Ａの周波数帯が記憶部２４への記憶を開始するための周波数帯であると判断する。記憶部２４への記憶を開始する周波数帯は、これに限定されず家畜の種類や鳴き声の周波数帯に応じて任意に設定することができる。また、起動センサ２５の契機となる周波数帯と異なる帯域を設定してもよい。また、記憶部２４への記憶を開始する周波数の継続時間は、１０ｍｓに限定されず任意の数値を設定することができる。

制御部２１は、マイク２２Ａの検出した音を音データ２４Ａとして記憶部２４に記憶すると同時に、温度検出部２２Ｂによって検出された温度を温度データ２４Ｂとして記憶部２４に記憶する（Ｓ５）。本実施の形態ではマイク２２Ａの周波数帯に基づいて記憶部２４への記憶を開始したが、これに限定されず温度検出部２２Ｂの検出する温度に基づいて記憶部２４への記憶を開始してもよい。牛１０は、分娩が近くなったり体調不良になったりすると体温に急激な変化が表れるため、当該変化を検出する。

制御部２１は、計測データであるマイク２２Ａが検出した音データ２４Ａ、及び温度検出部２２Ｂの検出した温度データ２４Ｂを記憶部２４に数秒間記憶する。本実施の形態では、１０秒に設定しているがこれに限定されず任意の値を設定することができる。記憶部２４への記憶が完了すると（図６及び図７のｔ５）、制御部２１は記憶部２４に記憶した計測データを外部に送信するか否かを判断する（Ｓ６）。本実施の形態では、計測データを記憶してから５秒以内に牛１０の特定の周波数の鳴き声をマイク２２Ａで検出したか否かにより、計測データの送信の可否を判断する（Ｓ６）。牛１０が再び周波数帯を０．５～２ｋＨｚでうめき声等をあげた状態が１０ｍｓ以上継続した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、制御部２１はＳ５で記憶した時刻ｔ４から時刻ｔ５までの計測データを、通信部２６を介してクラウドサーバ６に無線送信する（Ｓ７、図６及び図７のｔ６）。このとき、Ｓ５で記憶された計測データは消去されてもよく、保持されていてもよい。

クラウドサーバ６に蓄積されているセンサデバイス２の計測データは、ＰＣ端末４及び携帯端末５で閲覧することができる。クラウドサーバ６は、受信機３から計測データを受信すると、ＰＣ端末４及び携帯端末５に通知を送信する。作業者は、クラウドサーバ６からの通知によって牛１０の分娩が間もなく開始されることを認識でき、現場に急行することができる。作業者が牛１０の分娩を補助することで、死産や難産等の分娩事故を低減することができる。また、温度検出部２２Ｂが検出した温度データ２４Ｂが急激に低下または上昇したときは、牛１０が異常事態であると認識することができる。

計測データを記憶してから５秒以内にマイク２２Ａが周波数帯を０．５～２ｋＨｚの状態を１０ｍｓ以上継続して検出しなかった場合は（Ｓ６：ＮＯ）、制御部２１は時刻ｔ４から時刻ｔ４までの音データ２４Ａをクラウドサーバ６に送信することなく記憶部２４に記憶する。本実施の形態では、通信部２６による送信可否の判断時間を５秒としたが、これに限定されず任意の数値を設定できる。

制御部２１は、タイマ２１Ａによって制御部２１が起動してから所定時間が経過したか否かを判断する（Ｓ８）。本実施の形態では、所定時間は６０秒に設定される。制御部２１は起動から６０秒経過する前である場合には、制御部２１は、再びマイク２２Ａの周波数帯が記憶部２４への記憶を開始するための周波数帯であるか否かを判断する（Ｓ４）。

図９及び図１０に、牛１０の分娩前後及び生まれた仔牛をなめるときのマイク２２Ａの検出結果を示す。マイク２２Ａのサンプリング周波数は、２４ｋＨｚに設定されている。図９は、図７の後のマイク２２Ａの検出した音の波形、及びマイク２２Ａの検出した音のスペクトログラムである。図１０は、図９の時刻ｔ７近傍の拡大図の波形及びスペクトログラムである。

