JP3069977B2 - 暖房器具の故障監視装置 - Google Patents

暖房器具の故障監視装置

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JP3069977B2 JP3295775A JP29577591A JP3069977B2 JP 3069977 B2 JP3069977 B2 JP 3069977B2 JP 3295775 A JP3295775 A JP 3295775A JP 29577591 A JP29577591 A JP 29577591A JP 3069977 B2 JP3069977 B2 JP 3069977B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、暖房器具の故障監視装
置に関し、更に詳細には、ワンチップマイクロコンピュ
ータを使用する温度制御装置の故障監視装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】ワンチップマイクロコンピュータ製造技
術の発達と共に、電気カーペットや電気毛布などの暖房
器具の温度制御器に、ワンチップマイクロコンピュータ
を導入し、ディジタル制御による精度の高い温度制御が
行われるようになっていることは周知である。かかるマ
イクロコンピュータを使用する暖房器具の従来の温度制
御回路を、図3によって説明する。
【0003】図3において、電気カーペットや電気毛布
などの暖房器具1のヒータ2は、周知のように、直列に
接続されたリレー4によって交流電源VACから供給され
る電流を制御して一定温度を保つように制御される。そ
の温度制御回路は、大きく分けて、暖房器具1の温度セ
ンサ6と、その検出信号によりリレー4の接点8をオン
オフするコイル10を制御するトランジスタ12の制御回路
とから成っている。
【0004】前記温度センサ6は、ヒータ4に隣接して
暖房器具1に取り付けられており、プラスチックなどの
可撓性芯線(図示せず)に巻回した1次電極線14を、プ
ラスチックサーミスタ16で被覆し、その上に2次電極線
18を巻回し、更にその上を可撓性絶縁材(図示せず)で
被覆したものである。なお、図に示すように、通常は、
1次電極線14及び2次電極線18は、両端を短絡して、電
極線14,18 のいずれの部分が断線しても、電流が流れる
ようにしている。
【0005】前記プラスチックサーミスタ16は、一般に
負の温度−抵抗特性を有する塩化ビニル(PVC)など
が使用され、一般的な電気カーペット、電気毛布などで
は、十数kΩから数百kΩ程度のインピーダンスとなる
ように作られている。そして、プラスチックサーミスタ
16を通じて、1次電極線14と2次電極線18との間に流れ
る電流は、プラスチックサーミスタ16のインピーダンス
は、暖房器具1の温度が高くなるほど低下し、流れる電
流が大きくなるように変化する。
【0006】次に、温度制御回路について説明する。リ
レー4のコイル10を制御するトランジスタ12の制御回路
は、ダイオード20、抵抗22及びコンデンサ24を直列に接
続した整流回路から成る直流電源回路に接続している。
該直流電源回路は、図に示すように、発熱回路と並列し
て交流電源VACに接続している。そして、前記温度セン
サ6は、抵抗26及びオペアンプ28と直列接続し、発熱回
路と並列して交流電源VACに接続している。該オペアン
プ22は、抵抗30、コンデンサ32、ダイオード34,36 とか
ら成る半波整流電流の反転増幅積分回路によって、プラ
スチックサーミスタ16のインピーダンスに応じた電流の
信号電圧VT が得らる。また、可変抵抗器から成る暖房
器具1の温度設定回路38により、前記直流電源を分圧し
て設定温度信号電圧VSを得ている。
【0007】前記信号電圧VT 及び設定温度信号電圧V
S は、ワンチップマイクロコンピュータ40のそれぞれの
入力端子に与え、信号電圧VT,S から制御信号を演算
し、ワンチップマイクロコンピュータ40の01端子からト
ランジスタ12のベースに制御信号Iを出力する。ところ
で、前記演算はデジタル信号を処理して行われるもので
あり、信号電圧VT,S はアナログ信号として得られる
