JP4948228B2 - 作業機のインターフェース回路 - Google Patents

Description

本発明は、作業機の制御部に入力信号を入力するための作業機の入力インターフェース回路に関する。

従来より、例えば、スイッチのオン又はオフを示す入力信号を制御部へ入力するための入力インターフェース回路として特許文献１に開示されているものがある。
特許文献１に示す入力インターフェース回路では、スイッチと制御部との間にプルダウン用の抵抗素子が設けられている。
特開２００５−３０７８５１号公報

従来の入力インターフェース回路では、例えば、スイッチのオンされている間はプルダウンの抵抗素子には常に数十ｍＡの電流が流れており、電流が流れている時間（スイッチがオンしている間）が連続的に長時間であると抵抗素子の発熱が多大となり、抵抗素子の耐久性が低下する問題があった。
本発明は上記問題点に鑑み、入力部の入力信号を制御部に入力するものにあって抵抗素子の耐久性を向上させる作業機の入力インターフェース回路を提供することを目的とする。

この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、作業機の動作を制御する制御ユニットに制御部が設けられ、前記制御ユニットに可変抵抗素子が設けられ、前記制御ユニットに設けられたインターフェース部に前記可変抵抗素子が接続された作業機の入力インターフェース回路であって、前記インターフェース部には、前記可変抵抗素子と制御部との間に設けられ且つ前記可変抵抗素子の抵抗を前記制御部への入力信号に変換するための分圧用の抵抗素子が設けられると共に前記分圧用の抵抗素子の両端部には前記入力信号を制御部の電圧に変換するための第１Ａ／Ｄ変換部と第２Ａ／Ｄ変換部とが設けられ、前記分圧用の抵抗素子の発熱を防止すべく変換された入力信号を間欠的に制御部に入力させる間欠入力手段が設けられ、前記間欠入力手段は、前記制御部に設けられて間欠的にオン又はオフするサンプリング信号を出力するサンプリング信号出力部と、前記作業機に搭載されたバッテリーに接続され且つ前記サンプリング信号出力部に接続されさらに前記分圧用の抵抗素子に接続されて前記サンプリング信号出力部から出力されたサンプリング信号によりオン又はオフする間欠用スイッチング素子とを備えている点にある。

本発明の入力インターフェース回路は、以下に示す特徴を有している。
即ち、制御部に接続された入力部の入力信号を入力インターフェース部を介して制御部に入力するようにした入力インターフェース回路において、前記入力インターフェース部には、前記入力部と制御部との間に接続された抵抗素子の発熱を防止すべく、前記入力部からの入力信号を間欠的に制御部に入力させる間欠入力手段が設けられている。

これによれば、間欠入力手段によって制御部には所定のタイミングで間欠的に入力信号が入力されるようになり、入力部と制御部との間に接続された抵抗素子には入力信号が入力されるときのみ、電流が流れることになるため、抵抗素子の発熱を可及的に低減することができる。よって、抵抗素子の耐久性を向上させることができる。
前記入力部は入力インターフェース部を介して制御部に接続されるスイッチとされ、前記入力手段は、前記スイッチと制御部との間に接続された前記抵抗素子に直列に接続されて前記制御部からのサンプリング信号によりオン又はオフする間欠用スイッチング素子を有していることが好ましい。

これによれば、スイッチが長時間オンとなっている場合でも、間欠用スイッチング素子がオンになっているときのみ抵抗素子に電流が流れるようにすることができる。即ち、スイッチが長時間オンとなる場合でも、抵抗素子に電流が連続的に流れるのを抑制して抵抗素子の発熱を可及的に低減することができる。
前記入力部と制御部との間には、前記入力信号によりオンする動作することで、当該入力信号を制御部の制御電圧に変換する変換用スイッチング素子が設けられていることが好ましい。

これによれば、スイッチのオン又はオフの入力信号を制御部に安定的に入力させることができる。
前記間欠用スイッチング素子は、複数のスイッチの入力信号を間欠的に制御部に入力させるように前記抵抗素子を介して並列的に複数のスイッチと接続されていることが好まし
い。

前記入力部は入力インターフェース部を介して制御部に接続される可変抵抗素子とされ、前記入力手段は、前記可変抵抗素子と制御部との間に設けられ且つ前記可変抵抗素子の抵抗を入力信号に変換するための分圧用の前記抵抗素子に、直列に接続されて前記制御部からのサンプリング信号によりオン又はオフする間欠用スイッチング素子を有していることが好ましい。

