JP2022141060A - Communication system for gas engine-driven air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスエンジン駆動式空気調和装置に適用され、当該ガスエンジン駆動式空気調和装置を構成する複数の制御装置間においてデータ(シリアル信号)を送受信するための通信システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention is applied to a gas engine-driven air conditioner, and relates to a communication system for transmitting and receiving data (serial signals) between a plurality of control devices constituting the gas engine-driven air conditioner.
例えば、下記特許文献1に記載されているように、複数の制御装置間においてデータ(シリアル信号)を送受信するための通信システム(以下、「従来システム」と称呼する。)が知られている。従来システムにおいて、複数のノードが、ツイストペアケーブルを介して接続されている。そして、当該通信システムを構成するノードのうち、ツイストペアケーブル(通信経路)の終端に接続された一対のノード(最も遠く離れた2つのノード)の入力端子の直近に、シリアル信号の反射に起因する信号品質の劣化(波形の歪み)を抑制するための終端抵抗が設けられている。
For example, as described in
一般に、ツイストペアケーブルは、キャブタイヤケーブル(平行に配置された複数の電線から構成されたケーブル)に比べて高価である。よって、通信システム全体としての部品コストが高い。 Generally, twisted pair cables are more expensive than cabtyre cables (cables composed of a plurality of wires arranged in parallel). Therefore, the component cost of the communication system as a whole is high.
本発明は、部品コストを低減可能なガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a communication system for a gas engine-driven air conditioner capable of reducing component costs.
上記目的を達成するために、本発明に係る通信システムは、ガスエンジン駆動式空気調和装置に適用され、前記ガスエンジン駆動式空気調和装置の複数の制御装置間においてデータを送受信する。
本通信システムは、
差動シリアル信号を送信する送信装置と、
差動シリアル信号を受信する受信装置と、
前記送信装置と前記受信装置とを接続する通信ケーブルであって、前記差動シリアル信号を構成する一対の信号をそれぞれ伝達するための一対の電線を含み、これらの一対の電線が平行に配置されている通信ケーブルと、
を備える。
前記一対の信号をそれぞれ構成する周波数成分のうちの基本波の波長が、前記通信ケーブルの全長の4倍の長さよりも長くなるように、前記差動シリアル信号のビットレートが設定されている。
To achieve the above object, a communication system according to the present invention is applied to a gas engine-driven air conditioner, and transmits and receives data between a plurality of controllers of the gas engine-driven air conditioner.
This communication system is
a transmitter for transmitting a differential serial signal;
a receiving device for receiving a differential serial signal;
A communication cable for connecting the transmitting device and the receiving device, comprising a pair of electric wires for respectively transmitting a pair of signals constituting the differential serial signal, the pair of electric wires being arranged in parallel. a communication cable connected to the
Prepare.
The bit rate of the differential serial signal is set such that the wavelength of the fundamental wave among the frequency components constituting the pair of signals is longer than four times the total length of the communication cable.
また、本発明の他の一態様に係る通信システムにおいて、
前記一対の信号をそれぞれ構成する周波数成分のうちの第5次高調波の波長が、前記通信ケーブルの全長の4倍の長さよりも長くなるように、前記差動シリアル信号のビットレートが設定されている。
Further, in a communication system according to another aspect of the present invention,
The bit rate of the differential serial signal is set such that the wavelength of the fifth harmonic of the frequency components constituting the pair of signals is longer than four times the total length of the communication cable. ing.
また、本発明の他の態様に係る通信システムにおいて、
前記通信ケーブルの全長が1km以下であり、且つ前記ビットレートが1kbps以下である。
Also, in a communication system according to another aspect of the present invention,
The total length of the communication cable is 1 km or less, and the bit rate is 1 kbps or less.
