JP2009237692A - 火災警報器 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力削減や長寿命化、あるいは部品点数削減によるコスト削減等諸々の要請のもと、火災警報器として不可欠な各種機能を確実に動作させることが可能な住宅用火災警報器を提供することを目的とする。
【解決手段】 周波数精度が低いクロック生成手段（クロックソース）を用いたマイクロコントローラのＣＰＵクロック８を周波数精度の高い基準クロック生成手段６によりＣＰＵクロックを調整して、警報出力信号の周波数および所定出力間隔を一定にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、住宅用火災警報器に関する。

従来、戸建て住宅等の天井や壁に設置される住宅用火災警報器が知られている。この住宅用火災警報器は、電池やＡＣ電源等を駆動電源とし、火災要因である煙や熱を検出すると、周囲の住民にブザーや音声などの警報音で火災発生を知らせるものである。

また、この種の住宅用火災警報器は制御回路ＩＣなどを備えている。制御回路ＩＣには、汎用の水晶振動子を用いた汎用のマイクロコントローラが使用され、低消費電力（スリープと割り込み）かつ高速処理により、上述の火災検出処理や、さらには点検や故障診断処理など火災警報器の各種の制御処理を行っている。

ところで、汎用マイクロコントローラ（制御回路ＩＣ）は、用途に応じてクロック信号生成手段（基準クロック生成手段）となる汎用の水晶振動子を利用するものや、例えばマイクロコントローラに内蔵されたＣＲ回路などによる高速の内部クロック信号生成手段を利用するもの、あるいは、これら２つを利用するもの等様々である。しかし、住宅用火災警報器においては、従来より消費電力削減や長寿命化が求められており、火災警報器の火災検出機能についてこれらの要請を実現するには、汎用の水晶振動子（基準クロック信号生成手段）と内部クロック信号生成手段を利用したマイクロコントローラが好適である。

すなわち、例えば煙式の火災警報器の場合には、マイクロコントローラ（詳細にはマイクロコントローラのＣＰＵ）は、煙検出用のＬＥＤを数秒から数十秒周期（以下、Ｔ［ｓｅｃ］）で発光させればよく、この計時には低速クロックを使用すればよい。一方、マイクロコントローラは、発光周期のＴ秒をカウントした時点でスリープモードからアクティブモードに移行し、さらに火災検出処理プログラムを起動させるとともにＬＥＤを発光させて高速で火災検出処理制御を行う（数百μ秒、以下、ｔ［μｓｅｃ］）。そして、火災検出処理が完了した後、アクティブモードから再びスリープモードへ移行する。

つまり、火災警報器の火災検出処理機能については、火災検出を行うタイミングの計時は低速周波数のクロックのみを使用するのでマイクロコントローラ全体は低消費電力となり、火災検出処理制御時には、高速周波数のクロックを使用して高速処理を行い、その結果、高電力消費の時間を短くして、マイクロコントローラの消費電力を抑えている。
なお、発光周期については計時の精度（周波数精度）は、厳密には要求されてはおらず、具体的には、火災警報器全体の消費電力と消防法で定められた所定条件のもとで所定時間内（６０秒内）に火災検出して火災警報を行える程度の計時の精度（周波数精度）を満たせば良い。したがって、上述したような汎用のマイクロコントローラの基準クロック信号生成手段や内部クロック信号生成手段であれば周波数精度は満たされている。

さらに、火災警報器は、火災や電池電圧低下などを検出したときに制御回路ＩＣから出力された警報出力信号を受信して警報出力を行う警報出力部が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−０４８１９４号

