JP4050149B2 - ２線式送受電通信装置およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、送受電通信方法および装置に関し、より特定的には、２本の送電線を用いて送受電と相互通信とを行う２線式送受電通信方法および装置に関する。

従来、２本の送電線を用いて送受電と相互通信とを行う２線式の電力伝送方法の１つとして、高周波信号を送電線に重畳して送電する高周波重畳方式がある。この高周波重畳方式では、受電側装置に高周波バンドパスフィルタを設けることにより、高周波信号のみを検出している。また、直流２線の送電線に位相変調したパルス信号を重畳して送電する方式や、直流２線の片側を周期的に断続したりショートさせ、直流電力をパルス状に変形して送電する方式も知られている。

一方、特許文献１には、電源電力と信号とを時分割で送電する方式が開示されている。この方式は、送電側から電源電力と信号とを時分割で送電し、受電側では、電源電力をコンデンサ等で平滑して直流電圧とし、論理回路やリレードライブ回路等を働かせ、かつ、電源電力と信号とを、その巾や高さ等の違いを検出することにより分離するようにし、電源及び信号を一対の伝送線で送る方式である。当該方式では、上記高周波重畳方式等と比較すると、簡潔な回路で送受電と通信とが低コストで実現できる。また、電源電力と信号とを時分割で送電する方式で、送信する信号にアドレスを付与することにより信号を処理する受電側装置を指定、あるいは信号を送信した送電側を区別できる双方向の通信が可能な方式も知られている。
特公昭５４−４０３０４号公報

しかし、上記高周波重畳方式は、信号漏洩と耐ノイズ性を向上させるために、復調には複雑な回路構成や高コストの回路部品を使用しなければならず、高コストになっていた。また、上記位相変調したパルス信号を重畳して送電する方式は伝送速度に限界があり、直流２線の片側を周期的に断続したりショートさせる方式はノイズが常に伴う問題があり、両者共に、伝送効率の面から受電側の装置を多く接続できなかった。さらに、上記電源電力と信号とを時分割で送電する方式については、送電側からの信号と受電側からの信号とを電圧等で区別することができず、受電側では送電側からの信号および他の受電側からの信号を全て取り込み、自局宛の有効なデータであるか判別する必要があるため、受電側の処理が複雑になり付加が非常に高くなる。したがって、受電側の処理を行うソフトウェア等のコストも高くなっていた。

それ故に、本発明の目的は、低コストで伝送効率が良く、受電側の処理負荷を軽減した２線式送受電通信装置およびその方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。

本発明の第１の局面は、２本の送電線を介して接続される送電側装置と少なくとも一つの受電側装置との間で給電および相互通信を行う送受電通信装置であって、
送電側装置は、
第１の電力レベルを有する電力を出力する送電側電源部と、
受電側装置に指示を与える送信データを生成し、かつ、受電側装置からの返信データを受信して処理する送電側データ処理部と、
電力の給電期間と送信データを送信するデータ送信期間と返信データを受け付ける返信データ受付期間とを時分割して制御する送電側期間制御部と、
給電期間に送電側電源部から出力される第１の電力レベルを有する電力を送電線に給電し、かつ、データ送信期間に送信データを第２の電力レベルを有する送信データに変換して送電線に送信し、さらに返信データ受付期間に第１の電力レベルとは異なった電力レベルを有するデータ受付信号を送電線に送信するする送電側合成部とを備え、
受電側装置は、
送電線を介して給電される第１の電力レベルを有する電力を蓄電する受電側電源部と、
送電側装置からの第２の電力レベルを有する送信データを受信して処理し、かつ、送電側装置に返答する返信データを生成する受電側データ処理部と、
返信データ受付期間に受電側データ処理部から出力された返信データを第３の電力レベルを有する返信データに変換して送電線に返信する受電側送信部と、
送電線の電力レベルを検出し、電力レベル検出結果を受電側データ処理部に出力する電力レベル検出部とを備え、
受電側データ処理部は、電力レベル検出部からの電力レベル検出結果に基づいて、送電線からデータを選択して取り入れ、さらにデータ受付信号の受信を検出することによって返信データを前記受電側送信部に出力することを特徴とする。

上記した本発明の構成によれば、受電側装置への電源電力の給電と、送電側装置と受電側装置との間の通信データとを時分割で送受信することが可能で、送電側装置からの送信データと受電側装置からの返信データとの電力レベルを、違うレベルに設定することにより、受電側装置はレベル検出のみでデータの種類を区別することができるため、ハード的な処理で不要なデータを選別しＣＰＵの処理負荷を軽減することができる。これにより、受電側装置のソフトウェア処理が簡素化され、ソフトウェアのコストも削減することができる。また、受電側装置は、送電側装置から返信データを送信するタイミングをデータ受付信号の電圧を検知することによって知ることができるため、そのタイミングを検出し、送電側装置が要求する時期に返信データを送信することができる。

上記受電側データ処理部は、好ましくは、電力レベル検出部からの電力レベル検出結果に基づいて、送電線から第２の電力レベルを有するデータを選択して取り入れることを特徴とする。これによって、受電側装置は、他の受電側装置からの返信データを電圧検出のみで区別し、そのデータを取り入れないため、ハード的な処理で不要なデータを選別しＣＰＵの処理負荷を軽減することができる。これにより、受電側装置のソフトウェア処理が簡素化され、ソフトウェアのコストも削減することができる。

送電側データ処理部は、好ましくは、指示する相手の宛先として受電側装置のアドレスをさらに送信データに付加し、受電側データ処理部は、送信データに付加されているアドレスが自装置宛のデータのみを処理することを特徴とする。これによって、送電側装置が送信するデータに受電側装置のアドレスを付与することにより送信データを処理する受電側装置を指定することができるため、上記データ受信が不要な受電側装置の処理を軽減することができる。

また、受電側データ処理部は、好ましくは、送信元として自装置のアドレスをさらに返信データに付加して返答することを特徴とする。これによって、返信データで返信した受電側装置を区別できるため、送電側装置のデータ処理では、返信データを受電側装置毎に区別して処理することができる。

