特開 2024-125575 センサシステム

(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】P2024125575

(43)【公開日】2024-09-19

(54)【発明の名称】センサシステム

(51)【国際特許分類】

   H04L 12/28 20060101AFI20240911BHJP

   G08C 15/00 20060101ALI20240911BHJP

   G01P 5/10 20060101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

H04L12/28 400

G08C15/00 F

G01P5/10 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033487

(22)【出願日】2023-03-06

(71)【出願人】

【識別番号】000105350

【氏名又は名称】ＫＯＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100121049

【弁理士】

【氏名又は名称】三輪 正義

(72)【発明者】

【氏名】片瀬 泰幸

【テーマコード（参考）】

2F073

5K033

【Ｆターム（参考）】

2F073AA01

2F073AA04

2F073AB01

2F073BB04

2F073BC01

2F073CC03

2F073CD11

2F073DD04

2F073FG01

2F073GG01

2F073GG02

5K033AA09

5K033CB06

5K033DA01

5K033DA11

(57)【要約】

【課題】三次元空間計測に最適なセンサシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明におけるセンサシステム（１）は、ホスト（２）と、前記ホストに接続されデータを取得するセンサ（３）と、を有するセンサシステムであって、複数のホスト同士が、デイジーチェーン接続されるとともに、各ホストごとに、複数の前記センサがデイジーチェーン接続される、ことを特徴とする。本発明では、前記ホスト及び前記センサは、それぞれ、上位デバイスとの間で通信を行う上位通信制御部と、下位デバイスとの間で通信を行う下位通信制御部と、を有することが好ましい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ホストと、前記ホストに接続されデータを取得するセンサと、を有するセンサシステムであって、
複数のホスト同士が、デイジーチェーン接続されるとともに、各ホストごとに、複数の前記センサがデイジーチェーン接続される、ことを特徴とするセンサシステム。

【請求項2】

前記ホスト及び前記センサは、それぞれ、上位デバイスとの間で通信を行う上位通信制御部と、下位デバイスとの間で通信を行う下位通信制御部と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。

【請求項3】

複数のホスト及び複数のセンサが、接続数を変動自在に接続される、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサシステム。

【請求項4】

前記センサは、三次元空間に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載のンサシステム。

【請求項5】

前記センサは、風を検知する、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、センサシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、センサをデイジーチェーン接続した多連式センサに関する発明が開示されている。これにより、接続センサ数を増やすことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－５０５０２号公報

【特許文献2】特開２０１７－１３５７１１号公報

【特許文献3】特開２０１５－２０４５８４号公報

【特許文献4】特開２００９－２１２９６２号公報

【特許文献5】特開２００７－６７９２２号公報

【特許文献6】特開２００６－１１６０８４号公報

【特許文献7】特表２００３－５２６８２８号公報

【特許文献8】特開２００１－２２２７８８号公報

【特許文献9】特開平８－１７２６８１号公報

【特許文献10】特開平５－３０８３５７号公報

【特許文献11】特開平１－２８９３３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

各特許文献には、三次元空間計測に適する構成の記載がされていない。
本発明は、三次元空間計測に最適なセンサシステム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】

【0005】

本発明におけるセンサシステムは、ホストと、前記ホストに接続されデータを取得するセンサと、を有するセンサシステムであって、複数のホスト同士が、デイジーチェーン接続されるとともに、各ホストごとに、複数の前記センサがデイジーチェーン接続される、ことを特徴とする。

【0006】

本発明では、前記ホスト及び前記センサは、それぞれ、上位デバイスとの間で通信を行う上位通信制御部と、下位デバイスとの間で通信を行う下位通信制御部と、を有する、ことが好ましい。

【0007】

本発明では、複数のホスト及び複数のセンサの接続数を変動自在に接続できる。また、本発明では、前記センサは、風を検知することが好ましい。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、三次元空間計測に最適なセンサシステムを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施の形態のセンサシステムの概要図である。

【図2A】図２Ａは、本実施の形態のセンサシステムを用いて三次元空間計測する概要図である。

【図2B】図２Ｂは、本実施の形態のセンサシステムを用いて三次元空間計測する概要図である。

【図2C】図２Ｃは、本実施の形態のセンサシステムを用いて三次元空間計測する概要図である。

【図3】図３は、複数のホスト及び複数のセンサの通信ブロック図である。

【図4】センサの回路図である。

【図5】比較例におけるセンサシステムの概要図である。

【図6】比較例におけるセンサシステムを用いて三次元空間計測する概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

