JP2014239288A - 制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】通信速度を速くすることができ、且つ負荷装置で発生する電圧変動を低減させることができる制御システムを提供する。【解決手段】制御システムは、負荷装置2と制御器1とを備える。負荷装置2は、動作部5を備える。制御器1は、負荷装置2に電力線4を介して交流電力を供給し、動作部5を動作させる。また、制御器1は、送信手段6を備える。送信手段6は、交流出力の第1ゼロクロス点とその次の第2ゼロクロス点との間で負荷装置2への電力供給の遮断と再開とを繰り返すことにより、電力線4を介して制御信号を負荷装置2に送信する。また、送信手段6は、制御信号を負荷装置2に送信する際に、第1ゼロクロス点の直後は負荷装置2への電力供給を遮断しない。【選択図】図4
Description
この発明は、制御器と負荷装置とが電力線を介して接続された制御システムに関するものである。
特許文献1に、制御器と負荷装置とが電力線を介して接続された制御システムが記載されている。特許文献1に記載された制御システムでは、制御器から負荷装置に対し、電力線を介して電力を供給する。また、制御器から負荷装置に供給する電力を極短い時間だけ遮断することにより、制御器から負荷装置に対し、電力線を介して信号を送信する。
図10は、従来の制御システムにおける変調時のタイムチャートである。図10は、交流電力を変調し、データ「1011」を負荷装置に送信する場合を一例として示している。図10(a)において、斜線が付された部分は、電力が欠落していることを示す。図10(b)は、負荷装置において整流された後の電圧波形を示す。Vrp0は、リップル電圧である。
特許文献1に記載された制御システムでは、トライアックを用いて電力制御を行う。このため、半波長内において電力のOFF制御を行うことができない。即ち、データ「1」を送信する場合は、ゼロクロス点で電力供給を行わず、1/4波長が経過した時点でONにして電力供給を再開する。このため、デジタル方式に換算して最大1ビットのデータしか半波長で送信することができない。データ速度が遅く、例えば、電源周波数が50Hzであれば100ボーでの通信が限界となる。実際のシステムに適用する場合は、誤り訂正等を可能にするため、1ビットの情報に冗長ビットを付加しなければならない。冗長ビットとして5ビット程度が必要になるため、通信速度が更に遅くなってしまう。実用上の通信速度は、10乃至12ボー程度にまで低下する。
特許文献1に記載された制御システムでは、半波長内での電力のOFF制御を行うことができないため、ゼロクロス点直後の電力を欠落させてデータを送信する。このため、リップル電圧Vrp0が大きくなってしまう。更に通信速度が遅いため、リップル電圧Vrp0によって電圧が変動する時間が長くなる。例えば、上記システムを用いてLEDランプの点灯制御を行う場合は、データの送信時に、LEDランプに数秒程度のちらつきが発生してしまう。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものである。この発明の目的は、通信速度を速くすることができ、且つ負荷装置で発生する電圧変動を低減させることができる制御システムを提供することである。
この発明に係る制御システムは、動作部を備えた負荷装置と、負荷装置に電力線を介して交流電力を供給し、動作部を動作させる制御器と、を備え、制御器は、交流出力の第1ゼロクロス点とその次の第2ゼロクロス点との間で負荷装置への電力供給の遮断と再開とを繰り返すことにより、電力線を介して制御信号を負荷装置に送信する第1送信手段と、を備え、第1送信手段は、制御信号を負荷装置に送信する際に、第1ゼロクロス点の直後は負荷装置への電力供給を遮断しないものである。
また、この発明に係る制御システムは、動作部を備えた負荷装置と、負荷装置に電力線を介して交流電力を供給し、動作部を動作させる制御器と、を備え、制御器は、交流出力の第1ゼロクロス点とその次の第2ゼロクロス点との間で負荷装置への電力供給の遮断と再開とを繰り返すことにより、電力線を介して制御信号を負荷装置に送信する第1送信手段と、出力インピーダンスを修正するためのインピーダンス補償回路と、を備え、インピーダンス補償回路は、制御信号が負荷装置に送信される際に、負荷装置に電力が供給されている時に切り離され、負荷装置への電力供給が遮断されている時に接続されるものである。
この発明によれば、通信速度を速くすることができ、且つ負荷装置で発生する電圧変動を低減させることができる。
添付の図面を参照し、本発明を詳細に説明する。重複する説明は、適宜簡略化或いは省略する。各図では、同一又は相当する部分に、同一の符号を付している。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における制御システムの構成を示す図である。
制御システムは、制御器1及び負荷装置2を備える。制御器1に、交流電源3が接続される。制御器1と負荷装置2とは、電力線4で接続される。制御器1は、電力線4を介して負荷装置2に交流電力を供給する。
図1は、この発明の実施の形態1における制御システムの構成を示す図である。
制御システムは、制御器1及び負荷装置2を備える。制御器1に、交流電源3が接続される。制御器1と負荷装置2とは、電力線4で接続される。制御器1は、電力線4を介して負荷装置2に交流電力を供給する。
負荷装置2は、動作部5を備える。負荷装置2では、制御器1から交流電力が供給されることにより、動作部5が予め定められた動作を行う。動作部5が行う動作は、モータのように構成要素の変位を伴うものでも良いし、構成要素の変位を伴わないものでも良い。構成要素の変位を伴わない動作の例として、発光、発熱及び音の発生等が挙げられる。
制御器1は、送信手段6を備える。送信手段6は、電力線4を介して負荷装置2に制御信号を送信する。送信手段6は、負荷装置2への電力供給の遮断と再開とを繰り返すことにより、負荷装置2に制御信号を送信する。制御信号には、例えば、動作部5の動作を変更するための情報が含まれる。
負荷装置2は、復調手段7と制御手段8とを備える。復調手段7は、制御器1から受信した制御信号を復調する。復調手段7は、負荷装置2に対する電力供給の断続パターンに基づいて制御信号の復調を行う。例えば、復調手段7は、制御器1から供給される交流電圧の時間的変化を監視し、その変化に基づいて制御信号を復調する。
制御手段8は、動作部5の動作を制御する。制御手段8は、復調手段7が復調した結果に基づいて、制御信号に含まれる情報通りに動作部5が動作するように、動作部5を制御する。
また、負荷装置2は、送信手段9を備える。送信手段9は、電力線4を介して制御器1に情報信号を送信する。送信手段9は、パルス状の電流変動を生じさせることにより、電力線4を介して情報信号を制御器1に送信する。例えば、送信手段9は、原信号に2進擬似雑音符号を割り当てた信号を情報信号として制御器1に送信する。
制御器1は、復調手段10を備える。復調手段10は、負荷装置2から受信した情報信号を復調する。例えば、復調手段10は、パルス状に発生した電流変動を検知する。復調手段10は、検知した電流変動に基づいて、送信手段9が送信した情報信号を復調する。
