JP2017033243A - ロータリスイッチの制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この図1で示す例では、固定接点SW0〜SW3の4接点、5端子、16ポジション、0Vコモンを使用したロータリスイッチの例を示している。ロータリスイッチ1はその回転位置(ポジション)に応じて固定接点SW0〜SW3がON/OFFし、ON/OFFによる出力コードを出力し、接点レシーバ3(3−0、3−1、3−2、3−3)は、このロータリスイッチの接点出力を電気信号に変換し、マイクロコンピュータ(以下マイコンという)2の入力ポートPT0〜PT3が受けられる信号としてマイコン2に出力する。マイコン2は入力ポートPT0〜PT3で受信した信号の電圧レベルに基づいてその出力コードを解析し、ロータリスイッチで指令された指令を出力する。
この図2、図3の出力コード表で、「1」は固定接点SW0〜SW3がON、「0」はOFFを意味する。
例えば、モータを停止させるためにロータリスイッチのポジションを「0」に操作したとき、固定接点SW3が故障してオン状態「1」で、出力コード「1000」(SW3=1、SW2=0、SW1=0、SW0=0)となった場合、マイコン2から速度指令(オーバライド値)150%が出力される。これによってモータは意図しない速度(基準速度の150%の速度)で回転することになり、危険である。
なお、パリティビット付のロータリスイッチを用いる先行例として、特許文献1等がある。
請求項7に係る発明は、前記接点レシーバの出力信号の電圧が予め決められた電圧範囲にはいっている時間を計測する計測手段と、該計測手段での計測値が予め決められた時間に達したとき故障の予兆を知らせる信号を出力する手段からなる故障予兆検出手段をさらに設けることによって、ロータリスイッチの故障の予兆をも検出できるようにした。
なお、4ケタで表わされる出力コードの表示は、1ケタ目は固定接点SW0、2ケタ目は固定接点SW1、3ケタ目は固定接点SW2、4ケタ目は固定接点SW3の出力を表わす。
出力コード「0011」から遷移する出力コードは「0010」か「0001」
出力コード「0010」から遷移する出力コードは「0110」か「0011」
・
・
出力コード「1000」から遷移する出力コードは「1001」
であり、これ以外に遷移したときは、ロータリスイッチの故障と判断する。
「0001」→「0000」→「0010」となり、
ビット変化順が逆で、固定接点SW1、次に固定接点SW0であると、出力コードは
「0001」→「0011」→「0010」となる。
このように、ロータリスイッチのポジションが「1」から「2」に変わり出力コードが「0001」から「0010」に変わるとき、その中間で継続時間の短い出力コード「0000」又は「0011」が出力されることになる。このうち、出力コード「0011」はポジション1の隣接するポジション0の出力コード「0000」又はポジション2の出力コード「0010」ではないので、故障と判定される恐れがある。しかし、このポジション切り替え時に現れる中間の出力コードは、継続時間が短いのでチャタリング除去の方法によって除去されるので、この中間に現れる短期間の出力コードによって、誤判定がなされることはない。
図7は本発明の第1の実施形態であり、この第1の実施形態はマイコン2の入力ポートとしてアナログの入力ポート(マイコン内蔵のA/Dコンバータの入力)を使用し、接点レシーバ3は、プルアップ抵抗だけで構成されている。これらの構成は従来のロータリスイッチの制御装置と変わりはなく、後述するようにマイコンのソフトウェアで構成される手段の故障検出手段が設けられている点において相違する。
VHL:接点がOFFからONに切り替わったことを判別する閾値電圧であり、マイコ
ンは、A/Dコンバータの端子(AD0)に入力された電圧(接点出力信号SS
W0の電圧)が該閾値電圧VHLを上から下に横切った時(端子入力電圧が該閾
値電圧VHLより高い状態から低い状態になった時)、接点(SW0)がONし
たと判断する。
VLH:接点がONからOFFに切り替わったことを判別する閾値電圧であり、マイコ
ンは、A/Dコンバータの端子(AD0)に入力された電圧(接点出力信号SS
W0の電圧)が該閾値電圧VLHを下から上に横切った時(端子入力電圧が該閾
値電圧VLHより低い状態から高い状態になった時)、接点(SW0)がOFF
したと判断する。
SW0_2:マイコンの内部信号で、A/Dコンバータの端子AD0に入力されるSS