送電側データ処理部は、好ましくは、指示する相手の宛先として送電線に接続されている全ての受電側装置を対象とする識別コードをさらに送信データに付加し、送電線に接続されている全ての受電側データ処理部は、送信データに付加されている識別コードにより送信データを処理することを特徴とする。これによって、送電側装置は、送電線で接続されている全受電側装置に対して、一度の送信データで指示することができるため、送信データを送信する処理を軽減することができる。

本発明の第２の局面は、２本の送電線を介して接続される送電側装置から給電され、該送電側装置との間で相互通信を行う受電通信装置であって、
送電線を介して送電側装置から給電される第１の電力レベルを有する電力を蓄電する受電側電源部と、
送電側装置からの第２の電力レベルを有する送信データを受信して処理し、かつ、送電側装置に返答する返信データを生成する受電側データ処理部と、
送電側装置が時分割して第１の電力レベルとは異なった電力レベルを有するデータ受付信号を送信する返信データ受付期間に、受電側データ処理部から出力された返信データを第３の電力レベルを有する返信データに変換して送電線に返信する受電側送信部と、
送電線の電力レベルを検出し、電力レベル検出結果を受電側データ処理部に出力する電力レベル検出部とを備え、
受電側データ処理部は、電力レベル検出部からの電力レベル検出結果に基づいて、送電線からデータを選択して取り入れ、さらにデータ受付信号の受信を検出することによって返信データを前記受電側送信部に出力することを特徴とする。

上記受電側データ処理部は、好ましくは、電力レベル検出部からの電力レベル検出結果に基づいて、送電線から第２の電力レベルを有するデータを選択して取り入れることを特徴とする。

本発明の第３の局面によれば、２本の送電線を介して接続される少なくとも一つの受電側装置との間で給電および相互通信を行う送電通信装置であって、
第１の電力レベルを有する電力を受電側装置に出力する送電側電源部と、
受電側装置に指示を与える送信データを生成し、かつ、受電側装置からの返信データを受信して処理する送電側データ処理部と、
電力の給電期間と送信データを送信するデータ送信期間と返信データを受け付ける返信データ受付期間とを時分割して制御する送電側期間制御部と、
給電期間に送電側電源部から出力される第１の電力レベルを有する電力を送電線に給電し、かつ、データ送信期間に送信データを第２の電力レベルを有する送信データに変換して送電線に送信し、さらに返信データ受付期間に第１の電力レベルとは異なった電力レベルを有するデータ受付信号を送電線を介して受電側装置に送信する送電側合成部とを備え、
送電側データ処理部は、第３の電力レベルを有する返信データを他の電力レベルと区別して受信することを特徴とする。

本発明の第４の局面によれば、２本の送電線を介して接続された送電側装置と少なくとも一つの受電側装置との間で給電および相互通信を行う送受電通信方法であって、
送電側は、
第１の電力レベルを有する電力を出力する送電側給電ステップと、
受電側装置に指示を与える送信データを生成し、かつ、受電側装置からの返信データを受信して処理する送電側データ処理ステップと、
電力の給電期間と送信データを送信するデータ送信期間と返信データを受け付ける返信データ受付期間とを時分割して制御する送電側期間制御ステップと、
給電期間に送電側電源部から出力される第１の電力レベルを有する電力を送電線に給電し、かつ、データ送信期間に送信データを第２の電力レベルを有する送信データに変換して送電線に送信し、さらに返信データ受付期間に第１の電力レベルとは異なった電力レベルを有するデータ受付信号を送電線に送信する送電側合成ステップとを有し、
受電側は、
送電線を介して給電される第１の電力レベルを有する電力を蓄電する受電側蓄電ステップと、
送電側装置からの第２の電力レベルを有する送信データを受信して処理し、かつ、送電側装置に返答する返信データを生成する受電側データ処理ステップと、
返信データ受付期間に受電側データ処理部から出力された返信データを第３の電力レベルを有する返信データに変換して送電線に返信する受電側送信ステップと、
送電線の電力レベルを検出し、電力レベル検出結果を受電側データ処理部に出力する電力レベル検出ステップとを有し、
受電側データ処理ステップは、電力レベル検出ステップによる電力レベル検出結果に基づいて、送電線からデータを選択して取り入れ、さらにデータ受付信号の受信を検出することによって返信データを受電側送信ステップに出力することを特徴とする。

上記受電側データ処理ステップは、好ましくは、電力レベル検出ステップによるの電力レベル検出結果に基づいて、送電線から第２の電力レベルを有するデータを選択して取り入れることを特徴とする。

送電側データ処理ステップは、好ましくは、指示する相手の宛先として受電側のアドレスをさらに送信データに付加し、受電側データ処理ステップは、送信データに付加されているアドレスが自局宛のデータのみを処理することを特徴とする。

また、受電側データ処理ステップは、好ましくは、送信元として自局のアドレスをさらに返信データに付加して返答することを特徴とする。

送電側データ処理ステップは、好ましくは、指示する相手の宛先として送電線に接続されている全ての受電側を対象とする識別コードをさらに送信データに付加し、送電線に接続されている全て受電側は、送信データに付加されている識別コードにより送信データを処理することを特徴とする。

図１は、本発明の一実施形態に係る送受電通信装置の基本的構成を示すブロック図である。以下、図１を用いて、当該実施形態について説明する。

図１において、送電側装置１と複数の受電側装置２−１〜ｎとは、一対の送電線３ａおよび３ｂによって接続されている。送電線３ａは送電側装置１の端子ａと受電側装置２−１〜ｎの端子ｃ−１〜ｎとを接続しており、送電線３ｂは送電側装置１の端子ｂと受電側装置２−１〜ｎの端子ｄ−１〜ｎとを接続している。この送電線３ａおよび３ｂによって、送電側装置１から受電側装置２−１〜ｎへ電力が給電され、送電側装置１と受電側装置２−１〜ｎとの間で相互通信が行われる。

図２は、当該送受電通信装置の送電側装置１の機能構成を示すブロック図である。なお、図２は、説明を簡単にするために、本発明に関連する機能ブロックのみを示した図である。以下、図２を用いて、送電側装置１の機能構成について説明する。

