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データ転送システムおよびその管理方法
説明

データ転送システムおよびその管理方法

【課題】無線周波数通信によって中央基地と通信する複数の周辺装置を備えるデータ転送システムのエネルギーの取り扱いを最適化する。
【解決手段】データ転送システムは、複数の周辺装置15,と、中央基地21とを備えるとともに、周辺装置15と中央基地21との間でデータを転送できる無線周波数通信手段24も備え、周辺装置15でエネルギーを回収し、無線周波数通信手段24によって、回収エネルギーの少なくとも一部を中央基地21に転送する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、データ転送システムの分野に関し、より詳細には、無線周波数通信によって中央基地と通信する複数の周辺装置を備える分散型データ転送システムと、その管理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
データ転送を行うためには、エネルギー源が必要である。従来技術では、無線周波数識別(RFID)が公知であり、図1はその技術を示す。図1において、読取機とも呼ばれている中央基地1は、例えばバッテリ3などのエネルギー源を備えている。このエネルギー源により、中央基地1は、無線周波数送信部5に電力を供給できるようになっている。無線周波数信号は、アンテナ9を備えるタグと呼ばれている周辺装置7に送信される。無線周波数信号は、周辺装置7に電力を供給し、周辺装置7に関係するデータを回収するために使用される。しかし、中央基地1のバッテリ3は、定期的に交換されるか、または外部エネルギー源から充電される必要があり、これは、ある種の環境において、またはある種のアプリケーションにとって欠点になることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
従って、本発明の目的は、従来技術の上述の欠点を克服して、エネルギーの取り扱いを最適化する方法およびシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記のように、本発明は、データ転送システムの管理方法に関し、このデータ転送システムは、
−複数の周辺装置と、
−中央基地とを備えるとともに、
周辺装置と中央基地との間でデータを転送できる無線周波数通信手段も備え、
−周辺装置でエネルギーを回収し、
−回収したエネルギーの少なくとも一部を、無線周波数通信手段によって中央基地に転送するものである。
【0005】
本発明の別の態様による周辺装置は、識別手段を備え、周辺装置と中央基地との間で転送されるデータは、その周辺装置の識別子を備えている。
【0006】
本発明の補助的な態様による周辺装置は、少なくとも1つの物理量を測定する手段を備え、周辺装置と中央基地との間で転送されるデータは、少なくとも1つの物理量の少なくとも1つの測定値を備え、中央基地は、少なくとも1つの物理量の少なくとも1つの測定値に対応する転送データを処理する手段を備えている。
【0007】
別の実施形態においては、周辺装置から中央基地へのエネルギーの転送は、無線周波数通信手段の誘導結合によって行われる。
【0008】
さらに別の実施形態においては、エネルギーの回収は、周辺装置で入手可能なエネルギーの電気エネルギーへの変換を行う。
【0009】
補助的な態様による取得システムは、所定の周波数に同調しているアンテナを具備する中央基地を備え、周辺装置は、相互インピーダンスがゼロのダブルループアンテナを備え、その第1のループは無線周波数信号の送信を扱い、その第2のループは無線周波数信号の受信を扱い、複数のアンテナから送信される信号の同期を取るステップは、
−周辺装置から中央基地への通信プロセスが開始されると、中央基地から送信される無線周波数信号を検出するために、無線周波数信号を受信するように構成されたアンテナのループによって、リッスニングフェーズを実施するステップと、
−周辺装置が、中央基地から送信された無線周波数信号を検出した場合、検出した無線周波数信号を使用して、検出した無線周波数信号と同じ周波数で同じ位相の信号を中央基地に送信するステップと、
−周辺装置が、中央基地から送信される無線周波数信号を検出しない場合、所定の周波数で無線周波数信号を送信ステップと、
−中央基地が、所定の周波数で周辺装置から送信された無線周波数信号を受信すると、受信した無線周波数信号を復元し、所定の周波数で無線周波数信号を周辺装置に再送信するステップを備え、
無線周波数信号を同期させることにより、無線周波数信号間で互いに有害な影響を与えることなく、複数の周辺装置から中央基地へエネルギーの同時転送ができるものである。
【0010】
別の実施形態においては、周辺装置による検出信号に同期する信号の生成は、成形電子回路によって行われる。
【0011】
さらに別の実施形態においては、周辺装置による検出信号に同期した信号の生成は、検出信号の共振周波数を見つけるための、位相シフトによる連続近似によって行われる。
【0012】
補助的な実施形態においては、周辺装置による所定の周波数での信号の送信は、周辺装置の局部発振器によって行われる。
【0013】
別の実施形態においては、周辺装置による所定の周波数での信号の送信は、所定の周波数でフィルタした電子ノイズに基づいて行われる。
【0014】
さらに別の実施形態においては、所定の周波数は、13.56MHzである。
【0015】
補助的実施形態においては、所与の時点において、1つの周辺装置だけが中央基地にデータを送信する。
【0016】
別の実施形態においては、データの中央基地への送信は、衝突防止プロトコルに従って周辺装置間で順に行われる。
【0017】
さらに別の実施形態においては、回収エネルギーの少なくとも一部の中央基地への転送は、回収エネルギーの量が所定の閾値に達すると行われる。
【0018】
補助的な実施形態においては、エネルギーは、周辺装置に蓄えられる。
【0019】
別の実施形態においては、エネルギーは、中央基地に蓄えられる。
【0020】
さらに別の実施形態においては、中央基地は、データの取得を開始するために、所定のトリガ信号を周辺装置に送信して、次いで無線周波数識別によって得られたデータを回収するために、信号を周辺装置に送信する。
【0021】
また、本発明の実施形態は、データ転送システムにも関し、このデータ転送システムは、
−複数の周辺装置と、
