JP2013137201A - 信号検出回路および加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を招くことなく信号入力線の接続異常を検出でき、低コストでかつ回路の小型化の要請に適応した信号検出回路を提供する。
【解決手段】サーミスタＴＨの検出信号をマイコン１のＡ／Ｄ入力ポート１１に入力するように構成されている信号検出回路において、Ａ／Ｄ入力ポート１１への信号入力線２を分岐してマイコン１の入力／出力兼用ポート１３に接続する。そして、信号入力線２の接続診断時には入力／出力兼用ポート１３をＨｉレベル出力にして、そのときのＡ／Ｄ入力ポート１１の入力値から信号入力線２の接続に異常がないかを判断する。なお、サーミスタＴＨの検出信号を読み取る時は入力／出力兼用ポート１３は入力ポートに設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は信号検出回路および加熱装置に関し、より詳細には、センサ等の検出信号をマイコンのＡ／Ｄ入力ポートに入力するように構成されている信号検出回路において、Ａ／Ｄ入力ポートへの信号入力線の接続不良の有無を診断する技術に関する。

従来、給湯装置においては、給湯装置への入水温度や出湯温度、さらには、風呂の追い焚き機能を備えている場合には、浴槽に供給される湯水の温度や浴槽から戻る湯水の温度など給湯装置各部の温度を検出するようになっている。

このような給湯装置での温度の検出は、サーミスタなど温度に応じて抵抗値が変化する温度センサに分圧用の抵抗を直列に接続したセンサ回路を所定電圧の電源と接地ラインとの間に挿入するとともに、温度センサと分圧用の抵抗の接続点とマイコンのＡ／Ｄ入力ポートとを信号入力線で接続してなり、温度に応じて変化する上記接続点の電圧（温度センサの検出信号）をマイコンのＡ／Ｄ入力ポートに入力することによって、マイコンが入力された電圧値に基づいて温度を演算するようになっている。

ところで、このような温度センサの信号検出回路では、信号入力線とＡ／Ｄ入力ポートの接続に異常（たとえば、Ａ／Ｄ入力ポートの端子の浮きなどによる非接触の部位）があると、マイコンに正常な電圧（検出信号）を入力できなくなることから、特に正確な温度検出が求められる温度センサについては、このような接続異常を検出する診断回路を付加している（たとえば、特許文献１参照）。

図４は、このような信号入力線の接続異常の診断回路を付加してなる信号検出回路の一例を示している。この図４に示す信号検出回路は、温度センサとしてサーミスタＴＨを備えており、このサーミスタＴＨの検出信号がマイコン１のＡ／Ｄ入力ポート１１に入力されるように構成されている。

具体的には、サーミスタＴＨに分圧用の抵抗Ｒ１が直列に接続されるとともに、この直列回路に所定の電圧（たとえば、５Ｖ）の電源Ｖcc１が接続され、サーミスタＴＨと分圧用の抵抗Ｒ１の接続点Ａが抵抗Ｒ２，Ｒ３を備えた信号入力線２によってマイコン１のＡ／Ｄ入力ポート１１に接続されている。なお、図４において符号Ｖcc２は、マイコン１の駆動電源を示している。

そして、この信号入力回路には、信号入力線２の接続異常を検出するための診断回路として、トランジスタＴｒ１と抵抗Ｒ４，Ｒ５とが備えられている。具体的には、この診断回路は、トランジスタＴｒ１がオンすることによって上記信号入力線２の抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点ＢをＬｏレベルに設定する（接続点Ｂを接地ラインに接続する）回路であって、上記トランジスタＴｒ１のベース端子が抵抗Ｒ４を介してマイコン１の出力ポート１２に接続されるとともに、コレクタ端子が上記接続点Ｂ、エミッタ端子が接地ラインにそれぞれ接続されている。

そして、信号入力線２の接続異常の有無を診断する際には、マイコン１の出力ポート１２からＨｉレベルの信号を出力してトランジスタＴｒ１をオンさせて、このときにＡ／Ｄ入力ポート１１の入力が０Ｖ（接地レベル）になっているかを確認し、０Ｖになっていれば信号入力線２の接続は正常である（端子浮きなどがない）と判断するようになっている。

