センサネットワークシステム
【課題】周囲環境を正確に測定するとともに、バッテリー交換頻度を少なくするセンサ端末を有するセンサネットワークシステムを提供すること。
【解決手段】センサネットワークシステム１０００において、空気流の変動を測定するフローセンサを備え、このフローセンサの測定データをもとに、他の物理現象を測定する周囲環境測定センサの起動タイミングを決めるセンサ端末５を有するように構成した。
【解決手段】センサネットワークシステム１０００において、空気流の変動を測定するフローセンサを備え、このフローセンサの測定データをもとに、他の物理現象を測定する周囲環境測定センサの起動タイミングを決めるセンサ端末５を有するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に有するセンサからの測定データの受信、及び、該センサに対して動作制御を行うセンサ端末と、通信制御装置を介して該センサ端末と相互にデータ通信を行う外部装置とを有し、一定空間内での環境を監視及び管理するセンサネットワークシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信技術、特に無線通信技術の進歩に伴い、複数のセンサ付無線端末を散在させ、その端末同士が協調して環境や物理的状況を採取する無線ネットワークシステムが提唱されている。このようなシステム概念はセンサネットワークシステムと呼ばれており、多様な分野への応用が期待されている。
【０００３】
一例をあげると、発電設備から末端の電力機器までをセンサ付端末のネットワークで結ぶ構成がある。このような構成からなるセンサネットワークシステムは、電力需要と供給双方の情報が取得可能なので、電力網内での需給バランスを最適化できる。この構成はスマートグリッドと呼ばれ、米国で提案されたシステムである。
【０００４】
また、センサネットワークシステムは、上記のような非常に広範囲における情報取得を目的としたものだけではなく、限定的な空間管理を目的に情報取得を行うものもある。例えば、半導体製造におけるクリーンルームの清浄度監視及び管理、病院等の空気感染防止のための空調管理、ホームセキュリティ関連分野（車両盗難監視、屋内不審者侵入監視、火災監視等）等、センサネットワークシステムを応用できる分野は幅広い。
【０００５】
ここでは、一例として、クリーンルームの清浄度監視及び管理について適用されるセンサネットワークシステムをとりあげる。
【０００６】
近年の半導体製造技術は微細化の一途をたどり、半導体製造装置を設置するクリーンルーム内の清浄度の向上およびその維持への要求が高まっている。このため、クリーンルーム内に設置する製造装置や空調機器に対し、発塵量の低減を目的とした開発が進められている。同時に、発塵の主因の一つである作業者数の低減を図ることで、クリーンルーム内の無人化及び自動化が進められている。このため、特許文献１では、クリーンルーム内の清浄度を自動的に情報取得し、この情報を外部に無線送信するシステムが開示されている（例えば、図２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このようなシステムでは、センサの駆動や無線通信を行う電力源となるバッテリーが必要不可欠な構成となる。つまり、上記システムでは、センシングに要する電力及び無線通信に要する電力全てをバッテリーが賄うこととなる。このため、上記システムにおいて、クリーンルームの状況（例えば、クリーンルーム内の清浄度合いなど）を正確に取得するために短時間間隔で情報収集及び通信を行うと、バッテリー交換が必要となる時間間隔が非常に短くなる。一方で、上記システムにおいて、クリーンルームの状況を長時間間隔で取得すると、異常な状況を把握しそこなうという課題があった。換言すると、上記システムでは、当該システムの配置される正確な状況変動の把握と、バッテリーの長寿命化と、を両立できないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、その目的は、センサネットワークシステムの配置される状況変動を正確に把握するとともに、バッテリー電力を有効かつ長期間活用するセンサネットワークシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の手段を提供する。
本発明のセンサネットワークシステムは、複数のセンサを有し、該センサからの測定データに基づいて、該センサに対して動作制御を行うセンサ端末と、該センサ端末と相互にデータ通信を行う外部装置とを有するセンサネットワークシステムであって、前記センサ端末は、前記センサが、周囲の空気流の流量を測定し当該測定の結果に基づく測定データを生成するフローセンサと、周囲環境の物理量を測定し当該測定の結果に基づく測定データを生成する周囲環境測定センサと、を含み、前記周囲環境測定センサが、起動後に測定を行った後に停止し、所定時間後に再度測定を行う動作を繰り返す間欠測定を行うように構成され、前記フローセンサの測定データに応じて、前記所定時間を決定して前記周囲環境測定センサに前記所定時間後に再度測定を行わせるための制御信号を送信するとともに、前記周囲環境測定センサの測定データを取得可能な制御部を有し、前記制御部及び前記外部装置とのデータの送受信が可能に構成され、前記制御部より送信される前記周囲環境測定センサの測定データを受信して前記外部装置へ送信し、前記外部装置から受信する信号を前記制御部へ送信する通信制御装置を備えたことを特徴とする。
かかる特徴によれば、周囲環境を変化させる可能性のある空気流が発生したときだけセンサを起動して周囲環境を測定することができ、それ以外の時間はセンサが停止しているので消費電力を最低限度に抑えることができる。また、一度センサが周囲環境を測定したあと、再度測定するべき適切な時刻を推定することによって、周囲環境が有意な変化を起こすタイミングでの測定が可能となり、不必要な測定を低減することができる。これにより、センサ端末のバッテリー寿命を長くでき、バッテリー交換頻度を低減することが可能となる。
【００１１】
また、本発明のセンサネットワークシステムは、制御部が、フローセンサの測定データが予め定められた基準値となるデータから変動した時に、周囲環境測定センサに起動信号を送信することを特徴とする。
かかる特徴によれば、周囲環境の変動をフローセンサが測定し、周囲環境の変動情報を元に、必要な周囲環境測定センサのみを起動させることができる。このため、周囲環境の変動によって、必要な周囲環境変動センサのみが起動するため、必要な周囲環境変動を測定しそこなうことがなくなる。また、不必要な周囲環境測定センサは起動しないため、電力消費がなく、バッテリー寿命を長くでき、バッテリー交換頻度を低減することが可能となる。
【００１２】
また、本発明のセンサネットワークシステムは、前記センサ端末は複数備わり、各センサ端末にはそれぞれのセンサ端末を一意に特定するための識別番号が割り振られており、前記制御部は、自機の前記識別番号を付加した測定データを前記通信制御装置に送信することを特徴とする。
かかる特徴によれば、外部装置はどのセンサ端末からの通信かを容易に判断できる。このため、効率的な情報処理が可能となる。
【００１３】
また、本発明のセンサネットワークシステムは、フローセンサが、空気流によって発電することにより駆動することを特徴とする。
かかる特徴によれば、フローセンサはバッテリーからの電力供給無しで駆動することができるので、バッテリーの長寿命化ができ、バッテリー交換頻度を低減することが可能となる。
【００１４】
また、本発明のセンサネットワークシステムは、前記制御部は、前記フローセンサの測定データとともに、前記周囲環境測定センサが起動後に行なった測定の結果に基づく測定データに応じて、前記所定時間を決定することを特徴とする。
かかる特徴によれば、周囲環境が有意な変動を起こしたときをねらってセンサによる測定を行うことができるので、不必要な測定を最低限度に低減することで、消費電力を低減できる。
【００１５】
また、本発明のセンサネットワークシステムは、制御部が、周囲環境測定センサが間欠測定を行う回数を、フローセンサの測定データに応じて決定することを特徴とする。
