無線センサ装置
【課題】 無線センサ装置による検出値から計測値への変換処理をより効率良く且つ精度良く行う。
【解決手段】 少なくとも一つのセンサ１０１と、センサ１０１の検出値Ｓ１を近似式に代入することによって計測値Ｓ３に変換する信号処理部１９０と、計測値Ｓ３を無線により送出するための送信回路部１４１とを備える。信号処理部１９０は、検出値Ｓ１に応じて異なる近似式を用いた変換を行う。例えば、検出値Ｓ１が第１の範囲にある場合には第１の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、検出値Ｓ１が第２の範囲にある場合には第２の最小二乗近似多項式を用いた変換を行う。本発明によれば、センサ１０１の検出値Ｓ１に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことにより、計測値Ｓ３を算出していることから、使用する近似式が単純となり、その結果、演算処理の負荷を大幅に低減することが可能となる。
【解決手段】 少なくとも一つのセンサ１０１と、センサ１０１の検出値Ｓ１を近似式に代入することによって計測値Ｓ３に変換する信号処理部１９０と、計測値Ｓ３を無線により送出するための送信回路部１４１とを備える。信号処理部１９０は、検出値Ｓ１に応じて異なる近似式を用いた変換を行う。例えば、検出値Ｓ１が第１の範囲にある場合には第１の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、検出値Ｓ１が第２の範囲にある場合には第２の最小二乗近似多項式を用いた変換を行う。本発明によれば、センサ１０１の検出値Ｓ１に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことにより、計測値Ｓ３を算出していることから、使用する近似式が単純となり、その結果、演算処理の負荷を大幅に低減することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線センサ装置に関し、特に、複数のセンサが内蔵された無線センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、温度や湿度等を計測するセンサと無線送信部を一体化した無線センサ装置が知られている（特許文献１参照）。無線センサ装置は、センサ本体と温度や湿度等の計測値を利用する機器（以下、「利用機器」という）とを空間的に離間させることができるため、複数の場所にそれぞれ無線センサ装置を配置して、得られる計測値を集中管理したり、無線センサ装置を移動・携帯することができるなど、多様な形態での利用が可能となる。しかしながら、多くのセンサは、計測対象である温度や湿度等の変化に対してその検出値（電圧レベル等）の変化が直線的でないことから、センサの検出値から実際に温度や湿度等の計測値を得るためには、何らかの方法で変換を行う必要がある。この場合、無線センサ装置のように、利用機器とセンサとが空間的に離間しているケースでは、この変換処理に関して種々の問題が生じる。
【０００３】
まず、検出値から計測値への変換処理を無線センサ装置側ではなく利用機器側で行うことが考えられるが、上述の通り、無線センサ装置は一つの利用機器に対して複数個用いられることがあるため、この場合、利用機器側における処理負担が過大となるおそれがある。
【０００４】
一方、検出値から計測値への変換処理を無線センサ装置側で行う場合、無線センサ装置内に変換テーブルを設けることによって変換処理を行うことが考えられるが、無線センサ装置に複数のセンサが内蔵されている場合にはセンサごとに変換テーブルを用意しなければならず、また、センサの計測範囲が広い場合には各テーブルのサイズもこれに比例して大きくなってしまう。無線センサ装置は、その特性上小型であることが非常に重要であることから、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリ領域（ＲＯＭ（Read Only Memory）領域及びＲＡＭ（Random Access Memory）領域）がワンチップ化された所謂マイコンチップを用いることが好ましいと考えられるが、この場合、変換テーブルを格納するＲＯＭ領域の容量については大きく制限され、サイズの大きな変換テーブルを格納することができないといったケースも生じる。
【０００５】
以上を考慮すれば、検出値から計測値への変換処理は、無線センサ装置内のＣＰＵを用いて演算により行うことが好ましいと考えられる。しかしながら、一般的な演算方法を用いた場合、ＣＰＵの処理負担が過大となるおそれがあり、また、変換処理を行うためのプログラムが複雑でその開発に手間がかかるという問題があった。例えば、温度センサとしてサーミスタを用いた場合、２５℃でのサーミスタの抵抗値をＲ２５とすると、温度Ｘでのサーミスタの抵抗値Ｒｘは、
【数１】
によって表される。Ｂは定数である。つまり、温度（Ｘ）とサーミスタの抵抗値（Ｒｘ）との関係は対数関数的であり、その演算を行うＣＰＵの処理負担が重いばかりでなく、これを演算するためのプログラム自体も大きくなってしまう。
【０００６】
ＣＰＵによるこのような変換処理を比較的簡単に行う方法としては、最小二乗近似多項式などの近似式を用いた演算方法が知られている（特許文献２参照）。最小二乗近似多項式を用いた演算は、単純な四則演算の繰り返しであることからＣＰＵの処理負担が軽く、また、演算に必要なプログラム等も比較的小さく且つ単純であるという利点がある。
【特許文献１】特公平８−６９５５号公報
【特許文献２】特開平６−１０１８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、センサの検出値と計測値との関係を一つの近似式によって表そうとすると、近似式の構造が非常に複雑となることがあり、このような場合、ＣＰＵの負荷が十分に低減されない可能性があった。一例として、サーミスタを用いた温度センサの検出値と計測値との関係を一つの最小二乗近似多項式で表そうとすると、計測範囲によっては最小二乗近似多項式の次数が２０次以上となってしまう。通常、無線センサ装置は信号処理部や無線送信部の駆動にバッテリを使用することから、ＣＰＵの負荷が大きいとバッテリの寿命が短くなるという問題があった。
【０００８】
したがって、本発明は、検出値から計測値への変換処理をより効率良く且つ精度良く行うことが可能な無線センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による無線センサ装置は、少なくとも一つのセンサと、前記センサの検出値を近似式に代入することによって計測値に変換する信号処理部と、前記計測値を無線により送出するための送信回路部とを備え、前記信号処理部は、前記検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、センサの検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことにより、計測値を算出していることから、使用する近似式が単純となり、その結果、演算処理の負荷を大幅に低減することが可能となる。
【００１１】
本発明において、信号処理部は、センサの検出値が第１の範囲にある場合には第１の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記センサの検出値が第２の範囲にある場合には第２の最小二乗近似多項式を用いた変換を行うことが好ましい。最小二乗近似多項式を用いた演算は、単純な四則演算の繰り返しであることから演算処理の負担が軽いという利点があるからである。この場合、第１及び第２の最小二乗近似多項式の次数については互いに異なっていても構わないし、互いに等しくても構わない。
【００１２】
本発明において使用するセンサは、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ及びトナーセンサからなる群より選ばれた少なくとも１種とすることができる。また、本発明による無線センサ装置は、少なくとも前記信号処理部及び前記送信回路部に電力を供給するバッテリをさらに備えることがさらに好ましい。無線センサ装置にバッテリを内蔵させれば、移動・携帯が可能であるという無線センサ装置の利点を十分に活かすことが可能となる。
【００１３】
また、信号処理部は、センサによる検出値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくともＡ／Ｄコンバータの出力及びメモリに格納された前記データを用いた演算を行うＣＰＵとを有していることが好ましい。
【００１４】
さらに、信号処理部は、検出値及びセンサの特性に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことが好ましい。このように、得られた検出値のみならず、センサの実際の特性に応じて異なる近似式を用いた変換を行えば、湿度センサのようにばらつきの大きいセンサを使用する場合であっても、高精度な計測を行うことが可能となる。
【００１５】
この場合、信号処理部は、センサによる検出値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、センサの特性及び検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくともＡ／Ｄコンバータの出力及びメモリに格納された前記データを用いた演算を行うＣＰＵとを有していることが好ましい。また、メモリは、使用すべき近似式を指定するフラグ有していることが好ましい。フラグとしては、ＥＰＲＯＭのように、電気的に書き込みが可能な不揮発性メモリを使用することが特に好ましい。
【００１６】
センサの数は複数であることが好ましく、この場合、複数のセンサのうち少なくとも２つのセンサの計測対象は、互いに異なっていても構わないし、互いに同一であっても構わない。これら２つのセンサの計測対象が互いに異なっていれば、複数の事象を同時に測定することが可能となるし、これら２つのセンサの計測対象が互いに同一であれば、一つの事象を異なる側面から測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明によれば、センサの検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことにより、計測値を算出していることから、使用する近似式がそれぞれ単純となり、その結果、変換処理をより効率良く且つ精度良く行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の好ましい第１の実施形態による無線センサ装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態による無線センサ装置１００は、センサ１０１と、Ａ／Ｄコンバータ１１０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２０と、メモリ１３０と、送信回路部１４１と、アンテナ１４２と、バッテリ１５０とを備えて構成されている。この他、無線センサ装置１００には、ＩＤや初期値などをセットするための入力部が備えられているが、本発明の要旨とは直接関係がないことから、入力部の図示及びその説明は省略する。
【００２０】
センサ１０１は、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ、トナーセンサ等から選ばれたセンサであり、図１に示すように、センサ素子１０１ａとセンサ回路１０１ｂによって構成されている。センサ素子１０１ａとは、例えば温度センサであればサーミスタ自体であり、センサ回路１０１ｂとは、例えばサーミスタの抵抗値を電圧変換する抵抗素子などである。
【００２１】
Ａ／Ｄコンバータ１１０は、センサ回路１０１ｂより得られる検出値Ｓ１をデジタル値である検出値Ｓ２変換するため機能ブロックである。つまり、センサ回路１０１ｂより得られる検出値Ｓ１は、電圧値や電流値といったアナログ量であることから、これをデジタル処理するための前処理としてＡ／Ｄコンバータ１１０が必要となるのである。Ａ／Ｄコンバータ１１０の分解能としては、無線センサ装置１００の用途にもよるが、８ビット以上の分解能であることが好ましく、１２ビット以上の分解等であることがより好ましい。
【００２２】
ＣＰＵ１２０は、無線センサ装置１００の全体の動作を制御するとともに、Ａ／Ｄコンバータ１１０より与えられるデジタル形式の検出値Ｓ２を受け、これを温度や湿度等の計測値Ｓ３に変換するための演算を行うための機能ブロックである。詳細については後述するが、かかる変換には最小二乗近似多項式を用いた演算が用いられる。特に限定されるものではないが、ＣＰＵ１２０としては、スリープ機能（待機時における消費電力を大幅に抑える機能）を有しているものを用いることが好ましい。
【００２３】
