JP2011066722A - 差動型伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成であるにもかかわらず、データ衝突を確実に検知できるデータ衝突検知方法を提供する。
【解決手段】送信データと受信データの間に衝突が生じていない場合でも不一致信号は生成されるが、データ衝突が生じていない時の不一致信号のパルス幅が短いのに対して、データ衝突が生じている時の不一致信号のパルス幅は長い。そこで差動型伝送装置は、伝送路に向けて送信データ信号を送る差動型ライン・ドライバと、伝送路から送られてくる受信データ信号を受ける差動型ライン・レシーバと、送信データ信号の波形と受信データ信号の波形を比較して不一致信号を生成する信号比較部と、信号比較部から転送される不一致信号のパルス幅ｘ１に基づいて送信データと受信データの伝送路上の衝突を判定する判定部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばマルチ型空気調和装置の信号伝送路上において生じるデータ衝突を検知することのできる差動型伝送装置に関する。

一台の室外機ユニットに対し、複数台の室内機ユニットが並列に接続されたマルチ型の空気調和装置が知られている。この装置の各機器間の信号伝送は、省線化を図るためシリアル（直列符号化信号）伝送技術を利用した２本線渡り配線方式が採用されている。この方法により１つのリモコンにより複数台の室内機／室外機の制御が可能になっている（特許文献１、２）。

各機器は、信号伝送を実行するために差動型伝送装置を備えている。この差動型伝送装置は、調歩同期式通信方式（start/stop synchronous communication）を採用している。調歩同期式通信方式とは、通信プロトコルの一つであって、文字データの直前にスタート・ビット（ＳＴＲ）を、また、文字データの直後にストップ・ビット（ＳＴＰ）を送信する伝送方式である。したがって、８ビットの文字データを送るに際して、最低１０ビットの文字データを送ることになる。この通信方式は、１文字単位で同期を取る通信方式であるが、各文字を送出するタイミングは任意でよいため、非同期式と呼ばれることも多い。

リモコン、室内機、室外機等の複数の機器（ノード）が一つの伝送路を共有する場合、各ノードは伝送路の「空き」状態を監視しながら伝送路上に通信データを送信する。これには、ＣＳＭＡ／ＣＤ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection：搬送波感知多重アクセス／衝突検出方式）が用いられている。ところが、伝送路の状態監視が１バイト長単位で行われると、いずれかのノードがデータ送信を開始してからデータのストップ・ビット（ＳＴＰ）までの間は、伝送路が「使用中」にもかかわらず、「空き」と誤認してしまうことがあった。この問題に対し本発明者等は、特許文献３において、レシーバ出力の電圧変化に基づいて伝送路におけるデータの存在状態を判断することを提案し、問題の解決を図った。

特許第２５６６３２３号公報 特開平２−１０４１９７号公報 特開２００８−２２７５７０号公報 特公平３−２５０６１号公報

マルチ型の空気調和装置は、伝送路が長距離（〜２０００ｍ）になることもある。そうすると、伝送路の直流抵抗成分の影響により、同時に送信を開始した衝突相手ノードが電気的に遠い距離にある（抵抗値が大）場合、お互いにデータ衝突を検知できないことがある。この場合、送信先の相手ノードがデータ衝突を検知し当該データの読み捨てを行うので応答が返ってこないことがあり、再度、送信動作を行うことで伝送路を無駄遣いすることがある。

この問題に対して特許文献４は解決策を提案しているが、マンチェスタ符号を用いた通信システムに特化されているとともに、変調回路及び復調回路が必要な点で装置構成の簡素化が図れない。
そこで本発明は、より簡易な構成であるにもかかわらず、データ衝突をより確実に検知できる手法を提案することを目的とする。

本発明者等は上記目的のために検討したところ、送信データと受信データの間に衝突が生じていない場合でも後述する不一致信号は検知されるが、データ衝突が生じていない時の不一致信号のパルス幅が短いのに対して、データ衝突が生じている時の不一致信号のパルス幅は長いことを知見した。そこでなされた本発明は、不一致信号のパルス幅でデータ衝突を判定することを要旨とする。
すなわち本発明の差動型伝送装置は、複数のノード間の信号伝送を極性の決められた２本の配線を備えた伝送路に接続され、かつ各ノードに設置されるものであり、伝送路に向けて送信データ信号を送る差動型ライン・ドライバと、伝送路から送られてくる受信データ信号を受ける差動型ライン・レシーバと、差動型ライン・ドライバに送信データ信号を送るとともに、差動型ライン・レシーバが受けた受信データ信号を受けるインターフェースと、を備えており、さらに信号比較部と判定部を備えているところに特徴がある。
この信号比較部は、送信データ信号の波形と受信データ信号の波形を比較して不一致信号を生成する。判定部は、信号比較部から転送される不一致信号のパルス幅に基づいて送信データと受信データの伝送路上の衝突を判定する。

