Proposal/KS2100/FDTX の履歴(No.18)

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  • 1 (2005-06-27 (月) 02:06:14)
  • 2 (2005-07-21 (木) 05:00:00)
  • 3 (2005-07-21 (木) 07:55:03)
  • 4 (2005-07-25 (月) 08:02:22)
  • 5 (2005-07-25 (月) 09:33:29)
  • 6 (2005-07-26 (火) 03:50:09)
  • 7 (2005-07-26 (火) 04:54:54)
  • 8 (2005-07-27 (水) 05:38:24)
  • 9 (2005-07-27 (水) 05:44:59)
  • 10 (2005-07-29 (金) 04:19:10)
  • 11 (2005-08-02 (火) 00:06:48)
  • 12 (2005-08-08 (月) 01:05:24)
  • 13 (2005-08-09 (火) 04:58:25)
  • 14 (2005-08-09 (火) 08:33:55)
  • 15 (2005-08-19 (金) 21:21:08)
  • 16 (2005-08-20 (土) 19:35:41)
  • 17 (2005-08-22 (月) 07:55:24)
  • 18 (2005-08-22 (月) 09:59:07)

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KS2100でFDTXを作る

#navi(contents-page-name): No such page: Proposal

CONTENTS

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REFERENCES

• http://www.hitachi.co.jp/wirelessinfo/
• http://www.c-guys.jp/
• http://www.aeroscout.co.jp/

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はじめに†

• FDTX(Field Data Transmitter)と呼ぶことにしよう。
• FDAU(Field Data Aquision Unit)はNTT-ATとTechnolinikが取組んでいるヤツ
• 要するにKS2100にTCP/IPを搭載して、センターに接点情報、アナログ情報を送信する装置。
• 主題は、KS2100にTCP/IPを搭載すること。
• どっかのISPにデータベースはおまかせ。
• ウチでデータベースの試作は必要かも。
• MySQLあたりで、ネットワークからのデータ受信で簡単な方法は何だろう?

日立ワイヤレスインフォベンチャーカンパニー†

• 最初の要求仕様。spec0721.pdf
• 内容が無いよう

要求仕様 2005-07-28†

• M仕様は納期厳守
  • 法務省
  • 山口県みねの刑務所
  • 囚人監視

• 汎用は今後の展開。安く大量に。
• AS仕様はM仕様のコンペティター

• サイズはカードサイズ
• リチウムイオン電池1,000mAh
• probe発信
• 温度-10-50
• ON/OFFスイッチはなし
• 生活防水
• 電源電圧を監視して，ある閾値より落ちたら通知

• IP電話もつく
  • IP電話のロケーションを特定したい。

• 11b完全準拠に固執してはいないので端末側で電力制御したい。

• 秋田電子とhitachiAkibaの執行役員がいっしょらしい。
  • 1,000/lotの場合，秋田電子は少しは無理がきくらしい。
  • hitachiAkibaの方で秋田電子に連絡。
  • 秋田電子が受注してデザインすることはできないと思われる。
  • ウチの名前はまだ出していない。

課題†

• MAC部分に無線タグ機能を搭載
• connectしてUDP送信はイヤ。
  • 時間がかかるし消費電力があがる。

• 消費電力
  • タグが複数あった場合，probeリクエストが絶え間なく発生するためにスリープしない
  • 前の案件はそれが引っかかった
  • プロプラにするとAPの汎用性が落ちる。
  • 電源系制御回路を分離しないと，電源の切断とかが大変

• エアロスタカウト？AS
  • NECが担いでるんだけど，汎用端末
  • 消費電力でうそをついているか，11bに準拠していない

量産体制†

• 1000/lot
  • 500個とか300個とかはどうでしょう？
  • 工場と打ち合わせ
  • 日立側で部品調達もあり

• 製造精度の条件が厳しい案件
  • 国の仕事で，絶対に失敗できないもの
  • 日立グループに取りまとめてもらって，その代わり筐体作成もあり
  • 日立グループが責任を持つため。
  • 人間が40〜50人が最大
  • あるエリアに300〜400集まる場合がある

