技術 データキャリアシステムにおける移動局

0001

この発明は、固定局と移動局の間で非接触でデータを読み書きするデータキャリアシステムにおける移動局に関し、特に電池を内蔵する能動型の移動局に関する。

0002

データキャリアシステムは、非接触で移動局１０のデータを読み、又書き込むことができることから、スキー場でのリフト券チェック、改札口での定期券検札、入退室管理等幅広い用途で利用されるようになっている。

0003

このデータキャリアシステムは、固定局２０と移動局１０間で複数回の無線通信を繰り返し、移動局１０のデータを読み出したり、移動局１０へ固定局２０からデータを書き込むものである。

0004

図５と、図６は、データキャリアシステムにおける固定局２０と移動局１０のブロック図であり、固定局２０は、移動局１０との送受信端末となるアンテナユニット２１と、その後段の制御ユニット２２からなっている。

0005

制御ユニット２２は、インターフェース２１０、２２０、２２２を介して、アンテナユニット２１と、ホストコンピュータ３０に接続され、ホストコンピュータ３０の制御データとデータキャリアシステムのデータ形式をデータ変換器２２１で相互に変換するものである。

0006

制御ユニット２２を介してホストコンピュータ３０から出力された制御データは、図７（イ）の様にパルス幅変調されパルス信号としてアンテナユニット２１に入力され、このパルス信号は、更にＡＳＫ変調回路部２１１において、５００ｋＨｚのキャリア周波数でＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調されて、同図（ロ）の固定局送信信号として送信アンテナ２３より送信される。

0007

図６に示すように移動局１０は、受信・復調回路１４においてこの固定局送信信号を受信してＡＳＫ復調し、図７（ハ）の出力信号とする。

0008

この受信・復調回路１４の出力信号は、パルス信号であるが、図のようにパルス振幅が充分ではなく、又パルス波形もくずれているため、演算増幅器１１２によって、図中の電圧Ｖｒｅｆを基準電圧として図７（ニ）の受信パルス信号ＲｘＤに増幅波形整形する。

0009

受信パルス信号ＲｘＤは、制御部１２に入力され判定される。制御部１２は、この判定された受信パルス信号ＲｘＤの内容に従って、内部メモリーに記憶したデータの読み出し、書き込みなどの処理を行い、その処理結果をパルス幅変調した図７（ホ）の送信パルス信号ＴｘＤとして送信部１３へ出力する。

0010

送信部１３は、この送信パルス信号ＴｘＤをＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調し、図７（ヘ）に示す３００ＭＨｚの移動局送信信号として送信アンテナ１３１から固定局２０へ送信する。

0011

固定局２０は、アンテナユニット２１の受信アンテナ２４でこの移動局送信信号を受信し、ＦＳＫフロントエンド２１２において図７（ト）の出力信号にＦＳＫ復調する。固定局２０側においてもこの出力信号を更に増幅波形整形回路２１３で増幅波形整形して、同図（チ）のパルス信号とし、このパルス信号を制御ユニット２２を介してホストコンピュータへ出力する。従って、移動局１０での処理結果は、パルス信号によってホストコンピュータに伝送される。

0012

このように構成されたデータキャリアシステムにおける移動局１０の各回路への電源供給の方式には、移動局１０に内蔵された電池から電源を供給する能動型と、固定局２０からの固定局送信信号等外部からの電磁誘導による誘導起電力を利用して電源を供給する受動型とがある。

0013

受動型は、移動局１０の電池交換の必要がないものの、固定局２０と移動局１０間の通信距離が数１０ｍｍと近接し、実用性に欠ける為、データキャリアシステムの移動局１０には、電池を内蔵した能動型が多く採用されている。

0014

しかしながら、長期間の使用が要求される定期券、リフト券などを能動型の移動局１０とする場合には、その使用期間以上の電池寿命が要求され、各回路の消費電流をできるだけ低減させる必要があるという課題を有している。

0015

前述の演算増幅器１１２にあっても、スルーレートを下げて消費電流を低減させることが可能であるが、高速でデータを読み書きする必要がある定期券、リフト券などでは、受信・復調回路１４の出力信号のパルスレートが高く、正確に出力信号を増幅波形整形することができなかった。

0016

すなわち図８に示すように、２４００Ｈｚ程度の周波数の入力信号を演算増幅器１１２に入力させて、演算増幅器１１２をＨスルーレートで動作させた場合には、ほぼ矩形波の入力信号と同期した出力信号が得られるが、このモードでは、例えば約７０μＡの電流を消費する。

