JPH07325641A - セラミック振動子を用いた制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被制御部を電子的に制御する制御装置におい
て、制御サイクルを決定する装置内基準時間を得るの
に、安価であるが精度の悪いセラミック振動子を用いた
場合にも、当該時間精度を補正して高制御性、高信頼性
を得る。 【構成】 高精度基準時間発生手段30の発生する高精度
基準時間信号を制御回路10内の信号受信手段11にて受信
し、受信した高精度基準時間信号に基づき、時間誤差デ
ータ測定手段16により、セラミック振動子21の共振周波
数に基づき装置内基準時間発生手段12が生成する装置内
基準時間に関する時間誤差データを測定する。測定され
た時間誤差データは、電気的に書き換え可能な不揮発性
メモリ22に書き込む。制御回路10は、電源が投入される
度に、不揮発性メモリ22に記憶されている時間誤差デー
タを読み出し、装置内基準時間補正手段23により、この
時間誤差データに基づき、装置内基準時間発生手段12の
生成する装置内基準時間を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被制御部を電子的に制御
する制御装置に関し、特に、制御サイクルを決定する装
置内基準時間（基準クロック）を得るのにセラミック振
動子を用いた場合にも、当該時間精度を良好に保つため
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロコンピュータ（以下、単にマイ
コン）に代表される電子的制御回路を含む昨今の制御装
置では、制御サイクルを決定する装置内基準時間を得る
のに水晶振動子を用いることが多い。水晶振動子の固有
周波数（共振周波数）が極めて安定なことを利用して、
高精度な基準周波数発振回路を構築し、これから装置内
基準時間信号を生成するのである。しかし、水晶振動子
は大変高価である。そのため、従来においても、水晶振
動子に代え、ずっと安価なセラミック振動子の使用を試
みたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】確かに安価ではある
が、セラミック振動子の共振周波数精度は水晶振動子の
それに比すと極めて悪く、セラミック振動子を用いた発
振回路の発振周波数誤差、ひいては生成される基準時間
の誤差は、水晶振動子を用いた場合に比し、百倍程度以
上にもなる。

【０００４】そこで、上記のように従来においてあえて
セラミック振動子を使用せんとするときには、例えば装
置内基準時間に基づいて決定される制御装置の制御サイ
クルを長くし、時間的な余裕を持たせたり、あるいはま
た、外部のデータ送受信局との間でのデータ通信機能を
有するものでは当該通信データの各ビットごとの立ち上
がりタイミングをその都度検証する等せねばならなかっ
た。これはかなり不都合で、前者の場合には制御自体の
分解能の悪化や制御遅れに繋がるし、後者では回路ない
しソフトウエアの複雑化を招く因となる。

【０００５】本発明はこの点に鑑み、装置内基準時間の
生成源として安価なセラミック振動子を用いながらも、
水晶振動子を用いた場合に比べて余り遜色なく、高精
度、高信頼性を保った制御を行ない得る制御装置を提供
せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、装置内基準時
間発生手段が生成する装置内基準時間に基づく制御サイ
クルに従い被制御部を制御する制御回路を有し、当該装
置内基準時間は装置内基準時間発生手段に結合したセラ
ミック振動子の共振周波数により決定される制御装置に
おいて、上記目的を達成するために、制御装置に対し、
さらに次の構成要件を付加する。 (a) 制御装置外部から選択的に供給される高精度基準時
間信号を受信できる信号受信手段． (b) 信号受信手段で受信した高精度基準時間信号に基づ
き、装置内基準時間に関する時間誤差データを測定する
時間誤差データ測定手段． (c) 測定された時間誤差データを記憶する電気的に書き
換え可能な不揮発性メモリ． (d) 電気的に書き換え可能な不揮発性メモリに記憶され
ている時間誤差データにより装置内基準時間を補正する
装置内基準時間補正手段．