次に、図2乃至図9を参照し、本制御システムが備える機能について具体的に説明する。本制御システムは、制御器1と負荷装置2とが電力線4を介して接続されるシステムであれば、産業用及び家庭用の各種システムに適用できる。例えば、負荷装置2が家電品であれば、制御器1から電力線4を介して家電品に制御信号を送信することにより、制御器1と家電品との間に専用の信号線が接続されていなくても、家電品を遠隔制御できる。
以下においては、負荷装置2としてLED(発光ダイオード)ランプが採用されている場合を例に、制御システムの説明を行う。かかる制御システムは、例えば、オフィス、工場或いは量販店で採用されている照明システムへの適用が好適である。なお、本制御システムの適用例はこれに限定されない。
図2及び図3は、この発明の実施の形態1における制御システムの具体的な構成を示す図である。図2は、制御器1aの回路図を示している。制御器1aは、図1に示す制御器1の一例である。図3は、LEDランプ2aの回路図を示している。LEDランプ2aは、図1に示す負荷装置2の一例である。制御器1aとLEDランプ2aとは、電力線4a(図示せず)で接続される。制御器1aは、電力線4aを介してLEDランプ2aに交流電力を供給する。また、制御器1aは、電力線4aを介してLEDランプ2aに制御信号を送信する。LEDランプ2aは、電力線4aを介して制御器1aに情報信号を送信する。
図2において、ACは制御器1aに電力を供給する交流電源である。
制御器1aは、図2に示すように、マイクロプロセッサーU4、交流出力端子P1及びP2、トランジスターQ1及びQ2、メカニカルリレーRE−1、ダイオードD1乃至D4、抵抗R1乃至R8、フォトカプラーU3及びU5、操作スイッチSW1、電流センサーU1、3端子レギュレーターU2、電解コンデンサーC1及びC2、複合抵抗Rn−1を備える。
制御器1aは、図2に示すように、マイクロプロセッサーU4、交流出力端子P1及びP2、トランジスターQ1及びQ2、メカニカルリレーRE−1、ダイオードD1乃至D4、抵抗R1乃至R8、フォトカプラーU3及びU5、操作スイッチSW1、電流センサーU1、3端子レギュレーターU2、電解コンデンサーC1及びC2、複合抵抗Rn−1を備える。
制御器1aの各種動作は、マイクロプロセッサーU4によって制御される。図1に示された制御器1の各機能(手段)の要部は、マイクロプロセッサーU4によって実現される。
LEDランプ2aは、図3に示すように、マイクロプロセッサーU4、交流入力端子P1及びP2、整流スタックDB1及びDB2、電解コンデンサーC1及びC2、データラインフィルターL1、コンデンサーC3及びC4、サージアブソーバーSZ1、DC/DCコンバーターU3、照明用のLEDモジュールU5、フォトカプラーU1及びU2、抵抗R1乃至R8、トランジスターQ1及びQ2を備える。
LEDランプ2aの各種動作は、マイクロプロセッサーU4によって制御される。図1に示された負荷装置2の各機能(手段)の要部は、マイクロプロセッサーU4によって実現される。LEDランプ2aの交流入力端子P1及びP2は、電力線4aを介して制御器1aの交流出力端子P1及びP2に接続される。
<変調方式>
上述したように、従来の制御システムでは、トライアックを用いて電力制御を行っていた。トライアックは、半波長内において電力のOFF制御を行うことができない。即ち、ゲート電圧によってON制御を行うことはできるが、交流電圧が0VになるまでONが継続する。トライアックでは、OFFのタイミングを制御することができない。このため、交流電圧の半波長の間に複数のパルスを送信することができず、通信速度が低下する。また、トライアックの特性として電力が小さくなるとOFF時のディレーが発生する。このため、半波長で1ビットの通信を実施する場合でも、利用できる負荷装置の電力容量に制約がある。100ボー或いは200ボーの通信速度を要する制御システムに従来の構成を適用するには難点がある。
上述したように、従来の制御システムでは、トライアックを用いて電力制御を行っていた。トライアックは、半波長内において電力のOFF制御を行うことができない。即ち、ゲート電圧によってON制御を行うことはできるが、交流電圧が0VになるまでONが継続する。トライアックでは、OFFのタイミングを制御することができない。このため、交流電圧の半波長の間に複数のパルスを送信することができず、通信速度が低下する。また、トライアックの特性として電力が小さくなるとOFF時のディレーが発生する。このため、半波長で1ビットの通信を実施する場合でも、利用できる負荷装置の電力容量に制約がある。100ボー或いは200ボーの通信速度を要する制御システムに従来の構成を適用するには難点がある。
なお、100ボー程度の速度(電源周波数:50Hz)で通信を行う制御システムにおいても、従来の構成では、以下のような実用上の難点がある。
例えば、従来の構成を照明システムに適用する場合を考える。照明システムでは、照明のON/OFFを行うために人がスイッチを操作する。また、明るさ或いは色調を変える場合にもスイッチが操作される。このような状況において実用的な通信の信頼性を確保するためには、送信するデータを、冗長度を増した誤り訂正符号にする必要がある。電力線を介してデータを送信する制御システムでは、ON/OFFによるノイズ或いは誘導ノイズが電力線に重畳されるため、データに数十倍の冗長度を持たせる必要がある。このため、実質的な通信速度は10乃至12ボー程度になる。
例えば、従来の構成を照明システムに適用する場合を考える。照明システムでは、照明のON/OFFを行うために人がスイッチを操作する。また、明るさ或いは色調を変える場合にもスイッチが操作される。このような状況において実用的な通信の信頼性を確保するためには、送信するデータを、冗長度を増した誤り訂正符号にする必要がある。電力線を介してデータを送信する制御システムでは、ON/OFFによるノイズ或いは誘導ノイズが電力線に重畳されるため、データに数十倍の冗長度を持たせる必要がある。このため、実質的な通信速度は10乃至12ボー程度になる。
例えば、1台の制御器で40台のランプ(負荷装置)を制御する場合、送信するデータには、ランプのアドレス用に1バイト、照度の設定に1バイト、合計2バイトが必要になる。10乃至12ボー程度の通信速度では、上記16ビット長のデータを送信するために3秒程度の時間が必要になってしまう。更に、従来の制御システムでは、ゼロクロス点直後の電力を欠落させてデータを送信するため、リップル電圧Vrp0(図10参照)が大きくなる。データの送信時にランプにちらつきが発生してしまう。
以下に、このような課題を解決するために採用された本制御システムの構成について説明する。
以下に、このような課題を解決するために採用された本制御システムの構成について説明する。
図4は、この発明の実施の形態1における制御システムの変調時のタイムチャートである。図4(a)は、制御器1aからLEDランプ2aに送信されるデータ(制御信号)の例を示す。送信されるデータTxは、パルス列8Dの符号であり、スタートビットSt=1、b6〜b0を含む。図4(b)は、データTxを送信する時の電力線4aの電圧波形を示す。図4(b)において、斜線が付された部分は電力が欠落していることを示す。