前記入力部と制御部との間には、前記入力信号を制御部の制御電圧に変換するＡ／Ｄ変換素子が設けられていることが好ましい。

本発明によれば、入力部の入力信号を制御部に入力するものにあって、入力部と制御部との間に接続された抵抗素子の発熱を防止することで、抵抗素子、言い換えれば、回路全体のの耐久性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜６は本発明に係る入力インターフェース回路に関する図面である。
図１に示すように、入力インターフェース回路１は、作業機（例えば、バックホー、トラクタ、コンバイン）を様々な動作を制御する制御ユニットＵに具備されるものである。
制御ユニットＵには、作業機を制御する制御部２が設けられ、当該制御ユニットＵには制御部２に外部からの信号を送るための入力部３が接続されている。入力部３の入力信号Ｓ１は、制御ユニットＵに設けられた入力インターフェース部４を介して制御部２に入力される。入力インターフェース部４には入力インターフェース回路１が設けられている。入力インターフェース回路１には、入力信号Ｓ１を間欠的に制御部２に入力させる間欠入力手段５が設けられている。

図１に示すように、入力部３はオン又はオフの切り換え可能なスイッチ６を有しており、当該スイッチ６の一端には作業機のバッテリー等の電源Ｖ（例えば、５Ｖ系、１２Ｖ系）が接続されている。スイッチ６の他端は入力インターフェース部４のスイッチ入力端子ＳＷ-ｉｎに接続されている。このスイッチ入力端子ＳＷ-ｉｎは入力インターフェース回路１に設けられたトランジスタＴＲ１等を介して制御部２の入力端子Ｐ-ｉｎに接続されている。

このトランジスタＴＲ１は、スイッチ６の入力信号Ｓ１によりオンする動作することで、当該入力信号Ｓ１を制御部２の制御電圧に変換する変換用スイッチング素子でである。
変換用のトランジスタＴＲ１のコレクタ側には、制御部２に電源Ｖ及び制御部２の入力端子Ｐ-ｉｎが接続され、当該トランジスタＴＲ１のエミッタ側はグラントに接続され、トランジスタＴＲ１のベース側にはスイッチ入力端子ＳＷ-ｉｎが接続されている。また、トランジスタＴＲ１にはベース側及びエミッタ側にはトランジスタＴＲ１の動作電圧まで分圧するための抵抗素子Ｒ５及びＲ６が設けられ、コレクタ側にはプルアップ用の抵抗素子Ｒ７が設けられている。

スイッチ６（スイッチ入力端子ＳＷ-ｉｎ）と制御部２、即ち、変換用のトランジスタＴＲ１との間にはグランド側に落ちる抵抗素子Ｒ１（負荷抵抗）が接続されている。この抵抗素子Ｒ１は入力側のインピーダンスを下げることで入力インタフェース部４を安定化させるためのものである（誤作動防止の為）。
間欠入力手段５は、入力信号Ｓ１を間欠的に制御部２に入力させることで、抵抗素子Ｒ１の発熱を防止するものである。

詳しくは、間欠入力手段５は、スイッチ６をオンしたときの入力信号Ｓ１を制御部２に所定のタイミングで間欠的に入力させるもの（スイッチ６がオン状態で連続的に抵抗素子Ｒ１に電流が流れないようにするもの）であって、抵抗素子Ｒ１に直列的に接続されたスイッチング素子（例えば、トランジスタ）ＴＲ２と、トランジスタＴＲ２を間欠的にオン又はオフするサンプリング信号出力部７とを有している。なお、トランジスタＴＲ２のことを間欠用トランジスタ（間欠用スイッチング素子）ということがある。

間欠用トランジスタＴＲ２のコレクタ側には抵抗素子Ｒ１が接続され、トランジスタＴ
Ｒ２のエミッタ側はグランドに接続され、トランジスタＴＲ２のベース側には制御部２の出力端子Ｐ-ｏｕｔが接続されている。また、トランジスタＴＲ２には当該トランジスタＴＲ２の動作電圧まで分圧する抵抗素子Ｒ８及びＲ９が設けられている。
サンプリング信号出力部７は、制御部２の出力端子Ｐ−ｏｕｔからトランジスタＴＲ２を間欠的にオン又はオフするサンプリング信号Ｓ２を出力するためのもので、制御部２に設けられている。

図２は、スイッチ入力端子ＳＷ-ｉｎ（入力信号Ｓ１），出力端子Ｐ−ｏｕｔ，入力端子Ｐ-ｉｎの電圧変化を示したものである。図２を参照して入力インターフェース回路１の動作について説明する。なお、出力端子Ｐ−ｏｕｔからはサンプリング信号出力部７によってオン又はオフ信号（パルス波）が出力されているものとする。サンプリング信号のパルス幅は例えば１０ｍｓｅｃである。

