特開 2023-4134 モニタリング用デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023004134

(43)【公開日】2023-01-17

(54)【発明の名称】モニタリング用デバイス

(51)【国際特許分類】

   G08C 17/00 20060101AFI20230110BHJP

   G06K 19/07 20060101ALI20230110BHJP

   H04W 4/38 20180101ALI20230110BHJP

   H04W 52/02 20090101ALI20230110BHJP

   H04W 64/00 20090101ALI20230110BHJP

   H04M 1/72412 20210101ALI20230110BHJP

   H04M 1/73 20060101ALI20230110BHJP

【ＦＩ】

G08C17/00 Z

G06K19/07 170

G06K19/07 040

G06K19/07 100

H04W4/38

H04W52/02 110

H04W64/00 160

H04M1/72412

H04M1/73

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021105647

(22)【出願日】2021-06-25

(71)【出願人】

【識別番号】304036754

【氏名又は名称】国立大学法人山形大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】弁理士法人エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】奥山 義浩

(72)【発明者】

【氏名】芝 健夫

(72)【発明者】

【氏名】時任 静士

【テーマコード（参考）】

2F073

5K067

5K127

【Ｆターム（参考）】

2F073AA02

2F073AA23

2F073AA40

2F073AB01

2F073AB04

2F073BB01

2F073BC02

2F073CC03

2F073CC09

2F073CC12

2F073CD11

2F073DD02

2F073DE02

2F073DE06

2F073DE13

2F073EE01

2F073EE12

2F073EE13

2F073FF01

2F073FG01

2F073FG02

5K067AA43

5K067BB27

5K067BB43

5K067DD17

5K067EE02

5K067EE10

5K067HH22

5K127AA16

5K127AA36

5K127BA15

5K127BB22

5K127BB33

5K127DA11

5K127DA13

5K127GA29

5K127GD17

5K127HA11

5K127JA04

5K127JA23

5K127KA01

(57)【要約】

【課題】従来の物流管理システムでは、長波送信を行うためにセンサタグは大きな容量の電池を備える必要がある。そのため、センサタグを小さくすることができない。また、貨物トラックに中継器や通信ターミナル等を設ける必要がある。さらに、積み替え時などの通信ターミナルがない場所での測定値は集中局へ送ることができない。
【解決手段】通信部と、計測部と、前記通信部及び前記計測部に電力を供給する電源電池と、前記電源電池から電力が供給されないウェイクアップ部を備える。そして、ウェイクアップ部は、電波から得た電波電力により無線基地局を識別して通信部へ割込信号を出力し、計測部は、センサにより計測を行うと共に計測データを記憶し、通信部は、割込信号によりディープスリープモードからウェイクアップして、計測部に記憶した計測データを前記無線基地局又は他の無線基地局へ無線により送信する。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

通信部と、計測部と、前記通信部及び前記計測部に電力を供給する電源電池と、前記電源電池から電力が供給されないウェイクアップ部を備え、
前記ウェイクアップ部は、電波から得た電波電力により無線基地局を識別して前記通信部へ割込信号を出力し、
前記計測部は、センサにより計測を行うと共に計測データを記憶し、
前記通信部は、前記割込信号によりディープスリープモードからウェイクアップして、前記計測部に記憶した計測データを前記無線基地局又は他の無線基地局へ無線により送信することを特徴とするモニタリング用デバイス。

【請求項2】

前記電源電池は、前記ウェイクアップ部の電波電力により充電されることを特徴とする請求項１に記載されたモニタリング用デバイス。

【請求項3】

前記通信部は、前記無線基地局又は前記他の無線基地局に接続ができなくなったときに、ディープスリープモードに切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載されたモニタリング用デバイス。

【請求項4】

前記通信部は、ウェイクアップした後に所定時間間隔でディープスリープモードとウェイクアップモードを繰り返すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載されたモニタリング用デバイス。

【請求項5】

前記電波電力を前記電源電池とは異なる二次電池に充電して、前記二次電池から前記ウェイクアップ部に電力を供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載されたモニタリング用デバイス。

