JP2011077782A

JP2011077782A - 多重通信装置および多重通信システム

Info

Publication number: JP2011077782A
Application number: JP2009226465A
Authority: JP
Inventors: Yuji Saito; 祐二斉藤; Mitsuru Ito; 満伊藤; Masashi Tanaka; 正志田中
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Tega Sanyo Industry Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Techno Solutions Tottori Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】ＬＩＮプロトコルによるシングルマスタ方式の多重通信装置に採用するマイコンに内蔵のクロック発振子が要因となり、そのクロック周波数が規定値からずれる場合があっても、このクロック周波数の変動に伴う誤差を補正が可能となるようにする。
【解決手段】ＬＩＮ通信プロトコルに基づくシリアル通信によりマスタ・ノードと複数のスレーブ・ノード間で通信する多重通信装置であり、商用交流電源から生成した直流電源をマスタ・ノードに供給するとともに、前記商用交流電源から生成した電源周期信号を前記マスタ・ノードのマイコンに供給し、該マイコンにおいて前記電源周期信号によりクロック発振周波数の変動に伴う誤差の補正を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、通信プロトコルとしてＬＩＮ（Local Interconnect Network）を採用し、シリアル信号によりマスタ・ノードと複数のスレーブ・ノード間の通信を行う多重通信装置および多重通信システムに関する。

ＬＩＮ通信プロトコルによるシングルマスタ方式における多重通信は、１本の信号線で実現することが可能であり、比較的安価に構築することができることから、乗用車などの車両に採用され広く普及している（例えば、特許文献１）。図３は、このようなＬＩＮ通信プロトコルに基づく多重通信の概略を示すブロック図であり、同図に示すようにマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略称する）１と、通常１個の専用ＩＣで構成されるＬＩＮドライバ１０を主体にしてマスタ・ノードＭＮが構成されている。

前記ＬＩＮドライバ１０のＬＩＮポートに接続されるＬＩＮバスＬＢを介し、車両である場合、制御対象となるパワーウインドウなどの各部位に配置したスレーブ・ノードＳＮ１・ＳＮ２・ＳＮ３・・・ＳＮｎが接続される。これらのスレーブ・ノードＳＮ１・ＳＮ２・ＳＮ３・・・ＳＮｎもマスタ・ノードＭＮと同様にＬＩＮドライバとマイコンを主体に構成され、双方向のシリアル通信が可能となるようにしている。この多重通信システムはシングルマスタ方式であり、マスタ・ノードＭＮからの指示がない限りスレーブ・ノードＳＮ１・ＳＮ２・ＳＮ３・・・ＳＮｎからデータを送信できないが、受信動作に関しては制限がなく、他のスレーブ・ノードが送信しているときでも受信が可能である。

マスタ・ノードＭＮのマイコン１は定電圧回路１１、スイッチ１２を介してバッテリ電源ＶＢに接続されている。また、マイコン１はＬＩＮドライバ１０のＩＮＨポートと接続され、信号伝達経路が構成されている。ＬＩＮドライバ１０はＬＩＮ通信プロトコルを用いた通信の送受信機に相当するものであり、そのＴＸポートは、マイコン１からスレーブ・ノードＳＮ１・ＳＮ２・ＳＮ３・・・ＳＮｎへ送信する送信信号を受信するポートであり、この送信信号を受信すると内部のドライバを駆動してＬＩＮポートから送信信号をＬＩＮバスＬＢに出力する。

ＬＩＮドライバ１０のＷＡＫＥポートにトリガ信号が入力すると、ＩＮＨポートにＨレベルの信号を発生し、マイコン１に出力する。ＥＮポートは、マイコン１から所定レベルの信号を受信すると、ウェイクアップ部を起動し、入力される信号レベルと同じレベルの信号をＩＮＨポートから発生させる。ＲＸポートは、ＬＩＮポートで受信したスレーブ・ノードＳＮ１・ＳＮ２・ＳＮ３・・・ＳＮｎからの受信信号をマイコン１へ送信する。

マイコン１は、そのＵＡＲＴ１ポートから８ビットのデータ毎にシリアルデータをＬＩＮドライバ１０のＴＸポートに送信し、ＵＡＲＴ２ポートはＬＩＮドライバ１０のＲＸポートからのシリアルデータを受信する。マイコン１は、ＵＡＲＴ１ポートおよびＵＡＲＴ２ポートのボーレートの設定（例えば、４８００ｂｐｓ、９６００ｂｐｓ、１９２００ｂｐｓなど）を行うことができ、ストップビットの付加を含めた送受信データフォーマット長などの変更が可能となるようにしている。