かかる特徴によれば、周囲環境が有意な変動を起こしたときをねらってセンサによる測定を行い、変動が無くなることが予想できるときには測定を停止することができるので、不必要な測定を最低限度に低減することで、消費電力を低減できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、周囲環境の測定が必要なときのみ測定を行い、測定データ送信することで、バッテリー電力を有効かつ長時間活用できるため、周囲環境情報を精度よく把握できるとともにバッテリー交換頻度を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワークシステムの構成を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワークシステムにおけるセンサ端末の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワークシステムにおける通信制御装置の構成を示す構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワークシステムにおける外部装置の構成を示す構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワークシステムの駆動状態を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るパーティクル濃度の時間変化を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態における、フローセンサ５１１と周囲環境測定センサ５２１の駆動状態を示す。
【図８】本発明の第３の実施形態における、フローセンサ５１１と周囲環境測定センサ５２１の駆動状態を示す。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るパーティクル濃度の時間変化を示す。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係るパーティクル濃度の時間変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態を、図１から図５を参照して説明する。なお、本実施形態に係るセンサネットワークシステム１０００は、半導体製造を行うクリーンルーム内の空気清浄度を監視及び管理に用いるシステムである。
（全体構成）
図１は、本実施形態に係るセンサネットワークシステム１０００の構成を示す図である。センサネットワークシステム１０００は、センサネットワーク１及び外部装置２と、センサネットワーク１と外部装置２相互を接続する通信回線３からなる。
センサネットワーク１は、通信制御装置４と複数のセンサ端末５からなる。さらに、通信制御装置４は前述の通信回線３で外部装置２と接続されている。複数のセンサ端末５各々と通信制御装置４とは無線通信により、相互にデータ送受信できる。
【００１９】
複数のセンサ端末５各々は異なった識別番号（ＩＤ）が設定され、複数のセンサ端末５を個別に識別できるよう構成されている。
なお、図１では、通信制御装置４と外部装置２とは別に設け、通信回線３で結ぶ構成を示したが、通信制御装置４に外部装置２の機能を付加して同一装置としてもよい。
また、図１では外部装置２と接続されるセンサネットワーク１は単数であるが、複数のセンサネットワーク１が存在する構成も可能である。
【００２０】
（センサ端末構成）
センサネットワーク１におけるセンサ端末５の構成について、以下に詳細に示す。図２に、センサ端末５の構成を示す。
センサ端末５は、フローセンサ５１１、周囲環境測定センサ５２１、５２２、５２３、ＣＰＵ５４１、記憶部５４２、無線通信用ＩＣ５６１、バッテリー５７、アンテナ５６２からなる。
【００２１】
フローセンサ５１１は、周囲の空気流量を測定するセンサである。フローセンサ５１１は、例えば、熱源からの温度分布を利用して測定する方式、超音波の伝達速度差を利用して測定する方式、ピトー管、電歪素子の歪を利用して測定する方式、等のセンサである。本実施形態に係るフローセンサ５１１は、空気流によって内部構造が機械的に移動して発電を行う圧電素子を搭載したセンサである。この原理に基づくセンサは、待機時の消費電力がほぼゼロであるので、空気流が起きない時間が長く続くようなクリーンルームにおいて、システム全体の消費電力を最小限に抑えることができる。そして、フローセンサ５１１は、空気流量を測定した際、その測定結果を測定データとしてＣＰＵ５４１へ送信する。
【００２２】
周囲環境測定センサ５２１、５２２、５２３は、周囲環境の物理量を計測するセンサである。具体的に、周囲環境測定センサ５２１、５２２、５２３は、例えば、温度、湿度、気圧、振動、塵埃数、空気流、照度、画像等を測定するセンサである。使用するセンサの種類は、測定したい物理量に応じて選定すればよい。そして、周囲環境測定センサ５２１、５２２、５２３は、周囲環境の物理量を測定した際、その測定結果を測定データとしてＣＰＵ５４１へ送信する。
【００２３】
ＣＰＵ５４１は、演算処理機能等を備えたマイクロコンピュータ等から構成される。ＣＰＵ５４１は、各センサ及び無線通信用ＩＣ５６１、記憶部５４２それぞれと接続されている。そして、ＣＰＵ５４１は、フローセンサ５１１及び周囲環境測定センサ５２１、５２２、５２３が取得した測定データのデータ処理及び無線通信用ＩＣ５６１や記憶部５４２への指示、各種センサの制御を行う。
【００２４】
記憶部５４２は、センサ端末ＩＤや各種センサが取得した測定データ、ＣＰＵ５４１が用いる各種プログラムが格納されている。
無線通信用ＩＣ５６１は、ＣＰＵ５４１からの指示を元に、アンテナ５６２を経て通信制御装置４と無線通信によるデータ送受信を行う。
【００２５】
ここで、ＣＰＵ５４１と記憶部５４２と無線通信用ＩＣ５６１が、制御部を構成する。
バッテリー５７はアンテナ５６２をのぞくセンサ端末５に備わる他の構成に接続され、当該他の構成に対して電力供給を行う。
【００２６】
（通信制御装置）
次に、センサネットワーク１における通信制御装置４の構成について説明する。図３に、通信制御装置４の構成を示す。通信制御装置４は、ＣＰＵ４４１、記憶部４４２、無線通信用ＩＣ４６１、アンテナ４６２、外部装置２との通信用インターフェース４９、電源ＩＣ４７１からなる。
無線通信用ＩＣ４６１は、アンテナ４６２を経て、センサ端末５から送信されるデータの受信及び各センサ端末５への制御命令の送信等を無線通信で行う。
【００２７】
ＣＰＵ４４１は、無線通信用ＩＣ４６１を経て受信した各センサ端末５からのデータ処理、外部装置２に接続される通信用インターフェース４９に対するデータ送受信制御、記憶部４４２へのデータ読み書き等を制御する。
記憶部４４２は、各センサ端末５からのデータ、ＣＰＵ４４１が用いる各種プログラムが格納されている。
通信インターフェース４９は、通信回線３を経て、外部装置２と通信制御装置４との間でデータ送受信を行う。
【００２８】
また、通信制御装置４全体を駆動する電力は、外部から有線４７２で供給され、電源ＩＣ４７１を経て各構成に電力を供給する構成である。しかし、電力の有線供給が難しい場合、通信制御装置４内にバッテリーを搭載し、バッテリーから通信制御装置４の各構成に電力を供給する構成でも実施可能である。
【００２９】
（外部装置）
次に、外部装置２の構成について説明する。図４に、外部装置２の構成を示す。
外部装置２は、センサネットワーク１から送信されるデータの各種処理を行うための装置であり、例えば、通信機能を備えたコンピュータによって構成される。
外部装置２は、ＣＰＵ２４１、記憶部２４２、通信制御装置４との通信用インターフェース２９からなり、加えて、入力部２８１、表示部２８２を備えている。
通信用インターフェース２９は、通信回線３を経て、通信制御装置４との間でデータ送受信を行う。
【００３０】
ＣＰＵ２４１は通信用インターフェース２９で送受信されるデータの各種処理を行う。同時に、ＣＰＵ２４１は、その演算機能に基づいて、通信制御装置４や各センサ端末５への指示制御を行うことができる。ＣＰＵ２４１と接続された記憶部２４２はＣＰＵ２４１における各種処理を行うための各種プログラムやデータを記憶している。
また、ＣＰＵ２４１には、ＣＰＵ２４１を介して記憶部２４２へ各種情報の入力、更新等を行うための入力部２８１（キーボード、マウス等）や表示部２８２（ディスプレス等）が接続されている。
【００３１】
上記構成により、外部装置２は、センサネットワーク１からの測定データに応じて、ユーザに対する情報提供や各種情報処理を行うものであるが、外部装置２の構成は、図４に示す構造に限られるものではない。例えば、外部装置２として、各種ポータブル電子機器や携帯電話機等を採用してもよい。
【００３２】
（センサネットワークの動作）
次に、本実施の形態にかかるセンサネットワークシステム１０００の動作について図５と図６を用いて説明する。図５はフローセンサ５１１と、周囲環境測定センサ５２１の駆動パターンを示すタイミングチャートである。図５において、横軸は時間ｔであり、縦軸はそれぞれのセンサの状態（駆動状態又は停止状態）を示す。図６はパーティクル濃度ｄの時間変化を示す。ここで、図６に示すｄｔｈは、パーティクル濃度ｄの正常範囲の上限値を示す。また、図６の（１）は、フローセンサ５１１の検知・測定する空気流が所定の流量（例えば、予め設定された閾値となる流量）以内である場合のパーティクル濃度ｄの時間変化を、図６の（２）は、フローセンサ５１１の検知・測定する空気流が所定の流量を上回る場合のパーティクル濃度ｄの時間変化を、それぞれ模式的に表している。