【請求項6】

前記ウェイクアップ部は、前記無線基地局の基地局ＩＤを記憶し、記憶した前記基地局ＩＤにより前記無線基地局を識別することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載されたモニタリング用デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物品に取り付けて物流の際に物品のおかれた環境等を記憶する物流モニタリング用デバイスや、ウエアラブルモニタリング用デバイス等のモニタリング用デバイスに関するものである。

【背景技術】

【0002】

果実酒や日本酒等の醸造酒は温度で変質し易く、温度管理を行った上で輸送や保管が行われることが望ましい。輸送や保管の際に温度管理が行われていないと、品質低下を招く場合がある。このような品質低下が生じると、販売された後に飲食店や家庭で消費された際に、商品や店舗等の評価を下げることになる。温度異常による悪影響は醸造酒に限らず、他の食品や農産物、人の生体組織の輸送等においても生じる。また、温度異常以外にも、衝撃や振動等の加速度や、湿度などの異常は、物品の品質低下を招く。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－２３２４１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、物品ごとの状態に関する情報の記録が可能な物流管理システムが記載されている。この物流システムでは、貨物トラックの保冷庫に物品を収容して輸送するが、物品毎にセンサタグが同梱される。センサタグは温度の測定値を長波送信し、保冷庫に配置された中継器を介して、貨物トラックにおける保冷庫の外に設けた通信ターミナルへ測定値が送られる。通信ターミナルでは、温度の測定値と測定時刻が記憶され、測定値等を無線通信で集中局へ送って管理する。

【0005】

しかし、一般的に無線で送信するためには大きな電力を要する。特許文献１の物流管理システムでは、長波送信を行うためにセンサタグは大きな容量の電池を備える必要がある。そのため、センサタグを小さくすることができない。また、特許文献１の物流管理システムでは、貨物トラックに中継器や通信ターミナル等を設ける必要がある。さらに、通信ターミナルのメモリには温度の測定値を記憶するが、センサタグは温度の測定値を記憶せず、積み替え時などの通信ターミナルがない場所での測定値は集中局へ送ることができない。このセンサタグは物流を用途とするものであるが、物流以外のモニタリング用デバイスについても同様のことが言える。本発明は、上記の課題を解決するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によるモニタリング用デバイスは、通信部と、計測部と、前記通信部及び前記計測部に電力を供給する電源電池と、前記電源電池から電力が供給されないウェイクアップ部を備え、前記ウェイクアップ部は、電波から得た電波電力により無線基地局を識別して前記通信部へ割込信号を出力し、前記計測部は、センサにより計測を行うと共に計測データを記憶し、前記通信部は、前記割込信号によりディープスリープモードからウェイクアップして、前記計測部に記憶した計測データを前記無線基地局又は他の無線基地局へ無線により送信する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】モニタリング用デバイスの一実施形態を示す図。

【図2】センサタグを用いた物流システムを示す図。

【図3】一実施形態におけるセンサタグのブロック構成を示す図。

【図4】実施例１における回路の動作を示す図。

【図5】実施例２における回路の動作を示す図。

【図6】実施例３における回路の動作を示す図。

【図7】他の実施形態におけるセンサタグのブロック構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明の一実施形態に係るモニタリング用デバイスは物流を用途とし、流通や保管する物品に取り付けて用いられる。モニタリング用デバイスの一実施形態として、図１に柔軟性を有するセンサタグ１を示す。センサタグ１はシート状であって、曲面を有する瓶等にも貼付することができる。そして、図１に示すように、流通や保管を開始した日時と送り先、二次元バーコード等が表示される電子ペーパを具備する。また、電子ペーパの裏側には、後述する通信回路ブロック１１、センサを含む計測回路ブロック１２、第１ＣＰＵを含む第１制御回路ブロック１３、薄型の電源電池１５、パッシブ型ＷＵＰ回路ブロック１６等が設けられている。これらの回路にはフレキシブル配線板等を用いており、全体的に柔軟性を有している。そのため、瓶等の曲面に貼付できる。