【0011】

＜本実施の形態のセンサシステムの基本構成について＞
図１は、本実施の形態のセンサシステム１の概要図である。
図１に示すように、本実施の形態のセンサシステム１は、複数のホスト２と、複数のセンサ３とを備え、複数のホスト同士が、デイジーチェーン接続されている。加えて、各ホスト２ごとに、複数のセンサ３が、デイジーチェーン接続されている。図１に示すように、各ホスト２に、電源プラグ４を備える。

【0012】

「ホスト」とは、通信を制御する装置であり、通信においてマスターとなる装置のことを意味する。最も上位に位置するホスト２は、パソコンなどの情報制御装置５に接続されており、各ホスト２は、情報制御装置５からセンサ３に送られる命令信号や、センサ３から情報制御装置５に送られる検出信号を、情報制御装置５とセンサ３との間でデータ橋渡し処理を行う。

【0013】

センサ３は、所定のデータを取得する機能を備える。本実施の形態のセンサシステム１は、三次元空間に設定できるため、三次元空間で変化するデータを取得できる。例えば、物理量データを取得でき、具体的には、流量データを取得でき、特に本実施の形態では、風速データの取得が可能なセンサシステム１を提供できる。

【0014】

図１に示す実施の形態では、各ホスト２は、通信ケーブル６を介して、直列に接続されるが、各ホスト同士が無線通信にて接続されてもよい。このように、本実施の形態では、センサ３のみならず、ホスト同士もデイジーチェーン接続されるため、ホスト２の接続数や接続距離を自由に変更でき、センサシステム１全体として、接続センサ数を飛躍的に増加させることが可能になる。

【0015】

＜技術背景及び、本実施の形態に至る経緯＞
複数のセンシング情報を収集するセンサからデータを収集する方法として、デイジーチェーン型のセンサシステムが知られている。図５（ａ）は、比較例におけるデイジーチェーン型のセンサシステム３０を示す。図５（ａ）に示すように、ホスト３１は、一つだけ設けられており、このホスト３１に、複数のセンサ３２がデイジーチェーン接続されている。この方式を使用することで、図５（ｂ）に示すように、ホスト３４に、複数のセンサ３５をスター型で接続したセンサシステム３３と比べて、接続センサ数を大幅に増やすことが可能となる。

【0016】

ところで、昨今、三次元空間における物理量の計測ニーズが高まっている。三次元空間へのセンサの配置方法としては、例えば、三次元的に配置した各ポールに、センサを設置する。その一例を図６に示す。図６に示すように、複数のポール３６が設置面３７上方のデータ収集領域に配置されている。図６に示すように、各ポール３２は高さ方向（Ｚ方向）に直立しており、これらポール３２がＸ－Ｙ平面に間隔を空けて配置されている。

【0017】

図６に示すように、図５（ａ）に示すデイジーチェーン型のセンサシステム３０を用いて、複数のセンサ３２を、各ポール３６の高さ方向（Ｚ）に向けて配置する。このとき、隣り合うポール３６の間では、ポール３６の上端側で、センサ３２同士がケーブル３７を介して接続されるものと、ポール３６の下端側で、センサ３２同士がケーブル３７を介して接続されるものとが交互に配置される。このため、例えば、ポール３６を複数種用意し、各ポール３６をセンサ３２の接続状態に応じて適宜配置する必要がある。また、図６では、各ポール３６の間の測定対象空間をケーブル３７が跨ぐため、測定精度に影響を及ぼすことがある。

【0018】

＜本実施の形態のセンサシステム１の詳細な説明＞
そこで、本実施の形態では、三次元空間計測に最適なセンサシステム１を提案する。すなわち、本実施の形態では、複数のホスト２をデイジーチェーン接続するとともに、各ホスト２に複数のセンサ３をデイジーチェーン接続して、データの収集速度を落とすことなく、センサ数を大幅に増やすことができ、したがって、データ数を大幅に拡張させることが可能なセンサシステム１を実現できる。
図１に示すセンサシステム１を用いて、各センサ３を、例えば、図２Ａに示すように、配置する。