【００３３】
まず、図５の（１）に基づき、周囲環境測定センサ５２１の標準的な駆動パターンについて説明する。はじめに、時刻ｔ０でフローセンサ５１１が空気流を検知・測定すると、その信号（測定データ）がＣＰＵ５４１に送られる。すると、ＣＰＵ５４１は、予め定められた空気流の流量の基準値となるデータを記憶部５４２より抽出して測定データとの比較を行い、測定データが変動したと判断すると、周囲環境測定センサ５２１へ起動信号を送信して時刻ｔ１において周囲環境測定センサ５２１を起動させる。すると、周囲環境測定センサ５２１は室内のパーティクル濃度ｄを測定し、その測定結果のデータであるｄ１１をＣＰＵ５４１に送信する。そして、図６の（１）で示すように、ｄ１１はパーティクル濃度ｄの正常範囲の上限値ｄｔｈよりも大きいため、ＣＰＵ５４１が異常値と判断する。なお、周囲環境測定センサ５２１以外の他の周囲環境測定センサ５２２、５２３はパーティクル濃度ｄを測定するセンサでもよいし、他の物理量たとえば温度や湿度を測定するセンサでもよいが、ここでは図示を略している。ここで、フローセンサ５１１の測定した空気流が所定の流量（例えば、予め設定された閾値となる流量）以内である場合は、周囲環境測定センサ５２１は最初の測定時刻ｔ１から所定時間ｄｔ１だけ経過した時刻ｔ１２において、再度周囲環境を測定し、その測定結果のデータであるｄｏｋをＣＰＵ５４１に送信し、その後停止する。図６に示すように、ｄｏｋは正常範囲の上限値ｄｔｈより小さいため、ＣＰＵ５４１が正常値と判断する。以上のように、フローセンサ５１１が一回起動すると、周囲環境測定センサ５２１は２回測定を行う。そして、その測定における時間間隔ｄｔ１はあらかじめ決まっている。つまり、ｄｔ１は、空気流が上記所定の流量の場合に、その空気流によってまき上がるパーティクルがその後落下して、パーティクル濃度ｄが正常範囲に戻ることを期待できる時間に設定される。そうすることで、ＣＰＵ５４１はパーティクル濃度が正常値に戻ったことを確認できるので、次に空気流が発生するまで周囲環境測定センサ５２１は停止状態を継続するため、消費電力はほとんどゼロに近い。
【００３４】
次に、図５の（２）に基づき、フローセンサ５１１の検知・測定する空気流が特別に大きかった場合の、周囲環境測定センサ５２１の駆動パターンについて説明する。はじめに、時刻ｔ０でフローセンサ５１１が空気流を検知し、その流量が所定の値を超えるものであった場合は、その結果を表す信号がＣＰＵ５４１に送られる。次いで、ＣＰＵ５４１は時刻ｔ１において周囲環境測定センサ５２１を起動する。すると、周囲環境測定センサ５２１はパーティクル濃度ｄを測定し、その測定結果のデータであるｄ１２をＣＰＵ５４１に送信する。ここで、空気流が大きいと、より多くのパーティクルがまき上げられていることが予想されるため、図６の（２）に図示されるように、パーティクル濃度ｄが元の値に戻る（つまり、ｄ１２から正常範囲の上限値ｄｔｈよりも小さい値になる）ために必要な時間もより長くなると予想される。そこで、そのような場合には２回目の測定までの経過時間ｄｔ２をｄｔ１よりも長くすることで、パーティクル濃度ｄが元の値に戻ったことを確認する時刻ｔ１３はｔ１２よりも後に設定されることになる。この時刻ｔ１３で再度測定して得られた結果データｄｏｋは正常範囲の上限値ｄｔｈよりも小さいため、ＣＰＵ５４１は正常値に戻ったと判断できる。このあとは、次に空気流が発生するまで周囲環境測定センサ５２１は停止状態を継続するため、消費電力はほとんどゼロに近い。もし２回目の測定までの経過時間ｄｔ２がｄｔ１と同じ値に設定されていると、２回目の測定での結果データはｄｎｇとなり、これは正常範囲の上限値ｄｔｈよりも高いため、まだ異常状態が継続していることになり、再度の測定が必要となってしまう。
【００３５】
ここで、上述のセンサネットワークシステム１０００の動作は、具体的には、以下のようにして実現する。つまり、記憶部５４２には、フローセンサ５１１がＣＰＵ５４１に対して出力する測定データの信号のレベル（例えば、ハイレベル／ローレベル）に対応付けた時間間隔（ｄｔ２／ｄｔ１）が予め記憶される。そして、ＣＰＵ５４１は、フローセンサ５１１より取得した信号のレベルがハイレベルであった場合（つまり、検知・測定された空気流が特別に大きかった場合）、時間間隔ｄｔ２を記憶部５４２より抽出する。一方で、ＣＰＵ５４１は、フローセンサ５１１より取得した信号のレベルがローレベルであった場合（つまり、検知・測定された空気流が所定の流量以内である場合）、時間間隔ｄｔ１を記憶部５４２より抽出する。次に、ＣＰＵ５４１は、抽出した時間間隔ｄｔ２又はｄｔ１に応じて周囲環境測定センサ５２１の駆動パターン（図５の（２）又は（１））を切換えるための指示信号を、当該周囲環境測定センサ５２１へ送信する。すると、周囲環境測定センサ５２１は、受信した指示信号に基づくタイミングでパーティクル濃度ｄを２回測定し、その後停止状態に至る。
【００３６】
このように、ＣＰＵ５４１は、最初にフローセンサ５１１が検知・測定した空気流の大きさによって、周囲環境測定センサ５２１がパーティクル濃度ｄを測定する時間間隔を異なるものにすることで、周囲環境測定センサ５２１は２回駆動するのみでそれ以外の時間は停止しているにも関わらず、パーティクル濃度が正常値に戻ったことを正確に確認することができる。基本的に、ＣＰＵ５４１は、パーティクルがまき上がる可能性が高いときだけ周囲環境測定センサ５２１を駆動してパーティクル濃度ｄを測定させ、それ以外の時間は停止させることでセンサネットワークシステム１０００全体の消費電力を低減することができる。更には、ＣＰＵ５４１は、パーティクル濃度ｄが正常値に戻るタイミングに一致させて２回目の測定を囲環境測定センサ５２１に実行させるために、無駄な測定が無くなり、センサネットワークシステム１０００全体の消費電力を最小化させることができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態における、フローセンサ５１１と周囲環境測定センサ５２１の駆動パターンを示すタイミングチャートである。図７の（１）は標準的な駆動パターンを示し、第１の実施形態で述べた図５の（１）に係る駆動パターンと同じであるので説明を省略する。図７の（２）はフローセンサ５１１が測定した空気流が特別に大きかった場合の駆動パターンを示したものであるが、２回目の周囲環境測定までの時間間隔ｄｔ１は図７の（１）と同じに設定してある。ただし、図７の（２）の駆動パターンでは、測定回数が計４回に増やしてある。こうすることによって、ＣＰＵ５４１は、パーティクルが多くまき上がっていることが予想されるときだけ周囲環境測定センサ５２１の測定回数を増やすことで、パーティクル濃度ｄが正常値に戻ったことを正確に把握することができる。一方、ＣＰＵ５４１は、パーティクルのまき上がり量が通常程度であるときには、測定回数は計２回にして、それ以外の時間について周囲環境測定センサ５２１を停止させているため、センサネットワークシステム１０００全体の消費電力を極めて低い水準に留めることができる。
【００３８】
ここで、本実施形態２において、記憶部５４２には、フローセンサ５１１がＣＰＵ５４１に対して出力する信号のレベル（例えば、ハイレベル／ローレベル）に対応付けた周囲環境測定センサ５２１の測定回数（４回／２回）が予め記憶される。なお、時間間隔は、上記信号のレベルに依らずにｄｔ１が予め記憶部５４２に記憶される。つまり、ＣＰＵ５４１は、フローセンサ５１１より取得した信号のレベルに応じた測定回数を記憶部５４２より抽出することで、上述の駆動パターンの切換えを実現できる。
【００３９】
（第３の実施形態）
図８と図９は本発明の第３の実施形態における、フローセンサ５１１と周囲環境測定センサ５２１の駆動パターンを示すタイミングチャート、パーティクル濃度ｄの時間変化をそれぞれ示す図である。図８の（１）は標準的な駆動パターンを示し、図９の（１）は当該駆動パターンに基づくパーティクル濃度ｄの時間変化を示し、第１の実施形態で述べた図５の（１）に係る駆動パターンや図６の（１）に係るパーティクル濃度ｄの時間変化と同じであるので説明を省略する。
【００４０】
図８の（２）はフローセンサ５１１が測定した空気流が特別に大きかった場合の駆動パターンを示したものであるが、周囲環境測定センサ５２１が２回目に測定するまでの時間間隔ｄｔ２は、図８の（１）の場合の時間間隔ｄｔ１よりも長く設定してある。一方、その後の周囲環境測定センサ５２１が測定を行う時間間隔ｄｔ３、ｄｔ４は時間間隔ｄｔ２よりも段階的に短くなるように設定している。つまり、ＣＰＵ５４１は、図９に示すように、パーティクル濃度ｄが正常範囲の上限値ｄｔｈを下回ると予測される時刻に近いタイミングを表す測定時刻ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５において、複数回にわたって周囲環境測定センサ５２１にパーティクル濃度ｄを測定させるため、正常範囲に戻ったことを一層確実に把握することができる。一方、ＣＰＵ５４１は、それ以外の時間では周囲環境測定センサ５２１を停止させるため、センサネットワークシステム１０００全体の消費電力を極めて低い水準に留めることができる。
