JP2011030149A - 負荷制御装置及び水栓装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷制御を向上させる。
【解決手段】所定の周期に基づいて、Ａ／Ｄ変換関連処理と負荷の制御を同期させて行う制御方法において、Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間と、負荷の制御に要する時間とを比較し、その比較結果によって、負荷の制御を開始するタイミングを可変する。これにより、Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間と、負荷の制御に要する時間とを比較することによって、負荷の制御を開始するタイミングを任意に可変することができるため、負荷の変動に対するＡ／Ｄ変換結果への影響を最小限に抑えるタイミングで、負荷の制御を開始できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、負荷制御装置及び水栓装置に関する。

従来のＡ／Ｄ変換制御方法として、負荷変動により発生するノイズの影響がＡ／Ｄ変換回路に及ばないよう制御する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
この方法によれば、不定期に変動を発生する負荷を制御する負荷制御手段からの変動情報を、連続した入力信号をサンプルするＡ／Ｄ変換制御手段に与える。この変動情報を基に、Ａ／Ｄ変換制御手段は、この変動情報の発生前後の一定時間内のＡ／Ｄ変換を禁止したり、その時間内に変換されたＡ／Ｄ変換データを破棄したりする。

特開２００３−０７８４１４号公報

ところが、従来のＡ／Ｄ変換制御方法では、負荷変動中の一定期間、Ａ／Ｄ変換を禁止したり、その期間内に変換されたＡ／Ｄ変換データを破棄したりして、ある期間内のＡ／Ｄ変換結果を無視するため、Ａ／Ｄ変換結果が正しく得られないという問題があった。
しかも、そのＡ／Ｄ変換データを使用して負荷の制御を行う場合、例えば、誤作動などを引き起こすこともあった。

第１の発明は、所定の周期に基づいて、Ａ／Ｄ変換関連処理と負荷の制御を同期させて行う制御方法において、前記Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間と、前記負荷の制御に要する時間とを比較し、その比較結果によって、前記負荷の制御を開始するタイミングを可変することを特徴とする負荷制御装置である。
これにより、Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間と、負荷の制御に要する時間とを比較した結果によって、負荷の制御を開始するタイミングを任意に可変することができるため、負荷の変動に対するＡ／Ｄ変換結果への影響を最小限に抑えるタイミングで、負荷の制御を開始できる。

第２の発明は、第１の発明において、前記Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間が、前記負荷の制御に要する時間より長い場合、前記負荷の制御を開始するタイミングを、前記Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間が経過した後にずらすことを特徴とする。
これにより、Ａ／Ｄ変換関連処理を行っている間は、負荷の「制御」を行わないので、負荷の「変動」はもちろん生じなくなる。すなわち、負荷の変動に対するＡ／Ｄ変換結果への影響を最小限に抑えることができる。その結果、Ａ／Ｄ変換データを使用して負荷の制御をする場合、その負荷の制御への影響を最小にできる。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間が、前記負荷の制御に要する時間より短い場合、前記負荷の制御開始するタイミングを、前記Ａ／Ｄ変換関連処理の開始タイミングと同じにすることを特徴とする。
これにより、Ａ／Ｄ変換関連処理が始まってから終わるまでの間（Ａ／Ｄ変換関連処理中）は、負荷の「制御」は行っているが、負荷の制御のよる「変動」は生じなくなる。
すなわち、負荷の変動に対するＡ／Ｄ変換結果への影響を最小限に抑えることができる。その結果、Ａ／Ｄ変換データを使用して負荷の制御をする場合、その負荷の制御への影響も最小にできる。

第４の発明は、第１〜３の何れかの発明において、前記比較結果によって、Ａ／Ｄ変換結果を補正することを特徴とする。
これにより、第１〜３の何れかの発明によって、負荷変動に対するＡ／Ｄ変換結果への影響を最小限に抑えることが出来た上で、その比較結果によって、そのＡ／Ｄ変換結果を補正し、より正確なＡ／Ｄ変換結果を得ることができる。その結果、Ａ／Ｄ変換データを使用して負荷の制御をする場合、その負荷の制御への影響を無くすことができる。