図２において、送電側装置１は、ＣＰＵ１０、電力と送信データとの合成回路１１、返信データ受信回路１２、電源回路１３、表示部１４、入力部１５およびメモリ１６を備えている。ＣＰＵ１０は、受電側装置２への送信データの作成や、受電側装置２からの返信データの処理をしている。また、ＣＰＵ１０は、受電側装置２への給電、上記送信データの送信および上記返信データの受信を、時分割して処理するために、それぞれ処理するタイミングを調整する。さらに、ＣＰＵ１０は、使用者に伝達すべき内容を表示部１４に出力し、使用者からの指示がある場合、入力部１５から入力される内容に基づいて処理する。電力と送信データとの合成回路１１は、ＣＰＵ１０で調整された上記タイミングに基づいて、ＣＰＵ１０から受電側装置２への送信データが出力された時には、その送信データを増幅して受電側装置２に送信し、電力給電の指示が出力された時には、受電側装置２に電源回路１３からの電力を給電する。返信データ受信回路１２は、受電側装置２から送信された返信データを取り出し、ＣＰＵ１０に出力する。なお、典型的には、表示部１４は、液晶ディスプレイ等の表示機器が用いられ、入力部１５は、キーボード、テンキー等の機器が用いられる。

図３は、当該送受電通信装置の受電側装置２の機能構成を示すブロック図である。なお、図３は、説明を簡単にするために、本発明に関連する機能ブロックのみを示した図である。以下、図３を用いて、受電側装置２の機能構成について説明する。

図３において、受電側装置２は、ＣＰＵ２０、電力と送信データとの分離回路２１、返信データの送信回路２２、内部電源回路２３、電圧検出部２４、表示部２５、入力部２６およびメモリ２７を備えている。ＣＰＵ２０は、送電側装置１への返信データの作成や、送電側装置１からの送信データの処理をしている。また、ＣＰＵ２０は、送電側装置１で調整された返信データの送信タイミングに合わせて、ＣＰＵ２０で作成したデータを出力する。さらに、ＣＰＵ２０は、使用者に伝達すべき内容を表示部２５に出力し、使用者からの指示やデータがある場合、入力部２６から入力される内容に基づいて処理する。電力と送信データとの分離回路２１は、送電側装置１から給電された電力と送信データとを分離し、電力を内部電源回路２３に、送信データをＣＰＵ２０にそれぞれ出力する。返信データの送信回路２２は、受電側装置２から送電側装置１へ送信する返信データを、ＣＰＵ２０から送電側装置１へ出力する。電圧検出部２４は、受電側装置２に入出力される電圧を検出し、その電圧により入出力されるデータの種別を判断し、その結果をＣＰＵ２０に出力する。なお、典型的には、表示部２５は、液晶ディスプレイ、数字ディスプレイ等の表示機器が用いられ、入力部２６は、スイッチ、センサ、スキャナ等の機器が用いられる。

次に、送電側装置１を構成するＣＰＵ１０、電力と送信データとの合成回路１１、返信データ受信回路１２および電源回路１３の回路構成を説明する。なお、図４は、送電側装置１のＣＰＵ１０と送電線３との間に構成される回路を示す回路図である。以下、図４を用いて、送電側装置１の回路について説明する。

図４において、送電側装置１のＣＰＵ１０と端子ａとの間には、送電側回路が構成されている。送電側回路には、＋１２Ｖの電源１０１、＋５Ｖの電源１０２−１および１０２−２、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＦＥＴとする）１０３、トランジスタ１０４、フォトカプラ１０５、ダイオード１０６、定電流回路１０７および抵抗１０８−１〜５が設けられている。なお、端子ｂはＧＮＤラインであり、送電側装置１の内部でグランドに接続される。

ＦＥＴ１０３は、ゲートにＣＰＵ１０の端子Ｉ／Ｏ１、ソースに電源１０１、およびドレインに端子ａがそれぞれ接続されている。また、トランジスタ１０４は、ベースに抵抗１０８−２を介してＣＰＵ１０の端子Ｔ×Ｄ、およびコレクタに抵抗１０８−１を介して端子ａが接続され、エミッタは接地されている。さらに、フォトカプラ１０５は、コレクタにＣＰＵ１０の端子Ｒ×Ｄと抵抗１０８−５を介して電源１０２−２とが接続され、エミッタは接地されている。また、フォトカプラ１０５は、カソード側に端子ａが接続さており、アノード側には定電流回路１０７とダイオード１０６とを介して電源１０２−１接続されている。なお、抵抗１０８−４は、フォトカプラ１０５のダイオード部と並列して接続され、抵抗１０８−３は、定電流回路１０７および抵抗１０８−４と並列に接続されている。

まず、送電側装置１から受電側装置２へ電力を給電する場合、ＣＰＵ１０は、端子Ｉ／Ｏ１よりＦＥＴ１０３をＯＮする信号を出力する。この信号により、ＦＥＴ１０３はＯＮするため、電源１０１の＋１２Ｖ直流が、端子ａにかかり、送電線３を介して、それぞれの受電側装置２に給電される。

次に、送電側装置１から受電側装置２へ送信データを送信する場合、ＣＰＵ１０は、端子Ｉ／Ｏ１からの出力をＯＦＦすることにより、＋１２Ｖの直流をＯＦＦする。この時、電源１０２−１の＋５Ｖ直流が端子ａに供給される。その後、ＣＰＵ１０は、端子Ｔ×Ｄからパルス状の送信データを出力する（送信データ構造については、後述する）。この送信データのパルス状の電圧変化により、トランジスタ１０４がＯＮ−ＯＦＦされるため、トランジスタ１０４がＯＮの時に端子ａの電圧は０Ｖとなり、トランジスタ１０４がＯＦＦの時に端子ａの電圧は＋５Ｖとなる。すなわち、端子ａの電圧が上記送信データに応じた電圧変化をするため、上記送信データは、０Ｖ⇔＋５Ｖのパルス状の出力波形となって、送電線３を介して、それぞれの受電側装置２へ出力される。