【００４１】
ここで、本実施形態３において、記憶部５４２には、フローセンサ５１１がＣＰＵ５４１に対して出力する信号のレベル（例えば、ハイレベル／ローレベル）に対応付けて、周囲環境測定センサ５２１の測定回数（４回／２回）が予め記憶される。なお、記憶部５４２には、測定回数が２回の場合の時間間隔ｄｔ１と、が予め記憶される。
【００４２】
つまり、ＣＰＵ５４１は、フローセンサ５１１より取得した信号のレベルに応じた測定回数を記憶部５４２より抽出する。そして、ＣＰＵ５４１は、信号のレベルがローレベルの場合は時間間隔ｄｔ１に基づいて図８の（１）に示す駆動パターンを実現する、一方、ＣＰＵ５４１は、信号のレベルがハイレベルの場合、時刻ｔ１における周囲環境測定センサ５２１からの測定データを取得した後、当該測定データに基づいて、パーティクル濃度ｄがｄｔｈを下回ると予測される時刻に近いタイミング（例えば測定時刻ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５）で、複数回にわたって周囲環境測定センサ５２１にパーティクル濃度ｄを測定させるように、ｄｔ２、ｄｔ３、ｄｔ４を決定する。これにより、ＣＰＵ５４１は、図８の（２）に示す駆動パターンを実現できる。なお、ｄｔ２（はじめの時間間隔）については、予め記憶部５４２に記憶しておき、ＣＰＵ５４１はｄｔ３以降の時間間隔を決定するように構成しても良い。
以上が、クリーンルーム内の塵埃量監視及び管理に応用した場合のセンサネットワークシステム１０００の動作である。
【００４３】
また、長期間、空気流を測定せず、無線通信が発生しないセンサ端末５は、ＣＰＵ５４１が一定期間毎に、端末ＩＤのみを送信する制御指示を無線通信用ＩＣ５６１に行う。これは、センサ端末５のバッテリー切れやセンサ端末の故障を測定するためである。この端末ＩＤのみの無線通信がなされないセンサ端末のみを、バッテリー交換や故障診断を行うことで、簡易にセンサネットワークシステム全体の維持管理ができる。
【００４４】
（第４の実施形態）
本発明はオフィスの火災測定システムにも応用できる。センサネットワークシステムの基本構成は図１と同じであるので説明を省略する。第１の実施形態との相違は、周囲環境測定センサ５２１〜５２３のうち、５２２に温度測定センサを、５２３に煙感知センサを用いた点である。図１０は温度センサ５２２により測定される室内の温度の時間変化を示す。
【００４５】
まず、図１０の（１）は標準的な駆動パターンを示す。フローセンサ５１１が空気流を検知・測定すると、その信号がＣＰＵ５４１に送られ、ＣＰＵ５４１は時刻ｔ１において温度センサ５２２を起動する。温度センサ５２２は室内の温度を測定し、その測定結果のデータであるＴｐ１１をＣＰＵ５４１に送信する。Ｔｐ１１は温度の正常範囲の上限値Ｔｐｔｈよりも高いため異常値と言えるが、火災の発生可能性が出る温度Ｔｐｃｒよりは低いため、システムは状況の監視を継続する。次に、温度センサ５２２は所定時間後の時刻ｔ１２において再度温度を測定し、測定結果の温度がＴｐｔｈよりも低くなっているので、火災は起きなかったと判断して停止する。システムは次回にフローセンサ５１１が起動するまで停止状態となる。
【００４６】
次いで、（２）は空気流が特別に大きかった場合の駆動パターンを示す。フローセンサ５１１が空気流を検知・測定し、その流量が所定の値を超えるものであった場合は、その結果を表す信号がＣＰＵ５４１に送られ、ＣＰＵ５４１は時刻ｔ１において温度センサ５２２を起動する。温度センサ５２２は温度を測定し、その測定結果のデータであるＴｐ１２を得る。Ｔｐ１２は火災の発生可能性が出る温度Ｔｐｃｒより高いため、緊急信号をＣＰＵ５４１に送信する。同時に、その温度Ｔｐ１２に応じて次回の測定時刻ｔ１３を決定し、測定する。この場合はｔ１３とｔ１との時間差はほとんど無く、連続して測定している状態に近い。その測定を繰り返したあと時刻ｔ１５で、温度が火災の発生可能性が出る温度Ｔｐｃｒよりも低くなると、火災は起きなかったと判断し、次回の測定までの時間を長くする。時刻ｔ１６において正常範囲の上限値Ｔｐｔｈ以下の温度になったので、正常状態に戻ったと判断して、停止する。システムは次回にフローセンサ５１１が起動するまで停止状態となる。このように、フローセンサ５１１が起動した際に測定された空気流の流量に応じて周囲環境測定センサ５２２の測定タイミングを決定することで、不必要な測定は最小限に抑えながら、必要時には多数回の測定を連続して行うことができる。必要な測定は行うことを確保して、システム全体の消費電力を最小限に抑えることができる。また、各センサは常時停止しており、必要時にのみ駆動するため、センサ端末に搭載されたバッテリーの寿命を長くすることができ、バッテリー交換頻度を低減することができる。
【００４７】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また、上述した各実施形態を適宜組み合わせて採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１ センサネットワーク
２ 外部装置
３ 通信回線
４ 通信制御装置
５ センサ端末
２９ 通信用インターフェース
４９ 通信用インターフェース
５７ バッテリー
２４１ ＣＰＵ
２４２ 記憶部
２８１ 入力部
２８２ 表示部
４４１ ＣＰＵ
４４２ 記憶部
４５２ 記憶部
４６１ 無線通信用ＩＣ
４７１ 電源ＩＣ
４７２ 有線
４６２ アンテナ
５１１ フローセンサ
５２１、５２２、５２３ 周囲環境測定センサ
５４１ ＣＰＵ
５４２ 記憶部
５６１ 無線通信用ＩＣ
５８２ アンテナ
１０００ センサネットワークシステム
ｄ、ｄ１１、ｄ１２、ｄｎｇ、ｄｔｈ、ｄｏｋ パーティクル濃度
ｄｔ１、ｄｔ２、ｄｔ３、ｄｔ４ 時間間隔
ｔ、ｔ０、ｔ１、ｔ１２、ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５、ｔ１６ 時刻
Ｔｐｔｈ、Ｔｐ１１、Ｔｐｃｒ、Ｔｐ１２ 温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に有するセンサからの測定データの受信、及び、該センサに対して動作制御を行うセンサ端末と、通信制御装置を介して該センサ端末と相互にデータ通信を行う外部装置とを有し、一定空間内での環境を監視及び管理するセンサネットワークシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信技術、特に無線通信技術の進歩に伴い、複数のセンサ付無線端末を散在させ、その端末同士が協調して環境や物理的状況を採取する無線ネットワークシステムが提唱されている。このようなシステム概念はセンサネットワークシステムと呼ばれており、多様な分野への応用が期待されている。
【０００３】
一例をあげると、発電設備から末端の電力機器までをセンサ付端末のネットワークで結ぶ構成がある。このような構成からなるセンサネットワークシステムは、電力需要と供給双方の情報が取得可能なので、電力網内での需給バランスを最適化できる。この構成はスマートグリッドと呼ばれ、米国で提案されたシステムである。
【０００４】
また、センサネットワークシステムは、上記のような非常に広範囲における情報取得を目的としたものだけではなく、限定的な空間管理を目的に情報取得を行うものもある。例えば、半導体製造におけるクリーンルームの清浄度監視及び管理、病院等の空気感染防止のための空調管理、ホームセキュリティ関連分野（車両盗難監視、屋内不審者侵入監視、火災監視等）等、センサネットワークシステムを応用できる分野は幅広い。
【０００５】
ここでは、一例として、クリーンルームの清浄度監視及び管理について適用されるセンサネットワークシステムをとりあげる。
【０００６】
