无线控制系统的制作方法

本发明涉及通过发电启动的无线控制系统。

背景技术：

已知用能量变换器将由振动产生的能量变换为电力来储存并且利用所储存的电气能量以无线向外部传达振动状态的故障检测装置（例如，参照特许文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-222668号公报。

技术实现要素：

发明要解决的课题

在以往的故障检测装置中，即使发生异常，也仅产生警报。

用于解决课题的方案

采用了一种无线控制系统，其特征在于，具备至少一个节点装置，所述至少一个节点装置包括：电力产生装置；连接到电力产生装置的电容器和电压变换电路装置；以及连接到电压变换电路装置的具有发送器功能的无线装置，所述无线控制系统具备：对从节点装置发信的第一无线信号进行收发的具有收发器功能的网关装置；以及连接到网关装置的服务器装置，所述无线控制系统还具备：对从具有收发器功能的网关装置发送的第二无线信号进行接收的接收装置；以及按从接收装置送出的信号进行工作的执行器，节点装置进行工作的电力从电力产生装置供给，利用执行器增减由电力产生装置产生的电力。

发明效果

根据本发明，能够构建进行不仅警报产生而且电力产生装置的状态所对应的控制的无线控制系统。

附图说明

图1是示出根据本发明的无线控制系统的一个例子的功能框图。

图2是说明根据本发明的第一实施方式的概略图。

图3是说明根据本发明的第二实施方式的概略图。

图4是说明根据本发明的第三实施方式的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的无线控制系统。

图1是示出本发明的无线控制系统的一个例子的功能框图。

本发明的无线控制系统由具备电力产生装置1、电容器9、电压变换电路装置2、以及发送装置3的节点装置11、网关装置4、服务器装置5、接收装置6、以及执行器7构成。

电力产生装置1由不同种类的金属构成。例如，广泛地知晓利用氧化还原反应来产生电力。具体而言，当组合不同的2种金属和电解液时，形成电池。此时，离子化倾向大的即标准电极电位为更负的值的金属成为负极，离子化倾向小的即标准电极电位为更正的值的金属成为正极。此外，2种金属的标准电极电位的差越大，电池的电动势（能向外部取出的电压）变大。例如，在使用铜和锌的柠檬电池中，锌为负极，铜为正极，电解液为柠檬的果汁。此外，在伏打电池中，锌为负极，铜为正极，电解液为稀硫酸。

在此，锌的标准电极电位为-0.762v，铜的标准电极电位为+0.342v，因此，形成约1v的电位差。这是伏打电池的理论性的起电压。可是，当使电解质为水时，虽然由于相同的原理产生电动势，但是作为电解液的水的内部电阻较大，由于由内部电阻所产生的电压降，能向外部取出的电压比1v低。具体而言，下降到0.3v左右的电压。

具有将由电力产生装置1产生的该较低的电压变换为更高的电压的功能的是电压变换电路装置2。该变换通常也称为升压工作，作为手法，由电荷泵电路、dc/dc电路等构成。由此，升压到2v左右的电压。

升压到2v左右的电压被施加到发送装置3，成为发送装置3的电源。该发送装置3由广泛利用的ble（bluetooth（注册商标）lowenergy，蓝牙低功耗）无线装置啦、采用sub-ghz等的无线通信方式的无线装置构成。采用这些方式的无线装置的最低工作电压为2v左右，因此，只要电压变换电路装置2能够将电力产生装置1的电压升压到2v左右，就能够用该电压来使发送装置3工作。具体而言，如果在电力产生装置1的不同种类的金属之间存在水，则电压如上述那样产生。相反，如果在不同种类的金属之间不存在水等电解液，则不产生电压。

［第一实施方式］

基于图2来说明本发明的第一实施方式。图2示出了本实施方式的具备电力产生装置1、电容器9、电压变换电路装置2、以及发送装置3的节点装置11、以及执行器7。

使电力产生装置1的不同种类金属的电极12分开一定的距离并嵌入布、纸等容易吸收水分的素材，并且使其相对来加工为带状。如果以将其缠绕于工厂的配管的接缝13等做法进行设置，则若从配管的接缝13没有漏水，则电力产生装置1不产生电压。可是，当由于老化等从配管的接缝13漏水而在电力产生装置1的不同种类金属的电极12之间存在水时，由于氧化还原反应，如前述那样产生0.3v左右的电压。即，能够将漏水的产生的有无变换为电压。理想地，如果没有漏水，则电力产生装置1的输出为0v，如果存在漏水则电力产生装置1的输出为0.3v。