−中央基地とを備えるとともに、
周辺装置と中央基地との間でデータを転送できる無線周波数通信手段を備え、
複数の周辺装置は、一方で複数の周辺装置に、他方で無線周波数通信手段によって中央基地に、供給するようになされたエネルギーの回収手段を備えている。
【0022】
本発明の別の態様による周辺装置は、自周辺装置の識別子を供給できる識別手段と、この識別子を自周辺装置から中央基地に転送できる通信手段とを備えている。
【0023】
本発明のさらに別の態様による周辺装置は、少なくとも1つの物理量を測定する手段を備え、
通信手段は、少なくとも1つの物理量の少なくとも1つの測定値を、周辺装置から中央基地へ転送でき、
中央基地は、少なくとも1つの物理量の少なくとも1つの測定値に対応する転送データを処理する手段を備えている。
【0024】
別の実施形態による複数の周辺装置は、ダブルループアンテナを備え、その第1のループは無線周波数信号を送信するように構成され、その第2のループは無線周波数信号を受信するように構成され、第1のループと第2のループは、相互インピーダンスがゼロになるように構成されている。
【0025】
さらに別の実施形態による周辺装置のダブルループアンテナは、所定の共通周波数で互いに位相が合っている無線周波数信号を送信するように構成されている。
【0026】
補助的な実施形態による複数の周辺装置は、回収エネルギーを蓄える手段を備えている。
【0027】
別の実施形態による中央基地は、回収エネルギーを蓄える手段を備えている。
【0028】
さらに別の実施形態においては、取得システムは、秤上のユーザの足の位置に配置された周辺装置を備える秤に相当する。この周辺装置は、秤にユーザが乗っていることにより供給されるエネルギーを回収する手段と、ユーザが乗っていることによる力を測定する手段とを備え、中央基地は、周辺装置から供給される測定値からユーザの体重を決定する手段と、決定した体重を表示する手段とを備えている。
【0029】
補助的な実施形態においては、秤にユーザが乗っていることにより供給されるエネルギーを回収する手段は、磁石発電機を備え、ユーザが乗っていることによる力を測定する手段は、歪みゲージを備えている。
【0030】
別の実施形態においては、取得システムは、ユーザの心臓の近くに配置された周辺装置を備える除細動器に相当する。この周辺装置は、ユーザの心臓の鼓動によって供給されるエネルギーを回収する手段と、心拍数を測定する手段と、放電する手段とを備え、中央基地は、周辺装置から供給される心拍数の測定に基づいて、放電させる必要性を判定する手段を備えている。
【0031】
さらに別の実施形態においては、取得システムは、人の生理的定数を監視するためのものである。周辺装置は、生理的定数を測定する手段と、人体から供給されるエネルギーを回収する手段とを備え、中央基地は、人の生理的パラメータを保存および/または表示する手段を備えている。
【0032】
補助的な実施形態においては、人の生理的定数を測定する手段、および人体から供給されるエネルギーを回収する手段は、熱電対を備えている。
【0033】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の可能な実施形態を示し、かつ本発明を限定しない添付の図面を参照して、以下の説明を読むことにより、明らかになると思う。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】従来技術による無線周波数識別に基づくデータ転送システムの図である。
【図2】本発明の実施形態によるデータ転送システムの全体図である。
【図3】本発明の実施形態によるデータ転送システムの図である。
【図4】本発明の実施形態によるデータ転送システムの図である。
【図5】周辺装置と中央基地との間の通信手段の例示的実施形態の図である。
【図6】第1の実施形態による周辺装置の送受信モジュールの全体図である。
【図7】周辺装置の受信増幅回路の例示的実施形態の詳細図である。
【図8】周辺装置の成形回路の例示的実施形態の詳細図である。
【図9】周辺装置のスイッチの制御回路の例示的実施形態の詳細図である。
【図10】周辺装置の局部発振器の例示的実施形態の詳細図である。
【図11】周辺装置の電力増幅器の例示的実施形態の詳細図である。
【図12】周辺装置の帯域通過フィルタの例示的実施形態の詳細図である。
【図13】第2の実施形態による周辺装置の送受信モジュールの全体図である。
【図14】第1のプロセスによる周辺装置から中央基地へのデータ転送中における、周辺装置および中央基地の動作図である。
【図15】第2のプロセスによる周辺装置から中央基地へのデータ転送中における、周辺装置および中央基地の動作図である。
【図16】本発明の実施形態によるデータ転送システムを備える秤の図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
すべての図において、同じ要素には同じ符号を付してある。
【0036】
以下の説明において、「RFID」という語は、無線周波数識別の略語である。
【0037】
本発明の実施形態は、図2に全体を示すデータ転送システム13に関する。このデータ転送システム13は、複数の周辺装置15を備えており、周辺装置15は、周辺装置15から送信するデータを受信し、データ処理を行うようにプログラムされた中央基地21に供給するためのエネルギーの回収手段19を備えている。データ転送システム13はまた、無線周波数通信手段24も備え、この無線周波数通信手段24は、周辺装置15と中央基地21との間でデータ26を送信し、周辺装置15が回収したエネルギー28の少なくとも一部を中央基地21に送信できる。エネルギーの転送は、周辺装置15から送信される無線周波数信号27を誘導結合させることによって行われる。
【0038】
本発明の一態様における周辺装置15は、データ転送において、周辺装置15に関係する識別子を中央基地21に転送するために、例えば識別子を備えるメモリなどの識別手段を備えている。
【0039】
図3に示す本発明の別の態様における周辺装置15は、物理量を測定する手段17を備え、測定値に対応するデータを通信手段24によって中央基地21に送信し、中央基地は、周辺装置15から送信された測定値を処理する手段18を備えている。測定手段17とエネルギー回収手段19は、エネルギー源と測定物理量と同様に、一体になっていてもよいし、また別々でもよい。さらに、エネルギー回収手段19は、その環境で入手可能なエネルギー、例えば運動、熱または放射等のエネルギーを回収し、このエネルギーを無線周波数通信手段24によって中央基地21に転送するために、そのエネルギーを電気エネルギーに変換する。