近年の半導体製造技術は微細化の一途をたどり、半導体製造装置を設置するクリーンルーム内の清浄度の向上およびその維持への要求が高まっている。このため、クリーンルーム内に設置する製造装置や空調機器に対し、発塵量の低減を目的とした開発が進められている。同時に、発塵の主因の一つである作業者数の低減を図ることで、クリーンルーム内の無人化及び自動化が進められている。このため、特許文献１では、クリーンルーム内の清浄度を自動的に情報取得し、この情報を外部に無線送信するシステムが開示されている（例えば、図２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このようなシステムでは、センサの駆動や無線通信を行う電力源となるバッテリーが必要不可欠な構成となる。つまり、上記システムでは、センシングに要する電力及び無線通信に要する電力全てをバッテリーが賄うこととなる。このため、上記システムにおいて、クリーンルームの状況（例えば、クリーンルーム内の清浄度合いなど）を正確に取得するために短時間間隔で情報収集及び通信を行うと、バッテリー交換が必要となる時間間隔が非常に短くなる。一方で、上記システムにおいて、クリーンルームの状況を長時間間隔で取得すると、異常な状況を把握しそこなうという課題があった。換言すると、上記システムでは、当該システムの配置される正確な状況変動の把握と、バッテリーの長寿命化と、を両立できないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、その目的は、センサネットワークシステムの配置される状況変動を正確に把握するとともに、バッテリー電力を有効かつ長期間活用するセンサネットワークシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の手段を提供する。
本発明のセンサネットワークシステムは、複数のセンサを有し、該センサからの測定データに基づいて、該センサに対して動作制御を行うセンサ端末と、該センサ端末と相互にデータ通信を行う外部装置とを有するセンサネットワークシステムであって、前記センサ端末は、前記センサが、周囲の空気流の流量を測定し当該測定の結果に基づく測定データを生成するフローセンサと、周囲環境の物理量を測定し当該測定の結果に基づく測定データを生成する周囲環境測定センサと、を含み、前記周囲環境測定センサが、起動後に測定を行った後に停止し、所定時間後に再度測定を行う動作を繰り返す間欠測定を行うように構成され、前記フローセンサの測定データに応じて、前記所定時間を決定して前記周囲環境測定センサに前記所定時間後に再度測定を行わせるための制御信号を送信するとともに、前記周囲環境測定センサの測定データを取得可能な制御部を有し、前記制御部及び前記外部装置とのデータの送受信が可能に構成され、前記制御部より送信される前記周囲環境測定センサの測定データを受信して前記外部装置へ送信し、前記外部装置から受信する信号を前記制御部へ送信する通信制御装置を備えたことを特徴とする。
かかる特徴によれば、周囲環境を変化させる可能性のある空気流が発生したときだけセンサを起動して周囲環境を測定することができ、それ以外の時間はセンサが停止しているので消費電力を最低限度に抑えることができる。また、一度センサが周囲環境を測定したあと、再度測定するべき適切な時刻を推定することによって、周囲環境が有意な変化を起こすタイミングでの測定が可能となり、不必要な測定を低減することができる。これにより、センサ端末のバッテリー寿命を長くでき、バッテリー交換頻度を低減することが可能となる。
【００１１】
また、本発明のセンサネットワークシステムは、制御部が、フローセンサの測定データが予め定められた基準値となるデータから変動した時に、周囲環境測定センサに起動信号を送信することを特徴とする。
かかる特徴によれば、周囲環境の変動をフローセンサが測定し、周囲環境の変動情報を元に、必要な周囲環境測定センサのみを起動させることができる。このため、周囲環境の変動によって、必要な周囲環境変動センサのみが起動するため、必要な周囲環境変動を測定しそこなうことがなくなる。また、不必要な周囲環境測定センサは起動しないため、電力消費がなく、バッテリー寿命を長くでき、バッテリー交換頻度を低減することが可能となる。
【００１２】
また、本発明のセンサネットワークシステムは、前記センサ端末は複数備わり、各センサ端末にはそれぞれのセンサ端末を一意に特定するための識別番号が割り振られており、前記制御部は、自機の前記識別番号を付加した測定データを前記通信制御装置に送信することを特徴とする。
かかる特徴によれば、外部装置はどのセンサ端末からの通信かを容易に判断できる。このため、効率的な情報処理が可能となる。
【００１３】
また、本発明のセンサネットワークシステムは、フローセンサが、空気流によって発電することにより駆動することを特徴とする。
かかる特徴によれば、フローセンサはバッテリーからの電力供給無しで駆動することができるので、バッテリーの長寿命化ができ、バッテリー交換頻度を低減することが可能となる。
【００１４】
また、本発明のセンサネットワークシステムは、前記制御部は、前記フローセンサの測定データとともに、前記周囲環境測定センサが起動後に行なった測定の結果に基づく測定データに応じて、前記所定時間を決定することを特徴とする。
かかる特徴によれば、周囲環境が有意な変動を起こしたときをねらってセンサによる測定を行うことができるので、不必要な測定を最低限度に低減することで、消費電力を低減できる。
【００１５】
また、本発明のセンサネットワークシステムは、制御部が、周囲環境測定センサが間欠測定を行う回数を、フローセンサの測定データに応じて決定することを特徴とする。
かかる特徴によれば、周囲環境が有意な変動を起こしたときをねらってセンサによる測定を行い、変動が無くなることが予想できるときには測定を停止することができるので、不必要な測定を最低限度に低減することで、消費電力を低減できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、周囲環境の測定が必要なときのみ測定を行い、測定データ送信することで、バッテリー電力を有効かつ長時間活用できるため、周囲環境情報を精度よく把握できるとともにバッテリー交換頻度を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワークシステムの構成を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワークシステムにおけるセンサ端末の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワークシステムにおける通信制御装置の構成を示す構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワークシステムにおける外部装置の構成を示す構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るセンサネットワークシステムの駆動状態を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るパーティクル濃度の時間変化を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態における、フローセンサ５１１と周囲環境測定センサ５２１の駆動状態を示す。
【図８】本発明の第３の実施形態における、フローセンサ５１１と周囲環境測定センサ５２１の駆動状態を示す。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るパーティクル濃度の時間変化を示す。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係るパーティクル濃度の時間変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態を、図１から図５を参照して説明する。なお、本実施形態に係るセンサネットワークシステム１０００は、半導体製造を行うクリーンルーム内の空気清浄度を監視及び管理に用いるシステムである。
（全体構成）
図１は、本実施形態に係るセンサネットワークシステム１０００の構成を示す図である。センサネットワークシステム１０００は、センサネットワーク１及び外部装置２と、センサネットワーク１と外部装置２相互を接続する通信回線３からなる。
センサネットワーク１は、通信制御装置４と複数のセンサ端末５からなる。さらに、通信制御装置４は前述の通信回線３で外部装置２と接続されている。複数のセンサ端末５各々と通信制御装置４とは無線通信により、相互にデータ送受信できる。
【００１９】
複数のセンサ端末５各々は異なった識別番号（ＩＤ）が設定され、複数のセンサ端末５を個別に識別できるよう構成されている。
なお、図１では、通信制御装置４と外部装置２とは別に設け、通信回線３で結ぶ構成を示したが、通信制御装置４に外部装置２の機能を付加して同一装置としてもよい。
また、図１では外部装置２と接続されるセンサネットワーク１は単数であるが、複数のセンサネットワーク１が存在する構成も可能である。
【００２０】
（センサ端末構成）
センサネットワーク１におけるセンサ端末５の構成について、以下に詳細に示す。図２に、センサ端末５の構成を示す。
センサ端末５は、フローセンサ５１１、周囲環境測定センサ５２１、５２２、５２３、ＣＰＵ５４１、記憶部５４２、無線通信用ＩＣ５６１、バッテリー５７、アンテナ５６２からなる。
【００２１】
