JP2012027519A

JP2012027519A - Sensor node

Info

Publication number: JP2012027519A
Application number: JP2010162453A
Authority: JP
Inventors: Yukio Sato; 幸雄佐藤; Takamichi Kanno; 崇理菅野
Original assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Current assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-09

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce product costs of a sensor node used for a wireless sensor network system.SOLUTION: A sensor node used for a wireless sensor network system includes a main substrate on which a microcomputer and a wireless module are mounted, and a sensor module that has a sensor and is mounted on the main substrate. The sensor module is detachably mounted on the main substrate for each sensor.

Description

本発明は、無線センサネットワークシステムに使用されるセンサノードに係わり、特に、センサノードのハードウェア構成に関する。 The present invention relates to a sensor node used in a wireless sensor network system, and more particularly to a hardware configuration of the sensor node.

無線センサネットワークシステム、例えば、電力モニタリングやガス自動検針のシステムにおいて、無線局間のマルチホップ中継により電力計やガスメータの遠隔監視・自動情報収集・制御等の実現を可能にするシステムが検討されている。（下記、特許文献１参照）この無線センサネットワークでは、各種のセンサを搭載するセンサノードが無線でアクセスポイントにセンサ情報を送信する。 Wireless sensor network systems, such as power monitoring and automatic gas meter reading systems, are being considered for systems that enable remote monitoring, automatic information collection, and control of power meters and gas meters by multi-hop relay between wireless stations. Yes. (See Patent Document 1 below) In this wireless sensor network, sensor nodes equipped with various sensors wirelessly transmit sensor information to an access point.

特開２００７−１７９４１１号公報JP 2007-179411 A

無線センサネットワークを構築するためには、エリアに配置された各センサノードからのセンサ情報を収集し、センサ情報をサーバに送信する機能、及びサーバからの情報を各センサノードに送信する機能を有する無線機が必要となる。
また、無線センサネットワークシステムに使用されるセンサノードとしては、各種のセンサを搭載するものが想定される。
しかしながら、従来のセンサノードは、メイン基板上にセンサが予め搭載された設計となっており、ユーザが任意にセンサを選択して使用したい場合に、センサ毎に無線機の新規開発・設計、または設計変更を行う必要性が生じる。その結果として製品コストを抑制することが難しいという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、無線センサネットワークシステムに使用されるセンサノードの製品コストを低減することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。 In order to construct a wireless sensor network, it has a function of collecting sensor information from each sensor node arranged in an area, transmitting sensor information to a server, and a function of transmitting information from the server to each sensor node. A radio is required.
Moreover, what mounts various sensors is assumed as a sensor node used for a wireless sensor network system.
However, the conventional sensor node has a design in which a sensor is mounted in advance on the main board, and when the user wants to select and use a sensor arbitrarily, a new radio device is developed and designed for each sensor, or There is a need to make design changes. As a result, there is a problem that it is difficult to control the product cost.
The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a technology that can reduce the product cost of a sensor node used in a wireless sensor network system. It is to provide.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）無線センサネットワークシステムに使用されるセンサノードであって、マイコンと無線モジュールとが実装されるメイン基板と、センサを有し、前記メイン基板上に実装されるセンサモジュールとを有し、前記センサモジュールは、各センサ毎に、前記メイン基板上に取外し可能に実装されていることを特徴とする。 Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(1) A sensor node used in a wireless sensor network system, including a main board on which a microcomputer and a wireless module are mounted, a sensor, and a sensor module mounted on the main board, The sensor module is detachably mounted on the main board for each sensor.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、無線センサネットワークシステムに使用されるセンサノードの製品コストを低減することが可能となる。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to reduce the product cost of the sensor node used for a wireless sensor network system.

本発明の実施例のセンサノードの概略全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic whole structure of the sensor node of the Example of this invention. 図１に示すセンサモジュール部を取り出して示す図である。It is a figure which takes out and shows the sensor module part shown in FIG. 本発明の実施例のセンサノードのハードウェアの概略構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating schematic structure of the hardware of the sensor node of the Example of this invention. 本発明のセンサノードが使用される無線センサネットワークの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the wireless sensor network in which the sensor node of this invention is used.

