JP2000216713A - 双方向伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中央局と複数の端末局とを２本の信号線で、且
つバス構成で結び、双方向通信しながら、双方向通信に
要する時間が短く、中央局から端末局へ電源を供給する
こと。 【解決手段】中央局から端末局への通信を２本の信号線
の相補的電圧信号で行い、この信号線によって中央局か
ら端末局へ通信し、端末局は外部機器を動作させる。同
時並行的に、端末局は外部機器の状態を得て、端末局か
ら中央局への通信を信号線の電流信号で行う。端末の電
源は２本の信号線の相補的電圧信号を整流することによ
って得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄道車両の運転室周
りの双方向伝送システムに係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の運転台、および運転室内のス
イッチ，表示灯などは、それぞれ対応する機器に接続さ
れていた。従って、その艤装配線数はスイッチ，表示灯
の個数の１倍から２倍であった。しかしながら、近年の
傾向として、対応する機器機能の高度化、およびモニタ
装置導入によるモニタリング、更にはスイッチからの指
令をモニタ装置を経由して対応する機器に伝達する機
能、あるいは対応する機器の動作状況をモニタ装置経由
で表示灯に伝達する機能が求められてきている。このた
め運転台、および運転室内の艤装配線数が飛躍的に増大
してきている。

【０００３】従来の技術では、スイッチから対応機器へ
の艤装配線数、および対応機器から表示灯への艤装配線
数は各々最大２本を必要としていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の艤装配線数を
低減する技術として、特開平8−251680 号公報「空気調
和機の制御通信装置」が開示させている。この技術は親
機と子機との伝送方式に半二重通信で、且つポーリング
手順を採用しており、親機と子機とのデータ、あるいは
子機同士のデータが衝突しないようにしている。このた
め親機と子機との双方向通信に要する時間は、長くなる
という問題があった。

【０００５】また、親機から子機へのオン・オフ信号を
伝送するため、所定の直流電圧（＋５Ｖ）に所定の振幅
電圧（＋７Ｖ）を重畳していた。親機，子機双方とも極
性一致回路を設けていたが、この回路は信号線の誤接続
による装置破損を防止するためであって、信号の伝送に
おいて２本の信号線の内、片方が信号線であり、もう一
方がグランド線（０Ｖ）であった。このため親機から子
機への伝送はノイズに弱いという問題があった。

【０００６】また、他の技術として、特開平7−131869
号公報「双方向データ通信方式及び双方向データ通信シ
ステム」が開示されている。この技術は端末コントロー
ラであるＳＶコントローラから中央制御装置側である散
水制御盤への通信時に駆動指令と電源供給とを兼ねた交
流信号をある位相にわたってカットするものであった。

【０００７】このカットは散水制御盤を構成するＳＶコ
ントロールトランスの出力を短絡することであり、ＳＶ
コントロールトランスに過度な負担を求め、結果として
トランスの過熱あるいはトランスの大型化を招くという
問題があった。また、鉄道車両特有の原則として運転に
係わる装置は、直流電圧、すなわちバッテリ電圧による
動作が要求されており、この点でも交流電源を前提とし
ているこの技術は問題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記の問題を鑑みてなさ
れたもので、双方向通信に要する時間が短く、耐ノイズ
性が高く、電源供給をする親機の特定の部品に過度な負
担を強いず、電源は直流とし、２本の信号線で中央局か
ら端末局へ電源を供給しながら、中央局と端末局との双
方向通信する双方向伝送システムを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、中央局と複数
の端末局とを２本の信号線からなるバス構成で結び、中
央局に設けられた二つの電圧発生手段により２本の信号
線を相補的電圧で駆動し、その相補的電圧で中央局から
各端末局への通信を行う。併せて、端末局は２本の信号
線に適切なインピダンスを挿抜することによって２本の
信号線の電流を変化させ、各端末局から中央局への通信
を行う。更に併せて、２本の信号線の相補的電圧を端末
局に設けられた整流手段で整流し、中央局から各端末局
への電源の供給を行う。上記の特徴を総合して前記目的
を達成する。