ので、従来からワンチップマイクロコンピュータ40に内
蔵したA/Dコンバータ(図示せず)によって、デジタ
ル信号に変換した信号VT,S を比較し、信号VS より
T が小さければ、リレー4に接点8のオン信号を出力
し、信号VS よりVT が大きければ接点8のオフ信号を
出力するように演算を行わせている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ワンチップ
マイクロコンピュータを使用して暖房器具の温度制御に
は、A/Dコンバータの故障により、リレーにオン信号
を出し続けることがあるという問題がある。図4は、従
来の温度制御装置に用いられるA/Dコンバータ内蔵の
マイクロコンピュータの入出力信号の関係を示したもの
であり、横軸は時間軸を示し、VT は、図3に示す前記
反転増幅積分回路の出力する信号電圧を表し、VS1は図
3に示す温度設定器38の温度設定信号電圧を表してい
る。また、V D は、回路の故障監視電圧であり、温度セ
ンサ6及びオペアンプ28から成る反転増幅積分回路が正
常である限り、VD <VT となるように設定され、ワン
チップマイクロコンピュータ40は、前記不等式が成立す
るか否かを監視するように予めプログラムされている。
もし、VD ≧VT となると、直ちにリレー4をオフする
制御信号Iが出力される。
【0009】図4に示す各信号の時間経過は、以下のと
おりである。即ち、時刻t0 のとき、設定温度より暖房
器具温度が低いと、プラスチックサーミスタ16(図3)
のインピーダンスが大きいために、温度センサ6を流れ
る電流は小さく、したがって、VT はVS1より低い値と
なり、ワンチップマイクロコンピュータ40の01端子から
リレー4をオンする制御信号Iが出力され、ヒータ2は
発熱する。やがて、信号電圧VT が上昇し、時刻t1
信号電圧VS と等しくなると、01端子から出力される制
御信号Iはオフ信号(電流ゼロ)に変化する。しかしな
がら、暖房器具1の温度は、急には下がらず、一旦ピー
ク値に達してから徐々に下降を開始する。まだVT >V
S1の状態が継続している時刻t2 で、使用者が、温度設
定器38を操作し設定温度信号電圧VS2に上昇させたとす
ると、制御信号Iは、再びオン信号に転じ、ヒーター4
に電流が供給される。
【0010】ところで、図4において、時刻t3 で、A
/Dコンバータが断線などで故障し、温度センサ6から
の信号が伝達されなくなったとする。このときは、従来
のワンチップマイクロコンピュータ40内では、VS>V
T >VD の関係を満たす範囲でVT は不安定状態の信号
を発しながら演算を継続する。したがって、前記故障監
視レベル電圧VD を設定しても、A/Dコンバータの故
障を発見することはできず、実温度のいかんに係わら
ず、ヒータ2は発熱し続け、暖房器具1の温度が図3に
点線で示すように上昇・過熱し、暖房器具1の使用者に
火傷を負わせるおそれがあり、また、気付かなければ火
災の危険が生じる。
【0011】本発明は、以上説明した問題に着目して成
されたものであり、暖房器具の温度制御をマイクロコン
ピュータで行う際に、温度センサからの信号をデジタル
信号に変換するA/Dコンバータの故障を検出する手段
を設けた暖房器具の故障監視装置を提供することを目的
としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めの本発明の暖房器具の故障監視装置の構成は、暖房器
具の温度制御装置を、A/Dコンバータ内蔵のワンチッ
プマイクロコンピュータによって構成し、該温度制御装
置に回路故障監視手段と、A/Dコンバータ故障監視手
段とを設け、回路故障監視手段は、温度センサから入力
される温度信号の最小レベル以下の検査信号を予め設定
し、温度信号レベルが、該検査信号レベルより低いと判
別すると暖房器具の作動を停止させる手段から成り、A
/Dコンバータ故障監視手段は、所定の間隔を開けて、
温度制御装置に入力されるアナログ信号を遮断し、代わ
りに前記検査信号の最小レベル以下のアナログ監視信号
を温度制御装置に与え、該監視信号の出力と同期して、
前記回路故障監視手段が、前記アナログ信号を異常と判
別されないときに暖房器具の作動を停止させる信号を出
力する手段から成るものである。
