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Fujitsu

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本技术介绍参考了以下链接
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2016年2月20日

业界首发!自由变形且无需更换电池的信标
超轻薄、免维护、减少安装和操作的时间

株式会社富士通研究所(注1)(以下简称,富士通研究所)开发出了厚度为2.5mm,重3g的超薄轻型信标(注2),其特点是无需更换电池,免维护,可安装于球状、转角、弯曲部位。

开发背景

目前采用Bluetooth Low Energy(注3)通信规格的节电信标,作为各种设备及传感器连接于网络的IoT(Internet of Things) 系统支持技术,备受关注。它便于智能手机通信,现在正通过将纽扣电池等驱动的小型信标安装在地下以及室内,进行获取人与物体位置信息的IoT系统验证。为了扩大信标的适用范围,首先要减少电池交换以便简化操作,而且要薄小,以便安装后不影响外观。其形状要有自由度便于随处安装,并要求信标即使掉下也不会摔坏。我们需要适用于任何形状的小型、超薄、柔软且无需交换电池的信标。

课题

无线通信模块通常在接通电源后至通信开始之间启动过程的耗电较大,为此,在使用功耗相对小的太阳能电池等时,会在蓄电元件上储存一次电力。这就需要这样一个电源控制系统,监测启动时所需功率,如果储存电力充足时,使用该电力转化到通信模式。

为了实现以上机制,原来使用的是内置电源监控电路的电源IC与二次电池等较大的蓄电元件。而且电源监控过度操作所需电力也依赖蓄电元件的容量。但电源IC与二次电池这些元件的厚度和占有面积决定控制整个电路的大小,并不能自由切换形状。

开发的技术

本次开发出的电源控制技术不依赖电源IC与二次电池等蓄电元件,而是通过低功率进行电源监控。将该技术应用于信标,与占有面积小的超薄配件组合即可实现电源控制。通过与太阳能电池一起安装在可伸缩的薄膜硅电池板上,实现了无需交换电池,灵活,保持薄膜特性,可弯曲设置的信标。

本次开发出的低功率电源监控电源控制技术具有以下特征:

本次开发出的电源控制技术在大功率无线通信模块通信开始之前,确认储存了所需电力后可临时停止电源监控(图1)。由于减少了通信启动前的所需功率,所以通过连接在太阳电池的小型蓄电元件即可供给无线通信模块启动所需电力。与以往技术相比,该蓄电元件用大约九分之一的尺寸即可实现,取代了原来的二次电池等较大蓄电元件(图1(b))。

通过减少通信前功耗,还可减轻用电时的电压变动,从而去掉了以往必须的电源IC。

电源控制操作系统
图1 电源控制操作系统

通信前临时停止电源监控机制由开关等小型元件构成,由于不需要原来的电源IC和二次电池等大型蓄电元件,使得元件占有面积减少到了原来的六分之一。而且元件数量少,即使与薄膜太阳能电池一起安装在超薄电池板上也可保持其灵活性与薄膜性能。

效果

通过将开发的电源控制技术应用于信标,并将其安装在富士通advance technology株式会社(注4)开发的可伸缩硅薄板上,实现了厚2.5mm,重3g的轻薄型信标(图2)。

该薄板耐弯曲和拉伸,不仅可以安装在曲面,还适用于衣服以及人手腕等活动目标的佩戴。

无需交换电池的超薄信标
图2 无需交换电池的超薄信标

通过本技术开发的信标与手机以及平板等配合使用,能够检测地下和室内的人所在场所区域,并实现设备实时定位检测,同时还将电池更换作业从半年一次减少为一年一次。另外,由于其灵敏性和薄膜特性,也可将其安装在顶棚和荧光灯间隙以及灯泡表面等以往不易安装的位置。

今后

富士通研究所将在实际现场对开发出的信标进行稳定性以及持续运行等的验证,目标于2016年度投入实际应用。今后希望通过该技术的应用,对扩大连接人与物的IoT使用范围做出贡献。

注释

注1 株式会社富士通研究所:
总公司所在地 日本神奈川县川崎市
社长 佐相秀幸
注2 信标:
为了表示自身存在与所处位置而发送相应的ID以及场所信息的设备。
注3 Bluetooth Low Energy:
作为Bluetooth4.0部分规格制定的短距离无线通信技术Bluetooth的扩展规范之一,利用2.4 GHz频带电波可实现超低功率通信。
注4 富士通advance technology株式会社:
总公司所在地 日本神奈川县川崎市
社长 大畑道信