W0電圧と閾値電圧VHL、VLHでマイコンのソフトウェアで判断した固定
接点SW0のON/OFF状態を示す信号であり、チャタリング処理前の信号
である。
SW0_3:マイコンの内部信号で、内部信号SW0_2よりチャタリングを除去した
信号であり、この信号に基づいてロータリスイッチの出力コードを判別する。
・ロータリスイッチの出力コードのチャタリング除去処理
・チャタリング除去後のコードに対し、コード遷移異常と未使用コードを検出する処理。
・その他の処理
ALM:初期値0
チャタリング除去後のロータリスイッチの出力コードに、ロータリスイ
ッチが正常に動作する場合の信号の遷移パターンと一致しない遷移を検
出したら1とする。故障アラームを示す。
ALM2:初期値0
チャタリング除去後のロータリスイッチの出力コードに、未使用コード
を検出したら1とする。未使用コードアラームを示す。
FLAG:フラグとして機能し、初期値0、SW_CLN_Nが確定したら1
n:カウンタで、初期値0
チャタリング除去前のコードを所定周期毎監視し、同一コードが連続し
て検出された回数を示す。チャタリング除去に使用する。
nがNに達するとクランプされ、現在のコードはチャタリングではない
と判断する。
チャタリング除去前のコードが、前周期のコードと異なる場合は、0に
クリアされる。
N:nの増加をクランプする値。nの説明を参照。
「所定周期毎の処理」が1ms毎に行われ、チャタリング時間の最大値が
10msの場合、N=10ms/1ms=10である。
チャタリング除去前の信号(出力コード)を記憶する。
SW_DTY_N:SW_DTY_N(3:0)の略。今回の周期での処理でサンプリングした、
チャタリング除去前の信号(出力コード)を記憶する。
SW_CLN_Q:SW_CLN_Q(3:0)の略。前回の周期のチャタリング除去後の信号
(出力コード)を記憶する。
SW_CLN_N:SW_CLN_N(3:0)の略。今回の周期でのチャタリング除去後の信号
(出力コード)を記憶する。
SSW(3:0):固定接点SW0〜SW3からの接点出力信号SSW0〜SSW3で
構成される4ビット接点出力信号で出力コードを表す。
まず、故障アラームを示す変数ALMが「1」(初期設定で0)か否か判断し(処理1)、「1」でなければ、未使用コードアラームを示す変数ALM2が「1」(初期設定で0)か否か判断し(処理2)、「1」でなければ、変数SW_DTY_Nに記憶する出力コード(最初は図9に示す初期設定で電源投入時の出力コードが記憶されている)を、変数SW_DTY_Qに格納する(処理3)。次に、入力ポートから入力されている固定接点SW0〜SW3からの接点出力信号(出力コード)SSW(3:0)を読み取り変数SW_DTY_Nに格納する(処理4)。その結果、変数SW_DTY_Nには当該周期でサンプリングした出力コード、変数SW_DTY_Qには、前回の周期でサンプリングした出力コード(最初は初期設定時に設定された電源投入時の出力コード)が記憶されていることになり、この2つの変数に記憶されている出力コードが一致するか否か判断し(処理5)、一致していれば、カウンタとしての変数nの値が設定されたクランプ値Nと等しいか判別し(処理6)、等しくなければ該変数nに1加算し(処理7)、当該周期の処理を終了する。以下、ロータリスイッチ1が操作されない間は、各周期毎、処理1〜処理7の処理を繰り返し実行する。
変数SW_CLN_Q=「0011」のとき
→変数SW_CLN_N=「0001」、「0011」、「0010」か、
変数SW_CLN_Q=「0010」のとき
→変数SW_CLN_N=「0011」、「0010」、「0110」か、
変数SW_CLN_Q=「0110」のとき
→変数SW_CLN_N=「0010」、「0110」、「0111」か、
・ ・
・ ・
変数SW_CLN_Q=「1001」のとき
→変数SW_CLN_N=「1011」、「10001」、「1000」か、
変数SW_CLN_Q=「1000」のとき
→変数SW_CLN_N=「1001」、「1000」か、
と判断する。
上述したように、図11で示す処理は、未使用コードとコード遷移異常を検出処理である。
図12はチャタリング除去をマイコンのソフトウェアで行わずに、ローパスフィルタLPFを用いてチャタリングを除去する第2の実施形態のブロック図である。