如果存在漏水，则必须通过一些单元向工厂管理者传达修理的必要性。如果电力产生装置1的输出电压为0.3v以上，则能够用电压变换电路装置2升压到2v左右，因此，能够利用该电压来驱动发送装置3，由此，如果在工厂管理者在附近的情况下，能够直接利用无线信号向工厂管理者的便携式电话等通知漏水的事实。进而，由于漏水量等于电解液的量，所以漏水越多，发电量也越大。发电量大意味着由发送装置3发送的无线信号的发送间隔短。即，由于该无线信号的发送间隔与漏水量成反比，所以该无线信号的发送间隔示出了漏水量的程度。此时，向作为从发送装置3发送的无线信号的信号数据8加入发送装置3的识别号码，由此，在工厂内设置多个电力产生装置1的情况下，能够识别从哪个配管漏水。

此外，由于电力产生装置1、电压变换电路装置2以及发送装置3设置在配管，所以一体化为节点装置11更好。

由网关装置4接收作为从发送装置3发送的无线信号的信号数据8。由网关装置4接收的数据进而被转送到服务器装置5。服务器装置5的作用是与积累所转送的数据同时地分析该数据并反馈一些工作。作为一个例子，如果是配管的漏水，则使漏水处附近的执行器7工作来将设置在配管的修补材料14涂布于漏水部分。此外，在服务器装置5中积累信号数据8的接收间隔、节点装置11的设置位置和设置开始时间等，解析这些数据，由此，能够预测漏水的程度、容易发生漏水的场所、需要配管的维护的时期等，能够得到对配管的维护有用的信息。

为了使得能够进行该工作，从服务器装置5向执行器7发出指令信号10。具体而言，该指令信号10经由网关装置4被送到接收装置6，使执行器7工作。即，利用本无线控制系统，能够做出将由电力产生装置1感知的信号经由网关装置4转送到服务器装置5并且通过执行器7进行适当的处理的一系列流程。

在此，执行器7具有自动地将设置在配管的修补材料14涂布于漏水部分的功能。由此，能够使漏水自动地停止。如果漏水停止，则电力产生装置1的2种不同金属电极12之间的水分渐渐地蒸发，不久电力产生装置1的输出电压变为零。在该状态下，节点装置11不能发送无线信号。由此，工厂管理者能够识别漏水停止了。即，执行器7进行工作以使得漏水停止并减少利用上述氧化还原反应的电力产生装置由于漏水而产生的电力。

进而，在本系统中成为特征的是，在电力产生装置1、电压变换电路装置2和发送装置3中不需要用于使它们动作的电源。该电源利用氧化还原反应通过由不同种类金属电极12构成的电力产生装置1来制作。利用在此制作的电源来驱动电压变换电路装置2和发送装置3。

因此，电压变换电路装置2和发送装置3的功耗必须比由电力产生装置1制作的电力低。这是不现实的。原因是，由电力产生装置1制作的电力为电压0.3v并且电流3μa左右，电力为1μw左右。另一方面，发送装置3的功耗需要30mw左右。于是，作为使其现实化的单元，配置了电容器9。即，用于利用1μw的发电来提供30mw的电力的元件是电容器9。

为了使需要30mw的电力的发送装置3在1msec的期间内工作，需要30mwx1msec=30μwsec的能量，而为了用电力产生装置1收集该能量，在30μwsec÷1μw=30sec的期间内在电容器9中积累能量即可。

如以上那样，即使是1μw这样的微小的电力，只要花费30秒这样的时间在电容器9中积累，就能够变换为能够使发送装置3在1msec这样的短时间内工作的能量。对于发送装置3，1msec这样的时间是对于发送无线信号充分的时间。但是，在这些讨论中，为了使事情简单化，假定没有损失。实际上，在电压变换电路装置2等中存在电压变换的损失，因此，上述时间超过30秒。

当由发送装置3发送信号一次时，电容器9的电荷放电了发送装置3的发送电力的量。其结果是，电容器9的电压不够发送装置3的最低工作，因此，发送停止。可是，如果在电力产生装置1的不同种类金属电极12之间依然存在由于漏水而产生的水，则在电力产生装置1的输出中由于利用氧化还原反应的电池反应产生电动势，因此，在电容器9中继续积累电荷。通过重复该工作，发送装置3理想地能够每30秒朝向网关装置4发送无线信号。