フローセンサ５１１は、周囲の空気流量を測定するセンサである。フローセンサ５１１は、例えば、熱源からの温度分布を利用して測定する方式、超音波の伝達速度差を利用して測定する方式、ピトー管、電歪素子の歪を利用して測定する方式、等のセンサである。本実施形態に係るフローセンサ５１１は、空気流によって内部構造が機械的に移動して発電を行う圧電素子を搭載したセンサである。この原理に基づくセンサは、待機時の消費電力がほぼゼロであるので、空気流が起きない時間が長く続くようなクリーンルームにおいて、システム全体の消費電力を最小限に抑えることができる。そして、フローセンサ５１１は、空気流量を測定した際、その測定結果を測定データとしてＣＰＵ５４１へ送信する。
【００２２】
周囲環境測定センサ５２１、５２２、５２３は、周囲環境の物理量を計測するセンサである。具体的に、周囲環境測定センサ５２１、５２２、５２３は、例えば、温度、湿度、気圧、振動、塵埃数、空気流、照度、画像等を測定するセンサである。使用するセンサの種類は、測定したい物理量に応じて選定すればよい。そして、周囲環境測定センサ５２１、５２２、５２３は、周囲環境の物理量を測定した際、その測定結果を測定データとしてＣＰＵ５４１へ送信する。
【００２３】
ＣＰＵ５４１は、演算処理機能等を備えたマイクロコンピュータ等から構成される。ＣＰＵ５４１は、各センサ及び無線通信用ＩＣ５６１、記憶部５４２それぞれと接続されている。そして、ＣＰＵ５４１は、フローセンサ５１１及び周囲環境測定センサ５２１、５２２、５２３が取得した測定データのデータ処理及び無線通信用ＩＣ５６１や記憶部５４２への指示、各種センサの制御を行う。
【００２４】
記憶部５４２は、センサ端末ＩＤや各種センサが取得した測定データ、ＣＰＵ５４１が用いる各種プログラムが格納されている。
無線通信用ＩＣ５６１は、ＣＰＵ５４１からの指示を元に、アンテナ５６２を経て通信制御装置４と無線通信によるデータ送受信を行う。
【００２５】
ここで、ＣＰＵ５４１と記憶部５４２と無線通信用ＩＣ５６１が、制御部を構成する。
バッテリー５７はアンテナ５６２をのぞくセンサ端末５に備わる他の構成に接続され、当該他の構成に対して電力供給を行う。
【００２６】
（通信制御装置）
次に、センサネットワーク１における通信制御装置４の構成について説明する。図３に、通信制御装置４の構成を示す。通信制御装置４は、ＣＰＵ４４１、記憶部４４２、無線通信用ＩＣ４６１、アンテナ４６２、外部装置２との通信用インターフェース４９、電源ＩＣ４７１からなる。
無線通信用ＩＣ４６１は、アンテナ４６２を経て、センサ端末５から送信されるデータの受信及び各センサ端末５への制御命令の送信等を無線通信で行う。
【００２７】
ＣＰＵ４４１は、無線通信用ＩＣ４６１を経て受信した各センサ端末５からのデータ処理、外部装置２に接続される通信用インターフェース４９に対するデータ送受信制御、記憶部４４２へのデータ読み書き等を制御する。
記憶部４４２は、各センサ端末５からのデータ、ＣＰＵ４４１が用いる各種プログラムが格納されている。
通信インターフェース４９は、通信回線３を経て、外部装置２と通信制御装置４との間でデータ送受信を行う。
【００２８】
また、通信制御装置４全体を駆動する電力は、外部から有線４７２で供給され、電源ＩＣ４７１を経て各構成に電力を供給する構成である。しかし、電力の有線供給が難しい場合、通信制御装置４内にバッテリーを搭載し、バッテリーから通信制御装置４の各構成に電力を供給する構成でも実施可能である。
【００２９】
（外部装置）
次に、外部装置２の構成について説明する。図４に、外部装置２の構成を示す。
外部装置２は、センサネットワーク１から送信されるデータの各種処理を行うための装置であり、例えば、通信機能を備えたコンピュータによって構成される。
外部装置２は、ＣＰＵ２４１、記憶部２４２、通信制御装置４との通信用インターフェース２９からなり、加えて、入力部２８１、表示部２８２を備えている。
通信用インターフェース２９は、通信回線３を経て、通信制御装置４との間でデータ送受信を行う。
【００３０】
ＣＰＵ２４１は通信用インターフェース２９で送受信されるデータの各種処理を行う。同時に、ＣＰＵ２４１は、その演算機能に基づいて、通信制御装置４や各センサ端末５への指示制御を行うことができる。ＣＰＵ２４１と接続された記憶部２４２はＣＰＵ２４１における各種処理を行うための各種プログラムやデータを記憶している。
また、ＣＰＵ２４１には、ＣＰＵ２４１を介して記憶部２４２へ各種情報の入力、更新等を行うための入力部２８１（キーボード、マウス等）や表示部２８２（ディスプレス等）が接続されている。
【００３１】
上記構成により、外部装置２は、センサネットワーク１からの測定データに応じて、ユーザに対する情報提供や各種情報処理を行うものであるが、外部装置２の構成は、図４に示す構造に限られるものではない。例えば、外部装置２として、各種ポータブル電子機器や携帯電話機等を採用してもよい。
【００３２】
（センサネットワークの動作）
次に、本実施の形態にかかるセンサネットワークシステム１０００の動作について図５と図６を用いて説明する。図５はフローセンサ５１１と、周囲環境測定センサ５２１の駆動パターンを示すタイミングチャートである。図５において、横軸は時間ｔであり、縦軸はそれぞれのセンサの状態（駆動状態又は停止状態）を示す。図６はパーティクル濃度ｄの時間変化を示す。ここで、図６に示すｄｔｈは、パーティクル濃度ｄの正常範囲の上限値を示す。また、図６の（１）は、フローセンサ５１１の検知・測定する空気流が所定の流量（例えば、予め設定された閾値となる流量）以内である場合のパーティクル濃度ｄの時間変化を、図６の（２）は、フローセンサ５１１の検知・測定する空気流が所定の流量を上回る場合のパーティクル濃度ｄの時間変化を、それぞれ模式的に表している。
【００３３】
まず、図５の（１）に基づき、周囲環境測定センサ５２１の標準的な駆動パターンについて説明する。はじめに、時刻ｔ０でフローセンサ５１１が空気流を検知・測定すると、その信号（測定データ）がＣＰＵ５４１に送られる。すると、ＣＰＵ５４１は、予め定められた空気流の流量の基準値となるデータを記憶部５４２より抽出して測定データとの比較を行い、測定データが変動したと判断すると、周囲環境測定センサ５２１へ起動信号を送信して時刻ｔ１において周囲環境測定センサ５２１を起動させる。すると、周囲環境測定センサ５２１は室内のパーティクル濃度ｄを測定し、その測定結果のデータであるｄ１１をＣＰＵ５４１に送信する。そして、図６の（１）で示すように、ｄ１１はパーティクル濃度ｄの正常範囲の上限値ｄｔｈよりも大きいため、ＣＰＵ５４１が異常値と判断する。なお、周囲環境測定センサ５２１以外の他の周囲環境測定センサ５２２、５２３はパーティクル濃度ｄを測定するセンサでもよいし、他の物理量たとえば温度や湿度を測定するセンサでもよいが、ここでは図示を略している。ここで、フローセンサ５１１の測定した空気流が所定の流量（例えば、予め設定された閾値となる流量）以内である場合は、周囲環境測定センサ５２１は最初の測定時刻ｔ１から所定時間ｄｔ１だけ経過した時刻ｔ１２において、再度周囲環境を測定し、その測定結果のデータであるｄｏｋをＣＰＵ５４１に送信し、その後停止する。図６に示すように、ｄｏｋは正常範囲の上限値ｄｔｈより小さいため、ＣＰＵ５４１が正常値と判断する。以上のように、フローセンサ５１１が一回起動すると、周囲環境測定センサ５２１は２回測定を行う。そして、その測定における時間間隔ｄｔ１はあらかじめ決まっている。つまり、ｄｔ１は、空気流が上記所定の流量の場合に、その空気流によってまき上がるパーティクルがその後落下して、パーティクル濃度ｄが正常範囲に戻ることを期待できる時間に設定される。そうすることで、ＣＰＵ５４１はパーティクル濃度が正常値に戻ったことを確認できるので、次に空気流が発生するまで周囲環境測定センサ５２１は停止状態を継続するため、消費電力はほとんどゼロに近い。
【００３４】
次に、図５の（２）に基づき、フローセンサ５１１の検知・測定する空気流が特別に大きかった場合の、周囲環境測定センサ５２１の駆動パターンについて説明する。はじめに、時刻ｔ０でフローセンサ５１１が空気流を検知し、その流量が所定の値を超えるものであった場合は、その結果を表す信号がＣＰＵ５４１に送られる。次いで、ＣＰＵ５４１は時刻ｔ１において周囲環境測定センサ５２１を起動する。すると、周囲環境測定センサ５２１はパーティクル濃度ｄを測定し、その測定結果のデータであるｄ１２をＣＰＵ５４１に送信する。ここで、空気流が大きいと、より多くのパーティクルがまき上げられていることが予想されるため、図６の（２）に図示されるように、パーティクル濃度ｄが元の値に戻る（つまり、ｄ１２から正常範囲の上限値ｄｔｈよりも小さい値になる）ために必要な時間もより長くなると予想される。そこで、そのような場合には２回目の測定までの経過時間ｄｔ２をｄｔ１よりも長くすることで、パーティクル濃度ｄが元の値に戻ったことを確認する時刻ｔ１３はｔ１２よりも後に設定されることになる。この時刻ｔ１３で再度測定して得られた結果データｄｏｋは正常範囲の上限値ｄｔｈよりも小さいため、ＣＰＵ５４１は正常値に戻ったと判断できる。このあとは、次に空気流が発生するまで周囲環境測定センサ５２１は停止状態を継続するため、消費電力はほとんどゼロに近い。もし２回目の測定までの経過時間ｄｔ２がｄｔ１と同じ値に設定されていると、２回目の測定での結果データはｄｎｇとなり、これは正常範囲の上限値ｄｔｈよりも高いため、まだ異常状態が継続していることになり、再度の測定が必要となってしまう。
