JP2011004260A - Ａ／ｄ変換ユニット、計測用機器 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶内のように安定な接地状態の確保が難しい状況での使用に適し、かつ低コストのＡ／Ｄ変換ユニット等を提供する。
【解決手段】Ａ／Ｄ変換ユニット1は、発振回路10と、発振回路からのパルスが入力されるパルストランス11と、各々がパルストランスと接続された複数の計測部12-1,12-2,12-nと、各計測部と接続されたマイクロプロセッサ13と、を備える。各計測部は、パルストランスからの電力が入力される整流回路20と、整流回路と接続された電圧安定回路21と、電圧安定回路から電力の供給を受け、外部入力信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部23と、電圧安定回路から電力の供給を受け、上記デジタル信号を通信用信号に変換する通信処理部23と、電圧安定回路から電力の供給を受け、上記通信用信号をマイクロプロセッサへ伝達するフォトカプラ24と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶内での使用等に適したＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換ユニット等に関する。

一般の陸上の電源と異なり、船舶内における電源線は各線とも船体接地から絶縁され、フローティングの状態に置かれる。このようなフローティングの直流電源及びフローティングの交流電源で駆動される各種センサ（例えば熱電対や測温抵抗体など単体のセンサ）は、船体との間で完全とは言えない絶縁状態に置かれている。このため、各種センサからの信号を安定的に取り込むためには、絶縁型のＡ／Ｄ変換装置（例えば特許文献１参照）を多数使用する必要がある。しかし、絶縁型のＡ／Ｄ変換装置は一般に高価であり、多数使用するとそれだけコストがかさむ。他方で、陸上で一般的に使用されるチャージポンプ入力切替型多チャンネルＡ／Ｄ変換ユニットをそのまま船舶内で用いた場合には、各種センサからの信号の取り込みを安定的に行うことが難しかった。このような背景から、船舶内のように安定な接地状態の確保が難しい状況での使用に適し、かつ低コストのＡ／Ｄ変換ユニットが望まれていた。

特開２００５−１０９６４３号公報

本発明に係る具体的態様は、船舶内のように安定な接地状態の確保が難しい状況での使用に適し、かつ低コストのＡ／Ｄ変換ユニット等を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様のＡ／Ｄ変換ユニットは、発振回路と、前記発振回路からのパルスが入力されるパルストランスと、各々が前記パルストランスと接続され、前記パルストランスから電力の供給を受ける複数の計測部と、前記複数の計測部の各々と接続されたマイクロプロセッサと、を備える。前記複数の計測部の各々は、前記パルストランスからの前記電力が入力される整流回路と、前記整流回路と接続された電圧安定回路と、前記電圧安定回路から電力の供給を受け、外部から入力されるアナログ信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換部と、前記電圧安定回路から電力の供給を受け、前記アナログ／デジタル変換部で生成されるデジタルデータを含んだ通信用信号を生成する通信処理部と、前記電圧安定回路から電力の供給を受け、前記通信処理部からの前記通信用信号を前記マイクロプロセッサへ伝達するフォトカプラと、を有する。

一実施形態のＡ／Ｄ変換ユニットの構成を示すブロック図である。 発振回路の構成例を示す回路図である。 Ａ／Ｄ変換ユニットを備えた計測用機器の構成例を示すブロック図である。 Ａ／Ｄ変換ユニットを備えた計測用機器の構成例を示すブロック図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態のＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換ユニットの構成を示すブロック図である。図１に示すＡ／Ｄ変換ユニット１は、発振回路１０、パルストランス１１、複数の計測部１２−１、１２−２、・・・１２−ｎ、マイクロプロセッサ１３、を含んで構成されている。