• TELECはOK
• 箱はわれわれ経由で

• 相積をとりますが技術力が優先

検討項目†

• CPUを使用するかどうか
  • R8C 8MHz

• ソースの公開
  • CPUをおいた場合はソース公開するが，firmwareだと公開しない。
  • 11bの上の部分はソース公開の可能性。

• 非接触の充電が厳しい。
  • アンテナが大きい。
  • 効率が悪い。充電時間8時間の解はあるか？

• 24時間充電して10分使用とかならOK
• 生活防水
  • (4) 水を外部からかけても壊れないレベル。
  • 携帯電話レベルよりひとつ上。

• 量産時の検査項目

• グリーン調達
  • hitachiのcriteriaではどこも受注できないぐらい厳しい。

• 謎用語
  • てもどり
  • まてこん

質問事項†

• TCP/IPプロトコルスタック搭載が必要か?→必要なし
• 位置検出のためのTAG側の処理は?→なし
• 送信内容はProbe Requestのみ?→その通り
• 設定内容は?(SSID, 周波数など)→出荷時設定
• ユーザ設定用ポートの要不要→ユーザ設定は無し

• KSCの最新チップセットが低消費電力と考えられる。->外付け回路無し→協議の上、決定する。
• 外部I/Oの消費電力→無いことが前提
• 充電回路→WiViComにおまかせ
• 一次試作、二次試作でTELECは必要か?→必要

• 仕様決まり次第、外注先を紹介する。
• MACアドレスは何を使う?

要求仕様 2005-8-18†

• 開発設計スコープ
  • 一次試作は大きめ、二次試作で500円玉サイズ、量産は二次試作ベース
    • 充電回路内蔵で500円玉サイズは無理。
    • すなわち、M仕様で500円玉サイズは無理。
  • 期間厳守

• 一次試作
  • 基板サイズ45x60mm
  • 無線仕様IEEE802.11b。Probe Requestを定期送信
  • 連続動作168時間以上
  • 電池容量1000mAh
  • 電池寿命500回。5年
  • 電池電圧低下フラグ。Probe Requestパケット内に含める
  • データ送信用パケット
    • Probe Requestの構造を調べる
  • タイマー機能。曜日、時分秒(RTCが必要)
    • M仕様では不要
    • 一次試作に含めるか?
  • 充電方式は非接触充電。不可の場合はデータを添えて端子充電
  • 筐体仕様。一次試作は持ち運べるサイズ。二次試作では名刺サイズ
  • 動作温度。-10〜60℃、湿度95%、海抜3000m
  • 保管温度。-20〜70℃、電池別
• 量産前二次試作(量産直前の試作)
  • 量産化時基板サイズ。500円硬貨相当
  • 筐体仕様。防水、防塵、落下
  • 消費電力目標。AS社タグ仕様。第一次目標はM仕様
  • 外部I/F。保留
  • 量産時はグリーン調達対応
  • QA項目。一次試作に準ずる
    • 一次試作時のQA項目が不明
• 検収物品(一次試作、二次試作、量産)
• 契約条件

消費電力の検討†

RF LSI (KS2030)の消費電流†

BB+MAC LSI (KS2101)の消費電流†

KSCチップセットの消費電流†

• 2秒に1回、Probe Requestパケットを送出する。→1ms(11Mbps時)
• 送信時200mAとして、2秒間隔で1ms送信したときの平均電流は0.1mA。
• Sleep Modeの電流は0.061mA。
• 従って、無線タグの平均消費電流は0.161mAとなる。
• 1000mAhのバッテリを利用すると、1000/0.161 = 6211時間。すなわち259日間となる。
• 反対に、1週間(168時間)もたせるには、168*0.161 = 28mAhのバッテリが必要となる。
• 他に、バッテリ充電回路、フラッシュROMなどが必要。

フラッシュROMの消費電流†

• WLAN部が2秒間隔で1msだけ動作するためには、上位からファームウエアをダウンロードできない。
• MAC用のフラッシュROMが必要。
• MBM29LV800で試算。

  ITEM	TYP	UNIT	REMARK
  ACTIVE	27.3	mA
  STANDBY	0.00546mA	mA

• 2秒間隔で1msを平均すると、0.0192mA

充電回路の消費電流†

• バッテリはリチウムイオンか?入手性は?
• 非接触
• トラ技2004/2
• 例として、MAX8808リチウムイオン充電IC
• 動作時はBAT端子の入力漏れ電流になる。TYP=1uA、MAX=10uA。

水晶発振器の消費電流†

• KYOCERA K2520で試算。

  ITEM	TYP	UNIT	REMARK
  ACTIVE	8	mA
  STANDBY	0.02	mA

• 発振イネーブルに3ms必要
• チップセットの消費電流に含まれている。

外付けCPUの消費電流†

• R8C/15のシステムクロックはMAX20MHzなので、KS2101のクロック44MHzは直結できない。
• R8C/15の高速オンチップオシレータモードは低消費電力。ただし、8MHz。
• 2秒間隔で高速オンチップオシレータモードになるとして、その他は75uAとすると、平均で0.0774mA。