【００３５】
ここで、上述のセンサネットワークシステム１０００の動作は、具体的には、以下のようにして実現する。つまり、記憶部５４２には、フローセンサ５１１がＣＰＵ５４１に対して出力する測定データの信号のレベル（例えば、ハイレベル／ローレベル）に対応付けた時間間隔（ｄｔ２／ｄｔ１）が予め記憶される。そして、ＣＰＵ５４１は、フローセンサ５１１より取得した信号のレベルがハイレベルであった場合（つまり、検知・測定された空気流が特別に大きかった場合）、時間間隔ｄｔ２を記憶部５４２より抽出する。一方で、ＣＰＵ５４１は、フローセンサ５１１より取得した信号のレベルがローレベルであった場合（つまり、検知・測定された空気流が所定の流量以内である場合）、時間間隔ｄｔ１を記憶部５４２より抽出する。次に、ＣＰＵ５４１は、抽出した時間間隔ｄｔ２又はｄｔ１に応じて周囲環境測定センサ５２１の駆動パターン（図５の（２）又は（１））を切換えるための指示信号を、当該周囲環境測定センサ５２１へ送信する。すると、周囲環境測定センサ５２１は、受信した指示信号に基づくタイミングでパーティクル濃度ｄを２回測定し、その後停止状態に至る。
【００３６】
このように、ＣＰＵ５４１は、最初にフローセンサ５１１が検知・測定した空気流の大きさによって、周囲環境測定センサ５２１がパーティクル濃度ｄを測定する時間間隔を異なるものにすることで、周囲環境測定センサ５２１は２回駆動するのみでそれ以外の時間は停止しているにも関わらず、パーティクル濃度が正常値に戻ったことを正確に確認することができる。基本的に、ＣＰＵ５４１は、パーティクルがまき上がる可能性が高いときだけ周囲環境測定センサ５２１を駆動してパーティクル濃度ｄを測定させ、それ以外の時間は停止させることでセンサネットワークシステム１０００全体の消費電力を低減することができる。更には、ＣＰＵ５４１は、パーティクル濃度ｄが正常値に戻るタイミングに一致させて２回目の測定を囲環境測定センサ５２１に実行させるために、無駄な測定が無くなり、センサネットワークシステム１０００全体の消費電力を最小化させることができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態における、フローセンサ５１１と周囲環境測定センサ５２１の駆動パターンを示すタイミングチャートである。図７の（１）は標準的な駆動パターンを示し、第１の実施形態で述べた図５の（１）に係る駆動パターンと同じであるので説明を省略する。図７の（２）はフローセンサ５１１が測定した空気流が特別に大きかった場合の駆動パターンを示したものであるが、２回目の周囲環境測定までの時間間隔ｄｔ１は図７の（１）と同じに設定してある。ただし、図７の（２）の駆動パターンでは、測定回数が計４回に増やしてある。こうすることによって、ＣＰＵ５４１は、パーティクルが多くまき上がっていることが予想されるときだけ周囲環境測定センサ５２１の測定回数を増やすことで、パーティクル濃度ｄが正常値に戻ったことを正確に把握することができる。一方、ＣＰＵ５４１は、パーティクルのまき上がり量が通常程度であるときには、測定回数は計２回にして、それ以外の時間について周囲環境測定センサ５２１を停止させているため、センサネットワークシステム１０００全体の消費電力を極めて低い水準に留めることができる。
【００３８】
ここで、本実施形態２において、記憶部５４２には、フローセンサ５１１がＣＰＵ５４１に対して出力する信号のレベル（例えば、ハイレベル／ローレベル）に対応付けた周囲環境測定センサ５２１の測定回数（４回／２回）が予め記憶される。なお、時間間隔は、上記信号のレベルに依らずにｄｔ１が予め記憶部５４２に記憶される。つまり、ＣＰＵ５４１は、フローセンサ５１１より取得した信号のレベルに応じた測定回数を記憶部５４２より抽出することで、上述の駆動パターンの切換えを実現できる。
【００３９】
（第３の実施形態）
図８と図９は本発明の第３の実施形態における、フローセンサ５１１と周囲環境測定センサ５２１の駆動パターンを示すタイミングチャート、パーティクル濃度ｄの時間変化をそれぞれ示す図である。図８の（１）は標準的な駆動パターンを示し、図９の（１）は当該駆動パターンに基づくパーティクル濃度ｄの時間変化を示し、第１の実施形態で述べた図５の（１）に係る駆動パターンや図６の（１）に係るパーティクル濃度ｄの時間変化と同じであるので説明を省略する。
【００４０】
図８の（２）はフローセンサ５１１が測定した空気流が特別に大きかった場合の駆動パターンを示したものであるが、周囲環境測定センサ５２１が２回目に測定するまでの時間間隔ｄｔ２は、図８の（１）の場合の時間間隔ｄｔ１よりも長く設定してある。一方、その後の周囲環境測定センサ５２１が測定を行う時間間隔ｄｔ３、ｄｔ４は時間間隔ｄｔ２よりも段階的に短くなるように設定している。つまり、ＣＰＵ５４１は、図９に示すように、パーティクル濃度ｄが正常範囲の上限値ｄｔｈを下回ると予測される時刻に近いタイミングを表す測定時刻ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５において、複数回にわたって周囲環境測定センサ５２１にパーティクル濃度ｄを測定させるため、正常範囲に戻ったことを一層確実に把握することができる。一方、ＣＰＵ５４１は、それ以外の時間では周囲環境測定センサ５２１を停止させるため、センサネットワークシステム１０００全体の消費電力を極めて低い水準に留めることができる。
【００４１】
ここで、本実施形態３において、記憶部５４２には、フローセンサ５１１がＣＰＵ５４１に対して出力する信号のレベル（例えば、ハイレベル／ローレベル）に対応付けて、周囲環境測定センサ５２１の測定回数（４回／２回）が予め記憶される。なお、記憶部５４２には、測定回数が２回の場合の時間間隔ｄｔ１と、が予め記憶される。
【００４２】
つまり、ＣＰＵ５４１は、フローセンサ５１１より取得した信号のレベルに応じた測定回数を記憶部５４２より抽出する。そして、ＣＰＵ５４１は、信号のレベルがローレベルの場合は時間間隔ｄｔ１に基づいて図８の（１）に示す駆動パターンを実現する、一方、ＣＰＵ５４１は、信号のレベルがハイレベルの場合、時刻ｔ１における周囲環境測定センサ５２１からの測定データを取得した後、当該測定データに基づいて、パーティクル濃度ｄがｄｔｈを下回ると予測される時刻に近いタイミング（例えば測定時刻ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５）で、複数回にわたって周囲環境測定センサ５２１にパーティクル濃度ｄを測定させるように、ｄｔ２、ｄｔ３、ｄｔ４を決定する。これにより、ＣＰＵ５４１は、図８の（２）に示す駆動パターンを実現できる。なお、ｄｔ２（はじめの時間間隔）については、予め記憶部５４２に記憶しておき、ＣＰＵ５４１はｄｔ３以降の時間間隔を決定するように構成しても良い。
以上が、クリーンルーム内の塵埃量監視及び管理に応用した場合のセンサネットワークシステム１０００の動作である。
【００４３】
また、長期間、空気流を測定せず、無線通信が発生しないセンサ端末５は、ＣＰＵ５４１が一定期間毎に、端末ＩＤのみを送信する制御指示を無線通信用ＩＣ５６１に行う。これは、センサ端末５のバッテリー切れやセンサ端末の故障を測定するためである。この端末ＩＤのみの無線通信がなされないセンサ端末のみを、バッテリー交換や故障診断を行うことで、簡易にセンサネットワークシステム全体の維持管理ができる。
【００４４】
（第４の実施形態）
本発明はオフィスの火災測定システムにも応用できる。センサネットワークシステムの基本構成は図１と同じであるので説明を省略する。第１の実施形態との相違は、周囲環境測定センサ５２１〜５２３のうち、５２２に温度測定センサを、５２３に煙感知センサを用いた点である。図１０は温度センサ５２２により測定される室内の温度の時間変化を示す。
【００４５】
まず、図１０の（１）は標準的な駆動パターンを示す。フローセンサ５１１が空気流を検知・測定すると、その信号がＣＰＵ５４１に送られ、ＣＰＵ５４１は時刻ｔ１において温度センサ５２２を起動する。温度センサ５２２は室内の温度を測定し、その測定結果のデータであるＴｐ１１をＣＰＵ５４１に送信する。Ｔｐ１１は温度の正常範囲の上限値Ｔｐｔｈよりも高いため異常値と言えるが、火災の発生可能性が出る温度Ｔｐｃｒよりは低いため、システムは状況の監視を継続する。次に、温度センサ５２２は所定時間後の時刻ｔ１２において再度温度を測定し、測定結果の温度がＴｐｔｈよりも低くなっているので、火災は起きなかったと判断して停止する。システムは次回にフローセンサ５１１が起動するまで停止状態となる。