【0013】前記アナログ信号は、温度センサから出力
される温度信号、暖房器具の温度設定器から出力される
設定温度信号、その他の温度制御装置に入力するアナロ
グ信号であり、これらは、必要に応じて、一つの信号で
あってもよく、また、複数の信号に対して適用してもよ
い。前記回路故障監視手段は、従来から使用されている
手段をそのまま適用することができる。また、故障監視
手段は、A/Dコンバータの故障を監視するものであ
り、温度制御装置に入力されるアナログ信号を遮断する
手段は、該アナログ信号電圧を放電させることにより電
圧を前記検査信号レベルより低くするなどの手段や、別
に外部回路を設け、スイッチにより温度信号出力回路と
切り換える手段などとすることができる。また、故障監
視手段を作動させ、故障判断基準を逆転させるには、ワ
ンチップマイクロコンピュータのプログラムを変更する
ことによって行って行うことができる。
【0014】
【実施例】以下添付の図面を対照して一実施例により、
本発明を具体的に説明する。図1に示す実施例による暖
房器具の回路は、ワンチップマイクロコンピュータ(以
下単にワンチップマイコンという)40、及び、該ワンチ
ップマイコン40とオペアンプ28から成る反転増幅積分回
路との間に、A/Dコンバータ故障監視回路44を設けた
以外は、図3で説明した従来の暖房器具と同様の回路構
成とし、図3に示した回路と同様の部材及び回路には同
じ符号を付し、説明を省略する。
【0015】図1において、ワンチップマイコン40は、
図3のワンチップマイコン40と同様に図示しているが、
A/Dコンバータ故障監視回路44を制御する手段を内蔵
していることと、該A/Dコンバータ故障監視回路44の
作動と同期して、ワンチップマイコン40が内蔵する回路
故障監視手段が異常を検出しないと暖房器具の作動を停
止させる信号出力手段(図示せず)を備えていることと
が、図3に示すワンチップマイコン40と相違している。
【0016】故障監視回路44は、抵抗46及びトランジス
タ48によって構成し、反転増幅積分回路の温度信号電圧
T の出力端子50と、ワンチップマイコン40のA/D 端子
1 との間に取り付けている。前記トランジスタ48は、
A/D 端子A1側にコレクタを、また、グランド側にエミ
ッタを接続し、ベースを、ワンチップマイコン40の監視
信号出力端子02に接続している。前記抵抗46は、監視信
号が出力端子02から出力され、トランジスタ48がスイッ
チオンした際の放電電流を規制するために接続してい
る。
【0017】次に、図2に基づき、以上説明した実施例
の回路故障監視装置の動作を説明する。図2の横軸は時
間軸であり、上段の縦軸は、出力端子01から出力される
監視信号S(mA)の出力を表し、中段及び下段は、図4
と同様の図である。図2は、説明のためのものであり、
理解を容易にするために、図4と同じ経過を辿って暖房
器具1の温度の制御が行われているとして記載した。
【0018】本実施例では、図の上段に示すように、ワ
ンチップマイコン40は、監視信号Sを、T分ごとの周期
で端子01からΔT秒間出力する。例えば、時刻Ta に監
視信号Sを出力すると、トランジスタ48がスイッチオン
し、温度信号電圧VT が放電され、A/D 入力端子A1
与えられる電圧は、回路故障監視電圧VD より低くな
る。ワンチップマイコン40は、内蔵する回路故障監視回
路の判断基準を逆転させ、デジタル変換されたVT の値
が、VD >VT を満足した場合には、回路に故障がない
と判断し運転を継続する。即ち、図の場合には、継続し
て、リレー1にオン信号を出力し、ヒータ4に電流が供
給される。
【0019】ところで、時刻T3 でA/Dコンバータが
断線したとすると、図4で説明したように、設定温度信
号電圧VS2と比較する信号VT'は、VS2>VT'>VD
関係を満たしながら浮遊し、実際に入力される温度信号
T に対応しない値となる。前記したように、本実施例
のワンチップマイコン40は、監視信号Sを出力すると同
時に回路故障監視回路の判断基準を逆転させているの
で、A/Dコンバータが故障後に監視回路44が最初に作
動し、監視信号Sを出力した時点t4 、即ち、回路故障
監視手段がVT'>VD と判断した時点で、リレー4をオ