この警報出力部は、例えば、制御回路ＩＣから出力されたＯＮ／ＯＦＦの警報出力信号を出力して増幅するコイルと、ブザーやスピーカなどの警報出力手段とにより構成されている。また、制御回路ＩＣから出力されたＯＮ／ＯＦＦの警報出力信号を所定の周波数に変調する発振回路と、信号増幅する増幅回路と、増幅された警報信号を出力するブザーやスピーカなどにより構成されているものもある。
一方、火災警報器は、消防法の規格で定められているように７０ｄＢ以上の音圧で警報出力を行うようにしている。そして、人間、特に老人などが警報音響を確実に聞き取ることの可能な約３ＫＨｚの周波数で警報出力することが好ましく、ブザーに送出する警報出力信号は周波数３ＫＨｚに設定されている。また、例えば、火災警報器のブザー収納部の構造は、ブザーから出力される場合の警報音響の周波数帯域が３ＫＨｚを中心に２ＫＨｚ〜４ＫＨｚとなるように、その構造による共鳴なども考慮した設計がなされている。

さらに、火災警報器に対しては、消費電力削減や火災警報器の長寿命化、あるいは部品点数削減によるコスト削減等諸々の要請があり、以上から警報出力時にはマイクロコントローラが警報出力信号の出力によって発振制御を行うことが有効である。

ところが、マイクロコントローラ自体の特性により、内部クロック信号生成手段は、温度や電圧により計時精度（周波数精度）が大きく変動してまうことが知られており、マイクロコントローラは、警報出力のための信号出力による発振制御を行う場合も、内部クロック信号生成手段により生成した信号に基づいて警報出力信号を出力しているため、前述したような予め設定された所定の出力間隔かつ所定の周波数に設定された警報出力信号を正確に出力しているか否かを認識できない。
すなわち、前述した例では、予め設定された音圧や音色などで確実にブザー警報出力がなされないという問題が生じた。特に、火災警報器は、広い許容温度範囲で各種機能が正常かつ確実に動作することが求められているため深刻な問題となっていた。

したがって、本発明は、上記のように、消費電力削減や長寿命化、あるいは部品点数削減によるコスト削減等諸々の要請のもと、火災警報器として不可欠な各種機能を確実に動作させることが可能な住宅用火災警報器を提供することを目的とする。詳細には、上記各要請を実現するにあたって高い周波数精度が求められた警報出力機能において、周波数精度が低いクロック信号生成手段（クロックソース）を用いたマイクロコントローラのＣＰＵクロックを周波数精度の高い基準クロック信号生成手段によりＣＰＵクロックを調整し、確実な警報出力を行うことが可能な住宅用火災警報器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の火災警報器は、内部クロック信号生成手段を備えた制御回路部と、前記内部クロック信号生成手段より周波数精度の高い基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段と、前記制御回路部から警報出力信号を受信して警報出力を行う警報出力手段とを備えた火災警報器において、前記制御回路部は、前記基準クロック信号の周波数に基づいて前記内部クロック信号の周波数が所定の周波数に維持されるように補正し、該所定の周波数に維持された内部クロック信号の周波数に基づいて前記警報出力信号を前記警報出力手段に出力することを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、前記請求項１に記載された火災警報器において、前記制御回路部は、変調回路を備えており、前記基準クロック信号をカウントするごとに前記内部クロック信号のパルスカウント値を順次記憶するとともに記憶した前後のパルスカウント値の差分を算出し、該差分が所定の規定値と一致しないときまたは所定の規定値範囲にないときに内部クロック信号の周波数を前記変調回路により前記所定の周波数に変調して補正することを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、請求項１乃至請求項２記載の火災警報器において、前記制御回路部は、前記所定の周波数に維持された内部クロック信号に基づいて所定時間を計時し、該所定時間毎に前記警報出力信号を前記警報出力手段に出力することを特徴とする。

本発明によれば、本発明の住宅用火災警報器は、消費電力削減や長寿命化、あるいは部品点数削減によるコスト削減等を実現しつつ、かつ、確実な火災警報を行うことが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
（火災警報器の構成と機能）
図１は、本発明の火災警報器の一例であって、煙などの火災要因を検出してブザー音や音声で警報を行う火災警報器１００を示す概略構成図である。
図１に示されるように火災警報器１００は、電池やＡＣ電源などの電源部５０、火災を検出するセンサー回路部３０、制御回路部１（マイクロコントローラ１）、警報出力部４０、作動表示部６０、スイッチ入力部７０を備えている。
なお、本実施の形態は、電源部５０に電池を使用し、警報出力部４０にブザーを用いた煙式の住宅用火災警報器について説明する。