【００１０】即ち、本発明は、中央局と各端末局とを２
本の信号線からなるバス構成で結び、中央局から各端末
局へは相補的電圧で通信し、端末局から中央局へは電流
の変化で通信し、端末局の電源は中央局からの相補的電
圧を整流して得るので、艤装線たる前記信号線が２本で
済み、中央局から各端末に電源を供給しながら、中央局
と複数の端末局とで相方向通信ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図１から図４を参照して説明する。

【００１２】図１において、中央局１と２５５個の端末
局２とが、信号線３によってバス接続されている。図１
において示してないが、この信号線３は信号線３Ａ、お
よび信号線３Ｂの２本の信号線から成っている。

【００１３】図２において、中央局１は発振回路１−
１，４ビット長の通信カウンタ１−２，８ビット長の端
末カウンタ１−３，端末毎の出力ラッチ１−４−１から
１−４−２５５、その選択回路１−５，５ビット長の通
信データカウンタ１−６，ドライバ１−７Ａ，ドライバ
１−７Ｂ，レシーバ１−８，分配回路１−９，端末毎の
入力ラッチ１−１０−１から１−１０−２５５、および
反転回路１−１１から成っている。図示していないが、
電源Ｖｃｃは外部の直流安定化電源装置から供給され
る。

【００１４】発振回路１−１は一定周波数で発振する。
通信カウンタ１−２は発振回路１−１出力でインクリメ
ントする。通信カウンタ１−２は４ビット長なので、
“15”をカウント後“０”に戻る。選択回路１−５の出
力信号は、ドライバ１−７Ａを駆動し、反転回路１−１
１で反転されドライバ１−７Ｂを駆動する。従って、信
号線３Ａと信号線３Ｂとは相補的電圧となる。なお、ド
ライバ１−７Ａは信号線３Ａに対して、電流を流出させ
電圧ＶＣＣを出力だけでなく、電流を積極的に流入させ
電圧ＧＮＤを出力する。ドライバ１−７Ｂも信号線３Ｂ
に対して同様である。

【００１５】レシーバ１−８は、ドライバ１−７Ａとド
ライバ１−７Ｂとの合計電流、すなわち信号線３Ａと信
号線３Ｂとの合計電流の絶対値を検出し、全端末局の基
礎消費電流を除去し、特定端末局の応答信号を検出す
る。分配回路１−９は、レシーバ１−８で検出した信号
で、端末カウンタ１−３の指し示す端末毎の入力ラッチ
１−１０−１から１−１０−２５５の内の一つをラッチ
する。まず、原則的な中央局１の動作を記す。端末カウ
ンタ１−３は、通信カウンタ１−２が“０”に戻った場
合、インクリメントする。端末カウンタ１−３は８ビッ
ト長なので、“２５５”をカウント後“０”に戻る。選
択回路１−５は、端末カウンタ１−３の指し示す端末毎
の出力ラッチ１−４−１から１−４−２５５の内の一つ
を選択する。通信データカウンタ１−４は選択回路１−
５出力が“Ｈ”の場合、ディクリメントし、“Ｌ”の場
合、“８”にセットする。

【００１６】例外的な動作を記す。通信データカウンタ
１−４が“０”の場合、端末カウンタ１−３は保持し、
選択回路１−５出力は“Ｌ”となり、信号線３Ａは
“Ｌ”、および信号線３Ｂは、“Ｈ”となる。他は前記
の原則的な中央局１の動作と同じである。

【００１７】更に例外的な動作を記す。端末カウンタ１
−３が“２５５”の場合、通信データカウンタ１−４
は、“１５”にセットする。他は前記の原則的な中央局
１の動作と同じである。

【００１８】更に例外的な動作を記す。端末カウンタ１
−３が“０”で、かつ通信データカウンタ１−４が
“０”以外の場合、端末カウンタ１−３は保持する。選
択回路１−５出力は“Ｈ”となり、信号線３Ａは
“Ｈ”、および信号線３Ｂは、“Ｌ”となる。通信デー
タカウンタ１−４はディクリメントする。他は前記の原
則的な中央局１の動作と同じである。