データTxは、交流出力のゼロクロス点Zcを基点とし、次のゼロクロス点までに送信される。ゼロクロス点ZcからデータTxの送信が開始されるまでの間、電力は遮断されない。即ち、ゼロクロス点Zcの直後に電力は遮断されない。データTxの送信は、ゼロクロス点Zcから交流出力の1/4波長に相当する時間τ0が経過した後に開始される。データTxを送信する時、「1」に相当する区間の電力が遮断される。「0」に相当する区間では、LEDランプ2aに電力が供給される。例えば、St=1、b6=0であるため、ゼロクロス点Zcから時間τ0が経過すると、1ビットに割り当てられた時間だけ電力が遮断される。上記1ビットに割り当てられた時間が経過すると、電力の供給が再開される。データTxは、固定長のパルス符号からなり、データTxを送信するために必要な時間は予め設定されている。例えば、データTxを送信するために必要な時間は、交流出力の1/4波長に相当する時間τ0より短く設定される。
図4(c)は、LEDランプ2aの整流スタックDB1及びDB2の出力電圧を示す。図4(c)のAは、電解コンデンサーC1で平滑された電圧波形である。図4(c)のBは、整流スタックDB2の端子3の電圧波形である。上述したように、ゼロクロス点Zcの直後に電力は遮断されず、データTxは、交流出力のピーク値以降に送信される。このため、データTxを送信している時のリップル電圧Vrp1は、データTxを送信していない時のリップル電圧と殆ど変わらない。データTxの送信は、LEDランプ2aにおける電圧変動に殆ど影響を与えない。
なお、交流出力のピーク値付近でデータTxの送信を開始すれば、リップル電圧Vrp1が極端に大きくなることはない。このため、データTxの送信開始時期は、ゼロクロス点Zcから時間τ0が経過した時に限定されない。データTxの送信開始時期は、交流出力のピーク値付近であれば、交流出力の1/4波長に相当する時間τ0が経過する前でも良い。但し、ゼロクロス点Zcから時間τ0が経過した時或いは時間τ0が経過した後にデータTxの送信を開始すれば、リップル電圧Vrp1が大きくなることを確実に防止できる。
制御器1aは、トランジスターQ1でスイッチングを行うことにより、データTxを生成する。即ち、制御器1aでは、半波長内において電力のON制御とOFF制御との双方を行うことができる。半波長で8ビットのデータを送信し、その次の半波長で更に8ビットのデータを送信することに何ら支障はない。通信速度は、電源周波数が50Hzであれば、800ボーとなる。なお、屋内配線用の数百m程度の電力線を用いて通信を行う場合は、送信及び受信のインピーダンスを調整し、波形歪に配慮した回路構成にする必要がある。かかる場合でも、10kHz程度の帯域を十分に確保できる。
制御器1aにおけるデータ送信時のパルスのタイミング管理は、マイクロプロセッサーU4のシステムクロックで行う。これにより、送信タイミングの精度を向上させることができ、電源ラインのデータ伝送品質の上限まで伝送速度を上げることができる。
例えば、受信系及び信号系に雑音に強い方式を採用し、電力線の伝送帯域が10kHzであると想定する。また、電源周波数が50Hzで、半波長10msのうちの7msをパルス伝送のために利用すると想定する。かかる場合、半波長当たり70ビットのパルス伝送が可能である。2進擬似雑音符号で冗長度を増して半波長当たり8ビットとすると、50Hzの電力線では8ビット×100=800ボーとなり、かかる速度で雑音に強く信頼性の高い通信を実現することができる。通信速度が10乃至12ボー程度である従来の構成と比較して、信頼性の高い高速通信が可能となる。
以下に、図5も参照し、データTxを送信する時の動作について具体的に説明する。図5は、データTxを送信する時の動作を説明するためのタイムチャートである。
制御器1aからLEDランプ2aにデータTxを送信する場合、先ず、制御器1aにおいて交流出力のゼロクロス点Zc0が検出される。制御器1aのマイクロプロセッサーU4は、検出されたゼロクロス点Zc0を基点にしてデータTxを送信する。即ち、マイクロプロセッサーU4は、ゼロクロス点Zc0を基点にしてLEDランプ2aへの電力供給を断続させる。
制御器1aのマイクロプロセッサーU4は、ゼロクロス点Zc0から時間τ1が経過すると、端子RA3を「1」に、端子RA2を「0」にする。τ1は、メカニカルリレーRE−1のタイミングを示す。これにより、メカニカルリレーRE−1が駆動される。また、トランジスターQ1を導通状態にする。この時、交流電源ACは負領域にあるため、トランジスターQ1は導通状態にならない。しかし、トランジスターQ1は、ダイオードD3を通じて負荷側に電力が供給される。
時間τ2は、メカニカルリレーRE−1の遅延時間である。メカニカルリレーRE−1が駆動されてから時間τ2が経過すると、メカニカルリレーRE−1の接点がM側になる。これにより、抵抗R7が制御器1a内において交流電源ACに対する負荷として追加される。
メカニカルリレーRE−1は、トランジスターQ1の温度上昇を抑制する目的で設けられる。即ち、LEDランプ2aに単に電力を供給する場合はメーク接点を介して電力供給を行い、LEDランプ2aにデータを送信する時のみトランジスターQ1を動作させる。半導体技術が進歩した現在では、高耐電圧特性及び高耐電流特性を有するトランジスターが製品化されている。このため、制御器1aにメカニカルリレーRE−1を備えることは、必ずしも必要としない。
図5(b)は、フォトカプラーU5の端子1の電圧波形を示す。図5(b)は、抵抗R7のON/OFF状態を示す。図5(c)は、データTxを送信する時の電力線4aの電圧波形を示す。図5(c)において、斜線が付された部分は電力が欠落していることを示す。τ4は、データTxを送信するタイミングである。
制御器1aのマイクロプロセッサーU4は、データTxを送信する時、「1」に相当する区間、トランジスターQ1をOFFにしてLEDランプ2aへの電力供給を遮断する。例えば、St=1であるため、ゼロクロス点Zc1から1/4波長に相当する時間が経過した際にトランジスターQ1をOFFにし、電力線4aの電圧を0にする。これにより、LEDランプ2aにデータTxの送信が開始されたことを認識させる。ゼロクロス点Zc1は、ゼロクロス点Zc0の次のゼロクロス点である。
トランジスターQ1は、フォトカプラーU3を介してマイクロプロセッサーU4の端子RA2に接続される。抵抗R7は、フォトカプラーU5を介してマイクロプロセッサーU4の端子RA2に接続される。このため、フォトカプラーU5は、データTxを送信する時の端子RA2からのパルスに連動して駆動される。即ち、トランジスターQ1がOFFの時、フォトカプラーU5はONとなる。データTxを送信する際にLEDランプ2aへの電力供給が遮断されている時は、抵抗R7が交流出力端子P1及びP2間に接続される。また、トランジスターQ1がONの時、フォトカプラーU5はOFFとなる。データTxを送信する際にLEDランプ2aに電力が供給されている時は、抵抗R7が交流出力端子P1及びP2間から切り離される。これにより、出力インピーダンスを低下させて、電源ラインのインピーダンスによる伝送歪を低減させる。
