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図面 (11)

課題

消費電力を最小限に抑えるとともに必要な情報を収集することができるセンサデバイスを提供する。

解決手段

センサデバイス2は、電源供給部21と、周囲の環境をセンシングするセンサ部23と、センサ部23がセンシングした環境データ無線通信によって外部機器に送信する通信部22と、電源供給部21のセンサ部23及び通信部22への電力の供給と遮断とを切り替えスイッチ手段24と、を有している。スイッチング手段24によって電源供給部21から電力が供給されたとき、センサ部23がセンシングを行うとともに通信部22がセンシングによって得られた環境データを外部機器に送信する。通信部22が環境データを外部機器に送信した後、スイッチング手段24はセンサ部23及び通信部22への電力を遮断する。

概要

背景

豚舎牛舎などの飼育場で飼われている家畜は非常に頭数が多く、すべてを人の手作業で管理することは困難であるため、従来技術1に記載されているような家畜管理システムが提案されている。家畜管理システムでは、電力を生成する発電部と、発電部の発電情報を送信する送信部と、を有するセンサ装置を家畜に取り付けて家畜の状態を推定している。発電部が太陽光発電である場合には、発電部の発電情報に基づいて、家畜の畜舎放牧地と間の移動タイミングを判断する。また、発電部が振動発電である場合には、発電部の発電情報に基づいて、活動量から発情を推定している。

このような家畜に装着するためのセンサ装置は、家畜の状態を定期的に計測して外部機器にデータを送信する必要があるため、ある程度の電力消費を伴う。しかし、多くの家畜を管理する必要があるため、センサ装置のバッテリー交換等の作業は避ける必要があり、長期間にわたって動作するデバイスが求められていた。さらに、家畜がセンサ装置によってストレス感じないようにするために、できるだけ小型であって軽量なものが望ましい。

また、これらの家畜管理システムには、太陽光電磁波等の発電によって機器を動作させることが望ましい。特許文献2には、アンテナが電磁波を吸収することによって生じた誘導起電力整流して蓄電部に蓄電し、蓄電された電力によってセンサ稼働させるセンサ装置が記載されている。これにより、非接触で充電機能及び信号送信機能を備えたセンサ装置を実現することができる。

概要

消費電力を最小限に抑えるとともに必要な情報を収集することができるセンサデバイスを提供する。センサデバイス2は、電源供給部21と、周囲の環境をセンシングするセンサ部23と、センサ部23がセンシングした環境データ無線通信によって外部機器に送信する通信部22と、電源供給部21のセンサ部23及び通信部22への電力の供給と遮断とを切り替えスイッチ手段24と、を有している。スイッチング手段24によって電源供給部21から電力が供給されたとき、センサ部23がセンシングを行うとともに通信部22がセンシングによって得られた環境データを外部機器に送信する。通信部22が環境データを外部機器に送信した後、スイッチング手段24はセンサ部23及び通信部22への電力を遮断する。

目的

本発明は、消費電力を最小限に抑えるとともに必要な情報を収集することができるセンサデバイス及びセンサシステムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

電力を供給する電源供給部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、周囲の環境をセンシングするセンサ部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、前記センサ部がセンシングした環境データ無線通信によって外部機器に送信する通信部と、前記電源供給部の前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と遮断とを切り替えスイッチング手段と、を有し、前記スイッチング手段は、所定のタイミングで、前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と、前記電力の遮断と、を繰り返し、前記スイッチング手段によって前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部に前記電力が供給されたとき、前記センサ部がセンシングを行うとともに前記通信部がセンシングによって得られた前記環境データを前記無線通信によって前記外部機器に送信し、前記通信部が前記環境データを前記外部機器に送信した後、前記スイッチング手段は前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部への前記電力を遮断することを特徴とするセンサデバイス

請求項2

前記電源供給部は、外部エネルギーから発電する発電部と、前記発電部によって発電された前記電力を整流する整流器と、前記整流器によって整流された前記電力を蓄える蓄電部と、を有し、前記発電部は、太陽光発電又は電磁波発電の少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載のセンサデバイス。

請求項3

前記通信部は、前記センサ部の前記環境データを保持する記憶部を有し、前記記憶部は前記環境データを過去1回分記憶し、前記センサ部によって新たな環境データがセンシングされると記憶している前記環境データを上書きすることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサデバイス。