【0019】

図２Ａでは、自立型のポール７が、間隔を空けて複数配置されている。図２Ａに示すように、デイジーチェーン接続された各ホスト２は、各ポール７の下端部付近に配置され、各ホスト２から複数のセンサ３が各ポール７に沿って図示上方に向けてデイジーチェーン接続されている。本実施の形態では、各ホスト２ごとに、複数のセンサ３をデイジーチェーン接続しているため、ポール単位で、センサ数の増減が可能である。図２Ａに示す各センサ３は、二次元空間での配置になっているが、これを奥行き方向にも配置することで、三次元空間の計測を可能とする。すなわち、図２Ｂでは、奥行き方向にも、センサ３を配置しており、これにより、多数のセンサ３を容易に三次元空間に配置できる。図２Ａ、図２Ｂの各配置では、図６と異なって、ポール７間にセンサ同士をつなぐ通信ケーブル８が現れない。本実施の形態では、シンプルな配線で、三次元空間に多数のセンサ３を配置でき、精度良いデータを取得できる。

【0020】

また、測定終了後に、センサシステム１を撤収する際、自立型ポール７の使用により、容易に撤収作業を行うことができ、利便性の高いセンサシステム１を提供できる。

【0021】

図２Ａ、図２Ｂでは、床面に、自立型のポール７を設置し、床面側に配置されたホスト２からポール上方に向けて、複数のセンサ３を配置した構成であるが、図２Ｃに示すように、天井面９に複数のポール１０を吊り下げて、デイジーチェーン接続された各ホスト２を天井面側に配置し、天井面側から下方に向けて複数のセンサ３を各ポール１０に沿って配置する構成にもできる。図２Ｃに示すセンサ３は、二次元空間の配置となっているが、図２Ｂに準じて、センサ３を奥行き方向にも配置することで、多数のセンサ３を三次元空間に適切かつ容易に配置できる。

【0022】

また、本実施の形態のように、複数のホスト２をデイジーチェーン接続するとともに、各ホスト２に複数のセンサ３をデイジーチェーン接続したセンサシステム１では、データの収集サイクルを十分に速くして、接続センサ数を大幅に増やすことが可能となる。

【0023】

図３は、複数のホスト及び複数のセンサの通信ブロック図である。図３に示すように、各ホスト２は、上位通信制御部１２と、下位通信制御部１３と、プロセッサ１４と、を有して構成される。また、各センサ３は、上位通信制御部１５と、下位通信制御部１６と、プロセッサ１７と、センサ機能部１８とを有して構成される。

【0024】

このように、各ホスト２及び各センサ３は、それぞれ上位通信制御部１２、１５と、下位通信制御部１３、１６の２つの通信制御部を有する。各ホスト２からみて上位側とは、情報制御装置５側を指す。また、センサ３から見て上位側とは、ホスト２側を指す。

【0025】

ホスト２の各上位通信制御部１２は、上位側に位置するホスト２側との間で送受制御を行なう。また、ホスト２の各下位通信制御部１３は、下位側に位置するホスト２側との間で送受制御を行う。

【0026】

同様に、センサ３の各上位通信制御部１２においても、上位側に位置するホスト２あるいはセンサ３との間で送受制御を行なう。また、センサ３の各下位通信制御部１６は、下位側に位置するセンサ３側との間で送受制御を行なう。
また、ホスト２に設けられたプロセッサ１４は、情報制御装置５側からのコマンドを制御したり、センサ３からのデータに対する各種処理を行う。

【0027】

また、センサ３に設けられたプロセッサ１７は、センサ出力によるデータをホスト送信用メモリに書き込む処理や、ホストからのコマンドに基づく処理等、各種処理を行う。

【0028】

図３に示す各センサ３に設けられたセンサ機能部１８は、データを取得する機能部である。例えば、風を検知する風センサである場合には、次のように構成される。
図４は、センサ機能部の回路図の一例である。

【0029】

図４に示すように、センサ機能部は、流量検知用抵抗素子２５と、温度補償用抵抗素子２６と、抵抗器２８、１７とでブリッジ回路２７を構成している。図４に示すように、流量検知用抵抗素子２５と抵抗器２８とで第１の直列回路１９を構成し、温度補償用抵抗素子２６と抵抗器２９とで第２の直列回路２０を構成している。そして、第１の直列回路１９と第２の直列回路２０とが、並列に接続されてブリッジ回路２７を構成している。

【0030】

図４に示すように、第１の直列回路１９の出力部２１と、第２の直列回路２０の出力部２２とが、夫々、差動増幅器（アンプ）２３に接続されている。ブリッジ回路２７には、差動増幅器２３を含めたフィードバック回路２４が接続されている。フィードバック回路２４には、トランジスタ（図示せず）等が含まれる。