［第二实施方式］

与第一实施方式同样地基于图3来说明。电力产生装置1由电流产生菌和氧化铁等的2个电极15构成。在此，电流产生菌是指分解糖、醋酸等有机物而放出电子的菌。作为代表性的电流产生菌，已知希瓦氏菌。能够期待使用电流产生菌的“微生物燃料电池”的实用化。希瓦氏菌是其中的在地下、水中等哪里都存在的菌。电流产生菌分解有机物而舍弃电子，由此，得到自己的增殖所需的能量。用电极回收此时产生的电子来作为电流取出。

例如，形成了稻子进行光合作用、从根排出有机物、菌使用其来产生电流的系统。电流产生菌利用导入的氧化铁，分解有机物而舍弃电子。用电极回收该舍弃的电子来作为电流取出。例如，在底部铺设电极15的容器中，使加入作为有机物的醋酸的液体装满容器，并且加入培养土壤16来培养电流产生菌。过了一会儿，电流开始减小，但是，如果追加养料的醋酸等有机物，电流又流动。

在电力产生装置1中，在加入了电流产生菌和醋酸的培养土壤16中设置2个氧化铁的电极15。具有将由电力产生装置1的2个氧化铁电极15产生的该低电压变换为更高的电压的功能的是电压变换电路装置2。该变换通常称为升压工作，作为手法，电荷泵电路等是公知的。由此，升压到2v左右的电压。

升压到2v左右的电压被施加到发送装置3，成为发送装置3的电源。该发送装置3由广泛利用的ble（bluetooth（注册商标）lowenergy）无线装置啦、采用sub-ghz等的无线通信方式的无线装置构成。采用这些方式的无线装置的最低工作电压为2v左右，因此，只要电压变换电路装置2能够将电力产生装置1的电压升压到2v左右，就能够用该电压来使发送装置3工作。具体而言，如果电力产生装置1的电流产生菌是活性的，则产生电压。相反，如果电流产生菌不是活性的，则几乎不产生电压。

即，能够将电流产生菌的活性变换为电压。如果不是活性的，则电力产生装置1的输出约为0v，如果是活性的，则电力产生装置1的输出为0.5v左右。

如果电流产生菌不是活性的，则必须通过一些单元向系统管理者传达使电流产生菌活性化的必要性。如果电力产生装置1的输出电压即在培养土壤16中包括的电流产生菌的输出电压有0.5v，则能够用电压变换电路装置2升压到2v左右，因此，能够利用该电压来驱动发送装置3。由此，如果在工厂管理者在附近的情况下，通过系统管理者的便携式电话等直接、定期地接收信号。如果电流产生菌是活性的，则发电量较多，因此，该信号的周期较短。即，能够通过周期的短少来通知培养土壤16是活性的。此外，相反，在该信号的周期较长时，能够通知土壤不是活性的。即，信号的周期表示培养土壤16的活性度。进而，通过向从发送装置3发送的信号数据8加入发送装置3的id，从而能够在培养土壤16内设置多个电力产生装置1的情况下识别哪个位置的培养土壤16是活性的。

此外，就在培养土壤16中设置来说，使电力产生装置1、电压变换电路装置2以及发送装置3一体化为节点装置11更好。

由网关装置4接收从发送装置3发出的信号数据8。在网关装置4中存在时间戳功能，向信号数据8附加接收的时刻。进而，转送到服务器装置5。服务器装置5的作用是与积累所转送的数据同时地分析该数据并反馈一些工作。例如，在土壤发电的情况下，向管理者提供警报，或者，自动地在培养土壤16中散布使电流产生菌活性化的醋酸17等的溶液。此外，在服务器装置5中积累信号数据8的接收间隔、设置位置、设置开始时间等，解析这些数据，由此，能够预测培养土壤16的活性度、活性度好的场所或差的场所、需要溶液散布的时期等，能够得到对土壤发电的维护有用的信息。

为了使得能够进行该工作，从服务器装置5向执行器7发出指令信号10。具体而言，该指令信号10经由网关装置4被送到接收装置6，使执行器7工作。即，利用本无线控制系统，将由电力产生装置1感知的信号经由发送装置3和网关装置4转送到服务器装置5。能够做出在由服务器装置5决定了适当的处理之后通过再经由网关装置4送到接收装置6的指令12使执行器7工作来进行适当的处理的一系列流程。