第５の発明は、電源に接続された負荷を所定の周期で負荷駆動期間動作させる負荷駆動手段と、前記電源よりＡ／Ｄ変換の基準電圧を設定し、センサ入力信号又は操作入力信号を前記所定の周期でＡ／Ｄ変換期間動作させるＡ／Ｄ変換手段と、前記負荷駆動手段と前記Ａ／Ｄ変換手段を制御する制御手段と、を備え、前記Ａ／Ｄ変換手段の所定期間は、前記所定の周期の半分以下の期間に設定され、前記制御手段は、前記Ａ／Ｄ変換期間には前記負荷駆動手段を動作させないように前記負荷駆動期間を所定期間ずらして動作させることを特徴とする水栓装置である。
これにより、電源に接続された負荷を所定の周期で負荷駆動期間動作させ、電源よりＡ／Ｄ変換の基準電圧を設定し、センサ入力信号又は操作入力信号を所定の周期でＡ／Ｄ変換期間動作させ、負荷駆動手段とＡ／Ｄ変換手段を制御し、Ａ／Ｄ変換手段の所定期間は、所定の周期の半分以下の期間に設定される。また、Ａ／Ｄ変換期間には負荷駆動手段を変動させないように負荷駆動期間を所定期間ずらして動作させることができる。その結果、負荷の変動に対するＡ／Ｄ変換結果への影響を最小限に抑えることができる。

本発明によれば、負荷制御が向上する。

本実施の形態に係る水栓装置を表す図である。 本実施の形態に係る負荷制御方法を説明するためのフローチャート図である。 本実施の形態に係る負荷制御方法を説明するためのタイムチャート図である。 本実施の形態に係る負荷制御方法を説明するためのタイムチャート図である。 本実施の形態に係る負荷制御方法を説明するためのタイムチャート図である。 本実施の形態に係る負荷制御方法を説明するためのタイムチャート図である。 本実施の形態に係る負荷制御方法を説明するためのフローチャート図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係る水栓装置を表す図である。

本実施の形態に係る水栓装置１は、水または湯を吐止水する水栓２と、温度設定や吐止水の切り替えを行う操作ハンドル３と、設定温度の表示をするＬＥＤ（Light Emitting Diode）４と、湯または水の温度調整を行う温度調整部７と、水栓２と温度調整部７との間に設けられた電磁弁８と、を備えている。操作ハンドル３、電磁弁８および温度調整部７は、コントローラ５によって管理される。また、コントローラ５には、電源６が付随している。コントローラ５からは、それぞれの部位に電力が供給される。なお、操作ハンドル３には、静電容量センサ３ａが取り付けられ、静電容量センサ３ａとコントローラ５との間には、Ａ／Ｄ変換手段５ａが設けられている。また、操作ハンドル３とコントローラ５との間には、負荷駆動手段５ｂが設けられている。
水栓装置１は、操作ハンドル３の回転操作で例えば温度を設定し、それの押込み操作で例えば吐止水を切り替えることができる。この操作ハンドル３に触れる（タッチする）ことにより、例えば設定温度が表示される。また、この操作ハンドル３には、回転操作で設定された温度を青及び赤のＬＥＤ４（以下、各ＬＥＤ４とも記す）で表示する機能が設けられている。

回転、押込み及びタッチを検出する方法として、本実施の形態では、静電容量式の検出方式を採用している。静電容量式の検出方法は、以下の如くである。すなわち、送信電極と受信電極の２つの電極間に現れる静電容量をＣ−Ｖ変換し、その変換された電圧をＡ／Ｄ変換する（Ａ／Ｄ変換関連処理）。ここでＡ／Ｄ変換関連処理をより噛み砕いて説明すると、４つの処理で構成される。１つ目の処理は、送信電極へＨｉｇｈ／Ｌｏｗの信号をパルス状に送信する（以下、送信処理と記す）前の送信及び受信電極間の電圧をＡ／Ｄ変換する処理である。次に２つ目の処理は、送信処理である。その次の３つ目の処理は、送信処理後の送信及び受信電極間の電圧をＡ／Ｄ変換する処理である。そして最後の４つ目の処理は、「送信後のＡ／Ｄ値」から、「送信前のＡ／Ｄ値」を減算し、送信及び受信電極間のＡ／Ｄ値を算出する処理である。このＡ／Ｄ変換関連処理から得られたＡ／Ｄ値が例えばある閾値を超えたり、例えば複数のＡ／Ｄ値を互いに比較することで、回転、押込み及びタッチ操作を検出できる。また、それぞれの操作を検出するために、それぞれの操作に対応した送信電極が設けられており、それらの送信電極を周期的に切り替えながらＡ／Ｄ変換処理を繰り返している。