【０００７】本発明はさらに、特定の一態様として、制
御装置が装置内基準時間に基づいて時刻を計時する時計
機能を有している場合には、上記の装置内基準時間補正
手段が時計の補正手段も有している制御装置や、制御装
置が外部のデータ送受信局との間でのデータ通信を行な
うために装置内基準時間に基づく所定の通信制御サイク
ルで動作するデータ通信手段も有している場合には、装
置内基準時間補正手段が当該所定の通信制御サイクルの
補正手段も有する制御装置も提案する。

【０００８】また、本発明はさらに別な態様として、時
間誤差データの異常を検出できる時間誤差データ異常判
別手段をさらに有し、当該判別手段が時間誤差データの
異常を検出したときには、装置内基準時間の補正を行な
わない制御装置も提案する。換言すれば、その時には、
セラミック振動子を用いて生成される装置内基準時間を
そのままに使用する。これは、補正のされない基準時間
精度でも、とりあえずは制御装置の動作を継続させた方
が良い場合もままあるからである。ただ、このような異
常が発生したときには、異常表示部にその旨表示するこ
ともできる。

【０００９】上記の信号受信手段、時間誤差データ測定
手段、装置内基準時間補正手段、あるいはまた望ましい
一態様における時間誤差データ異常判別手段は、本発明
によれば実質的にマイコンにより構成される場合も提案
される。ただしこれは限定的なことではなく、その中の
幾つかまたは全てが、専用のハードウエアにより構成さ
れていても構わない。

【００１０】なお、高精度基準時間信号は、装置外部に
設けられ、水晶振動子を用いた高精度基準周波数発振手
段から得ることもできるし、電波や電話回線等を通じて
公的に供給される時刻情報を受信する受信装置を介して
得ることもできる。

【００１１】

【実施例】以下、図１に即し、本発明に従って構成され
た、電子的な制御回路10を有する制御装置の一実施例に
おける要部構成に関し説明するが、当該実施例装置は、
限定的ではないものの、ガスを燃料として稼働する給湯
システム100 の制御装置となっている。したがって本制
御装置により制御を受ける被制御部40は、供給される冷
水を図示しない熱交換器により加温するためにガスを燃
焼させる燃焼機構部41，燃焼部に選択的にガスを供給し
たり供給ガス量を制御するガス路機構部42，給水量を制
御したり流路を切り換える水路機構部43，燃焼部に対し
最適空気量を送給するファンモータ44を有しており、さ
らにまた、被制御部40の方から制御装置内の制御回路10
の方にそのときどきの温度情報とか流量情報その他、必
要な各種データを送信するための各種センサ45も有して
いる。ただし、こうした被制御部40の具体的構成に関し
ては本発明により特に改変せねばならない所はなく、公
知既存の構成によって良い。

【００１２】また、最近の給湯システムでは、単に蛇口
からの給湯のみならず、浴槽内への自動湯張りや、浴槽
内で冷めた湯の追い焚き機能を有するものもあり、その
ような機種では特に、制御回路10と有線連絡され、浴室
内や台所等、使用者の操作し易い個所に設置された遠隔
操作部50（いわゆるリモートコントローラ）も有してお
り、これには図示しないが使用者が例えば給湯温度や湯
張り温度、湯張り量等を希望の値に設定するための操作
部材等が備えられ、また、現在時刻を表示するための時
計表示部51が備えられているものもある。この中、時計
表示部51に表示される時計表示に関しては、後述のよう
に本発明による改良を受けた結果、その計時精度が向上
し得るが、同様にこの遠隔操作部50に関しても、他の公
知既存の構成につき本発明にて特に改変せねばならない
所はない。ただ、本発明のこの望ましい一実施例では、
これも後述のように、遠隔操作部50には時間誤差データ
に異常があった場合にその旨表示する異常表示部52を設
けている。