メモリ１３０は、ＣＰＵ１２０による演算処理に必要なプログラムやデータを格納するための機能ブロックである。メモリ１３０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）領域及びＲＡＭ（Random Access Memory）領域が含まれていることが好ましく、この場合、ＲＯＭ領域にはＣＰＵ１２０による演算処理に必要なプログラムや係数等のデータが格納され、ＲＡＭ領域にはＣＰＵ１２０による演算処理に必要な作業データや、得られた計測値等が格納されることになる。
【００２４】
詳細については後述するが、本実施形態においては、メモリ１３０内に３種類の最小二乗近似多項式の演算にそれぞれ必要なデータが格納されている。これら３つの最小二乗近似多項式は、Ａ／Ｄコンバータ１１０により変換された検出値Ｓ２の各範囲に対応しており、検出値Ｓ２が第１の範囲にある場合には最小二乗近似多項式Ｆ１が選択され、検出値Ｓ２が第２の範囲にある場合には最小二乗近似多項式Ｆ２が選択され、検出値Ｓ２が第３の範囲にある場合には最小二乗近似多項式Ｆ３が選択される。これら３つの最小二乗近似多項式の次数は、一部又は全部が同じであっても構わないし、一部又は全部が異なっていても構わない。
【００２５】
これらＡ／Ｄコンバータ１１０、ＣＰＵ１２０及びメモリ１３０は、信号処理部１９０を構成しており、それぞれ別個の半導体ＩＣにより構成されていても構わないが、既に言及したとおり、無線センサ装置１００はその特性上、小型であることが非常に重要であることから、これらの一部又は全部がワンチップ化された所謂マイコンチップを用いることが好ましい。この場合、メモリ１３０に含まれるＲＯＭ領域については容量がかなり制限されるが、本実施形態による無線センサ装置１００では、検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を最小二乗近似多項式を用いた演算により行っていることから、ＲＯＭ領域の容量が小さい場合であっても、必要なプログラムや係数等のデータを十分に格納することが可能である。
【００２６】
送信回路部１４１及びアンテナ１４２により構成される無線送信部は、ＣＰＵ１２０による演算によって得られた温度や湿度等の計測値を無線送信するための機能ブロックである。また、無線送信部に受信回路部を付加し、これによって無線受信機能を持たせれば、無線センサ装置１００を無線により外部からコントロールすることが可能となる。但し、本発明において無線送信部に無線受信機能を持たせることは必須でない。
【００２７】
バッテリ１５０は、無線センサ装置１００の動作に必要な電力を供給するための要素であり、ボタン型の小型電池や太陽電池等を用いることが好ましい。電力が必要な要素としては、少なくとも信号処理部１９０（Ａ／Ｄコンバータ１１０、ＣＰＵ１２０及びメモリ１３０）及び送信回路部１４１が挙げられる。本発明において無線センサ装置にバッテリを内蔵させることは必須ではないが、移動・携帯が可能であるという無線センサ装置の利点を活かすためには、本実施形態のようにバッテリ１５０を内蔵させることが好ましい。
【００２８】
図２は、本実施形態による無線センサ装置１００の動作を示すフローチャートである。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態による無線センサ装置１００に対して電源投入、すなわちバッテリ１５０をセットし（ステップＳ１）、図示しない入力部を介して、無線センサ装置１００のＩＤや信号処理部１９０に対する初期値などをセットすると（ステップＳ２）、信号処理部１９０は、センサ１０１からのデータ入力準備を行う（ステップＳ３）。データ入力準備とは、センサ回路１０１ｂに対し、動作に必要な電圧Ｖｃｃの供給を開始するとともに、Ａ／Ｄコンバータ１１０をウォーミングアップさせる動作である。かかる動作により、センサ回路１０１ｂからは検出値Ｓ１の出力が開始され、これがＡ／Ｄコンバータ１１０によってデジタル形式の検出値Ｓ２に正しく変換されることになる。但し、Ａ／Ｄコンバータ１１０のウォーミングアップが既に完了している場合は、これを省略しても構わない。
【００３０】
このようなデータ入力準備が完了すると、ＣＰＵ１２０は、Ａ／Ｄコンバータ１１０の出力である検出値Ｓ２の取り込みを行う（ステップＳ４）。つまり、実際にデータ入力を行う。これに応答してＣＰＵ１２０は、まず、供給された検出値Ｓ２と所定値Ａ１，Ａ２との大小関係を判断する。つまり、検出値Ｓ２と所定値Ａ１，Ａ２との関係が下記の条件（１）〜（３）のいずれを満たしているかを判断する（ステップＳ５）。
Ａ１≧Ｓ２ ・・・（１）
Ａ２＞Ｓ２＞Ａ１ ・・・（２）
Ｓ２≧Ａ２ ・・・（３）
【００３１】
その結果、検出値Ｓ２と所定値Ａ１，Ａ２とが上記（１）の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ１３０に格納されている最小二乗近似多項式Ｆ１を選択し、これを用いて検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を行う（ステップＳ６）。また、検出値Ｓ２と所定値Ａ１，Ａ２とが上記（２）の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ１３０に格納されている最小二乗近似多項式Ｆ２を選択し、これを用いて検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を行う（ステップＳ７）。そして、検出値Ｓ２と所定値Ａ１，Ａ２とが上記（３）の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ１３０に格納されている最小二乗近似多項式Ｆ３を選択し、これを用いて検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を行う（ステップＳ８）。
【００３２】
最小二乗近似多項式とは、
【数２】
で表される近似式の一種であり、複数の定数ａ０〜ａｎを用いることによって検出値Ｓ２を計測値Ｓ３に近似することができる。
【００３３】
ここで、検出値Ｓ２によって異なる最小二乗近似多項式を使用しているのは、次の理由による。つまり、検出値Ｓ２と計測値Ｓ３との関係を一つの近似式によって表そうとすると、近似式の構造が非常に複雑となり、ＣＰＵ１２０の負荷が大きくなるとともに、メモリ１３０に格納すべき各種係数も非常に多くなってしまう。例えば、センサ素子１０１ａがサーミスタ（温度センサ）である場合、検出値Ｓ２と計測値Ｓ３との関係を一つの最小二乗近似多項式で表そうとすると、例えば−１０℃〜８０℃程度の広い検出範囲においてある程度高精度な変換を行うためには、最小二乗近似多項式の次数が２２次程度も必要となってしまう。
【００３４】
しかしながら、検出範囲を複数の範囲（本実施形態では３つの範囲）に区切ると、それぞれの範囲においては検出値Ｓ２と計測値Ｓ３との関係は比較的単純となる。このため、それぞれの範囲にて使用する最小二乗近似多項式の次数も小さくなり、実際に演算を行うＣＰＵ１２０の負荷が大幅に低減される。また、最小二乗近似多項式の数が複数（本実施形態では３つ）に増えても、それぞれの式が単純であることから、必要となるメモリ領域についても従来より小さくなるものと期待される。特に、最小二乗近似多項式の次数が小さいと、ＣＰＵ１２０の演算時に作業領域として必要となるＲＡＭについては、大幅に削減できるものと考えられる。
【００３５】
これら最小二乗近似多項式の次数の一例を具体的に挙げると、例えば、センサ素子１０１ａがサーミスタ（温度センサ）である場合、所定値Ａ１を１０℃、所定値Ａ２を４０℃に設定すれば、検出範囲が例えば−１０℃〜８０℃程度と広い場合であっても、最小二乗近似多項式Ｆ１〜Ｆ３の次数をそれぞれ２次、２次、６次とすることによって、次数が２２次である一つの最小二乗近似多項式を用いた場合と同等の精度で変換を行うことが可能となる。
【００３６】
このようにして検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換が完了すると、ＣＰＵ１２０は、送信回路部１４１に間欠動作信号Ｐ及び得られた計測値Ｓ３を出力する（ステップＳ９）。間欠動作信号Ｐは、送信回路部１４１を起動させる為の信号であり、送信回路部１４１はこれを受けて活性状態となる。これにより、送信回路部１４１は計測値Ｓ３をアンテナ１４２へ送出し、アンテナ１４２を介して図示しない利用機器へと無線送信する。このとき、計測値Ｓ３を送出する前に、無線センサ装置１００のＩＤデータを送出すれば、複数の無線センサ装置１００が存在する場合であっても、いずれの無線センサ装置１００から送信された計測値Ｓ３であるのか、利用機器側において判断することが可能となる。
【００３７】
その後、ＣＰＵ１２０は所定の期間スリープモードとなり（ステップＳ１０）、所定の期間が経過すると、ステップＳ３に戻って上記一連の動作を再実行する。図２に示すフローチャートでは、データ入力準備（ステップＳ３）を行う直前にスリープモードから復帰させているが、データ入力準備（ステップＳ３）を実行するに際してＣＰＵ１２０の負荷はほとんどないことから、データ入力準備（ステップＳ３）が完了した後、データ入力（ステップＳ４）を行う際に復帰させても構わない。
【００３８】
図３は、無線センサ装置１００に含まれるＣＰＵ１２０の動作を示すタイミングチャートである。
【００３９】
図３に示すように、ＣＰＵ１２０は動作周期Ｔ１ごとに間欠動作を行うが、実際の動作は、データ入力準備（ステップＳ３）、データ入力（ステップＳ４）、データ変換（ステップＳ５〜Ｓ８）、ＩＤデータの出力及び計測値Ｓ３の出力（ステップＳ９）のみである。このうち、データ入力準備（ステップＳ３）及びデータ入力（ステップＳ４）に要する期間はセンサ１０１の種類及び反応性などによって決まるが、データ変換（ステップＳ５〜Ｓ８）に要する演算期間Ｔ２は、演算すべき式の複雑さによって大きく変化する。しかしながら、本実施形態においては、検出範囲を３つの範囲に区切り、それぞれに異なる最小二乗近似多項式を用いていることから、使用する最小二乗近似多項式の次数が小さく、このため、演算期間Ｔ２を非常に短くすることが可能となる。
【００４０】
尚、動作周期Ｔ１については、無線センサ装置１００の用途などにもよるが、例えば２秒程度に設定すればよい。
【００４１】
図４は、無線センサ装置１００の好ましい一利用形態を模式的に示すブロック図である。無線センサ装置１００は、温度や湿度等の計測値を無線送信することが可能であるため、図４に示すようにこれを利用する一つの利用機器１０に対して複数個の無線センサ装置１００を割り当てることが可能である。例えば、一つの部屋の複数箇所にこれら無線センサ装置１００を設置したり、各部屋にそれぞれ無線センサ装置１００を設置したり、さらには、各人が無線センサ装置１００を携帯するといった利用の形態が考えられる。いずれにしても、図４に示すように一つの利用機器１０に対して複数個の無線センサ装置１００を割り当てた場合、利用機器１０側において各センサによる検出値を温度や湿度等の計測値に変換すると、処理負担が過大となるおそれがあるが、本実施形態による無線センサ装置１００では、このような変換処理を無線センサ装置１００の内部で行い、計測値の形で無線送信していることから、利用機器１０側においては受信した計測値をそのまま記録するだけで容易に集中管理することが可能となる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態による無線センサ装置１００は、センサ１０１による検出値Ｓ１をＡ／Ｄコンバータ１１０によってデジタル形式の検出値Ｓ２に変換した後、その値が３つの数値範囲のいずれに含まれるか判断し、かかる判断の結果によって異なる最小二乗近似多項式を用いて計測値Ｓ３に変換していることから、使用する最小二乗近似多項式の次数が小さくなり、その結果、演算を行うＣＰＵ１２０の負荷を大幅に低減することが可能となる。
【００４３】
尚、上記実施形態では、検出値Ｓ２の値に基づいて最小二乗近似多項式Ｆ１〜Ｆ３のいずれかを用いて計測値Ｓ３への変換を行っているが、最小二乗近似多項式の種類としては３つに限定されるものではなく、２つ又は４つ以上であっても構わない。
【００４４】
次に、本発明の好ましい第２の実施形態について説明する。
【００４５】
図５は、本発明の好ましい第２の実施形態による無線センサ装置２００の構成を概略的に示すブロック図である。図５に示すように、本実施形態による無線センサ装置２００は、複数のセンサ１０１〜１０３を備える点において、上記実施形態による無線センサ装置１００と異なる。その他の点については、上記実施形態による無線センサ装置１００と同一であることから、同じ要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４６】