一方、送電側装置１が受電側装置２からの返信データを受信する場合、前述と同様の方法で、端子ａに＋５Ｖ直流を供給する。受電側装置２は、この＋５Ｖ直流の供給を検出した後、返信データとして＋３．５Ｖ⇔＋５Ｖのパルス状に電圧変化させる（受電側装置２の動作は、後述する）。端子ａの電圧が＋３．５Ｖになった場合、フォトカプラ１０５のカソード側の電圧が＋３．５Ｖになり、フォトカプラ１０５のアノード側とカソード側との間で電位差が発生するため、フォトカプラ１０５のダイオード部に電流が流れる。この電流により、フォトカプラ１０５のトランジスタ部がＯＮ状態となり、ＣＰＵ１０の端子Ｒ×Ｄの電圧が０Ｖとなる。一方、端子ａの電圧が＋５Ｖの場合、フォトカプラ１０５のアノード側とカソード側との間の電位差がなくなるため、フォトカプラ１０５のダイオード部に電流は流れない。したがって、フォトカプラ１０５のトランジスタ部がＯＦＦ状態となり、ＣＰＵ１０の端子Ｒ×Ｄの電圧が＋５Ｖとなる。このような端子Ｒ×Ｄの電圧変化を入力することにより、ＣＰＵ１０は、受電側装置２からの返信データを受信する。

次に、受電側装置２を構成するＣＰＵ２０、電力と送信データとの分離回路２１、返信データの送信回路２２、内部電源回路２３および電圧検出部２４の回路構成を説明する。なお、図５は、受電側装置２のＣＰＵ２０と送電線３との間に構成される回路を示す回路図である。以下、図５を用いて、受電側装置２の回路について説明する。

図５において、受電側装置２のＣＰＵ２０と端子ｃとの間には、受電側回路が構成されている。受電側回路には、＋５Ｖの内部電源２０１、電圧検出部２０２、レギュレータ２０３、コンデンサ２０４、ダイオード２０５、トランジスタ２０６および抵抗２０７−１〜４が設けられている。なお、端子ｄはＧＮＤラインであり、受電側装置２の内部でグランドに接続される。

レギュレータ２０３は、一方端が電源２０１と他方端がコンデンサ２０４およびダイオード２０５と接続されている。また、コンデンサ２０４の他方端は接地され、ダイオード２０５の他方端は端子ｃと接続されている。また、トランジスタ２０６には、ベースに抵抗２０７−１を介してＣＰＵ２０の端子Ｔ×Ｄが接続され、コレクタに抵抗２０７−２を介して端子ｃが接続され、エミッタは接地されている。さらに、抵抗２０７−３は一方端を端子ｃと接続され、他方端を抵抗２０７−４および電圧検出部２０２およびＣＰＵ２０の端子Ｒ×Ｄと接続されている。また、抵抗２０７−４の他方端は接地され、電圧検出部２０２はＣＰＵ２０の端子ＩＮと接続されている。

まず、送電側装置１から受電側装置２へ電力が給電される場合、前述したように、送電線３を介して、端子ｃには＋１２Ｖの直流が電力として供給されている。この＋１２Ｖの直流は、逆流防止用のダイオード２０５を通って、コンデンサ２０４に蓄電される。また、＋１２Ｖの直流は、レギュレータ２０３にも流れ、＋５Ｖ直流に変圧された後、電源２０１に供給される。この電源２０１は、受電側装置２の動作電源として用いられ、後述する＋１２Ｖの直流が給電されない場合、コンデンサ２０４に蓄電された＋１２Ｖがレギュレータ２０３で＋５Ｖに変圧され、動作電源として供給される。

なお、端子ｃより供給される＋１２Ｖの直流は、抵抗２０７−３および２０７−４によって分圧され、電圧検出部２０２に取り込まれている。この電圧検出部２０２は、予め設けられた基準値に対して、上記分圧された電圧が上記基準値より大きいか否かを判断し、その結果をＣＰＵ２０の端子ＩＮに出力している。ＣＰＵ２０では、電圧検出部２０２の結果に基づき、端子ｃの電圧が給電電圧であると判断し、ＣＰＵ２０の端子Ｒ×Ｄからはデータを取り込まない。

次に、送電側装置１からの送信データを受電側装置２が受信する場合、前述したように、送電線３を介して、端子ｃには、上記送信データが０Ｖ⇔＋５Ｖのパルス状の電圧変化となって、受電側装置２に入力される。この送信データは、抵抗２０７−３および２０７−４によって分圧され、電圧検出部２０２に取り込まれている。前述したように、電圧検出部２０２は、予め設けられた基準値に対して、上記分圧された電圧が上記基準値より大きいか否かを判断し、その結果をＣＰＵ２０の端子ＩＮに出力している。ＣＰＵ２０では、電圧検出部２０２の結果に基づき、端子ｃには送電側装置１からの送信データが入力していると判断し、ＣＰＵ２０の端子Ｒ×Ｄから送信データを取り込む。なお、上記送信データは、０Ｖ⇔＋５Ｖのパルス状の電圧変化であり、コンデンサ２０４には＋１２Ｖが蓄電されているため、ダイオード２０５を通過しない。

次に、受電側装置２から返信データを送電側装置１に送信する場合、前述したように、送電線３を介して、端子ｃには＋５Ｖの直流が供給されている。この＋５Ｖの直流は、抵抗２０７−３および２０７−４によって分圧され、電圧検出部２０２に取り込まれている。前述したように、電圧検出部２０２は、予め設けられた基準値に対して、上記分圧された電圧が上記基準値より大きいか否かを判断し、その結果をＣＰＵ２０の端子ＩＮに出力している。ＣＰＵ２０では、電圧検出部２０２の結果に基づき、送電側装置１から返信データの送信を指示されていると判断し、端子Ｔ×Ｄからパルス状の返信データを出力する（返信データ構造については、後述する）。この返信データのパルス状の電圧変化により、トランジスタ２０６がＯＮ−ＯＦＦされるため、トランジスタ２０６がＯＮの時に端子ｃの電圧は＋３．５Ｖとなり（抵抗２０７−２の抵抗値を予め調整することにより、トランジスタ２０６がＯＮ時の端子ｃの電圧を＋３．５Ｖに調整する）、トランジスタ２０６がＯＦＦの時に端子ｃの電圧は＋５Ｖとなる。すなわち、端子ｃの電圧が上記返信データに応じた電圧変化をするため、上記返信データは、＋３．５Ｖ⇔＋５Ｖのパルス状の出力波形となって、送電線３を介して、送電側装置１へ出力される。