【００１３】さて、本制御装置に含まれる制御回路10の
中には、個別に見ると、信号受信手段11，装置内基準時
間発生手段（基準周波数発振手段）12，制御回路10に内
蔵の内部データ記憶手段13，データ通信動作決定手段1
4，データ通信手段15，時間誤差データ測定手段16，時
間誤差データ異常判別手段17，そして装置内基準時間補
正手段23が含まれており、装置内基準時間補正手段23は
さらに、細分化すると制御サイクル補正手段18，時計補
正手段19，通信制御サイクル補正手段20を含んで成って
いる。これら各手段は、それぞれ原理的には専用のハー
ドウエア回路として構成することができ、本発明はその
ような場合（すなわち、その中の幾つかまたは全てが専
用のハードウエア回路である場合）も妨げないが、図示
実施例ではこれら全ての手段11〜19，23は、実質的に制
御回路10を構成するマイコン10に含まれているか、もし
くはソフト的な処理により、当該マイコン10によって等
価的に実現されている。この場合、上述の内部データ記
憶手段13は、一般にマイコン10に内蔵の揮発性メモリで
あるRAM であって良い。一方、図１中にて外部不揮発性
メモリ手段22として示されている外付けメモリは、電気
的に書き換え可能ないわゆるEEPROM22であり、これに後
述の時間誤差データが書き込まれる。

【００１４】制御回路ないしマイコン10は、電源が投入
されると装置内基準時間発生手段12の生成する装置内基
準時間に基づいて決定される所定の制御サイクルで動作
を開始するが、本発明の制御装置では、当該基準時間発
生手段12には相対的に高精度な水晶振動子ではなく、水
晶振動子に比すと共振周波数誤差の大きい（実際に誤差
の程度は百倍以上にもなる）セラミック振動子21が結合
している。すなわち、装置内基準時間発生手段12は、セ
ラミック振動子21の共振周波数に基づき、一応は設計仕
様値を目標値とする基準周波数を発振するが、この基準
周波数自体が、このままでは設計仕様値に対し、誤差の
大きいものとなりがちである。そこでこれは、上記の構
成要素群を次のように用いることで補正される。

【００１５】メーカ側において制御回路10を組み込んだ
機器、例えば図示給湯システム100を組み上げたなら
ば、これを製品として市場に供する前に、制御回路10に
設けられている信号受信手段11に対し、装置外部に設け
られている高精度基準時間発生手段30を接続する。これ
により制御回路10は時間誤差測定モードに入り、時間誤
差データ測定手段16が稼働して、信号受信回路11を介し
て得られる高精度基準時間信号に基づき、装置内基準時
間発生手段12が生成する装置内基準時間の誤差を測定す
る。

【００１６】この時間誤差データ測定のための具体的な
手法は幾つか考えられ、限定されるものではないが、例
えば高精度基準時間発生手段30が図示のように水晶振動
子31とその共振周波数に基づく発振回路32を有し、時間
信号送信手段33が発振回路32の発振する基準周波数に基
づいて単位時間ごと（例えば１秒ごと）に立ち上がるパ
ルス列信号を出力するように構成されている場合には、
制御回路10内の受信手段11を介して得られる当該パルス
列信号の単位パルスの立ち上がり時間間隔を装置内基準
時間発生手段12の生成する装置内基準時間に基づいて実
測するという手法がある。

【００１７】つまり、時間誤差データ測定手段16内に、
装置内基準時間に基づいて高精度基準時間発生手段30か
ら与えられるパルス列形状の時間信号のパルス立ち上が
り間隔を計測可能なカウンタ手段（図示せず）を内蔵さ
せ、このカウンタのカウント値により、高精度基準時間
発生手段30から与えられるパルス列形状の時間信号のパ
ルス立ち上がり間隔を実測した時間を得れば、装置内基
準時間がどの位の誤差を持っているかを知ることができ
る。例えば上記のように、高精度基準時間発生手段30の
側から単位時間１秒ごとに立ち上がるパルス列信号が送
信されてきている場合に、この時間間隔を時間誤差デー
タ測定手段16が正しく１秒と計測したならば補正の必要
はないが、例えば1.01秒とか0.99秒等と計測したときに
は、そうした時間誤差＋0.01秒あるいは−0.01秒を生ん
だ時間誤差データとして、例えば時間比を採り、前者の
場合には時間誤差データを１／1.01＝0.99、後者の場合
には１／0.99＝1.01として求めることができる（ただし
これは、説明のための簡単な例であって、誤差測定分解
能は必要に応じ、もっと高く採ることができる）。な
お、用いたセラミック振動子21の精度が結構良くて、高
精度基準時間に対する装置内基準時間のこのような誤差
抽出が難しい場合には、高精度基準時間発生手段30の側
から発生させるパルス列のパルス間隔をより長くすれば
良いが、実際には上記のように、１秒程度で十分なこと
が多い。