発振回路１０は、例えばＣＭＯＳ集積回路を用いて構成されたものであり、電圧パルスを生成し、出力する。この発振回路１０は、例えば図２に示すような回路構成を有する。

パルストランス１１は、発振回路１０と接続されており、発振回路１０からの電圧パルスが入力され、各計測部１２−１等へ電力を供給する。このパルストランス１１としては、比較的安価に入手可能な多巻線型のものが用いられる。パルストランス１１を用いることにより、発振回路１０で発生させた電圧パルスに基づいて得られる電力を絶縁状態で各計測部１２−１、１２−２、・・・１２−ｎへ供給できる。

各計測部１２−１、１２−２、・・・１２−ｎは、それぞれパルストランス１１と接続されており、パルストランス１１から電力の供給を受けて所定の信号処理を実行する。信号処理とは、外部から入力されるアナログ信号（例えば、各種センサによる検出信号）をデジタルデータに変換し、マイクロプロセッサ１３へ伝達する処理を含む。各計測部１２−１等の詳細構成については後述する。

マイクロプロセッサ１３は、計測部１２−１、１２−２、・・・１２−ｎの各々と接続されている。このマイクロプロセッサ１３は、計測部１２−１等から伝達されたデジタル信号を他の機器へ送信する等の処理を行う。また、マイクロプロセッサ１３は、必要に応じて種々のデジタル信号処理を行う。デジタル信号処理とは、例えば、デジタルデータがセンサの検出信号に対応するものである場合には直線性補正等の処理をいう。それにより、マイクロプロセッサ１３からデジタルデータを受ける他装置側での処理負担を軽減させることができる。

次に、複数の計測部１２−１、１２−２、・・・１２−ｎの詳細構成について説明する。なお、各計測部１２−１、１２−２、・・・１２−ｎの構成は共通であるため、計測部１２−１についてのみ説明し、その他は説明を省略する。

計測部１２−１は、整流回路２０、電圧安定回路２１、入力回路２２、Ｉ２Ｃ−ＩＦ（インターフェース）内蔵Ａ／Ｄ変換回路２３およびフォトカプラ２４を含んで構成されている。

整流回路２０は、パルストランス１１からの電力が入力され、これを整流して電圧安定回路へ出力する。整流回路２０としては、例えばブリッジ型の整流回路が用いられる。

電圧安定回路２１は、整流回路２０と接続されており、整流回路２０によって整流された電力を安定化し、当該電力を入力回路２２、Ｉ２Ｃ−ＩＦ内蔵Ａ／Ｄ変換回路２３およびフォトカプラ２４のそれぞれへ供給する。

入力回路２２は、オペアンプ等を含んで構成されており、JIS-C1604:Pt100抵抗温度センサの温度変化を抵抗ブリッジ回路で電圧変化に変換したり、外部から入力されるアナログ信号を適宜増幅する等の信号処理を行う。なおこの入力回路２２は省略されてもよい。

Ｉ２Ｃ−ＩＦ内蔵Ａ／Ｄ変換回路２３は、電圧安定回路２１から電力の供給を受け、アナログ／デジタル変換部としての動作と通信処理部としての動作とを行う。すなわち、本実施形態では、本発明における「アナログ／デジタル変換部」と「通信処理部」とが一体化されている。

詳細には、Ｉ２Ｃ−ＩＦ内蔵Ａ／Ｄ変換回路２３は、外部から入力され、入力回路２２によって適宜増幅等がなされた後のアナログ信号に基づいてデジタルデータを生成する（アナログ／デジタル変換を行う）。

また、Ｉ２Ｃ−ＩＦ内蔵Ａ／Ｄ変換回路２３は、生成されたデジタルデータを含んだ通信用信号を生成する。通信用信号には、少なくとも、各計測部１２−１、１２−２、・・・１２−ｎのそれぞれに固有の識別データと、上記のアナログ信号に基づいて生成されたデジタルデータとが含まれる。それにより、マイクロプロセッサ１３は、各計測部１２−１等の任意の計測部から計測データを取得する事ができる。Ｉ２Ｃ−ＩＦ内蔵Ａ／Ｄ変換回路２３によるマイクロプロセッサ１３との間の情報通信は、公知のＩ^２Ｃ規格に即して実行される。概要を言えば、Ｉ^２Ｃ規格とは、２本の信号線によってシリアルデータの通信を実行可能な通信規格の１つである。なお、同等の通信を実現可能な他の規格を用いてもよい。