上記機能は、通信の信頼性を向上させるために欠かせない機能である。本制御システムのように、本来通信用として用いられない電力線4aを伝送路に利用し、且つ1K乃至10Kボーといった比較的高速で通信を行う場合は特に有効な手段となる。
なお、本制御システムは、雷サージ対策及びノイズ対策として、誘導性素子及び容量性素子によって構成される回路を備える。このような回路も電源ラインの線路インピーダンスに付加され、信号波形の歪みの原因となる。図3に示すデータラインフィルターL1、コンデンサーC3及びC4、サージアブソーバーSZ1が上記回路に相当する。
本実施の形態では、制御器1aの出力インピーダンスを修正するためのインピーダンス補償回路として抵抗R7を採用している。これは一例を示すものである。インピーダンス補償回路は、他の構成を有していても構わない。また、抵抗R7は、メカニカルリレーRE−1のブレーク接点を介して制御器1a内の回路に接続される。これは、フォトカプラーU5が動作していない時に、必要以上に電源ラインの高圧ノイズがフォトカプラーU5の端子3−4間に印加されることを防止するためである。かかる構成は、本発明に必須のものではない。
図5(d)は、LEDランプ2aの整流スタックDB1及びDB2の出力電圧を示す。図5(d)のAは、電解コンデンサーC1で平滑された電圧波形である。図5(d)のBは、整流スタックDB2の端子3の電圧波形である。上述したように、データTxを送信している時のリップル電圧Vrp1は、データTxを送信していない時のリップル電圧と殆ど変わらない。Vthは、LEDランプ2aのマイクロプロセッサーU4の内部に備えられたコンパレーターの閾値である。図5(e)は、このコンパレーターの出力波形を示している。
図2及び図3、図5は、1台の制御器1aに複数台(例えば、数十個)のLEDランプ2aが接続されたシステムの例を示している。かかる場合、例えば、LEDランプ2aに、設置されている場所に応じて予めアドレスが割り当てられる。また、操作スイッチSW1は、LEDランプ2aの照度を変更するために使用される。操作スイッチSW1が操作されると、制御器1aのマイクロプロセッサーU4は、その操作内容に応じたアドレスと照度情報とを含むデータ(制御信号)を、電力線4aを介してLEDランプ2aに送信する。LEDランプ2aでは、受信したデータをマイクロプロセッサーU4で復調する。LEDランプ2aのマイクロプロセッサーU4は、復調した内容に応じて、DC/DCコンバーターU3の電流制御入力端子Cinの電圧を変更する。これにより、LEDモジュールU5の電流が適切に制御され、明るさや色調が変更される。
このように、本願発明における変調方式を採用すれば、電力線4を介した制御システムにおいて、デジタルデータの同期外れの防止、通信の高速化、負荷装置2側の電圧変動の低減を実現できる。また、制御システムを安価に提供することができる。負荷装置2としてLEDランプ2aを採用した場合は、コストを抑えた上で、LEDモジュールU5の明るさや色調を個別に制御することが可能となる。
<同期方式>
図6は、データを送信する時の同期方法を説明するための図である。図6は、制御器1aのマイクロプロセッサーU4の端子RB0の電圧波形であり、交流電源ACの半波整流波形を示す。半波にしたのは、データ送信用の回路を簡易化するためである。即ち、交流電源ACの一方の極性の時のみデータを送信する。これは、制御器1aの同期方式を制限するものではない。
図6は、データを送信する時の同期方法を説明するための図である。図6は、制御器1aのマイクロプロセッサーU4の端子RB0の電圧波形であり、交流電源ACの半波整流波形を示す。半波にしたのは、データ送信用の回路を簡易化するためである。即ち、交流電源ACの一方の極性の時のみデータを送信する。これは、制御器1aの同期方式を制限するものではない。
図6において、Vthは制御器1aのマイクロプロセッサーU4の内部に備えられたコンパレーターの閾値である。Zcはゼロクロス点、Twは計測された交流電源ACの波長である。
図6(a)は、ノイズがない時の電圧波形である。Tpはコンパレーター出力のパルス幅である。Tpは、マイクロプロセッサーU4に内蔵されたタイマーで計測される。Δtは、ゼロクロス点Zcからコンパレーター出力の立ち上がりまでの時間である。マイクロプロセッサーU4は、TpとTsとを用いて同期点Psを算出する。Tsは、次式で与えられる。
Ts=Tw−Tp−Δt
即ち、TwとTpとを用いることにより、ゼロクロス点Zc(同期点Ps)を間接的に求めることができる。
Ts=Tw−Tp−Δt
即ち、TwとTpとを用いることにより、ゼロクロス点Zc(同期点Ps)を間接的に求めることができる。
図6(b)は、コンパレーター出力が立ち上がる直前にノイズNが乗った時の電圧波形である。Ntは、コンパレーター出力の立ち上がりのずれ(時間)を示している。コンパレーター出力の立ち上がりが本来の立ち上がりより時間Ntだけ早くなると、マイクロプロセッサーU4は、本来の同期点Psより時間Ntだけ早い点を同期点N−Psと認識してしまう。
制御器1aのマイクロプロセッサーU4は、コンパレーター出力のパルス幅Tpを計測し、計測したパルス幅Tpをパルス幅の基準値Tp0と比較する。計測したパルス幅Tpと基準値Tp0との差が所定値より小さければ、そのパルスを基点としてデータの送信を行う。具体的には、計測したパルス幅Tpと基準値Tp0との差が上記所定値より小さければ同期点の算出を行い、算出した同期点を基点にしてデータを送信する。計測したパルス幅Tpと基準値Tp0との差が上記所定値以上であれば、データの送信を行わない。即ち、基準値Tp0との差が上記所定値より小さくなるパルス幅Tpが計測されるまで、データを送信しない。
パルス幅の基準値Tp0は、例えば、計測されたパルス幅の平均値を算出すること等によって統計的に決定される。この場合、マイクロプロセッサーU4は、パルス幅Tpを常時計測し、平均値を更新する。かかる決定方法であれば、ノイズNの影響を除去した誤差の小さい基準値Tp0を得ることができる。
一般に、データ通信では、同期捕捉に失敗すると、後続データの送信タイミングが全て狂ってしまう。正常なデータ送信を行うことが困難になり、通信の信頼性が損なわれる。上記同期方式を採用することにより、例えば、ノイズNによるゼロクロス点Zcのずれの確率をλとすると、同期エラー率をλの2乗にまで低下させることができる。λ=0.001であれば、同期エラー率は0.000001となり、通信の信頼性を向上させることができる。
<受信ゲインの調整>
本制御システムでは、交流出力の半波長単位でデータ伝送を行う。例えば、上述したように、電力の電圧正弦波の位相90度若しくは270度でデータの送信を開始すると、交流出力の1/4波長に相当する時間より短い時間しか、データ伝送のために使うことができない。8ビット乃至数十ビットのデータを送信するためには、半波長のうち可能な限り広い時間幅を活用する必要がある。