これら複数のセンサ１０１〜１０３は、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ、トナーセンサ等の各種センサであり、それぞれセンサ素子１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ及びセンサ回路１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂによって構成されている。これら複数のセンサ１０１〜１０３の計測対象は、互いに異なっていても構わないし、一部又は全部が同じであっても構わない。例えば、３つのセンサ１０１〜１０３がそれぞれ温度センサ、湿度センサ及び照度センサであっても構わないし、全てが温度センサであっても構わないし、さらには、センサ１０１及び１０２が温度センサであり、センサ１０３が湿度センサであっても構わない。無線センサ装置２００内に計測対象の異なる複数のセンサが含まれていれば、複数の事象を同時に測定することが可能となるし、無線センサ装置２００内に計測対象が同じである複数のセンサが含まれていれば、一つの事象を異なる側面から測定することが可能となる。例えば、高精度であるが計測可能な範囲が狭い温度センサと、計測可能な範囲は広いが低精度である温度センサの両方を用いれば、広い温度範囲での測定を可能としつつ、所定の温度範囲については特に高精度な温度測定を行うといった使い方が可能となる。また、サーミスタを用いた温度センサと赤外線を用いた温度センサを併用すれば、無線センサ装置２００の近傍の温度と、無線センサ装置２００から離れた場所の温度の両方を測定することが可能となる。
【００４７】
本実施形態においては、センサが複数設けられていることから、データ入力準備（図２のステップＳ３参照）及びデータ入力（図２のステップＳ４参照）については、時分割的に行われる。つまり、部分的なフローチャートである図６に示すように、まず、センサ１０１からのデータ入力準備（ステップＳ３−１）及びセンサ１０１に対応する検出値Ｓ２のデータ入力（ステップＳ４−１）を行った後、センサ１０２からのデータ入力準備（ステップＳ３−２）及びセンサ１０２に対応する検出値Ｓ２のデータ入力（ステップＳ４−２）を行い、さらに、センサ１０３からのデータ入力準備（ステップＳ３−３）及びセンサ１０３に対応する検出値Ｓ２のデータ入力（ステップＳ４−３）を行う。
【００４８】
このようにしてデータ入力準備及びデータ入力が全て完了すると、入力された３つの検出値Ｓ２それぞれに対し、最小二乗近似多項式を用いて計測値Ｓ３への変換を行う。この場合、入力された３つの検出値Ｓ２の少なくとも一つについては、上記実施形態と同様、その値が複数の数値範囲のいずれに含まれるか判断し、かかる判断の結果によって異なる最小二乗近似多項式を用いて計測値Ｓ３に変換される。したがって、例えばセンサ１０１に対応する検出値Ｓ２についてのみ、その値に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行う一方、他のセンサ１０２，１０３に対応する検出値Ｓ２については、その値にかかわらず、それぞれ単一の最小二乗近似多項式を用いて変換を行っても構わないし、或いは、３つのセンサに対応する全ての検出値Ｓ２について、その値に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行っても構わない。
【００４９】
図７は、センサ１０１に対応する検出値Ｓ２については３種類の最小二乗近似多項式を用いて変換を行い、センサ１０２，１０３に対応する検出値Ｓ２については単一の最小二乗近似多項式を用いて変換を行う場合の部分的なフローチャートである。本例では、センサ１０１に対応する検出値Ｓ２については、上述したステップＳ５〜Ｓ８と同様、最小二乗近似多項式Ｆ１〜Ｆ３のいずれかを用いて変換を行い（ステップＳ５−１〜Ｓ８−１）、その後、最小二乗近似多項式Ｆ４を用いてセンサ１０２に対応する検出値Ｓ２の変換を行い（ステップＳ６−２）、最後に、最小二乗近似多項式Ｆ５を用いてセンサ１０３に対応する検出値Ｓ２の変換を行っている（ステップＳ６−３）。
【００５０】
本例は、センサ１０１に対応する検出値Ｓ２については計測値Ｓ３との関係が複雑である一方、センサ１０２，１０３に対応する検出値Ｓ２については計測値Ｓ３との関係が比較的単純である場合や、センサ１０１による計測対象については高精度な変換が要求される一方、センサ１０２，１０３による計測対象についてはそれほど高精度な変換が要求されないといった場合に好適である。
【００５１】
図８は、センサ１０１に対応する検出値Ｓ２については３種類の最小二乗近似多項式を用いて変換を行い、センサ１０２に対応する検出値Ｓ２については２種類の最小二乗近似多項式を用いて変換を行い、センサ１０３に対応する検出値Ｓ２については単一の最小二乗近似多項式を用いて変換を行う場合の部分的なフローチャートである。本例では、センサ１０１に対応する検出値Ｓ２を計測値Ｓ３に変換した後（ステップＳ５−１〜Ｓ８−１）、センサ１０２に対応する検出値Ｓ２と所定値Ａ３との関係が下記（４），（５）のいずれの条件を満たしているかを判断する（ステップＳ５−２）。
Ａ３≧Ｓ２ ・・・（４）
Ｓ２＞Ａ３ ・・・（５）
【００５２】
その結果、検出値Ｓ２と所定値Ａ３が上記（４）の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ１３０に格納されている最小二乗近似多項式Ｆ６を選択し、これを用いて検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を行う（ステップＳ６−２）。また、検出値Ｓ２と所定値Ａ３とが上記（５）の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ１３０に格納されている最小二乗近似多項式Ｆ７を選択し、これを用いて検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を行う（ステップＳ７−２）。そして最後に、最小二乗近似多項式Ｆ８を用いてセンサ１０３に対応する検出値Ｓ２の変換を行う（ステップＳ６−３）。
【００５３】
本例は、検出値Ｓ２と計測値Ｓ３との関係がセンサ１０１において最も複雑であり、センサ１０３において最も単純である場合や、センサ１０１による計測対象についての変換に最も高い精度が要求される一方、センサ１０３による計測対象についての変換に最も精度が要求されないといった場合に好適である。
【００５４】
このようにして、全てのセンサ１０１〜１０３に対応する検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換が完了すると、上記実施形態と同様、ＣＰＵ１２０は送信回路部１４１に間欠動作信号Ｐ及び得られた計測値Ｓ３を出力する。この場合も、部分的なフローチャートである図９に示すように、センサ１０１，１０２，１０３に対応するそれぞれの計測値Ｓ３を時分割的に出力する（ステップＳ９−１，Ｓ９−２，Ｓ９−３）。その後は、図２のフローチャートに示したとおり、所定の期間スリープモードとなり（ステップＳ１０）、所定の期間が経過すると、ステップＳ３に戻って上記一連の動作を再実行する。
【００５５】
図１０は、無線センサ装置２００に含まれるＣＰＵ１２０の動作を示すタイミングチャートである。図１０に示すように、本実施形態では、３つのセンサ１０１〜１０３を備えていることから、その分、上記実施形態に比べてＣＰＵ１２０の動作時間が長くなるが、上述のとおり、３つの検出値Ｓ２の少なくとも一つについては、その値に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行っていることから、データ変換（ステップＳ５−１〜Ｓ６−３）に要する演算期間Ｔ２の増大を最小限に抑えることが可能となる。
【００５６】
次に、本発明の好ましい第３の実施形態について説明する。
【００５７】
図１１は、本発明の好ましい第３の実施形態による無線センサ装置３００の構成を概略的に示すブロック図である。図１１に示すように、本実施形態による無線センサ装置３００は、信号処理部１９０に含まれるメモリ１３０がメモリ３３０に置き換えられている点において、上記実施形態による無線センサ装置１００と異なる。その他の点については、上記実施形態による無線センサ装置１００と同一であることから、同じ要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５８】
メモリ３３０には、３つのフラグ３３１〜３３３が含まれている。フラグ３３１〜３３３としては、ＥＰＲＯＭのように、電気的に書き込みが可能な不揮発性メモリを使用することが好ましい。不揮発性メモリを使用すれば、出荷時にフラグの書き込みを行うことにより、その後、ユーザはこれを意識する必要がなくなる。フラグ３３１〜３３３は、センサ１０１の特性を記憶させるために用いられ、そのいずれか一つがＯＮ状態、残りの２つがＯＦＦ状態とされる。フラグをＯＮさせる具体的な手順については後述するが、フラグを用いてセンサ１０１の特性を記憶させる理由は次の通りである。
【００５９】
すなわち、センサ１０１にはある程度の特性ばらつきが不可避的に存在するため、同じ部品を使用して同じ工程で製造した場合であっても、測定対象となる物理量（温度、湿度など）と検出値Ｓ１との関係は、製品によって多少異なってしまう。このようなばらつきは、センサ１０１が湿度センサである場合に顕著であり、特に、湿度が高い領域においては、製品によってかなり大きなばらつきが発生することになる。図１２はこれを説明するためのグラフであり、横軸が湿度を示し、縦軸が得られる検出値（検出値Ｓ１又は検出値Ｓ２）を示している。
【００６０】
図１２に示すように、同じ部品を使用し、同じ工程で製造したセンサであっても、湿度と検出値との関係はセンサによって異なり、湿度がゼロに近い領域ではばらつきは比較的小さいものの、湿度が高くなるに連れてばらつきは増大する。一般に、湿度センサに許容される誤差は、湿度領域にかかわらず一定値（例えば±５％）であり、このため、湿度の高い領域においては、このばらつきによって許容誤差を超えてしまうおそれがある。
【００６１】
メモリ３３０に設けられたフラグ３３１〜３３３は、このようなばらつきの影響を低減するために設けられている。例えば、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ１である場合にはフラグ３３１をオン状態とし、特性ｂ２である場合にはフラグ３３２をオン状態とし、特性ｂ３である場合にはフラグ３３３をオン状態とすることによって、センサ１０１の実際の特性を記憶させる。
【００６２】
一方、メモリ３３０の他の領域には、９種類の最小二乗近似多項式（Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ３１，Ｆ３２，Ｆ３３）の演算にそれぞれ必要なデータが格納されている。これら９種類の最小二乗近似多項式のうち、最小二乗近似多項式Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３は、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ１である場合に適合した式であり、最小二乗近似多項式Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３は、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ２である場合に適合した式であり、最小二乗近似多項式Ｆ３１，Ｆ３２，Ｆ３３は、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ３である場合に適合した式である。
【００６３】
また、センサ１０１の実際の特性に応じてそれぞれ３つの最小二乗近似多項式を割り当てているのは、上記第１及び第２の実施形態と同様、検出値Ｓ２に応じて異なる最小二乗近似多項式を使用するためである。すなわち、最小二乗近似多項式Ｆ１１，Ｆ２１，Ｆ３１は、第１の実施形態において説明した（１）の条件を満たしていると判断された場合に使用される式であり、最小二乗近似多項式Ｆ１２，Ｆ２２，Ｆ３２は、（２）の条件を満たしていると判断された場合に使用される式であり、最小二乗近似多項式Ｆ１３，Ｆ２３，Ｆ３３は、（３）の条件を満たしていると判断された場合に使用される式である。したがって、オンしているフラグ及び検出値Ｓ２と、使用される最小二乗近似多項式との対応関係は、図１３に示すとおりとなる。
【００６４】
図１４は、本実施形態による無線センサ装置３００の動作を示す部分的なフローチャートである。
【００６５】
図１４に示すように、電源を投入し（ステップＳ１）、初期値のセット（ステップＳ２）が完了すると、ＣＰＵ１２０はまず、フラグ３３１〜３３３のうちオンしているフラグがあるか否かを判断する（ステップＳ２１）。その結果、オンしているフラグが無ければ（ステップＳ２１：ＮＯ）、フラグ選択動作を行い（ステップＳ２２）、オンしているフラグがあれば（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、フラグ選択動作をスキップする。