特開２０００−３５６５５６号公報

しかしながら、このような従来の回路構成には以下のような問題があり、その改善が望まれていた。

すなわち、上述したような診断回路の構成では、信号入力線２の接続異常の検出にあたり、トランジスタＴｒ１、抵抗Ｒ４，Ｒ５からなる外付けの回路が必要になるため、これら部品点数の増加に伴って製造コストの上昇を招くとともに、信号検出回路の小型化が阻害されるといった問題がある。特に給湯装置においては、装置本体の小型化の要請から信号検出回路を備えた制御基板の小型・高密度化が望まれているが、これら診断回路の負荷に伴う部品点数の増加はそのような要請に逆行するものであった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、部品点数の増加を招くことなく信号入力線の接続異常を検出でき、低コストでかつ回路の小型化の要請に適応した信号検出回路を提供するとともに同回路を備えた給湯装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る信号検出回路は、センサ等の検出信号をマイコンのＡ／Ｄ入力ポートに入力するように構成されている信号検出回路において、上記Ａ／Ｄ入力ポートへの信号入力線を分岐して上記マイコンの入力／出力兼用ポートに接続してなり、上記検出信号の読み取り時には上記入力／出力兼用ポートを入力ポートに設定するとともに、上記信号入力線の接続診断時には上記入力／出力兼用ポートを出力ポートに設定することを特徴とする。

そして、上記信号入力線の接続診断時において、上記入力／出力兼用ポートから出力した電位と同等の電位が上記Ａ／Ｄ入力ポートに入力される場合には上記信号入力線の接続は正常であると判断することを特徴とする。

すなわち、本発明に係る信号検出回路では、マイコンのＡ／Ｄ入力ポートに接続される信号入力線を分岐してマイコンの入力／出力兼用ポートに接続し、信号入力線の接続診断時にはマイコンの入力／出力兼用ポートを出力ポートに設定するので、このときにＡ／Ｄ入力ポートに出力ポートの設定（たとえば、Ｈｉレベル出力）に応じた入力（すなわち、入力／出力兼用ポートから出力した電位と同等の電位の入力）があれば信号検出線の接続は正常と判断する一方、出力ポートの設定に応じた入力がＡ／Ｄ入力ポートになければ信号検出線の接続は異常であると判断する。

これに対して、信号入力線の接続診断を行わない時、すなわち、検出信号の読み取り時にはマイコンの入力／出力兼用ポートを入力ポートに設定するので、検出信号の読み取り時には検出信号がＡ／Ｄ入力ポートに入力される。

そして、本発明に係る加熱装置は、温度センサの検出信号の信号検出回路に請求項１に記載の信号検出回路を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、センサ等の検出信号をマイコンのＡ／Ｄ入力ポートに入力するように構成されている信号検出回路において、上記Ａ／Ｄ入力ポートへの信号入力線を分岐して上記マイコンの入力／出力兼用ポートに接続し、上記検出信号の読み取り時には入力／出力兼用ポートを入力ポートに設定し、上記信号入力線の接続診断時には入力／出力兼用ポートを出力ポートに設定しているので、信号入力線の接続診断のための外付けの部品を必要とせずに信号入力線の接続診断ができ、低コストでかつ回路の小型化の要請に適応した信号検出回路を提供することができる。

また、これにより温度検出が正確に行えないと高温の出湯を招くおそれのある温度センサについて本発明を適用することで、安全な加熱装置（給湯装置を含む）を制御基板の大型化を伴うことなく提供できるようになる。

本発明に係る信号検出回路の概略構成の一例を示す回路図である。 同信号検出回路における信号入力線の接続診断の手順を示すフローチャートである。 同信号検出回路をサーミスタによる温度検出に用いた給湯装置の概略構成の一例を示す説明図である。 従来の信号検出回路の一例を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る信号検出回路の概略構成の一例を示す回路図である。この図１に示す信号検出回路は、図４に示す従来の信号検出回路における信号入力線２の接続異常の診断回路を改変したものであって、その他の構成は共通するので構成が共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

この図１に示す信号検出回路では、信号入力線２の接続異常の診断回路として、マイコン１の入力／出力兼用ポート１３を用いており、信号入力線２を分岐してこの入力／出力兼用ポート１３に接続している。具体的には、図１に示すように、信号入力線２における抵抗Ｒ２とＲ３の接続点Ｂと入力／出力兼用ポート１３とが信号出力線３で結線されている。なお、この信号出力線３には図１に一点鎖線で示したように、抵抗Ｒ６が備えられていてもよい。