本発明の差動型伝送装置において、信号比較部と判定部の間に、信号比較部で生成される不一致信号の中で、パルス幅が所定値以下の不一致信号を除去するフィルタを備えることが好ましい。判定部における判定処理対象を減じることで、判定部を実現するマイクロコンピュータの負荷を低減できるからである。

上記と同様の理由で、本発明の差動型伝送装置は、送信データと受信データが伝送路上で衝突していると判定部が判定すると、判定部への前記不一致信号の転送が止められることが好ましい。

また本発明の差動型伝送装置において、送信データと受信データが伝送路上で衝突していると判定部が判定すると、他のノードに対して、データ衝突が生じていることを知らしめるためのダミーデータを伝送路に向けて送信することが好ましい。

本発明によれば、送信データ信号の波形と受信データ信号の波形を比較して不一致信号を生成し、この不一致信号より送信データと受信データの伝送路上の衝突を判定するものであるから、簡易な構成であるにもかかわらず、データ衝突をより確実に検知できる。

第１実施形態による空気調和装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態による空気調和装置の各ノード（機器）が備える差動型伝送装置の回路構成を示すブロック図である。 第１実施形態によるデータ衝突の判定に関連する手順を示すフローチャートである。 第１実施形態による不一致信号、判定部に入力される信号（外部割込み入力）及び衝突検知の有効／無効を並べたタイミングチャートである。 実測された送信波形、受信波形及び不一致信号の例を示す図である。 第２実施形態による差動型伝送装置の回路構成を示すブロック図である。 第２実施形態によるデータ衝突の判定に関連する手順を示すフローチャートである。 第２実施形態による不一致信号、判定部に入力される信号（外部割込み入力）及び衝突検知の有効／無効を並べたタイミングチャートである。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本実施形態による空気調和装置の構成を示しており、同図中、符号１〜６は空調制御用の信号線（２本線渡り配線）、７，８は信号線１〜６に接続されて空調監視・制御を行う信号線（２本線渡り配線）、１１〜１６は室内機、２１〜２６は室内機１１〜１６に各々付属するリモコン、３１，３２は室外機、４１は空調監視盤、１０，２０はひとつの部屋に設置されて同じ温度設定や運転モードで運転される空調機のグループを示している。なお、信号線１〜８を総称して伝送路ということがある。

室内機１１，１２と室外機３１は、信号線１，３で接続され一体となって空調運転を行い、室内機１３〜１６と室外機３２についても同様に、信号線２，４〜６で接続され一体となって空調運転を行っている。室内機１１，１２は、それぞれ設定温度に対する室温の偏差を基に必要な空調能力を演算し、室外機３１に対して必要な空調能力を常時要求している。この際、要求信号は信号線１，３を伝わって室外機３１に送られている。また、室内機１３〜１６についても同様に、室外機３２に対し信号線２，４〜６を介して必要な空調能力を常時要求している。

空調監視盤４１は、信号線７，８を介して室内外機間の信号線１〜６につながっているため、上記室内機１１〜１６から室外機３１，３２に送られる要求空調能力をこれら室外機３１，３２と同じように受信でき、室内機１１〜１６の要求空調能力を常に把握することが可能となっている。

室内機１１〜１６、リモコン２１〜２６、室外機３１，３２及び監視盤４１には、図２に示す差動型伝送装置５０が設けられている。この差動型伝送装置５０は、マイクロコンピュータ６０と、ライン・ドライバ／レシーバ回路７０と、レシーバ出力選択回路９５と、衝突検知部９０とを備えている。

マイクロコンピュータ６０は、制御部６１、インターフェース６２、タイマ６３、判定部６４及びメモリ６５を備えている。また、マイクロコンピュータ６０は、送信ポートＴｘＤ、受信ポートＲｘＤ、汎用ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰｘを備えている。
制御部６１は、ＣＰＵがメモリ６５に記憶されるソフトウェアを解釈、実行することにより、インターフェース６２、タイマ６３及び判定部６４の動作を制御する。具体的にはインターフェース６２を介して、データの送・受信の開始、停止を制御する。このデータの送・受信には、判定部６４の判定結果に基づいて送信するダミーデータを含む。また、制御部６１は、後述する衝突検知の有効・無効を制御する。さらに制御部６１は、判定部６４の衝突有無の判定結果に基づいて、衝突フラグのオン／オフを制御する。衝突フラグは、メモリ６５に記憶される。