0017

一方、１０μＡ以下と消費電流の少ないＬスルーレートで演算増幅器１１２を動作させると、図のように応答が遅れ、正確に矩形波を復調できなくなる。

0018

従って、従来の移動局１０の演算増幅器１１２では、Ｌスルーレート動作として消費電流を減少させ、電池の寿命を延ばすということができず、移動局１０を長期間使用が要求される定期券、リフト券などに利用できないという課題を有していた。

0019

この発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、演算増幅器１１２の消費電流を低減させ、しかもパルスレートの高い受信・復調回路１４からの出力信号を増幅波形整形することができ、固定局からの高速データ通信が可能なデータキャリアシステムにおける移動局１０を提供することを目的とする。

0020

以上の問題点を解決するため、請求項１の発明は、固定局から送信される固定局送信信号を受信し復調する受信・復調回路と、演算増幅器によって受信・復調回路の出力信号を増幅し波形整形して受信パルス信号とする波形整形回路とからなる受信部と、受信パルス信号を入力し、送信パルス信号を出力する制御部と、送信パルス信号を移動局送信信号に変調し、移動局送信信号を固定局へ送信する送信部を備えたデータキャリアシステムにおける移動局において、演算増幅器は、制御部から出力される受信制御信号で選択的にＨスルーレートとＬスルーレートのいずれかで動作する動作選択機能を備え、制御部は、受信パルス信号が、少なくともＬスルーレート動作の演算増幅器で増幅波形整形することができるパルス幅を備えた固定局からの通信開始を促す呼びかけ信号である場合に、演算増幅器をＨスルーレート動作とする受信制御信号を出力し、受信パルス信号が、固定局からの通信終了を伝える通信終了信号である場合に、演算増幅器をＬスルーレート動作とする受信制御信号を出力することを特徴とする。

0021

更に請求項２の発明は、制御部が、呼びかけ信号を入力してから通信終了信号を入力するまでの通信期間中、送信パルス信号を出力した後、演算増幅器をＨスルーレート動作とする受信制御信号を出力し、受信パルス信号を入力した後、演算増幅器をＬスルーレート動作とする受信制御信号を出力することを特徴とする。

0022

請求項１の発明では、制御部１２が通信開始を促す呼びかけ信号ＥＮＱを入力すると、演算増幅器１１２をＨスルーレート動作とする受信制御信号ＲｘＥＮを出力し、通信終了を伝える通信終了信号ＥＯＴを入力すると、演算増幅器１１２をＬスルーレート動作とする受信制御信号ＲｘＥＮを出力する。

0023

従って、固定局２０との通信期間外の待機状態では、演算増幅器１１２が消費電流の低いＬスルーレート動作となる。少なくともＬスルーレート動作の演算増幅器１１２で波形整形することができるパルス幅を備えた呼びかけ信号ＥＮＱは、待機状態の演算増幅器１１２であっても増幅波形整形することができ、制御部１２で呼びかけ信号ＥＮＱを検出することができる。固定局２０との通信期間中、演算増幅器１１２は、Ｈスルーレートで動作しているので、パルス幅の短い受信・復調回路１４の出力信号も増幅波形整形することができる。

0024

請求項２の発明では、制御部１２は、呼びかけ信号ＥＮＱを入力してから通信終了信号ＥＯＴを入力するまでの通信期間中、送信パルス信号ＴｘＤを出力した後、演算増幅器１１２をＨスルーレート動作とする受信制御信号ＲｘＥＮを出力し、受信パルス信号ＲｘＤを入力した後、演算増幅器１１２をＬスルーレート動作とする受信制御信号ＲｘＥＮを出力する。従って、演算増幅器１１２は、固定局２０との通信期間中においても、移動局が受信パルス信号ＲｘＤを入力して、送信パルス信号ＴｘＤを出力するまでの処理期間中は、Ｌスルーレート動作であり、更に消費電流が低減する。

0025

以下この発明によるデータキャリアシステムにおける移動局１０の好適な実施例について説明する。なお、この実施例において、従来例で説明した構成と同一の固定局２０と移動局１０の構成は、同一の番号を付してその説明を省略する。

0026

図１は、このデータキャリアシステムにおける移動局１０の回路図であり、移動局１０は、受信部１１と制御部１２と送信部１３を備えている。

0027

受信部１１は、固定局２０から送信される固定局送信信号を受信し復調する受信・復調回路１４と、演算増幅器１１２によって受信・復調回路１４の出力信号を増幅し波形整形して受信パルス信号ＲｘＤとする波形整形回路１７とからなっている。