フォトカプラ２４は、電圧安定回路２１から電力の供給を受け、Ｉ２Ｃ−ＩＦ内蔵Ａ／Ｄ変換回路２３からの通信用信号をマイクロプロセッサ１３へ伝達する。フォトカプラ２４を用いることにより、Ｉ２Ｃ−ＩＦ内蔵Ａ／Ｄ変換回路２３とマイクロプロセッサ１３との間を高耐電圧で通信することができる。

以上のような構成の本実施形態のＡ／Ｄ変換ユニット１は、小型かつ低価格の小プリント基板単位で構成することができる。そして、発振回路１０とパルストランス１１をユニット内に内蔵させることにより、ユニット外へのパルスノイズの輻射を低減させるとともにユニット外の電源供給機器側から複数の計測部１２−１等をアイソレートすることができる。従って、船舶内のように安定な接地状態の確保が難しい状況での使用に適し、かつ低コストのＡ／Ｄ変換ユニット等を提供することが可能となる。

次に、本実施形態のＡ／Ｄ変換ユニット１を備えた計測用機器の例について以下に説明する。

図３は、本実施形態のＡ／Ｄ変換ユニット１を備えた計測用機器の一例の構成を示すブロック図である。図３に示す計測用機器１００は、船舶内において設けられる種々のセンサ（例えば、例示の温度センサ）から出力される検出信号（アナログ信号）をデジタルデータに変換し、船舶内ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）へ送出する機能を備える。このような計測用機器１００は、船内用ＬＡＮ対応接続箱などと称される場合もある。

図３に示す計測用機器１００は、各種センサが接続される入力端子台１０１と、この入力端子台１０１と接続された入力ユニット・ラック１０２と、この入力ユニット・ラック１０２と接続された通信インターフェース１０３と、を備える。入力ユニット・ラック１０２は、上述した実施形態に係るＡ／Ｄ変換ユニット１を複数備えるとともに、これらのＡ／Ｄ変換ユニット１と接続されたマザーボード５２を備える。マザーボード５２は、通信インターフェース１０３との間の通信処理等を実行する。通信インターフェース１０３は、信号処理用ＣＰＵ５３と、この信号処理ＣＰＵ５３と接続された通信コントローラＬＳＩ５４と、この通信コントローラＬＳＩ５４と接続されたＬＡＮコネクタ５５と、を備える。

このような構成の計測用機器１００を用いることにより、各種センサによる計測値をデジタルデータとして船内ＬＡＮに向けて発信することができるので、船内配線の省力化による工数とコストの削減が達成される。また、汎用的な通信形式を用いることにより、他社製品等との間の情報通信が自在となる。

図４は、本実施形態のＡ／Ｄ変換装置を備えた計測用機器の他の一例の構成を示すブロック図である。図４に示す計測用機器２００は、例えば船舶の機関室の監視盤に内蔵され、温度モニターディスプレイ／油圧モニターディスプレイ／上下限警報ユニット／平均値偏差警報ユニット／アナンシューターユニット／警報表示パネルユニット等、従来分散して配置されていた警報監視のための機器を統合した、一体型多チャンネル多機能モニタとして用いられるものである。

警報点ＬＥＤユニット２０１は、赤色ＬＥＤを６０個と、メインユニット２０８からのシリアルデータによる警報状態データを受信・展開するＣＰＵを搭載し、メインユニット２０８の演算結果による各チャンネルの警報状態をチャンネル毎の個別のＬＥＤの点灯として表示するためのものである。