【００１８】このようにして時間誤差データが測定され
ると、この実施例の制御回路10では一旦、当該時間誤差
データを内部記憶手段13に格納し、その後、データ通信
動作決定手段14によるEEPROM22への書き込み動作決定に
基づき、データ通信手段14を介し、内部データ記憶手段
13に記憶した時間誤差データを外部のEEPROM22に書き込
む。これにより、電源が落とされても、各機種ごとに実
際に測定、抽出された時間誤差データは不揮発的に維持
される。なお、高精度基準時間発生手段30は、少なくと
も上記のように内部データ記憶手段13内に時間誤差デー
タが取り込まれた後であるならば、任意適当なるタイミ
ングで外して構わない。

【００１９】こうした時間誤差データの書き込み操作を
メーカ側で各製品100 の一台ごとに行なった後、市販さ
れたそれら各製品100 は、やがて購入者の元で使用に供
されるが、その時以降、制御回路10に意図的に電源が投
入されるか、あるいは停電後に電源が復旧する等、いず
れにしても装置に電源が投入される度に、制御回路10は
とりあえずセラミック振動子21の共振周波数に従って装
置内基準時間発生手段12の生成する基準時間に基づく制
御サイクルでの動作を開始すると共に、直ちにデータ通
信動作決定手段14によってEEPROM22からの時間誤差デー
タの読み出しを決定し、これに従いデータ通信手段15を
してEEPROM22から時間誤差データの読み出しを行ない、
これを内部データ記憶手段13に書き込む。

【００２０】この実施例では、望ましい構成として、当
該内部データ記憶手段13に記憶された時間誤差データに
異常があるか否かの時間誤差データ異常判別手段17も制
御回路10内に設けられており、これによって当該データ
の異状の有無が検査される。データ異常の発生要因とし
ては、何らかの理由によりEEPROM22内に時間誤差データ
がそもそも書き込まれていなかった場合と、書き込まれ
てはいたが、これも何らかの理由により、破壊ないし消
去された場合とがある。

【００２１】時間誤差データ異常判別手段17がデータの
異常を検出することがなければ、装置内基準時間補正手
段23が有効となり、装置内基準時間発生手段12の生成す
る装置内基準時間を内部データ記憶手段13に記憶されて
いる時間誤差データにより補正する。例えば既述した例
におけるように、時間誤差データが例えば0.99であるな
らば、装置内基準時間発生手段12の発生する装置内基準
時間に対し、補正手段23にて係数0.99を掛けることによ
り、補正された装置内基準時間を得ることができる。こ
れは結局、実際には精度の落ちるセラミック振動子21を
用いたにもかかわらず、当該装置内基準時間精度を、出
荷前に用いられた高精度基準時間発生手段30の時間精度
と同等にし得ることを意味し、制御回路10は以降、常に
この補正された装置内基準時間に基づいて動作すること
ができる。

【００２２】上記の装置内基準時間補正手段23は、より
細分化すれば、装置内基準時間に基づいて決定される制
御サイクル自体を望ましくは直接に補正する制御サイク
ル補正手段18として構成できる。装置内基準時間に対し
制御サイクルは所定の時間比関係にあるから、上記の時
間誤差データにより当該制御サイクル自体を直接に補正
できることは明らかである。

【００２３】さらに、図示の給湯システムにおけるよう
に、例えば遠隔操作部50に時計表示部51があって、これ
に現在時刻を表示するようになっている場合、つまりは
制御回路10に時計機能を持たせる場合には、当然、この
計時用基準時間も装置内基準時間補正手段23によって補
正できることは明らかで、そのため図中、装置内基準時
間補正手段中にはこのような補正を行なう時計補正手段
19も含ませている。