【００４６】
次いで、（２）は空気流が特別に大きかった場合の駆動パターンを示す。フローセンサ５１１が空気流を検知・測定し、その流量が所定の値を超えるものであった場合は、その結果を表す信号がＣＰＵ５４１に送られ、ＣＰＵ５４１は時刻ｔ１において温度センサ５２２を起動する。温度センサ５２２は温度を測定し、その測定結果のデータであるＴｐ１２を得る。Ｔｐ１２は火災の発生可能性が出る温度Ｔｐｃｒより高いため、緊急信号をＣＰＵ５４１に送信する。同時に、その温度Ｔｐ１２に応じて次回の測定時刻ｔ１３を決定し、測定する。この場合はｔ１３とｔ１との時間差はほとんど無く、連続して測定している状態に近い。その測定を繰り返したあと時刻ｔ１５で、温度が火災の発生可能性が出る温度Ｔｐｃｒよりも低くなると、火災は起きなかったと判断し、次回の測定までの時間を長くする。時刻ｔ１６において正常範囲の上限値Ｔｐｔｈ以下の温度になったので、正常状態に戻ったと判断して、停止する。システムは次回にフローセンサ５１１が起動するまで停止状態となる。このように、フローセンサ５１１が起動した際に測定された空気流の流量に応じて周囲環境測定センサ５２２の測定タイミングを決定することで、不必要な測定は最小限に抑えながら、必要時には多数回の測定を連続して行うことができる。必要な測定は行うことを確保して、システム全体の消費電力を最小限に抑えることができる。また、各センサは常時停止しており、必要時にのみ駆動するため、センサ端末に搭載されたバッテリーの寿命を長くすることができ、バッテリー交換頻度を低減することができる。
【００４７】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また、上述した各実施形態を適宜組み合わせて採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１ センサネットワーク
２ 外部装置
３ 通信回線
４ 通信制御装置
５ センサ端末
２９ 通信用インターフェース
４９ 通信用インターフェース
５７ バッテリー
２４１ ＣＰＵ
２４２ 記憶部
２８１ 入力部
２８２ 表示部
４４１ ＣＰＵ
４４２ 記憶部
４５２ 記憶部
４６１ 無線通信用ＩＣ
４７１ 電源ＩＣ
４７２ 有線
４６２ アンテナ
５１１ フローセンサ
５２１、５２２、５２３ 周囲環境測定センサ
５４１ ＣＰＵ
５４２ 記憶部
５６１ 無線通信用ＩＣ
５８２ アンテナ
１０００ センサネットワークシステム
ｄ、ｄ１１、ｄ１２、ｄｎｇ、ｄｔｈ、ｄｏｋ パーティクル濃度
ｄｔ１、ｄｔ２、ｄｔ３、ｄｔ４ 時間間隔
ｔ、ｔ０、ｔ１、ｔ１２、ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５、ｔ１６ 時刻
Ｔｐｔｈ、Ｔｐ１１、Ｔｐｃｒ、Ｔｐ１２ 温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサを有し、該センサからの測定データに基づいて、該センサに対して動作制御を行うセンサ端末と、該センサ端末と相互にデータ通信を行う外部装置とを有するセンサネットワークシステムであって、
前記センサ端末は、
前記センサが、周囲の空気流の流量を測定し当該測定の結果に基づく測定データを生成するフローセンサと、周囲環境の物理量を測定し当該測定の結果に基づく測定データを生成する周囲環境測定センサと、を含み、
前記周囲環境測定センサが、起動後に測定を行った後に停止し、所定時間後に再度測定を行う動作を繰り返す間欠測定を行うように構成され、
前記フローセンサの測定データに応じて、前記所定時間を決定して前記周囲環境測定センサに前記所定時間後に再度測定を行わせるための制御信号を送信するとともに、前記周囲環境測定センサの測定データを取得可能な制御部を有し、
前記制御部及び前記外部装置とのデータの送受信が可能に構成され、前記制御部より送信される前記周囲環境測定センサの測定データを受信して前記外部装置へ送信し、前記外部装置から受信する信号を前記制御部へ送信する通信制御装置を備えたことを特徴とするセンサネットワークシステム。
【請求項２】
前記制御部は、前記フローセンサの測定データが予め定められた基準値となるデータから変動した時に、前記周囲環境測定センサに起動信号を送信することを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項３】
前記センサ端末は複数備わり、各センサ端末にはそれぞれのセンサ端末を一意に特定するための識別番号が割り振られており、
前記制御部は、自機の前記識別番号を付加した測定データを前記通信制御装置に送信することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項４】
前記フローセンサは、前記空気流によって発電することにより駆動することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項５】
前記制御部は、前記フローセンサの測定データとともに、前記周囲環境測定センサが起動後に行なった測定の結果に基づく測定データに応じて、前記所定時間を決定することを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項６】
前記制御部は、前記周囲環境測定センサが前記間欠測定を行う回数を、前記フローセンサの測定データに応じて決定することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項１】
複数のセンサを有し、該センサからの測定データに基づいて、該センサに対して動作制御を行うセンサ端末と、該センサ端末と相互にデータ通信を行う外部装置とを有するセンサネットワークシステムであって、
前記センサ端末は、
前記センサが、周囲の空気流の流量を測定し当該測定の結果に基づく測定データを生成するフローセンサと、周囲環境の物理量を測定し当該測定の結果に基づく測定データを生成する周囲環境測定センサと、を含み、
前記周囲環境測定センサが、起動後に測定を行った後に停止し、所定時間後に再度測定を行う動作を繰り返す間欠測定を行うように構成され、
前記フローセンサの測定データに応じて、前記所定時間を決定して前記周囲環境測定センサに前記所定時間後に再度測定を行わせるための制御信号を送信するとともに、前記周囲環境測定センサの測定データを取得可能な制御部を有し、
前記制御部及び前記外部装置とのデータの送受信が可能に構成され、前記制御部より送信される前記周囲環境測定センサの測定データを受信して前記外部装置へ送信し、前記外部装置から受信する信号を前記制御部へ送信する通信制御装置を備えたことを特徴とするセンサネットワークシステム。
【請求項２】
前記制御部は、前記フローセンサの測定データが予め定められた基準値となるデータから変動した時に、前記周囲環境測定センサに起動信号を送信することを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項３】
前記センサ端末は複数備わり、各センサ端末にはそれぞれのセンサ端末を一意に特定するための識別番号が割り振られており、
前記制御部は、自機の前記識別番号を付加した測定データを前記通信制御装置に送信することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項４】
前記フローセンサは、前記空気流によって発電することにより駆動することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項５】
前記制御部は、前記フローセンサの測定データとともに、前記周囲環境測定センサが起動後に行なった測定の結果に基づく測定データに応じて、前記所定時間を決定することを特徴とする請求項１に記載のセンサネットワークシステム。
【請求項６】
前記制御部は、前記周囲環境測定センサが前記間欠測定を行う回数を、前記フローセンサの測定データに応じて決定することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のセンサネットワークシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１９６２（Ｐ２０１３−１１９６２Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３０７５（Ｐ２０１１−１４３０７５）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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