JP2010176875A

JP2010176875A - 照度測定センサネットワークシステム

Info

Publication number: JP2010176875A
Application number: JP2009015315A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Shimoda; 貞之下田; Tsuneshige Koga; 恒繁古賀; Tomoharu Tsuji; 智晴辻; Yoshihiro Shibuya; 義博渋谷
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】通常オフィスの照度は床面から１ｍの机上を７００ルクスにコントロールすることが求められている。これを実現するためには、オフィス内の場所による差があるために机上に照度計を設置して、その情報を照明器具にフィードバックすることによって照度をコントロールする必要がある。しかし、机上に照度計を常時設置することは電源配線の困難さ等から非現実的であるという課題がある。
【解決手段】オフィス内の天井に設置された無線機能付の照度計とハンディタイプの無線機能付の照度計を用意して両者の照度計を同時に測定し、その測定値を無線で天井に設置された無線機能付の照度計に送信し、両者の測定値から相関関数を求め、前記相関関数を前記天井に設置された無線機能付の照度計に記憶させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、照度センサデータを送信するノードと、そのノードからセンサデータを受信するノードから構成される照度測定センサネットワークシステムに関するものである。

近年、センサに無線通信機能を有する小型の電子回路を付加して、現実世界の様々な情報をリアルタイムに情報処理装置に取り込むセンサネットワークシステムが検討されている。センサネットワークシステムには幅広い応用が考えられており、例えば、無線回路、プロセッサ、センサ、電池を集積した指輪型の小型電子回路により、脈拍等を常時モニタし、モニタ結果は無線通信により診断装置に送信され、モニタ結果に基づいて健康状態を判定するといったような医療応用も考えられている（例えば、非特許文献１参照。）。

センサネットワークシステムを広く実用化するためには、無線通信機能、センサ、および、電池等の電源を搭載する電子回路（以下、ノードという）を、長時間に渡ってメンテナンスフリー、かつセンサデータを送信し続けられるものとし、かつ外形も小型化することが重要になる。このため、超小型でどこにでも設置できるノードの開発が進められている。現段階では、実用上、１年程度の期間、電池交換をせずに使用可能であることが、メンテナンスコストおよび使い勝手の両面から必要と考えられている。

例えば、非特許文献２には、「Ｍｉｃａ２Ｄｏｔ」と呼ばれる、直径３ｃｍ程度の小型のノードのプロトタイプが紹介されている。このＭｉｃａ２Ｄｏｔは、無線通信に必要な機能を集積したＲＦチップと、低消費電力なプロセッサチップから構成される。このプロトタイプにおいては、９９％の時間は待機状態で、残りの１％の時間のみを間欠的に起動してセンサを動かして結果を無線通信するという間欠動作により、小型電池にて１年程度の動作が可能としている。

センサネットワークシステムには、上記のような小型で無線通信を行うノードと、センシングされたデータを無線で収集して、インターネットなどの有線ネットワークに接続するデバイス（以下、ベースと呼ぶ）の２種のデバイスが必要である。ノードは、小型かつ移動性を加味して電池で駆動されることが多いのに対し、ベースは据え置きでＡＣ電源駆動されるケースが多い。

Sokwoo Rhee他「Artifact-Resistant Power-Efficient Design of Finger-Ring Plethysmographic Sensors」,IEEE Transactions On Biomedical Engineering, Vol.48, No.7, July 2001, pp.795-805 Crossbow 「Smarter Sensors In Silicon」、インターネット、URL : http://www.xbow.com/Support/Support_pdf_files/Motetraining/Hardware.pdf

センサネットワークシステムをビル等の施設の照明コントロールシステムに利用しようとすると、以下のような課題が発生する。窓の近くと、窓から離れている場所では屋外光の影響で照度が大きく異なる。これを一定の照度にコントロールするためには屋内灯の場所による照度コントロールが必要になる。具体的には、窓側の照度は太陽光により高いために、屋内灯の輝度を落とし、逆に窓から離れている場所では太陽光の影響が少ないため、屋内灯の輝度を上げる必要がある。