フする制御信号をトランジスタ12に出力する。したがっ
て、ヒータ2の電流はゼロとなり、実温度信号VT は、
図2に点線で示すように、余熱が消失すると下降しはじ
め、過熱が防止される。したがって、本実施例のワンチ
ップマイコン40は、従来のものに、監視信号出力の発生
と、その監視出力信号と同期してVT <VDをみるプロ
グラムを追加することにより形成することができるの
で、設計変更が容易である。
【0020】本実施例では、故障によりヒータ2に電流
が流し続けられた場合でも、過熱による危険を防止する
ために、監視信号Sを出力する間隔を1分に調節した。
また、監視信号Sを出力する時間ΔTは、100msと
し、ヒータ2の加熱に悪影響を与えないようにした。し
かしながら、これらの値は例示のためであり、対照とす
る暖房器具1の仕様によって適宜変化させる必要があ
る。
【0021】以上説明した実施例は、温度センサから出
力される温度信号をデジタル信号に変換するA/Dコン
バータについてのみ行ったが、設定温度信号についても
同様の監視手段を設けることができる。更に、他にも温
度制御装置にアナログ信号を入力するものがあれば、こ
れについても、同様に本発明を適用することができる。
また、前記監視信号Sは、外部回路によって発生させ、
スイッチ手段により温度信号と切り換えることもでき
る。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の暖房器具
の故障監視装置は、従来から使用されているワンチップ
マイクロコンピュータの回路故障を監視する手段に、A
/Dコンバータが故障していなければ入力され得ないレ
ベルの監視信号を与え、該監視信号が入力されたことを
検出可能であるか否かによって、A/Dコンバータの故
障を監視するようにしたので、A/Dコンバータの故障
による暖房器具の加熱を未然に防止して安全を保つこと
ができ、しかも、ワンチップマイクロコンピュータのプ
ログラムの僅かな変更と、簡単な回路の追加で実施する
ことができるので従来の暖房器具の設計変更が容易であ
り、コスト及び回路スペースの増加を可及的に抑制する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による暖房器具の回路図であ
る。
【図2】図1に示す実施例の作用を説明するグラフ図で
ある。
【図3】従来例による暖房器具の回路図である。
【図4】図1に示す従来例の問題点を説明するグラフ図
である。
【符号の説明】
1 暖房器具 2 ヒータ 4 リレー 6 温度センサ 8 接点 10 コイル 12 トランジスタ 20 オペアンプ 38 温度設定器 40 ワンチップマイコン(ワンチップマイクロコンピュ
ータ) 44 監視回路(A/Dコンバータの)46 抵抗 48 トランジスタ 50 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24D 13/02 F24D 19/10 H05B 3/00 310 H05B 3/00 320

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 暖房器具の温度制御装置を、A/Dコン
    バータ内蔵のワンチップマイクロコンピュータによって
    構成し、該温度制御装置に回路故障監視手段と、A/D
    コンバータ故障監視手段とを設け、回路故障監視手段
    は、温度センサから入力される温度信号の最小レベル以
    下の検査信号を予め設定し、温度信号レベルが、該検査
    信号レベルより低いと判別すると暖房器具の作動を停止
    させる手段から成り、A/Dコンバータ故障監視手段
    は、所定の間隔を開けて、温度制御装置に入力されるア
    ナログ信号を遮断し、代わりに前記検査信号の最小レベ
    ル以下のアナログ監視信号を温度制御装置に与え、該監
    視信号の出力と同期して、前記回路故障監視手段が、前
    記アナログ信号を異常と判別されないときに暖房器具の
    作動を停止させる信号を出力する手段から成る暖房器具
    の故障監視装置。
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