在此，执行器7具有自动地向培养土壤16注入醋酸17的泵的功能。由此，如前述那样注入的醋酸17能够使电流产生菌的活动活跃，使培养土壤16活性化。可是，随着时间的经过，醋酸的效果减少，培养土壤16变为不活性。于是，能够通过电力产生装置1采取的发电量减少，不久电力产生装置1的输出电压变为零。在该状态下，节点装置11不能发送无线信号。由此，服务器装置5识别培养土壤16不活性化，经由网关装置4、接收装置6使执行器7工作。执行器7进行工作以使得通过醋酸17等的注入功能使培养土壤16活性化并且增大电力产生装置1通过电流产生菌产生的电力。

进而，在本系统中成为特征的是，在电力产生装置1、电压变换电路装置2和发送装置3中不需要用于使它们动作的电源。该电源利用电流产生菌在由氧化铁等的2个以上的金属构成的电力产生装置1中制作。利用在此制作的电源来驱动电压变换电路装置2和发送装置3。

因此，电压变换电路装置2和发送装置3的功耗必须比由电力产生装置1制作的电力低。这是不现实的。原因是，由电力产生装置1制作的电力为电压0.5v并且电流60μa左右，电力为30μw左右。另一方面，发送装置3的功耗需要30mw左右。可是，作为使其现实化的单元，配置了电容器9。即，用于利用30μw的电力来提供30mw的电力的元件是电容器9。

为了使需要30mw的电力的发送装置3在1msec的期间内工作，需要30mwx1msec=30μwsec的能量，而为了用电力产生装置1收集该能量，在30μwsec÷30μw=1sec的期间内在电容器9中积累能量即可。

如以上那样，即使是1μw这样的微小的电力，只要花费1秒这样的时间在电容器9中积累，就能够变换为能够使发送装置3在1msec这样的短时间内工作的能量。对于发送装置3，1msec这样的时间是对于发送信号充分的时间。但是，在这些讨论中，为了使事情简单化，假定没有损失。实际上，在电压变换电路装置2等中存在电压变换的损失，因此，上述值超过1秒。

当由发送装置3发送信号一次时，电容器9的电荷放电了发送装置3的发送电力的量。其结果是，不够发送装置3的最低工作，因此，发送停止。可是，如果在电力产生装置1的不同种类金属电极15之间电流产生菌依然是活性的，则在电力产生装置1的输出中产生电动势，因此，在电容器9中继续积累电荷。通过重复该工作，发送装置3理想地能够每1秒朝向网关装置4发送无线信号。

［第三实施方式］

与第一实施方式同样地基于图4来说明。本无线控制系统的电力产生装置1具体地通过利用氧化还原反应的电力产生装置和利用电流产生菌的电力产生装置来说明。本无线控制系统的电力产生装置1进而还能够适用于作为工作原理利用半导体的带隙的光电变换元件即太阳能电池等所构成的电力产生装置。在此，使用太阳能电池18进行说明。由1个电池单元（cell）构成的太阳能电池18的输出电压为0.5v以下，是不能直接使用的能量。即使是这样低的能量，如果利用本无线控制系统，则也能够活用为能够使电子设备工作的能量。

具有将由用至少1个电池单元的太阳能电池18构成的电力产生装置1产生的该低电压变换为更高的电压的功能的是电压变换电路装置2。该变换通常称为升压工作，作为手法，电荷泵电路等是公知的。由此，升压到2v左右的电压。

升压到2v左右的电压被施加到发送装置3，成为发送装置3的电源。该发送装置3由广泛利用的ble（bluetooth（注册商标）lowenergy）无线装置啦、采用sub-ghz等的无线通信方式的无线装置构成。采用这些方式的无线装置的最低工作电压为2v左右，因此，只要电压变换电路装置2能够将电力产生装置1的电压升压到2v左右，就能够用该电压来使发送装置3工作。具体而言，如果光照到电力产生装置1的太阳能电池18，则产生电压。相反，如果不是那样，则几乎不产生电压。

即，能够将照到太阳能电池18的光的有无变换为电压。如果是活性的（以下，这样称呼光照到的状态），则电力产生装置1的输出约为0v，如果不是活性的，则电力产生装置1的输出为0.5v左右。