火災警報器１００は、電源部５０によって駆動し、寝室など所定の監視エリアの火災発生を監視している。監視エリアで火災が発生すると、火災警報器１００は、センサー回路部３０において火災要因を所定の物理量に変換し、火災検出信号を制御回路部１へ送信する。制御回路部１は、各種制御を行うＣＰＵを備えた汎用のマイクロコントローラであり、火災検出信号を受信して火災判断処理を行い、火災を検出した判断すると、警報出力部４０へ警報出力信号を送出し、警報出力部４０の警報出力手段であるブザー（図示せず）により警報鳴動を行わせる。また作動表示部６０に点灯制御信号を送出して作動表示灯（図示せず）を点灯表示する。なお、スイッチ入力部７０は、ブザー鳴動を停止するための操作部（警報音響停止ボタン）であり、試験スイッチでもある。
また、火災警報器１００は、制御回路部１（以下、マイクロコントローラ１という）の基準クロック信号生成手段（基準クロックソース）として、例えば、ユーザーの要求する周波数精度に応じて外付け可能な周波数３２．７６８ＫＨｚ、周波数精度±２０ｐｐｍクリスタルの汎用水晶振動子（クリスタルオシレータ）６を備えている。

次に、マイクロコントローラ１およびマイクロコントローラ１による火災警報器１００の各種制御について説明する。
マイクロコントローラ１は、図１に示されるように、クリスタルオシレータ６を発振させる発振回路５と、クリスタルオシレータ６の発振信号を入力してカウントするタイマ１（補助クロック用カウンタ）（図１の番号７、以下「タイマ１（７）」という。）と、タイマ１（７）の計時に基づいてスリープモードおよびアクティブモードで動作するＣＰＵ２と、ＲＡＭ３およびＲＯＭ４と、内部クロック８（内部クロック信号生成手段８）と内部クロック８の発振信号を入力してカウントするタイマ２（メイン・クロック用カウンタ）（図１の番号９、以下「タイマ２（９）」という。）と、内部クロックのＣＲ等の選択をソフトウェア（ＣＰＵ）によるビット設定によって変調・設定可能な設定部１０（変調回路１０）とを備えている。

マイクロコントローラ１のタイマ１（７）は、基準クロック信号生成手段であるクリスタルオシレータ６から発振した発振信号をカウントし、１[sec]をカウントするごと（約３２７６８カウント毎）に、タイマ１（７）からの割り込み信号をＣＰＵ２に送出する。ＣＰＵ２が割り込み信号を受信すると、スリープモードからアクティブモードに移行する。そして、アクティブモード時に、ＣＰＵ２は、内部クロック８を起動させて各種の制御処理を行う。
なお、マイクロコントローラ１は、アクティブモードは１ＭＨｚの３Ｖで３００μＡの消費電流で動作しており、スリープモード時は３Ｖで１．６μＡの消費電流を要する。また、クロックルーチンは１３０μＡで動作する。

具体的には、マイクロコントローラ１のＣＰＵ２は、例えば１６［sec］計時毎に火災検出判断プログラムを起動させ、センサー回路部３０に設けられた煙検出用発光ＬＥＤを２００［msec］パルス発光させる。そして、センサー回路部３０の受光素子（フォトダイオード）の受光し増幅された受光出力を入力し、火災検出判断処理を行う。
なお、マイクロコントローラ１の内部クロック８は、ＣＲ等の発振回路によって周波数約１ＭＨｚの信号を作成し、ＣＰＵ２の各種制御処理を行うメイン・クロックとなる。

また、ＣＰＵ２は、火災検出判断を行うとき以外の例えば５０分計時したときに電池電圧低下検出プログラムを起動させ、電池電圧低下検出判断処理を行う。同様に、ＣＰＵ２は、予め設定されたタイミングで各種制御処理を実行する。