請求項4

家畜に装着された請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のセンサデバイスと、前記通信部からの前記環境データを受信し記憶する前記外部機器と、前記センサデバイスからの前記環境データを受信する受信機と、を有し、前記受信機は、受信エリア内における前記センサデバイスからの信号強度を認識し、前記外部機器は、前記センサデバイスからの電波を受信した前記受信機を識別するための識別子と、前記センサデバイスから受信した前記信号強度と、を関連付けて記憶することを特徴とする家畜管理システム

技術分野

0001

本発明はセンサデバイス及びセンサデバイスを用いた家畜管理システムに関する。

背景技術

0002

豚舎牛舎などの飼育場で飼われている家畜は非常に頭数が多く、すべてを人の手作業で管理することは困難であるため、従来技術1に記載されているような家畜管理システムが提案されている。家畜管理システムでは、電力を生成する発電部と、発電部の発電情報を送信する送信部と、を有するセンサ装置を家畜に取り付けて家畜の状態を推定している。発電部が太陽光発電である場合には、発電部の発電情報に基づいて、家畜の畜舎放牧地と間の移動タイミングを判断する。また、発電部が振動発電である場合には、発電部の発電情報に基づいて、活動量から発情を推定している。

0003

このような家畜に装着するためのセンサ装置は、家畜の状態を定期的に計測して外部機器にデータを送信する必要があるため、ある程度の電力消費を伴う。しかし、多くの家畜を管理する必要があるため、センサ装置のバッテリー交換等の作業は避ける必要があり、長期間にわたって動作するデバイスが求められていた。さらに、家畜がセンサ装置によってストレス感じないようにするために、できるだけ小型であって軽量なものが望ましい。

0004

また、これらの家畜管理システムには、太陽光電磁波等の発電によって機器を動作させることが望ましい。特許文献2には、アンテナが電磁波を吸収することによって生じた誘導起電力整流して蓄電部に蓄電し、蓄電された電力によってセンサ稼働させるセンサ装置が記載されている。これにより、非接触で充電機能及び信号送信機能を備えたセンサ装置を実現することができる。

先行技術

0005

国際公開第2016/181604号
特開2008−65660号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献1に記載の家畜管理システムでは、センサ装置から得られる情報は発電状態のみであり、それ以外の家畜に関する情報を得ることができなかった。また、発電部の発電量から得られるデータを分析することにより得られる情報は限定的であり、家畜の体温の食べる量、移動量等の幅広いデータを収集することが求められていた。

0007

特許文献2に記載のセンサ装置は、受信感度を向上させ効率的に発電させるためにアンテナの巻き数を増やして巻き径を大きくさせる必要があることから、センサ装置が大型化してしまい家畜に装着するセンサ装置に適用することは難しかった。また、複数の基体をアンテナ間の電磁結合によって結んでいるため、複数のアンテナが必要となり電力消費量が増えるとともに製造コストが増加していた。

0008

そこで、本発明は、消費電力を最小限に抑えるとともに必要な情報を収集することができるセンサデバイス及び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

0009

上記課題を解決するために第1の発明は、電力を供給する電源供給部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、周囲の環境をセンシングするセンサ部と、前記電源供給部から供給される前記電力によって動作し、前記センサ部がセンシングした環境データ無線通信によって外部機器に送信する通信部と、前記電源供給部の前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と遮断とを切り替えスイッチング手段と、を有し、前記スイッチング手段は、所定のタイミングで、前記センサ部及び前記通信部への前記電力の供給と、前記電力の遮断と、を繰り返し、前記スイッチング手段によって前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部に前記電力が供給されたとき、前記センサ部がセンシングを行うとともに前記通信部がセンシングによって得られた前記環境データを前記無線通信によって前記外部機器に送信し、前記通信部が前記環境データを前記外部機器に送信した後、前記スイッチング手段は前記電源供給部から前記センサ部及び前記通信部への前記電力を遮断することを特徴とするセンサデバイスを提供している。

0010

第2の発明では、第1の発明に記載されたセンサデバイスであって、前記電源供給部は、外部エネルギーから発電する発電部と、前記発電部によって発電された電力を整流する整流器と、前記整流器によって整流された電力を蓄える蓄電部と、を有し、前記発電部は、太陽光発電又は電磁波発電の少なくとも1つであることを特徴としている。

