JP3328227B2 - データ通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、データ通信シス
テム及び端末装置に関し、特に電源線を通じてデータ通
信するデータ通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、複数の端末装置を接続して有線通
信によるネットワークを構築する場合、複数の端末装置
を接続する専用の通信回線を敷設していた。このため、
ネットワークを構築する場合は、端末装置を駆動するた
めの電源線と、通信回線とが別個のものとして敷設され
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、通信回線と電
源線とを互いに独立させ敷設する場合、ネットワークを
実現するハードウェアの構成は複雑になっていた。ま
た、このような構成を実現するための設置工事もまた煩
雑であり、ネットワーク構築の費用を高くする要因とな
っていた。

【０００４】一方、有線通信においては、データは電気
信号の形で通信回線上を伝搬するため、電気信号の電力
が大きいと、電気信号の歪みなどに起因するノイズが発
生する。ノイズは外部機器の動作に影響を及ぼす電波障
害を発生する場合があり、また伝送する対象の信号の信
号対雑音比を低下させる（すなわち、通信の品質を劣化
させる）。

【０００５】この発明は、上記実状に鑑みてなされたも
ので、簡易な構成で敷設が容易且つ低コストに行えるデ
ータ通信システムを提供することを目的とする。また、
この発明は、ノイズの発生による通信品質の劣化や電波
障害の発生が抑止されるデータ通信システムを提供する
ことを第２の目的とする。

【０００６】上記目的を達成するため、この発明にかか
るデータ通信システムは、複数の端末と、交流電力を供
給する外部の交流電源に接続され、データ信号及び前記
交流電力を同時に伝送する電源ラインを介して各前記端
末に接続されており、前記データ信号が前記交流電源へ
と伝搬するのを実質的に阻止し、前記交流電力を各前記
端末へと供給するデータ信号除去手段と、より構成さ
れ、各前記端末は、判別手段と、電源電圧除去手段と、
送受信制御手段と、を備え、 前記判別手段は、前記交流
電源が発生する交流電圧の絶対値が、０でない所定の電
圧しきい値より小さいか否かを判別し、電源電圧除去手
段は、前記電源ラインと前記送受信制御手段との間に接
続され、前記交流電圧が前記送受信制御手段に供給され
るのを実質的に遮断し、前記データ信号を通過させ、 前
記送受信制御手段は、前記判別手段が、前記交流電圧の
絶対値が所定の電圧しきい値より小さいと判別したとき
に、前記電源ライン及び前記電源電圧除去手段を介した
データ信号の受信、及び、前記交流電力を伝送している
状態の前記電源ラインへの前記データ信号の送信の少な
くとも一方を行い、小さくないと判別したとき、データ
信号の受信又は送信を停止する、ことを特徴とする。

【０００７】このようなデータ通信システムによれば、
電源ラインが通信回線と電源線とを兼ねるので、ハード
ウェアの構成は簡略化され、設置工事もまた簡単且つ低
コストとなる。また、各端末が、交流電源が発生する交
流電圧の値に基づき、交流電源のインピーダンスが高く
なるタイミングを選んでデータ信号の送受信を行うもの
であれば、データ信号の電力が低減される結果、ノイズ
の発生が抑止され、電波障害の発生や通信の品質の劣化
が防止される。

【０００８】具体的には、各端末は、交流電源のインピ
ーダンスが高くなるタイミングを選んでデータ信号の送
受信を行う。従って、データ信号の電力が低減される結
果、ノイズの発生が抑止され、電波障害の発生や通信の
品質の劣化が防止される。

【０００９】また、各前記端末が前記電源電圧除去手段
を備えることにより、各端末に誤って交流電源の電圧が
印加されて各端末が破壊される等の事態が防止される。

【００１０】前記送受信制御手段は、前記判別手段が、
前記交流電圧の絶対値が所定の電圧しきい値より小さい
と判別し、且つ、前記交流電圧が所定の極性を有すると
きに、前記電源ラインを介してデータ信号の受信及び送
信の少なくとも一方を行うものであってもよい。これに
より、各端末は、交流電源の電圧の極性に応じてデータ
信号の送受信を行うか否かを決定する。従って、互いに
データの交換をする端末同士が同じタイミングでデータ
信号の送受信を行うように各端末の振り分けを行えば、
データの交換が円滑に効率よく行われる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態に係るデータ通信システムを説明する。図
１は、この発明の実施の形態に係るデータ通信システム
の構成を模式的に示している。

【００１６】図１に示すように、このデータ通信システ
ム１は、一対の電源ライン１００及び１０１と、フィル
タ部１１と、ｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）の端
末装置２１−１〜２１−ｎとより構成される。