【0040】
図4に示す第1の実施形態による中央基地21は、受動的であり、アンテナ25を備えている。周辺装置は、3つあり、例えば充電式電池29などの、回収エネルギーの蓄積手段を備えている。このエネルギーは、一方では、測定手段17に電力を供給するために使用され、他方では、通信手段24および受動的な中央基地21に電力を供給するために使用される。
【0041】
図5は、無線周波数通信手段24を詳細に示し、この例では、周辺装置15が2つある。通信手段24は、周辺装置15ごとに、ダブルループアンテナ23を備えている。送信モジュール33に接続されている第1のループ31は、無線周波数信号27を送信するように構成されており、受信モジュール37に接続されている第2のループ35は、無線周波数信号27を受信するように構成されている。送信信号と受信信号との間の妨害を回避するために、ダブルループアンテナ23は、2つのループ31と35との間の相互インピーダンスがゼロになるように構成されている。
【0042】
さらに、中央基地21は、周辺装置15から送信される無線周波数信号27を受信するため、および周辺装置15に無線周波数信号27を再送信するためのアンテナ25を備えている。再送信する信号は、受信した信号に、周辺装置15に送信すべきデータを挿入して変更した信号である。
【0043】
データを送信するために、これらの無線周波数信号27は、例えば、周辺装置15において振幅変調または周波数変調などで、中央基地21において電荷変調などで、変調されている。変調に使用される搬送波は、例えば13.56MHzなどの所定の周波数を有し、周辺装置15のアンテナ23および中央基地21のアンテナ25は、その周波数に同調されている。
【0044】
さらに、この実施形態では、エネルギー回収手段19は、すべての周辺装置15に関して同じであり、共通のエネルギー源から電力が供給されている。測定値に対応するデータを送信する中央基地21との通信プロトコルは、蓄積手段29に蓄えられたエネルギーレベルが所定の閾値に達する時、または周辺装置の中にある内部クロックを使用して予め定めた時間に、初期設定される。従って、すべての周辺装置15の通信プロトコルは、ほとんど同時に確立される。異なる周辺装置15から送信される異なる無線周波数信号27によって生じる有害な影響を回避するためには、これらの無線周波数信号27の送信を同期させる必要がある。
【0045】
この同期を取るためには、2つの異なるプロトコルを使用しうる。
【0046】
第1の同期プロトコルにおいては、無線周波数通信の初期設定は、次のステップを備えている。
−周辺装置15と中央基地21との間の通信プロセスが開始されると、周辺装置15は、リッスニングフェーズに進む。アンテナ23のループ35は、リッスニング期間中、中央基地のアンテナ25が同期している、例えば13.56MHzなどの所定の周波数で、中央基地21から送信される無線周波数信号27を検出するように構成されている。
−周辺装置15は、中央基地21から送信(実際には再送信)された無線周波数信号を検出した場合、この検出した無線周波数信号を使用して、検出した信号と同じ周波数で同じ位相の無線周波数信号を生成し、中央基地21に送信する。同期無線周波数信号の生成は、例えば、受信信号に同期した信号を生成するために使用される成形電子回路などによって行われる。
−周辺装置は、中央基地21から送信される無線周波数信号を検出しない場合、例えば13.56MHzなどの所定の周波数で、無線周波数信号を送信する。
−中央基地21は、所定の周波数で周辺装置15から送信された無線周波数信号を受信すると、受信した無線周波数信号を復元し、周辺装置15に所定の周波数で信号を再送信する。
【0047】
従って、複数の周辺装置15から送信される無線周波数信号27はすべて同期され、この同期によって、無線周波数信号27間で相互に有害な影響を与えることなく、複数の周辺装置15から中央基地21へのエネルギーの同時転送が可能になる。
【0048】
周辺装置15による所定の周波数での無線周波数信号27の送信は、この周波数に同調した局部発振器によって行ってもよく、所定の周波数でノイズをフィルタすることによって、このノイズに基づいて行ってもよい。
【0049】
図6は、通信手段24、より詳細には、受信信号または所定の波長に同期している信号を生成するために使用しうる送信モジュール33および受信モジュール37の、例示的実施形態を示す。
【0050】
アンテナ23の受信ループ35は、受信増幅回路39に接続されている。その回路39の回路図を図7に示す。
【0051】
入力部41は、ゼロ交差検出回路43に接続されており、このゼロ交差検出回路43は、直列に配置された2つの抵抗R1およびR2と、それらの抵抗を備えるブランチの中点に接続されたコンデンサC1とを備えている。抵抗R1は、電位V1に接続され、抵抗R2は、グランドに接続されている。このゼロ交差検出回路43は、増幅回路45で増幅するために、信号を増幅帯の中央の「位置」に置くことができる。
【0052】
増幅回路45は、第1の演算増幅器AO1および第2の演算増幅器AO2を備え、これらの演算増幅器は、第2の増幅器AO2の正入力端子によってカスケードに配置され、第1の増幅器AO1の正入力端子は、ゼロ交差検出回路43の中点に接続されている。抵抗R3は、増幅器AO1の負入力端子と電位V2との間に接続され、この電位V2は、コンデンサC3を介してグランドに接続されている。抵抗R4は、コンデンサC2と並列に接続されており、増幅器AO1の負入力端子を出力端子に接続している。増幅器AO1の出力端子は、コンデンサC4を介してグランドに接続されている。抵抗R5は、増幅器AO2の負入力端子と電位V2との間に配置されている。抵抗R6は、増幅器AO2の負入力端子と出力端子との間に接続されている。増幅回路45が増幅した信号は、次いで受信増幅回路39の出力部47において、一方では成形回路49に、他方ではスイッチの制御回路51に送られる。
【0053】
図8は成形回路49を示し、この成形回路49は、コンデンサC5を備え、このコンデンサC5は、一端が成形回路の入力部47に接続され、他端が直列に配置された2つの抵抗R7とR8を備えるブランチの中点に接続されている。抵抗7は、電位V3に接続され、抵抗R8は、グランドに接続されている。中点は、演算増幅器AO3の正入力端子に接続されている。増幅器AO3の負入力端子は、電位V4に接続されている。成形回路49の出力部53において、方形波信号が得られ、その信号はスイッチ55に送られる。