【0009】

センサタグ１は、図２に示すように物品２に取り付けられて流通や保管が行われる。図２では、センサタグ１を、瓶と箱の物品２に取り付けた様子を示す。流通や保管を開始する際に、センサタグ１には送り先と開始日時等が入力され、図１に示した用に表示される。そして、センサタグ１は物品２に貼付により取り付けられる。センサタグ１が取り付けられた物品２は、輸送機器である冷蔵トラック３により冷蔵された状態で、各所の物流施設４に運ばれる。物流施設４には、無線基地局であるゲートウェイ４１（Ｇ/Ｗ）が１乃至複数設けられる。各々のゲートウェイ４１はルータ４２を介してインターネット５に接続している。そして、サーバ６に繋がっている。

【0010】

物品２が物流施設４に入り、センサタグ１がゲートウェイ４１の送受信範囲内に入ると、センサタグ１とゲートウェイ４１の間で無線通信を行う。そして、ゲートウェイ４１からルータ４２、インターネット５を介してサーバ６へ情報を送信する。サーバ６は、センサタグ１から得られた温度等の情報を記憶し、外部からのアクセス等により送信することができる。物流施設４は、店舗等の物品２の受け取り施設でもよく、物流の中継施設やドライブイン、パーキングエリア等でもよい。

【0011】

本願の一実施形態であるセンサタグ１は、図３に示すブロック構成を有する。通信回路ブロック１１には、ゲートウェイ４１との間で通信を行う送受信機とアンテナが設けられている。また、計測回路ブロック１２には、物流において管理を必要とする情報を検出するセンサとして、例えば、温度センサや衝撃センサ、そして、これらセンサによって検出した信号に対して必要な処理を行うための増幅器、Ａ／Ｄコンバータ等が設けられている。そして、通信回路ブロック１１と計測回路ブロック１２を制御するために、第１制御回路ブロック１３が設けられている。第１制御回路ブロック１３には、第１ＣＰＵ、第１メモリ、カウンタが設けられている。通信回路ブロック１１、計測回路ブロック１２、第１制御回路ブロック１３は、主要電源回路ブロック１４からの電力により作動する。主要電源回路ブロック１４には、昇圧／降圧回路、電源安定化回路が設けられている。主要電源回路ブロック１４の電力は、電源電池１５から供給される。電源電池１５は、化学電池である。なお、図３には記載していないが、第１制御回路ブロック１３と主要電源回路ブロック１４は、電子ペーパーデバイスに接続している。

【0012】

第１制御回路ブロック１３は、パッシブ型ＷＵＰ回路ブロック１６の第２制御回路ブロック１６１に接続している。パッシブ型ＷＵＰ回路ブロック１６は、基本的に電源電池１５から電力を得ず、電波から得られた電力により作動する。パッシブ型ＷＵＰ回路ブロック１６は、第２制御回路ブロック１６１と無線給電回路ブロック１６２を備える。第２制御回路ブロック１６１は復調／復号回路、第２ＣＰＵ、第２メモリを備え、無線給電回路ブロック１６２はアンテナ、整流平滑回路、昇圧回路、電源安定化回路を備える。本実施形態では、無線給電回路ブロック１６２のアンテナと通信回路ブロック１１のアンテナを別に設けているが、利用する周波数が近ければ、アンテナを共用して、スイッチで切り替えて用いることもできる。

【0013】

第１制御回路ブロック１３の第１メモリと第２制御回路ブロック１６１の第２メモリには、センサタグ１が送受信を行うことが可能な複数のゲートウェイ４１に対応する基地局ＩＤが記憶されている。そして、ゲートウェイ４１の接続要求信号（アドバタイジング信号）に含まれる基地局ＩＤが第２メモリに記憶されていると、ＩＮＴ信号（割込信号）を第１制御回路ブロック１３に送出する。無線給電回路ブロック１６２は、ゲートウェイ４１が発生する電波の電波電力を変換して第２制御回路ブロック１６１に電力供給する。ゲートウェイ４１の接続要求信号に含まれる基地局ＩＤが第１メモリに記憶されていると、そのゲートウェイ４１を介して計測データを送信することができる。