次に、送電側装置１の動作について説明する。なお、図６は送電側装置１の動作を示すフローチャートであり、図７は図６のステップＳ１１１のサブルーチンを示すフローチャートである。以下、図６および図７を用いて、送電側装置１の動作を説明する。

図６において、送電側装置１は、受電側装置２の電力として、送電線３を介して、＋１２Ｖの直流を給電する（ステップＳ１０１）。この給電は、送電線３に接続されているそれぞれの受電側装置２の動作に必要な蓄電量が蓄えられるまで継続するため、ここでは、必要蓄電量が一番大きい受電側装置２に合わせてチャージ時間を設定し、そのチャージ時間を経過するまで給電を継続する（ステップＳ１０２）。次に、ＣＰＵ１０は、受電側装置２への送信データが１伝文揃っているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。送信データが１伝文揃った場合、ＣＰＵ１０は、＋１２Ｖの給電をＯＦＦし（ステップＳ１０４）、その後、＋５Ｖの直流出力をＯＮし、時間５μｓの間、＋５Ｖを保持する（ステップＳ１０５）。次に、ＣＰＵ１０は、上記送信データの１伝文から１バイト分のデータを取り出し、送電線３に送信する（ステップＳ１０６）。

この送信データは、１バイトの整数倍で構成されており、送信先に該当する受電側装置２を個別にアドレスで指定することができる。さらに、全ての受電側装置２を送信先の対象にした識別コードを送信先として指定することもできる。また、送信データの最初の１バイトには、１伝文の最初を表すデータ（以下、ＳＴＸデータとする）と、送信データの最後の１バイトには、１伝文の最後を表すデータ（以下、ＥＴＸデータとする）が付加されており、１バイト分のデータのそれぞれには、スタートビットとストップビットとが付加されている。

そして、ＣＰＵ１０は、上記送信データの１伝文が全て送信されたか否かを、ＥＴＸデータを検出する等で判断する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７で、送信データが残っている場合、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１０６に戻り、残りの送信データから１バイト分のデータを送信する。一方、ステップＳ１０７で、全ての送信データが送信されている場合、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１０５でＯＮした＋５Ｖの直流出力をＯＦＦし（ステップＳ１０８）、＋１２Ｖの直流の給電をＯＮする（ステップＳ１０９）。次に、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１０３の送信データが、送信先の受電側装置２からの返信データを要求しているものか否かを判断する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０で、返信データを要求していると判断された場合、ＣＰＵ１０は、受電側装置２からの返信データ受信処理を行う（ステップＳ１１１）。ステップＳ１１０で、返信データを要求していないと判断された場合、ＣＰＵ１０は、＋１２Ｖの給電を継続する。

図７において、前述したステップＳ１１１の受電側装置２からの返信データ受信処理について説明する。まず、ＣＰＵ１０は、＋１２Ｖの給電が、予め設定されている各々の受電側装置２の蓄電に必要な上記チャージ時間を経過したか否かを判断する（ステップＳ２０１）。上記チャージ時間を経過するまで、ＣＰＵ１０は、＋１２Ｖの給電を継続する。上記チャージ時間を経過した場合、＋１２Ｖの給電をＯＦＦし（ステップＳ２０２）、＋５Ｖの直流出力をＯＮする（ステップＳ２０３）。次に、ＣＰＵ１０は、受電側装置２からの返信データを待ち（ステップＳ２０４）、１バイト分の返信データの最初に付加されているスタートビットを検出したか否かを判断する（ステップＳ２０５）。スタートビットを検出している場合、ＣＰＵ１０は、返信データの１バイト分を全て受信したか否かを判断し（ステップＳ２０６）、返信データの１バイト分が確定するまで受信を継続する。ステップＳ２０６で、返信データの１バイト分が受信されたと判断した場合、ＣＰＵ１０は、受信した返信データが１伝文を全て受信したか否かを上記ＥＴＸデータ等で判断する（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０７において、ＣＰＵ１０は、受信した返信データが不足していると判断した場合、ステップＳ２０４に戻り、返信データ待ちを継続する。次に、ステップＳ２０７で、受信した返信データが１伝文を全て受信したと判断した場合、ＣＰＵ１０は、＋５Ｖの直流出力をＯＦＦし（ステップＳ２０８）、＋１２Ｖの給電をＯＮする（ステップＳ２０９）。その後、ＣＰＵ１０は、上記返信データに対する処理を行い（ステップＳ２１０）、返信データ受信処理を終了する。

一方、ステップＳ２０５で、スタートビットが検出されない場合、ＣＰＵ１０は、ステップＳ２０３からの経過時間が、予め設定した時間より長いか否かを判断する（ステップＳ２１１）。上記経過時間が予め設定した時間より短い場合、ＣＰＵ１０は、ステップＳ２０４に戻り、データ待ちを継続する。上記経過時間が予め設定した時間より長い場合、ＣＰＵ１０は、受電側装置２の返信エラーと判断し、＋５Ｖの直流出力をＯＦＦ（ステップＳ２１２）、＋１２Ｖの給電をＯＮ（ステップＳ２１３）した後、返信を要求したデータ種別に応じて、返信データ再送要求等の返信エラー処理を行う（ステップＳ２１４）。

次に、受電側装置２の動作について説明する。なお、図８は受電側装置２の動作を示すフローチャートであり、図９は図８のステップＳ３０７のサブルーチンを示すフローチャートである。以下、図８および図９を用いて、受電側装置２の動作を説明する。

図８において、受電側装置２は、電圧検出部２０２で送電線３の電圧を検出する（ステップＳ３０１）。電圧検出部２０２では、送電線３の電圧が＋５Ｖか否か（ステップＳ３０２）および＋１２Ｖか否か（ステップＳ３０９）を予め設定した電圧範囲で判断し、それぞれの場合に応じた出力をＣＰＵ２０に出力する。