0011

第3の発明では、第1の発明又は第2の発明に記載されたセンサデバイスであって、前記通信部は、前記センサ部の前記環境データを記憶する記憶部を有し、前記記憶部は前記環境データを過去1回分記憶し、前記センサ部によって新たな環境データがセンシングされると記憶している前記環境データを上書きすることを特徴としている。

0012

第4の発明では、家畜に装着された第1の発明から第3の発明のいずれかに記載のセンサデバイスと、前記通信部からの前記環境データを受信し記憶する前記外部機器と、前記センサデバイスからの前記環境データを受信する受信機と、を有し、前記受信機は、受信エリア内における前記センサデバイスからの信号強度を認識し、前記外部機器は、前記センサデバイスからの電波を受信した前記受信機を識別するための識別子と、前記センサデバイスから受信した前記信号強度と、を関連付けて記憶することを特徴とする家畜管理システムを提供している。

発明の効果

0013

第1の発明によると、スイッチング手段はセンサ部によるセンシング及び通信部による環境データの送信時にのみセンサ部及び通信部に電力を供給するため、非通信時及び非センシング時における通信部及びセンサ部の待機電力を削減することができる。また、センサ部のセンシングによって得られた環境データを通信部で外部機器に送信しているため、センサ部のセンシングと通信部の通信とが1対1の関係性にある。これにより、必要最低限の電力量でセンシングした環境データを外部機器に送信することができる。

0014

第2の発明によると、電源供給部は太陽光発電又は/及び電磁波発電によって発電された電力を利用するため、バッテリー電池等を搭載する必要がない。これにより電源を管理するための回路が不要となり、センサデバイスの電力消費量を低減することができる。また、太陽光発電又は/及び電磁波発電によって電力を発電するため、自然エネルギーを用いたマイクロエナジーハーベストを実現することができる。さらに、バッテリーや電池と比べて低コストでセンサデバイスを製造することができる。

0015

第3の発明によると、記憶部は過去1回分の環境データを記憶し新たな環境データが計測されると過去の環境データを上書きするため、計測した過去の環境データを記憶していない。過去の環境データを記憶する場合には、記憶部を動作させるために常時通信部への電力供給が必要となるが、本件発明では、非通信時は通信部への電力供給が不要となるため消費電力を低く抑えることができる。

0016

第4の発明によると、家畜に搭載したセンサデバイスの信号強度と受信機の識別子とを関連付けて外部機器に記憶するため、信号強度からセンサデバイスと受信機との距離を推測することにより、GPSを用いることなく最低限の電力消費で家畜の位置情報を検知することができる。また、複数の受信機の受信エリアを重複させることにより、複数の受信機からの信号強度を分析して、より正確に位置情報を検知することができる。

図面の簡単な説明

0017

本発明の第1の実施の形態によるセンサシステムの概略図
本発明の第1の実施の形態によるセンサシステムのセンサデバイスのブロック図。
本発明の第1の実施の形態によるセンサデバイスの動作フローチャート
本発明の第1の実施の形態によるセンサデバイスのタイムチャート
本発明の第1の実施の形態によるセンサデバイスの温度の検出結果を示すグラフ
本発明の第1の実施の形態によるセンサデバイスの圧力の検出結果を示すグラフ。
本発明の第1の実施の形態によるセンサシステムの位置情報検出方法を説明する概略図。
本発明の第1の実施の形態によるセンサシステムの位置情報の検出結果を示すグラフ。
本発明の第2の実施の形態によるセンサシステムのセンサデバイスのフローチャート
本発明の第2の実施の形態によるセンサシステムのセンサデバイスのタイムチャート。

実施例

0018

本発明の第1の実施の形態によるセンサシステム1を図1乃至図8に基づき説明する。センサシステム1は、複数の10に取り付けて周囲の環境データを定期的に計測することにより牛10を管理している。管理する家畜は牛10に限定されず、例えば、、鶏、愛玩動物などにも適用することができる。また、家畜に限らず、魚類鳥類昆虫などの動物にも本システムを適用することができる。なお、センサシステム1の利用分野は、家畜の管理や監視に限定されるものではなく、各種IoT(Internet of Things)デバイスとして使用することができる。