【００６６】
図１５は、フラグ選択動作Ｓ２２の一例を説明するためのフローチャートである。
【００６７】
フラグ選択動作Ｓ２２は、センサ１０１の実際の特性を計測し、これに基づいてフラグ３３１〜３３３のいずれかをオンさせる動作である。すなわち、あらかじめ定められた条件下（例えば、湿度８０％の環境下）に無線センサ装置３００を載置し、タイマーカウントを開始させる（ステップＳ３１）。タイマーのカウント値については、センサ１０１の検出値Ｓ１が飽和するのに必要な時間以上であれば特に限定されず、１秒であっても構わないし、６０秒や６００秒であっても構わない。タイマーカウントがされている間、センサ１０１から検出値Ｓ１が信号処理部１９０へ入力され（ステップＳ３２）、これがＡ／Ｄコンバータ１１０によってデジタル形式の検出値Ｓ２に変換される。
【００６８】
そして、タイマーカウントが終了すると（ステップＳ３３）、飽和している検出値Ｓ２の出力レベルに基づいて、フラグ３３１〜３３３のいずれかをオンする（ステップＳ３４）。これは、あらかじめ定められた条件下における検出値Ｓ２の飽和出力レベルが、センサ１０１の実際の特性を示していることを利用したものである。以上により、フラグ選択動作Ｓ２２が完了する。
【００６９】
また、フラグ選択動作Ｓ２２は、次の方法によって行うことも可能である。
【００７０】
図１６は、フラグ選択動作Ｓ２２の他の例を説明するためのフローチャートである。
【００７１】
まず、あらかじめ定められた条件下（例えば、湿度８０％の環境下）に無線センサ装置１００を載置し、センサ１０１を一定時間動作させる（ステップＳ４１）。この一定時間についても、センサ１０１の検出値Ｓ１が飽和するのに必要な時間以上であれば、特に限定されない。タイマなどにより一定時間が経過したことが検出されると（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、センサ１０１より得られる検出値Ｓ２を取り込む。すなわち、実際の計測を行う（ステップＳ４２）。そして、得られた検出値Ｓ２と所定値Ｂ１，Ｂ２との大小関係を判断する。つまり、検出値Ｓ２と所定値Ｂ１，Ｂ２との関係が下記（１１）〜（１３）のいずれの条件を満たしているかを判断する（ステップＳ４３，Ｓ４４）。
Ｂ１≧Ｓ２ ・・・（１１）
Ｂ２＞Ｓ２＞Ｂ１ ・・・（１２）
Ｓ２≧Ｂ２ ・・・（１３）
【００７２】
所定値Ｂ１とは、図１２に示したように、あらかじめ定められた条件下（例えば、湿度８０％の環境下）でセンサ１０１を一定時間動作させた場合、センサ１０１が特性ｂ１である場合に得られる値と特性ｂ２である場合に得られる値の中間値であり、同様に、所定値Ｂ２とは、上記の条件下でセンサ１０１を一定時間動作させた場合、センサ１０１が特性ｂ２である場合に得られる値と特性ｂ３である場合に得られる値の中間値である。
【００７３】
その結果、検出値Ｓ２と所定値Ｂ１，Ｂ２とが上記（１１）の条件を満たしていると判断された場合、つまり、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ１に近いと判断された場合には（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、フラグ３３１をオンする（ステップＳ４５）。また、検出値Ｓ２と所定値Ｂ１，Ｂ２とが上記（１２）の条件を満たしていると判断された場合、つまり、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ２に近いと判断された場合には（ステップＳ４４：ＮＯ）、フラグ３３２をオンする（ステップＳ４６）。そして、検出値Ｓ２と所定値Ｂ１，Ｂ２とが上記（１３）の条件を満たしていると判断された場合、つまり、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ３に近いと判断された場合には（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、フラグ３３３をオンする（ステップＳ４７）。
【００７４】
その後は、図２に示すステップＳ３以降の動作を行うことにより、検出値Ｓ２を計測値Ｓ３に変換し、得られた計測値Ｓ３を出力する。かかる変換において使用される最小二乗近似多項式は、図１３に示すとおりであり、オンしているフラグ及び検出値Ｓ２に応じて異なる最小二乗近似多項式が使用される。
【００７５】
このように、本実施形態においては、得られた検出値Ｓ２のみならず、センサ１０１の実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行っていることから、第１の実施形態による効果に加え、湿度センサのようにばらつきの大きいセンサを使用する場合であっても、高精度な計測を行うことが可能となる。
【００７６】
尚、上記実施形態では、センサ１０１の実際の特性を３段階に分類し、これに基づいて最小二乗近似多項式を選択しているが、特性の分類としては３段階に限定されるものではなく、２段階又は４段階以上であっても構わない。
【００７７】
次に、本発明の好ましい第４の実施形態について説明する。
【００７８】
図１７は、本発明の好ましい第４の実施形態による無線センサ装置４００の構成を概略的に示すブロック図である。図１７に示すように、本実施形態による無線センサ装置４００は、信号処理部１９０に含まれるメモリ１３０がメモリ３３０に置き換えられている点において、上記実施形態による無線センサ装置２００と異なる。その他の点については、上記実施形態による無線センサ装置２００と同一であることから、同じ要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７９】
本実施形態による無線センサ装置４００は、上述した無線センサ装置２００の機能と、無線センサ装置３００の機能の両方を兼ね備えている。つまり、３つのセンサ１０１〜１０３のうち少なくとも一つについては、得られた検出値Ｓ２に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、且つ、３つのセンサ１０１〜１０３のうち少なくとも一つについては、実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うことにより、第２の実施形態による効果と第３の実施形態による効果の両方を得ることが可能となる。
【００８０】
この場合、検出値Ｓ２に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うべきセンサと、実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うべきセンサとは、一致していても構わないし、異なっていても構わない。また、メモリ３３０内に複数のセンサに対応するフラグを設けることにより、複数のメモリに対し、実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うよう構成しても構わない。
【００８１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の好ましい第１の実施形態による無線センサ装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】無線センサ装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図３】無線センサ装置１００に含まれるＣＰＵ１２０の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】無線センサ装置１００の好ましい一利用形態を模式的に示すブロック図である。
【図５】本発明の好ましい第２の実施形態による無線センサ装置２００の構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】無線センサ装置２００の動作を示す部分的なフローチャートである。
【図７】無線センサ装置２００における変換動作の一例を示す部分的なフローチャートである。
【図８】無線センサ装置２００における変換動作の他の例を示す部分的なフローチャートである。
【図９】無線センサ装置２００におけるデータ出力動作を示す部分的なフローチャートである。
【図１０】無線センサ装置２００に含まれるＣＰＵ１２０の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の好ましい第３の実施形態による無線センサ装置３００の構成を概略的に示すブロック図である。
【図１２】湿度センサと検出値との関係を示すグラフである。
【図１３】オンしているフラグ及び検出値Ｓ２と、使用される最小二乗近似多項式との対応関係を示す表である。
【図１４】本実施形態による無線センサ装置３００の動作を示す部分的なフローチャートである。
【図１５】フラグ選択動作Ｓ２２の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１６】フラグ選択動作Ｓ２２の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図１７】本発明の好ましい第４の実施形態による無線センサ装置４００の構成を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 利用機器
１００，２００，３００，４００ 無線センサ装置
１０１〜１０３ センサ
１０１ａ〜１０３ａ センサ素子
１０１ｂ〜１０３ｂ センサ回路
１１０ Ａ／Ｄコンバータ
１２０ ＣＰＵ
１３０，３３０ メモリ
１４１ 送信回路部
１４２ アンテナ
１５０ バッテリ
１９０ 信号処理部
３３１〜３３３ フラグ
Ｐ 間欠動作信号
Ｓ１ 検出値（アナログ）
Ｓ２ 検出値（デジタル）
Ｓ３ 計測値
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線センサ装置に関し、特に、複数のセンサが内蔵された無線センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、温度や湿度等を計測するセンサと無線送信部を一体化した無線センサ装置が知られている（特許文献１参照）。無線センサ装置は、センサ本体と温度や湿度等の計測値を利用する機器（以下、「利用機器」という）とを空間的に離間させることができるため、複数の場所にそれぞれ無線センサ装置を配置して、得られる計測値を集中管理したり、無線センサ装置を移動・携帯することができるなど、多様な形態での利用が可能となる。しかしながら、多くのセンサは、計測対象である温度や湿度等の変化に対してその検出値（電圧レベル等）の変化が直線的でないことから、センサの検出値から実際に温度や湿度等の計測値を得るためには、何らかの方法で変換を行う必要がある。この場合、無線センサ装置のように、利用機器とセンサとが空間的に離間しているケースでは、この変換処理に関して種々の問題が生じる。
【０００３】
まず、検出値から計測値への変換処理を無線センサ装置側ではなく利用機器側で行うことが考えられるが、上述の通り、無線センサ装置は一つの利用機器に対して複数個用いられることがあるため、この場合、利用機器側における処理負担が過大となるおそれがある。
【０００４】
一方、検出値から計測値への変換処理を無線センサ装置側で行う場合、無線センサ装置内に変換テーブルを設けることによって変換処理を行うことが考えられるが、無線センサ装置に複数のセンサが内蔵されている場合にはセンサごとに変換テーブルを用意しなければならず、また、センサの計測範囲が広い場合には各テーブルのサイズもこれに比例して大きくなってしまう。無線センサ装置は、その特性上小型であることが非常に重要であることから、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリ領域（ＲＯＭ（Read Only Memory）領域及びＲＡＭ（Random Access Memory）領域）がワンチップ化された所謂マイコンチップを用いることが好ましいと考えられるが、この場合、変換テーブルを格納するＲＯＭ領域の容量については大きく制限され、サイズの大きな変換テーブルを格納することができないといったケースも生じる。
【０００５】
以上を考慮すれば、検出値から計測値への変換処理は、無線センサ装置内のＣＰＵを用いて演算により行うことが好ましいと考えられる。しかしながら、一般的な演算方法を用いた場合、ＣＰＵの処理負担が過大となるおそれがあり、また、変換処理を行うためのプログラムが複雑でその開発に手間がかかるという問題があった。例えば、温度センサとしてサーミスタを用いた場合、２５℃でのサーミスタの抵抗値をＲ２５とすると、温度Ｘでのサーミスタの抵抗値Ｒｘは、