ここで、交流信号(正弦波)の電気エネルギーは、通信ケーブル(伝送線路)を波として伝わる。その波長の1/4の長さに比べて、通信ケーブル(伝送線路)の全長が長いとき、通信ケーブルの特性インピーダンスと負荷インピーダンスとが整合していない状態では、通信ケーブルの終端にて、信号の反射が生じ、信号波形が歪む。また、この場合、通信ケーブルがアンテナとして作用し、電磁的ノイズが放射される。逆に言えば、送受信される信号の波長が、通信ケーブルの全長の4倍の長さより長ければ、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスの影響をほとんど受けない。そこで、本発明に係る通信システムにおいて、差動シリアル信号を構成する一対の信号の基本波の波長が、通信ケーブルの全長の4倍の長さよりも長くなるように、ビットレートを設定した。すなわち、通信ケーブルの全長に応じて、ビットレートを十分に小さく(低速度)に設定した。これにより、安価なキャブタイヤケーブルを採用することができる。さらに終端抵抗が不要である。よって、従来システムに比べて、本発明に係る通信システムの部品コストが安い。 Here, the electrical energy of the AC signal (sine wave) travels through the communication cable (transmission line) as a wave. When the total length of the communication cable (transmission line) is long compared to the length of 1/4 of the wavelength, and the characteristic impedance of the communication cable and the load impedance do not match, at the end of the communication cable, the signal reflection occurs, and the signal waveform is distorted. Also, in this case, the communication cable acts as an antenna and radiates electromagnetic noise. Conversely, if the wavelength of the transmitted/received signal is longer than four times the total length of the communication cable, the characteristic impedance and the load impedance are hardly affected. Therefore, in the communication system according to the present invention, the bit rate is set so that the wavelength of the fundamental wave of a pair of signals forming the differential serial signal is longer than four times the total length of the communication cable. That is, the bit rate is set to be sufficiently small (low speed) according to the total length of the communication cable. Thereby, an inexpensive cabtyre cable can be adopted. Furthermore, no terminating resistor is required. Therefore, the parts cost of the communication system according to the present invention is lower than that of the conventional system.
また、送信装置として機能するノード(マスターノード)から受信装置として機能する複数のノード(スレーブノード)に同時に信号を送信する際、マスターノードの出力電流量の制限から、スレーブノードの台数が制限される。従来システムにおいて、終端抵抗を用いているが、その抵抗値が比較的小さい(例えば、120ohm)。よって、スレーブノードの接続可能台数が比較的少ない。 Also, when simultaneously transmitting signals from a node (master node) that functions as a transmitter to multiple nodes (slave nodes) that function as receivers, the number of slave nodes is limited due to the limitation of the output current of the master node. be. Termination resistors are used in conventional systems, but their resistance values are relatively small (eg, 120 ohms). Therefore, the number of connectable slave nodes is relatively small.
これに対し、本発明に係る通信システムにおいて、終端抵抗が不要である。すなわち、スレーブノードの入力インピーダンスが比較的大きく、スレーブノードの消費電流が比較的小さい。よって、本発明によれば、スレーブノードの接続可能台数を増大させることができる。 In contrast, the communication system according to the present invention does not require a terminating resistor. That is, the input impedance of the slave node is relatively large, and the consumption current of the slave node is relatively small. Therefore, according to the present invention, the number of connectable slave nodes can be increased.