【００１７】一対の電源ライン１００及び１０１は、フ
ィルタ部１１の後述する一対の出力端と、各端末装置２
１−１〜２１−ｎの各々の両端とを１対１に接続する。
フィルタ部１１は、一対の入力端及び一対の出力端を備
え、入力端は、単相交流電力を供給する外部の商用電源
２の両極に１対１に接続されており、出力端は、電源ラ
イン１００及び１０１に１対１に接続されている。

【００１８】なお、商用電源２が発生する単相交流電圧
Ｖｃの周波数は、例えば５０ヘルツあるいは６０ヘルツ
である。商用電源２は、フィルタ部１１、電源ライン１
００及び１０１を介して、各端末装置２１−１〜２１−
ｎへと単相交流電力を供給する。また、各端末装置２１
−１〜２１−ｎは、後述するように、電源ライン１００
及び１０１を介して相互にデータを伝送する。

【００１９】フィルタ部１１は、商用電源２が発生させ
る単相交流電圧Ｖｃの周波数帯の信号を通過させ、一対
の電源ライン１００及び１０１上を伝搬する後述のデー
タ信号が通過するのを阻止するローパスフィルターの機
能を行う。フィルタ部１１は、具体的には、例えば、自
己の各入力端と各出力端との間を１対１に結ぶよう接続
される一対のインダクタと、各入力端の間に接続された
コンデンサとより構成される。

【００２０】各端末装置２１−１〜２１−ｎは、電源ラ
イン１００及び１０１を介して互いに接続され、ネット
ワークを形成する。そして、電源ライン１００及び１０
１を通じ、相互にデータを伝送する。

【００２１】各端末装置２１−１〜２１−ｎは整流負荷
型の装置である。すなわち、各端末装置２１−１〜２１
−ｎは、商用電源２の電圧Ｖｃを交流から直流へと整流
し、整流により得られた直流電力により各自を駆動す
る。

【００２２】各端末装置２１−１〜２１−ｎは互いに実
質的に同一の構成を有している。端末装置２１−１は、
図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Uni
t）４０と、送受信部４１と、ＡＣコネクタ４２と、電
源部４３とを備える。

【００２３】ＣＰＵ４０は、送受信部４１を制御するこ
とにより他の端末装置とのデータ交換を行い、その他、
端末装置２１−１の動作全体を制御する。

【００２４】ＡＣコネクタ４２は、電源ライン１００及
び１０１と、電源部４３の両極とを１対１に接続する。
また、電源ライン１００及び１０１と、送受信部４１と
を接続する。

【００２５】電源部４３は、ダイオードより構成される
ブリッジ型全波整流回路や平滑用のコンデンサなどを備
え、ＡＣコネクタ４２を介して商用電源２から供給され
た単相交流電圧Ｖｃを整流して平滑化して直流電圧を生
成し、得られた直流電圧を端末装置２１−１の各部に供
給する。

【００２６】送受信部４１は、電源ライン１００及び１
０１を介して他の端末装置との間で、データを表すデー
タ信号を送受信するものであり、電圧監視部５３と、信
号処理部５４と、入出力部５２とを備える。

【００２７】電圧監視部５３は、商用電源２の電圧Ｖｃ
の絶対値が所定の電圧しきい値＋Ｖth（具体的には、電
圧Ｖｃの最大値の２分の１程度の所定値）より小さいか
否かを判別し、その判別結果を示す制御信号を信号処理
部５４へ伝達する。

【００２８】信号処理部５４は、データ信号の送受信を
制御し、データ信号を処理するものであり、電圧監視部
５３より伝達された制御信号に従って、通信可能状態及
び通信停止状態のいずれかの状態をとる。

【００２９】具体的には、制御信号が、商用電源２の電
圧Ｖｃの絶対値が電圧しきい値＋Ｖthより小さいことを
示すとき、信号処理部は通信可能状態となる（すなわ
ち、データ信号を送信又は受信し、或いは伝送の対象の
データがない場合の通信待ちの処理を行う）。一方、そ
の他の場合、信号処理部５４は通信停止状態となり、既
に行っているデータの伝送を中断し、新たなデータの伝
送を開始しない。

【００３０】さらに、信号処理部５４は、送信するデー
タ信号をデジタル形式からアナログ形式へと変換し、変
換した信号を、通信可能状態のときに、入出力部５２を
介して電源ライン１００及び１０１へと送出する。