【数１】
によって表される。Ｂは定数である。つまり、温度（Ｘ）とサーミスタの抵抗値（Ｒｘ）との関係は対数関数的であり、その演算を行うＣＰＵの処理負担が重いばかりでなく、これを演算するためのプログラム自体も大きくなってしまう。
【０００６】
ＣＰＵによるこのような変換処理を比較的簡単に行う方法としては、最小二乗近似多項式などの近似式を用いた演算方法が知られている（特許文献２参照）。最小二乗近似多項式を用いた演算は、単純な四則演算の繰り返しであることからＣＰＵの処理負担が軽く、また、演算に必要なプログラム等も比較的小さく且つ単純であるという利点がある。
【特許文献１】特公平８−６９５５号公報
【特許文献２】特開平６−１０１８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、センサの検出値と計測値との関係を一つの近似式によって表そうとすると、近似式の構造が非常に複雑となることがあり、このような場合、ＣＰＵの負荷が十分に低減されない可能性があった。一例として、サーミスタを用いた温度センサの検出値と計測値との関係を一つの最小二乗近似多項式で表そうとすると、計測範囲によっては最小二乗近似多項式の次数が２０次以上となってしまう。通常、無線センサ装置は信号処理部や無線送信部の駆動にバッテリを使用することから、ＣＰＵの負荷が大きいとバッテリの寿命が短くなるという問題があった。
【０００８】
したがって、本発明は、検出値から計測値への変換処理をより効率良く且つ精度良く行うことが可能な無線センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による無線センサ装置は、少なくとも一つのセンサと、前記センサの検出値を近似式に代入することによって計測値に変換する信号処理部と、前記計測値を無線により送出するための送信回路部とを備え、前記信号処理部は、前記検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、センサの検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことにより、計測値を算出していることから、使用する近似式が単純となり、その結果、演算処理の負荷を大幅に低減することが可能となる。
【００１１】
本発明において、信号処理部は、センサの検出値が第１の範囲にある場合には第１の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記センサの検出値が第２の範囲にある場合には第２の最小二乗近似多項式を用いた変換を行うことが好ましい。最小二乗近似多項式を用いた演算は、単純な四則演算の繰り返しであることから演算処理の負担が軽いという利点があるからである。この場合、第１及び第２の最小二乗近似多項式の次数については互いに異なっていても構わないし、互いに等しくても構わない。
【００１２】
本発明において使用するセンサは、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ及びトナーセンサからなる群より選ばれた少なくとも１種とすることができる。また、本発明による無線センサ装置は、少なくとも前記信号処理部及び前記送信回路部に電力を供給するバッテリをさらに備えることがさらに好ましい。無線センサ装置にバッテリを内蔵させれば、移動・携帯が可能であるという無線センサ装置の利点を十分に活かすことが可能となる。
【００１３】
また、信号処理部は、センサによる検出値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくともＡ／Ｄコンバータの出力及びメモリに格納された前記データを用いた演算を行うＣＰＵとを有していることが好ましい。
【００１４】
さらに、信号処理部は、検出値及びセンサの特性に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことが好ましい。このように、得られた検出値のみならず、センサの実際の特性に応じて異なる近似式を用いた変換を行えば、湿度センサのようにばらつきの大きいセンサを使用する場合であっても、高精度な計測を行うことが可能となる。
【００１５】
この場合、信号処理部は、センサによる検出値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、センサの特性及び検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくともＡ／Ｄコンバータの出力及びメモリに格納された前記データを用いた演算を行うＣＰＵとを有していることが好ましい。また、メモリは、使用すべき近似式を指定するフラグ有していることが好ましい。フラグとしては、ＥＰＲＯＭのように、電気的に書き込みが可能な不揮発性メモリを使用することが特に好ましい。
【００１６】
センサの数は複数であることが好ましく、この場合、複数のセンサのうち少なくとも２つのセンサの計測対象は、互いに異なっていても構わないし、互いに同一であっても構わない。これら２つのセンサの計測対象が互いに異なっていれば、複数の事象を同時に測定することが可能となるし、これら２つのセンサの計測対象が互いに同一であれば、一つの事象を異なる側面から測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明によれば、センサの検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことにより、計測値を算出していることから、使用する近似式がそれぞれ単純となり、その結果、変換処理をより効率良く且つ精度良く行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の好ましい第１の実施形態による無線センサ装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態による無線センサ装置１００は、センサ１０１と、Ａ／Ｄコンバータ１１０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２０と、メモリ１３０と、送信回路部１４１と、アンテナ１４２と、バッテリ１５０とを備えて構成されている。この他、無線センサ装置１００には、ＩＤや初期値などをセットするための入力部が備えられているが、本発明の要旨とは直接関係がないことから、入力部の図示及びその説明は省略する。
【００２０】
センサ１０１は、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ、トナーセンサ等から選ばれたセンサであり、図１に示すように、センサ素子１０１ａとセンサ回路１０１ｂによって構成されている。センサ素子１０１ａとは、例えば温度センサであればサーミスタ自体であり、センサ回路１０１ｂとは、例えばサーミスタの抵抗値を電圧変換する抵抗素子などである。
【００２１】
Ａ／Ｄコンバータ１１０は、センサ回路１０１ｂより得られる検出値Ｓ１をデジタル値である検出値Ｓ２変換するため機能ブロックである。つまり、センサ回路１０１ｂより得られる検出値Ｓ１は、電圧値や電流値といったアナログ量であることから、これをデジタル処理するための前処理としてＡ／Ｄコンバータ１１０が必要となるのである。Ａ／Ｄコンバータ１１０の分解能としては、無線センサ装置１００の用途にもよるが、８ビット以上の分解能であることが好ましく、１２ビット以上の分解等であることがより好ましい。
【００２２】
ＣＰＵ１２０は、無線センサ装置１００の全体の動作を制御するとともに、Ａ／Ｄコンバータ１１０より与えられるデジタル形式の検出値Ｓ２を受け、これを温度や湿度等の計測値Ｓ３に変換するための演算を行うための機能ブロックである。詳細については後述するが、かかる変換には最小二乗近似多項式を用いた演算が用いられる。特に限定されるものではないが、ＣＰＵ１２０としては、スリープ機能（待機時における消費電力を大幅に抑える機能）を有しているものを用いることが好ましい。
【００２３】
メモリ１３０は、ＣＰＵ１２０による演算処理に必要なプログラムやデータを格納するための機能ブロックである。メモリ１３０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）領域及びＲＡＭ（Random Access Memory）領域が含まれていることが好ましく、この場合、ＲＯＭ領域にはＣＰＵ１２０による演算処理に必要なプログラムや係数等のデータが格納され、ＲＡＭ領域にはＣＰＵ１２０による演算処理に必要な作業データや、得られた計測値等が格納されることになる。
【００２４】
詳細については後述するが、本実施形態においては、メモリ１３０内に３種類の最小二乗近似多項式の演算にそれぞれ必要なデータが格納されている。これら３つの最小二乗近似多項式は、Ａ／Ｄコンバータ１１０により変換された検出値Ｓ２の各範囲に対応しており、検出値Ｓ２が第１の範囲にある場合には最小二乗近似多項式Ｆ１が選択され、検出値Ｓ２が第２の範囲にある場合には最小二乗近似多項式Ｆ２が選択され、検出値Ｓ２が第３の範囲にある場合には最小二乗近似多項式Ｆ３が選択される。これら３つの最小二乗近似多項式の次数は、一部又は全部が同じであっても構わないし、一部又は全部が異なっていても構わない。
【００２５】
これらＡ／Ｄコンバータ１１０、ＣＰＵ１２０及びメモリ１３０は、信号処理部１９０を構成しており、それぞれ別個の半導体ＩＣにより構成されていても構わないが、既に言及したとおり、無線センサ装置１００はその特性上、小型であることが非常に重要であることから、これらの一部又は全部がワンチップ化された所謂マイコンチップを用いることが好ましい。この場合、メモリ１３０に含まれるＲＯＭ領域については容量がかなり制限されるが、本実施形態による無線センサ装置１００では、検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を最小二乗近似多項式を用いた演算により行っていることから、ＲＯＭ領域の容量が小さい場合であっても、必要なプログラムや係数等のデータを十分に格納することが可能である。
【００２６】
送信回路部１４１及びアンテナ１４２により構成される無線送信部は、ＣＰＵ１２０による演算によって得られた温度や湿度等の計測値を無線送信するための機能ブロックである。また、無線送信部に受信回路部を付加し、これによって無線受信機能を持たせれば、無線センサ装置１００を無線により外部からコントロールすることが可能となる。但し、本発明において無線送信部に無線受信機能を持たせることは必須でない。
【００２７】
バッテリ１５０は、無線センサ装置１００の動作に必要な電力を供給するための要素であり、ボタン型の小型電池や太陽電池等を用いることが好ましい。電力が必要な要素としては、少なくとも信号処理部１９０（Ａ／Ｄコンバータ１１０、ＣＰＵ１２０及びメモリ１３０）及び送信回路部１４１が挙げられる。本発明において無線センサ装置にバッテリを内蔵させることは必須ではないが、移動・携帯が可能であるという無線センサ装置の利点を活かすためには、本実施形態のようにバッテリ１５０を内蔵させることが好ましい。
【００２８】
図２は、本実施形態による無線センサ装置１００の動作を示すフローチャートである。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態による無線センサ装置１００に対して電源投入、すなわちバッテリ１５０をセットし（ステップＳ１）、図示しない入力部を介して、無線センサ装置１００のＩＤや信号処理部１９０に対する初期値などをセットすると（ステップＳ２）、信号処理部１９０は、センサ１０１からのデータ入力準備を行う（ステップＳ３）。データ入力準備とは、センサ回路１０１ｂに対し、動作に必要な電圧Ｖｃｃの供給を開始するとともに、Ａ／Ｄコンバータ１１０をウォーミングアップさせる動作である。かかる動作により、センサ回路１０１ｂからは検出値Ｓ１の出力が開始され、これがＡ／Ｄコンバータ１１０によってデジタル形式の検出値Ｓ２に正しく変換されることになる。但し、Ａ／Ｄコンバータ１１０のウォーミングアップが既に完了している場合は、これを省略しても構わない。
【００３０】
このようなデータ入力準備が完了すると、ＣＰＵ１２０は、Ａ／Ｄコンバータ１１０の出力である検出値Ｓ２の取り込みを行う（ステップＳ４）。つまり、実際にデータ入力を行う。これに応答してＣＰＵ１２０は、まず、供給された検出値Ｓ２と所定値Ａ１，Ａ２との大小関係を判断する。つまり、検出値Ｓ２と所定値Ａ１，Ａ２との関係が下記の条件（１）〜（３）のいずれを満たしているかを判断する（ステップＳ５）。
Ａ１≧Ｓ２ ・・・（１）
Ａ２＞Ｓ２＞Ａ１ ・・・（２）
Ｓ２≧Ａ２ ・・・（３）
【００３１】