設定温度の表示に、例えば、各ＬＥＤ４を４個ずつ使用している。各ＬＥＤ４を使用した温度表示方法は、以下の如くである。すなわち、各ＬＥＤ４をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御し、各ＬＥＤ４のデューティ比をそれぞれ変えることにより、それぞれ点灯時間を異ならせる方法に依っている。その結果、赤と、青と、それらの混色といった、赤と青以外の２色以上の色を作り出すことが可能となる。

静電容量式による回転、押込み及びタッチ操作検出と、ＰＷＭ制御による各ＬＥＤ４の駆動制御は、一定周期（例えば、１０ｍｓ周期）で、同期して制御している。一例として挙げた１０ｍｓという時間は、各送信電極を切り替えるタイミングであり、また、各ＬＥＤ４のＰＷＭ周期でもある。１つの電極の静電容量を検出（Ａ／Ｄ変換）する時間は、この場合、およそ約４ｍｓ強の時間が必要であり、１０ｍｓの約半分は１つの電極に対してＡ／Ｄ変換関連処理をしている。

１つの電極に対するＡ／Ｄ変換関連処理に要する時間は約４ｍｓ強なので、時間的な余裕（マージン）を加味して、１つの電極に対するＡ／Ｄ変換関連処理に要する時間を５ｍｓと仮定する。このマージンを加味した時間は、１０ｍｓの半分であり、これはすなわちＰＷＭ周期の５０％に相当する時間ということになる。

各ＬＥＤ４をそれぞれ駆動するために接続される電源６は、同時に、Ａ／Ｄ変換の基準電圧にも設定される。また、各ＬＥＤ４のそれぞれをＰＷＭ制御で駆動するということは、各ＬＥＤ４のそれぞれに「点灯から消灯のタイミング（以下、オンエッジ）」及び「消灯から点灯のタイミング（以下、オフエッジ）」が存在するということである。この「オンエッジ」及び「オフエッジ」のタイミングで、電源６が約１００ｍＶ変動することもある。前述した１つの電極の静電容量を検出するために必要なＡ／Ｄ変換回路の電源６は、各ＬＥＤ４の電源６と同じなので、約１００ｍＶ変動してしまうことになる。すなわち、Ａ／Ｄ変換を行うために必要な基準電圧Ｖrefが大きく変動してしまう。

本実施の形態では、各電極の静電容量の検出（Ａ／Ｄ変換）を行いながら、各ＬＥＤ４の駆動も制御し、且つ、検出するＡ／Ｄ値の変動を最小にするために、次の制御方法を実行する。

すなわち、各ＬＥＤ４のそれぞれで、ＰＷＭデューティが５０％を超える場合は、その超える方のＬＥＤの点灯タイミングを、１つの電極に対するＡ／Ｄ変換関連処理を開始する直前にずらす。一方、各ＬＥＤ４のそれぞれで、ＰＷＭデューディーが５０％未満の場合は、その未満の方のＬＥＤの点灯タイミングを、１つの電極に対するＡ／Ｄ変換関連処理をした後にずらす。このように、開始タイミングの切替えを可変とする。

このような制御方法で各ＬＥＤ４の駆動を制御すると、１つの電極に対するＡ／Ｄ変換関連処理に要する時間に、各ＬＥＤ４のそれぞれの「オンエッジ」及び「オフエッジ」のタイミングが重ならないので、各ＬＥＤ４の駆動によるＡ／Ｄ値の変動を最小にすることができる。ただし、各ＬＥＤ４を駆動させると、Ａ／Ｄ変換を行うための基準電圧Ｖrefが１００ｍＶ変動することは変わらない。そこで、この変動に対して補正を行うことで、Ａ／Ｄ値の変動の影響を「最小」から「無し」にすることができる。

本実施の形態では、このような不具合を、以下に説明する制御方法で解消できる。

次に、本実施の形態をフローチャート図、タイムチャート図を例示して、より具体的に説明する。
図２は、本実施の形態に係る負荷制御方法を説明するためのフローチャート図である。なお、図２（ａ）には、フロー図が示され、図２（ｂ）には、各ステップにおける処理内容がダイヤグラムとして例示されている。