【００３１】また、信号処理部５４は、電源ライン１０
０及び１０１より入出力部５２を介して自己に供給され
るデータ信号を受信して、該データ信号を解析し、該デ
ータ信号が自己宛に送信されたものであるか否かを判別
する。そして、自己宛に送信されたものであると判別す
ると、該データ信号をＣＰＵ４０へ転送し、自己宛のも
のではないと判別すると、次のデータ信号が送信されて
くるのを待機する。

【００３２】入出力部５２は、ＡＣコネクタ４２を介し
て、電源ライン１００及び１０１と信号処理部５４との
間に接続され、商用電源２の周波数帯の信号が信号処理
部５４に供給されるのを実質的に阻止し、信号処理部５
４が送受信するデータ信号を通過させる。

【００３３】入出力部は、例えば図２に示すように、第
１のコンデンサＣ８１と第２のコンデンサＣ８２と絶縁
トランス８０とから構成されるハイパスフィルタを備え
る。絶縁トランス８０は一次巻線及び二次巻線を備え、
一次巻線の一端はコンデンサＣ８１を介して電源ライン
１００に接続され、一次巻線の他端はコンデンサＣ８２
を介して電源ライン１０１へ接続され、二次巻線の両端
は信号処理部５４に接続されている。

【００３４】次に、このデータ通信システムの動作を説
明する。商用電源２が単相交流電圧Ｖｃを発生させる
と、この電圧Ｖｃは、フィルタ部１１を介して電源ライ
ン１００及び１０１の間に印加される。電源ライン１０
０及び１０１の間に印加された電圧Ｖｃは、各端末装置
２１−１〜２１−ｎの電源部４３に供給される。

【００３５】電源部４３に供給された商用電源２の電圧
Ｖｃは整流され、整流された電圧は平滑コンデンサによ
り平滑化されて、図３（ａ）に示す波形を有する直流電
圧Ｖｄに変換される。この直流電圧Ｖｄは、端末装置２
１を構成する各装置へ供給される。

【００３６】さらに詳細に説明すると、端末装置２１−
１〜２１−ｎを構成する各装置は、各自の電源部４３に
供給された電圧Ｖｃの瞬時値の絶対値が直流電圧Ｖｄよ
り大きいとき（図３（ａ）において区間Ａ〜Ｂ，Ｃ〜Ｄ
として示すタイミング）に、商用電源２より電力を供給
される。一方、電圧Ｖｃの瞬時値の絶対値が直流電圧Ｖ
ｄより小さいとき（図３（ａ）において区間Ｂ〜Ｃ，Ｄ
〜Ａとして示すタイミング）に、各自の電源部４３が備
える平滑用のコンデンサが放電することにより、該コン
デンサに蓄えられていた電力を供給される。

【００３７】従って、商用電源２より電源ライン１００
及び１０１を介して端末装置２１−１〜２１−ｎへ供給
される供給電流Ｉｏは、図３（ｂ）に示すようなパルス
状の波形となる。すなわち、電流Ｉｏの絶対値は、電圧
Ｖｃの瞬時値の絶対値が直流電圧Ｖｄより小さい期間は
実質的に０となり、その他の期間は電圧Ｖｃの瞬時値の
絶対値と電圧Ｖｄとの差に実質的に比例する。

【００３８】電源ライン１００及び１０１を流れる供給
電流Ｉｏが実質的に０となる区間では、その他の区間に
比べ、電圧Ｖｃの周波数での商用電源２のインピーダン
スは増大し、従って電源ライン１００と１０１との間の
インピーダンスも増大する。このため、端末装置２１−
１〜２１−ｎより送出され電源ライン１００及び１０１
を通過するデータ信号が商用電源２を介して外部の他の
電源ラインへ流れる事態が防止され、また、データ信号
の電圧波形の歪みの発生が抑制される。また、電流値及
び電圧値の小さなデータ信号を用いてデータの伝送を行
うことが可能となる。

【００３９】一方、入出力部５２は、送受信部４１に供
給された商用電源２の電圧Ｖｃが信号処理部５４へと印
加されるのを実質的に阻止する。

【００４０】次に、各端末装置２１−１〜２１−ｎによ
るデータの伝送の手順を説明する。図２において、送信
元である任意の端末装置（以下、理解を容易にするた
め、当該送信元は端末装置２１−１であるとする）に、
送信先の任意の端末装置（例えば、端末装置２１−ｎで
あるとする）へデータを転送する旨の要求が外部より与
えられたとする。