まとめ†

基板サイズの検討†

• 各LSIのサイズ

  ITEM	MANI.	PARTS	SIZE	REMARK
  RF LSI	KSC	KS2030	6x6x0.203mm
  BB+MAC LSI	KSC	KS2101	12x12x1.11mm
  Flash ROM	SPANSION	MBM29LV800	20x12x1.1mm
  BATTERY	MAXIM	MAX8808	2x2x0.8mm
  OSC	KYOCERA	KC2520	2.5x2x0.8mm
  ANT	TSS	AT-DE024	6.7x9.8x1.0mm

  • KS2030はPA内蔵、SAW内蔵

• CPUのサイズ

  ITEM	MANI.	PARTS	SIZE	REMARK
  CPU	Renesas	R8C/1554	6.5x6.4x1.45mm

到達距離の検討†

• 通信可能距離の式(SHF帯用)
  

  : 受信機の感度[W]
  : 受信アンテナの相対利得(ダイポール比)[倍]
  : 送信電力[W]
  : 送信アンテナの相対利得(ダイポール比)[倍]
  : 波長[m]
  : 距離[m]

• IEEE802.11bの受信機の感度は、11Mbps時-80dBm程度である。すなわち、[W]となる。
• 受信アンテナは、一般的なAP用のコーリニアアンテナとすると、2.14[dBi]程度ある。 従って、1/2λダイポールとの相対利得だと、2.14 - 2.15 = 0.01[dB]となり、 [倍]となる。
• 送信電力は、KS2030の仕様書より、15dBmである。すなわち、[W]である。
• 送信アンテナは、誘電体アンテナとすると、1.34[dBi]程度である。 従って、1/2λダイポールとの相対利得だと、1.34 - 2.15 = -0.81[dB]となり、 [倍]となる。
• 波長は、2450[MHz]のとき[m]である。
• 以上より、[m]となる。

非接触充電†

• 相互インダクタンス
  

  : 2次コイルの起電電圧[V]
  : 相互インダクタンス[H]
  : 1次コイルの電流変化[A/s]

• 結合係数
  

  : 相互インダクタンス[H]
  : 結合係数(漏れ磁束のないとき
  : 1次コイル、2次コイルのインダクタンス[H]

• 代入すると
  
• つまり、2次側の電圧を高くするには、
  • 周波数を高くする
  • インダクタンスを大きくする
  • 結合係数を大きくする

• プリントコイルの計算式
  • 正方形コイル
    
    
    

    インダクタンス[uH]
    巻数
    
    
    コイルの外形寸法[インチ]
    コイルパターンの間隔[インチ]
    

  • 線幅を0.5mm、間隔[mm]とする。
  • 巻数とすると、コイルの外形寸法[mm]となる。
  • 
  • 
  • [uH]

• 具体的に検討する
  • 入力電流を5MHz, 120mAとすると、電流の変化量
  • 出力電圧は、
  • 2次側インダクタをプリント基板上に構成して、[uH]とする。
  • 2次側で取り出したい電圧を5Vとする。
  • 結合係数は0.1とする。
    
  • すなわち、0.5267mH以上のコイルに、5MHzの交流を120mA流せばよいことになる。
  • 0.5267mHのコイルの5MHzでのインピーダンスは16.55kΩ。
  • インピーダンス16.55kΩに120mA流すには、2kVが必要→非現実的
  • 再検討
  • 一次側インダクタンス10uH, 二次側インダクタンス100uHあたりがよさそう

• Li-ion充電LSIの入力電圧は4.25V〜15V

まとめ†

• 1000mAhの二次電池を8時間で充電するためには、125mAで充電する必要がある。
• 充電電圧5Vとすると、非接触充電の二次コイル側の電力は0.625Wが必要になる。
• 一般的に、非接触充電の効率が20%だとすると、一次コイル側に3.125Wが必要になる。

コイルの検討†

• コイルの最大電圧
  

  :最大電圧[V]
  :印加電圧の周波数[Hz]
  :巻数
  :コアの実効断面積[cm^2]
  :限界磁束密度[Gauss]
  

基礎実験†

• コイルの試作
  
• ギャップ0mmの入力波形、出力波形
  
• ギャップ3mmの入力波形、出力波形
  

     

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