第1の実施形態を示す図7のブロック図において接点レシーバ3にローパスフィルタLPFが付加され、A/Dコンバータの各端子AD0〜AD3には、各接点SW0、SW1、SW2、SW3からの信号がローパスフィルタLPFを介して入力されている点で第1の実施形態(図7)とは相違する。そして、各端子AD0〜AD3に入力されている信号はチャタリングがローパスフィルタLPFで除去されて存在しないから、図8における内部信号SW0_2(SW1_2、SW2_2、SW3_2)には、チャタリングは存在しないので、この内部信号SW0_2、SW1_2、SW2_2、SW3_2に基づいて出力コードが求められ、該出力コードによりロータリスイッチの故障が判断されることになる。この場合は、マイコン2で実施する図10、図11に示すロータリスイッチの故障検出処理において、図10中、符号100で示した処理3から処理7及び処理45のチャタリング除去処理は必要がなく、処理10では、変数SW_DTY_Nに記憶する出力コードの代わりに読み取った接点出力信号(出力コード)SSW(3:0)が、変数SW_CLN_Nに格納されることになる。なお、ローパスフィルタLPFでチャタリングの一部を除去し、残ったチャタリングをマイコンのソフトウェアで除去するようにしてもよく、この場合は、ローパスフィルタLPFでチャタリングの一部を除去して得られた内部信号SW0_2、SW1_2、SW2_2、SW3_2をさらにチャタリング除去処理をして得られた内部信号SW0_3、SW1_3、SW2_3、SW3_3に基づいてロータリスイッチの故障を判別することになる。マイコン2によるソフトウェアによるロータリスイッチの故障検出処理は、前述した通り、図10、図11の処理となる。
なお、信号XPCLはパワーオンリセット信号であり、0の時に、カウンタ46と保持回路(FF4)47がリセットされる。
4ビットグレーコード出力で、ポジション数12のロータリスイッチを使用した場合、未使用コードは、4つであるので、デコーダ2は積和標準形では、4入力の論理積4個の論理和で表される。
なお、デコーダ48は、未使用コードへの遷移を異常遷移としてデコードしているため、このようなデコーダをデコーダ50に利用することで、デコーダ2の回路規模を小さくすることができる。また、未使用コードがないロータリスイッチ場合は、図16の未使用コード検出回路44を設ける必要はない。
ロータリスイッチは、回転回数を重ねると、接点の劣化が進み、接点のオン抵抗Ronの増加や、オフ抵抗Roffの低下が見られる。この現象はA/Dコンバータの端子(AD0〜AD3)に入力される、接点レシーバ3の電圧VCCを接点のオン抵抗Ronとプルアップ抵抗Rupで分圧した電圧Vonの上昇、および電圧VCCを接点のオフ抵抗Roffとプルアップ抵抗Rupで分圧した電圧Voffの低下となる。オン電圧Vonが上昇して閾値電圧VHLより高くなると、固定接点SW0〜SW3がOFFからONに切り替わったことを検出できなくなり、ロータリスイッチの故障と判定される。同様に、オフ電圧Voffが閾値電圧VLHより低くなると、固定接点SW0〜SW3がONからOFFに切り替わったことを検出できなくなり、ロータリスイッチの故障と判定される。(図8及び後述する図18、図19参照)
SSW0電圧、SSW1電圧:マイコンのアナログ入力ポート(A/Dコンバータの端子)AD0、AD1に入力される電圧であり、VLH、VHLは、図8の説明で説明したように、ロータリスイッチの故障を検出するための閾値電圧である。
V1:オフ抵抗Roffの減少を検出するための閾値電圧であり、故障の予兆を知らせるためのワーニング、故障を知らせるアラームをこの順で発生させるために、故障検知用の閾値電圧VLHより大きくオフ電圧Voffより低い電圧に設定されている。
Voff>V1>VLH。
V2:オン抵抗Ronの増大を検出するための閾値電圧であり、この閾値電圧V2も故障の予兆を知らせるためのワーニング、故障を知らせるアラームをこの順で発生させるために、故障検知用の閾値電圧VHLより小さくオン電圧Vonより大きい電圧に設定されている。
Von<V2<VHL。
S:マイコン内の内部信号であり、マイコンの入力ポート(AD0、AD1、AD2、AD3)に入力される電圧(SSW0電圧、SSW1電圧等)の少なくとも一つが閾値電圧V2以上で閾値電圧V1以下のときアサートされ「1」となる信号である。
CT:信号Sが「1」(アサートされているとき)である時間を計測するカウンタである。
CTL:故障予兆のワーニング信号を出すための設定値で、カウンタCTの計測値がこの設定値CTLに達したときワーニング信号を出力する。
この図18で示す例は、ロータリスイッチ1が劣化しておらず、正常に作動しているときの例である。