つぎに、マイコン１の内部の本発明に関わる部分の構成について以下に説明する。マイコン１はワンチップ・マイコンであり、内部にはクロック発振部２とセラミックを発振要素とするクロック発振子３を備えている。クロック発振部２で生成されたクロック信号は、ＣＰＵ５の基準クロックとして用いられるとともに、タイマーカウンタ４で使用される。

特開２００４−１３９３１９号公報

上記したようなクロック発振子を内蔵したワンチップ・マイコンは、高価で大きな実装スペースを必要とする水晶発振子を用いた場合に比べ、格段にコストを低減できることから、近年、多くの装置に採用されている。ところが、このようにワンチップ・マイコンに内蔵されるクロック発振子は部品のバラツキ、マイコンに内蔵される回路とクロック発振子とのマッチング、クロック発振子の環境温度による変化、およびクロック発振子の経年変化などが要因となり、クロック発振子のクロック周波数が規定値からずれるという問題がある。

このような問題が発生すると、基準周波数を分周するタイマーカウンタのタイマー周波数は、予めマイコンのソフトウエアで定義している値からずれることになる。この結果、予めマイコンで定義している規定値からずれた周波数を分周したタイマーカウンタでカウントしたカウント数により求めた計数値は、クロック発振子の基準周波数がその規定値からずれた割合だけ正規の周期からずれるという問題があった。

ところで、ＬＩＮ通信においては、マスタ・ノードがスレーブ・ノードにヘッダを送信し、そのヘッダの内容に従ってスレーブ・ノードがマスタ・ノードにレスポンスを送るという手順になっており、通信は必ずマスタ・ノードから始まり、スレーブ・ノードから通信が開始されることはない。このような通信におけるスレーブ・ノードの検出閾値は、スレーブ・ノードの動作クロックの周波数偏差を最大１４％まで許容することから、１１ビットで判別するようになっている。一方、マスタ・ノードから送出さけるヘッダのブレークはロー・パルスが少なくとも１３ビット以上であること、また、スレーブ・ノードは１１ビット時間を閾値として検出することが規定されていることから、ここでの１３ビットは、マスタ・ノードが±０．５％の精度で保証しなければならないことになる（LIN Physical Layer Specification）。

このような条件に基づくことから、マスタ・ノードにおける動作クロックの精度はきわめて重要であり、この精度向上により通信エラーを防止することが可能となる。ところが、上述したように、クロック発振子を内蔵したワンチップ・マイコンの発振周波数はきわめて不安定であることから、何らの対策を講じない場合の精度は要求される精度の範囲を超えてしまう可能性がある。そこで本発明は、クロック発振周波数の変動に伴う誤差の補正を商用交流電源から得られる電源周期信号に基づいて行い、マスタ・ノードが正確に動作するようにし、通信の安定が得られるようにした。

そこで本発明は、以下に述べる各手段により上記課題を解決するようにした。即ち、請求項１記載の発明では、ＬＩＮ通信プロトコルに基づくシリアル信号によりマスタ・ノードと複数のスレーブ・ノード間で通信する多重通信装置であり、前記交流電源から生成した直流電源をマスタ・ノードに供給するとともに、前記商用交流電源から生成した電源周期信号を前記マスタ・ノードのマイコンに供給し、該マイコンにおいて前記電源周期信号によりクロック発信周波数の変動に伴う誤差の補正が可能となるようにする。

請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の多重通信装置において、マスタ・ノードのマイコンに、所定周波数のクロック信号を出力するクロック発振手段と、電源周期信号を用いてタイマーカウンタにより電源周期毎の前記クロック信号を計数して測定カウント値を出力する計数手段と、予め基準値として設定した基準カウント値を記憶する記憶手段と、前記測定カウント値と基準カウント値との比率に基づく補正係数値を算出する補正係数算出手段とを備え、該補正係数算出手段により算出された補正係数に基づいて前記タイマーカウンタから出力された測定カウント値を補正する。

