JPH0454700A

JPH0454700A - センサ入力回路

Info

Publication number: JPH0454700A
Application number: JP16405690A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Oshiga; 押賀　孝幸; Taisuke Katsube; 勝部　泰典; Kazuhiro Baba; 和弘馬場; Masaki Naito; 内藤　雅規; Kazunori Umeda; 梅田　和規
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1992-02-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明は、制御用データ処理装置のセンサ入力回路に係
り、特にプログラマブル・コントローラやプロセス・コ
ントローラに好適なセンサ入力回路に関する。

〔従来の技術〕

一般に、プログラマブル・コントローラやプロセス・コ
ントローラは、制御の実行に際して、制御対象から、温
度、圧力、流量など種々の物理量を取り込む必要があり
、このため、各種のセンサを対象としたセンサ入力回路
を具備している。

このセンサ入力回路は、各種のセンサから入力されるア
ナログ情報をディジタル情報に変換し、所定のデータ処
理装置に伝達する働きをするもので、このため、Ａ／Ｄ
コンバータ、或いはＶ／Ｆコンバータとカウンタとの組
合せによる変換装置を備えているが、これに加えて、入
出力特性が非直線性を示す信号補正手段を持っているの
が一般的である。これは、上記した種々の物理量の取り
込みに使用するセンサの多くが、非線形検出特性を持っ
ているからである。

ところで、このような信号補正手段の一例として、従来
から知られているものに、雑誌「電子技術Ｊ、１９８６−３の５５頁〜６０頁に記載されているようなＲＯＭ（読出
し専用メモリ）を用いる方法があり、これを第１１図と
第１２図により説明する。

この例は、電子体温計に応用した場合で、第１１図に示
すように構成されており、センサ発振回路３０は、その
中に含まれているサーミスタで検知した温度Ｔに対応し
た周波数の信号（センサ発振出力）を出力する。

カウンタ３１は、信号（センサ発振）を計数し、カウン
ト数Ｃ１つまり、ディジタル信号を圧力する。

このカウント数ＣはＲＯＭ３２のアドレスＡとして入力
され、カウント数Ｃに対応したデータＤがＲＯＭ３２か
ら出力される。

そこで、このＲＯＭ３２から出力されるデータをＤラッ
チ３３で保持し、デコーダドライバー３４に入力して表
示器３５により温度（体温）として表示させるのである
。

なお、上記した各部での動作は制御回路３６により制御
され、この制御回路３６で必要とするクロックはタイマ
発振器３７から供給されようになっている。

ここで、第１２図（ａ）に示すように、サーミスタの抵
抗Ｒを含めてセンサ発振回路３０から出力されるセンサ
発振信号のカウント数Ｃは、検知した温度Ｔに対して直
線性を示さない。

そこで、第１２図（ｂ）に示すように、ＲＯＭ３２のア
ドレスＡに対応して、この非直線性を打ち消すような値
に選ばれているデータＤを書込んでおくことにより、こ
のＲＯＭ３２が非直線性補正手段として機能し、検知し
た温度Ｔと同じ数値のデータＤを表示させることができ
るのである。

なお、この第１１図は電子体温計の場合であるが、ここ
での表示器３５をプログラマブル・コントローラのデー
タ処理装置等におけるデータバスに置き換えれば、一般
的なセンサ入力装置と同じになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、センサ入力回路に接続されるセンサが
複数個あり、且つ、その種類が多岐にわたる場合や、セ
ンサ入力回路が接続されるデータ処理装置で必要とする
入力データフォーマットが異なる場合について、或いは
センサ入力回路の使用環境についての配慮がされておら
ず、次にような問題があった。

■　センサの種別に応じて補正特性が異なるため、それ
ぞれに対応したセンサ入力回路を用意し、保守しなけれ
ばならない。

■　センサ入力回路の出力は、そのフォーマットが固定
なので、例えばバイナリ・データ出力方式のセンサ入力
回路を、ＢＣＤデータ（バイナリ・コーデッド・デシマ
ル・データ）入力方式のデータ処理装置に接続する場合
には、さらにデータフォーマットの変換処理が必要にな
る。