0028

固定局送信信号は５００ｋＨｚのＡＳＫ変調された信号であり、受信・復調回路部の受信アンテナ１４１より、移動局１０に入力される。受信アンテナ１４１には、ダイオード検波回路で構成された包絡線検波回路１４２が接続され、受信した固定局送信信号からその包絡線を出力し、図７（ハ）の出力信号に復調する。

0029

この受信・復調回路１４の出力信号は、包絡線検波回路１４２の出力に接続された演算増幅器１１２によって、図７（ニ）のような受信パルス信号ＲｘＤに増幅波形整形される。演算増幅器１１２は、動作選択端子の入力レベルによって、２種類のスルーレートで動作する動作選択機能を備えている。すなわち、動作選択端子の入力レベルがＬレベルであるとき、演算増幅器１１２は、Ｈスルーレートで動作し、入力がＨレベルであるとき、Ｌスルーレートで動作する。

0030

演算増幅器１１２は、受信・復調回路１４の出力信号を逆相増幅し、その出力側には、ＮＰＮトランジスタ１１３が接続されている。

0031

制御部１２は、４ビットのシングルチップマイクロコントローラであり、その回路起動端子とデータ入力端子で受信パルス信号ＲｘＤを入力する。

0032

固定局２０と通信を行わない待機状態において、制御部１２は、回路の動作を停止させ、内部状態を低消費電流で保持している回路停止モードとなっていて、回路起動端子で受信パルス信号ＲｘＤが入力すると、停止していた回路が起動し、制御部１２が動作を開始するようになっている。

0033

データ入力端子から入力された受信パルス信号ＲｘＤは、内部で判定され、この判定内容に従って、制御部１２は、内部メモリーに記憶されたデータを読み出し若しくは内部メモリーにデータを書き込むなど所定の処理を実行し、処理結果を、パルス幅変調された送信パルス信号ＴｘＤとしてデータ出力端子より送信部１３へ出力する。

0034

制御部１２は、この他に電池の電圧検出器１５からの信号を入力する電圧検出入力端子を備えている。

0035

電圧検出器１５は、電池の電源電圧を所定の基準電圧と比較する比較回路で構成されている。

0036

更に制御部１２は、受信制御端子と送信制御端子を備えている。

0037

受信制御端子は、演算増幅器１１２の動作選択端子と接続し、演算増幅器１１２のスルーレートを決定するＬレベルとＨレベルの受信制御信号ＲｘＥＮを出力する。

0038

送信制御端子は、送信部１３の電源制御トランジスタ１６のベースに電源制御信号ＴｘＥＮを出力し、送信部１３から移動局送信信号を送信する期間のみ送信部１３に電源を供給するようにしたものである。

0039

送信部１３は、送信アンテナ１３１とＦＳＫ変調発振部１３２からなり、ＦＳＫ変調発振部１３２の入力は、制御部１２のデータ出力端子と接続している。

0040

ＦＳＫ変調発振部１３２は、制御部から出力される送信パルス信号ＴｘＤにより、ＦＳＫ変調発振部１３２の可変容量ダイオード１３３の容量値を変化させ、変調周波数を変えて送信パルス信号ＴｘＤをＦＳＫ変調するものである。ＦＳＫ変調された送信パルス信号ＴｘＤは、移動局送信信号として、送信アンテナ１３１より固定局２０に送信される。

0041

固定局２０は、このように構成された移動局１０に対し、呼びかけ信号ＥＮＱ、コマンド信号、通信終了信号ＥＯＴなどの命令信号を送信し、移動局１０は、これに対しステータス信号、アンサー信号、などの応答信号を返すことによって、移動局１０に記憶されたデータを読み出し、若しくは、移動局１０のメモリーへデータを書き込む。

0042

すなわち、図４に示すように固定局２０は、随時、移動局１０を呼び出す呼びかけ信号ＥＮＱを送信し、移動局１０がこの呼びかけ信号ＥＮＱの受信エリアに入ると、移動局１０は、ステータス信号を固定局２０へ発信することにより、移動局１０の存在を固定局２０へ伝える。

0043

その後、固定局２０と移動局１０間で、複数回の無線通信が相互に繰り返され、移動局１０のデータ読み書きが行われる。

0044

一連の処理が完了すると、固定局２０から通信終了信号ＥＯＴが送信され、通信が終了する。

0045

以下、この一連の通信における移動局１０の作用について、図１乃至図４で詳述する。

0046

固定局２０との通信前の待機状態で、制御部１２は、回路を停止させ、内部状態を低消費電流で保持している回路停止モードとなっている。

0047

この状態で、受信制御端子のＲｘＥＮ信号と送信制御端子のＴｘＥＮ信号は、図３に示すようにＨレベルとなっている。従って、演算増幅器１１２の動作選択端子は、Ｈレベルで、演算増幅器１１２は、Ｌスルーレートで動作するとともに、送信部１３の電源制御トランジスタ１６はＯＦＦであり、送信部１３に電源は供給されない。