先ず、電力線を介してデータ伝送を行う際に注意すべき点について説明する。
本制御システムでは、交流出力の半波長単位でデータ伝送を行う。例えば、上述したように、電力の電圧正弦波の位相90度若しくは270度でデータの送信を開始すると、交流出力の1/4波長に相当する時間より短い時間しか、データ伝送のために使うことができない。8ビット乃至数十ビットのデータを送信するためには、半波長のうち可能な限り広い時間幅を活用する必要がある。
先ず、電力線を介してデータ伝送を行う際に注意すべき点について説明する。
オフィスビル等では、商業電源の電圧が100V或いは200Vである。また、エアーコンディショナーや照明、冷蔵庫といった各種機器が電源を共用している。このため、通信用の回路もこのような状況に対応させなければならない。
負荷装置側の直流電源装置は、省エネ等のために、一般にスイッチング方式が採用される。このため、高周波のスイッチングノイズが発生する。また、一般の電気製品では、JIS規格等によってノイズを外部に出すことが規制されているが、製品の内部にはノイズが多く存在する。このような装置に電力線によってデータ伝送を行うための受信回路を内蔵させた場合は、スイッチングノイズ或いは機器内のノイズといった様々なノイズが電力線に重畳する。例えば、エレベーターやエアーコンディショナー等の動力を切り替えた時に発生したノイズが、電力線に重畳する。
通信用の回路に用いられているマイクロプロセッサーの動作をこのようなノイズから保護する手段として、信号の入口にフォトカプラーを用いて電気的に絶縁する方式が一般に採用される。また、上記手段として、回路のアース点を分離する方式が採用されることもある。フォトカプラーを用いる方式では、フォトカプラーの内部で、入力電流信号を光信号に変換し、更にその光信号を出力電流信号に変換する。フォトカプラーにおいて入力電流信号を出力電流信号に変換する効率は、製造上のばらつきが大きい。例えば、その入出力電流比は、50%乃至500%程度である。通信用のフォトカプラーに限定しても、入出力電流比は、100%乃至300%程度になる。
商業電源の電圧が100V及び200Vの2種類存在するため、受信用の回路では、デジタルデータにおけるビット振幅が電圧によって2倍に変動する。また、ビット振幅は、フォトカプラーの入出力電流比によって最大3倍に変動する。商業電源の電圧とフォトカプラーの入出力電流比との双方を考慮すると、ビット振幅は、最大で6倍まで変動することになる。
以下に、図7及び図8を参照し、上記課題を解決するためのゲイン調整について説明する。
以下に、図7及び図8を参照し、上記課題を解決するためのゲイン調整について説明する。
図7は、LEDランプ3aで行われるゲイン調整を説明するための図である。
図7において、A乃至Dは、交流電源ACの電圧とフォトカプラーU1の電流変換率CRとを変えた時のフォトカプラーU1の出力例を示す。Aは、電圧が100V及び電流変換率CRが100%の場合のフォトカプラーU1の出力波形である。Bは、電圧が100V及び電流変換率CRが75%の場合の波形である。Cは、電圧が200V及び電流変換率CRが100%の場合の波形である。Dは、電圧が200V及び電流変換率CRが150%の場合の波形である。
図7において、A乃至Dは、交流電源ACの電圧とフォトカプラーU1の電流変換率CRとを変えた時のフォトカプラーU1の出力例を示す。Aは、電圧が100V及び電流変換率CRが100%の場合のフォトカプラーU1の出力波形である。Bは、電圧が100V及び電流変換率CRが75%の場合の波形である。Cは、電圧が200V及び電流変換率CRが100%の場合の波形である。Dは、電圧が200V及び電流変換率CRが150%の場合の波形である。
図7において、b7乃至b0は、8ビットからなるデータの例を示す。b0_A乃至b0_Dは、最後尾のビットb0の振幅を示す。Vth_sは、LEDランプ2aのマイクロプロセッサーU4に内蔵されたコンパレーターの閾値である。PW_Sは、上記8ビットからなるデータを受信するために必要なコンパレーター出力のパルス幅(固定長)である。PW_Bは、フォトカプラーU1の出力がBに示す波形である時にコンパレーターから出力されるパルスの幅(データの受信可能範囲)である。同様に、PW_Dは、フォトカプラーU1の出力がDに示す波形である時にコンパレーターから出力されるパルスの幅(データの受信可能範囲)である。
パルス幅PW_Bは、データを受信するために必要なパルス幅PW_Sより小さい。このため、フォトカプラーU1の出力がBに示す波形である場合、コンパレーターの閾値がVth_sであると、b7乃至b0からなるデータを適切に受信することはできない。即ち、フォトカプラーU1の出力がBに示す波形であれば、上記データのうちb7乃至b3までしか受信されない。
一方、パルス幅PW_Dは、データを受信するために必要なパルス幅PW_Sより大きい。このため、フォトカプラーU1の出力がDに示す波形である場合、コンパレーターの閾値がVth_sであれば、b7乃至b0からなるデータの全てを受信することができる。
図7に示すA乃至Dは、フォトカプラーU1の端子4の電圧波形であり、抵抗R1の端子電圧に相当する。LEDランプ3aでは、フォトカプラーU1のLEDの入力端子が、抵抗R5を介して整流スタックDB2の端子3に接続される。フォトカプラーU1では、LEDからの光を更に電流に変換して出力する。抵抗R1は、フォトカプラーU1の出力端子4に接続される。LEDランプ3aのマイクロプロセッサーU4の端子RA3は、入力ポートである。端子RA3は、内部のコンパレーターに接続される。
LEDランプ3aでは、図7に示すA乃至Dの振幅とマイクロプロセッサーU4に内蔵されたコンパレーターの閾値とを調整して、最適なS/Nでデータを受信する。LEDランプ3aでは、最適なS/Nを得るための指標として下記SN_OPを用い、SN_OPが最小になるようにフォトカプラーU1の出力とコンパレーターの閾値とを選択する。
SN_OP=Vr(Nr)/Vth(Nv)
ここで、
Vr:フォトカプラーU1の出力電圧のピーク値
Nr:出力調整パラメーター(例えば、0、1、2、3)
Vth:マイクロプロセッサーU4に内蔵されたコンパレーターの閾値
Nv:調整パラメーター(例えば、0、1、2)
である。
Vrは電源電圧に比例する値であり、Vthは信号電圧に比例する値である。ノイズは電源ラインに重畳されるためVrに比例するものとみなす。
SN_OP=Vr(Nr)/Vth(Nv)
ここで、
Vr:フォトカプラーU1の出力電圧のピーク値
Nr:出力調整パラメーター(例えば、0、1、2、3)
Vth:マイクロプロセッサーU4に内蔵されたコンパレーターの閾値
Nv:調整パラメーター(例えば、0、1、2)
である。
Vrは電源電圧に比例する値であり、Vthは信号電圧に比例する値である。ノイズは電源ラインに重畳されるためVrに比例するものとみなす。