0019

センサシステム1は、センサデバイス2と、受信機3と、PC端末4と、携帯端末5と、から構成されている。センサデバイス2は、牛10のに取り付ける耳標と一体的に構成されている。これにより、牛10が等に体を擦りつけたり牛10が互いにぶつかる等の場合であっても、センサデバイス2が牛10から外れ難い。なお、センサデバイス2を取り付ける場所は牛10のストレスとならない場所が望ましく、例えば、耳標以外にも尻尾周辺や背中、足などに装着してもよい。

0020

図2に示すように、センサデバイス2は、電源供給部21と、通信部22と、センサ部23と、スイッチング手段24と、を有している。図2において、太い実線は電力の供給を示し、細い矢印の実線はデジタル又はアナログによる通信を示す。電源供給部21は、発電部25と、蓄電部26と、整流器27と、電源制御部28と、を有している。発電部25は、周囲の環境から電力を生成するマイクロエナジーハーベストであって、例えば、熱、光、振動、電磁波等の電波、又は植物等の有機物に基づいて発電を行う。本実施の形態では発電部25は太陽光発電により電力を生成するが、電磁波による発電であってもよく、太陽光発電と電磁波発電とを組み合わせたハイブリッド式であってもよい。これにより、太陽光が長期間出ていない状態や牛舎に牛10が長時間居る場合であっても、センサデバイス2を安定的に動作させることができる。

0021

蓄電部26は、発電部25によって発電された電力を蓄えるために設けられている。発電部25によって生成された電力は、蓄電部26に蓄電され通信部22又はセンサ部23を動作させるために用いられる。本実施の形態では、蓄電部26として小型のスーパーキャパシタを用いているが、これに限定されずリチウムイオンキャパシタセラミックコンデンサフィルムコンデンサタンタルコンデンサリチウムイオン電池等であってもよい。また、使用目的に応じてこれらの蓄電材料を組み合わせて用いてもよい。また、蓄電部26の静電容量は、0.01Fから2.2Fの範囲であることが望ましく、特にセンサデバイス2の小型化のために0.01Fから0.1Fであることが望ましい。蓄電部26としてスーパーキャパシタを用いているため、低温環境下であっても充放電が可能であり、外気温による蓄電効率の低下等の問題が生じ難い。牛舎は冬場の外気温が氷点下になることもあるが、蓄電部26によると温度の影響を受けることなく、発電部25が生成した電力を蓄電することができる。また、充放電を繰り返したとしても劣化し難く、製品寿命が長くなる。

0022

整流器27は、複数のダイオード等から構成されていて、発電部25で発電した電力は整流器27で整流され蓄電部26に蓄電される。電源制御部28は、蓄電部26の電圧を監視するとともにスイッチング手段24の切り替えを行っている。本実施の形態では、電源制御部28は、RTC28A(Real Time Clock)と、昇圧回路28Bと、を有している。RTC28Aは、年付日で設定された時間を管理している。RTC28Aは、消費電力が僅かであるため蓄電部26に蓄電された電力を消費して動作している。

0023

電源制御部28は、RTC28Aからの信号に基づいて、電源供給部21が通信部22及びセンサ部23に電力を供給する通電時間と、電源供給部21が通信部22及びセンサ部23に電力を供給しない停止時間と、を計測している。本実施の形態では、通電時間は2秒、停止時間は4分58秒に設定しており、センサ部23がセンシングしてから次のセンシングまでのサイクルを5分としている。電源制御部28は、停止時間から通電時間に切り替わるとスイッチング手段24をオン状態にして通信部22及びセンサ部23に電源供給部21から電力を供給し、通電時間が終了し再び停止時間になるとスイッチング手段24をオフ状態にして通信部22及びセンサ部23への電力の供給を停止する。通電時間及び停止時間は、蓄電部26の静電容量、発電部25の発電状態等に応じて任意に設定することができる。

0024

電源供給部21から通信部22及びセンサ部23に供給する電力は、昇圧回路28Bによって通信部22及びセンサ部23の駆動電圧まで昇圧される。

0025

通信部22は、データ送信部29と、制御部30と、を有している。データ送信部29は受信機3と通信を行うための通信回路及びアンテナを有し、Bluetooth(登録商標)で受信機3とデータ通信を行う。データ送信部29と受信機3との通信方式はこれに限定されず、Wifi(登録商標)、Zigbee(登録商標)、LPWA(Low Power Wide Arewa)、920MHz帯無線通信、無線LAN、3G又は4Gの移動体通信赤外線通信等であってもよい。通信部22と受信機3とのデータ通信の際は、各センサデバイス2に割り当てられた識別子をセンサ部23が計測した環境データと共に送信する。これにより、PC端末4及び携帯端末5では得られた環境データがどのセンサデバイス2によるものかを識別することができる。識別子は、予めセンサデバイス2に割り当てられているものであってもよく、センサデバイス2と受信機3とが通信を開始したときに割り当てられてもよい。