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例は、本発明の特許請求の範囲の解釈を限定するためのものではない。
［本発明のセンサノードが使用される無線センサネットワークの一例］
図４は、本発明のセンサノードが使用される無線センサネットワークの一例を示す図である。
図４において、１００はセンサノード、１１０は基地局装置（アクセスポイント）、１２０は有線ネットワーク（例えば、インターネット網など）、１３０はサーバである。
図１に示す無線センサネットワークでは、各センサノード１００が基地局装置１１０と無線で相互に通信し、センサノード１００からのセンサ情報を、基地局装置１１０、有線インターネット１２０を介して、サーバ１３０に送信するとともに、サーバ１３０からの情報をセンサノード１００に送信する。
このように、センサノード１００には、搭載するセンサからのセンサ情報を収集し、情報をサーバ１３０に送信する機能及び、サーバ１３０からの情報を各センサノード１００に送信する機能を有する無線機が必要となる。
無線センサネットワークは、様々なインターフェースをもつセンサとの接続が想定されている。そのため、メイン基板にセンサを実装してしまうと、選択したセンサごとに、新規のハードウェア設計・開発が必要となり、開発コスト及び開発期間がかかり、製品投入のタイミングを逸することになる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted. Also, the following examples are not intended to limit the interpretation of the scope of the claims of the present invention.
[An example of a wireless sensor network in which the sensor node of the present invention is used]
FIG. 4 is a diagram showing an example of a wireless sensor network in which the sensor node of the present invention is used.
In FIG. 4, 100 is a sensor node, 110 is a base station device (access point), 120 is a wired network (for example, the Internet network), and 130 is a server.
In the wireless sensor network shown in FIG. 1, each sensor node 100 communicates with the base station device 110 wirelessly, and sensor information from the sensor node 100 is transmitted to the server 130 via the base station device 110 and the wired Internet 120. At the same time, information from the server 130 is transmitted to the sensor node 100.
As described above, the sensor node 100 includes a radio having a function of collecting sensor information from the mounted sensors and transmitting information to the server 130 and a function of transmitting information from the server 130 to each sensor node 100. Necessary.
The wireless sensor network is assumed to be connected to sensors having various interfaces. For this reason, if a sensor is mounted on the main board, new hardware design / development is required for each selected sensor, which requires development cost and development period, and misses the timing of product introduction.

［本発明の実施例のセンサノード］
図１は、本発明の実施例のセンサノードの概略全体構成を示すブロック図である。なお、図１では、本発明に関係する部分のみを図示し、それ以外の構成の図示は省略している。
図１において、１はアンテナ、２は無線モジュール、３はマイコン、４は内蔵電池、５は外部のＡＣ電源、６は内蔵電池と外部のＡＣ電源の選択部、７はマルチプレクサ（ＭＵＸ）、８は外部外付センサ制御端子群、９は外部制御Ｉ／Ｆ、１０は後付センサモジュール部、１１−１はデフォルトで内蔵されている温度センサ、１１−１はデフォルトで内蔵されている湿度センサである。
マイコン３は、各種センサとのインターフェースとして、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）／Ｉ２Ｃ／ＳＰＩインターフェース（３１）と、アナログ・デジタル変換インターフェース（３２）と、Ｉ２Ｃ／ＳＰＩインターフェース（３３）とを有する。
また、ここでは、後付センサモジュール部１０として、照度センサ１０−１、赤外線センサ１０−２、ＣＯ２センサ１０−３、ＧＰＳセンサ１０−４、振動センサ１０−５、カメラセンサ１０−６を図示している。なお、図２に、図１のセンサモジュール部１０のみを取り出して示す。 [Sensor node of the embodiment of the present invention]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic overall configuration of a sensor node according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, only the portion related to the present invention is illustrated, and illustration of other components is omitted.
In FIG. 1, 1 is an antenna, 2 is a wireless module, 3 is a microcomputer, 4 is a built-in battery, 5 is an external AC power supply, 6 is a selection unit for the built-in battery and external AC power supply, 7 is a multiplexer (MUX), 8 Is an external external sensor control terminal group, 9 is an external control I / F, 10 is a retrofit sensor module, 11-1 is a temperature sensor built in by default, and 11-1 is a humidity sensor built in by default. It is.
The microcomputer 3 has a UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) / I2C / SPI interface (31), an analog / digital conversion interface (32), and an I2C / SPI interface (33) as interfaces with various sensors.
Here, as the retrofit sensor module unit 10, an illuminance sensor 10-1, an infrared sensor 10-2, a CO2 sensor 10-3, a GPS sensor 10-4, a vibration sensor 10-5, and a camera sensor 10-6 are illustrated. Show. FIG. 2 shows only the sensor module unit 10 of FIG.