通常オフィスの照度は床面から１ｍの机上を７００ルクスにコントロールすることが求められている。これを実現するためには前述のように、オフィス内の場所による差があるために机上に照度計を設置して、その情報を照明器具にフィードバックすることによって照度をコントロールする必要がある。しかし、机上に照度計を常時設置することは電源配線の困難さ等から非現実的である。そこで天井に照度計を設置して、机上の照度計と天井に設置された照度計の相関をとり天井の照度計の感度を人手で変える必要がある。その様子を図２に示す。具体的には机上に設置された照度計が７００ルクスを示していたとすれば、天井の照度計が７００ルクスを示すようにこの照度計の感度を調整する。しかし、照度計が天井に設置されているために、梯子を使用して人間が照度計の感度調整つまみを調整しなければならないので非常に手間がかかる。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、オフィス内の天井に設置された無線機能付の照度計とハンディタイプの無線機能付の照度計を用意して、ハンディタイプの無線機能付の照度計で床面から１ｍの距離の机上での照度を測定し、その測定値を無線で天井に設置された無線機能付の照度計に送信し、両者の測定値から補正係数を求め、前記補正係数を前記天井に設置された無線機能付の照度計に記憶させておく照度測定センサネットワークシステムにある。

本発明によれば、遠隔から特定位置の照度を測定するシステムを構築できるという効果がある。

本発明の照度測定センサネットワークの一実施形態を示す説明図である。従来の照度測定を示す説明図である。本発明の直接照度と間接照度の関係を示すグラフである。

本発明の代表的な実施形態の概要は次のとおりである。オフィスビル内で天井などに設置された照明器具からの光は室内に設置された机に照射される。このときデスクワークに最適な照度は床面から１ｍの距離にある机上で、７００ルクスが最適であると規定されている。しかし、オフィスの窓側では入射日光により照度が影響される。特に、太陽光が直接入射する窓際と直接入射しない窓から離れている場所では照度に差が出てくる。また同じ窓際でも曇天の昼間と晴天の昼間では明らかに照度に差が出てくる。したがって、室内の場所に依存することなく、すべての机上での照度を７００ルクスに保つためには、天井等に設置されている照明器具の輝度をコントロールする必要がある。すでにこのような機能を有する照明設備がビルに設置されているが、そのような照明設備は有線配線により照度コントロールされているものしかない。しかし、昨今の省エネルギー化の要求にこたえるために既存のビルでもこのような照度コントロールが求められている。なぜなら、オフィスビルのエネルギー消費の３０％は照明器具によるものであり、この値を削減することによって省エネルギーに大きく貢献できる。

しかし、既存のビルにこのような照明設備を導入するためには天井裏の配線からすべてやり直す必要があり、莫大な費用がかかる。

図１に本発明の照度計システムの一実施形態を示し、詳細に説明する。無線通信機能を持つ照度計付きノード１０１は天井に設置されている。一方、キャリブレーション用に無線通信機能を持つ照度計付きノード１０２を床面から１ｍの距離の机上に設置する。天井に設置された照明器具の輝度を増加させたときの、ノード１０１とノード１０２での照度の測定値を図３に示す。ノード１０１の照度が横軸であり、ノード１０２の照度が左の縦軸である。図３が示すようにノード１０１で測定された天井での間接照度と、ノード１０２で測定された床面から１ｍの机上での直接照度は一次の回帰直線で近似できる。ただし、直接照度が４００ルクス以下、または直接照度が１１００ルクス以上では一次回帰直線からの誤差が大きくなることがわかる。それ以外の領域では直接照度と間接照度との関係は、右の縦軸が示すように、ほぼ４倍の関係にあることがわかる。すなわち、４００ルクス以上１１００ルクス以下の環境において、ノード１０１で測定された天井での照度を４倍すれば床面から１ｍの机上での照度に換算できることを意味している。もちろん、この４倍（以下補正係数Ｙと呼ぶ）という値は、照度計のバラツキやノード１０１とノード１０２との距離、光源の種類等の条件によって変化するために一定ではない。しかし、前記の条件を規定すれば、図３が示すように直接照度と間接照度の間には一次の関係があるので補正することは可能である。また、床面から１ｍの机上での必要とされる照度は７００ルクスであるため、十分に一次回帰直線で補正することができる。