【００１９】更に例外的な動作を記す。端末カウンタ１
−３が“０”で、かつ通信データカウンタ１−４が
“０”の場合、端末カウンタ１−３はインクリメントす
る。選択回路１−５出力は“Ｈ”となり、信号線３Ａは
“Ｌ”、および信号線３Ｂは、“Ｈ”となる。通信デー
タカウンタ１−４は“８”にセットする。他は前記の原
則的な中央局１の動作と同じである。

【００２０】図３において、端末局２は発振回路２−
１，４ビット長の通信カウンタ２−２，８ビット長の端
末カウンタ２−３，出力ラッチ２−４，８ビット長の比
較回路２−５，４ビット長の通信データカウンタ２−
６，スイッチング素子２−７，片方が反転入力となって
いる２入力のアンド回路２−８，８ビットのＩＤスイッ
チ２−９，入力ラッチ２−１０，インピダンスとしての
抵抗２−１１、および整流回路２−１２からなってい
る。

【００２１】発振回路２−１は一定周波数で発振する。
この周波数は発振回路１−１と同一である。図示してい
ないが、出力ラッチ２−４は外部機器を操作する。図示
していないが、入力ラッチ２−１０は外部機器の状態を
ラッチする。各端末局２のＩＤスイッチ２−９はユニー
クに設定される。比較回路２−５は、ＩＤスイッチ２−
９と後述する端末カウンタ２−３とを比較する。アンド
回路２−８は信号線３Ａと信号線３Ｂの反転とのアンド
論理をとる。整流回路２−１２は信号線３Ａと信号線３
Ｂとを交流側とし、整流して、直流側を端末２の電源と
する。

【００２２】まず、原則的な端末局２の動作を記す。通
信カウンタ２−２は発振回路２−１出力でインクリメン
トする。通信カウンタ２−２は４ビット長なので、“１
５”をカウント後“０"に戻る。端末カウンタ２−３
は、通信カウンタ２−２が“０"に戻ったとき、インク
リメントする。端末カウンタ２−３は８ビット長なの
で、“２５５”をカウント後“０”に戻る。通信データ
カウンタ２−６は、信号線３Ａと信号線３Ｂの反転との
アンドが“Ｈ”の場合、ディクリメントされ、信号線３
Ａと信号線３Ｂの反転とのアンドが“Ｌ”場合、“８”
にセットする。

【００２３】次に例外的な動作を記す。比較回路２−５
で、ＩＤスイッチ２−９と端末カウンタ２−３とが一致
した場合、出力ラッチ２−４は信号線３Ａと信号線３Ｂ
の反転とのアンドをラッチする。入力ラッチ２−８の出
力によりスイッチング素子２−７はオン、あるいはオフ
し、整流回路２−１２の直流側に設けられた抵抗２−１
１が挿入、あるいは抜去される。信号線３Ａ、および信
号線３Ｂの電流は、抵抗２−１１による電流と基礎消費
電流との合算が、あるいは基礎消費電流単独とに変化す
る。他は前記の原則的な端末局２の動作と同じである。

【００２４】更に例外的な動作を記す。通信データカウ
ンタ２−６が“０”で、且つ信号線３Ａと信号線３Ｂの
反転とのアンドが“Ｌ”の場合、通信データカウンタ２
−６は、“８”にセットする。端末カウンタ２−３は保
持する。他は前記の原則的な端末局２の動作と同じであ
る。

【００２５】更に例外的な動作を記す。通信データカウ
ンタ２−６が“０”で、且つ信号線３Ａと信号線３Ｂの
反転とのアンドが“Ｈ”の場合、通信データカウンタ２
−４は、“０”にセットする。端末カウンタ２−３は
“０”にセットする。他は前記の原則的な端末局２の動
作と同じである。