スイッチ６をオンすると、スイッチ入力端子ＳＷ-ｉｎの電圧が高電圧（Ｈ）となる。このとき、サンプリング信号の電圧が高電圧（Ｈ）となる信号が出力されると間欠用トランジスタＴＲ２がオンし、変換用トランジスタＴＲ１が入力信号Ｓ１によってオンすることから、入力端子Ｐ-ｉｎの電圧は高電圧（Ｈ）から低電圧（Ｌ）へ落ちる[タイミングＮで高電圧（Ｈ）から低電圧（Ｌ）になる]。

即ち、スイッチ６をオン状態で且つサンプリング信号Ｓ２により間欠用トランジスタＴＲ２をオンすると、スイッチ６のオンを示す信号（入力端子Ｐ-ｉｎの電圧が高電圧から低電圧に立ち下がる）が制御部２に入力されるようになっている。
制御部２は、出力端子Ｐ−ｏｕｔから出力するサンプリング信号の電圧を高電圧（Ｈ）にしてから所定時間後（例えば、１０msec後）に、サンプリング信号の電圧を低電圧（Ｌ）に変化させるようになっており、サンプリング信号の電圧を低電圧（Ｌ）にしたときは、入力端子Ｐ-ｉｎの電圧は低電圧（Ｌ）から低電圧（Ｈ）へ立ち上がる。

制御部２は、入力端子Ｐ-ｉｎの信号において立ち上がり（電圧が低電圧から高電圧に変化したこと）の回数をカウントし、この立ち上がりの回数（取込信号の個数）が連続して所定回数、例えば、３回以上あれば、スイッチ６がオンしていると判断する。即ち、制御部２は一定時間毎に取込をするようになっており、取込をする毎にサンプリング信号電圧を高電圧（Ｈ）から低電圧（Ｌ）にするようになっている。

なお、制御部２において、入力端子Ｐ-ｉｎの電圧が低電圧から高電圧へたち下がる回数をカウントして、スイッチ６がオンしているか否かを判断しても良い。また、スイッチ６がオフ状態であるときは、間欠用トランジスタＴＲ２のオン／オフに関わらず入力端子Ｐ-ｉｎに高電圧が連続的に入力されるため、Ｐ-ｉｎの電圧が高電圧に維持されている場合は、制御部２はスイッチ６がオフされていると判断する。

間欠入力手段５によって、スイッチ６からのオンを示す信号（立ち上がり）を制御部２に入力させている[言い換えれば、入力信号Ｓ１を間欠的に制御部２に入力させるようにしている]ので、長時間にわたってスイッチ６をオンしている場合でも、トランジスタＴＲ２がオンする間だけ、抵抗素子Ｒ１に電流が流れるようになり当該抵抗素子Ｒ１の発熱を可及的に防止することができる。

図３に示すものは入力インターフェース回路１の変形例１を示したものである。この変形例１は、間欠用トランジスタＴＲ２が複数のスイッチ６の入力信号Ｓ１を間欠的に制御部２に入力させるように、抵抗素子Ｒ１を介して並列的に複数のスイッチ６に接続されているものである。
具体的には、この入力インターフェース回路１では、複数のスイッチ６（例えば、３つ）により入力部３が構成されており、各スイッチ６の一端は作業機のバッテリー等の電源Ｖに接続され、他端は入力インターフェース部４のスイッチ入力端子SW-ｉｎを介して複数の変換用のトランジスタＴＲ１ａ〜ＴＲ１ｃのベースに接続されている。各スイッチ６と各トランジスタＴＲ１ａ〜ＴＲ１ｃとの間には抵抗素子Ｒ１ａ〜Ｒ１ｃがそれぞれ接続されている。各抵抗素子Ｒ１ａ〜Ｒ１ｃは１つの間欠用トランジスタＴＲ２のコレクタに接続されている。

この変形例１によれば、１つの間欠用トランジスタＴＲ２をサンプリング信号Ｓ２の高
電圧（Ｈ）により所定のタイミングでオンさせることで、複数のスイッチ６の入力信号Ｓ１を同時に制御部２に入力することができる。変形例１では、１つの間欠用トランジスタＴＲ２をオンしているときのみ、複数の抵抗素子Ｒ１ａ〜Ｒ１ｃに電流が流れるようになっており、長時間にわたって各スイッチ６をオンしている場合でも、トランジスタＴＲ２がオンする間だけ、抵抗素子Ｒ１ａ〜Ｒ１ｃに電流が流れるようになり複数の抵抗素子Ｒ１の発熱を可及的に防止することができる。

図４に示すものは入力インターフェース回路１の変形例２を示したものである。
図４に示すように入力部３はセンサ用の可変抵抗素子Ｒ２とされている。例えば、可変抵抗素子Ｒ２は作業機の燃料タンク内の燃料量によって当該抵抗値が可変となるものであって、この実施の形態では、燃料量の残量を検出する燃料センサ８に具備されているものである（以降、可変抵抗素子Ｒ２のことを燃料センサ８ということがある）。