各制御処理の途中または結果により、警報出力を行う必要があるときは、ＣＰＵ２は、警報出力プログラムを起動または移行して、警報出力制御を行う。なお、例えば火災警報出力を行う場合には、マイクロコントローラ１から警報出力信号が出力される際、ＣＰＵ２は、内部クロック生成による１ＭＨｚの周波数信号を、１５０[μsec]間隔でＯＮ／ＯＦＦ出力する。すなわち、ブザーへ送られる警報出力信号は、周波数１ＭＨｚの信号を１５０[μsec]毎にＯＮ／ＯＦＦ出力することにより、周波数が３ＫＨｚの警報信号を生成している。

次に、上記内部クロックの補正時の動作を図２を用いて使用する。
なお、本実施形態においては、マイクロコントローラ１は汎用のものを使用しており、火災警報器が求められる許容温度範囲（−１０〜５０°Ｃ）の温度変化に対して内部クロック８は、変化率０．０５％／°Ｃの周波数精度である。なお、内部クロック用の抵抗個体差から生じる電流差によって周波数精度は大きく異なってくるので、火災警報器毎の比較においても内部クロック８の周波数精度は異なってくる。これに対して基準クロック信号生成手段であるクリスタルオシレータ６は、±２０ｐｐｍであり、内部クロック８と比較して周波数精度が極めて高い。また、上述したように、クリスタルオシレータ６の周波数は低速（約３２ＫＨｚ）であり、内部クロック８に内蔵の内部クロック信号生成手段（ＣＲ発振回路）の周波数は１ＭＨｚと高速である。

（補正動作）
［１］ＣＰＵ２は、所定のタイミングで、アクティブモード時に、ＲＯＭ４に格納された「内蔵発振器の調整」プログラムを起動し（ＲＡＭ３等）、また、タイマ１（７）およびタイマ２（９）のカウントをリセットする（Ｓ１）。
［２］タイマ１（７）のクロックソースとしてクリスタルオシレータ６を設定する（Ｓ２）。
［３］ＣＰＵ２は、タイマ１（７）が１カウントするときのタイマ２（９）が内部クロックのカウント数を記憶し、保管する（Ｓ３、Ｓ４）（ＲＡＭ３）。
（なお、タイマ１を分周して１カウント精度を更に向上させても良い。）

［４］ＣＰＵ２は、前回記憶したタイマ２（９）のカウント値と今回記憶したタイマ２（９）のカウント値の差分を計算（算出）する（Ｓ５）。
［５］差分計算値が、所定の規定値に一致するか（または所定の規定値範囲内であるか）を比較する（Ｓ６）。
［６−１］差分計算値が、所定の規定値に一致するとき（または所定の規定値範囲内であるとき）、内部クロック８に計時の狂いが生じていないとして（内部クロック８の誤差が許容誤差範囲内であり、警報出力信号を設計通りの周波数および所定間隔で生成可能であると判断して）タイマ１（７）およびタイマ２（９）のカウントを停止して内蔵発振器の調整プログラムを終了する（Ｓ９、１０）。

［６−２］差分計算値が、所定の規定値に一致より小さい時（または所定の規定値範囲以下であるとき）は、内部クロック８に計時の狂い（遅れ）が生じているとして（内部クロック８の誤差が許容誤差範囲外であり、警報出力信号を設計通りの周波数および所定間隔で生成不可能であると判断して）、ＣＰＵ２は、タイマ調整器（設定部（変調回路）１０）を抵抗の設定が１段階高速となるようにビットを変更して設定する（Ｓ７）。

［６−３］差分計算値が、所定の規定値に一致より大きい時（または所定の規定値範囲以上であるとき）は、内部クロックに計時の狂い（進み）が生じているとして（内部クロック８の誤差が許容誤差範囲外であり、警報出力信号を設計通りの周波数および所定間隔で生成不可能であると判断して）、ＣＰＵ２は、タイマ調整器（設定部（変調回路）１０）を抵抗の設定が１段階低速となるようにビットを変更して設定する（Ｓ８）。