タイマ６３及び判定部６４は、マイクロコンピュータ６０に含まれるメモリ６５に記憶されるソフトウェアによって動作が実現される。
判定部６４は、詳しくは後述するが、衝突検知部９０から転送される不一致信号に基づいて、伝送路上でデータ衝突が生じているか否かの判定を行う。

ライン・ドライバ／レシーバ回路７０は、差動型ライン・ドライバ／レシーバＩＣ８０と差動型ライン・ドライバ／レシーバＩＣ８５を備えている。差動型ライン・ドライバ／レシーバＩＣ８０は差動型ライン・ドライバ８１と差動型ライン・レシーバ８２とを備え、差動型ライン・ドライバ／レシーバＩＣ８５は差動型ライン・ドライバ８６と差動型ライン・レシーバ８７を備えている。２つの差動型ライン・ドライバ８１及び差動型ライン・ドライバ８６の出力は互いに異なる極性の端子１Ｙと２Ｚ，１Ｚと２Ｙが接続される。また、２つの差動型ライン・レシーバ８２及び差動型ライン・レシーバ８７の入力は互いに異なる極性の端子１Ａと２Ｂ，１Ｂと２Ａが接続される。

差動型ライン・ドライバ８１及び差動型ライン・ドライバ８６は、配線Ｔによりマイクロコンピュータ６０の送信ポートＴｘＤと接続され、送信ポートＴｘＤを介してマイクロコンピュータ６０から転送されるデータを受信する。差動型ライン・ドライバ８１及び差動型ライン・ドライバ８６は、伝送路接続端子７１を介して伝送路と接続されている。マイクロコンピュータ６０から受信したデータは、マイクロコンピュータ６０から差動型ライン・ドライバ８１及び差動型ライン・ドライバ８６に対して付与される制御信号ＤＥ１，ＤＥ２に基づいて、差動型ライン・ドライバ８１及び差動型ライン・ドライバ８６から伝送路に向けて転送される。

差動型ライン・レシーバ８２及び差動型ライン・レシーバ８７は、配線Ｒによりマイクロコンピュータ６０の受信ポートＲｘＤと接続され、受信ポートＲｘＤを介してマイクロコンピュータ６０にデータを転送する。差動型ライン・レシーバ８２及び差動型ライン・レシーバ８７は、伝送路接続端子７１を介して伝送路と接続されている。

２つの差動型ライン・ドライバ８１及び差動型ライン・ドライバ８６、差動型ライン・レシーバ８２及び差動型ライン・レシーバ８７、並びにマイクロコンピュータ６０がデータの送信／受信を行う時、一つの極性に属するドライバ及びレシーバ（例えば差動型ライン・ドライバ８１と差動型ライン・レシーバ８２）を選択する。その選択（極性切換え）手段として、制御信号ＤＥ１，ＤＥ２及びＣＴＲＬを用いる。

あらかじめ決められたルールに従ってあるノードがデータを送信する。その他のノードはそのデータを受信し、データが正しく受信されたか否かを判断し、正しく受信されなければ逆極性接続と判断し、制御信号ＣＴＲＬによりレシーバ出力１Ｒ，２Ｒを切り替える。これにより、全てのノードの極性が確定される。データ送信時、マイクロコンピュータ６０は、選択された極性に属するドライバを制御信号ＤＥ１，ＤＥ２により選択し、使用する。

次に、本実施形態の特徴部分である衝突検知部９０について説明する。
衝突検知部９０は、比較回路９１を備える。比較回路９１は、マイクロコンピュータ６０の送信ポートＴ_ＸＤに接続され、送信データ信号を受ける。比較回路９１はまた、レシーバ出力選択回路９５と接続され、受信データ信号を受ける。比較回路９１はマイクロコンピュータ６０の外部割込みポートＰｘに接続されており、比較回路９１における比較結果はマイクロコンピュータ６０に転送される。

比較回路９１は、送信データ信号の波形（送信波形）と受信データ信号の波形（受信波形）を比較し、送信波形の立上り／立下りの位置と受信波形立上り／立下りの位置ずれを検知する。比較回路９１は、この位置ずれを排他的論理和により両波形の不一致部分の信号（不一致信号）を生成する。衝突検知部９０は、生成した不一致信号をマイクロコンピュータ６０に送る。
図５は、送信データと受信データに衝突が生じていない期間Ａと、送信データと受信データに衝突（以下、データ衝突）が生じる期間Ｂが続いているときの、送信波形、受信波形及び不一致信号の実例を示している。データ衝突の有無にかかわらず不一致信号は検知されるが、データ衝突が生じていない時の不一致信号のパルス幅が短いのに対して、データ衝突が生じている時の不一致信号のパルス幅は長いことがわかる。したがって、不一致信号の長短を判断することにより、データ衝突が生じているか否かの判定ができる。