ロータリスイッチ1の各固定接点SW0〜SW3の出力は接点レシーバ3を介してマイコン2の入力ポートに接続されている。なお、この入力ポートはデジタル(PT0〜PT3)、アナログ(AD0〜AD3)のどちらでもよい。マイコン2には不揮発性メモリ5が接続され、さらに、電源10の出力電圧の低下を検出する電圧低下監視回路11、及び該電圧低下監視回路11の出力INTを所定時間遅延させる遅延回路12が設けられている。電源10からマイコン2に電力が供給される。電圧低下監視回路11は電源10から出力される電圧VCC1を監視し、該電圧VCC1の低下を検出すると電源断の予告信号INTを遅延回路12とマイコン2に出力する。また、遅延回路12は予告信号INTを所定時間遅延させてマイコン2のパワーオンリセット信号XRSTを作成しマイコン2に出力する。
この態様は、電源10に電力を提供する生成元の電圧VCC0の低下を検出して予告信号INTをマイコンに出力する電圧低下監視回路13を設け、電源10から出力される電圧VCC1の低下を監視する電圧低下監視回路11は、マイコン2にパワーオンリセット信号XRSTを出力するようにして遅延回路を設けていない点で図21に示す第5の実施形態と相違するのみである。
2 マイクロコンピュータ(マイコン)
3 接点レシーバ
4 故障検出回路
5 不揮発性メモリ
10 電源
11、13 電圧低下監視回路
12 遅延回路
40 同期化回路
41 チャタリング除去回路
42、45 遅延回路
43 異常遷移検出回路
44 未使用コード検出回路
46 カウンタ
47 保持回路
48、50 デコーダ
49、51 保持回路
Claims (8)
- 可動接点を回転させて複数の固定接点のいずれかに接続するロータリスイッチの固定接点からの信号を、接点レシーバを介して受信し、該受信した信号で形成されるロータリスイッチの出力コードに基づいて指令を出力するロータリスイッチの制御装置において、
前記接点レシーバから受信する出力コードの遷移を監視し、前記ロータリスイッチが正常に動作する場合の出力コードの遷移パターンと一致しない遷移を検出したときロータリスイッチの故障と判断する故障検出手段を有することを特徴とするロータリスイッチの制御装置。 - 前記故障検出手段は、マイクロコンピュータと該マイクロコンピュータで動作するソフトウェアで構成され、前記接点レシーバの出力は前記マイクロコンピュータの入力ポートに接続され、前記ソフトウェアによって前記入力ポートの信号状態より求められる前記出力コードを求め監視しロータリスイッチの故障と判断する、請求項1に記載のロータリスイッチの制御装置。
- 前記マイクロコンピュータの入力ポートは、デジタル入力ポートである請求項2に記載のロータリスイッチの制御装置。
- 前記マイクロコンピュータプロセッサの入力ポートは、アナログポートで構成され、前記故障検出手段は、予め決められた電圧と前記入力ポートに入力される信号の電圧とを比較し、接点のON/OFF状態を判定して前記出力コードを判別し、該出力コードの遷移よりロータリスイッチの故障と判断する請求項2に記載のロータリスイッチの制御装置。
- 前記故障検出手段は、ハードウェアで構成されている請求項1に記載のロータリスイッチの制御装置。
- 前記故障検出手段は、前記ロータリスイッチの出力コードに割り当てられてないコードを検出し、未使用コードアラーム信号を出力する未使用コード検出手段を備える請求項1乃至5の内いずれか1項に記載のロータリスイッチの制御装置。
- 前記接点レシーバの出力信号の電圧が予め決められた電圧範囲にはいっている時間を計測する計測手段と、該計測手段での計測値が予め決められた時間に達したとき故障の予兆を知らせる信号を出力する手段からなる故障予兆検出手段を備えた請求項1乃至6の内いずれか1項に記載のロータリスイッチの制御装置。
- 前記マイクロコンピュータの電源又は該電源へ電力を供給する生成元の電圧低下を検出する電圧低下監視手段と、電気的に書き込み可能な不揮発性メモリとを設け、前記マイクロコンピュータは、前記電圧低下監視手段で電圧低下を検出すると、前記入力ポートから入力される出力コードを前記不揮発性メモリに書き込み保存し、前記マイクロコンピュータへの次の電源投入時に、前記入力ポートから入力される出力コードと前記不揮発性メモリに保存された出力コードを比較し、不一致のときロータリスイッチの故障と判断するようにした請求項2乃至4の内いずれか1項に記載のロータリスイッチの制御装置。
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