【００２４】また、制御回路10に対して指示を与えた
り、逆に制御回路10の方から情報を受ける手段として、
例えば図示の遠隔操作部50に認められるように、制御回
路10とは有線連絡された外部のデータ送受信局50がある
場合には、データ通信動作決定手段14による外部データ
送受信局50とのデータ通信決定に基づき、データ通信手
段15がデータ通信を行なう際の通信制御サイクル（これ
は一般に、かなりな高精度が要求される）に関しても、
上記の時間誤差データにより、当該通信制御サイクルを
補正できることも明らかである。そのため図中では、装
置内基準時間補正手段23中には、このような補正を行な
う通信制御サイクル補正手段20も示されている。

【００２５】しかるに、既述した所において、望ましく
は設けられる時間誤差データの異常判別手段17が内部デ
ータ記憶手段13内に取り込まれた時間誤差データの異常
を検出した場合には、そこで制御回路10の動作を中断さ
せるようなことはせず、装置内基準時間補正手段23によ
る補正動作を行なわないようにして制御回路10の動作を
継続させる。つまり、このような場合には、セラミック
振動子21の共振周波数に従い装置内基準時間発生手段12
の生成する基準時間そのままに基づいて動作を継続させ
る。これは例えば、図示の給湯システム100 等では、例
え精度の悪い基準時間に基づくとは言え、制御回路10の
動作を停止してしまうよりは、動作を継続させた方が望
ましい場合、ないしは停止してしまっては具合の悪い場
合が多いからである。ただし逆に、制御回路10の動作を
停止して構わない製品、ないし停止した方が望ましい製
品にあっては、時間誤差データ異常判別手段17による時
間誤差データの異常検出に伴い、制御回路10はそこで運
転を停止するように構成されても良い。

【００２６】また、時間誤差データに異常があっても制
御回路10の動作を継続させる場合には、より望ましく
は、使用者に対し、少なくともそのような異常が発生し
たことを知らせる方が良い。そのため、この実施例で
は、遠隔操作部50に異常表示部52を設け、時間誤差デー
タ異常判別手段17が当該データ異常を検出するとデータ
通信動作決定手段14が異常データの送信を決定し、これ
に基づきデータ通信手段15が当該異常情報を遠隔操作部
50に送信し、これを受けた遠隔操作部50では、その異常
表示部52に異常情報を表示する。

【００２７】異常情報の表示の仕方は任意であって、異
常のときに点灯するランプを単に点灯させる等でも良い
し、昨今の給湯システム100 に付属のリモートコントロ
ーラとしての遠隔操作部50では、そもそも種々情報を絵
文字により可視表示するための液晶表示装置等を有して
いるので、これを異常表示部52として流用し、これに例
えば、「サービスマンを呼んで下さい」等と表示するこ
とができる。

【００２８】これにより、出張サービス等によってサー
ビスマンが高精度基準時間発生手段30を持参し、先に述
べた時間誤差データの取り込みに関すると同じ仕方によ
り、当該高精度基準時間発生手段30を用いて再度、時間
誤差データをEEPROM22に書き込めば、破壊ないし消去さ
れた時間誤差データの復旧は簡単に行なえる。

【００２９】なお、高精度基準時間発生手段30は、電波
や電話回線を通じ公的機関から提供されている時刻情報
を利用して構築することもできる。例えば電話回線を通
じて提供されている時刻情報の計時精度はかなり高いの
で、電話回線から直接に、ないしは音声カプラ等を介し
て当該時刻情報の単位時間ごとに立ち上がる特定周波数
成分を取り出す受信装置を作れば、これから高精度基準
時間信号を得ることができる。このような受信装置自体
は、この種の分野に属する当業者に採っては簡単に構築
可能である。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、装置内基準時間に基づ
いて動作する制御回路の個々に対し、高価な高精度基準
時間発生手段ではなく、安価なセラミック振動子を用い
た基準時間発生手段を搭載させても、高精度な基準時間
発生手段を搭載させた場合にほぼ等しい、高い時間精度
を持つ高制御性、高信頼性の制御回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された制御回路の一実施例
の要部概略構成図である。