如果太阳能电池18不是活性的，则必须通过一些单元向系统管理者传达使太阳能电池18活性化的必要性。如果电力产生装置1的输出电压有0.5v，则能够用电压变换电路装置2升压到2v左右，因此，能够利用该电压来驱动发送装置3。此时，通过向从发送装置3发送的信号数据8加入发送装置3的id，从而能够在用地内设置了多个电力产生装置1的情况下识别哪个位置是活性的。

此外，使电力产生装置1、电压变换电路装置2以及发送装置3一体化为节点装置11对于处理更好。

由网关装置4接收从发送装置3发出的信号数据8。由网关装置4接收的数据进而被转送到服务器装置5。服务器装置5的作用是与积累所转送的数据同时地分析该数据并反馈一些工作。例如，在太阳光发电的情况下，能够采取经由智能电话向在附近的管理者给出警报或者自动地使面板朝向太阳的方位以便使太阳能电池18活性化等动作。此外，在服务器装置5中积累信号数据8的接收间隔、设置位置、设置开始时间等，解析这些数据，由此，能够预测太阳能电池18的活性度、活性度好的场所或差的场所、需要清洁化的时期等，能够得到对太阳能电池发电的维护有用的信息。

为了使得能够进行该工作，从服务器装置5向执行器7发出指令信号10。具体而言，该指令信号10经由网关装置4被送到接收装置6，使执行器7工作。即，利用本无线控制系统，能够做出将由电力产生装置1感知的信号经由网关装置4转送到服务器装置5并且通过执行器7进行适当的处理的一系列流程。在此，执行器7具有例如使太阳能电池18的表面清洁的扫除功能19。在太阳能电池18的表面被大气中的尘土弄脏了的情况下，太阳能电池18的输出电压当然会降低。其结果是，在电容器9中积累的电荷变少，到能够发送无线信号的电压为止的电荷积累时间变长。其结果是，无线信号的发送间隔变长。相反，如果太阳能电池18的表面是清洁的且处于充分的发电状态，则无线间隔变短。即，无线间隔表示太阳能电池18的表面状态。在无线间隔比规定的时间长的情况下，能够使执行器7工作来使表面清洁。执行器7进行工作以使得利用太阳能电池18的清洁化功能19来使太阳能电池18的表面清洁化并且增大利用半导体的带隙的电力产生装置产生的电力。

在该系统中成为特征的是，在电力产生装置1、电压变换电路装置2和发送装置3中不需要用于使它们动作的电源。该电源通过由1个电池单元的太阳能电池18构成的电力产生装置1来制作。利用在此制作的电源来驱动电压变换电路装置2和发送装置3。

因此，电压变换电路装置2和发送装置3的功耗必须比由电力产生装置1制作的电力低。这是不现实的。原因是，在500lux的光量下在3cm角方的si太阳能电池中由电力产生装置1制作的电力为电压0.5v并且电流60μa左右，电力为30μw左右。另一方面，发送装置3的功耗需要30mw左右。于是，作为使其现实化的单元，配置了电容器9。即，用于利用30μw的发电来提供30mw的电力的元件是电容器9。

为了使需要30mw的电力的发送装置3在1msec的期间内工作，需要30mwx1msec=30μwsec的能量，而为了用电力产生装置1收集该能量，在30μwsec÷30μw=1sec的期间内在电容器9中积累能量即可。

如以上那样，即使是1μw这样的微小的电力，只要花费1秒这样的时间在电容器9中积累，就能够变换为能够使发送装置3在1msec这样的短时间内工作的能量。对于发送装置3，1msec这样的时间是对于发送信号充分的时间。但是，在这些讨论中，为了使事情简单化，假定没有损失。实际上，在电压变换电路装置2等中存在电压变换的损失，因此，上述值超过1秒。

当由发送装置3发送信号一次时，电容器9的电荷放电了发送装置3的发送电力的量。其结果是，不够发送装置3的最低工作，因此，发送停止。可是，如果电力产生装置1的太阳能电池18依然是活性的，则在电力产生装置1的输出中产生电动势，因此，在电容器9中继续积累电荷。通过重复该工作，发送装置3理想地能够每1秒朝向网关装置4发送无线。

再有，在此，用光电变换元件的例子进行了说明，但是，如果是热电变换元件等将物理量变换为电力的元件，则能够采用同样的无线控制系统。

附图标记的说明

1电力产生装置

2电压变换电路装置

3发送装置

4网关装置

5服务器装置

6接收装置

7执行器

8信号数据

9电容器

10指令信号

11节点装置。