0048

一方、固定局２０から常時発信される呼びかけ信号ＥＮＱは、数１０ｍｓｅｃのパルス幅を有するパルス信号をＡＳＫ変調した５００ｋＨｚの信号波である。

0049

移動局１０がこの呼びかけ信号ＥＮＱの受信エリアに入ると、移動局１０の受信アンテナ１４１はこの呼び出し信号ＥＮＱを受信し、受信・復調回路１４でＡＳＫ復調する。

0050

受信・復調回路１４の出力信号は、Ｌスルーレートの演算増幅器１１２で増幅波形整形されるが、Ｌスルーレートでも十分増幅波形整形することができる数１０ｍｓｅｃのパルス幅を有しているので、支障なく増幅波形整形することができる。

0051

演算増幅器１１２の出力は、ＰＮＰトランジスタを介して、受信パルス信号ＲｘＤとして制御部１２の回路起動端子と、データ入力端子に入力される。

0052

回路起動端子に受信パルス信号ＲｘＤが入力されると、制御部１２内の停止していた回路が起動し、制御部１２全体が動作を開始するようになる。

0053

一方、呼びかけ信号ＥＮＱのパルス信号をデータ入力端子より入力すると、制御部１２は、図３に示すように、ＴｘＥＮ信号をＬレベルとして電源制御トランジスタ１６をＯＮとし、送信部１３に電源を供給した後、電圧検出端子からの入力データをもとに形成した応答信号をデータ出力端子より出力する。

0054

呼びかけ信号ＥＮＱに対するこの応答信号は、図２のように５ｍｓｅｃのヘッダーパルスとステータスデータをパルス幅変調したステータス信号である。ステータスデータは、電圧検出器１５で検出した電池の電圧情報を表すもので、固定局２０に移動局１０の電源電圧が正常であるが、低下しているかを伝える。

0055

同図のように、送信部１３は、ＴｘＥＮ信号がＬレベルとなり電源の供給を受けてから、しばらくの間発振が不安定であることから、ステータス信号は、発振が安定した後に制御部１２より出力される。固定局２０では、ヘッダーパルスによりステータス信号を認識し、不安定な発振によるノイズの影響を受けずに、ステータス信号に続いて送信されるステータスデータを復調することができる。

0056

図３に示すように制御部１２は、ステータス信号を出力した後、ＲｘＥＮ信号をＬレベルとし、演算増幅器１１２をＨスルーレート動作とする。

0057

本実施例では、ステータス信号を出力した後、ＲｘＥＮ信号をＬレベルとしているが、呼びかけ信号ＥＮＱのパルス信号を全てデータ入力端子で入力した段階でＲｘＥＮ信号をＬレベルとしてもよい。

0058

移動局１０からの最初の送信パルス信号ＴｘＤであるステータス信号が送信部１３に出力されると、送信部１３は、前述のようにこの送信パルス信号ＴｘＤをＦＳＫ変調し、送信アンテナ１３１より３００ＭＨｚの移動局送信信号として送信する。

0059

固定局２０は、ステータス信号を検出すると、ステータス信号のステータスデータが移動局１０の電源電圧低下を示している場合には、ホストコンピュータでその旨を表示処理するとともに、通信終了信号ＥＯＴをＡＳＫ変調して送信し、移動局１０との通信を終了する。

0060

又、ステータス信号のステータスデータが移動局１０の電源電圧が正常であることを示している場合には、コマンド信号をＡＳＫ変調して送信する。

0061

コマンド信号の受信パルス信号ＲｘＤを全て、データ入力端子で入力すると、制御部１２は、ＲｘＥＮ信号をＨレベルとするとともに、受信パルス信号ＲｘＤを判定し、その内容に対応する応答信号であるアンサー信号をデータ出力端子より送信部１３へ出力する。

0062

データ出力端子からアンサー信号を全て出力すると、制御部１２は、ＲｘＥＮ信号を再びＬレベルとして、演算増幅器１１２をＨスルーレート動作とする。

0063

すなわち、制御部１２が受信パルス信号ＲｘＤを入力し、送信パルス信号ＴｘＤを出力するまでの期間は、制御部１２でのデータ処理期間、及び送信パルス信号ＴｘＤの送信期間であり、固定局送信信号を受信することがないので、この期間の演算増幅器１１２をＬスルーレート動作として、消費電流を更に低減させるものである。