0026

制御部30は、通信部22及びセンサ部23を制御するマイコンであって、A/D変換部30Aと、記憶部30Bと、を有している。A/D変換部30Aは、センサ部23からのアナログ信号デジタル信号に変換している。記憶部30Bは、制御部30によって実行されるプログラムを格納するROM(Read Only Memory)と、センサ部23が計測した環境データを記憶するRAM(Random Access Memory)と、を有している。RAMは、制御部30がプログラムを実行するときのワーキングメモリとしての機能も有している。記憶部30Bは、センサ部23が計測した環境データを過去1回の計測分のみ記憶しており、新たな環境データが計測されると記憶されている1つ前の環境データに上書きされる。

0027

通信部22とセンサ部23とは、I2Cバスによるシリアル通信によって接続されている。センサ部23は、様々な環境データを計測することが可能であり、温度、湿度照度気圧CO2濃度メタンガス濃度風力の少なくとも1つを計測することができる。本実施の形態では、センサ部23は、温度及び湿度を計測することができる。制御部30は、センサ部23からからのシリアル通信によって受け取るデジタル信号を所定の計算式に入れ込むことによって数値データに変換し、当該数値データを記憶部30Bに保存するとともにデータ送信部29に受け渡す。データ送信部29は、無線通信によって受信機3に環境データを送信する。

0028

スイッチング手段24は、電源供給部21が通信部22及びセンサ部23に電力を供給する電力供給ライン上であって、電源制御部28の通信部22及びセンサ部23への電力供給と遮断とを切り替えるために設けられている。スイッチング手段24は、トランジスタ等の素子により構成されおり、接合型FETMOSFETによって構成されていてもよい。

0029

受信機3は、牛10の行動範囲である牧場及び牛舎をカバーするように複数設けられていて、データ送信部29から送信された環境データは、少なくとも1つの受信機3によって受信される。受信機3に受信された環境データは、受信機3の識別子が付与されてPC端末4に外部ネットワーク6を介して送信される。このとき、携帯端末5は外部ネットワーク6を介してPC端末4に送信された環境データを閲覧することができる。PC端末4は牛舎から離れた場所に配置され、携帯端末5は牛舎の管理作業を行う作業者が保持している。牛舎の作業者は、携帯端末5によってリアルタイムで牛10の状態を把握することができる。PC端末4は、本発明の外部機器に相当する。

0030

次に、図3及び図4を参照してセンサデバイス2のセンシングについて説明する。図4(a)はスイッチング手段24のオン状態及びオフ状態の切り替えを表し、図4(b)は通信部22における電流値の変化を表し、図4(c)はセンサ部23における電流値の変化を表す。

0031

発電部25が太陽光発電によって発電した電力は、整流器27を介して蓄電部26に蓄電される。電源制御部28は、RTC28Aからの信号に基づいて停止時間から通電時間に切り替わったか否かを判断する(S1)。通電時間に切り替わった場合は(S1:YES)、電源制御部28はスイッチング手段24をオン状態にして通信部22及びセンサ部23に電力を供給する(S2、t1)。

0032

通信部22は、電源供給部21から電力が供給されると、t1とほぼ同じタイミングで制御部30がプログラムを起動初期化(リセット)する。図4(b)に示すように、プログラム初期化のタイミングで通信部22は所定の電力を消費する。制御部30は、センサデバイス2に割り当てられた識別子(ID)及び必要最低限の情報を記憶部30Bから読み込む(t2)。ここでいう必要最低限の情報とは、例えば、各素子のメーカ情報、Bletooth Beaconの必要情報、システム及びモジュールID情報マイコンソフトウェアレビジョン、どのようなセンサが繋がっているかを示すセンサ情報等がある。図4(b)に示すように、通信部22とセンサ部23とがI2Cバス通信を開始し(t3)、制御部30はセンサ部23に温度情報リクエストを送信する(t4)。センサ部23は、通信部22からの温度情報リクエストに応じて外気温を検出し(t5、S3)、シリアル通信によって制御部30に検出した検出データを送信する。t5におけるセンサ部23の電流値は、150mAである。