可変抵抗素子Ｒ２（燃料センサ８）の一端はグランド側に接続され、他端は第１Ａ／Ｄ変換部９に接続されている。可変抵抗素子Ｒ２には、当該可変抵抗素子Ｒ２の抵抗を入力信号Ｓ１に変換するための分圧用の抵抗素子Ｒ３が接続され、分圧用の抵抗素子Ｒ３には可変抵抗素子Ｒ３Ｒ２の他に間欠用トランジスタＴＲ２のコレクタが接続されると共に、第２Ａ／Ｄ変換部１０に接続されている。

間欠用トランジスタＴＲ２のエミッタ側にはバッテリー等の電源Ｖが接続され、間欠用トランジスタＴＲ２のベース側には制御部２の出力端子Ｐ−ｏｕｔが接続されている。
第１Ａ／Ｄ変換部９及び第２Ａ／Ｄ変換部１０は入力信号Ｓ１を制御部２の制御電圧（５Ｖ系）に変換するもので、両変換部９,１０には入力端子Ａ／Ｄ１−ｉｎ及び入力端子Ａ／Ｄ２−ｉｎが接続されている。

制御部２は、式（１）に示すように、入力端子Ａ／Ｄ１−ｉｎの電圧Ｖ１と分圧用の抵抗素子Ｒ３の抵抗値ｒ₁及び可変抵抗素子Ｒ２の抵抗値ｒ₂により、燃料センサ８の入力信号Ｓ１を示す入力端子Ａ／Ｄ２−ｉｎの電圧Ｖ２が分かるようになっている。入力端子Ａ／Ｄ２−ｉｎの電圧Ｖ２により、燃料センサ８による燃料タンク内の燃料量が分かる。

図５に示すように、変形例２によれば、サンプリング信号Ｓ２によって間欠用トランジスタＴＲ２をオンしている間だけ、燃料センサ８で検出した信号（入力端子Ａ／Ｄ１−ｉｎ,入力端子Ａ／Ｄ２−ｉｎ）が制御部２に入力されるようになっており、このときのみに、分圧用の抵抗素子Ｒ３に電流が流れるようになる。制御部２はサンプリング信号Ｓ２が高電圧（Ｈ）となるタイミングで、入力端子Ａ／Ｄ１−ｉｎや入力端子Ａ／Ｄ２−ｉｎの電圧を読み取る。

間欠用トランジスタＴＲ２と分圧用の抵抗素子Ｒ３とを直列的に接続しているので、間欠用トランジスタＴＲ２の内部抵抗を考慮すると、分圧用の抵抗素子Ｒ３を定格電力（Ｗ）を小さなものとすることがきる。
本発明の作業機は、上記で示した実施形態に限定されない。
図１に示す入力インターフェース回路１では、図６に示すように、プルアップとなる回路（抵抗素子Ｒ１を電源Ｖ側に接続）の発熱を防止するようにしてもよい。

本発明の入力インターフェース回路を示す図である。 入力インターフェース回路の各種信号の波形を示す図である。 入力インターフェース回路の第１の変形例を示す図である。 入力インターフェース回路の第２の変形例を示す図である。 第２の変形例の各種信号の波形を示す図である。 入力インターフェース回路の第３の変形例を示す図である。

１ 入力インターフェース回路
２ 制御部
３ 入力部
４ 入力インタフェース部
５ 間欠入力手段
６ スイッチ
Ｓ１ 入力信号
Ｓ２ サンプリング信号

Claims (1)

1. 作業機の動作を制御する制御ユニットに制御部が設けられ、前記制御ユニットに可変抵抗素子が設けられ、前記制御ユニットに設けられたインターフェース部に前記可変抵抗素子が接続された作業機の入力インターフェース回路であって、
   前記インターフェース部には、前記可変抵抗素子と制御部との間に設けられ且つ前記可変抵抗素子の抵抗を前記制御部への入力信号に変換するための分圧用の抵抗素子が設けられると共に前記分圧用の抵抗素子の両端部には前記入力信号を制御部の電圧に変換するための第１Ａ／Ｄ変換部と第２Ａ／Ｄ変換部とが設けられ、
   前記分圧用の抵抗素子の発熱を防止すべく変換された入力信号を間欠的に制御部に入力させる間欠入力手段が設けられ、前記間欠入力手段は、前記制御部に設けられて間欠的にオン又はオフするサンプリング信号を出力するサンプリング信号出力部と、前記作業機に搭載されたバッテリーに接続され且つ前記サンプリング信号出力部に接続されさらに前記分圧用の抵抗素子に接続されて前記サンプリング信号出力部から出力されたサンプリング信号によりオン又はオフする間欠用スイッチング素子とを備えていることを特徴とする作業機の入力インターフェース回路。

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