【００２６】更に例外的な動作を記す。端末カウンタ２
−３が“０”で、且つ信号線３Ａと信号線３Ｂの反転と
のアンドが“Ｈ”の場合、通信カウンタ２−２は“０”
にセットする。端末カウンタ２−３は保持する。通信デ
ータカウンタ２−６は、“０”にセットする。他は前記
の原則的な端末局２の動作と同じである。

【００２７】更に例外的な動作を記す。端末カウンタ２
−３が“０”で、且つ信号線３Ａと信号線３Ｂの反転と
のアンドが“Ｌ”の場合、通信カウンタ２−２はインク
リメントする。端末カウンタ２−３は保持する。通信デ
ータカウンタ２−６は、“８”にセットする。他は前記
の原則的な端末局２の動作と同じである。

【００２８】以上の説明について、中央局１、および２
２５個の端末局２の動作をまとめると、以下のようにな
る。ここで信号線３Ｂは信号線３Ａと相補的なので、信
号線３Ｂの電圧は省略する。図２で説明したように、通
信カウンタ１−２は常時インクリメントしている。信号
線３Ａの電圧は、通信開始時に１５クロック分“Ｈ”と
なる。通信カウンタ２−２，端末カウンタ１−３、およ
び端末カウンタ２−３は“０”にセットしている。

【００２９】次いで、１クロック分“Ｌ”となる。この
時、通信カウンタ２−２はインクリメントする。この動
作によって、通信カウンタ２−２は通信カウンタ１−２
と同期する。端末カウンタ１−３、および端末カウンタ
２−３はリセットしている。通信カウンタ１−２と通信
カウンタ１−２とが同期しているので、以下順次クロッ
ク毎に端末カウンタ１−３、および端末カウンタ２−３
は同期してインクリメントする。

【００３０】図４は、選択回路１−５と信号線３Ａ、お
よび信号線３Ｂの電圧との関係を示している。端末カウ
ンタ１−３と端末カウンタ２−３とが同期しているの
で、ＩＤスイッチ２−９と端末カウンタ２−３とが一致
した端末２の出力ラッチ２−４は、信号線３Ａをラッチ
する。同時に整流回路２−１２の直流側に設けられた抵
抗２−１１が、入力ラッチ２−１０により挿抜され、信
号線３Ａ、および信号線３Ｂの電流が変化する。

【００３１】図５は、入力ラッチ２−１０と信号線３
Ａ、および信号線３Ｂの電流との関係を示している。レ
シーバ１−８は、信号線３Ａと信号線３Ｂとの電流の絶
対値を検出し、全端末局の基礎消費電力を除去し、特定
端末局の応答信号を検出する。分配回路１−９は、レシ
ーバ１−８で検出した信号で、端末カウンタ１−３の指
し示す端末毎の入力ラッチ１−１０−１から１−１０−
２５５の内の一つをラッチする。すなわち、中央局１と
特定端末局２との双方向通信が同時並行的に行われる。
図６はこの双方向通信を示している。ただし、信号線３
Ａの電圧が“Ｈ”が８クロック分を超える場合、“Ｌ”
が挿入される。この動作は、前述の通信開始と区別する
ためである。

【００３２】他の実施例として、端末局２にタイマ２−
１３を設け、ＩＤスイッチ２−９と端末カウンタ２−３
とが一致するとき、タイマ２−１２はリセットし、一致
しないとき、タイマ２−１２は計時を継続する。タイマ
２−１２が所定の時間を計時すると、出力ラッチ２−４
はリセットする。本実施例では、何らかの理由で中央局
１が動作しなくなった場合、端末２の出力ラッチ２−４
は所定時間後にリセットする。