次に、このように構成された信号検出回路の動作について、図２に基づいて説明する。
図２は、本発明に係る信号検出回路における信号入力線２の接続診断の手順を示している。この図２に示すように、本発明に係る信号検出回路では、Ａ／Ｄ入力ポート１１への信号入力線２の接続診断を行う場合、マイコン１は、まず、入力／出力兼用ポート１３を出力ポートに設定する（図２ステップＳ１参照）。

そして、入力／出力兼用ポート１３を出力ポートに設定すると、この状態で、入力／出力兼用ポート１３をＨｉレベル出力とするとともに（図２ステップＳ２参照）、このときのＡ／Ｄ入力ポート１１の入力値Ｘをマイコン１の記憶領域に記憶する（図２ステップＳ３参照）。なお、本実施形態では、接続診断時の入力／出力兼用ポート１３はＨｉレベル出力とする場合を示したが、入力／出力兼用ポート１３をＬｏレベル出力とするように構成してもよい。

このようにして、入力／出力兼用ポート１３からＨｉレベル出力を行ったときのＡ／Ｄ入力ポート１１の入力値Ｘを記憶すると、次に、マイコン１は、この入力値Ｘが入力／出力兼用ポート１３の出力電圧（具体的には、マイコン１の駆動電圧Ｖcc２）と近似する値であるか否か（すなわち、Ｘ≒Ｖcc２であるか否か）を判断する（図２ステップＳ４参照）。すなわち、信号入力線２とＡ／Ｄ入力ポート１１とが端子浮きなどの接続不良がなく正常に接続されている場合には、Ａ／Ｄ入力ポート１１には入力／出力兼用ポート１３の出力電圧と近似する電圧が入力されることになるので、Ａ／Ｄ入力ポート１１の入力値Ｘがそのような値を示しているかを判断する。なお、このとき、上述したように、接続診断時の入力／出力兼用ポート１３の出力をＬｏレベル出力としている場合は、Ａ／Ｄ入力ポート１１の入力値Ｘが０Ｖに近似する値であるか否か（Ｘ≒０Ｖであるか否か）を判断することになる。

そして、この判断が肯定的、すなわち、Ｘ≒Ｖcc２である場合（入力／出力兼用ポート１３の出力をＬｏレベル出力に設定しているときはＸ≒０Ｖである場合）は、信号入力線２とＡ／Ｄ入力ポート１１は正常に接続されていると判断し（図２ステップＳ５参照）、入力／出力兼用ポート１３を入力ポートに設定して（図２ステップＳ６参照）、接続診断を終了する。

すなわち、信号入力線２の接続診断時に、入力／出力兼用ポート１３から出力した電位と同等の電位がＡ／Ｄ入力ポート１１に入力されれば信号入力線２とＡ／Ｄ入力ポート１１の接続は正常であると判断し、この判断が終了した後は、入力／出力兼用ポート１３を入力ポートに設定することで、サーミスタＴＨによる温度の検出信号をマイコン１のＡ／Ｄ入力ポート１１に入力するようにし、マイコン１で温度の検出・演算ができるようにしている。

これに対して、図２ステップＳ４の判断が否定的、すなわち、Ｘ≠Ｖcc２である場合（入力／出力兼用ポート１３の出力をＬｏレベル出力に設定しているときはＸ≠０Ｖである場合）は、信号入力線２とＡ／Ｄ入力ポート１１は正常に接続されていない、つまり、Ａ／Ｄ入力ポート１１の端子浮きなどでＡ／Ｄ入力ポート１１と信号入力線２との接続に異常があると判断し（図２ステップＳ７参照）、この場合も入力／出力兼用ポート１３を入力ポートに設定して（図２ステップＳ６参照）、接続診断を終了する。なお、このようにＡ／Ｄ入力ポート１１と信号入力線２との接続に異常がある場合には、入力／出力兼用ポート１３を出力ポートに設定したままの状態で接続診断を終了するように構成することも可能である。

ここで、このようにＡ／Ｄ入力ポート１１と信号入力線２との接続に異常が検出された場合には、たとえば、マイコン１に所定の警報動作、たとえば、図示しない表示手段などにサーミスタＴＨに異常がある旨の表示などを行わせて（必要に応じて、マイコン１が搭載された器具の安全動作を行って）、信号入力線２の接続に異常があること（あるいは、当該サーミスタＴＨでは正確に温度を検出できていないこと）を外部に報知するように構成されていてもよい。