LEDランプ3aのマイクロプロセッサーU4の内部に備えられたコンパレーターは、例えば、1.0V、2.0V、4.0Vの3段階(Nv=0、1、2)で閾値を選択する。また、マイクロプロセッサーU4は、図7に示すコンパレーター出力のパルス幅PW_x(例えば、PW_B、PW_D)を測定し、PW_S<PW_xを満足するフォトカプラーU1のエミッタ抵抗を選択する。具体的に、エミッタ抵抗として、抵抗R1、抵抗R2及び抵抗R6の組み合わせから4種類(Nr=0、1、2、3)の値を選択できる。マイクロプロセッサーU4は、出力ポートRA0及びRA1でトランジスターQ1及びQ2を調整し、最適なエミッタ抵抗を選択する。
以下に、図8も参照し、マイクロプロセッサーU4のプログラムによって行われるゲイン調整のための動作について説明する。図8は、ゲイン調整時の動作を説明するためのフローチャートである。なお、パルス幅の目標値PW_Tは、以下の通りとする。
PW_T=PW_S+α
即ち、目標値PW_Tは、8ビットのデータを受信するために必要なパルス幅PW_Sよりαだけ余裕を持たせた値である。また、Vth(0)=4V、Vth(1)=2V、Vth(2)=1Vであり、Vr(0)<Vr(1)<Vr(2)<Vr(3)とする。
PW_T=PW_S+α
即ち、目標値PW_Tは、8ビットのデータを受信するために必要なパルス幅PW_Sよりαだけ余裕を持たせた値である。また、Vth(0)=4V、Vth(1)=2V、Vth(2)=1Vであり、Vr(0)<Vr(1)<Vr(2)<Vr(3)とする。
図8に示すプログラムは、SN_OP(Vr、Vth)が最小となる組み合わせVr(Nr_A)、Vth(Nv_A)を決定するためのものである。
先ず、Nv=0及びSN_OP=FF(最大値)とする(S101)。次に、Nr=0として、PW_x(Nr、Nv)を測定する(S102、S103)。S103で測定したPW_xを制御目標値PW_Tと比較する(S104)。
先ず、Nv=0及びSN_OP=FF(最大値)とする(S101)。次に、Nr=0として、PW_x(Nr、Nv)を測定する(S102、S103)。S103で測定したPW_xを制御目標値PW_Tと比較する(S104)。
S103で測定したPW_xが目標値PW_T以下の場合、現在のNr及びNvの組み合わせでは、データの一部を受信できない恐れがある。このため、S108に進み、現在のNrの値に1を加算した値を新規Nrとする。上記例では、現在のNrの値が0であるため、Nr=1とする。
S103で測定したPW_xが目標値PW_Tより大きい場合、現在のNr及びNvの組み合わせであれば、データの全体を受信できる。かかる場合、次式によりSNxを算出する(S105)。SNxは、選択のための評価指数である。評価指数SNxは、値が小さいほど評価が高い。
SNx=Vr/Vth
SNx=Vr/Vth
S105で算出された評価指数SNxは、現在のSN_OPの値と比較される(S106)。S105で算出された評価指数SNxがSN_OP以上の場合、現在のNr及びNvの組み合わせは評価が低い或いは他の組み合わせより評価が低いと判断される。かかる場合、S108に進み、現在のNrの値に1を加算した値を新規Nrとする。
S105で算出された評価指数SNxがSN_OPより小さい場合、現在のNr及びNvの組み合わせがこれまで検討した中で一番評価が高いと判断される。かかる場合、S105で算出されたSNxをSN_OPに設定する。また、現在のNrの値を暫定抵抗ランクNr_Aに設定する。現在のNvの値を暫定閾値ランクNv_Aに設定する(S107)。S107の処理が終了すると、次のNr及びNvの組み合わせについて検討を行うため、現在のNrの値に1を加算した値を新規Nrとする(S108)。
S108において新規Nrを設定すると、Nrが4になったか否かを判定する(S109)。例えば、現在のNrが1であれば、S103に戻って上記処理を繰り返し行う。即ち、現在のNr及びNvの組み合わせにおけるパルス幅PW_xを測定し、評価指数SNxがSN_OPより小さければ、SN_OP、Nr_A、Nv_Aを更新する。
S109においてNr=4と判定されると、現在のNvの値に1を加算した値を新規Nvとする(S110)。S110において新規Nvを設定すると、Nvが3になったか否かを判定する(S111)。例えば、現在のNv=1であれば、S102に戻ってNrを0に設定してから上記処理を繰り返し行う。
S111においてNv=3と判定されると、処理を終了する。
S111においてNv=3と判定されると、処理を終了する。
このように、パラメーターを変更する度にパルス幅PW_xを測定し、SN_OP、Nr_A、Nv_Aを評価の高い値に順次更新していく。上記例では、Vrを4段階に変更し、Vthを3段階に変更する。このため、パルス幅の測定回数は計12回となる。パルス幅の測定は半波長毎に実施できるため、6波長でVr(Nr_A)及びVth(Nv_A)の最適な組み合わせを決定できる。
上記説明では、閾値Vthを3段階に、フォトカプラーU1の出力電圧のピーク値Vrを4段階に切り替える場合について説明したが、これらの値は一例である。Vth及びVrの切替回数は、必要に応じて適宜設定される。
図8に示すプログラムは、例えば、LEDランプ2aの電源が投入された時に実行される。これにより、システムの電源電圧及びフォトカプラーU1の入出力電流比に応じた最適なS/Nでデータ受信を行うことが可能となる。なお、LEDランプ3aのマイクロプロセッサーU4のプログラムによってゲイン調整を行えば、人為的なミスを防止し且つ低コストで通信の信頼性を向上させることができる。
<LEDランプ2aから制御器1aへのデータ送信>
LEDランプ2aから制御器1aに送信するデータを符号化する際に、原信号に対して擬似雑音符号を割り当ててビット数を増加させ、冗長度を増加させてノイズに強い符合を作成する。この手法は、データの時間長を規定してビット数を増加させるため、直接スペクトラム拡散とも称される。この手法は、搬送波の周波数拡散通信と比較して回路構成が簡単でありコストメリットが高いといった利点がある。周波数拡散及びスペクトラム拡散は、ノイズの多い伝送路で信頼性の高い通信を行うためによく利用される。本制御システムでは、電力線4を介してデータ通信を行う。以下に、電力線4を介してデータ通信を行うために好適な方法について説明する。なお、原信号に擬似雑音符号を割り当てて符号を作成する一般的な方法については、その説明を省略する。
LEDランプ2aから制御器1aに送信するデータを符号化する際に、原信号に対して擬似雑音符号を割り当ててビット数を増加させ、冗長度を増加させてノイズに強い符合を作成する。この手法は、データの時間長を規定してビット数を増加させるため、直接スペクトラム拡散とも称される。この手法は、搬送波の周波数拡散通信と比較して回路構成が簡単でありコストメリットが高いといった利点がある。周波数拡散及びスペクトラム拡散は、ノイズの多い伝送路で信頼性の高い通信を行うためによく利用される。本制御システムでは、電力線4を介してデータ通信を行う。以下に、電力線4を介してデータ通信を行うために好適な方法について説明する。なお、原信号に擬似雑音符号を割り当てて符号を作成する一般的な方法については、その説明を省略する。
図9は、LEDランプ2aから制御器1aへのデータ送信を説明するための図である。