0033

制御部30は、センサ部23から受信した検出データをA/D変換部30Aでデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、環境データとして記憶部30Bに記憶する(S4、t6)。本実施の形態では、温度及び湿度を検出可能であるため(S5:NO)、制御部30は再びセンサ部23にI2Cバス通信によって湿度情報リクエストを送信する(t7)。センサ部23は、通信部22からの湿度情報リクエストに応じて湿度を検出し(t8、S3)、シリアル通信によって制御部30に検出した検出データを送信する。

0034

制御部30は、センサ部23から受信した検出データをA/D変換部30Aにてデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、環境データとして記憶部30Bに記憶する(S4、t9)。制御部30は、温度及び湿度の環境データを取得したためすべてのデータを取得したと判断し(S5:YES)、データ送信部29から温度及び湿度の環境データを識別子を付して無線通信により受信機3に送信する(S6、t10)。t10における通信部22の電流値は、10mAである。

0035

図4(b)及び図4(c)において、通電時間であるt1からt11までは通信等の電力消費に加えて通信部22及びセンサ部23において待機電力を消費しているが、停止時間であるt10から次のt1までは通信部22及びセンサ部23における電力消費量はゼロとなる。本実施の形態における通信部22及びセンサ部23の待機時の電流値は60nAであり、通電時間における通信部22及びセンサ部23の電流値を平均すると約10mAとなるため、1回の通電時間における電力消費量は数mWとなる。具体的には、t10における無線通信時パルスで5mWであり、t4及びt7のセンサ部23へのアクセス時は数μW(最大10μW)であり、t1からt11における待機時はnWオーダーとなる。

0036

電源制御部28は通電時間が経過した、つまりt1から2秒が経過したと判断すると(t11、S7:YES)、スイッチング手段24をオフ状態にして(S8)、4分58秒後の通電時間の到来を待つ(S1:NO)。

0037

データ送信部29から環境データを受信した受信機3は、受信機3の識別子及びデータ送信部29からの信号強度を付与してPC端末4に環境データを送信する。PC端末4は、受信機3の識別子と、センサデバイス2の識別子と、信号強度と、環境データと、を互いに関連づけて記憶する。

0038

図5に、センサデバイス2によって検出した牛10の温度と外気温とを比較した表を示す。本実施の形態では、牛10の耳標にセンサデバイス2を取り付けており、牛10の体温を間接的に計測している。センサデバイス2によって計測された温度は、さほど外気温の影響を受けることなく牛10の平均体温に近い温度を計測している。牛10の体温を管理することにより、妊娠、発情、感染症等の状態を把握することができる。

0039

図6に、センサ部23で気圧を計測したときのグラフを示す。このときは、通電時間を2秒、停止時間を8秒、1サイクル10秒に設定している。計測結果では領域Aで局所的に計測圧力が上昇しているが、これは牛10が頭を下げたことに起因している。従って、気圧の計測結果を分析することにより、牛10が牧草等を食べている頻度を計測することができる。

0040

次に、図7及び図8を参照してセンサデバイス2を用いた牛10の位置情報検出について説明する。牛10を放牧している牧場及び牛舎の全領域をカバーするように複数の受信機3が設置されており、受信機3は受信エリア3Aの範囲内に存在するセンサデバイス2を検出することができる。受信エリア3Aは半径20m程度の円であるが、受信機3及びデータ送信部29の種類に応じて任意に設定することができる。

0041

受信機3は、第1受信エリア31Aを有する第1受信機31と、第2受信エリア32Aを有する第2受信機32と、第3受信エリア33Aを有する第3受信機33と、第4受信エリア34Aを有する第4受信機34と、から構成されている。受信機3は、受信エリア3A内のセンサデバイス2のデータ送信部29から受信する信号の強度を検出可能であり、信号強度によって受信機3とセンサデバイス2との距離を推定することができる。牛10は、第1牛11と、第2牛12と、第3牛13と、が受信機3の受信エリア3Aに存在している。

0042

第1牛11は、第1受信エリア31Aと第2受信エリア32Aとが重複している領域にいるため、第1受信機31及び第2受信機32によって、ほぼ同じ信号強度によって検知される。これにより、第1牛11が第1受信エリア31Aと第2受信エリア32Aとが重複している位置であって第1受信機31と第2受信機32とから略同一の距離にいると判断することができる。