以下、本発明の一実施形態に係るガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システム1について説明する。通信システム1は、ガスエンジン駆動式空気調和装置を構成する複数の制御装置C(室外機を制御するマイクロコンピュータ、複数の室内機を制御するマイクロコンピュータなど)の間において各種データ(例えば、室内温度及び室内湿度を制御するためのデータ)を送受信する機能を備える。
A
通信システム1は、図1に示したように、複数の制御装置Cにそれぞれ対応した複数のトランシーバ10と、これらのトランシーバ10を接続する複数のキャブタイヤケーブル20とを含む。制御装置Cとトランシーバ10とが、プリント配線基板PBに実装されている。
The
トランシーバ10は、図2に示したように、所謂、半二重方式の通信プロトコルに対応した集積回路である。すなわち、トランシーバ10は、ドライバー11及びレシーバー12を内蔵している。トランシーバ10は、端子D/R、端子DI、端子RO、端子A及び端子Bを備えている。ドライバー11及びレシーバー12は、合成樹脂材からなるボディBDの内部に封入されている。端子D/R、端子DI、端子RO、端子A及び端子Bの一端が、ボディBD内に位置し。他端がボディBDの外側に位置している。なお、トランシーバ10は、周知の通信プロトコルである「RS485」に準拠している。
The
ドライバー11は、入力端子111、及び出力端子112,113を備える。また、レシーバー12は、入力端子121,122、及び出力端子123を備える。
The
入力端子111は、端子DIを介して、制御装置Cの端子CTxに接続されている。出力端子112及び出力端子113は、端子A及び端子Bにそれぞれ接続されている。さらに、入力端子121及び入力端子122も、端子A及び端子Bにそれぞれ接続されている。また、出力端子123は、端子ROを介して、制御装置Cの端子CRxに接続されている。
The
ドライバー11は、その入力端子111に入力されたシングルエンド方式のシリアル信号Txを、論理レベルが反対(逆相)である2つの信号D+及び信号Dーからなるシリアル信号DS(差動信号)に変換する。レシーバー12は、その入力端子121,122にそれぞれ入力された信号D+及び信号Dーをシングルエンド方式のシリアル信号Rxに変換する。
The
さらに、ドライバー11は、入力端子114を備える。入力端子114の論理レベルが「H」であるとき、ドライバー11は、信号D+及び信号Dーを、出力端子112,113からそれぞれ出力する。一方、入力端子114の論理レベルが「L」であるとき、出力端子112,113は、ドライバー11の内部回路から切り離されている。すなわち、この場合、出力端子112,113は、ハイインピーダンス状態になっている。
Furthermore, the
レシーバー12は、入力端子124を備える。入力端子124の論理レベルが「L」であるとき、レシーバー12は、シリアル信号Rxを、出力端子123から出力する。一方、入力端子124の論理レベルが「H」であるとき、出力端子123は、レシーバー12の内部回路から切り離されている。すなわち、この場合、出力端子123は、ハイインピーダンス状態になっている。
The
入力端子114及び入力端子124は、端子D/Rを介して、制御装置Cの端子ENに接続されている。
制御装置Cの端子ENから選択信号SELが出力される。選択信号SELが、端子D/Rを介してドライバー11及びレシーバー12にそれぞれ供給される。すなわち、選択信号SELの論理レベルが「H」であるとき、ドライバー11は、シリアル信号DSを出力可能な状態であり、且つレシーバー12は、シリアル信号Rxを出力不能な状態である。すなわち、この場合、トランシーバ10は、送信装置として機能する。一方、選択信号SELの論理レベルが「L」であるとき、ドライバー11は、シリアル信号DSを出力不能な状態であり、且つレシーバー12は、シリアル信号Rxを出力可能な状態である。すなわち、この場合、トランシーバ10は、受信装置として機能する。
A selection signal SEL is output from a terminal EN of the control device C. FIG. A selection signal SEL is supplied to the
なお、トランシーバ10の入力インピーダンスは、「12kohm」である。また、トランシーバ10の最大出力電流は、「250mA」である。
The input impedance of the
また、プリント配線基板PBには、一対のコネクタCN1,CN2(ピンヘッダー))が実装されている。コネクタCN1,CN2が並列接続されている。すなわち、一方のコネクタCN1のピンPa,ピンPbが、他方のコネクタCN2のピンPa,Pbに接続されている。さらに、ピンPa,Pbが、トランシーバ10の端子A,Bにそれぞれ接続されている。
A pair of connectors CN1 and CN2 (pin headers) are mounted on the printed wiring board PB. Connectors CN1 and CN2 are connected in parallel. That is, pins Pa and Pb of one connector CN1 are connected to pins Pa and Pb of the other connector CN2. Further, pins Pa and Pb are connected to terminals A and B of
キャブタイヤケーブル20は、本体部21と一対のハウジング22,22を備える。本体部21は、信号D+に対応した電線21aと、信号Dーに対応した電線21bを含む。さらに、本体部21は、電線21a及び電線21bを覆うシース21cを含む。シース21c内において、電線21a及び電線21bは略平行に配置されている。ハウジング22,22は、本体部21の両端にそれぞれ設けられている。ハウジング22は、コネクタCNのピンPa,Pbにそれぞれ対応したピン22a,22bを内蔵している。ピン22a,22bに、電線21a,21bの端部が接続されている。ハウジング22がコネクタCNに嵌合される。この状態で、ピン22a,22bが、ピンPa,Pbに接触(導通)している。
The
2つのプリント配線基板PBの一方のプリント配線基板PBに実装されたコネクタCN1及び他方のプリント配線基板PBに実装されたコネクタCN2に、キャブタイヤケーブル20の一端及び他端がそれぞれ接続されている。すなわち、複数のトランシーバ10(及び制御装置C)が、デイジーチェーン接続されている。複数のキャブタイヤケーブル20により、各種データを送受信するための通信経路CPが構成されている。本実施形態において、通信経路CPの全長(すべてのキャブタイヤケーブル20の長さの総和)は、略「1km」である。また、本実施形態において、従来システムのような終端抵抗は設けられていない。また、通信速度(シリアル信号Tx、シリアル信号Rx及びシリアル信号DSのビットレート)は、「9600bps」である。