請求項３記載の発明では、上記請求項１記載の多重通信装置において、電源周期信号がゼロクロス信号であるようにする。

請求項４記載の発明では、商用交流電源から生成した直流電源が供給されるとともに、前記商用交流電源から生成した電源周期信号をマイコンに供給し、該マイコンにおいて前記電源周期信号によりクロック発信周波数の変動に伴う誤差の補正が可能となるようにしたマスタ・ノードを屋内配電盤に設ける一方、スレーブ・ノードを備えた複数の家庭電気器具を屋内の要所に配置し、前記マスタ・ノードと前記家庭電気機器のスレーブ・ノード間をＬＩＮバスにより相互に接続してＬＩＮプロトコルに基づくシリアル信号により通信が可能となるようにする。

本発明によれば、ＬＩＮ通信プロトコルに基づくシリアル通信によりマスタ・ノードと複数のスレーブ・ノード間で通信する多重通信装置において、マスタ・ノードにおけるマイコンのクロック発信周波数の変動に伴う誤差の補正を商用交流電源から得られる電源周期信号に基づいて行うようにしたので、マスタ・ノードからスレーブ・ノードへの送信の精度を高く保証することができ、通信エラーを生じない多重通信装置となるようにすることができる。

また、家庭電気機器のスレーブ・ノードと通信するマスタ・ノードを屋内配電盤に設けるようにしたので、家庭電気機器への電源ケーブルに付設して架設することができるので、ネットワークを容易に構築することができる。これにより、複数の家庭電気機器の電力モニターなどが可能となり、電力の過剰消費による配線用遮断器（ブレーカ）の作動の防止、あるいは電気消費量の削減を目的としたホームエレクトロニクスの実現に寄与することができる。

本発明の実施の概要を説明する図である。本発明のマスタ・ノードの構成を説明するブロック図である。従来のマスタ・ノードの構成を説明するブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。なお、背景技術で説明した構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１は本発明により構成されたシングルマスタ方式による多重通信システムの概要を説明する図であり、マスタ・ノードＭＮと相互に通信するスレーブ・ノードＳＮ１・ＳＮ２・ＳＮ３・・・ＳＮｎは、オーブン・レンジ、洗濯機、冷蔵庫などの家庭電気機器に内蔵されていることを前提に実施例として説明する。同図に示すように分電盤ＳＢは、主開閉器ＳＢ１、配線用遮断機ＳＢ２、スレーブ・ノードの状態あるいはエラーメッセージなどを表示するための表示器ＳＢ３、そしてユニット化されたマスタ・ノードＭＮを備える。

一方、家庭電気機器ＨＡ１・ＨＡ２・ＨＡ３・・・ＨＡｎにはユニット化されたスレーブ・ノードＳＮ１・ＳＮ２・ＳＮ３・・・ＳＮｎを備えている。そして、前記分電盤ＳＢと家庭電気機器ＨＡ１・ＨＡ２・ＨＡ３・・・ＨＡｎの間は電力線ＰＷおよびＬＩＮバスＬＢにより相互に接続されている。

つぎに、マスタ・ノードＭＮに採用するマイコン１の本発明に関連する部分の構成について説明する。図２に示すようにマイコン１にはタイマーカウンタ４を備える。クロック発振部２はクロック発振子３の発振周波数を計測し、クロック信号を前記タイマーカウンタ４とＣＰＵ５に送出する。

符号６は電源周期検出部であり、商用交流電源ＡＣに接続され、電源周期信号をマイコン１のタイマーカウンタ４へ出力する。また、商用交流電源ＡＣは電源部７にも供給され、この電源部７で生成された直流電源がマスタ・ノードＭＮに供給される。前記電源周期検出部６から出力される電源周期信号とクロック発振部２のクロック信号とを用いてタイマーカウンタ４において商用交流電源の周波数の周期を測定し測定カウント値を出力する。また、マイコン１のＲＯＭ（図示省略）には商用交流電源の周波数の周期に対応する基準カウント値を記憶しておく。これにより、前記基準カウント値と測定カウント値との比率に基づく補正計数値の算出が可能となる。なお、補正係数の算出はソフトウエア処理により実現される。

つぎに、クロック周波数に誤差により生じた場合の補正処理について説明する。なお、以下の説明では、電源周波数が５０Ｈｚの場合であることを前提にし、電源周期信号は商用交流電源のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点間の時間を計数するものとする。また、タイマーカウンタ４には、１０ＫＨｚのクロック信号が供給されているものとし、８ビットのカウンタとした場合、０．１ｍＳ×２５５＝２５．５ｍＳ、つまり０．１ｍＳ単位で最大２５．５ｍＳまで時間を計測できることになる。