【符号の説明】

10 制御回路ないしその一例としてのマイコン， 11 高精度基準時間信号を受ける信号受信手段， 12 装置内基準時間発生手段， 13 内部データ記憶手段, 14 データ通信動作決定手段， 15 データ通信手段， 16 時間誤差測定手段， 17 時間誤差データ異常判別手段， 18 制御サイクル補正手段， 19 時計補正手段， 20 通信制御サイクル補正手段， 21 セラミック振動子， 22 外部不揮発性メモリないしEEPROM， 23 装置内基準時間補正手段， 30 高精度基準時間発生手段， 31 水晶振動子， 40 被制御部， 50 データ送受信局としての遠隔操作部， 52 異常表示部．

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置内基準時間発生手段が生成する装置
   内基準時間に基づく制御サイクルに従い被制御部を制御
   する制御回路を有し、該装置内基準時間は該装置内基準
   時間発生手段に結合したセラミック振動子の共振周波数
   により決定される制御装置であって；制御装置外部から
   選択的に供給される高精度基準時間信号を受信できる信
   号受信手段と；該信号受信手段で受信した上記高精度基
   準時間信号に基づき、上記装置内基準時間に関する時間
   誤差データを測定する時間誤差データ測定手段と；該測
   定された時間誤差データを記憶する電気的に書き換え可
   能な不揮発性メモリと；該電気的に書き換え可能な不揮
   発性メモリに記憶されている該時間誤差データにより上
   記装置内基準時間を補正する装置内基準時間補正手段
   と；を有して成る制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の制御装置であって；制御
   装置はさらに、上記装置内基準時間に基づく計時機能を
   有し；上記装置内基準時間補正手段は、上記時間誤差デ
   ータにより該計時用基準時間を補正する時計補正手段も
   有していること；を特徴とする制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の制御装置であっ
   て；制御装置はさらに、外部のデータ送受信局との間で
   のデータ通信を行なうために上記装置内基準時間に基づ
   く所定の通信制御サイクルで動作するデータ通信手段も
   有し；上記装置内基準時間補正手段は、上記時間誤差デ
   ータにより該所定の通信制御サイクルを補正する通信制
   御サイクル補正手段も有すること；を特徴とする制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の制御装置で
   あって；上記制御回路はマイクロコンピュータにより構
   成され；上記信号受信手段、上記時間誤差データ測定手
   段、上記装置内基準時間補正手段も上記マイクロコンピ
   ュータにより構成されていること；を特徴とする制御装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１，２または３記載の制御装置で
   あって；上記時間誤差データの異常を検出できる時間誤
   差データ異常判別手段をさらに有し、該判別手段が該時
   間誤差データの異常を検出したときには、上記装置内基
   準時間の補正を行なわないこと；を特徴とする制御装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の制御装置であって；上記
   時間誤差データ異常判別手段が該時間誤差データの異常
   を検出したときには、異常表示部にその旨表示するこ
   と；を特徴とする制御装置。
7. 【請求項７】 請求項５または６記載の制御装置であっ
   て；上記制御回路はマイクロコンピュータにより構成さ
   れ；上記信号受信手段、上記時間誤差データ測定手段、
   上記装置内基準時間補正手段、上記時間誤差データ異常
   判別手段も上記マイクロコンピュータにより構成されて
   いること；を特徴とする制御装置。
8. 【請求項８】 請求項１，２，３，４，５，６または７
   記載の制御装置であって；上記高精度基準時間信号は、
   装置外部に設けられ、水晶振動子を用いた高精度基準周
   波数発振回路から得られること；を特徴とする制御装
   置。
9. 【請求項９】 請求項１，２，３，４，５，６または７
   記載の制御装置であって；上記高精度基準時間信号は、
   公的に供給される時刻情報を受信する受信装置を介して
   得られること；を特徴とする制御装置。