【００３３】更に他の実施例として、端末局２に所望ビ
ット長のシフトレジスタ２−１４を設け、ＩＤスイッチ
２−９と端末カウンタ２−３とが一致したときの信号線
３Ａの“Ｈ”、あるいは“Ｌ”が所望回数以上に亘って
一致している場合、端末２の出力ラッチ２−４はセッ
ト、あるいはリセットする。本実施例では、信号線３
Ａ、あるいは信号線３Ｂに電磁ノイズが乗った場合、端
末２の出力ラッチ２−７は電磁ノイズによる誤動作が少
なくなる。本発明の伝送システムは電磁ノイズの影響が
少ないとは言え、皆無とは言えないためである。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、中央局と複数の端末局
とを２本の信号線のバス構成で接続することができ、即
ち車両の艤装配線数を減少することができる。また、中
央局から端末局への通信は相補的電圧により、および端
末局から中央局への通信は電流の変化によっているの
で、基本的に電磁ノイズに強い。また、中央局と各端末
局との通信が同時並行的に行われ、半二重で且つポーリ
ング手順を採用した伝送方式に比べ、はるかに伝送効率
が良い。また、中央局から全端末へ通信電力も供給でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の双方向伝送システムの一実施例を示す
全体構成図である。

【図２】中央局のブロック図である。

【図３】１個の端末局のフロック図である。

【図４】選択回路１−５と信号線３Ａ，信号線３Ｂの電
圧との関係を示す波形図である。

【図５】入力ラッチ２−１０と信号線３Ａ，信号線３Ｂ
の電流との関係を示す波形図である。

【図６】中央局と端末局の双方向通信を示す波形図であ
る。

【符号の説明】

１…中央局、１−１，２−１…発振回路、１−２，２−
２…通信カウンタ、１−３，２−３…端末カウンタ、１
−４−１…１番目端末用の出力ラッチ、１−４−２５５
…２２５番目端末用の出力ラッチ、１−５…選択回路、
１−６，２−６…通信データカウンタ、１−７Ａ…信号
線３Ａ用ドライバ、１−７Ｂ…信号線３Ｂ用ドライバ、
１−８…レシーバ、１−９…分配回路、１−１０−１…
１番目端末用の入力ラッチ、１−１０−２５５…２２５
番目端末用の入力ラッチ、１−１１…反転回路、２…端
末局、２−４…出力ラッチ、２−５…比較回路、２−７
…スイッチング素子、２−８…片反転アンド回路、２−
９…ＩＤスイッチ、２−１０…入力ラッチ、２−１１…
抵抗、２−１２…整流回路、２−１３…タイマ、２−１
４…シフトレジスタ、３…２本の信号線、３Ａ…信号線
３Ａ、３Ｂ…信号線３Ｂ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 和博 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸工場内 Ｆターム(参考） 5K032 AA01 AA04 AA07 BA06 BA08 DA11 DB08 DB09 DB32 5K046 AA01 BA02 CC16 PP01 PP07 PS31 YY01 5K048 AA00 AA01 BA28 DA02 DC04 EA16 FA04 FA07 HA01 HA02 HA32

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央局と複数の端末局とを２本の信号線で
   結び、この信号線によって該中央局から該端末局へ通信
   し、該端末局は外部機器を動作させ、該端末局は外部機
   器の動作を指令し、該端末局は外部機器の状態を得て、
   該端末局から該中央局への通信し、および該中央局から
   該端末局への電力供給を行う双方向伝送システムにおい
   て、前記中央局から前記端末局への通信は前記信号線の
   相補的電圧信号で行い、前記端末局から前記中央局への
   通信は前記信号線の電流信号で行い、前記中央局から前
   記端末局への通信と前記端末局から前記中央局への通信
   とを同時に実行し、および前記端末局の電源は前記中央
   局から前記端末局への前記信号線の相補的電圧信号を整
   流することによって得ることを特徴とする双方向伝送シ
   ステム。
2. 【請求項２】請求項１において、前記端末局にタイマを
   設け、一定時間を超えて前記中央局からの通信が成立し
   ない場合、前記端末局は外部機器の動作を停止すること
   を特徴とする双方向伝送システム。
3. 【請求項３】請求項１において、前記端末局にシフトレ
   ジスタを設け、一定回数を超えて前記中央局からの指令
   が一致しない場合、前記端末局は外部機器の動作を保持
   することを特徴とする双方向伝送システム。