【実施例0014】

物品２に貼付されたセンサタグ１では、定期的な計測対象として温度センサによる温度計測と、イベント駆動的な計測対象として衝撃センサによる加速度計測が行われる。図４に示す計測部のフローでは、計測回路ブロック１２の温度センサ、衝撃センサ、増幅器、Ａ／Ｄコンバータ等を第１制御回路ブロック１３により制御して、計測値と計測日時からなる計測データを第１メモリに記憶する。また、センサタグ１は、通常はディープスリープモード（ＳＬＰ）であり、電源電池１５の電力消費量を抑えられている。

【0015】

ディープスリープモード（ＳＬＰ）は、消費電力を小さくするモードであり、電源電池１５を長持ちさせる。このモードでは、通信回路ブロック１１は動作させない。そのため、消費電力の大きい送受信機は停止する。計測回路ブロック１２は、最低限の電力のみ消費する。第１制御回路ブロック１３には電力供給されるが、カウンタのような時間を計測する回路のみ動作させるため、最低消費電力となる。

【0016】

ウェイクアップモード（ＷＵＰ）は、各ブロックが通常に作動するが、消費電力は大きい。このモードでは、通信回路ブロック１１と計測回路ブロック１２に電力供給され、送受信機と増幅器、Ａ／Ｄコンバータ等が作動する。準ウェイクアップモード（ＳＷＵＰ）は、消費電力がやや小さいモードである。このモードでは、消費電力が大きい送受信機を備えた通信回路ブロック１１を動作させない。しかし、計測回路ブロック１２は動作させ、第１制御回路ブロック１３の第１ＣＰＵは通常のクロック周波数で作動する。準ウェイクアップモード（ＳＷＵＰ）は、ウェイクアップモード（ＷＵＰ）よりは消費電力が小さく、ディープスリープモード（ＳＬＰ）よりは消費電力が大きい。

【0017】

実施例１において、温度計測の動作は次のように行われる。図４の計測部のフローでは、ステップＳＭ１１において、ディープスリープモード（ＳＬＰ）で第１制御回路ブロック１３によりカウントを行う。カウンタはタイマーを形成する。このタイマーが所定時間経過を示す毎にステップＳＭ１２に進む。ステップＳＭ１２では、ディープスリープモード（ＳＬＰ）から準ウェイクアップモード（ＳＷＵＰ）に切り換える。次に、電力が供給された計測回路ブロック１２において、ステップＳＭ１３では温度センサの出力を増幅してＡ／Ｄ変換する。そして、第１制御回路ブロック１３において、温度計測値を計測日時と共に第１メモリに記憶する。その後、ステップＳＭ１４で再びディープスリープモード（ＳＬＰ）に戻る。

【0018】

また、衝撃計測の動作は次のように行われる。図４の計測部のフローにおいて、ディープスリープモード（ＳＬＰ）のステップＳＭ１１で衝撃センサが所定値以上の加速度を検出すると、イベントドリブンでステップＳＭ１２に進む。ステップＳＭ１２では、ディープスリープモード（ＳＬＰ）から準ウェイクアップモード（ＳＷＵＰ）に切り換えられる。次に、ステップＳＭ１３において、第１制御回路ブロック１３により衝撃（所定値以上の加速度）とその衝撃検出の日時を第１メモリに記憶する。そして、ステップＳＭ１４で再びディープスリープモード（ＳＬＰ）に戻る。

【0019】

このようにして、第１制御回路ブロック１３の第１メモリには、所定時間毎の温度が計測日時と共に記憶され、所定加速度以上の衝撃が有った場合には、その衝撃を担う加速度と衝撃検出の日時が共に記憶される。

【0020】

次に、実施例１において、第１メモリに記憶された計測データをサーバ６に送信する状況を説明する。図２に示すセンサタグ１が流通や保管の過程で物流施設４に入り、パッシブ型ＷＵＰ回路ブロック１６がゲートウェイ４１からの電波をうけると、図４のウェイクアップ部に示すように、ステップＳＷ１１で無線給電の開始となる。そして、図３に示す無線給電回路ブロック１６２で電波を電力に変換して、第２制御回路ブロック１６１に電力供給する。