ステップＳ３０２で、送電線３の電圧が＋５Ｖであると判断された場合、ＣＰＵ２０は、送電側装置１あるいは他の受電側装置２からデータが送信されると判断する。さらに、電圧検出部２０２は、受信したパルス状のデータの電圧範囲を検出し、上記同様に、データの電圧範囲が０Ｖ⇔＋５Ｖか否かを予め設定した電圧範囲で検出（ステップＳ３０３）し、結果をＣＰＵ２０に出力する。ＣＰＵ２０は、受信したデータの電圧範囲が０Ｖ⇔＋５Ｖの場合、送電側装置１からの送信データであると判断し、送信データを端子Ｒ×Ｄから取り込む（ステップＳ３０４）。次に、ＣＰＵ２０は、送信データの１バイト分を受信したか否かを判断する（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０５で、送信データの１バイト分が受信されたと判断した場合、ＣＰＵ２０は、受信した送信データが１伝文を全て受信されたか否かを、ＥＴＸデータ等で判断する（ステップＳ３０６）。ステップＳ３０５およびＳ３０６において、ＣＰＵ２０は、受信した送信データが不足していると判断した場合、ステップＳ３０４に戻り、送信データ取り込みを継続する。次に、ステップＳ３０６で、受信した送信データが１伝文を全て受信されたと判断された場合、ＣＰＵ２０は、受信した送信データに対する処理を行う（ステップＳ３０７）。

一方、ステップＳ３０３で、データが０Ｖ⇔＋５Ｖではない場合（例えば、＋３．５Ｖ⇔＋５Ｖのパルス状のデータ）、ＣＰＵ２０は、他の受電側装置２から送電側装置１への返信データ等であると判断し、送電線３からのデータ取り込みはしない（ステップＳ３０８）。

また、ステップＳ３０９で、送電線３の電圧が＋１２Ｖであると判断された場合、ＣＰＵ２０は、送電側装置１からの電力給電であると判断し、送電線３からＣＰＵ２０への取り込みはせず（ステップＳ３１０）、受電側装置２の内部電源回路２３に蓄電を行う（ステップＳ３１１）。なお、ステップＳ３０９で、送電線３の電圧が＋１２Ｖでないと判断された場合、電圧検出部２０２が送電線３の電圧検出を継続する。

図９において、前述したステップＳ３０７の送電側装置１からの送信データ受信処理について説明する。まず、ＣＰＵ２０は、送信データの宛先を示すアドレス等から、送信データが自局宛か否かを判断する（ステップＳ４０１）。送信データが自局宛でない場合、ＣＰＵ２０は、送信データを削除し（ステップＳ４０８）、処理を終了する。送信データが自局宛の場合、ＣＰＵ２０は、その送信データに対応した処理を行う（ステップＳ４０２）。その後、ＣＰＵ２０は、送信データが送電側装置１への返信データを要求しているか否かを判断する（ステップＳ４０３）。送信データが返信データを要求していない場合、ＣＰＵ２０は、送信データ受信処理を終了する。

一方、ステップＳ４０３で、送信データが返信データを要求している場合、返信データを受電側装置２から送信するタイミングを検出するために、電圧検出部２０２が送電線３の電圧を検出する（ステップＳ４０４）。電圧検出部２０２は、送電線３の電圧を予め設定した電圧範囲で判断し、それぞれの場合に応じた出力をＣＰＵ２０に出力している。ＣＰＵ２０は、電圧検出部２０２からの信号によって、送電線３の電圧が＋５Ｖか否かを判断し（ステップＳ４０５）、送電線３の電圧が＋５Ｖになるまで電圧の検出を継続する。ステップＳ４０５で、送電線３の電圧が＋５Ｖになったと判断した場合、ＣＰＵ２０は、送電側装置１への返信データを１バイト分送信する（ステップＳ４０６）。

この返信データも、前述した送信データと同様に、１バイトの整数倍で構成されており、送信元に該当する自局の受電側装置２を個別のアドレスで付加することができる。また、返信データの最初の１バイトにはＳＴＸデータと、送信データの最後の１バイトにはＥＴＸデータが付加されており、１バイト分のデータのそれぞれには、スタートビットとストップビットとが付加されている。

次に、ＣＰＵ２０は、全ての返信データが送信されたか否かを判断する（ステップＳ４０７）。返信データが残っている場合、ＣＰＵ２０は、ステップＳ４０６に戻り、返信データの送信を継続する。返信データを全て送信した場合、ＣＰＵ２０は、処理を終了する。

なお、図９のフローチャートでは、受電側装置２は、ステップＳ４０２の送信データに対応した処理の後、ステップＳ４０６で返信データを送信しているが、ＣＰＵ２０で行う処理の内容により、ステップＳ４０２とＳ４０６とは同時に行ってもかまわないし、ステップＳ４０２の処理が継続して行われてもかまわない。

次に、送電側装置１と受電側装置２との間で行われる給電および通信データについて説明する。なお、図１０は、送電側装置１と受電側装置２との間で行われる送電および通信データを、電圧変化と時間との関係で示した図であり、図１０（ａ）は送電側装置１が受電側装置２からの返信データを要求しない場合、図１０（ｂ）は送電側装置１が受電側装置２からの返信データを要求する場合を示している。以下、図１０を用いて、電圧変化と時間との関係の説明を行う。

図１０（ａ）は、送電側装置１が受電側装置２からの返信データを要求しない場合、送電側装置１と受電側装置２との間で、送電線３を介して給電および送受信されるデータとを、横軸を時間、縦軸を電圧で示した図である。図１０（ａ）において、まず、区間Ａ１で送電線３には送電側装置１から＋１２Ｖの直流が給電されている。ここで、区間Ａ１は、必要蓄電量が一番大きい受電側装置２に合わせたチャージ時間以上継続される。その後、送電側装置１は、各々の受電側装置２に送信データの送信を通知するために、区間Ｔで５μｓ間＋５Ｖの直流を送電線３に供給している。そして、送電側装置１は、ｎバイトの送信データを区間Ｄ１〜Ｄｎで送信する。各データＤ１〜Ｄｎは、０Ｖ⇔＋５Ｖのパルス状の電圧変化を有しており、それぞれのデータＤ１〜Ｄｎの先頭ビットはスタートビットを表している。また、送信データの最初のバイトにあたるデータＤ１は、前述したように、１伝文データの先頭を表すＳＴＸデータであり、データＤｎは、１伝文データの最後を表すＥＴＸデータである。送信データの送信を終了後、送電側装置１は、区間Ａ２で＋１２Ｖの直流をそれぞれの受電側装置２に給電する。