リレーユニット（入力アイソレータ）２０２は、メインユニット２０８からのTTLレベルのスタティックな１６点の警報出力を受け、リレードライバＩＣを介して対応するリレーを駆動し、また、８個のフォトカプラの入力側に入力されるスタティックな信号をTTLレベルに変換してメインユニットに送る、レベルインターフェース基板である。

バリスタユニット２０３ａ、２０３ｂは、サージを内部に影響しない範囲に抑えるため、出力に並列に挿入されるバリスタを並べた基板である。ここでいうサージとは、リレー出力が純粋な接点出力であるため、負荷として２次リレー等を接続した場合に駆動コイルから発生する逆起電力のサージをいう。

Ｃボード２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄは、バリスタユニット２０３ａ等やフィルターユニット２０５ａ等と、入出力用のコネクタを接続するためのコネクタ基板である。このＣボード２０４ａ等は、配線パターンとコネクタを備える。

フィルター２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃは、センサ入力に含まれるノーマルモードノイズ及びコモンモードノイズを落とすためのＬＣによるＴ型ローパスフィルタを搭載した基板である。

バリスタ及びフィルター用マザーボード２０６は、フィルター２０５ａ等やバリスタユニット２０３ａ等の多数のコネクタを機器内部で配線しやすい４０芯のフラットケーブルにまとめるための配線パターンを備えた基板である。

入力ユニット用マザーボード２０７は、１０チャンネルの入力ユニットとしての各Ａ／Ｄ変換ユニット１のカードエッジタイプのコネクタと、バリスタ及びフィルター用マザーボード２０６と、メインユニット２０８の各信号線のコネクタを受ける配線パターンを備えた基板である。

メインユニット２０８は、各種キーボード等からなる操作部と、液晶表示パネル等からなる表示部と、メインコンピュータと、各種インターフェース回路を備え、本計測用装置２００の全機能を司る基板である。

通信インターフェース２０９は、メインユニット２０８から一定周期で出力される観測データ及び各種設定値データのシリアル信号を、RS-232C、NMEA-0183、USB、及びLAN信号に変換して出力する、信号変換基板である。

このような構成の計測用機器２００を用いることにより、船舶における各種センサ出力の監視を良好に行うことが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。

１…Ａ／Ｄ変換ユニット
１０…発振回路
１１…パルストランス
１２−１、１２−２、１２−ｎ…計測部
１３…マイクロプロセッサ
２０…整流回路
２１…電圧安定回路
２２…入力回路
２３…Ｉ２Ｃ−ＩＦ（インターフェース）内蔵Ａ／Ｄ変換回路
２４…フォトカプラ
５２…マザーボード
５３…信号処理用ＣＰＵ
５４…通信コントローラＬＳＩ
５５…ＬＡＮコネクタ

Claims (4)

1. 発振回路と、
   前記発振回路からのパルスが入力されるパルストランスと、
   各々が前記パルストランスと接続され、前記パルストランスから電力の供給を受ける複数の計測部と、
   前記複数の計測部の各々と接続されたマイクロプロセッサと、
   を備え、
   前記複数の計測部の各々は、
   前記パルストランスからの前記電力が入力される整流回路と、
   前記整流回路と接続された電圧安定回路と、
   前記電圧安定回路から電力の供給を受け、外部から入力されるアナログ信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換部と、
   前記電圧安定回路から電力の供給を受け、前記アナログ／デジタル変換部で生成されるデジタルデータを含んだ通信用信号を生成する通信処理部と、
   前記電圧安定回路から電力の供給を受け、前記通信処理部からの前記通信用信号を前記マイクロプロセッサへ伝達するフォトカプラと、
   を有する、Ａ／Ｄ変換ユニット。
2. 前記通信処理部から出力される前記通信用信号は、前記複数の計測部のそれぞれに固有の識別データを含む、請求項１に記載のＡ／Ｄ変換ユニット。
3. 前記アナログ／デジタル変換部と前記通信処理部とが一体化されている、請求項１又は２に記載のＡ／Ｄ変換ユニット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡ／Ｄ変換ユニットを備えた計測用機器。

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