■　センサ入力回路が設置されるのは、工場などの比較
的環境が厳しいところであり、従って、周囲温度が広範
囲に変化することが多く、このため、センサ入力回路内
のアナログ回路系に存在する温度依存性により、高精度
保持が困難である。

本発明の第１の目的は、種別を異にする複数のセンサに
そのまま対応して、容易に高精度の維持が可能なセンサ
入力回路を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、任意に、しかも容易に出
力データフォーマットの変更が可能なセンサ入力回路の
提供にある。

さらに、本発明の第３の目的は、その使用環境のいかん
に係らず、常に容易に高精度の維持が可能なセンサ入力
回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、ＲＯＭとして複数
のデータエリアが設定されているＲＯＭを用いると共に
、このＲＯＭのデータエリアの中の１を選択するデータ
エリア選択手段を設け、このデータエリア選択手段の制
御により、複数の変換特性の中から任意に選択した１の
変換特性のもとで動作するように構成したものである。

これを実施例に即して具体的に説明すると、次の通りに
なる。

■　ＲＯＭの上位アドレス入力に切換スイッチを設け、
ＲＯＭのデータエリアを切換えるようにし、それぞれの
データエリアに、多種類のセンサに対応して、それぞれ
の補正に必要な補正データを書込んでおき、切換スイッ
チの操作により必要な補正特性が選択できるようにした
ものである。

■　ＲＯＭのデータエリアに、バイナリ・データ出力信
号を与えるデータエリアと、ＢＣＤデータ出力信号を与
えるデータエリアの２種を設けるようにしたものである
。

■　温度検出手段を設け、ＲＯＭのデータエリアの切換
を温度の検出結果により行なうようにしたものである。

［作用］ＲＯＭの上位アドレスに設けた切換スイッチは、ユーザ
により操作されることにより、所望のセンサに対応した
データエリアを選択する。

従って、センサの種類に応じて、常に適切な補正特性を
センサ入力回路に持たせることができる。

また、この切換スイッチにより、ＲＯＭから出力される
データのフォーマットとしてバイナリ・データとＢＣＤ
データのいずれをも任意に選択でき、従って、データ処
理装置がいずれの入力データフォーマットに対応したも
のであっても、そのまま使用できる。

さらに、温度検出手段は、センサ入力回路が置かれてい
る環境の温度に応じてＲＯＭによる補正特性を切換える
から、温度変化にかかわらず、充分な精度保持が可能に
なる。

〔実施例〕

以下、本発明によるセンサ入力回路について、図示の実
施例により詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例で、この実施例は、データ
処理ＣＰＵＩにデータバス２を介して接続されたセンサ
入力回路３を備え、制御対象に取り付けられた熱電対か
らなる外部センサ４Ａや、測温抵抗体からなる外部セン
サ４Ｂなどの多種多様なセンサから取り込んだデータを
、センサ入力回路３でディジタル化し、直線化してデー
タ処理ＣＰＵＩに入力するように構成したものである。

これらの外部センサ４Ａ、４Ｂは、制御対象の温度など
の計測量を電圧として検出し、マルチプレクサ５に入力
する。

このマルチプレクサ５は複数の入力チャネルを有し、バ
スインターフェース１０からタイミング回路１１を介し
て入力されるチャネル選択信号によりセンサの１を選択
し、そのセンサからの電圧をオペアンプ６に供給する。

オペアンプ６の出力はＶ／Ｆコンバータ７に入力され、
その電圧に対応した周波数のパルスに変換されてからカ
ウンタ８に供給される。

このカウンタ８は、タイミング回路１１の制御により一
定時間毎にＶ／Ｆコンバータ７から出力されるパルスを
計数しており、従って、このカウンタ８の出力には外部
センサ４Ａ、４Ｂなどからの検出信号がディジタル化さ
れて得られることになる。