図１０（ｂ）は、送電側装置１が受電側装置２からの返信データを要求する場合、送電側装置１と受電側装置２との間で、送電線３を介して給電および送受信されるデータとを、横軸を時間、縦軸を電圧で示した図である。図１０（ｂ）において、区間Ａ１〜Ｄｎは、前述した図１０（ａ）と同様であるので、説明を省略する。前述のように、区間Ａ２では、送電側装置１は、必要蓄電量が一番大きい受電側装置２に合わせたチャージ時間以上、＋１２Ｖの給電を継続する。その後、区間Ｕで、送電側装置１は、受電側装置２からの返信データの送信を促すために、＋５Ｖの直流を送電線３に供給する。返信データを送信する受電側装置２は、この＋５Ｖを検出し、ｍバイトのデータＲ１〜Ｒｍを送信する。各データＲ１〜ｍは、＋３．５Ｖ⇔＋５Ｖのパルス状の電圧変化を有しており、それぞれのデータＲ１〜ｍの先頭ビットはスタートビットを表している。また、返信データの最初のバイトにあたるデータＲ１は、前述したように、１伝文データの先頭を表すＳＴＸデータであり、データＲｍは、１伝文データの最後を表すＥＴＸデータである。返信データの受信を終了後、送電側装置１は、区間Ａ３で＋１２Ｖの直流をそれぞれの受電側装置２に給電する。

なお、本実施形態では、それぞれの受電側装置２への給電電圧を＋１２Ｖ、送電側装置１から送信する送信データの電圧を０Ｖ⇔＋５Ｖおよび受電側装置２から送信する返信データの電圧を＋３．５Ｖ⇔＋５Ｖとしているが、このような電圧でなくてもかまわない。上記給電と上記送信データと上記返信データとが、電圧を検出することにより、区別が可能であれば、どのような電圧でも本送受電通信装置を実現することができる。

このように、本発明による送受電通信装置では、受電側装置への電源電力の給電と、送電側装置と受電側装置との間の通信データとを時分割で送受信することが可能で、さらに、送受信するデータに受電側装置のアドレスを付与することにより送信データを処理する受電側装置を指定、あるいは返信データを返信した受電側装置を区別できる双方向の通信が可能である。また、送電側装置からの送信データと受電側装置からの返信データとの電圧を、違う電圧に設定することにより、受電側装置は、他の受電側装置からの返信データを電圧検出のみで区別することができるため、ハード的な処理で不要なデータを選別しＣＰＵの処理負荷を軽減することができる。これにより、受電側装置のソフトウェア処理が簡素化され、ソフトウェアのコストも削減することができる。

以上のように、この発明は、送受電通信装置およびその方法において、より特定的には、２本の送電線を用いて送受電と相互通信とを行う２線式送受電通信装置およびその方法において、低コストで伝送効率が良く、受電側の処理負荷を軽減することができる。

本発明の一実施形態に係る送受電通信装置の基本的構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る送受電通信装置における送電側装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る送受電通信装置における受電側装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る送受電通信装置における送電側装置に構成される回路を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る送受電通信装置における受電側装置に構成される回路を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る送受電通信装置における送電側装置の動作を示すフローチャートである。 図６のステップＳ１１１のサブルーチンを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る送受電通信装置における受電側装置の動作を示すフローチャートである。 図８のステップＳ３０７のサブルーチンを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る送受電通信装置における送電側装置と受電側装置との間で行われる送電および通信データを、電圧変化と時間との関係で示した図である。

符号の説明

１…送電側装置
２…受電側装置
３…送電線
１０、２０…ＣＰＵ
１１…電力と送信データとの合成回路
１２…返信データの受信回路
１３…電源回路
１４、２５…表示部
１５、２６…入力部
１６、２７…メモリ
２１…電力と送信データとの分離回路
２２…返信データ送信回路
２３…内部電源回路
２４、２０２…電圧検出部
１０１、１０２、２０１…電源
１０３…ＦＥＴ
１０４、２０６…トランジスタ
１０５…フォトカプラ
１０６、２０５…ダイオード
１０７…定電流回路
１０８、２０７…抵抗
２０３…レギュレータ
２０４…コンデンサ

Claims (13)