図３は、本発明の実施例のセンサノードのハードウェアの概略構成を説明するための図である。図３において、５０はメイン基板であり、このメイン基板５０には、無線モジュール２、マイコン３が実装される。図３では、これらを、ＥＬＢ（電子部品）として図示している。
本実施例の特徴とする点は、メイン基板５０上のセンサモジュール取付け位置ＳＰＳに、各種センサを有するセンサモジュールＳＭＪを、後付で取外し可能に実装したことを特徴とする。
なお、図３では、メイン基板５０上に、６個のセンサモジュールＳＭＪを実装した場合を図示しているが、メイン基板５０上に実装されるセンサモジュールＳＭＪは６個に限定されるものではなく、メイン基板５０上に実装されるセンサモジュールＳＭＪは少なくとも１個であればよい。
また、無線センサネットワークは、様々なインターフェースをもつセンサとの接続が想定される。そのため、本実施例では、メイン基板５０上に実装されたマイコン３上に、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）／Ｉ２Ｃ／ＳＰＩインターフェース（３１）と、アナログ・デジタル変換インターフェース（３２）と、Ｉ２Ｃ／ＳＰＩインターフェース（３３）とを設けている。
本実施例では、センサモジュールＳＭＪが後から交換可能である。そのため、マイコン３が、今、メイン基板５０のどのセンサモジュール取付け位置ＳＰＳに、どのセンサどのようなセンサモジュールＳＭＪが実装されているかを認識する必要がある。
そこで、本実施例では、メイン基板５０の任意のセンサモジュール取付け位置ＳＰＳに、各種のセンサモジュールＳＭＪを実装した後に、当該センサモジュールの種別と取付位置を、制御端子を介してマイコン３に認識させる必要がある。 FIG. 3 is a diagram for explaining a schematic configuration of hardware of the sensor node according to the embodiment of this invention. In FIG. 3, reference numeral 50 denotes a main board, and the wireless module 2 and the microcomputer 3 are mounted on the main board 50. In FIG. 3, these are illustrated as ELB (electronic parts).
A feature of the present embodiment is that a sensor module SMJ having various sensors is detachably mounted at a sensor module mounting position SPS on the main board 50 in a retrofit manner.
3 shows a case where six sensor modules SMJ are mounted on the main board 50, the number of sensor modules SMJ mounted on the main board 50 is not limited to six. The number of sensor modules SMJ mounted on the main board 50 may be at least one.
The wireless sensor network is assumed to be connected to sensors having various interfaces. Therefore, in this embodiment, the UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) / I2C / SPI interface (31), the analog / digital conversion interface (32), and the I2C / SPI are installed on the microcomputer 3 mounted on the main board 50. And an interface (33).
In this embodiment, the sensor module SMJ can be replaced later. Therefore, it is necessary for the microcomputer 3 to recognize which sensor module SMJ is mounted on which sensor module mounting position SPS of the main board 50.
Therefore, in this embodiment, after mounting various sensor modules SMJ at an arbitrary sensor module mounting position SPS on the main board 50, the microcomputer 3 is made to recognize the type and mounting position of the sensor module via the control terminal. There is a need.