【0054】
スイッチ55の制御回路51は、スイッチ55の接続を制御するために使用され、このスイッチ55は、アンテナ23の受信ループ35における信号の受信または非受信に応じて、成形回路49の出力部53または局部発振器57に接続することができる。
【0055】
図9は、制御回路51の詳細を示す。制御回路51は、直列に配置された2つの抵抗R9とR10と、それらの抵抗を備えるブランチの中点に接続されたコンデンサC6とを備え、抵抗R9は電位V5に接続され、抵抗R10はグランドに接続されている。中点は、ツェナーダイオードDZ1に接続され、このツェナーダイオードDZ1は、増幅器AO4の正入力端子と、コンデンサC7を介してグランドとに接続されている。増幅器AO4の負入力端子は、電位V6に接続され、増幅器AO4の出力端子は、直列に配置された2つの抵抗R11とR12を介してグランドに接続され、これらの抵抗の中点は、制御回路51の出力端子59である。電位V6は、検出閾値に相当する。従って、受信ループ35に受信信号が存在するかどうかを判定するために、信号の平均電圧を、閾電圧V6と比べる。信号が受信された場合、制御回路51の出力部59の電圧は、スイッチを成形回路49の出力部53と接続する方に制御し、信号が受信されない場合、スイッチを局部発振器57と接続する方に制御する。
【0056】
局部発振器57は、図10に示すように作られてもよい。局部発振器は、水晶Q1を備え、この水晶Q1の一端は、コンデンサC9を介してグランドに接続されるとともに、「AND」論理コネクタAND1の出力端子に接続された抵抗14に接続され、他端は、コンデンサC8を介してグランドに接続されるとともに、コネクタAND1の第1の入力端子に接続されている。抵抗R13は、コネクタAND1の第1の入力端子と出力端子とを接続している。コネクタAND1の第2の入力端子は、電圧源V7および「AND」論理コネクタAND2の第1の入力端子に接続されている。コネクタAND1の出力端子は、コネクタAND2の第2の入力端子に接続されている。コネクタAND2の出力端子は、局部発振器57の出力部61に相当し、局部発振器57の出力部61に生成される信号は、スイッチ55に送られる。(成形回路49または局部発振器57に由来する)スイッチ55からの出力信号は、電力増幅器63の入力部62に送られる。この詳細については、図11に示す。
【0057】
電力増幅器63は、第1の増幅段65を備え、この第1の増幅段65は、コンデンサC10と、それに直列に接続された抵抗R15と、その抵抗R15が中点に接続された、直列に配置された第1の抵抗R16と第2の抵抗R17から成るブランチを備えている。第1の抵抗R16は、グランドに接続され、第2の抵抗R17は、電位V8に接続されている。ブランチの中点は、シュミットトリガA1にも接続され、このシュミットトリガA1の出力部は、第2の増幅段67の入力部68に接続されている。この入力部68は、第1のブランチであって、並列に配置された3つのシュミットトリガA2、A3、A4と、それらのシュミットトリガに直列に接続されたコンデンサC11とを備え、リンク点70に接続された第1のブランチと、第2のブランチであって、並列に配置された2つのシュミットトリガと、それらのシュミットトリガに直列に接続されたコンデンサC12とを備え、リンク点72に接続された第2のブランチとに接続されている。リンク点70および72は、直列の3つの抵抗R18、R19およびR20を備えるブランチの途中の点に相当する。リンク点70は、抵抗R18とR19との間にあり、リンク点72は、抵抗R19とR20との間にある。抵抗R18は、電位V9に接続され、抵抗R20は、グランドに接続されている。2つのpタイプMOSFETトランジスタT1およびT2のゲートは、中点70に接続され、ソースは電位V9に接続され、ドレインは抵抗R21の第1の端子に接続されている。nタイプMOSFETトランジスタT3のゲートは、リンク点72に接続され、ソースはグランドに接続され、ドレインは抵抗R21の第1の端子に接続されている。この抵抗R21の第2の端子は、電力増幅器63の出力部69に接続されている。
【0058】
増幅された信号は、例えば13.56MHzなどの所望の周波数を選択するために、電力増幅器63の出力部69から帯域通過フィルタ71に送られる。
【0059】
図12は、帯域通過フィルタ71の一例を示す。フィルタ71の入力部は、増幅器63の出力部69に相当し、インダクタL1と、直列に配置された2つのコンデンサC13およびC15とを備え、フィルタ71の出力部73に接続されているブランチに接続されている。インダクタL2と直列に接続されているコンデンサC14は、コンデンサC15と並列に配置されている。さらに、コンデンサC14とインダクタL2との間の接続は、グランドに接続されている。インダクタとコンデンサの値により、フィルタの遮断周波数が決まるので、送信する周波数を調節できる。従って、この装置は、受信信号と同じ周波数で同じ位相の信号を送信するため、または所与の周波数で信号を送信するために使用することができる。さらに、所与の周波数で送信される信号は、例えば電力増幅器の電子ノイズなどのノイズから生成することができる。ノイズをフィルタして、送信信号のための所望の周波数が得られるので、局部発振器57なしで済ますことができる。
【0060】
第2の同期プロトコルにおいては、周辺装置15の通信手段から送信された無線周波数信号との同期は、位相オフセットの連続近似によって、アンテナから受信された信号の共鳴周波数を探すことによって得られる。
【0061】
図13は、共鳴周波数を探して同期を取るために使用することができる受信モジュール37および送信モジュール33の例示的実施形態を示す。
【0062】
アンテナ23の受信ループ35で受信した無線周波数信号は、受信回路75に送られて復調され、次いで共鳴分析モジュール77に送られ、この共鳴分析モジュール77において、信号が分析されて、その振幅が測定される。共鳴分析モジュール77において測定された振幅に応じて、信号は、位相オフセットモジュール79に送られ、この位相オフセットモジュール79は、局部発振器81から送信される信号の位相シフトのオフセットを命令する。従って、信号の位相は、共鳴分析モジュール77で測定された振幅の関数として制御される。位相の調節は、例えば、(小さい位相オフセットで)連続的に近似することによって行われ、共鳴が最大になる方向に進むことができる。局部発振器によって生成された信号は、信号成形回路83に、次いで送信回路85に送られて、アンテナ23の送信ループ31に電力を供給する。