1. ２本の送電線を介して接続される送電側装置と少なくとも一つの受電側装置との間で給電および相互通信を行う送受電通信装置であって、
   前記送電側装置は、
   第１の電力レベルを有する電力を出力する送電側電源部と、
   前記受電側装置に指示を与える送信データを生成し、かつ、前記受電側装置からの返信データを受信して処理する送電側データ処理部と、
   前記電力の給電期間と前記送信データを送信するデータ送信期間と前記返信データを受け付ける返信データ受付期間とを時分割して制御する送電側期間制御部と、
   前記給電期間に前記送電側電源部から出力される前記第１の電力レベルを有する電力を前記送電線に給電し、かつ、前記データ送信期間に前記送信データを第２の電力レベルを有する送信データに変換して前記送電線に送信し、さらに前記返信データ受付期間に前記第１の電力レベルとは異なった電力レベルを有するデータ受付信号を前記送電線に送信する送電側合成部とを備え、
   前記受電側装置は、
   前記送電線を介して給電される前記第１の電力レベルを有する電力を蓄電する受電側電源部と、
   前記送電側装置からの前記第２の電力レベルを有する送信データを受信して処理し、かつ、前記送電側装置に返答する前記返信データを生成する受電側データ処理部と、
   前記返信データ受付期間に前記受電側データ処理部から出力された前記返信データを第３の電力レベルを有する返信データに変換して前記送電線に返信する受電側送信部と、
   前記送電線の電力レベルを検出し、電力レベル検出結果を前記受電側データ処理部に出力する電力レベル検出部とを備え、
   前記受電側データ処理部は、前記電力レベル検出部からの前記電力レベル検出結果に基づいて、前記送電線からデータを選択して取り入れ、さらに前記データ受付信号の受信を検出することによって前記返信データを前記受電側送信部に出力することを特徴とする、送受電通信装置。
2. 前記受電側データ処理部は、前記電力レベル検出部からの前記電力レベル検出結果に基づいて、前記送電線から前記第２の電力レベルを有するデータを選択して取り入れることを特徴とする、請求項１に記載の送受電通信装置。
3. 前記送電側データ処理部は、指示する相手の宛先として前記受電側装置のアドレスをさらに前記送信データに付加し、
   前記受電側データ処理部は、前記送信データに付加されている前記アドレスが自装置宛のデータのみを処理することを特徴とする、請求項１に記載の送受電通信装置。
4. 前記受電側データ処理部は、送信元として自装置のアドレスをさらに前記返信データに付加して返答することを特徴とする、請求項１に記載の送受電通信装置。
5. 前記送電側データ処理部は、指示する相手の宛先として前記送電線に接続されている全ての前記受電側装置を対象とする識別コードをさらに前記送信データに付加し、
   前記送電線に接続されている全ての前記受電側データ処理部は、前記送信データに付加されている前記識別コードにより前記送信データを処理することを特徴とする、請求項１に記載の送受電通信装置。
6. ２本の送電線を介して接続される送電側装置から給電され、該送電側装置との間で相互通信を行う受電通信装置であって、
   前記送電線を介して前記送電側装置から給電される第１の電力レベルを有する電力を蓄電する受電側電源部と、
   前記送電側装置からの第２の電力レベルを有する送信データを受信して処理し、かつ、前記送電側装置に返答する前記返信データを生成する受電側データ処理部と、
   前記送電側装置が時分割して前記第１の電力レベルとは異なった電力レベルを有するデータ受付信号を送信する返信データ受付期間に、前記受電側データ処理部から出力された前記返信データを第３の電力レベルを有する返信データに変換して前記送電線に返信する受電側送信部と、
   前記送電線の電力レベルを検出し、電力レベル検出結果を前記受電側データ処理部に出力する電力レベル検出部とを備え、
   前記受電側データ処理部は、前記電力レベル検出部からの前記電力レベル検出結果に基づいて、前記送電線からデータを選択して取り入れ、さらに前記データ受付信号の受信を検出することによって前記返信データを前記受電側送信部に出力することを特徴とする、受電通信装置。
7. 前記受電側データ処理部は、前記電力レベル検出部からの前記電力レベル検出結果に基づいて、前記送電線から前記第２の電力レベルを有するデータを選択して取り入れることを特徴とする、請求項６に記載の受電通信装置。
8. ２本の送電線を介して接続される少なくとも一つの受電側装置との間で給電および相互通信を行う送電通信装置であって、
   第１の電力レベルを有する電力を前記受電側装置に出力する送電側電源部と、
   前記受電側装置に指示を与える送信データを生成し、かつ、前記受電側装置からの返信データを受信して処理する送電側データ処理部と、
   前記電力の給電期間と前記送信データを送信するデータ送信期間と前記返信データを受け付ける返信データ受付期間とを時分割して制御する送電側期間制御部と、
   前記給電期間に前記送電側電源部から出力される前記第１の電力レベルを有する電力を前記送電線に給電し、かつ、前記データ送信期間に前記送信データを第２の電力レベルを有する送信データに変換して前記送電線に送信し、さらに前記返信データ受付期間に前記第１の電力レベルとは異なった電力レベルを有するデータ受付信号を前記送電線を介して前記受電側装置に送信する送電側合成部とを備え、
   前記送電側データ処理部は、第３の電力レベルを有する前記返信データを他の電力レベルと区別して受信することを特徴とする、送電通信装置。
9. ２本の送電線を介して接続された送電側装置と少なくとも一つの受電側装置との間で給電および相互通信を行う送受電通信方法であって、
   送電側は、
   第１の電力レベルを有する電力を出力する送電側給電ステップと、
   前記受電側装置に指示を与える送信データを生成し、かつ、前記受電側装置からの返信データを受信して処理する送電側データ処理ステップと、
   前記電力の給電期間と前記送信データを送信するデータ送信期間と前記返信データを受け付ける返信データ受付期間とを時分割して制御する送電側期間制御ステップと、
   前記給電期間に前記送電側電源部から出力される前記第１の電力レベルを有する電力を前記送電線に給電し、かつ、前記データ送信期間に前記送信データを第２の電力レベルを有する送信データに変換して前記送電線に送信し、さらに前記返信データ受付期間に前記第１の電力レベルとは異なった電力レベルを有するデータ受付信号を前記送電線に送信する送電側合成ステップとを有し、
   受電側は、
   前記送電線を介して給電される前記第１の電力レベルを有する電力を蓄電する受電側蓄電ステップと、
   前記送電側装置からの前記第２の電力レベルを有する送信データを受信して処理し、かつ、前記送電側装置に返答する前記返信データを生成する受電側データ処理ステップと、
   前記返信データ受付期間に前記受電側データ処理部から出力された前記返信データを第３の電力レベルを有する返信データに変換して前記送電線に返信する受電側送信ステップと、
   前記送電線の電力レベルを検出し、電力レベル検出結果を前記受電側データ処理部に出力する電力レベル検出ステップとを有し、
   前記受電側データ処理ステップは、前記電力レベル検出ステップによる前記電力レベル検出結果に基づいて、前記送電線からデータを選択して取り入れ、さらに前記データ受付信号の受信を検出することによって前記返信データを前記受電側送信ステップに出力することを特徴とする、送受電通信方法。
10. 前記受電側データ処理ステップは、前記電力レベル検出ステップによるの前記電力レベル検出結果に基づいて、前記送電線から前記第２の電力レベルを有するデータを選択して取り入れることを特徴とする、請求項９に記載の送受電通信方法。
11. 前記送電側データ処理ステップは、指示する相手の宛先として受電側のアドレスをさらに前記送信データに付加し、
    前記受電側データ処理ステップは、前記送信データに付加されている前記アドレスが自局宛のデータのみを処理することを特徴とする、請求項９に記載の送受電通信方法。
12. 前記受電側データ処理ステップは、送信元として自局のアドレスをさらに前記返信データに付加して返答することを特徴とする、請求項９に記載の送受電通信方法。
13. 前記送電側データ処理ステップは、指示する相手の宛先として前記送電線に接続されている全ての受電側を対象とする識別コードをさらに前記送信データに付加し、
    前記送電線に接続されている全て受電側は、前記送信データに付加されている前記識別コードにより前記送信データを処理することを特徴とする、請求項９に記載の送受電通信方法。

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