なお、この図２に示す信号入力線２の接続診断は、定期的または適時に行われるように構成される。たとえば、一定期間（たとえば１０ｍ秒間）入力／出力兼用ポート１３を入力ポートに設定してサーミスタＴＨによる温度検出を行った後、次の一定期間（たとえば１０ｍ秒）は入力／出力兼用ポート１３を出力ポートに設定して信号入力線２の接続診断を行い、さらに次の一定期間は再び温度検出を行うといったように、温度検出と接続診断とを繰り返し行うように構成することができる。

このように、本発明によれば、サーミスタＴＨの検出信号をマイコン１のＡ／Ｄ入力ポート１１に入力するように構成されている信号検出回路において、上記Ａ／Ｄ入力ポート１１への信号入力線２を分岐してマイコン１の入力／出力兼用ポート１３に接続し、検出信号の読み取り時には入力／出力兼用ポート１３を入力ポートに設定する一方、上記信号入力線の接続診断時には入力／出力兼用ポート１３を出力ポートに設定し、信号入力線２の接続診断時において、入力／出力兼用ポート１３から出力した電位と同等の電位がＡ／Ｄ入力ポート１１に入力される場合には信号入力線２の接続は正常であると判断するので、信号入力線２の接続診断のために外付けの部品を必要とせず、低コストでかつ回路の小型化の要請に適応した信号検出回路を提供することができる。

次に、本発明に係る信号検出回路をサーミスタＴＨによる温度検出に用いた給湯装置の一例を図３に基づいて説明する。

図３は、給湯機能および風呂追い焚き機能を備えた給湯装置１００を示しており、この給湯装置１００は、その内部に給湯用熱交換器１０１と風呂追い焚き用熱交換器１０２とを備えている。これら熱交換器１０１，１０２は、ガスバーナ１０３，１０４によって加熱されるようになっている。

給湯用熱交換器１０１には、市水などの上水道から水の供給を受ける入水管１０５と、上記給湯用熱交換器１０１で加熱・昇温された温水をカランなどの給湯栓（図示せず）に供給する出湯管１０６とが接続されている。また、風呂追い焚き用熱交換器１０２には、図示しない浴槽からの湯水を風呂追い焚き用熱交換器１０２に供給する風呂戻り配管１０７と、風呂追い焚き用熱交換器１０２で加熱・昇温された温水を浴槽に供給する風呂往き配管１０８とが接続されており、これら風呂戻り配管１０７および風呂往き配管１０８によって浴槽と給湯装置１００との間に湯水の循環経路が形成され、循環ポンプ１０９によって湯水の強制循環が行えるようになっている。

１１０は浴槽への温水の落し込み用に設けられた給湯落し込み配管であって、上記出湯管１０６を分岐して風呂戻り配管１０９に接続されている。なお、給湯落し込み配管１１０には電磁弁１１１が備えられており、この電磁弁１１１を閉じることで温水の落し込みを停止できるようになっている。

そして、このような構成の給湯装置１００においては、温度検出用のサーミスタＴＨとして、給湯用熱交換器１０１への入水温度を検出する入水サーミスタ１１２、給湯栓への給湯温度を検出する出湯サーミスタ１１３、風呂追い焚き用熱交換器１０２への入水温度を検出する風呂戻りサーミスタ１１４、および風呂追い焚き用熱交換器１０２からの出湯温度を検出する風呂往きサーミスタ１１５などが備えられており、これらがそれぞれ上記信号入力線２を介して給湯装置のコントローラ１１６に備えられたマイコン１に接続されている。

なお、１１７は給湯装置１００のリモコン（操作装置）であって、このリモコン１１７は給湯装置１００のコントローラ１１６と通信線１１８を介して接続されており、コントローラ１１６との間で制御信号等の送受信を行うようになっている。そして、このリモコン１１７には、表示部（図示せず）が備えられており、この表示部に給湯装置１００の状態などを表示するように構成されている。

そして、このように構成された給湯装置１００において、本発明は、たとえば、出湯サーミスタ１１３、風呂戻りサーミスタ１１４、風呂往きサーミスタ１１５など、温度検出が正確に行えない場合に高温の出湯を招くおそれのあるサーミスタに適用される。

適用にあたっては、マイコン１には本発明を適用するサーミスタの数と同数のＡ／Ｄ入力ポート１１と入力／出力兼用ポート１３とが設けられる。そして、各サーミスタからの信号入力線２がそれぞれ個別のＡ／Ｄ入力ポートに接続されるとともに、これら信号入力線２からそれぞれ分岐される信号出力線３もそれぞれ個別の入力／出力兼用ポート１３に接続される。なお、本発明を適用しない、つまり、接続診断を行わないサーミスタ（たとえば、入水サーミスタ１１２）については、本発明が適用されるサーミスタとは異なるＡ／Ｄ入力ポート１１にその信号入力線２が接続される。