One end and the other end of the
ガスエンジン駆動式空気調和装置が起動されると、各制御装置Cは、所定の初期化プログラムをそれぞれ実行し、その結果として、通信経路CPに接続された1つの所定の制御装置Cがマスターノード(送信ノード)であり、他の制御装置Cがスレーブノード(受信ノード)として設定される。つまり、マスターノードである制御装置C(制御装置Cm)から出力される選択信号SELの論理レベルが「H」であり、スレーブノードである制御装置C(制御装置Cs)から出力される選択信号SELの論理レベルが「L」である。その後、各ノード間にて各種データが送受信される。スレーブノードであるノードからデータを送信する必要が生じた場合、そのノードがマスターノードとして機能し、他のノード(それまでマスターノードであったノードを含む)がスレーブノードとして機能するように設定される。 When the gas engine-driven air conditioner is started, each control device C executes a predetermined initialization program, and as a result, one predetermined control device C connected to the communication path CP becomes a master node. (sending node), and another control device C is set as a slave node (receiving node). That is, the logic level of the selection signal SEL output from the control device C (control device Cm) which is the master node is "H", and the selection signal SEL output from the control device C (control device Cs) which is the slave node is "H". is "L". After that, various data are transmitted and received between each node. When a node that is a slave node needs to send data, it acts as the master node and other nodes (including the node that was previously the master node) are configured to act as slave nodes. be.
マスターノードの制御装置Cmの端子CTxから出力されたシングルエンド方式のシリアル信号Txが、端子DIを介して、ドライバー11の入力端子111に供給される。ドライバー11は、シリアル信号Txをシリアル信号DS(D+及びD-)に変換し、出力端子111,112から出力する。そして、このシリアル信号DS(D+及びD-)が、端子A,B及びキャブタイヤケーブル20を介して、他のトランシーバ10(スレーブノードのトランシーバ10)へ送信される。
A single-ended serial signal Tx output from the terminal CTx of the control device Cm of the master node is supplied to the
マスターノードから送信されたシリアル信号DS(D+及びD-)が、スレーブノードのトランシーバ10の端子A,Bを介して、レシーバー12の入力端子121,122に供給される。レシーバー12は、シリアル信号DS(D+及びD-)をシングルエンド方式のシリアル信号Rxに変換し、出力端子123から出力する。そして、このシリアル信号Rxが、端子ROを介して、スレーブノードの制御装置Csの端子CRxに供給される。
A serial signal DS (D+ and D−) transmitted from the master node is supplied to input
ここで、交流信号(正弦波)の電気エネルギーは、通信ケーブル(伝送線路)を波として伝わる。その波長L1の1/4の長さに比べて、通信ケーブル(伝送線路)の全長L0が長いとき(L1/4<L0)、通信ケーブルの特性インピーダンスと負荷インピーダンスとが整合していない状態では、通信ケーブルの終端にて、信号の反射が生じ、信号波形が歪む。また、この場合、通信ケーブルがアンテナとして作用し、電磁的ノイズが放射される。逆に言えば、波長L1が、全長L0の4倍の長さより長ければ、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスの影響をほとんど受けない。 Here, the electrical energy of the AC signal (sine wave) travels through the communication cable (transmission line) as a wave. When the total length L0 of the communication cable (transmission line) is longer than the length of 1/4 of the wavelength L1 (L1/4<L0), when the characteristic impedance of the communication cable and the load impedance do not match, , signal reflection occurs at the end of the communication cable, and the signal waveform is distorted. Also, in this case, the communication cable acts as an antenna and radiates electromagnetic noise. Conversely, if the wavelength L1 is longer than four times the total length L0, it is hardly affected by the characteristic impedance and the load impedance.