【0063】
最大共鳴の探索は、連続的であり、位相オフセットの方向は、測定履歴に基づいて決定される。位相オフセット後に振幅が減少する場合、位相オフセットの方向は反転される。こうして、すべての周辺装置は、受信信号の共鳴周波数に同期され、これによって、すべての周辺装置15の相互同期を取ることができる。
【0064】
いったん異なる周辺装置15からの信号が同期されると、周辺装置15は、中央基地15で受信される信号間で有害な影響を与えることなく、中央基地21にエネルギーを送信できる。受信エネルギーの量が中央基地21を動作させるのに十分な場合、中央基地21は、受信信号を電荷変調して起動信号(例えば、単なるビープなどに相当する)を送信して、周辺装置15から中央基地21に今からデータを転送できる旨、周辺装置15に知らせる。
【0065】
データ損失を回避するためには、衝突防止プロトコルが必要である。この衝突防止プロトコルは、複数の周辺装置15がデータを同時に送信するのを防止することができる。このため、例えば製造時またはデータ転送システム13の初期設定時に割り当てられた識別番号に従って、異なる周辺装置15に異なるタイムスロットが割り当てられる。あるタイムスロット中は、識別番号がこのスロットに関係している周辺装置15が、データフレームを中央基地21に送信することができる。
【0066】
この場合、中央基地の動作モードに応じて、2つの形態が可能である。
−中央基地21をデータ受信可能にするのに、ただ1つの周辺装置15から供給されるエネルギーで十分な場合、様々な周辺装置15はそれぞれ、自装置に割り当てられたタイムスロット中に順に信号を送信する。この信号は、中央基地21へのエネルギーの供給と、周辺装置15の測定手段17が行った測定に対応するデータの送信との両方を可能にする。さらに、これらのタイムスロットの継続期間は、選択されたプロトコルに応じて変わってもよく、例えば10msまたは20msでもよい。
【0067】
図14は、時間tの関数として、3つの周辺装置15a、15b、15cと1つの中央基地21についての、種々のデータ送信ステップを示す。
【0068】
すべての周辺装置15に共通のフェーズT1は、前述の同期プロトコルの1つに従った同期フェーズに相当する。同期フェーズが終わると、中央基地21は、エネルギーを受け取り、このエネルギーが所定の閾値に達すると、中央基地21から周辺装置15への起動信号の返信に相当するフェーズT2が開始される。第1の周辺装置、ここでは周辺装置15aは、起動信号を受信すると、フェーズT3中にその測定値に対応するデータを送信する。所定のタイムスロットに相当するフェーズT3によって、周辺装置15は、測定値に対応するデータの転送ができるようになる。次いで、フェーズT3が終わると、第2の周辺装置15bが、フェーズT4中にその測定値に対応するデータを送信する。次いで、フェーズT4が終わると、第3の周辺装置15cが、フェーズT5中にその測定値に対応するデータを送信する。フェーズT5の後のフェーズT6は、中央基地21によるデータ処理に相当する。この処理は、データの受信より多くのエネルギーを必要とすることがあるので、周辺装置15のすべてが、フェーズT6の期間中、中央基地21へのエネルギー転送のための信号を送信する。データ処理中に中央基地21に電力を供給するのに、ただ1つの周辺装置15からのエネルギーで十分な場合は、例えば第3の周辺装置15cだけが、送信を続けて、フェーズT6の期間中エネルギーを送信する。フェーズT6が終わると、中央基地21は、例えば、周辺装置15に(今までどおり電荷変調によって)起動停止信号を送信して、データ処理の終了を通知し、周辺装置15は、送信を停止する。
【0069】
−中央基地21がデータを受信するために、すべての周辺装置15から供給されるエネルギーを必要とする場合、すべての周辺装置15が信号を送信して、データの送信期間を通してエネルギーの送信ができるようにし、それぞれの周辺装置15は、その測定手段17が行う測定に対応するデータを送信する。
【0070】
図15は、時間tの関数として、3つの周辺装置15a、15b、15cと1つの中央基地21についての、異なるデータ送信ステップを示す。
【0071】
フェーズT1は、前の実施形態と共通であり、前述の方法の1つによる周辺装置の同期に相当する。フェーズT1が終わると、周辺装置15a、15b、15cは、信号を送信して基地局21にエネルギーを転送する。中央基地21のエネルギーレベルがデータを受信するのに十分になると、中央基地21は、起動信号を再送信する(フェーズT2)。次いで、第1の周辺装置15aが、その測定値に対応するデータを送信する(フェーズT3)。フェーズT3が終わると、第2の周辺装置15bが、その測定値に対応するデータを送信し(フェーズT4)、次いでフェーズT4が終わると、第3の周辺装置15cが、その測定値に対応するデータを送信する。さらに、フェーズT3、T4およびT5中、すべての周辺装置15(15a、15b、15c)は、送信を続けて、中央基地21にエネルギーを転送して、データ処理を可能にする。フェーズT6に関しては、すべての周辺装置15は、送信を続けて、中央基地21にエネルギーを転送し、データの処理を可能にする。いったんデータが処理されると、中央基地21は、例えば周辺装置15に起動停止信号を再送信して、データ処理の終了を通知し、周辺装置15に送信を停止させるのがよい。
【0072】
さらに、データ処理は、例えば、予め定められたパラメータの値を得るための計算、データおよび/または計算したパラメータのバックアップ、データおよび/または計算したパラメータの表示等を備えているのがよい。
【0073】
さらに、データの送信が信号の同期を妨害しないようにするためには、従って、中央基地21へのエネルギーの転送を妨害しないようにするためには、信号の変調率は限定される(<100%)。
【0074】