マイク２２Ａが再び周波数帯を０．５～２ｋＨｚの状態を１０ｍｓ以上継続して検出した場合は（Ｓ４：ＹＥＳ、図６のｔ７）、マイク２２Ａが検出した音を音データ２４Ａとして記憶部２４に１０秒間記憶するとともに、温度検出部２２Ｂの検出した温度を温度データ２４Ｂとして記憶部２４に１０秒間記憶する（Ｓ５）。図９に示すように、牛１０が仔牛を産み落とすと（ｔ７）、記憶部２４への記録が開始される。詳細には、図１０に示すように、牛１０は仔牛を産み落とす音を時刻ｔ７′に検出すると記憶部２４への録音が開始され、その直後の時刻ｔ７′′以降継続的に仔牛を舐める音がマイク２２Ａによって検出される。

計測データの記憶部２４への記憶が完了すると（図６及び図９のｔ８）、制御部２１は計測データを外部に送信するか否かを判断する（Ｓ６）。時刻ｔ６と同様に、計測データを記憶してから５秒以内に牛１０の特定の周波数の鳴き声をマイク２２Ａで検出したか否かにより、計測データの送信の可否を判断する。牛１０は分娩後に仔牛を舐めるため、この周波数帯の音を検知する。本実施の形態では周波数帯を０．５～２ｋＨｚとし、この状態が１０ｍｓ以上継続した場合に（Ｓ６：ＹＥＳ）、制御部２１はＳ５で記憶した時刻ｔ７から時刻ｔ８までの計測データを、通信部２６を介してクラウドサーバ６に無線送信する（Ｓ７、図６及び図７のｔ９）。作業者は、携帯端末５によってクラウドサーバ６上の音データ２４Ａを聞き仔牛を舐める音が検出されていることで、無事に分娩が完了したことを認識することができる。

計測データを記憶してから５秒以内にマイク２２Ａが周波数帯を０．５～２ｋＨｚの状態を１０ｍｓ以上継続して検出しなかった場合は（Ｓ６：ＮＯ）、制御部２１は時刻ｔ７から時刻ｔ８までの音データ２４Ａをクラウドサーバ６に送信することなく記憶部２４に記憶する。

制御部２１は、タイマ２１Ａによって制御部２１が起動してから所定時間が経過したか否かを判断する（Ｓ８）。制御部２１の起動から６０秒経過した場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、所定時間が経過したと判断してセンサデバイス２が計測モードからディープスリープモードに切り替わり、電源供給部２３からすべての素子への電力供給が遮断される（Ｓ１０）。

このような構成によると、マイク２２Ａの検出する周波数が所定の条件を満たしたとき音の録音を開始するため、必要な期間の音データ２４Ａのみを録音することができ電力消費量を抑制することができる。また、音データ２４Ａは容量が大きいため長時間音データ２４Ａを記憶すると、記憶部２４の容量が一杯になってしまう可能性がある。しかし、本発明によると必要最低限の音データ２４Ａのみを取得することができるため、記憶部２４の容量を圧迫しない。これにより、本当に必要な音データ２４Ａをのみを採取することができる。さらに、マイク２２Ａによってセンサデバイス２周辺の音を記録することができるため、従来の温度や湿度等のデータと比較するとより的確に周囲の状況を把握することができる。また、通信部２６によって記憶部２４に記憶された各種データをクラウドサーバ６に送信するため、ＰＣ端末４お飛び携帯端末５を操作することにより離れた場所からセンサデバイス２の周囲の状況を把握することができる。

このような構成によると、起動センサ２５の検出結果が所定の条件を満たしたときにマイク２２Ａに電力が供給されるため、マイク２２Ａは音データ２４Ａの取得が必要な場合のみ起動する。これにより、センサデバイス２の電力消費量の更なる削減を行うことができる。また、起動センサ２５の検出結果が所定の条件を満たしたときに制御部２１に電力が供給されるため、制御部２１は必要なときにのみ起動する。これにより、センサデバイス２の電力消費量の更なる削減を行うことができる。

このような構成によると、起動センサ２５の検出結果が所定の条件を満たしたときに温度検出部２２Ｂに電力が供給されて温度の検出を開始するため、センサデバイス２の電力消費量の更なる削減を行うことができる。さらに、所定時間毎に定期的に温度検出部２２Ｂが温度を検出をする従来のセンサデバイスと比較すると、所定の条件を満たしたときに温度検出を開始するため必要な温度情報を最低限の電力消費量で採取することができる。また、通信部２６はマイク２２Ａの検出した音データ２４Ａが所定の条件を満たしたときクラウドサーバ６に計測データを送信するため、必要な計測データを効率的にクラウドサーバ６に送信することができる。これにより、センサデバイス２の電力消費量の更なる削減を行うことができる。