マイクロコンピュータ６０は、外部割込みポートＰｘを介して受けた不一致信号のパルス幅（時間）が予め定められたｘ１（μｓ．）以上であるか否かを判断する。つまり、判定部６４は、不一致信号のパルス幅（時間）がｘ１（μｓ．）以上であるならば、データ衝突が生じていると判定する。
判定部６４がなしたデータ衝突の判定結果は、制御部６１に送られる。制御部６１は、この判定結果に基づいて、データ送信を中断する。

以上の差動型伝送装置５０が行うデータ衝突の判定に関連する手順を図３、図４を参照しながら説明する。この手順は、差動型伝送装置５０が行うデータ送信に伴って進められる。
差動型伝送装置５０が他のノードに対してデータ転送を開始する際（１バイト目のデータ送信時）に、制御部６１は衝突検知を有効にし（図３ Ｓ１０１）、外部割込みポートＰｘを介するマイクロコンピュータ６０（判定部６４）のへの衝突検知部９０からの不一致信号の転送を許可する。この際、衝突フラグをクリア（１はゼロに、ゼロはそのままゼロに）しておく。
他のノードに対するデータ送信が開始される（図３ Ｓ１０３）と、衝突検知部９０（比較回路９１）は送信データと受信データを比較する（図３ Ｓ１０５）。この比較は、上述したように、送信波形の立上り／立下りの位置と受信波形立上り／立下りの位置ずれに基づいて、不一致信号を生成するものである。衝突検知部９０は、生成した不一致信号をマイクロコンピュータ６０の判定部６４に転送する。

不一致信号を受けた判定部６４は、不一致信号のパルス幅（時間）がｘ１（μｓ．）以上の場合には、データ衝突が生じているものと判定する（図３ Ｓ１０７）。そうすると、この判定結果を受けた制御部６１は、衝突検知を無効にし（図３ Ｓ１０９）、それ以降に不一致信号がマイクロコンピュータ６０に送られるのを止める。データ衝突が生じていることが判定された後は、さらに判定を行う実益がないので、マイクロコンピュータ６０の無用な負荷を防ぐために、不一致信号が送られるのを止めるのである。

図４は、不一致信号、判定部６４に入力される信号（外部割込み入力）及び衝突検知の有効／無効を時系列で並べたタイミングチャートの例である。
図４の例は、衝突検知を有効にした後に不一致信号が生成されているが、６つ目のパルスまではパルス幅がｘ１（μｓ．）未満である。この間、衝突検知は有効のままである。
７つ目のパルスで示される不一致信号は、パルス幅がｘ１（μｓ．）以上であるので、衝突検知は無効となる。そうすると、それ以降に不一致信号は生成されるものの、マイクロコンピュータ６０への転送が止められるので、外部割込み入力とはならない。図４の外部割込み入力の欄の点線はこのことを示している。

また、衝突が発生した旨（不一致信号の幅がｘ１（μｓ．）以上）の判定結果を受けた制御部６１は、衝突が発生していることを示すフラグを立て（衝突フラグ＝１，（図３ Ｓ１１１）、手順は次のステップＳ１１３に進む。
不一致信号を受けた判定部６４は、不一致信号のパルス幅（時間）がｘ１（μｓ．）未満の場合（図３ １０７）には、次のステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３において、制御部６１は衝突フラグが１か否（０）かを判断し（図３ Ｓ１１３）、衝突フラグが１であれば、以後のデータ衝突を回避するために、制御部６１はデータ送信を中断する（図３ Ｓ１１５）。次いで、制御部６１は、送信ポートＴｘＤを介して伝送路上にダミーデータを送信する（図３ Ｓ１１７）。このダミーデータは、他のノードに対して、データ衝突が生じていることを知らしめるために送信される。制御部６１は、ダミーデータ送信以外のデータ送信をタイマ６３に基づく所定時間だけ待機した後（図３ Ｓ１１９）に、ステップＳ１０１に戻り、再度、衝突検知を有効にして、送信動作を行う。

ステップＳ１１３において、衝突フラグがゼロであれば、データ衝突は生じていないものと判断し、衝突検知の手順を終了する。ステップＳ１０３で始まったデータ送信は完了する。