【0021】

ステップＳＷ１２では、ゲートウェイ４１が発する接続要求信号によりＧ/Ｗ信号（ゲートウェイ信号）を受信する。Ｇ/Ｗ信号には、無線基地局であるゲートウェイ４１ごとに固有の基地局ＩＤが含まれている。第２制御回路ブロック１６１では、ステップＳＷ１３で、第２メモリに記憶された基地局ＩＤと照合する。そして、第２メモリに記憶されている基地局ＩＤであると識別した場合には、ステップＳＷ１４でＩＮＴ信号（割込信号）を通信部へ送信する。ステップＳＷ１２とステップＳＷ１３では、第２メモリに記憶されている基地局ＩＤが識別されるまで、Ｇ/Ｗ信号受信とＧ/Ｗ信号識別を繰り返す。このようにして、センサタグ１は、電源電池１５の電力を消費すること無く、計測データを送信できるゲートウェイ４１の接近を検知する。

【0022】

通信部では、ウェイクアップ部からのＩＮＴ信号を受けて、ステップＳＣ１１でディープスリープモード（ＳＬＰ）から準ウェイクアップモード（ＳＷＵＰ）に移行する。したがって、ゲートウェイ４１に送信できる状態になるまで、計測時以外はディープスリープモード（ＳＬＰ）として消費電力を抑える。そして、ステップＳＣ１２で、第１制御回路ブロック１３の第１メモリにおける計測データの有無が確認される。準ウェイクアップモード（ＳＷＵＰ）では、通信回路ブロック１１は動作していないので電力を消費しないが、第１制御回路ブロック１３は通常動作している。第１メモリに計測データが無い場合にはステップＳＣ１７でディープスリープモード（ＳＬＰ）に戻る。一方、第１メモリに計測データが有る場合には、ステップＳＣ１３でウェイクアップモード（ＷＵＰ）へ移行する。

【0023】

ウェイクアップモード（ＷＵＰ）では、通信回路ブロック１１に電力を供給し、無線通信が可能な状態となる。そして、ステップＳＣ１４で、受信したＧ/Ｗ信号の基地局ＩＤが第１メモリに記憶されているか否かを識別する。受信した基地局ＩＤが第１メモリに無い場合には、ステップＳＣ１７でディープスリープモード（ＳＬＰ）に戻る。

【0024】

ステップＳＣ１４でＧ/Ｗ信号の基地局ＩＤが第１メモリに有る場合には、ステップＳＣ１５で第１メモリの計測データを、センサタグ１に固有のコードであるタグＩＤと共にＧ/Ｗ（ゲートウェイ４１）に無線送信する。そして、ステップＳＣ１６で、第１メモリに記憶された計測データを消去し、ステップＳＣ１７でディープスリープモード（ＳＬＰ）に移行する。

【0025】

図２に示す物流施設４の中をセンサタグ１が移動すると、ウェイクアップの時に受信したゲートウェイ４１と、通信の際のゲートウェイ４１が異なることもあり得る。ウェイクアップ部のフローと通信部のフローでは、別々に基地局ＩＤが識別される。そのため、上記のようにゲートウェイ４１が異なる場合でも、計測データ等の無線送信は問題なく行われる。

【0026】

実施例１において、図４における計測部のフローと通信部のフローは、共に第１制御回路ブロック１３の第１ＣＰＵを用いている。計測部のフローを実行中にＩＮＴ信号が送信されてきた場合には、計測部のフローがステップＳＭ１４となってディープスリープモード（ＳＬＰ）になるまで通信部のフローは行われない。また、通信部のフローを実行中にタイマーやイベントドリブンにより計測部のフローが動き始めると、通信部のフローは中止されて計測部のフローを行う。ただし、ステップＳＣ１５とステップＳＣ１６の間では中止されない。計測部のフローがステップＳＭ１４になった際に通信部がＩＮＴ信号を受ければ、ステップＳＣ１１から開始する。計測部のフローは通信部のフローに優先する。