こうしてカウンタ８から出力されたディジタルデータは
ＲＯＭ９のアドレス端子に供給され、この結果、ＲＯＭ
９のデータ端子からは、そのアドレス端子に供給された
ディジタルデータ、つまりカウンタ８の計数値に対応し
て、このＲＯＭ９に格納しであるデータが読出され、バ
スインターフェース１０とデータバス２を経由してデー
タ処理ＣＰＵＩに取り込まれ、制御対象の制御などに使
用されることになる。

ＲＯＭ９に書込まれているデータを示したのが第２図で
ある。

この第２図から明らかなように、ＲＯＭ９の内容は、そ
の下位１２ビット分のアドレスが占有するエリア毎に、
複数のエリアに分割されており、これらの各エリア毎に
カウンタ８の計数値が割り付けられるようになっている
。そして、これらの各エリアは、さらに上位のアドレス
端子４ビツトによって選択されるようになっており、結
局、合計１６のエリアに分けられていることになる。

これら１６のエリアは、熱電対からなる外部センサ４Ａ
を対象としたエリア（アドレス＝００００Ｈ〜７ＦＦＦ、）と、測温抵抗体
からなる外部センサ４Ｂを対象としたエリア（アドレス：　８０００）１−ＦＦＦＦＨ）の２エリア
に大きく分けられており、これらの２エリアは、それぞ
れ更に２分割され、バイナリ・データのエリアとＢＣＤ
データのエリアとに分けられている。

従って、この実施例のＲＯＭ９のデータエリアは、セン
サの種類に応じて２種、そして出力データのフォーマッ
トがバイナリかＢＣＤかに応じて、これも２種の合計４
のエリアが設けられていることになる。

ところで、第１図から明らかなように、ＲＯＭ９のアド
レスの上位ビットＡ１２〜Ａ１５には、デコーダ１２の
デコード出力が接続されている。

そして、このデコーダ１２のデコード出力の内、上位ビ
ットＡ１４とＡ１５の出力状態は、４個のスイッチ１４
〜１７からの入力により決定され、従って、ユーザがこ
れらのスイッチ１４〜１７を選択することにより、第２
図に示すように、上記した４種のデータエリアの内の１
が任意に選択できるようになっている。例えば、ユーザ
が、外部センサ４Ａに対応して、スイッチ１４をオンに
したとすると、これによりデコーダ１２は、アドレスの
上位ビットＡ１４とＡ１５の双方を“ｏ″にするので、
ＲＯＭ９のデータエリアは、（アドレス：　ｏｏｏｏｏ
　〜３ＦＦＦ、）による動作となり、外部センサ４Ａの
信号を補正してバイナリ・データとして出力する動作モ
ードとなる。

第２図に戻り、この図から明らかなように、上記したＲ
ＯＭ９の４種のデータエリアは、各エリア毎に更に４分
割され、第２図の右端に記載しであるセンサ入力回路が
置かれた環境での周囲温度毎に、すなわち、０〜１５℃
と、１５〜３０℃、３０〜５０℃、それに５０〜６０℃
毎に、これらの温度の違いにより生じる誤差を考慮した
最適補正特性が得られるように、それぞれ異なった補正
用データが書込まれている。

一方、デコーダ１２には、更に温度センサ１３の出力が
供給されており、このセンサ１３で検出されてくる、セ
ンサ入力回路３自体の周囲温度に応じたデータが入力さ
れるようになっている。そして、このデコーダ１２は、
温度センサ１３からの温度データにより、ＲＯＭ９の上
位ビットＡ１２とＡ１３のデータ状態を変え、これによ
り、上記した各温度毎に分けられているデータエリアを
自動的に切り換える。すなわち、温度センサ１３で検出
された温度が、例えば２０℃であったとすると、第２図
の上から２番目のデータエリアが選択されるのである。