その結果、検出値Ｓ２と所定値Ａ１，Ａ２とが上記（１）の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ１３０に格納されている最小二乗近似多項式Ｆ１を選択し、これを用いて検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を行う（ステップＳ６）。また、検出値Ｓ２と所定値Ａ１，Ａ２とが上記（２）の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ１３０に格納されている最小二乗近似多項式Ｆ２を選択し、これを用いて検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を行う（ステップＳ７）。そして、検出値Ｓ２と所定値Ａ１，Ａ２とが上記（３）の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ１３０に格納されている最小二乗近似多項式Ｆ３を選択し、これを用いて検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を行う（ステップＳ８）。
【００３２】
最小二乗近似多項式とは、
【数２】
で表される近似式の一種であり、複数の定数ａ０〜ａｎを用いることによって検出値Ｓ２を計測値Ｓ３に近似することができる。
【００３３】
ここで、検出値Ｓ２によって異なる最小二乗近似多項式を使用しているのは、次の理由による。つまり、検出値Ｓ２と計測値Ｓ３との関係を一つの近似式によって表そうとすると、近似式の構造が非常に複雑となり、ＣＰＵ１２０の負荷が大きくなるとともに、メモリ１３０に格納すべき各種係数も非常に多くなってしまう。例えば、センサ素子１０１ａがサーミスタ（温度センサ）である場合、検出値Ｓ２と計測値Ｓ３との関係を一つの最小二乗近似多項式で表そうとすると、例えば−１０℃〜８０℃程度の広い検出範囲においてある程度高精度な変換を行うためには、最小二乗近似多項式の次数が２２次程度も必要となってしまう。
【００３４】
しかしながら、検出範囲を複数の範囲（本実施形態では３つの範囲）に区切ると、それぞれの範囲においては検出値Ｓ２と計測値Ｓ３との関係は比較的単純となる。このため、それぞれの範囲にて使用する最小二乗近似多項式の次数も小さくなり、実際に演算を行うＣＰＵ１２０の負荷が大幅に低減される。また、最小二乗近似多項式の数が複数（本実施形態では３つ）に増えても、それぞれの式が単純であることから、必要となるメモリ領域についても従来より小さくなるものと期待される。特に、最小二乗近似多項式の次数が小さいと、ＣＰＵ１２０の演算時に作業領域として必要となるＲＡＭについては、大幅に削減できるものと考えられる。
【００３５】
これら最小二乗近似多項式の次数の一例を具体的に挙げると、例えば、センサ素子１０１ａがサーミスタ（温度センサ）である場合、所定値Ａ１を１０℃、所定値Ａ２を４０℃に設定すれば、検出範囲が例えば−１０℃〜８０℃程度と広い場合であっても、最小二乗近似多項式Ｆ１〜Ｆ３の次数をそれぞれ２次、２次、６次とすることによって、次数が２２次である一つの最小二乗近似多項式を用いた場合と同等の精度で変換を行うことが可能となる。
【００３６】
このようにして検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換が完了すると、ＣＰＵ１２０は、送信回路部１４１に間欠動作信号Ｐ及び得られた計測値Ｓ３を出力する（ステップＳ９）。間欠動作信号Ｐは、送信回路部１４１を起動させる為の信号であり、送信回路部１４１はこれを受けて活性状態となる。これにより、送信回路部１４１は計測値Ｓ３をアンテナ１４２へ送出し、アンテナ１４２を介して図示しない利用機器へと無線送信する。このとき、計測値Ｓ３を送出する前に、無線センサ装置１００のＩＤデータを送出すれば、複数の無線センサ装置１００が存在する場合であっても、いずれの無線センサ装置１００から送信された計測値Ｓ３であるのか、利用機器側において判断することが可能となる。
【００３７】
その後、ＣＰＵ１２０は所定の期間スリープモードとなり（ステップＳ１０）、所定の期間が経過すると、ステップＳ３に戻って上記一連の動作を再実行する。図２に示すフローチャートでは、データ入力準備（ステップＳ３）を行う直前にスリープモードから復帰させているが、データ入力準備（ステップＳ３）を実行するに際してＣＰＵ１２０の負荷はほとんどないことから、データ入力準備（ステップＳ３）が完了した後、データ入力（ステップＳ４）を行う際に復帰させても構わない。
【００３８】
図３は、無線センサ装置１００に含まれるＣＰＵ１２０の動作を示すタイミングチャートである。
【００３９】
図３に示すように、ＣＰＵ１２０は動作周期Ｔ１ごとに間欠動作を行うが、実際の動作は、データ入力準備（ステップＳ３）、データ入力（ステップＳ４）、データ変換（ステップＳ５〜Ｓ８）、ＩＤデータの出力及び計測値Ｓ３の出力（ステップＳ９）のみである。このうち、データ入力準備（ステップＳ３）及びデータ入力（ステップＳ４）に要する期間はセンサ１０１の種類及び反応性などによって決まるが、データ変換（ステップＳ５〜Ｓ８）に要する演算期間Ｔ２は、演算すべき式の複雑さによって大きく変化する。しかしながら、本実施形態においては、検出範囲を３つの範囲に区切り、それぞれに異なる最小二乗近似多項式を用いていることから、使用する最小二乗近似多項式の次数が小さく、このため、演算期間Ｔ２を非常に短くすることが可能となる。
【００４０】
尚、動作周期Ｔ１については、無線センサ装置１００の用途などにもよるが、例えば２秒程度に設定すればよい。
【００４１】
図４は、無線センサ装置１００の好ましい一利用形態を模式的に示すブロック図である。無線センサ装置１００は、温度や湿度等の計測値を無線送信することが可能であるため、図４に示すようにこれを利用する一つの利用機器１０に対して複数個の無線センサ装置１００を割り当てることが可能である。例えば、一つの部屋の複数箇所にこれら無線センサ装置１００を設置したり、各部屋にそれぞれ無線センサ装置１００を設置したり、さらには、各人が無線センサ装置１００を携帯するといった利用の形態が考えられる。いずれにしても、図４に示すように一つの利用機器１０に対して複数個の無線センサ装置１００を割り当てた場合、利用機器１０側において各センサによる検出値を温度や湿度等の計測値に変換すると、処理負担が過大となるおそれがあるが、本実施形態による無線センサ装置１００では、このような変換処理を無線センサ装置１００の内部で行い、計測値の形で無線送信していることから、利用機器１０側においては受信した計測値をそのまま記録するだけで容易に集中管理することが可能となる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態による無線センサ装置１００は、センサ１０１による検出値Ｓ１をＡ／Ｄコンバータ１１０によってデジタル形式の検出値Ｓ２に変換した後、その値が３つの数値範囲のいずれに含まれるか判断し、かかる判断の結果によって異なる最小二乗近似多項式を用いて計測値Ｓ３に変換していることから、使用する最小二乗近似多項式の次数が小さくなり、その結果、演算を行うＣＰＵ１２０の負荷を大幅に低減することが可能となる。
【００４３】
尚、上記実施形態では、検出値Ｓ２の値に基づいて最小二乗近似多項式Ｆ１〜Ｆ３のいずれかを用いて計測値Ｓ３への変換を行っているが、最小二乗近似多項式の種類としては３つに限定されるものではなく、２つ又は４つ以上であっても構わない。
【００４４】
次に、本発明の好ましい第２の実施形態について説明する。
【００４５】
図５は、本発明の好ましい第２の実施形態による無線センサ装置２００の構成を概略的に示すブロック図である。図５に示すように、本実施形態による無線センサ装置２００は、複数のセンサ１０１〜１０３を備える点において、上記実施形態による無線センサ装置１００と異なる。その他の点については、上記実施形態による無線センサ装置１００と同一であることから、同じ要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４６】
これら複数のセンサ１０１〜１０３は、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ、トナーセンサ等の各種センサであり、それぞれセンサ素子１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ及びセンサ回路１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂによって構成されている。これら複数のセンサ１０１〜１０３の計測対象は、互いに異なっていても構わないし、一部又は全部が同じであっても構わない。例えば、３つのセンサ１０１〜１０３がそれぞれ温度センサ、湿度センサ及び照度センサであっても構わないし、全てが温度センサであっても構わないし、さらには、センサ１０１及び１０２が温度センサであり、センサ１０３が湿度センサであっても構わない。無線センサ装置２００内に計測対象の異なる複数のセンサが含まれていれば、複数の事象を同時に測定することが可能となるし、無線センサ装置２００内に計測対象が同じである複数のセンサが含まれていれば、一つの事象を異なる側面から測定することが可能となる。例えば、高精度であるが計測可能な範囲が狭い温度センサと、計測可能な範囲は広いが低精度である温度センサの両方を用いれば、広い温度範囲での測定を可能としつつ、所定の温度範囲については特に高精度な温度測定を行うといった使い方が可能となる。また、サーミスタを用いた温度センサと赤外線を用いた温度センサを併用すれば、無線センサ装置２００の近傍の温度と、無線センサ装置２００から離れた場所の温度の両方を測定することが可能となる。
【００４７】
本実施形態においては、センサが複数設けられていることから、データ入力準備（図２のステップＳ３参照）及びデータ入力（図２のステップＳ４参照）については、時分割的に行われる。つまり、部分的なフローチャートである図６に示すように、まず、センサ１０１からのデータ入力準備（ステップＳ３−１）及びセンサ１０１に対応する検出値Ｓ２のデータ入力（ステップＳ４−１）を行った後、センサ１０２からのデータ入力準備（ステップＳ３−２）及びセンサ１０２に対応する検出値Ｓ２のデータ入力（ステップＳ４−２）を行い、さらに、センサ１０３からのデータ入力準備（ステップＳ３−３）及びセンサ１０３に対応する検出値Ｓ２のデータ入力（ステップＳ４−３）を行う。
【００４８】
このようにしてデータ入力準備及びデータ入力が全て完了すると、入力された３つの検出値Ｓ２それぞれに対し、最小二乗近似多項式を用いて計測値Ｓ３への変換を行う。この場合、入力された３つの検出値Ｓ２の少なくとも一つについては、上記実施形態と同様、その値が複数の数値範囲のいずれに含まれるか判断し、かかる判断の結果によって異なる最小二乗近似多項式を用いて計測値Ｓ３に変換される。したがって、例えばセンサ１０１に対応する検出値Ｓ２についてのみ、その値に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行う一方、他のセンサ１０２，１０３に対応する検出値Ｓ２については、その値にかかわらず、それぞれ単一の最小二乗近似多項式を用いて変換を行っても構わないし、或いは、３つのセンサに対応する全ての検出値Ｓ２について、その値に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行っても構わない。
【００４９】
図７は、センサ１０１に対応する検出値Ｓ２については３種類の最小二乗近似多項式を用いて変換を行い、センサ１０２，１０３に対応する検出値Ｓ２については単一の最小二乗近似多項式を用いて変換を行う場合の部分的なフローチャートである。本例では、センサ１０１に対応する検出値Ｓ２については、上述したステップＳ５〜Ｓ８と同様、最小二乗近似多項式Ｆ１〜Ｆ３のいずれかを用いて変換を行い（ステップＳ５−１〜Ｓ８−１）、その後、最小二乗近似多項式Ｆ４を用いてセンサ１０２に対応する検出値Ｓ２の変換を行い（ステップＳ６−２）、最後に、最小二乗近似多項式Ｆ５を用いてセンサ１０３に対応する検出値Ｓ２の変換を行っている（ステップＳ６−３）。
【００５０】
本例は、センサ１０１に対応する検出値Ｓ２については計測値Ｓ３との関係が複雑である一方、センサ１０２，１０３に対応する検出値Ｓ２については計測値Ｓ３との関係が比較的単純である場合や、センサ１０１による計測対象については高精度な変換が要求される一方、センサ１０２，１０３による計測対象についてはそれほど高精度な変換が要求されないといった場合に好適である。
【００５１】
図８は、センサ１０１に対応する検出値Ｓ２については３種類の最小二乗近似多項式を用いて変換を行い、センサ１０２に対応する検出値Ｓ２については２種類の最小二乗近似多項式を用いて変換を行い、センサ１０３に対応する検出値Ｓ２については単一の最小二乗近似多項式を用いて変換を行う場合の部分的なフローチャートである。本例では、センサ１０１に対応する検出値Ｓ２を計測値Ｓ３に変換した後（ステップＳ５−１〜Ｓ８−１）、センサ１０２に対応する検出値Ｓ２と所定値Ａ３との関係が下記（４），（５）のいずれの条件を満たしているかを判断する（ステップＳ５−２）。