0043

第2牛12は,第2受信エリア32Aと第3受信エリア33Aとが重複している領域にいるため、第2受信機32及び第3受信機33によって検知される。ここで、第2牛12は第3受信機33側に寄っていることから、第3受信機33によって検知される信号強度のほうが第2受信機32によって検知される信号強度より強くなる。これにより、第2牛12は第2受信エリア32Aと第3受信エリア33Aとが重複している位置であって第3受信機33寄りの位置にいると判断することができる。

0044

第3牛13は、第4受信機34の第4受信エリア34Aにいるため、第4受信機34によってのみ検知される。これにより、第3牛13は第4受信エリア34A内におけるもっとも離れた位置にいることが確認される。

0045

図8は、第1受信機31が検出した検出信号の信号強度と時間との関係性を示すグラフである。第1牛11は、22時30分から23時00分まで第1受信エリア31Aにいることが確認される。第2牛12は、3時30分から6時00分の比較的長い時間、第1受信エリア31Aにいることが確認される。第3牛13は、一時的に第1受信エリア31Aに位置しているが、信号強度が弱いため第1受信エリア31Aの周縁に一時的に侵入したと考えられる。第1受信機31の検出信号と、他の受信機3の検出信号とを組み合わせて解析することにより、牛10の位置情報を把握することができる。

0046

このような構成によると、スイッチング手段24はセンサ部23によるセンシング及び通信部22による環境データの送信時にのみセンサ部23及び通信部22に電力を供給するため、非通信時及び非センシング時における通信部及びセンサ部の待機電力を削減することができる。また、センサ部23のセンシングによって得られた環境データを通信部22で外部機器であるPC端末4に送信しているため、センサ部23のセンシングと通信部22の通信とが1対1の関係性にある。これにより、必要最低限の電力量でセンシングした環境データをPC端末4に送信することができる。

0047

このような構成によると、電源供給部21は太陽光発電又は/及び電磁波発電によって発電された電力を利用するため、バッテリーや電池等を搭載する必要がない。これにより電源を管理するための回路が不要となり、センサデバイス2の電力消費量を低減することができる。また、太陽光発電又は/及び電磁波発電によって電力を発電するため、自然エネルギーを用いたマイクロエナジーハーベストを実現することができる。さらに、バッテリーや電池と比べて低コストでセンサデバイスを製造することができる。

0048

このような構成によると、記憶部30Bは過去1回分の環境データを記憶し新たな環境データが計測されると過去の環境データを上書きするため、計測した過去の環境データを記憶していない。過去の環境データを記憶する場合には、記憶部30Bを動作させるために常時通信部22への電力供給が必要となるが、本件発明では、非通信時は通信部22への電力供給が不要となるため消費電力を低く抑えることができる。

0049

このような構成によると、牛10に搭載したセンサデバイス2の信号強度と受信機3の識別子とを関連付けてPC端末4に記憶するため、信号強度からセンサデバイス2と受信機3との距離を推測することにより、GPSを用いることなく最低限の電力消費で牛10の位置情報を検知することができる。また、複数の受信機3の受信エリア3Aを重複させることにより、複数の受信機3からの信号強度を分析して、より正確に位置情報を検知することができる。

0050

次に、本発明の第2の実施の形態について、図9及び図10に基づいて説明する。第1の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。第1の実施の形態では、センサデバイス2の電源制御部28はRTC28Aからの信号に基づいてスイッチング手段24を制御したが、第2の実施の形態では、電源制御部28は蓄電部26の電圧に応じてスイッチング手段24を制御する。

0051

第2の実施の形態では、電源制御部28は、蓄電部26の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータを含み、蓄電部26の電圧が放電閾値である3.5[V]になるとスイッチング手段24をオン状態にして通信部22及びセンサ部23に電力を供給し、蓄電部26の電圧が遮断閾値である1.5[V]になるとスイッチング手段24をオフ断状態にして通信部22及びセンサ部23への電力の供給を遮断する。スイッチング手段24を切り替える閾値は、蓄電部26の静電容量、発電部25の発電状態等に応じて任意に設定することができる。