0064

一方、コマンド信号は、上述のように移動局１０で復調され、演算増幅器１１２で増幅波形整形されて受信パルス信号ＲｘＤとなるが、演算増幅器１１２は、Ｈスルーレートで動作しているため、高速で伝送されパルス幅の短いコマンド信号であっても正確に増幅波形整形することができる。

0065

一連の移動局１０に対する制御が終了すると、固定局２０は、移動局１０との通信終了を伝える通信終了信号ＥＯＴを送信する。

0066

移動局１０が通信終了信号ＥＯＴを変調した固定局送信信号を受信すると、演算増幅器１１２は、Ｈスルーレート動作でこの固定局送信信号の復調出力信号を増幅波形整形し、通信終了信号ＥＯＴとする。

0067

制御部１２は、通信終了信号ＥＯＴが入力されると、ＲｘＥＮ信号とＴｘＥＮ信号をともにＨレベルとする。

0068

ＲｘＥＮ信号がＨレベルとなると、演算増幅器１１２はＬスルーレート動作となり、ＴｘＥＮ信号がＨレベルとなると、電源制御トランジスタ１６はＯＦＦとなり、送信部１３への電源供給が停止される。

0069

この後、制御部１２は、回路を停止させ、内部状態を低消費電流で保持する回路停止モードに移行し、固定局２０との通信待機状態に戻る。

0070

このように、本実施例に係る移動局１０では、固定局２０と通信しない待機状態において、受信部１１、制御部１２、送信部１３の全てが低消費電流となり、消費電流を大幅に減少させることができる。

0071

例えば、固定局２０との通信時間中である動作モードでは、数１０ｍＡの電流を消費するが、待機モードで、消費電流の合計は１０μＡ以下に減少する。従って、１９０ｍＡｈの容量のリチウム電池で、少なくとも１年間移動局１０を動作させることができる。

0072

本実施例においては、ＨスルーレートとＬスルーレートの２種類の動作を備えた演算増幅器１１２を用いているが、これに限らず３種類以上のスルーレート動作を備えた演算増幅器１１２を用い、そのうちの異なる二つの動作を選択的に使用するようにしてもよい。

0073

本実施例では、呼びかけ信号ＥＮＱに対する移動局１０からの最初の送信パルス信号ＴｘＤに電池の電圧情報を表すステータスデータを含めているので、移動局１０の電源電圧が低下している場合に、更に通信により電池を消耗することなく、その状態を固定局２０に伝えることができる。

0074

以上のように本発明によれば、固定局２０との通信期間外の待機状態では、演算増幅器１１２が消費電流の低いＬスルーレート動作となり、移動局１０の消費電流を低減させて、電池の寿命を延ばすことができる。

0075

一方、少なくともＬスルーレート動作の演算増幅器１１２で増幅波形整形することができるパルス幅を備えた呼びかけ信号ＥＮＱを受信すると、演算増幅器１１２は、Ｈスルーレート動作となるので、通信期間中は、パルス幅の短い受信・復調回路１４からの出力信号であっても増幅波形整形することができ、受信・復調回路１４の出力信号のパルスレートを上げることにより、固定局２０と移動局１０間の高速通信が可能となる。

0076

従って、移動局１０の演算増幅器１１２の消費電流を低減して電池の寿命を延ばし、長期間使用が要求される定期券、リフト券などに能動型の移動局１０を利用することができる。

0077

請求項２の発明によれば、移動局１０の演算増幅器１１２は、固定局２０との通信期間中であっても、移動局１０が受信パルス信号ＲｘＤを入力して送信パルス信号ＴｘＤを出力するまでの処理期間中は、Ｌスルーレート動作であり、更に消費電流が低減する。

0078

0079

図１本発明の実施例に係る移動局の回路図である。
図２移動局からのステータス信号の送信と固定局での復調を示すタイムチャートである。
図３受信パルス信号ＲｘＤと送信パルス信号ＴｘＤによる受信制御信号ＲｘＥＮと送信制御信号ＴｘＥＮの変化を示すタイムチャートである。
図４固定局と移動局間の通信の説明図である。
図５固定局のブロック図である。
図６移動局のブロック図である。
図７固定局と移動局内の波形図である。
図８演算増幅器の波形図である。

0080

１０移動局
１１ 受信部
１２ 制御部
１３ 送信部
１４ 受信・復調回路
１７波形整形回路
２０固定局
１１２演算増幅器
ＲｘＤ受信パルス信号
ＴｘＤ送信パルス信号
ＥＮＱ呼びかけ信号
ＥＯＴ通信終了信号
ＲｘＥＮ受信制御信号
ＴｘＥＮ 送信制御信号