以上説明したように、差動型伝送装置５０は、送信データと受信データの不一致信号の幅でデータ衝突が生じていることを確実に検知できる。しかもこの検知は、送信データと受信データの比較、及び、不一致信号の幅を判定するものであり、特に不一致信号の判定はソフトウェアとして処理することもできるので、簡易な装置構成で足りる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態による差動型伝送装置５０は、衝突検知部９０（比較回路９１）で生成される不一致信号の全てをマイクロコンピュータ６０に転送する。マイクロコンピュータ６０（判定部６４）は、転送される全ての不一致信号について判定処理を行うので、負荷が大きくなる。そこで、第２実施形態による差動型伝送装置１００は、この負担を軽減するハード的な構成を設ける。この構成は、図６に示すように、比較回路９１の後段側に設けられるフィルタ９２である。なお、図２と同じ構成については、図６に同じ符号を付して説明を省略する。
このフィルタ９２は、比較回路９１で生成される不一致信号の中から、パルス幅の小さいものを除去する。そうするとこにより、例えば図８に示すように、パルス幅がｘ２（μｓ．）以下の不一致信号（点線で示す）は、外部割込み入力としてマイクロコンピュータ６０へ転送されるのが阻止される。

フィルタ９２を備える差動型伝送装置１００のデータ衝突の判定に関連する手順は、図７に示すように、第１実施形態にステップＳ１０６が追加されたものとなる。つまり、ステップＳ１０５において生成されるｘ２（μｓ．）以下のパルス幅の不一致信号を、ステップＳ１０６で除去する。したがって、マイクロコンピュータ６０（判定部６４）には、パルス幅がｘ２（μｓ．）を超える不一致信号だけが、送られる。次のステップＳ１０７では、パルス幅がｘ２（μｓ．）を超える不一致信号について、さらにパルス幅がｘ１（μｓ．）を超えるか否かの判断がなされる。なお、図３と同じ部分には、同じ符号を図７に付して説明を省略する。

以上の第２実施形態による差動型伝送装置１００は、差動型伝送装置５０と同様の効果を実現するのに加えて、マイクロコンピュータ６０の処理負荷が軽減される利点がある。
なお、以上の実施形態では、２つの差動型ライン・ドライバ８１及び差動型ライン・ドライバ８６、２つの差動型ライン・レシーバ８２及び差動型ライン・レシーバ８７を備えているが、本発明は１組の差動型ライン・ドライバと差動型ライン・レシーバを備える差動型伝送装置について適用できることは言うまでもない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１〜８…信号線、１１〜１６…室内機、２１〜２６…リモコン、３１，３２…室外機
５０，１００…差動型伝送装置
６０…マイクロコンピュータ
６１…制御部、６２…インターフェース、６３…タイマ、６４…判定部
７０…ライン・ドライバ／レシーバ回路
８０，８５…差動型ライン・ドライバ／レシーバＩＣ
８１，８６…差動型ライン・ドライバ、８２，８７…差動型ライン・レシーバ
９０…衝突検知部
９１…比較回路、９２…フィルタ
９５…レシーバ出力選択回路

Claims (4)

1. 複数のノード間の信号伝送を極性の決められた２本の配線を備えた伝送路に接続され、前記各ノードに設置される差動型伝送装置において、
   前記伝送路に向けて送信データ信号を送る差動型ライン・ドライバと、
   前記伝送路から送られてくる受信データ信号を受ける差動型ライン・レシーバと、
   差動型ライン・ドライバに前記送信データ信号を送るとともに、前記差動型ライン・レシーバが受けた前記受信データ信号を受けるインターフェースと、
   前記送信データ信号の波形と前記受信データ信号の波形を比較して不一致信号を生成する信号比較部と、
   前記信号比較部から転送される前記不一致信号のパルス幅ｘ１に基づいて前記送信データと前記受信データの前記伝送路上の衝突を判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする差動型伝送装置。
2. 前記信号比較部と前記判定部の間にフィルタを備え、
   前記フィルタは、前記信号比較部で生成される前記不一致信号の中で、パルス幅が所定値ｘ２以下の前記不一致信号を除去する請求項１に記載の差動型伝送装置。
3. 前記送信データと前記受信データが前記伝送路上で衝突していると前記判定部が判定すると、
   前記判定部への前記不一致信号の転送が止められる請求項１又は２に記載の差動型伝送装置。
4. 前記送信データと前記受信データが前記伝送路上で衝突していると前記判定部が判定すると、
   他の前記ノードに対して、データ衝突が生じていることを知らしめるためのダミーデータが前記伝送路に向けて送信される請求項１〜３のいずれか一項に記載の差動型伝送装置。

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