まず、ＰＷＭ周期を計測するタイマのスタートさせる（一例として、ＰＷＭ周期を１０ｍｓに設定：Ｓ１０１）。次に、静電容量を検出する（Ａ／Ｄ変換する）電極の選択をし（Ｓ１０２）、その選択した電極の静電容量の検出処理をし（Ａ／Ｄ変換関連処理：Ｓ１０３）、そのＡ／Ｄ変換した値で、回転、押込み及びタッチの検出処理を行う（Ｓ１０４）。

しかし、この全体の流れは、静電容量を検出する静電容量センサ３ａの処理の流れなので、この静電容量センサ３ａで検出された回転、押込み及びタッチの状態を、この静電容量センサ３ａからコントローラ５へ送信する通信処理を行っている（Ｓ１０５）。この通信処理の中で、前述した回転等の状態をコントローラ５に送信するのと同時に、各ＬＥＤ４のそれぞれのデューティ比をコントローラ５から受信する処理を行っている（Ｓ１０５）。このコントローラ５から受信した各ＬＥＤ４のそれぞれのデューティ比によって、次のＰＷＭ周期における、各ＬＥＤ４のそれぞれの駆動期間を更新（決定）する（Ｓ１０６）。最後には、ＰＷＭ周期である１０ｍｓ経過を確認し、経過していなければ１０ｍｓ経過の確認を繰り返し（Ｓ１０７）、経過していればＰＷＭ周期を計測するタイマを再スタートさせる（Ｓ１０７→Ｓ１０１）。

一方で、前述した全体の流れの中で、各ＬＥＤ４の駆動処理を定期的に行っている（Ｓ１０８）。この各ＬＥＤ４の駆動処理は、定期的に入る「割り込み」という形ではなく、定期的に処理を行う形（サブルーチン）を取っている。

図３〜図６は、本実施の形態に係る負荷制御方法を説明するためのタイムチャート図である。
また、図７は、本実施の形態に係る負荷制御方法を説明するためのフローチャート図である。なお、図７（ａ）には、フロー図が示され、図７（ｂ）には、各ステップにおける処理内容がダイヤグラムとして例示されている。

まず、図３のタイムチャート図は、所定の周期で駆動する、Ａ／Ｄ変換手段と負荷駆動手段の動作を示す。
図３に示すように、Ａ／Ｄ変換手段と負荷駆動手段の動作では、Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間が負荷の制御に要する時間より短い場合（図では点線で囲まれた（１）を指す）と、その逆のＡ／Ｄ変換関連処理に要する時間が負荷の制御に要する時間より長い場合（図では点線で囲まれた（２）を示す）の二つの駆動状態が存在する。これらの（１）と（２）の二つの駆動状態を次に説明する。

図４は、図３の（１）の部分のタイムチャート図である。
（１）の部分のタイムチャート図では、Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間が負荷の制御に要する時間より短い。従って、「オンエッジ」及び「オフエッジ」がＡ／Ｄ変換関連処理に要する時間帯（期間）に重なることが無い。このため、Ａ／Ｄ変換手段を動作させると同時に負荷駆動手段を動作させることにより、負荷駆動手段を動作させることにより生じる電源６の電圧値の変動を最小限に抑える効果が得られる。この時、「オンエッジ」がＡ／Ｄ変換手段を動作させる瞬間に発生してしまうが、Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間帯（期間）では重ならないため、電源６の電圧値の変動を最小限に抑えられる。
この作用効果を実現するためのフローを、図７に示す。

まず、赤ＬＥＤ４を駆動している期間がＰＷＭの周期の５０％以上か否かの判断が行われる（Ｓ２０１）。ここでは、赤ＬＥＤ４を駆動している期間がＰＷＭの周期の５０％以上なので、赤ＬＥＤ４を駆動する期間に相当する時間が経過したかを判断する（Ｓ２０２）。次に、赤ＬＥＤ４を駆動している期間に相当する時間が経過していれば、赤ＬＥＤ４を「駆動しない」状態にし（Ｓ２０３）、赤ＬＥＤ４を駆動している期間に相当する時間が経過していなければ、赤ＬＥＤ４を「駆動する」状態にする（Ｓ２０４）。
また、青ＬＥＤ４については、赤ＬＥＤ４のフローと同様のフローで対応可能である（Ｓ２０９〜Ｓ２１２）。