従って、上記したように、スイッチ１４がオンにされて
おり、且つ、このときのセンサ入力回路３が置かれてい
る環境での温度が２０℃であったとすると、ＲＯＭ９の
データエリアの内で、第２図の左端、上から２番目のエ
リアが選択され、これにより補正された、外部センサ４
Ａからの信号がバイナリ・データとしてデータ処理ＣＰ
ＵＩに入力されるように動作することになり、結局、こ
の実施例によれば、使用するセンサに応じてスイッチ１
４〜１７の選択操作により、そのとき使用されているセ
ンサに必要な補正特性が、自動的にＲＯＭ９に与えられ
ると共に、温度センサ１３からの入力により、そのとき
での周囲温度に応じた温度補正をも同時に自動的に与え
られることになり、常に高精度を保持することが出来る
。

なお、第１図に示されている定電流源１８は、測温抵抗
体からなる外部センサ４Ｂの電流端子に、例えば２ｍＡ
の一定電流を供給するためのものである。

次に、第３図及び第４図は本発明の別の一実施例で、こ
の実施例では、まず第３図のスイッチ１４を閉じると、
第４図に示すように、ＲＯＭ９のデータエリアは、（アドレス：０ＯｏＯ〜０ＦＦＦ）による動作となり、測温抵抗体を対象とする変換特性が
得られ、スイッチ１５を閉じたときには、（アドレス：
１０ｏｏ〜ＩＦＦＦ）による動作となり、熱電対を対象とする変換特性が与え
られる。

そして、スイッチ１６を閉じたときには、（アドレス：
　２０００〜２ＦＦＦ）による動作となり、このときには圧力センサを対象とす
る変換特性が与えられるように構成したものである。

従って、この第３図及び第４図の実施例によれば、測温
抵抗体と熱電対に加えて圧力センサの３種類の外部セン
サに対応することが出来る。

第５図及び第６図は、本発明の更に別の一実施例で、こ
の実施例では、第５図のスイッチ１４を閉じると、第６
図に示すように、ＲＯＭ９のデータエリアは、（アドレス：　ｏｏｏｏ〜０ＦＦＦ）による動作となり、バイナリ・データを出力するのに必
要な変換特性が得られ、スイッチ１５を閉じたときには
、（アドレス：１０００〜ＩＦＦＦ）による動作となり、ＢＣＤデータを出力するのに必要な
変換特性が与えられることになる。

従って、この第５図及び第６図の実施例によれば、必要
に応じてバイナリ・データとＢＣＤデータのいずれをも
任意に出力させることができる。

次に、第７図は本発明の更に別の一実施例で、第５図の
実施例の変形例ともいうべきものであり、第５図の実施
例におけるデコーダ１２とスイッチ１４．１５の代りに
フリップ・フロップ１９を設け、このフリップ・フロッ
プ１９に、データ処理ＣＰＵＩ（第１図）からデータバ
ス２、バスインターフェース１０を介して供給されるコ
ード選択信号２０を書込み、これによりＲＯＭ６のアド
レスが、第６図に示すように、バイナリ・データを出力
するアドレスとＢＣＤデータを出力するアドレスとに切
換えられるように構成したものである。

従って、この第７図の実施例によれば、データ処理ＣＰ
ＵＩ自体により、それによるデータ処理過程で、それが
取り込むべきデータのコード形式を自由に切換えること
ができる。

次に、第８図は、第１図の実施例における温度センサ１
３の具体的例を示したもので、この実施例では、温度セ
ンサ１３がサーミスタ２１、ツェナーダイオード２２、
それに４個のコンパレータ２３〜２６で構成しである。

温度センサ１３が置かれている環境温度が変化すると、
サーミスタ２１の抵抗値が変り、温度が上昇するにつれ
てコンパレータ２３〜２６の一人力の電圧レベルも上昇
する。

一方、これらコンパレータ２３〜２６の十人力は、ツェ
ナーダイオード２２で定電圧化された電圧を抵抗分圧し
て加えることにより、順次具なる電圧レベルに保持され
ている。