第2の実施形態においては、中央基地21は、周辺装置15から送信されるエネルギーを蓄える、例えば充電式電池などの蓄積手段を備えている。従って、周辺装置15は、エネルギーを回収すると、このエネルギーの少なくとも一部を中央基地21に送信し、次いで中央基地21は、このエネルギーを蓄える。このエネルギーは、スタンバイモードの中央基地21に電力を供給するために使用され、中央基地21は、プログラムに応じて測定値取得サイクルを開始する。測定値取得サイクルは、無線周波数識別(RFID)プロトコルに従って進行し、このプロトコルでは、周辺装置15は、応答装置として受動的に動作し、周辺装置15が必要とするエネルギーは、中央基地から供給される。従って、この実施形態では、中央基地21から信号が送信され、周辺装置15で電荷変調を行って、実施した測定に対応するデータを中央基地21に再送信する。従って、この実施形態は、標準RFID通信プロトコルを使用できるようにする。しかし、この実施形態は、誘電結合によるエネルギーの転送を二回行い、大きい損失が生じる。
【0075】
本発明の実施形態を一層よく理解するために、以下に、これらの実施形態の異なるアプリケーションを詳細に説明する。
【0076】
第1のアプリケーションは、図16に示す秤89に関する。この図の周辺装置15は、秤89にユーザが乗っていることにより生じる力を測定する手段17を備えている。この測定手段は、例えば、ユーザの足の位置にある測定器の歪みゲージである。周辺装置は、エネルギー回収手段19を備えるのがよい。このエネルギー回収手段19は、例えば磁石マイクロ発電機であり、秤にユーザが乗っていることによって与えられるエネルギーを回転運動に変換して、次いでオルタネータによって電気に変換して、ユーザが秤に乗っていることによって供給されるエネルギーを回収することができる。図16の例では、データ転送システムすなわち秤89は、秤89上のユーザの足の位置の前後にある4つの周辺装置15を備えていて、エネルギーを最大限に回収している。周辺装置は、無線周波数通信手段24も備えている。この無線周波数通信手段24は、例えば図5に示す送信−受信電気回路であり、エネルギーを中央基地21に転送できる、相互インピーダンスがゼロになるように構成されたダブルループに接続されている。
【0077】
中央基地21は、周辺装置15から送信される無線周波数信号27を受信できる通信手段24と、周辺装置15から送信される歪みゲージの測定値に対応するデータに基づいて、ユーザの体重を決定できる処理手段18と、この体重を表示する手段とを備えている。従って、ユーザが秤89の上に立つと、ユーザの体重によってマイクロ発電機が駆動されて、電圧を作り出し、この電圧は、一方で歪みゲージに電力を供給し、他方で無線周波数通信手段24に電力を供給して、中央基地21にエネルギーを転送する。さらに、ユーザの体重は、歪みゲージを変形させて、その変形から、ユーザの体重を決定することができる。次いで、中央基地21に送信された無線周波数信号27により、中央基地21は、ユーザの体重を決定して、この体重を表示することができる。従って、この秤89は、外部からのエネルギーの供給(バッテリまたは主電源への接続)なしに動作し、歪みゲージと中央基地21との間に接続ケーブルを必要としない。
【0078】
第2のアプリケーションは、除細動器に関する。心臓に疾患がある人は、埋め込み式の除細動器、言い換えると、心拍を継続的に監視し、必要なときに、放電を行って心臓の刺激または調整を行い、測定および刺激用の電極が直接心臓に埋め込まれる器具、を使用する必要がある。このアプリケーションは、心臓の鼓動によって供給されるエネルギーの一部を、例えば圧電素子または電磁素子などによって回収し、一方で心拍数の測定を行うための電極に電力を供給し、他方で無線周波数通信手段に電力を供給して、測定結果をベッドまたはユーザの腰掛けなどの上にある中央基地に転送できるようにしている。さらに、回収エネルギーは、放電を確実にするためのバッテリを充電するためにも使用できる。他方において、このアプリケーションでは、放電を確実にするためにバッテリの残量監視が行われてもよいし、適切な放電を行うのに周辺装置からの充電では不十分な場合、このバッテリを充電する他の手段も提供されてもよい。従って、心拍数の測定値を中央基地に継続的に送信することができ、中央基地は、プロットの形態でこれらのデータを表示し、例えば心拍数が所定の閾値を超える場合、放電を行う必要があるか否かを判定してもよい。
【0079】
従って、このアプリケーションは、心臓の鼓動によって供給されるエネルギーを回収することにより、埋め込み電極と中央基地との間のケーブルを廃止して、ユーザの快適度を向上している。
【0080】
さらに、埋め込み電極は、外部の無線周波数アンテナを使用することにより、病院での検査中に使用することができる。
【0081】
第3のアプリケーションは、例えば病院のベッドにいる患者の生理的定数を監視する装置に関する。周辺装置は、例えば、電圧、心拍数、体温等のような生理的定数を測定する手段と、例えば、熱電対による心臓エネルギーの回収、および圧電素子による人体の内部および外部の動きに関係する機械的エネルギーの回収のような、測定環境に関係するエネルギーを回収する手段とを備えている。従って、回収エネルギーにより、センサへの電力供給と、中央基地との通信が可能になる。中央基地は、例えば、周辺装置からのデータを受信でき、これらのデータを保存できる中継アンテナから成る装置で構成されてもよく、この装置は、例えば患者の衣類上などの患者の近くに設置され、中央基地が格納したデータは、データ転送システムの外部のRFIDタイプの読取機によって復元される。さらにデータは、測定手段の中に保存されてもよい。
【0082】
それ故、本発明の実施形態は、自装置に電力を供給できるとともに、センサが測定したデータの処理を扱う中央基地に電力を供給できるマイクロ発電機などの、センサのネットワークを構成する周辺装置を使用できる一方で、周辺装置と中央基地との間のケーブルを廃止できる。これらの実施形態は、データ転送システムにおける供給エネルギーの使用を最適化でき、アクセスすることが困難な環境にデータ転送システムを設置することを可能にしている。
【符号の説明】
【0083】
1 中央基地
3 バッテリ
5 無線周波数送信部
7 周辺装置
9 アンテナ
13 データ転送システム
15、15a、15b、15c 周辺装置
17 測定手段
18 処理手段
19 エネルギー回収手段
21 中央基地
23 ダブルループアンテナ
24 無線周波数通信手段
25 アンテナ
26 データ
27 無線周波数信号
28 エネルギー
29 蓄積手段
31 第1のループ
33 送信モジュール
35 第2のループ
37 受信モジュール
39 受信増幅回路
41、47、53、59、61、62、69 入力部、出力部
43 ゼロ交差検出回路