実際には以下の通りに補正を行う。ノード１０２によって床面から１ｍの机上での照度を測定する。この測定結果である照度データＡをノード１０２の無線通信機能を使用して、ノード１０１に送信する。ノード１０１はノード１０２からの照度データＡを受信したら、自身の照度計で直後の照度を測定し、照度データＢとして保存する。測定後、図３の関係より導かれたＹ＝Ａ／Ｂより補正計数Ｙを算出する。この計算はノード１０１に搭載されているＣＰＵで行うことができる。この補正係数Ｙをノード１０１のＣＰＵに記憶させておく。なお、この補正係数Ｙはノード１０１に記憶させるのではなく、他の無線装置に記憶させておいても良い。

ここで、外光等により室内の床面から１ｍの机上での照度が変わったとすると、それに比例してノード１０１の照度も変化する。この時のノード１０１の照度を測定し、それをＢ´とする。たとえば外光により窓際の床面から１ｍの机上の所の照度が高くなったとする。そのとき、床面から１ｍの机上での照度は図３の結果からＢ´・Ｙと近似できる。床面から１ｍの机上での所望の照度７００ルクスに戻すためには、照明器具の輝度を落とすように制御する。一般にインバータ制御された照明器具はＰＷＭ信号によって、その照度をコントロールすることができる。したがって、実際にはノード１０１から照明器具へ送られるＰＷＭ信号のＯＮデューティを変化させることにより、発光時間を短くして照明器具の輝度を下げることができる。このＯＮデューティはＢ´・Ｙ＝７００ルクスになるように変化させる。

反対に、外光量が減り床面から１ｍの机上での照度が低くなった時には、ノード１０１が出すＰＷＭ信号のＯＮデューティを変化させることにより、床面から１ｍの机上での照度を７００ルクスに戻すことができる。以上のようにノード１０１とノード１０２との照度の補正係数Ｙを事前に計測しておくことによって、床面から１ｍの机上での照度を常に７００ルクスにコントロールすることができる。これによって外光が強いときには照明器具の輝度を落とすことができるので、昼間の室内での消費電力を低減させることができる。

以上説明してきたように、本発明は、室内の照度測定の自動化と精度向上に加え、この照度測定結果に基づく室内の照度制御に有用であり、更に、この照度制御による、消費電力の低減を図るシステムとして有用である。

１０１天井設置ノード
１０２キャリブレーションノード
１０３照明器具
１０４直接光
１０５間接光

Claims

第一の場所に設置されたノードと、第二の場所に設置されたノードを含み、前記第二の場所に設置されたノードで照度を測定し、その測定値を無線で前記第一の場所に設置されたノードに送信し、その後、前記第一の場所に設置されたノードで測定した測定値と前記第一の場所に送信された測定値から補正係数を求め、前記補正係数を前記第一の場所に設置されたノードに記憶させておくことを特徴とする照度測定センサネットワークシステム。
前記第一の場所に設置されたノードは、少なくとも無線通信機能と照度測定機能と照明器具の輝度をコントロールできる照明器具制御機能を備えることを特徴とする請求項１の照度測定センサネットワークシステム。
前記第二の場所に設置されたノードは、少なくとも無線通信機能と照度測定機能を備えることを特徴とする請求項１の照度測定センサネットワークシステム。
第一の場所に設置されたノードと、第二の場所に設置されたノードを含み、前記第二の場所に設置されたノードで照度を測定し、その測定値を無線で第一の場所に設置されたノードに送信し、その後、第一の場所に設置されたノードで測定した第一の場所における照度の測定値と第二の場所における照度の測定値から補正係数を求め、前記補正係数を基に前記第一の場所に設置されたノードが照明器具の輝度をコントロールすることを特徴とする照度測定センサネットワークシステム。