ZigBeeモジュールを使用したモデル・ロケット軌道計測システムの製作

● 計測システムの構想

　Hamana-4では，モデル・ロケットに搭載するシステム（ペイロード）に何らかのセンサを搭載し，飛行中のデータを記録することが規定されています（図1）．ヴィッツ製の観測モジュール・キットにはフラッシュROMが搭載されており，測定したデータをこのフラッシュROMに記録することを想定しています．しかし，ほかのチームの計画書を見ると，既に同じようなシステムを採用しているチームがありました．ほかのチームと異なるシステムを開発したいと考え，別の方法を検討した結果，無線通信によって計測データをリアルタイムで地上局に伝送し，地上局でデータを記録することにしました（図2）．この方法ならフラッシュROMのデバイス・ドライバが不要なので，開発するソフトウェアのボリュームも削減できます．

図1　Hamana-4レギュレーション（抜粋，要約）
全文はhttp://www.hamana-x.com/wiki/wiki.cgi?page=Hamana4regulationで参照できる．

図2　開発するシステムの全体像
計測データを無線通信によってリアルタイムにモデル・ロケットから地上局に伝送し，地上局でデータを記録する．

● 無線通信方式の選定

　利用可能な無線通信の候補として，携帯電話やPHSのデータ通信，UWB（Ultra Wideband），Wi-Fi（IEEE802.11a/b/g），Bluetooth，ZigBee（IEEE 802.15.4），特定小電力無線を検討しました（図3，表1）．モデル・ロケットに搭載することから，以下の条件を満たすことが必須であると考えました．

図3　無線通信方式の比較

今回のシステムの場合，伝送速度としてはいずれの方式も条件を満たしている．しかし伝送距離を考慮すると，ぐっと候補が絞られてくる．

名　称	伝送速度（bps）	伝送距離（m）	消費電力	備　考
UWB	480M	30	大？	モジュールが存在しない
Wi-Fi（802.11a/b/g）	11M～54M	100	大	小型モジュールがない
Bluetooth	1M	10	中	―
ZigBee（802.15.4）	250K	100～300	小	―
携帯電話	64K	サービス・エリア内	大	―
PHS	64K	サービス・エリア内	中	―
特定小電力無線	100K～1M	30～250	小	2.4G SS方式のモジュール

表1　各無線通信方式の特徴

• 伝送距離は200m以上（ロケットの飛行距離を考慮）
• 伝送速度は38,400bps以上（理由は後述）
• 消費電力が低いこと
• 軽量であること
• 日本国内の法基準に適合していること