本実施例では、無線モジュール２が実装されているメイン基板５０上に、センサを直接搭戴するのではなく、センサモジュールを後付で、取外し可能な構造となし、無線モジュール２とセンサの取り付けインターフェース部分を共通化している。
そのため、選択したセンサごとに、新規のハードウェア設計・開発を行う必要がないので、従来のセンサノードのように、開発コスト、及び開発期間が増加し、製品投入のタイミングを逸することがなくなる。
このように、本実施例によれば、（１）無線モジュールの共通化による、設計・開発工程の省力化、（２）無線モジュールの共通化による、他分野へのソリューション展開の迅速化、（３）無線モジュールの共通化による、製品コストの削減、（４）必要最低限のセンサ搭戴による製品コストの削減、（５）製品投入のリードタイムの低減、（６）無線モジュールの共通化による、ハードウェアの信頼性向上等の効果を得ることが可能となる。
なお、マイコン３には、前述のＵＡＲＴ／Ｉ２Ｃ／ＳＰＩインターフェース（３１）、アナログ・デジタル変換インターフェース（３２）、Ｉ２Ｃ／ＳＰＩインターフェース（３３）以外に、ＲＡＳ４８５、ＲＳ２３Ｃ、ＬＡＮ（イーサネット）、ＰＷＭ、ＵＳＢのインターフェースを持たせることも可能である。
また、後付で取外し可能なセンサモジュールＳＭＪには、前述の照度センサ１０−１、赤外線センサ１０−２、ＣＯ２センサ１０−３、ＧＰＳセンサ１０−４、振動センサ１０−５、カメラセンサ１０−６以外に、温度センサ、湿度センサ、水分センサ、流量センサ、圧力センサ、加速度センサ、振動センサ、ひずみセンサ、光センサ、磁気センサ、変位センサ、位置センサ、赤外線センサ、方位センサ、角度センサ、角速度センサ、電位センサ、電力センサ、速度センサ、花粉センサ、振動センサ、衝撃センサなどの各種のセンサを搭載することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。 In the present embodiment, the sensor module is not mounted directly on the main board 50 on which the wireless module 2 is mounted, but the sensor module is retrofitted and removable, and the wireless module 2 and the sensor are attached. The interface part is made common.
This eliminates the need for new hardware design / development for each selected sensor, which increases the development cost and the development period, unlike the conventional sensor node, and does not miss the timing of product introduction. .
As described above, according to this embodiment, (1) labor saving of design / development process by sharing wireless modules, (2) expediting solution deployment to other fields by sharing wireless modules, ( 3) Reduction of product cost by sharing wireless module, (4) Reduction of product cost by mounting minimum sensor, (5) Reduction of lead time for product introduction, (6) By sharing of wireless module Thus, it is possible to obtain effects such as hardware reliability improvement.
In addition to the UART / I2C / SPI interface (31), the analog / digital conversion interface (32), and the I2C / SPI interface (33), the microcomputer 3 includes RAS485, RS23C, LAN (Ethernet), PWM, USB. It is also possible to have an interface.
Further, the sensor module SMJ that can be removed later is the illuminance sensor 10-1, the infrared sensor 10-2, the CO2 sensor 10-3, the GPS sensor 10-4, the vibration sensor 10-5, and the camera sensor 10-. In addition to 6, temperature sensor, humidity sensor, moisture sensor, flow sensor, pressure sensor, acceleration sensor, vibration sensor, strain sensor, optical sensor, magnetic sensor, displacement sensor, position sensor, infrared sensor, orientation sensor, angle sensor, angular velocity Various sensors such as a sensor, a potential sensor, a power sensor, a speed sensor, a pollen sensor, a vibration sensor, and an impact sensor can be mounted.
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.

１アンテナ
２無線モジュール
３マイコン
４内蔵電池
５外部のＡＣ電源
６内蔵電池と外部のＡＣ電源の選択部
７マルチプレクサ（ＭＵＸ）
８外部外付センサ制御端子群
９外部制御Ｉ／Ｆ
１０後付センサモジュール部
１０−１照度センサ
１０−２赤外線センサ
１０−３ＣＯ２センサ
１０−４ＧＰＳセンサ
１０−５振動センサ
１０−６カメラセンサ
１１−１デフォルトで内蔵されている温度センサ
１１−１デフォルトで内蔵されている湿度センサ
３１ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）／Ｉ２Ｃ／ＳＰＩインターフェース
３２アナログ・デジタル変換インターフェース
３３Ｉ２Ｃ／ＳＰＩインターフェース
５０メイン基板
１１０基地局装置（アクセスポイント）
１２０有線ネットワーク（インターネット網）
１３０サーバ
ＥＬＢ電子部品
ＳＭＪセンサモジュール
ＳＰＳセンサモジュール取付け位置
１００センサノード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna 2 Wireless module 3 Microcomputer 4 Built-in battery 5 External AC power supply 6 Internal battery and external AC power supply selection unit 7 Multiplexer (MUX)
8 External sensor control terminal group 9 External control I / F
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Retrofit sensor module part 10-1 Illuminance sensor 10-2 Infrared sensor 10-3 CO2 sensor 10-4 GPS sensor 10-5 Vibration sensor 10-6 Camera sensor 11-1 Temperature sensor 11-1 built in by default 11-1 Humidity sensor built in by default 31 Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) / I2C / SPI interface 32 Analog / digital conversion interface 33 I2C / SPI interface 50 Main board 110 Base station device (access point)
120 Wired network (Internet network)
130 server ELB electronic component SMJ sensor module SPS sensor module mounting position 100 sensor node

Claims

A sensor node used in a wireless sensor network system,
A main board on which the microcomputer and the wireless module are mounted;
A sensor module mounted on the main board,
The sensor module, wherein the sensor module is detachably mounted on the main board for each sensor.