次に、図５は、図３の（２）の部分のタイムチャート図である。
（２）の部分のタイムチャート図では、Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間が負荷の制御に要する時間より長い。
従って、「オフエッジ」がＡ／Ｄ変換関連処理に要する時間帯（期間）に重なることがある。この「オフエッジ」の重なりが、負荷駆動により生じる電源６の電圧値の変動を生じさせ、すなわち、Ａ／Ｄ変換に影響を与えてしまう。そして、本実施の形態では、この不具合を次の図６のように改善している。

図６は、（２）の部分の改良点を示すタイムチャート図である。

図６のタイムチャート図では、Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間帯（期間）に負荷の制御に要する時間（期間）が重ならないように、負荷の制御を開始するタイミングを一定期間ずらして動作させている。
その結果、負荷の制御に要する時間帯（期間）がＡ／Ｄ変換関連処理に要する時間帯（期間）が重ならないため、負荷駆動により生じる電源６の電圧値の変動を最小限に抑える効果が得られる。

このような効果を実現するためのフローを、図７に示す。
まず、赤ＬＥＤ４を駆動している期間がＰＷＭの周期の５０％未満の場合は、赤ＬＥＤ４のＰＷＭ周期である１０ｍｓから、赤ＬＥＤ４を駆動している期間を減算する（Ｓ２０１→Ｓ２０５）。次に、減算した期間に相当する時間が経過しているか否かを判断する（Ｓ２０６）。ここで、減算した期間に相当する時間が経過していれば、赤ＬＥＤ４を「駆動する」状態にし（Ｓ２０７）、減算した期間に相当する時間が経過していなければ、赤ＬＥＤ４を「駆動しない」状態にする（Ｓ２０８）。
赤ＬＥＤ４を駆動している期間がＰＷＭの周期の５０％以上の場合は、赤ＬＥＤ４のＰＷＭ周期のＯｎＤｕｔｙ（オンデューティ）に相当する時間が経過しているか否かの判断がなされる（Ｓ２０１→Ｓ２０２）。ＯｎＤｕｔｙに相当する時間が経過していれば、赤ＬＥＤ４を「駆動しない」状態にし（Ｓ２０３）、ＯｎＤｕｔｙに相当する期間が経過していないならば、赤ＬＥＤ４を「駆動する」状態にする（Ｓ２０４）。
また、青ＬＥＤ４については、赤ＬＥＤ４と同様のフローにより対応可能である（Ｓ２０９→Ｓ２１６）。
このような制御方法により、負荷制御の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

１・・・水栓装置
２・・・水栓
３・・・操作ハンドル
３ａ・・・静電容量センサ
４・・・赤ＬＥＤと青ＬＥＤ（各ＬＥＤ）
５・・・コントローラ
５ａ・・・Ａ／Ｄ変換手段
５ｂ・・・負荷駆動手段
６・・・電源
７・・・温度調整部
８・・・電磁弁

Claims (5)

1. 所定の周期に基づいて、Ａ／Ｄ変換関連処理と負荷の制御とを同期させて行う制御方法において、
   前記Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間と、前記負荷の制御に要する時間と、を比較し、その比較結果によって、前記負荷の制御を開始するタイミングを可変とすることを特徴とする負荷制御装置。
2. 前記Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間が、前記負荷の制御に要する時間より長い場合は、前記負荷の制御を開始するタイミングを、前記Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間が経過した後にずらすことを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
3. 前記Ａ／Ｄ変換関連処理に要する時間が、前記負荷の制御に要する時間より短い場合は、前記負荷の制御開始するタイミングを、前記Ａ／Ｄ変換関連処理の開始タイミングと同じにすることを特徴とする請求項１または２に記載の負荷制御装置。
4. 前記比較結果によって、Ａ／Ｄ変換結果を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の負荷制御装置。
5. 電源に接続された負荷を所定の周期で負荷駆動期間動作させる負荷駆動手段と、
   前記電源よりＡ／Ｄ変換の基準電圧を設定し、センサ入力信号又は操作入力信号を前記所定の周期でＡ／Ｄ変換期間動作させるＡ／Ｄ変換手段と、
   前記負荷駆動手段と前記Ａ／Ｄ変換手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記Ａ／Ｄ変換手段の所定期間は、前記所定の周期の半分以下の期間に設定され、
   前記制御手段は、前記Ａ／Ｄ変換期間には前記負荷駆動手段を動作させないように前記負荷駆動期間を所定期間ずらして動作させることを特徴とする水栓装置。

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