【００４１】このとき、端末装置２１−１の信号処理部
５４は、転送する対象のデータを表すデジタル形式のデ
ータ信号を端末装置２１−１のＣＰＵ４０より取得し、
該データ信号をデジタル形式からからアナログ形式へと
変換する。そして、この信号処理部５４は、端末装置２
１−１の電圧監視部５３より伝達された制御信号に応答
して通信可能状態となったときに、変換によって得られ
たアナログ形式のデータ信号を、端末装置２１−１の入
出力部５２へ供給する。

【００４２】次に、各端末装置２１−１〜２１−ｎの電
圧監視部５３の動作を説明する。図４（ａ）は、商用電
源２の電圧Ｖｃの絶対値の波形を示し、図４（ｂ）は、
電圧監視部５３が発生する制御信号の波形を示す模式的
波形図である。

【００４３】電圧監視部５３は、例えば区間Ｂ〜Ｃや区
間Ｄ〜Ａにおいて、商用電源２の電圧Ｖｃの絶対値が電
圧しきい値＋Ｖthより小さいと判別すると、例えばＴＴ
Ｌ（Transistor-Transistor Logic）論理素子における
ハイレベルの電圧を、制御信号として信号処理部５４に
伝達する（通信期間ｔ１）。この制御信号に応答して、
信号処理部５４は自己を通信可能状態とする。

【００４４】一方、電圧監視部５３は、例えば区間Ａ〜
Ｂや区間Ｃ〜Ｄにおいて、電圧Ｖｃの絶対値が電圧しき
い値＋Ｖth以上であると判別すると、例えばＴＴＬ論理
素子におけるローレベルの電圧を、制御信号として信号
処理部５４に伝達する（通信停止期間）。この制御信号
に応答して、信号処理部５４は自己を通信停止状態とす
る。

【００４５】このように、電圧監視部５３は、商用電源
２の電圧Ｖｃの絶対値と電圧しきい値＋Ｖthとの大小関
係を示す制御信号を信号処理部５４に伝達する。信号処
理部５４は、この制御信号に従って、通信可能状態及び
通信停止状態のいずれか一方へと切り替える。

【００４６】一方、商用電源２の電圧Ｖｃの絶対値が電
圧しきい値＋Ｖthより小さい期間、すなわち、各端末装
置２１−１〜２１−ｎの信号処理部５４が通信可能状態
にあるときに、各信号処理部５４は、各自がアナログ形
式に変換したデータ信号を、各自に接続されている入出
力部５２へ供給する。

【００４７】各端末装置２１−１〜２１−ｎの入出力部
５２へと供給されたデータ信号は、各端末装置２１−１
〜２１−ｎの入出力部５２及びＡＣコネクタ４２を介し
て電源ライン１００及び１０１へ送出される。各端末装
置２１−１〜２１−ｎの入出力部５２と信号処理部５４
との接続点間のインピーダンスは、信号処理部５４から
みて、データ信号の周波数帯域に属する信号を通過させ
る程度の値である。このため、各端末装置２１−１〜２
１−ｎの入出力部５２は、データ信号の通過を実質的に
妨げない。

【００４８】なお、データ信号の周波数において、フィ
ルタ部１１と電源ライン１００及び１０１との接続点の
インピーダンスは、電源ライン１００及び１０１からみ
て十分大きな値である。このため、電源ライン１００及
び１０１上を伝搬するデータ信号は、フィルタ部１１に
より、商用電源への漏洩を実質的に阻止される。この結
果、データ信号が商用電源２へと漏洩し、商用電源２に
接続された外部機器へと更に伝搬する事態が防止され
る。

【００４９】一方、電源ライン１００及び１０１上を伝
搬するデータ信号は、各端末装置２１−１〜２１−ｎの
ＡＣコネクタ４２及び入出力部５２を介して、各端末装
置２１−１〜２１−ｎの信号処理部５４に供給される。
各端末装置２１−１〜２１−ｎの信号処理部５４は、通
信可能状態のとき各自に供給されたデータ信号を取得し
て解析し、各々、自己宛に送信された信号か否かを判別
する。そして、自己宛に送信された信号であると判別す
ると、データ信号を自己に接続されているＣＰＵ４０へ
転送する（すなわち、該データ信号の受信処理を行
う）。また、自己宛の信号でないと判別すると、次のデ
ータ信号が供給されるのを待機する。

【００５０】以上述べたようにして、各端末装置２１−
１〜２１−ｎは、それぞれ、自己が受信した信号が自己
宛に送信された信号か否かを判別し、自己宛の信号を受
信処理する。