0052

次に、図9及び図10を参照してセンサデバイス2のセンシングについて説明する。

0053

発電部25が太陽光発電によって発電した電力は、整流器27を介して蓄電部26に蓄電される。電源制御部28は、蓄電部26の電圧が放電閾値である3.5[V]以上であるかを判断する(S11)。蓄電部26の電圧が放電閾値を超えると(S11:YES)、電源制御部28はスイッチング手段24をオン状態にして通信部22及びセンサ部23に電力を供給する(S2、t1)。

0054

通信部22は、電源供給部21から電力が供給されると、t1とほぼ同じタイミングで制御部30がプログラムを起動し初期化(リセット)する。プログラム初期化のタイミングで、通信部22は所定の電力を消費する。制御部30は、センサデバイス2に割り当てられた識別子(ID)及び必要最低限の情報を記憶部30Bから読み込む(t2)。通信部22とセンサ部23とは、I2Cバス通信を開始し(t3)、制御部30はセンサ部23に温度情報リクエストを送信する(t4)。センサ部23は、通信部22からの温度情報リクエストに応じて外気温を検出し(t5、S3)、シリアル通信によって制御部30に検出した検出データを送信する。

0055

制御部30は、センサ部23から受信した検出データをA/D変換部30Aにてデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、環境データとして記憶部30Bに記憶する(S4、t6)。本実施の形態では、温度及び湿度を検出可能であるため(S6:NO)、制御部30は再びセンサ部23にI2Cバス通信によって湿度情報リクエストを送信する(t7)。センサ部23は、通信部22からの湿度情報リクエストに応じて湿度を検出し(t8、S3)、シリアル通信によって制御部30に検出した検出データを送信する。

0056

制御部30は、センサ部23から受信した検出データをA/D変換部30Aにてデジタルデータに変換するとともに、所定の計算式にて数値データに変換し、記憶部30Bに記憶する(S4、t9)。制御部30は、すべてのデータを取得したと判断し(S5:YES)、データ送信部29から温度及び湿度の環境データを受信機3に無線送信する(S6、t10)。図10(b)に示すように、蓄電部26の端子電圧は通信部22及びセンサ部23の電力消費に応じて段階的に低下する。図10(c)及び図10(d)において、通電時間であるt1からt10までは通信部22及びセンサ部23において待機電力を消費しているが、停止時間であるt10から1tまでは通信部22及びセンサ部23における電力消費量はゼロとなる。

0057

電源制御部28は遮断閾値以下と判断すると(t11、S17:YES)、スイッチング手段24をオフ状態にして(S8)、再び蓄電部26が充電されて放電閾値以上となるのを待つ(S11:NO)。

0058

本発明によるセンサデバイス及びセンサシステムは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。

0059

上述の実施の形態では、センサ部23では、温度、湿度、照度、気圧、CO2濃度、メタンガス濃度、風力の少なくとも1つを計測可能だったが、これに限定されない。例えば、9軸のジャイロセンサ振動センサ静電容量センサによるタッチセンサ磁気センサ焦電センサ、超音波センサなどを用いることができる。例えば、管理する動物が魚類である場合には、温度センサによって水温を検知し、気圧センサによって水位を検知し、9軸センサによって地磁気を検知して移動方向を検出してもよい。また、土中の動物が対象である場合には、湿度センサによって土中の水分量を検出することもできる。

0060

上述の実施の形態では、センサデバイス2の検出した環境データは受信機3によって外部ネットワーク6を介してPC端末4に記憶されていたが、これに限定されずクラウドサーバ上にデータを保存してもよい。これにより、複数の端末によってセンサシステム1による検出データを確認することができる。

0061

上述の実施の形態では、電源供給部21と通信部22とはデータ通信を行っていなかったが、これに限定されない。例えば、蓄電部26が充電されたとき、電源供給部21から通信部22に充電が完了した旨のパルス信号を送信してもよい。

0062

上述の実施の形態では、センサ部23からの信号はアナログ信号であってA/D変換部30Aによってデジタル信号に変換されたが、これに限定されない。例えば、センサ部23からの信号がデジタル信号であって、I2Cバスによってシリアル通信で通信部22に送信されてもよい。この場合は、制御部30が受信したデジタル信号を所定の計算式に入れ込み数値データに変換する。

0063

1センサシステム
2センサデバイス
3受信機
4PC端末
5携帯端末
21電源供給部
22通信部
23センサ部
24スイッチング手段
25発電部
26蓄電部
27整流器
28電源制御部
29データ送信部
30 制御部

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