このように、給湯装置１００において、温度検出が正確に行えないと高温の出湯を招くおそれのあるサーミスタについて本発明を適用し、かつ、信号検出回路での接続診断によって異常が検出された場合には、バーナ１０３，１０４の燃焼を禁止するなどの安全動作や、リモコン１１７による異常表示などの報知動作を行わせることにより、安全な給湯装置が提供される。

なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。

たとえば、上述した実施形態では、本発明をサーミスタＴＨの検出信号の信号検出回路として用いた場合を示したが、本発明は信号入力線２を通じてマイコン１のＡ／Ｄ入力部１１にアナログ信号を入力する構成であれば、サーミスタＴＨの検出信号の読み取り以外にも適用可能である。たとえば、マイコン１による比例弁の駆動電流を検出するための抵抗を電圧信号で読み取る回路などにも適用可能である。

また、上述した実施形態では、本発明を風呂追い焚き機能を備えた給湯装置１００の温度検出に適用した場合を示したが、風呂追い焚き機能を備えていない給湯装置はもちろん、給湯装置と同様にバーナや熱交換器などの加熱手段を備えた加熱装置（たとえば、給湯装置、ファンヒータ、コンロなど）における温度センサの検出信号の読み取りにも適用可能である。

また、上述した実施形態では、信号出力線３には抵抗を設けない場合を示したが、図１に一点鎖線で示すように抵抗Ｒ６を設けておき、入力／出力兼用ポート１３を出力ポートに設定したときのＡ／Ｄ入力ポート１１の入力値が正常範囲内か否かを確認することで、部品（抵抗Ｒ１，Ｒ２、サーミスタＴＨ）の異常検出を行うこともできる。なお、この場合、抵抗Ｒ６は、抵抗Ｒ１およびサーミスタＴＨに対して抵抗値が小さな抵抗を用いることが望ましい。

また、上述した実施形態では、出湯サーミスタ１１３、風呂戻りサーミスタ１１４、風呂往きサーミスタ１１５など複数のサーミスタの温度検出を行う場合、マイコン１には本発明を適用するサーミスタの数と同数の入力／出力兼用ポート１３を設ける場合を示したが、信号出力線３に抵抗Ｒ６を設けない構成を採用すれば、１の入力／出力兼用ポート１３を複数の信号入力線２に接続して上述した温度検出と接続診断を行うことができる。したがって、信号出力線３に抵抗Ｒ６を設けない構成を採用する場合には、入力／出力兼用ポート１３はＡ／Ｄ入力ポート１１の数以下に設定することもできる。

１ マイコン
２ 信号入力線
３ 信号出力線
１１ Ａ／Ｄ入力ポート
１３ 入力／出力兼用ポート
１００ 給湯装置（加熱装置）
１０１ 給湯用熱交換器
１０２ 風呂追い焚き用熱交換器
１０５ 入水管
１０６ 出湯管
１０７ 風呂戻り配管
１０８ 風呂往き配管
１１２ 入水サーミスタ
１１３ 出湯サーミスタ
１１４ 風呂戻りサーミスタ
１１５ 風呂往きサーミスタ
１１６ コントローラ
１１７ リモコン
ＴＨ サーミスタ

Claims (3)

1. センサ等の検出信号をマイコンのＡ／Ｄ入力ポートに入力するように構成されている信号検出回路において、
   前記Ａ／Ｄ入力ポートへの信号入力線を分岐して前記マイコンの入力／出力兼用ポートに接続してなり、
   前記検出信号の読み取り時には前記入力／出力兼用ポートを入力ポートに設定するとともに、前記信号入力線の接続診断時には前記入力／出力兼用ポートを出力ポートに設定することを特徴とする信号検出回路。
2. 前記信号入力線の接続診断時において、前記入力／出力兼用ポートから出力した電位と同等の電位が前記Ａ／Ｄ入力ポートに入力される場合には前記信号入力線の接続は正常であると判断することを特徴とする請求項１に記載の信号検出回路。
3. 温度センサの検出信号の信号検出回路に請求項１または２に記載の信号検出回路を備えていることを特徴とする加熱装置。

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