図9(a)は、整流スタックDB2の端子3の電圧波形を示す。Zc0乃至Zc2は、ゼロクロス点である。図9(b)は、LEDランプ2aの抵抗R4に流れる電流を示す。抵抗R4に流れる電流は、LEDランプ3aのマイクロプロセッサーU4の端子RA4からの出力パルスによって制御される。
図9(a)は、整流スタックDB2の端子3の電圧波形を示す。Zc0乃至Zc2は、ゼロクロス点である。図9(b)は、LEDランプ2aの抵抗R4に流れる電流を示す。抵抗R4に流れる電流は、LEDランプ3aのマイクロプロセッサーU4の端子RA4からの出力パルスによって制御される。
図9(b)に示すBは、周波数fcの高周波パルス列であり、LEDランプ2aから制御器1aに送信するデータのスタート信号である。Bに示すスタート信号は、ゼロクロス点Zc0及びZc1の中間点付近、即ち図9(a)でAに示す交流出力のピーク点付近を中心としてその前後に生成される。
図9(b)に示すC及びDは、擬似雑音符号でスペクトラム拡散された固定長の信号である。即ち、これらは、原信号に擬似雑音符号を割り当てた情報信号である。spは2個のランダムパルス列の中央に位置する符号である。spは、電流増加時の値、即ち「1」にその値が固定される。図9(b)に示すパルス電流は、電力線4aの負荷電流に重畳される。
図9(c)は、制御器1aの電流センサーU1の端子V0の出力波形である。図9(c)に示す波形は、電流センサーU1に流入する負荷電流に対応する。即ち、図9(c)に示すf(t)は、図9(b)のB乃至Dが重畳された信号電流である。Vbは、電流センサーU1の直流動作点である。Vbに対する変動が、制御器1aからLEDランプ2aに供給される電流である。
なお、図9は交流負荷電流に重畳された信号電流を示しているが、本制御システムを適用するのに好適な照明システムでは、1台の制御器1aに数十個のLEDランプ2aが接続される。このため、図9に示すf(t)の振幅と比較して、信号電流B乃至Dの大きさは実用上数十分の1以下となる。信号電流B乃至Dによる全体の電流変動は微小である。
図9(d)は、制御器1aの電流センサーU1の端子f0の電圧波形である。この波形は、電流センサーU1に内蔵されたバンドパスフィルタとアンプとによって構成された中心周波数fcの狭帯域増濾波器の出力を示す。制御器1aのマイクロプロセッサーU4の端子RA1は入力ポートである。制御器1aのマイクロプロセッサーU4は、端子RA1で電流センサーU1の端子f0からの出力を受ける。マイクロプロセッサーU4は、所定時間パルスカウントを行い、周波数fcの高周波パルス列を検出する。マイクロプロセッサーU4は、Bに示すスタート信号を検出すると、C及びDに示す信号の復調を以下の手順で実施する。
・復調手順1
制御器1aのマイクロプロセッサーU4の端子RA0は、内臓ADコンバーターの入力端子である。マイクロプロセッサーU4は、LEDランプ2aから情報信号が送信されてくる前に、少なくとも1波長以上に渡って電流のサンプリング計測を行う。マイクロプロセッサーU4は、無信号時のi番目の波の最大値Max(i)、最小値Mini(i)、直流成分DC(i)を求める。N個の波の平均をA_Max=ΣMax(i)/N、A_Mini=ΣMini(i)/N、A_DC=ΣDC(i)/Nとし、次式から、LEDランプ2aが情報信号を送信していない時の電流パターンI0(j)を算出する。
I0(j)=A_DC+{(A_Max−A_Mini)/2}Sin(j/J0*2π)
ここで、
J0:電源波1波長のサンプル数
j :サンプリングナンバー
である。電流パターンI0(j)は、電流パターンの基準値に相当する。制御器1a及びLEDランプ2a間の通信プロトコルにより、制御器1aからLEDランプ2aに対して送信要求コマンドが無ければLEDランプ2aは情報信号を送信しない規則にしておけば、無信号時の電流パターンI0(j)を容易に測定することができる。
制御器1aのマイクロプロセッサーU4の端子RA0は、内臓ADコンバーターの入力端子である。マイクロプロセッサーU4は、LEDランプ2aから情報信号が送信されてくる前に、少なくとも1波長以上に渡って電流のサンプリング計測を行う。マイクロプロセッサーU4は、無信号時のi番目の波の最大値Max(i)、最小値Mini(i)、直流成分DC(i)を求める。N個の波の平均をA_Max=ΣMax(i)/N、A_Mini=ΣMini(i)/N、A_DC=ΣDC(i)/Nとし、次式から、LEDランプ2aが情報信号を送信していない時の電流パターンI0(j)を算出する。
I0(j)=A_DC+{(A_Max−A_Mini)/2}Sin(j/J0*2π)
ここで、
J0:電源波1波長のサンプル数
j :サンプリングナンバー
である。電流パターンI0(j)は、電流パターンの基準値に相当する。制御器1a及びLEDランプ2a間の通信プロトコルにより、制御器1aからLEDランプ2aに対して送信要求コマンドが無ければLEDランプ2aは情報信号を送信しない規則にしておけば、無信号時の電流パターンI0(j)を容易に測定することができる。
・復調手順2
マイクロプロセッサーU4は、周波数fcの高周波パルス列を検出すると、ゼロクロス点Zc1を基点にしてCに示す信号をAD変換し、パターンI(j)を得る。
マイクロプロセッサーU4は、周波数fcの高周波パルス列を検出すると、ゼロクロス点Zc1を基点にしてCに示す信号をAD変換し、パターンI(j)を得る。
・復調手順3
マイクロプロセッサーU4は、次式から信号成分(負荷電流の変動分)を算出する。
S(j)=|I(j)−I0(j)|
マイクロプロセッサーU4は、次式から信号成分(負荷電流の変動分)を算出する。
S(j)=|I(j)−I0(j)|
・復調手順4
上記S(j)式における1/4波長のサンプリング点(中央値)をjpとし、次式によりCに示す信号を正規化する。
NS(j)=S(j)/Sin(j)*S(jp)
Sin(j)の逆数で、図9(a)の包絡線でのb6乃至b0の振幅を補正する。図9(e)は、上記NS(j)を示す。NS(j)を所定の閾値で0と1とに判別し、2進符号NSに変換する。
上記S(j)式における1/4波長のサンプリング点(中央値)をjpとし、次式によりCに示す信号を正規化する。
NS(j)=S(j)/Sin(j)*S(jp)
Sin(j)の逆数で、図9(a)の包絡線でのb6乃至b0の振幅を補正する。図9(e)は、上記NS(j)を示す。NS(j)を所定の閾値で0と1とに判別し、2進符号NSに変換する。
・復調手順5
NS符号を、使用された擬似雑音符号に対応する相関器で復調する。
NS符号を、使用された擬似雑音符号に対応する相関器で復調する。
Bに示すスタート信号は、信号幅が商用電源周波数の半周期の1/2程度である正弦波である。スタート信号は200Hz程度の狭帯域で受信できるため、電力線4aに重畳されるノイズとスタート信号とを弁別することは容易である。一方、C及びDに示す信号は、伝送する情報量によって理論的に受信帯域幅を広げる必要がある。例えば、冗長度を10倍にして実質800ボーの通信を行う場合、理論的には約10kHz程度の帯域幅の受信機が必要になる。したがって、電力線4aにはC及びDに示す信号に対して無視できない大きさのノイズが重畳している。図9(e)に示す2進データは、ノイズの影響で送信パルス列とは異なる誤りを含む。誤りデータを送信符号に対応した相関器を通すことによって誤り訂正することは一般的に知られた理論であり、本制御システムにおいてもこの理論を効果的に採用している。