45 増幅回路
49 成形回路
51 制御回路
55 スイッチ
57、81 局部発振器
63 電力増幅器
65 第1の増幅段
67 第2の増幅段
71 帯域通過フィルタ
75 受信回路
77 共鳴分析モジュール
79 位相オフセットモジュール
83 信号成形回路
85 送信回路
89 秤
A1〜A6 シュミットトリガ
AND1、AND2 AND論理コネクタ
AO1〜AO4 演算増幅器
R1〜R21 抵抗
C1〜C15 コンデンサ
DZ1 ツェナーダイオード
L1、L2 インダクタ
Q1 水晶
T1、T2、T3 MOSFETトランジスタ
T1〜T6 フェーズ
V1〜V8 電位

【特許請求の範囲】
【請求項1】
データ転送システム(13)の管理方法であって、
−複数の周辺装置(15)と、
−中央基地(21)とを備えるとともに、
前記複数の周辺装置と前記中央基地との間でデータを転送できる無線周波数通信手段を備え、
−前記複数の周辺装置(15)でエネルギーを回収し、
−前記回収したエネルギーの少なくとも一部を、前記無線周波数通信手段(24)によって前記中央基地(21)に転送し、
前記中央基地(21)は、所定の周波数に同調しているアンテナ(25)を備え、前記複数の周辺装置(15)は、相互インピーダンスがゼロで、第1のループ(31)が無線周波数信号(27)の送信を扱い、第2のループ(35)が無線周波数信号(27)の受信を扱うダブルループアンテナ(23)を備え、前記複数のアンテナ(23)から送信される前記無線周波数信号(27)を同期させるステップは、
−前記周辺装置(15)から前記中央基地(21)への通信プロセスが開始されると、前記中央基地(21)から送信される無線周波数信号(27)を検出するために、無線周波数信号(27)を受信するように構成された前記アンテナ(23)の前記ループ(35)によって、リッスニングフェーズを実施するステップと、
−前記周辺装置(15)が、前記中央基地(21)から送信された無線周波数信号(27)を検出した場合、前記検出した無線周波数信号(27)を使用して、前記検出した無線周波数信号(27)と同じ周波数で同じ位相の無線周波数信号(27)を前記中央基地(21)に送信するステップと、
−前記周辺装置(15)が、前記中央基地(21)から送信された無線周波数信号(27)を検出しない場合、前記所定の周波数で無線周波数信号(27)を送信するステップと、
−前記中央基地(21)が、前記所定の周波数で周辺装置(15)から送信された無線周波数信号(27)を受信すると、前記受信した無線周波数信号(27)を復元し、前記所定の周波数で無線周波数信号(27)を前記複数の周辺装置(15)に再送信するステップを備え、
前記無線周波数信号(27)と同期を取ることによって、前記無線周波数信号(27)間で相互に有害な影響を与えることなく、前記複数の周辺装置(15)から、前記中央基地(21)への同時エネルギー転送を可能にしていることを特徴とする管理方法。
【請求項2】
前記周辺装置は、識別手段を備え、周辺装置(15)と前記中央基地(21)との間で転送されるデータは、前記周辺装置(15)の識別子を有していることを特徴とする請求項1に記載の管理方法。
【請求項3】
前記複数の周辺装置(15)は、少なくとも1つの物理量を測定する手段(17)を備え、周辺装置(15)と前記中央基地(21)との間で転送される前記データは、前記少なくとも1つの物理量の少なくとも1つの測定値を備え、前記中央基地(21)は、前記少なくとも1つの物理量の前記少なくとも1つの測定値に対応する前記転送データを処理する手段を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の管理方法。
【請求項4】
前記複数の周辺装置(15)から前記中央基地(21)への前記エネルギー転送は、前記無線周波数通信手段(24)の誘導結合によって行われることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項5】
前記エネルギー回収は、前記複数の周辺装置(15)で入手可能なエネルギーの電気エネルギーへの変換を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項6】
周辺装置(15)による検出無線周波数信号(27)に同期している無線周波数信号(27)の生成は、成形電子回路によって行われることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項7】
周辺装置(15)による検出無線周波数信号(27)に同期している無線周波数信号(27)の生成は、前記検出信号の共鳴周波数を見つけるために、位相シフトによる連続近似によって行われることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項8】
周辺装置(15)による所定の周波数での無線周波数信号(27)の送信は、前記周辺装置(15)の局部発振器(57)によって行われることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項9】
周辺装置(15)による所定の周波数での無線周波数信号(27)の送信は、前記所定の周波数でフィルタした電子ノイズに基づいて行われることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項10】
前記所定の周波数は、13.56MHzであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項11】
任意の時点において、1つの周辺装置(15)だけが前記中央基地(21)にデータを送信することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項12】
前記中央基地(21)への前記データの送信は、衝突防止プロトコルに従って、前記複数の周辺装置(15)間で順に行われることを特徴とする請求項11に記載の管理方法。
【請求項13】
前記回収エネルギーの少なくとも一部の前記中央基地(21)への転送は、回収エネルギーの量が所定の閾値に達すると行われることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項14】
前記エネルギーは、前記複数の周辺装置(15)に蓄えられることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項15】