このような構成によると、制御部２１がタイマ２１Ａに計測に基づいて計測データの記憶開始から所定時間経過後に停止するため、電力の消費量を最小限に抑えるとともに必要な計測データのみを効率的に採取することができる。また、同時に制御部２１及びマイク２２Ａへの電源供給を遮断するため、待機状態のときの電力消費量を抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について、図１１を参照して説明する。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。

図１１に示すように、第２の実施の形態によるセンサデバイスは、初期状態で計測モードとなっており（Ｓ１１）、常時電源供給部２３から制御部２１及び計測センサ２２ｄに電力が供給されている。第１の実施の形態と同様に、マイク２２Ａが所定の周波数帯の音声を１０ｍｓ以上継続して検出すると（Ｓ４：ＹＥＳ）、記憶部２４への音データ２４Ａ及び温度データ２４Ｂの記憶を開始する（Ｓ５）。

計測データを記憶してから５秒以内にマイク２２Ａが所定周波数帯の音声を１０ｍｓ以上継続して検出すると（Ｓ６：ＹＥＳ）、制御部２１が記憶された音データ２４Ａをクラウドサーバ６に無線送信し（Ｓ７）、再び特定の周波数を検知したか否かを判断する（Ｓ４）。

このような構成によると、制御部２１及び計測センサ２２が常時起動している計測モードであるため、牛１０の音データ２４Ａの採取漏れを低減することができる。また、制御部２１は所定の周波数帯の音声の検出を契機として記憶部２４への記憶を開始するため、必要となる音データ２４Ａのみを採取することができ、記憶部２４の記憶容量の圧迫を抑制することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について、図１２を参照して説明する。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。

図１２に示すように、第３の実施の形態によるセンサデバイスでは、マイク２２Ａが所定の周波数帯の音声を１０ｍｓ以上継続して検出すると（Ｓ４：ＹＥＳ）、記憶部２４への音データ２４Ａの記憶を開始する（Ｓ５）。所定時間が経過すると（Ｓ８：ＹＥＳ）、制御部２１がＳ５で記憶された音データ２４Ａをクラウドサーバ６に無線送信し（Ｓ７）、ディープスリープモードとなる（Ｓ９）。

このような構成によると、記憶部２４に記憶された音データ２４Ａはすべてがクラウドサーバ６に送信されるため、必要な音データ２４Ａが記憶部２４に記憶されたまま活用されないという事態を回避することができる。このとき、クラウドサーバ６はＰＣ端末４及び携帯端末５に所定の通知を行うことが望ましい。

次に、本発明の第４の実施の形態について、図１３を参照して説明する。上述の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。

センサデバイス２の本体部２Ａは防水性のケーシング１２０に収納されていて、ケーブル２Ｃを介してセンサユニット２Ｂがケーシング１２０の外部に露出している。ケーシング１２０は、一対の腕部１２０Ａと、フック１２０Ｂと、を備えている。センサユニット２Ｂがケーシング１２０の外部に露出していることにより、所望の位置でデータ採取を行うことができる。

ケーシング１２０は、一対の腕部１２０Ａを互いにフック１２０Ｂで保持することによって牛舎の柱やホース等に着脱可能に固定される。センサユニット２Ｂはケーブル２Ｃを介してケーシング１２０の外部に露出したが、ケーシング１２０内部に収納されていてもよい。

このような構成によると、ケーシング１２０に一対の腕部２０Ａ及びフック２０Ｂが設けられているため、所望の箇所に設置することができる。また、センサユニット２Ｂがケーシング１２０から露出しているため、音や温度を検出したい箇所にセンサを配置することができる。

次に、本発明の第５の実施の形態について、図１４を参照して説明する。上述の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。第５の実施のセンサデバイス２０２は、計測データを検出するために地中２００に埋設される。

センサデバイス２０２は、地中２００に挿入される防水性のケーシング２２０に収納される。ケーシング２２０は、地表に露出している蓋部２２１と、地中２００に埋設され本体部２Ａが収納される埋設部２２２と、地中２００に埋設されセンサユニット２Ｂ及びケーブル２Ｃが収納される棒状のロッド部２２３と、から構成される。

蓋部２２１の上面には、太陽光パネルである電源供給部２３０が設けられており、センサデバイス２０２は太陽光で駆動する。ロッド部２２３にはケーブル２Ｃが挿通され先端近傍にセンサユニット２Ｂが配置される。