【００５１】なお、商用電源２と信号処理部５４とは、
入出力部５２により実質的に絶縁されている。このた
め、電源ライン１００及び１０１に直流の過電流が生じ
た場合に電源ライン１００及び１０１より各端末装置２
１−１〜２１−ｎの信号処理部５４へと漏電する事態が
防止され、各端末装置２１−１〜２１−ｎが保護され
る。

【００５２】以上説明したように、この実施の形態に係
るデータ通信システムによれば、通信回線を別途敷設す
ることなく、電源ライン１００及び１０１を通じてデー
タの伝送を行うことができる。従って、簡易な構成で低
コストのデータ通信システムが構築される。また、電力
の小さな信号を用いてデータ通信できるため、ボーレー
トが数十ｋｂｐｓ程度の高速通信においても、ノイズが
少なく、またノイズが信号に与える影響が少ないデータ
通信システムが構築される。

【００５３】なお、この発明のデータ通信システムは、
上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、端
末装置の数は任意であり、信号処理部５４が作成するデ
ータ信号の形式も任意である。

【００５４】また、各端末装置２１−１〜２１−ｎのう
ちには、通信期間が互いに異なっているものが含まれて
いてもよい。従って、図５に示すように、端末装置２１
−Aが、上述の通信期間ｔ１のうち商用電源２の電圧Ｖ
ｃが正極性であるとき（通信期間ｔ２）に通信可能状態
となり、端末装置２１−Ｂが、通信期間ｔ１のうち商用
電源２の電圧Ｖｃが負極性であるとき（通信期間ｔ３）
に通信可能状態となるようにしてもよい。（ただし、端
末装置２１−Ａ及び２１−Ｂは、端末装置２１−１〜２
１−ｎのうちの互いに異なる２台の端末装置であるとす
る。）

【００５５】この構成によれば、互いにデータの交換を
する端末装置同士が同じタイミングで通信可能状態とな
るように複数の端末装置の振り分けを行うことにより、
データの交換をさらに円滑に効率よく行うことができ
る。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、簡易な構成で敷設が容易且つ低コストに行えるデー
タ通信システムが実現される。また、この発明によれ
ば、ノイズの発生による通信品質の劣化や電波障害の発
生が抑止されるデータ通信システムが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係るデータ通信システ
ムの模式的構成図である。

【図２】この発明の実施の形態に係る端末装置の構成を
示す模式的構成図である。

【図３】端末装置に供給される直流電圧及び供給電流の
波形を示すグラフである。

【図４】商用電源の電圧の絶対値の波形及び制御信号の
波形を示すグラフである。

【図５】複数の端末装置の通信期間を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ データ通信システム ２ 商用電源 １１ フィルタ部 ２１−１〜２１−ｎ 端末装置 ４０ ＣＰＵ ４１ 送受信部 ４２ ＡＣコネクタ ４３ 電源部 ５２ 入出力部 ５３ 電圧監視部 ５４ 信号処理部 ８０ 絶縁トランス １００，１０１ 電源ライン Ｃ８１，Ｃ８２ コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−98834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−176336（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−162924（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 3/50 - 3/60

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の端末と、交流電力を供給する外部の
   交流電源に接続され、データ信号及び前記交流電力を同
   時に伝送する電源ラインを介して各前記端末に接続され
   ており、前記データ信号が前記交流電源へと伝搬するの
   を実質的に阻止し、前記交流電力を各前記端末へと供給
   するデータ信号除去手段と、より構成され、 各前記端末は、判別手段と、電源電圧除去手段と、送受
   信制御手段と、を備え、 前記判別手段は、 前記交流電源が発生する交流電圧の絶
   対値が、０でない所定の電圧しきい値より小さいか否か
   を判別し、電源電圧除去手段は、前記電源ラインと前記送受信制御
   手段との間に接続され、前記交流電圧が前記送受信制御
   手段に供給されるのを実質的に遮断し、前記データ信号
   を通過させ、 前記送受信制御手段は、 前記判別手段が、前記交流電圧
   の絶対値が所定の電圧しきい値より小さいと判別したと
   きに、前記電源ライン及び前記電源電圧除去手段を介し
   たデータ信号の受信、及び、前記交流電力を伝送してい
   る状態の前記電源ラインへの前記データ信号の送信の少
   なくとも一方を行い、小さくないと判別したとき、デー
   タ信号の受信又は送信を停止する、 ことを特徴とするデータ通信システム。
2. 【請求項２】前記送受信制御手段は、前記判別手段が、
   前記交流電圧の絶対値が所定の電圧しきい値より小さい
   と判別し、且つ、前記交流電圧が所定の極性を有すると
   きに、前記データ信号の受信及び送信の少なくとも一方
   を行う、 ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システ
   ム。