上記のように、本実施形態における通信経路CPの全長L0は略「1km」である。よって、シリアル信号DSの波長L1(基本波の波長)が、「4km」より長ければ、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスの影響をほとんど受けない。シリアル信号DSのビットレートが「115.2kbps」であるとき、当該信号の波長は、「5.208km(=30万km/(115200/2))」である。よって、シリアル信号DSのビットレートを、「115.2kbps」以下に設定することにより、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスの影響をほとんど無視できる。 As described above, the total length L0 of the communication path CP in this embodiment is approximately "1 km". Therefore, if the wavelength L1 (the wavelength of the fundamental wave) of the serial signal DS is longer than "4 km", it is hardly affected by the characteristic impedance and the load impedance. When the bit rate of the serial signal DS is "115.2 kbps", the wavelength of the signal is "5.208 km (=300,000 km/(115200/2))". Therefore, by setting the bit rate of the serial signal DS to "115.2 kbps" or less, the influence of the characteristic impedance and the load impedance can be almost ignored.
ただし、シリアル信号DSは、矩形波である。矩形波は、基本波及び奇数次の高調波から構成される。そのため、基本波のみならず、高調波が特性インピーダンス及び負荷インピーダンスから受ける影響も考慮するとよい。例えば、第5次高調波(基本波の周波数の5倍の周波数の高調波)の波長が、全長L0の4倍の長さよりも長いとよい。そこで、本実施形態において、ビットレートを「9600bps」に設定した。つまり、これによれば、第5次高調波の波長が、「12.5km(=(30万km/(9600/2))/5)」であり、全長L0の4倍の長さ(「4km」)より十分に長い。よって、第5次高調波(及びそれよりも低次の成分)は、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスの影響をほとんど受けない。また、第5次高調波よりも高次数の成分の強度は比較的小さいので、これらの影響はほとんど無視できる。そのため、本実施形態において、安価なキャブタイヤケーブルを採用できる。さらに、終端抵抗が不要である。よって、従来システムに比べて、本実施形態に係る通信システム1の部品コストが安い。
However, the serial signal DS is a rectangular wave. A square wave consists of a fundamental wave and odd harmonics. Therefore, it is advisable to consider the influence of not only the fundamental wave but also the harmonic wave from the characteristic impedance and the load impedance. For example, it is preferable that the wavelength of the fifth harmonic (harmonic of five times the frequency of the fundamental wave) is longer than four times the total length L0. Therefore, in this embodiment, the bit rate is set to "9600 bps". That is, according to this, the wavelength of the fifth harmonic is "12.5 km (=(300,000 km/(9600/2))/5)", and is four times as long as the total length L0 (" 4 km”). Therefore, the 5th harmonic (and lower order components) is largely unaffected by the characteristic impedance and the load impedance. Also, since the intensity of the components higher than the fifth harmonic is relatively small, their influence can be almost ignored. Therefore, in this embodiment, an inexpensive cabtire cable can be used. Furthermore, no terminating resistors are required. Therefore, the parts cost of the
また、従来システムにおいて、終端抵抗を用いているが、その抵抗値が比較的小さい(例えば、120ohm)。ここで、ドライバー11の出力電圧を「12V」とし、安全率を「0.7」とすると、マスターノードのドライバー11の出力電流の最大値が250mAであることから、スレーブノードの台数の最大値が「35台=(250mA/(12V/(12kohm//(120ohm/2)))×0.7」である。
In addition, although the conventional system uses a terminating resistor, its resistance value is relatively small (eg, 120 ohm). Here, if the output voltage of the
一方、上記のように、本実施形態において、終端抵抗が不要である。すなわち、スレーブノードの入力インピーダンスが比較的大きく、スレーブノードの消費電流が比較的小さい。よって、本実施形態によれば、スレーブノードの接続可能台数の最大値を増大させることができる。具体的には、本実施形態におけるスレーブノードの接続可能台数の最大値は、「175台(=250mA/(12V/12kohm)×0.7」である。 On the other hand, as described above, this embodiment does not require a terminating resistor. That is, the input impedance of the slave node is relatively large, and the consumption current of the slave node is relatively small. Therefore, according to this embodiment, the maximum number of connectable slave nodes can be increased. Specifically, the maximum number of connectable slave nodes in this embodiment is "175 (=250mA/(12V/12kohm)×0.7").