上記構成を有する制御システムであれば、専用の通信線を使用することなく、電力線を用いて信頼性の高いデータ伝送を行うことができ、屋内の電力線に接続された電気機器を集中制御することが可能である。また、システムとしての消費エネルギーを抑えることができる。本制御システムを応用すれば、システムにおいて新たな機能を付加した高機能化が実現できる。
本制御システムの要部は、複数個の電力用の半導体と信号処理を行うためのマイコンのソフトとによって実現できる。このため、システムを安価に構成することが可能である。
本制御システムの要部は、複数個の電力用の半導体と信号処理を行うためのマイコンのソフトとによって実現できる。このため、システムを安価に構成することが可能である。
1 制御器、 2 負荷装置、 3 交流電源、 4 電力線、 5 動作部、 6 送信手段、 7 復調手段、 8 制御手段、 9 送信手段、 10 復調手段、
1a 制御器
U4 マイクロプロセッサー、 P1、P2 交流出力端子、 Q1、Q2 トランジスター、 RE−1 メカニカルリレー、 D1〜D4 ダイオード、 R1〜R8 抵抗、 U3、U5 フォトカプラー、 SW1 操作スイッチ、 U1 電流センサー、 U2 3端子レギュレーター、 C1、C2 電解コンデンサー、 Rn−1 複合抵抗
2a LEDランプ
U4 マイクロプロセッサー、 P1、P2 交流入力端子、 DB1、DB2 整流スタック、 C1、C2 電解コンデンサー、 L1 データラインフィルター、 C3、C4 コンデンサー、 SZ1 サージアブソーバー、 U3 DC/DCコンバーター、 U5 LEDモジュール、 R1〜R8 抵抗、 U1、U2 フォトカプラー、 Q1、Q2 トランジスター
AC 交流電源
4a 電力線
1a 制御器
U4 マイクロプロセッサー、 P1、P2 交流出力端子、 Q1、Q2 トランジスター、 RE−1 メカニカルリレー、 D1〜D4 ダイオード、 R1〜R8 抵抗、 U3、U5 フォトカプラー、 SW1 操作スイッチ、 U1 電流センサー、 U2 3端子レギュレーター、 C1、C2 電解コンデンサー、 Rn−1 複合抵抗
2a LEDランプ
U4 マイクロプロセッサー、 P1、P2 交流入力端子、 DB1、DB2 整流スタック、 C1、C2 電解コンデンサー、 L1 データラインフィルター、 C3、C4 コンデンサー、 SZ1 サージアブソーバー、 U3 DC/DCコンバーター、 U5 LEDモジュール、 R1〜R8 抵抗、 U1、U2 フォトカプラー、 Q1、Q2 トランジスター
AC 交流電源
4a 電力線
Claims (10)
- 動作部を備えた負荷装置と、
前記負荷装置に電力線を介して交流電力を供給し、前記動作部を動作させる制御器と、
を備え、
前記制御器は、
交流出力の第1ゼロクロス点とその次の第2ゼロクロス点との間で前記負荷装置への電力供給の遮断と再開とを繰り返すことにより、前記電力線を介して制御信号を前記負荷装置に送信する第1送信手段と、
を備え、
前記第1送信手段は、制御信号を前記負荷装置に送信する際に、前記第1ゼロクロス点の直後は前記負荷装置への電力供給を遮断しない制御システム。 - 前記第1送信手段は、制御信号を前記負荷装置に送信する際に、前記第1ゼロクロス点から交流出力の1/4波長が経過した点と前記第2ゼロクロス点との間でのみ、前記負荷への電力供給を遮断する請求項1に記載の制御システム。
- 前記負荷装置は、
パルス状の電流変動を生じさせることにより、前記電力線を介して情報信号を前記制御器に送信する第2送信手段と、
を備え、
前記第2送信手段は、原信号に2進擬似雑音符号を割り当てた信号を情報信号として前記制御器に送信し、
前記制御器は、
パルス状に発生した電流変動を検知し、前記第2送信手段が送信した情報信号を復調する復調手段と、
を備えた
請求項1又は請求項2に記載の制御システム。 - 前記第2送信手段は、擬似雑音符号の中央のビットに電流増加時の値を割り当てる請求項3に記載の制御システム。
- 前記第2送信手段は、情報信号を送信する直前に、交流出力のピーク点付近を中心として高周波パルス列からなるスタート信号を送信する請求項3に記載の制御システム。
- 前記復調手段は、
検知した電流値と電流の基準値との差分を求め、
求めた差分を、中央値で正規化して2進符号に変換し、
変換した2進符号を、対応の相関器で復調する
請求項3に記載の制御システム。 - 前記制御器は、
入力電圧が閾値より大きいことを示すパルスを出力するコンパレーターと、
前記コンパレーターから出力されたパルスの幅を計測する計測手段と、
を備え、
前記第1送信手段は、前記計測手段によって計測されたパルスの幅と基準値との差が所定値より小さい場合に、そのパルスを基点として制御信号を送信する請求項1から請求項6の何れか一項に記載の制御システム。 - 前記負荷装置は、
整流スタックに内部の発光ダイオードが接続されたフォトカプラーと、
前記フォトカプラーの出力を入力とするコンパレーターと、
前記コンパレーターの出力のパルス幅を測定するマイクロプロセッサーと、
を備え、
前記コンパレーターは、閾値が複数の値の中から選択可能であり、
前記フォトカプラーは、出力抵抗が複数の値の中から選択可能であり、
前記マイクロプロセッサーは、測定したパルス幅が制御信号を受信するために必要なパルス幅より大きくなるように、前記コンパレーターの閾値と前記フォトカプラーの出力抵抗とを選択する
請求項1から請求項6の何れか一項に記載の制御システム。 - 前記制御器は、
出力インピーダンスを修正するためのインピーダンス補償回路と、
を備え、
前記インピーダンス補償回路は、制御信号が前記負荷装置に送信される際に、前記負荷装置に電力が供給されている時に切り離され、前記負荷装置への電力供給が遮断されている時に接続される請求項1から請求項8の何れか一項に記載の制御システム。 - 動作部を備えた負荷装置と、
前記負荷装置に電力線を介して交流電力を供給し、前記動作部を動作させる制御器と、
を備え、
前記制御器は、
交流出力の第1ゼロクロス点とその次の第2ゼロクロス点との間で前記負荷装置への電力供給の遮断と再開とを繰り返すことにより、前記電力線を介して制御信号を前記負荷装置に送信する第1送信手段と、
出力インピーダンスを修正するためのインピーダンス補償回路と、
を備え、
前記インピーダンス補償回路は、制御信号が前記負荷装置に送信される際に、前記負荷装置に電力が供給されている時に切り離され、前記負荷装置への電力供給が遮断されている時に接続される制御システム。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2013-06-06 JP JP2013119892A patent/JP2014239288A/ja active Pending
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