このような構成によると、太陽光パネルによってセンサデバイス２０２が駆動するため、電池交換が不要であり継続的に計測データを採取することができる。また、センサデバイス２で地響きや地鳴り等を検出することにより、事前に土砂災害や地すべり、雪崩等を予見することができる。

次に、本発明の第６の実施の形態について、図１５を参照して説明する。上述の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。第６の実施の形態によるセンサデバイス３０２は、養殖や観賞用の水槽内で水面３００を浮遊することにより水質を管理する。

センサデバイス３０２は、水面３００に浮遊する防水性のケーシング３２０に収納される。ケーシング３２０は、地表に露出している蓋部３２１と、浮力を有し本体部２Ａが収納される浮き部３２２と、水中に沈みセンサユニット２Ｂ及びケーブル２Ｃが収納される棒状のロッド部３２３と、から構成される。

蓋部３２１の上面には、太陽光パネルである電源供給部３３０が設けられており、センサデバイス３０２は太陽光で駆動する。ロッド部３２３にはケーブル２Ｃが挿通され先端近傍にセンサユニット２Ｂが配置される。

このような構成によると、太陽光パネルによってセンサデバイス３０２が駆動するため、電池交換が不要であり継続的に計測データを採取することができる。また、センサデバイス２０２で水温や塩分濃度等を検出することにより、養殖や観賞用魚の健康管理を行うことができる。

本発明によるセンサデバイス及びセンサシステムは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。

上述の実施の形態では、計測センサ２２では、温度、湿度、照度、気圧、ＣＯ２濃度、メタンガス濃度、風力の少なくとも１つを計測可能だったが、これに限定されない。例えば、９軸のジャイロセンサ、振動センサ、静電容量センサによるタッチセンサ、磁気センサ、焦電センサ、超音波センサなどを用いることができる。管理する動物が魚類である場合には、温度センサによって水温を検知し、気圧センサによって水位を検知し、９軸センサによって地磁気を検知して移動方向を検出してもよい。また、土中の動物が対象である場合には、湿度センサによって土中の水分量を検出することもできる。

１センサシステム
２、１０２、２０２、３０２センサデバイス
３受信機
４ＰＣ端末
５携帯端末
６クラウドサーバ
２１制御部
２１Ａタイマ
２２計測センサ
２２Ａマイク
２２Ｂ温度検出部
２３、２２３、３３０電源供給部
２４記憶部
２５起動センサ
２６通信部

Claims

家畜に着脱可能に装着される前記家畜の状態を検出するためのセンサデバイスであって、
電力を供給する電源供給部と、
前記電源供給部から供給される前記電力によって動作する制御部と、
前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、周囲の音声を検出するマイクと、
前記マイクの検出した音データを記憶する記憶部と、
前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、前記記憶部に記憶された前記音データを無線通信によって外部機器に送信する通信部と、を有し、
前記制御部は、前記マイクの検出した前記音データが所定の条件を満たしたとき、前記マイクの検出した前記音声の前記記憶部への記憶を開始し、
前記通信部は、前記制御部の前記記憶部への記憶が完了してから所定時間内に前記マイクの検出した前記音データが前記所定の条件を満たしたとき、前記記憶部に記憶された前記音データを前記外部機器に送信し、
前記通信部は、前記制御部の前記記憶部への記憶が完了してから前記所定時間内に前記マイクの検出した前記音データが前記所定の条件を満たさなかったとき、前記記憶部に記憶された前記音データを前記外部機器に送信しないことを特徴とするセンサデバイス。
周囲の変化を検出する起動センサをさらに有し、
前記起動センサの検出結果が所定の条件を満たしたとき、前記マイクに前記電源供給部から前記電力が供給されて前記音声の検出を開始するとともに、前記制御部に前記電源供給部から前記電力が供給されて起動することを特徴とする請求項１に記載のセンサデバイス。
前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、周囲の温度を検出する温度検出部をさらに有し、
前記起動センサの検出結果が前記所定の条件を満たしたとき、前記温度検出部に前記電源供給部から前記電力が供給されて前記温度の検出を開始して前記記憶部に温度データを記憶し、
前記通信部は、前記マイクの検出した前記音データが所定の条件を満たしたとき、前記音データ及び前記温度データを前記外部機器に送信することを特徴とする請求項２に記載のセンサデバイス。