Ａ３≧Ｓ２ ・・・（４）
Ｓ２＞Ａ３ ・・・（５）
【００５２】
その結果、検出値Ｓ２と所定値Ａ３が上記（４）の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ１３０に格納されている最小二乗近似多項式Ｆ６を選択し、これを用いて検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を行う（ステップＳ６−２）。また、検出値Ｓ２と所定値Ａ３とが上記（５）の条件を満たしていると判断された場合には、メモリ１３０に格納されている最小二乗近似多項式Ｆ７を選択し、これを用いて検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換を行う（ステップＳ７−２）。そして最後に、最小二乗近似多項式Ｆ８を用いてセンサ１０３に対応する検出値Ｓ２の変換を行う（ステップＳ６−３）。
【００５３】
本例は、検出値Ｓ２と計測値Ｓ３との関係がセンサ１０１において最も複雑であり、センサ１０３において最も単純である場合や、センサ１０１による計測対象についての変換に最も高い精度が要求される一方、センサ１０３による計測対象についての変換に最も精度が要求されないといった場合に好適である。
【００５４】
このようにして、全てのセンサ１０１〜１０３に対応する検出値Ｓ２から計測値Ｓ３への変換が完了すると、上記実施形態と同様、ＣＰＵ１２０は送信回路部１４１に間欠動作信号Ｐ及び得られた計測値Ｓ３を出力する。この場合も、部分的なフローチャートである図９に示すように、センサ１０１，１０２，１０３に対応するそれぞれの計測値Ｓ３を時分割的に出力する（ステップＳ９−１，Ｓ９−２，Ｓ９−３）。その後は、図２のフローチャートに示したとおり、所定の期間スリープモードとなり（ステップＳ１０）、所定の期間が経過すると、ステップＳ３に戻って上記一連の動作を再実行する。
【００５５】
図１０は、無線センサ装置２００に含まれるＣＰＵ１２０の動作を示すタイミングチャートである。図１０に示すように、本実施形態では、３つのセンサ１０１〜１０３を備えていることから、その分、上記実施形態に比べてＣＰＵ１２０の動作時間が長くなるが、上述のとおり、３つの検出値Ｓ２の少なくとも一つについては、その値に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行っていることから、データ変換（ステップＳ５−１〜Ｓ６−３）に要する演算期間Ｔ２の増大を最小限に抑えることが可能となる。
【００５６】
次に、本発明の好ましい第３の実施形態について説明する。
【００５７】
図１１は、本発明の好ましい第３の実施形態による無線センサ装置３００の構成を概略的に示すブロック図である。図１１に示すように、本実施形態による無線センサ装置３００は、信号処理部１９０に含まれるメモリ１３０がメモリ３３０に置き換えられている点において、上記実施形態による無線センサ装置１００と異なる。その他の点については、上記実施形態による無線センサ装置１００と同一であることから、同じ要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５８】
メモリ３３０には、３つのフラグ３３１〜３３３が含まれている。フラグ３３１〜３３３としては、ＥＰＲＯＭのように、電気的に書き込みが可能な不揮発性メモリを使用することが好ましい。不揮発性メモリを使用すれば、出荷時にフラグの書き込みを行うことにより、その後、ユーザはこれを意識する必要がなくなる。フラグ３３１〜３３３は、センサ１０１の特性を記憶させるために用いられ、そのいずれか一つがＯＮ状態、残りの２つがＯＦＦ状態とされる。フラグをＯＮさせる具体的な手順については後述するが、フラグを用いてセンサ１０１の特性を記憶させる理由は次の通りである。
【００５９】
すなわち、センサ１０１にはある程度の特性ばらつきが不可避的に存在するため、同じ部品を使用して同じ工程で製造した場合であっても、測定対象となる物理量（温度、湿度など）と検出値Ｓ１との関係は、製品によって多少異なってしまう。このようなばらつきは、センサ１０１が湿度センサである場合に顕著であり、特に、湿度が高い領域においては、製品によってかなり大きなばらつきが発生することになる。図１２はこれを説明するためのグラフであり、横軸が湿度を示し、縦軸が得られる検出値（検出値Ｓ１又は検出値Ｓ２）を示している。
【００６０】
図１２に示すように、同じ部品を使用し、同じ工程で製造したセンサであっても、湿度と検出値との関係はセンサによって異なり、湿度がゼロに近い領域ではばらつきは比較的小さいものの、湿度が高くなるに連れてばらつきは増大する。一般に、湿度センサに許容される誤差は、湿度領域にかかわらず一定値（例えば±５％）であり、このため、湿度の高い領域においては、このばらつきによって許容誤差を超えてしまうおそれがある。
【００６１】
メモリ３３０に設けられたフラグ３３１〜３３３は、このようなばらつきの影響を低減するために設けられている。例えば、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ１である場合にはフラグ３３１をオン状態とし、特性ｂ２である場合にはフラグ３３２をオン状態とし、特性ｂ３である場合にはフラグ３３３をオン状態とすることによって、センサ１０１の実際の特性を記憶させる。
【００６２】
一方、メモリ３３０の他の領域には、９種類の最小二乗近似多項式（Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ３１，Ｆ３２，Ｆ３３）の演算にそれぞれ必要なデータが格納されている。これら９種類の最小二乗近似多項式のうち、最小二乗近似多項式Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３は、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ１である場合に適合した式であり、最小二乗近似多項式Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３は、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ２である場合に適合した式であり、最小二乗近似多項式Ｆ３１，Ｆ３２，Ｆ３３は、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ３である場合に適合した式である。
【００６３】
また、センサ１０１の実際の特性に応じてそれぞれ３つの最小二乗近似多項式を割り当てているのは、上記第１及び第２の実施形態と同様、検出値Ｓ２に応じて異なる最小二乗近似多項式を使用するためである。すなわち、最小二乗近似多項式Ｆ１１，Ｆ２１，Ｆ３１は、第１の実施形態において説明した（１）の条件を満たしていると判断された場合に使用される式であり、最小二乗近似多項式Ｆ１２，Ｆ２２，Ｆ３２は、（２）の条件を満たしていると判断された場合に使用される式であり、最小二乗近似多項式Ｆ１３，Ｆ２３，Ｆ３３は、（３）の条件を満たしていると判断された場合に使用される式である。したがって、オンしているフラグ及び検出値Ｓ２と、使用される最小二乗近似多項式との対応関係は、図１３に示すとおりとなる。
【００６４】
図１４は、本実施形態による無線センサ装置３００の動作を示す部分的なフローチャートである。
【００６５】
図１４に示すように、電源を投入し（ステップＳ１）、初期値のセット（ステップＳ２）が完了すると、ＣＰＵ１２０はまず、フラグ３３１〜３３３のうちオンしているフラグがあるか否かを判断する（ステップＳ２１）。その結果、オンしているフラグが無ければ（ステップＳ２１：ＮＯ）、フラグ選択動作を行い（ステップＳ２２）、オンしているフラグがあれば（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、フラグ選択動作をスキップする。
【００６６】
図１５は、フラグ選択動作Ｓ２２の一例を説明するためのフローチャートである。
【００６７】
フラグ選択動作Ｓ２２は、センサ１０１の実際の特性を計測し、これに基づいてフラグ３３１〜３３３のいずれかをオンさせる動作である。すなわち、あらかじめ定められた条件下（例えば、湿度８０％の環境下）に無線センサ装置３００を載置し、タイマーカウントを開始させる（ステップＳ３１）。タイマーのカウント値については、センサ１０１の検出値Ｓ１が飽和するのに必要な時間以上であれば特に限定されず、１秒であっても構わないし、６０秒や６００秒であっても構わない。タイマーカウントがされている間、センサ１０１から検出値Ｓ１が信号処理部１９０へ入力され（ステップＳ３２）、これがＡ／Ｄコンバータ１１０によってデジタル形式の検出値Ｓ２に変換される。
【００６８】
そして、タイマーカウントが終了すると（ステップＳ３３）、飽和している検出値Ｓ２の出力レベルに基づいて、フラグ３３１〜３３３のいずれかをオンする（ステップＳ３４）。これは、あらかじめ定められた条件下における検出値Ｓ２の飽和出力レベルが、センサ１０１の実際の特性を示していることを利用したものである。以上により、フラグ選択動作Ｓ２２が完了する。
【００６９】
また、フラグ選択動作Ｓ２２は、次の方法によって行うことも可能である。
【００７０】
図１６は、フラグ選択動作Ｓ２２の他の例を説明するためのフローチャートである。
【００７１】
まず、あらかじめ定められた条件下（例えば、湿度８０％の環境下）に無線センサ装置１００を載置し、センサ１０１を一定時間動作させる（ステップＳ４１）。この一定時間についても、センサ１０１の検出値Ｓ１が飽和するのに必要な時間以上であれば、特に限定されない。タイマなどにより一定時間が経過したことが検出されると（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、センサ１０１より得られる検出値Ｓ２を取り込む。すなわち、実際の計測を行う（ステップＳ４２）。そして、得られた検出値Ｓ２と所定値Ｂ１，Ｂ２との大小関係を判断する。つまり、検出値Ｓ２と所定値Ｂ１，Ｂ２との関係が下記（１１）〜（１３）のいずれの条件を満たしているかを判断する（ステップＳ４３，Ｓ４４）。
Ｂ１≧Ｓ２ ・・・（１１）
Ｂ２＞Ｓ２＞Ｂ１ ・・・（１２）
Ｓ２≧Ｂ２ ・・・（１３）
【００７２】
所定値Ｂ１とは、図１２に示したように、あらかじめ定められた条件下（例えば、湿度８０％の環境下）でセンサ１０１を一定時間動作させた場合、センサ１０１が特性ｂ１である場合に得られる値と特性ｂ２である場合に得られる値の中間値であり、同様に、所定値Ｂ２とは、上記の条件下でセンサ１０１を一定時間動作させた場合、センサ１０１が特性ｂ２である場合に得られる値と特性ｂ３である場合に得られる値の中間値である。
【００７３】
その結果、検出値Ｓ２と所定値Ｂ１，Ｂ２とが上記（１１）の条件を満たしていると判断された場合、つまり、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ１に近いと判断された場合には（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、フラグ３３１をオンする（ステップＳ４５）。また、検出値Ｓ２と所定値Ｂ１，Ｂ２とが上記（１２）の条件を満たしていると判断された場合、つまり、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ２に近いと判断された場合には（ステップＳ４４：ＮＯ）、フラグ３３２をオンする（ステップＳ４６）。そして、検出値Ｓ２と所定値Ｂ１，Ｂ２とが上記（１３）の条件を満たしていると判断された場合、つまり、センサ１０１の実際の特性が図１２に示す特性ｂ３に近いと判断された場合には（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、フラグ３３３をオンする（ステップＳ４７）。
【００７４】
その後は、図２に示すステップＳ３以降の動作を行うことにより、検出値Ｓ２を計測値Ｓ３に変換し、得られた計測値Ｓ３を出力する。かかる変換において使用される最小二乗近似多項式は、図１３に示すとおりであり、オンしているフラグ及び検出値Ｓ２に応じて異なる最小二乗近似多項式が使用される。
【００７５】
このように、本実施形態においては、得られた検出値Ｓ２のみならず、センサ１０１の実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行っていることから、第１の実施形態による効果に加え、湿度センサのようにばらつきの大きいセンサを使用する場合であっても、高精度な計測を行うことが可能となる。