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Furthermore, the implementation of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the object of the present invention.
例えば、上記実施形態では、ドライバー11とレシーバー12とが1つのボディBDに封入された(パッケージ化された)トランシーバ10を採用しているが、これに代えて、ドライバー11とレシーバー12とを、別体として構成してもよい。また、例えば、上記実施形態は、差動シリアル通信プロトコルの一例としての「RS485」に準拠している通信システムに本発明を適用した例であるが、本発明は、他の差動シリアル通信プロトコル(例えば、RS422)に準拠している通信システムにも適用可能である。
For example, in the above embodiment, the
1…通信システム、10…トランシーバ、11…ドライバー(送信装置)、12…レシーバー(受信装置)、30…キャブタイヤケーブル(通信ケーブル)、C…制御装置、CN…コネクタ、DS…シリアル信号、LF…ローパスフィルタ、CP…通信経路
Claims (3)
差動シリアル信号を送信する送信装置と、
差動シリアル信号を受信する受信装置と、
前記送信装置と前記受信装置とを接続する通信ケーブルであって、前記差動シリアル信号を構成する一対の信号をそれぞれ伝達するための一対の電線を含み、これらの一対の電線が平行に配置されている通信ケーブルと、
を備え、
前記一対の信号をそれぞれ構成する周波数成分のうちの基本波の波長が、前記通信ケーブルの全長の4倍の長さよりも長くなるように、前記差動シリアル信号のビットレートが設定されている、ガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システム。 A communication system for a gas engine-driven air conditioner, which is applied to a gas engine-driven air conditioner and for transmitting and receiving data between a plurality of control devices of the gas engine-driven air conditioner,
a transmitter for transmitting a differential serial signal;
a receiving device for receiving a differential serial signal;
A communication cable for connecting the transmitting device and the receiving device, comprising a pair of electric wires for respectively transmitting a pair of signals constituting the differential serial signal, the pair of electric wires being arranged in parallel. a communication cable connected to the
with
The bit rate of the differential serial signal is set such that the wavelength of the fundamental wave among the frequency components respectively constituting the pair of signals is longer than four times the total length of the communication cable. A communication system for a gas engine driven air conditioner.
前記一対の信号をそれぞれ構成する周波数成分のうちの第5次高調波の波長が、前記通信ケーブルの全長の4倍の長さよりも長くなるように、前記差動シリアル信号のビットレートが設定されている、ガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システム。 In the communication system of the gas engine driven air conditioner according to claim 1,
The bit rate of the differential serial signal is set such that the wavelength of the fifth harmonic of the frequency components constituting the pair of signals is longer than four times the total length of the communication cable. A communication system for a gas engine driven air conditioner.
前記通信ケーブルの全長が1km以下であり、且つ前記ビットレートが1kbps以下である、ガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システム。
In the communication system of the gas engine driven air conditioner according to claim 1 or claim 2,
A communication system for a gas engine-driven air conditioner, wherein the total length of the communication cable is 1 km or less, and the bit rate is 1 kbps or less.
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2021
- 2021-03-15 JP JP2021041192A patent/JP2022141060A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024146169A1 (en) * | 2023-01-06 | 2024-07-11 | 青岛海尔空调器有限总公司 | Energy-saving method and apparatus for air conditioner, and air conditioner and storage medium |
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