前記エネルギーは、前記中央基地(21)に蓄えられることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項16】
前記中央基地(21)は、周辺装置に所定のトリガ信号を送信して、前記データの取得を開始し、次いで前記周辺装置(15)に信号を送信して、無線周波数識別によって取得される前記データを復元することを特徴とする請求項15と組み合わせた請求項3〜5のいずれか1項に記載の管理方法。
【請求項17】
データ転送システム(13)であって、
−複数の周辺装置(15)と、
−中央基地(21)とを備えるとともに、
前記複数の周辺装置(15)と前記中央基地(21)との間でデータを転送できる無線周波数通信手段(24)を備え、
−前記中央基地は、所定の周波数に同調しているアンテナを備え、周辺装置から前記所定の周波数で送信された無線周波数信号を復元し、前記複数の周辺装置に前記所定の周波数で無線周波数信号を再送信するように構成され、
−前記複数の周辺装置(15)は、
−前記無線周波数通信手段(24)によって、一方で前記複数の周辺装置(15)に、他方で前記中央基地(21)に、供給するためのエネルギーの回収手段(19)と、
−ダブルループアンテナ(23)であって、その第1のループ(31)は、無線周波数信号(27)を送信するように構成され、その第2のループ(35)は、無線周波数信号(27)を受信するように構成され、前記第1のループ(31)と前記第2のループ(35)は、相互インピーダンスがゼロになるように構成され、前記ダブルループアンテナ(23)はまた、
−前記周辺装置(15)から前記中央基地(21)への通信プロセスが開始されると、前記中央基地(21)から送信される無線周波数信号を検出するために、リッスニングフェーズを実施し、
−前記中央基地(21)から送信された無線周波数信号を検出した場合、検出した無線周波数信号と同じ周波数で同じ位相の無線周波数信号を前記中央基地(21)に送信し、
−検出しない場合、前記所定の周波数で無線周波数信号を送信するようにも構成されていることを特徴とするデータ転送システム。
【請求項18】
前記周辺装置(15)は、前記自周辺装置(15)の識別子を供給できる識別手段と、前記識別子を前記自周辺装置(15)から前記中央基地(21)に転送できる前記通信手段とを備えていることを特徴とする請求項17に記載のデータ転送システム(13)。
【請求項19】
前記周辺装置(15)は、少なくとも1つの物理量を測定する手段(17)を備え、
前記通信手段は、前記少なくとも1つの物理量の少なくとも1つの測定値を、前記複数の周辺装置(15)から前記中央基地(21)に転送でき、
前記中央基地(21)は、前記少なくとも1つの物理量の前記少なくとも1つの測定値に対応する前記転送データを、処理する手段を備えていることを特徴とする請求項17または18に記載のデータ転送システム(13)。
【請求項20】
前記複数の周辺装置(15)の前記ダブルループアンテナ(23)は、所定の共通周波数で位相の合っている無線周波数信号(27)を送信するように構成されていることを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項に記載のデータ転送システム(13)。
【請求項21】
前記複数の周辺装置(15)は、前記回収エネルギーを蓄える手段(29)を備えていることを特徴とする請求項17〜20のいずれか1項に記載のデータ転送システム(13)。
【請求項22】
前記中央基地(21)は、前記回収エネルギーを蓄える手段を備えていることを特徴とする請求項17〜21のいずれか1項に記載のデータ転送システム(13)。
【請求項23】
前記データ転送システム(13)は、秤の上のユーザの足の位置に配置された複数の周辺装置(15)を備える秤に相当し、前記複数の周辺装置(15)は、前記秤に前記ユーザが乗ることによって供給されるエネルギーを回収する手段(19)と、前記ユーザが乗ることによる力を測定する手段(17)とを備え、前記中央基地(21)は、前記複数の周辺装置から供給される前記測定値から前記ユーザの体重を決定する手段と、前記決定した体重を表示する手段とを備えている前記中央基地(21)とを備えていることを特徴とする請求項17〜22のいずれか1項に記載のデータ転送システム(13)。
【請求項24】
前記秤に前記ユーザが乗ることによって供給されるエネルギーの前記回収手段(19)は、磁石発電機を備え、前記ユーザが乗ることによる力の前記測定手段(17)は、歪みゲージを備えていることを特徴とする請求項23に記載のデータ転送システム(13)。
【請求項25】
前記転送システム(13)は、ユーザの心臓の近くに配置された複数の周辺装置(15)を備える除細動器に相当し、前記複数の周辺装置(15)は、前記ユーザの心臓の鼓動によって供給されるエネルギーを回収する手段(19)と、心拍数を測定する手段(17)と、放電を行う手段とを備え、前記中央基地(21)は、前記複数の周辺装置から供給される前記心拍数の測定値に基づき、放電を行う必要性を判定する手段を備えていることを特徴とする請求項17〜22のいずれか1項に記載のデータ転送システム(13)。
【請求項26】
前記転送システム(13)は、人の生理的定数を監視するためのものであり、前記複数の周辺装置(15)は、これらの生理的定数を測定する手段(17)と、人体から供給されるエネルギーを回収する手段(19)とを備え、前記中央基地(21)は、前記人の生理的定数を保存および/または表示する手段を備えていることを特徴とする請求項17〜22のいずれか1項に記載のデータ転送システム(13)。
【請求項27】
前記人の生理的定数の測定手段(17)、および人体から供給されるエネルギーの回収手段(19)は、熱電対を備えていることを特徴とする請求項26に記載のデータ転送システム(13)。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【公開番号】特開2012−195938(P2012−195938A)
【公開日】平成24年10月11日(2012.10.11)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2012−56868(P2012−56868)
【出願日】平成24年3月14日(2012.3.14)
【出願人】(510132347)コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
【Fターム(参考)】