【００７６】
尚、上記実施形態では、センサ１０１の実際の特性を３段階に分類し、これに基づいて最小二乗近似多項式を選択しているが、特性の分類としては３段階に限定されるものではなく、２段階又は４段階以上であっても構わない。
【００７７】
次に、本発明の好ましい第４の実施形態について説明する。
【００７８】
図１７は、本発明の好ましい第４の実施形態による無線センサ装置４００の構成を概略的に示すブロック図である。図１７に示すように、本実施形態による無線センサ装置４００は、信号処理部１９０に含まれるメモリ１３０がメモリ３３０に置き換えられている点において、上記実施形態による無線センサ装置２００と異なる。その他の点については、上記実施形態による無線センサ装置２００と同一であることから、同じ要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７９】
本実施形態による無線センサ装置４００は、上述した無線センサ装置２００の機能と、無線センサ装置３００の機能の両方を兼ね備えている。つまり、３つのセンサ１０１〜１０３のうち少なくとも一つについては、得られた検出値Ｓ２に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、且つ、３つのセンサ１０１〜１０３のうち少なくとも一つについては、実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うことにより、第２の実施形態による効果と第３の実施形態による効果の両方を得ることが可能となる。
【００８０】
この場合、検出値Ｓ２に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うべきセンサと、実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うべきセンサとは、一致していても構わないし、異なっていても構わない。また、メモリ３３０内に複数のセンサに対応するフラグを設けることにより、複数のメモリに対し、実際の特性に応じて異なる最小二乗近似多項式を用いた変換を行うよう構成しても構わない。
【００８１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の好ましい第１の実施形態による無線センサ装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】無線センサ装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図３】無線センサ装置１００に含まれるＣＰＵ１２０の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】無線センサ装置１００の好ましい一利用形態を模式的に示すブロック図である。
【図５】本発明の好ましい第２の実施形態による無線センサ装置２００の構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】無線センサ装置２００の動作を示す部分的なフローチャートである。
【図７】無線センサ装置２００における変換動作の一例を示す部分的なフローチャートである。
【図８】無線センサ装置２００における変換動作の他の例を示す部分的なフローチャートである。
【図９】無線センサ装置２００におけるデータ出力動作を示す部分的なフローチャートである。
【図１０】無線センサ装置２００に含まれるＣＰＵ１２０の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の好ましい第３の実施形態による無線センサ装置３００の構成を概略的に示すブロック図である。
【図１２】湿度センサと検出値との関係を示すグラフである。
【図１３】オンしているフラグ及び検出値Ｓ２と、使用される最小二乗近似多項式との対応関係を示す表である。
【図１４】本実施形態による無線センサ装置３００の動作を示す部分的なフローチャートである。
【図１５】フラグ選択動作Ｓ２２の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１６】フラグ選択動作Ｓ２２の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図１７】本発明の好ましい第４の実施形態による無線センサ装置４００の構成を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 利用機器
１００，２００，３００，４００ 無線センサ装置
１０１〜１０３ センサ
１０１ａ〜１０３ａ センサ素子
１０１ｂ〜１０３ｂ センサ回路
１１０ Ａ／Ｄコンバータ
１２０ ＣＰＵ
１３０，３３０ メモリ
１４１ 送信回路部
１４２ アンテナ
１５０ バッテリ
１９０ 信号処理部
３３１〜３３３ フラグ
Ｐ 間欠動作信号
Ｓ１ 検出値（アナログ）
Ｓ２ 検出値（デジタル）
Ｓ３ 計測値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのセンサと、前記センサの検出値を近似式に代入することによって計測値に変換する信号処理部と、前記計測値を無線により送出するための送信回路部とを備え、前記信号処理部は、前記検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことを特徴とする無線センサ装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記センサの検出値が第１の範囲にある場合には第１の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記センサの検出値が第２の範囲にある場合には第２の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記第１及び第２の最小二乗近似多項式の次数が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記センサの検出値が第１の範囲にある場合には第１の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記センサの検出値が第２の範囲にある場合には第２の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記第１及び第２の最小二乗近似多項式の次数が互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項４】
前記センサには、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ及びトナーセンサからなる群より選ばれた少なくとも１種のセンサが含まれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項５】
少なくとも前記信号処理部及び前記送信回路部に電力を供給するバッテリをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記センサによる検出値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくとも前記Ａ／Ｄコンバータの出力及び前記メモリに格納された前記データを用いた演算を行うＣＰＵとを有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、前記検出値及び前記センサの特性に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項８】
前記信号処理部は、前記センサによる検出値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記センサの特性及び前記検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくとも前記Ａ／Ｄコンバータの出力及び前記メモリに格納された前記データを用いた演算を行うＣＰＵとを有していることを特徴とする請求項７に記載の無線センサ装置。
【請求項９】
前記メモリは、使用すべき近似式を指定するフラグ有していることを特徴とする請求項８に記載の無線センサ装置。
【請求項１０】
センサの数が少なくとも２つであり、前記２つのセンサの計測対象が互いに異なっていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項１１】
センサの数が少なくとも２つであり、前記２つのセンサの計測対象が互いに同一であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項１】
少なくとも一つのセンサと、前記センサの検出値を近似式に代入することによって計測値に変換する信号処理部と、前記計測値を無線により送出するための送信回路部とを備え、前記信号処理部は、前記検出値に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことを特徴とする無線センサ装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記センサの検出値が第１の範囲にある場合には第１の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記センサの検出値が第２の範囲にある場合には第２の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記第１及び第２の最小二乗近似多項式の次数が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記センサの検出値が第１の範囲にある場合には第１の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記センサの検出値が第２の範囲にある場合には第２の最小二乗近似多項式を用いた変換を行い、前記第１及び第２の最小二乗近似多項式の次数が互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項４】
前記センサには、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、傾斜センサ、人感センサ、衝撃センサ及びトナーセンサからなる群より選ばれた少なくとも１種のセンサが含まれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項５】
少なくとも前記信号処理部及び前記送信回路部に電力を供給するバッテリをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記センサによる検出値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくとも前記Ａ／Ｄコンバータの出力及び前記メモリに格納された前記データを用いた演算を行うＣＰＵとを有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、前記検出値及び前記センサの特性に応じて異なる近似式を用いた変換を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項８】
前記信号処理部は、前記センサによる検出値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記センサの特性及び前記検出値に応じた複数の近似式の演算にそれぞれ必要なデータを少なくとも格納するメモリと、少なくとも前記Ａ／Ｄコンバータの出力及び前記メモリに格納された前記データを用いた演算を行うＣＰＵとを有していることを特徴とする請求項７に記載の無線センサ装置。
【請求項９】
前記メモリは、使用すべき近似式を指定するフラグ有していることを特徴とする請求項８に記載の無線センサ装置。
【請求項１０】
センサの数が少なくとも２つであり、前記２つのセンサの計測対象が互いに異なっていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【請求項１１】
センサの数が少なくとも２つであり、前記２つのセンサの計測対象が互いに同一であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−２５０７４４（Ｐ２００６−２５０７４４Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６８３８１（Ｐ２００５−６８３８１）
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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