【0027】

以上のようにして送信された計測データとタグＩＤは、ゲートウェイ４１からインターネット５を介してサーバ６に送られて、蓄積される。センサタグ１のタグＩＤは、図１に示すように二次元バーコードでセンサタグ１の電子ペーパに表示されている。したがって、表示された二次元バーコードを端末に取り込んでサーバ６にアクセスすることにより、温度と衝撃の履歴を見ることができる。そして、物品２に品質低下が生じた場合には、計測データの日時から、輸送や保管等のどの工程で温度や衝撃の異常が生じたのか評価して、工程を改善することができる。また、サーバ６に蓄積された複数のセンサタグ１の計測データから、物流全体の状況を把握して問題点を分析することができる。

【0028】

なお、ステップＳＣ１６の直後に、Ｇ/Ｗ信号を受信している場合には準ウェイクアップモード（ＳＷＵＰ）にしてからステップＳＣ１２に戻るステップを設けてもよい。このステップでは、Ｇ/Ｗ信号を受信していなかったり、受信した基地局ＩＤが第１メモリに記憶されていなかったりした場合には、ステップＳＣ１７でディープスリープモード（ＳＬＰ）に移行する。このようにすることによって、ディープスリープモード（ＳＬＰ）になる頻度を減少させることができる。

【0029】

以上のように、ＣＰＵの動作を計測や通信が必要な時以外にディープスリープモード（ＳＬＰ）モードにし、センサを間欠計測やイベントドリブン型で用い、さらに電子ペーパの駆動プロセッサの動作モードを、書き換え時以外にはディープスリープモード（ＳＬＰ）とすることで、センサタグ１全体の消費電力を節減し、薄型である電源電池１５の持続時間を大幅に延長することができる。

【実施例0030】

実施例２において、温度計測と衝撃計測の動作は、図５の計測部のフローにおけるステップＳＭ２１～ＳＭ２３に示すように、実施例１のステップＳＭ１１～ＳＭ１３と同様に行われる。しかし、実施例２のステップＳＭ２４では、ウェイクアップ部のフローにおいて、ステップＳＷ２４によるＩＮＴ信号があるかを識別する。ＩＮＴ信号が無い場合には、ステップＳＭ２６でディープスリープモード（ＳＬＰ）に戻る。ＩＮＴ信号が有る場合には、ステップＳＭ２５で通信部にウェイクアップ（ＷＵＰ）要求する。そして、ステップＳＭ２６でディープスリープモード（ＳＬＰ）に戻る。ウェイクアップ部の動作であるステップＳＷ２１～ＳＷ２４は、実施例１のステップＳＷ１１～ＳＷ１４と同様である。

【0031】

実施例２では、通信部において、ステップＳＣ２１で、ウェイクアップ部からのＩＮＴ信号と計測部からのウェイクアップ要求（ＷＵＰ要求）の両方が有の場合に、ディープスリープモード（ＳＬＰ）からウェイクアップモード（ＷＵＰ）に移行する。そして、実施例１のステップＳＣ１４～ＳＣ１７と同様に、ステップＳＣ２２～ＳＣ２５でＧ/Ｗ信号の基地局ＩＤを識別し、メモリの計測データとタグＩＤをゲートウェイ４１（Ｇ/Ｗ）へ送信した後に計測データを消去して、ディープスリープモード（ＳＬＰ）に戻る。

【0032】

実施例２においても、図５における計測部のフローと通信部のフローは、共に第１制御回路ブロック１３の第１ＣＰＵを用いている。タイマーによる温度計測では、計測部のステップＳＭ２４でＷＵＰ要求があってから通信部のフローが動き始める。計測部や通信部のフローを実行中に衝撃が発生してイベントドリブンとなる可能性は低い。

【0033】

実施例２では、ステップＳＭ２３で計測データを第１メモリに記憶した際にステップＳＭ２４でＩＮＴ信号を識別し、ＩＮＴ信号があるとステップＳＭ２５でＷＵＰ要求を行う。これにより、計測したタイミングでウェイクアップモード（ＷＵＰ）に移行して、計測データをゲートウェイ４１へ送信することができる。そのため、送信できる状態であれば、計測データが速やかに送信される。その結果、例えば、物流施設４で物品２を保管中に温度上昇があった場合などには、速やかに温度上昇が送信され、早期に対応することが可能である。