上述したように、タイマーカウンタ４に電源周期信号が入力され、その周期におけるクロック信号のカウント値に基づいて計時されるようになっている。これは電源周期信号の立ち上がりでカウントを開始し、次の電源周期信号の立ち上がりでカウントを停止させることで電源周期をカウントする。クロック発振子３が誤差なく設計通りの周波数で発振していれば、タイマーカウンタ４に供給される周波数は１０ＫＨｚであると、５０Ｈｚの商用交流電源の１周期（２０ｍＳ）は２００カウントとなる。
もし、クロック発振子３が高い方の周波数へ２０％ずれて発振したとすれば、タイマーカウンタ４に供給される周波数は１２ＫＨｚ（周期：０．０８ｍＳ）であり、５０Ｈｚの商用交流電源の１周期（２０ｍＳ）は２５０カウントになる。したがって、誤差が生じていない場合のＲＯＭに記憶されている基準カウント値：２００と誤差が発生した場合の測定カウント値：２５０とを比較することにより、どの程度の誤差が生じているかを定量的に把握することができる。

誤差が発生していない場合のカウント値を基準としたとき、測定したカウント値の倍率を補正係数とし、誤差の増減分を誤差率と定義すると、補正係数＝測定カウント値／基準カウント値＝２５０／２００＝１．２５（誤差率：２５％）となる。この補正係数をマイコン１のＲＡＭ（図示省略）に格納しておき、補正係数を用いて補正することにより、クロック発振周波数が変動したとしても時間制御の誤差を低減させることができる。なお、この補正係数を用いた補正はソフトウエア処理により実現される。また、このソフトウエア処理は、所定の時間間隔あるいはＣＰＵの稼働率の低い状態を判断して適宜に実行し得る。

１・・・・・マイコン
２・・・・・クロック発振部
３・・・・・クロック発振子
４・・・・・タイマーカウンタ
５・・・・・ＣＰＵ
６・・・・・電源周期検出部
７・・・・・電源部
１０・・・・ＬＩＮドライバ
ＬＢ・・・・ＬＩＮバス
ＰＷ・・・・電力線
ＭＮ・・・・マスタ・ノード
ＳＮ１・ＳＮ２・ＳＮ３・ＳＮｎ・・・・スレーブ・ノード
ＨＡ１・ＨＡ２・ＨＡ３・ＨＡｎ・・・・家庭電気機器

Claims

ＬＩＮ通信プロトコルに基づくシリアル信号によりマスタ・ノードと複数のスレーブ・ノード間で通信する多重通信装置であり、
商用交流電源から生成した直流電源をマスタ・ノードに供給するとともに、前記商用交流電源から生成した電源周期信号を前記マスタ・ノードのマイコンに供給し、該マイコンにおいて前記電源周期信号によりクロック発振周波数の変動に伴う誤差の補正が可能となるようにしたことを特徴とする多重通信装置。
前記マスタ・ノードのマイコンに、所定周波数のクロック信号を出力するクロック発振手段と、電源周期信号を用いてタイマーカウンタにより電源周期毎の前記クロック信号を計数して測定カウント値を出力するする計数手段と、予め基準値として設定した基準カウント値を記憶する記憶手段と、前記測定カウント値と基準カウント値との比率に基づく補正計数値を算出する補正係数算出手段とを備え、該補正係数算出手段により算出された補正係数に基づいて前記タイマーカウンタから出力された測定カウント値を補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載の多重通信装置。
前記電源周期信号がゼロクロス信号であることを特徴とする請求項１記載の多重通信装置。
商用交流電源から生成した直流電源が供給されるとともに、前記商用交流電源から生成した電源周期信号をマイコンに供給し、該マイコンにおいて前記電源周期信号によりクロック発信周波数の変動に伴う誤差の補正が可能となるようにしたマスタ・ノードを屋内配電盤に設ける一方、スレーブ・ノードを備えた複数の家庭電気機器を屋内の要所に配置し、前記マスタ・ノードと前記家庭電気機器のスレーブ・ノード間をＬＩＮバスにより相互に接続してＬＩＮプロトコルに基づくシリア信号により通信が可能となるようにしたことを特徴とする多重通信システム。