従って、周囲温度の変化に応じて４個のコンパレータ２
３〜２６の出力状態が変化し、これがデコーダ１２によ
り２ビツトのアドレスコードに変換され、第９図に示す
ように、ＲＯＭ９のエリアが切換えられることになり、
第１０図に示すような温度補正特性の選択が自動的に得
られることになるのである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１組の入力回路で多くの種類のセンサ
に充分に対応できるので、入力回路を共通化でき、ユー
ザの保守性向上を充分に得ることができる。

また、本発明によれば、データ処理装置が必要とするコ
ードに対応して、任意のコードを選択して出力できるの
で、データ処理装置内でのデータ変換が不要になり、処
理性能を向上させることができる。

さらに、本発明によれば、周囲温度変化に対するデータ
補正が自動的に得られるようにできるので、計測精度を
充分に高めることができる。例えば、上記実施例のよう
に、動作温度範囲を４分割して補正するように構成した
場合には、測定誤差を７５％も減少させることができた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるセンサ入力回路の一実施例を示す
ブロック図、第２図はＲＯＭの記憶内容の一実施例の説
明図、第３図は本発明の他の一実施例を示すブロック図
、第４図はＲＯＭの記憶内容の一実施例の説明図、第５
図は本発明のさらに別の一実施例を示すブロック図、第
６図はＲＯＭの記憶内容の一実施例の説明図、第７図は
本発明のさらに別の一実施例を示すブロック図、第８図
は温度センサの一実施例を示すブロック図、第９図は温
度補正用のＲＯＭの記憶内容の説明図、第１０図は温度
補正特性図、第１１図は従来例のブロック図、第１２図
は従来例におけるＲＯＭの記憶内容の説明図である。ｌ・・・・・・データ処理ＣＰＵ、２・・・・・・デー
タバス、３・・・・・・センサ入力回路、４Ａ、４Ｂ・
・・・・・外部センサ、５・・・・・・マルチプレクサ
、６・・・・・・オペアンプ、７・・・・・・Ｖ／Ｆコ
ンバータ、８・・・・・・カウンタ、９・・・・・・Ｒ
ＯＭ、１０・・・・・バスインターフェース、１１・・
・・・・タイミング回路１１．１２・・・・・・デコー
ダ、１３・・・・・・温度センサ、１４〜１７・・・・
・スイッチ、ｌぐ土＼第４図ＲＯＭの内容アトルス千′−タ第６図ＲＯＭの内容アドレス　　デ゛−タ第９図ＲＯＭｆ）内容− 第１０図入力口：Ｍ温度偲勢補正、デ゛−９桶”エテ′−り飯呈：ｔ７ｉｈ−に獣（Ｇ）第１２図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】１、所定のデータが書込まれた読出し専用メモリを備え
、センサからの入力信号を該メモリのアドレス入力とす
ることにより、所定の変換特性の出力信号を上記メモリ
から得るようにしたセンサ入力回路において、上記メモ
リとして複数のデータエリアが設定されたメモリを設け
ると共に、このメモリのデータエリアの１を選択するデ
ータエリア選択手段を設け、このデータエリア選択手段
の制御により、複数の変換特性の中から任意に選択した
１の変換特性を上記所定の変換特性として動作するよう
に構成したことを特徴とするセンサ入力回路。２、請求項１の発明において、上記複数のデータエリア
が、上記センサの種別に応じてそれぞれ必要とする変換
特性に対応したデータが書込まれたデータエリアである
ことを特徴とするセンサ入力回路。３、請求項１の発明において、上記複数のデータエリア
が、バイナリ・データ出力信号を与えるデータエリアと
、バイナリ・コーデッド・デジマル・データ出力信号を
与えるデータエリアであることを特徴とするセンサ入力
回路。４、請求項１の発明において、上記データエリア選択手
段がスイッチを備え、該スイッチからの入力により上記
データエリアの選択動作を行なうように構成されている
ことを特徴とするセンサ入力回路。５、請求項１の発明において、上記複数のデータエリア
が、温度補正用データの格納エリアを含み、上記データ
エリア選択手段が温度検出手段からの入力により上記デ
ータエリアの選択動作を行なうように構成されているこ
とを特徴とするセンサ入力回路。