［７］タイマ調整器（設定部（変調回路）１０）によって変更された内部クロック８に基づいて、差分計算値が、所定の規定値に一致するまで（または所定の規定値範囲内となるまで）上記［２］から［５］および［６−２］（または［６−３］）を繰り返し実行する。

以上のように、本発明の住宅用火災警報器１００、周波数精度の高い基準クロック信号生成手段を利用して内部クロックを定期的に補正しているため、周波数精度の高い処理を必要とする警報出力制御において、常に設計時の所定周波数および所定間隔で警報出力信号生成し出力すること可能となる。

なお、本発明の実施形態をブザーを使用した火災警報器について説明したが、スピーカによって警報出力する場合にも本発明を利用することが可能である。すなわち、音声データおよび音声ＩＣなどの警報出力信号電圧および周波数等は、スピーカから発せられる音響を、人間が確実に聞き取れる音量かつ音声メッセージとして認識できるような値に予め設計されているので、本発明の火災警報器を用いれば、内部クロックは随時補正され、周波数精度の高い警報出力信号を継続してスピーカに出力可能となり、音声メッセージが間延びしたり早口になったりするようなことはない。あるいは音程が外れたりするようなこともない。
また、本発明の実施形態をマイクロコントローラに周波数精度の高い汎用の水晶振動子（クリスタルオシレータ）を外付けする場合を説明したが、マイクロコントローラに内蔵されていてもよい。

なお、本発明は逸脱しない範囲で適宜応用可能である。例えば、一つの住宅用火災警報器から他の住宅用火災警報器に音響鳴動や火災発報の連動信号を高速処理制御により送信または受信する場合には、本発明の内部クロックを補正することにより正確な伝送信号の送受信が可能となり、信頼性の高い火災警報システムを構築することが可能となる。

本発明は、ガス警報器や防犯機器にも適用できる。

本発明に係る住宅用火災警報器の概略回路構成を示す図である。 内部クロックを補正する際の動作フローチャートである。

符号の説明

１００ 住宅用火災警報器
１ 制御回路部（マイクロコントローラ）
２ ＣＰＵ
３ ＲＡＭ
４ ＲＯＭ
５ 発振回路
６ 水晶振動子（クリスタル、３２７６８ＫＨｚ（基準クロック信号生成手段））
７ タイマ１（補助クロック用カウンタ）
８ 内部クロック（内部クロック信号生成手段）
９ タイマ２（メイン・クロック用カウンタ）
１０ 設定部（変調回路）
３０ センサー回路部（検出部）
４０ 警報出力部（警報出力手段、ブザー）
５０ 電源部
６０ 作動表示部
７０ スイッチ入力部

Claims (3)

1. 内部クロック信号生成手段を備えた制御回路部と、前記内部クロック信号生成手段より周波数精度の高い基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段と、前記制御回路部から警報出力信号を受信して警報出力を行う警報出力手段とを備えた火災警報器において、前記制御回路部は、前記基準クロック信号の周波数に基づいて前記内部クロック信号の周波数が所定の周波数に維持されるように補正し、該所定の周波数に維持された内部クロック信号の周波数に基づいて前記警報出力信号を前記警報出力手段に出力することを特徴とする火災警報器。
2. 前記請求項１に記載された火災警報器において、前記制御回路部は、変調回路を備えており、前記基準クロック信号をカウントするごとに前記内部クロック信号のパルスカウント値を順次記憶するとともに記憶した前後のパルスカウント値の差分を算出し、該差分が所定の規定値と一致しないときまたは所定の規定値範囲にないときに内部クロック信号の周波数を前記変調回路により前記所定の周波数に変調して補正することを特徴とする火災警報器。
3. 前記請求項１乃至２に記載された火災警報器において、前記制御回路部は、前記所定の周波数に維持された内部クロック信号に基づいて所定時間を計時し、該所定時間毎に前記警報出力信号を前記警報出力手段に出力することを特徴とする火災警報器。

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