【0031】

抵抗器２８、１７は、流量検知用抵抗素子２５、及び温度補償用抵抗素子２６よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が小さい。流量検知用抵抗素子２５は、例えば、所定の周囲温度よりも所定値だけ高くなるように制御された加熱状態で、所定の抵抗値Ｒｓ１を有し、また、温度補償用抵抗素子２６は、例えば、前記の周囲温度にて、所定の抵抗値Ｒｓ２を有するように制御されている。なお、抵抗値Ｒｓ１は、抵抗値Ｒｓ２よりも小さい。流量検知用抵抗素子２５と第１の直列回路１９を構成する抵抗器２８は、例えば、流量検知用抵抗素子２５の抵抗値Ｒｓ１と同様の抵抗値Ｒ１を有する固定抵抗器である。また、温度補償用抵抗素子２６と第２の直列回路２０を構成する抵抗器２９は、例えば、温度補償用抵抗素子２６の抵抗値Ｒｓ２と同様の抵抗値Ｒ２を有する固定抵抗器である。

【0032】

風が、流量検知用抵抗素子２５に作用すると、発熱抵抗である流量検知用抵抗素子２５の温度は低下するため、流量検知用抵抗素子２５が接続された第１の直列回路１９の出力部２１の電位が変動する。これにより、差動増幅器２３により差動出力が得られる。そして、フィードバック回路２４では、差動出力に基づいて、流量検知用抵抗素子２５に駆動電圧を印加する。そして、流量検知用抵抗素子２５の加熱に要する電圧の変化に基づき、後述するマイコンにて風速を換算し出力することができる。

【0033】

上記したように、本実施の形態では、ホスト２及びセンサ３において、通信制御部を、上位通信制御部と下位通信制御部とに分けており、これにより、ホスト２をデイジーチェーン接続した構成でも、隣り合うデバイス間でのみ、コマンド送信やデータの送受信を行うことが可能になる。これにより、センサ数やホスト数を増やしても、通信線の通信品質に影響を与える物理的な配線長は、２つのデバイス間の配線のみとなる。したがって、本実施の形態のセンサシステム１によれば、デバイス数が通信品質に影響を与える要素を抑えることが可能となる。

【0034】

また、配線長に関し、センサ３の設置間隔は、センサ３間の通信線が許容できる配線長の範囲内であれば、最大限に引き延ばしても、全体の通信品質に影響はなく、自由に変更することが可能となる。

【0035】

本実施の形態におけるセンサシステム１によれば、センサ３の接続数については、各ホスト２ごとに、デイジーチェーン接続されているため、接続するセンサ数を自由に増減でき、また、センサ３の設置間隔も自由に変更できる。また、ホスト同士もデイジーチェーンで接続されているため、ホスト２の接続数や接続距離も自由に変更可能である。以上により、センサシステム１全体として、接続センサ数を飛躍的に増加させることができる。そして、デイジーチェーン接続された各センサの情報は、上位に位置するホスト側でまとめて処理し、まとまった情報は、デイジーチェーン接続されたホスト２を通じて、情報制御装置５に、収集されるため、データ収集速度を、さほど落とすことなく、センサ数を増加させることができ、三次元空間計測に適したセンサシステム１を実現できる。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本発明では、三次元空間計測に最適なセンサシステムを提供できる。具体的には２段のデイジーチェーン接続で構成される。すなわち、一段目としては、複数のホストをデイジーチェーン接続し、二段目としては、各ホストに、複数のセンサをデイジーチェーン接続する。これにより、データ収集速度を維持しつつセンサ数を大幅に増やすことができ、三次元空間計測に好ましく適用できる。センサ数を限定するものではないが、例えば、数百個から数千個の範囲で、用途や三次元空間の広さなどにあわせて自由に増減できる。本発明のセンサシステムは、例えば、風を検知するセンサシステムであり、屋内屋外を問わず、適用できる。センサシステムは、例えば、空調設備や、イルミネーション、実験・分析用などで用いることができる。

【符号の説明】

【0037】

１ ：センサシステム
２ ：センサ
３ ：センサ
４ ：電源プラグ
５ ：情報制御装置
６ ：通信ケーブル
７、１０ ：ポール
８ ：通信ケーブル
９ ：天井面
１２、１５ ：上位通信制御部
１３、１６ ：下位通信制御部
１４、１７ ：プロセッサ
１８ ：センサ機能部
１９ ：第１の直列回路
２０ ：第２の直列回路
２１、２２ ：出力部
２３ ：差動増幅器
２４ ：フィードバック回路
２５ ：流量検知用抵抗素子
２６ ：温度補償用抵抗素子
２７ ：ブリッジ回路

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】