JPH10147494A - 高負荷原動機制御用無線通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズ等による誤動作を引き起こしにくい高
負荷原動機制御用無線通信装置の提供。 【解決手段】 指令通信ユニット４は入力データからス
ペクトラム拡散方式の制御コードを出力する指令モジュ
ール５とＲＦモジュール６を具備し、制御通信ユニット
２は、指令通信ユニット４から送出された無線通信信号
からスペクトラム拡散方式の制御コードを復元するＲＦ
モジュール７と該制御コードに基いて高負荷原動機１へ
駆動信号を出力する制御モジュール８を具備し、制御通
信ユニット２のＲＦモジュール７に検出信号の変動に追
従して比較基準電位が増減する波形整形手段９を設け、
制御モジュール８に制御コードを１チップ送出時間の１
／ｎ（２以上の整数）周期で取り込み入力コード列を形
成するサンプリング手段２６と、前記入力コード列に対
し拡散符号の既成コード列に基いて「０」又は「１」の
判定を行う拡散復調手段２７を設けた高負荷原動機制御
用無線通信装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホイストやウイン
チのワイヤーを巻き上げるモーター等、比較的大きな負
荷がかかる電気原動機を無線制御するための通信装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばホイストなどは、屋内外で重い物
体を吊り上げ、移送することを主な役割とする道具であ
るが、従来はそれら道具の原動機とコントロールボック
スとを長さが限られたケーブルで繋ぐものが主流であっ
たことから、移動するホイストに作業員が続くための通
路を確保する必要があった。物体の吊り上げ状況と作業
員自身の足元の双方に注意を払うことは作業員にとって
は極めて困難であり、通路の確保が不十分な場合には、
その物体に足を掛けて転ぶ心配もあって作業性の上で大
きな支障となる。また、通路の確保によってスペースの
有効利用の妨げとなる場合もあり、無線通信による制御
が好ましいとされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
な微弱電波による無線通信制御では作業に十分な通信距
離が確保できない他、ホイストの様な大きな負荷が伴う
電気原動機（高負荷原動機）は、駆動時における振動が
顕著であるために、特に大きな負荷がかかった際には、
有害なノイズを発生するのみならず、ＲＦモジュールに
よって復調した検出信号に揺ぎが生じ該検出信号のオフ
セット（図９参照）が大きく変動するという問題もあ
る。オフセット変動にあっては、一定の比較基準電位、
一定の間隔で行うＲＦ復調データ信号のデジタル化にお
いてデータ化けの大きな原因となることは言うまでもな
いが、殊に、前記原動機によって生じるノイズにあって
は検波後の信号にのることも多いのでノイズ除去用のフ
ィルタだけでは対処しきれないという問題もある。この
ような検出信号の揺らぎやノイズ或いは混信が原因とな
って、操作の有無にかかわらず原動機が勝手に作動する
といった危険な例もあり、高負荷原動機の無線制御にお
いては、誤動作を防止すべく前記各問題の解決が重要な
課題とされている。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑みて成されたもの
であって、ノイズ等による誤動作を引き起こしにくい高
負荷原動機制御用無線通信装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく成
された本発明による高負荷原動機制御用無線通信装置
は、高負荷原動機に付設する制御通信ユニットと、コン
トロールボックスに付設され、且つ前記制御通信ユニッ
トとの無線通信が可能な指令通信ユニットで構成され、
前記指令通信ユニットは、入力データに応じたスペクト
ラム拡散方式の制御コードを出力する指令モジュール
と、前記制御コードを制御通信ユニットに送出すべく該
制御コードから無線通信信号を構築するＲＦモジュール
を具備し、前記制御通信ユニットは、指令通信ユニット
から送出された無線通信信号から高負荷原動機の制御を
司るスペクトラム拡散方式の制御コードを復元するＲＦ
モジュールと、ＲＦモジュールが出力する制御コードに
基いて高負荷原動機の制御に必要な駆動信号を出力する
制御モジュールを具備し、前記制御通信ユニットのＲＦ
モジュールに、前記無線通信信号を周波数復調した検出
信号の変動に追従して比較基準電位が増減する波形整形
手段を設けると共に、前記制御モジュールに、ＲＦモジ
ュールからの制御コードを１チップ送出時間の１／ｎ
（２以上の整数）周期で取り込み且つチップ単位又はビ
ット単位の長さを持つ入力コード列を形成するサンプリ
ング手段と、前記入力コード列に対し拡散符号の各チッ
プについて同じステータスがｎ連続した既成コード列を
用いた相関を取り且つチップ単位又はビット単位で
「０」又は「１」の判定を行う拡散復調手段を設けたこ
とを特徴とする。

【０００６】前記波形整形手段としては、前記検出信号
と比較基準電位を入力とする差動回路を具備し、該差動
回路は、前記比較基準電位を、検出信号との間に一定の
電位差（例えば順方向電圧がかかった際のダイオードの
電圧降下）が開いた場合にのみ該電位差を確保しつつ追
従して増減せしめる基準電位設定部を有するものであっ
ても良い。

【０００７】また、前記指令通信ユニットの指令モジュ
ールに、キャリアの不存在が確認できる周波数帯を特定
するまで複数の周波数帯を時分割で切り替えるべく前記
ＲＦモジュールに対し送信周波数設定データを送出する
送信周波数選定手段を設け、前記制御通信ユニットの制
御モジュールに、前記指令通信ユニットからの信号の存
在を確認するまで複数の周波数帯を時分割で切り替える
べく前記ＲＦモジュールに対し受信周波数設定データを
送出する受信周波数選定手段を設ける場合もある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による高負荷原動機
制御用無線通信装置の実施の形態を図面に基づき説明す
る。この無線通信装置は、高負荷原動機１で駆動するホ
イストをコントロールボックス３から遠隔操作すべく周
波数変調による単向通信方式で構成したものであり、図
２の如くホイストに付設された制御通信ユニット２と、
コントロールボックス３に付設された指令通信ユニット
４より構成される。

【０００９】本無線通信装置の指令通信ユニット４は、
図１の如く入力データに応じた制御コードを出力する指
令モジュール５と、該制御コードに周波数変調を施した
無線通信信号（送信信号）を構築し且つ制御通信ユニッ
ト２との交信に際してキャリアセンスを行うＲＦモジュ
ール６を具備し、前記指令モジュール５は、図３の如
く、コントロールボックス３においてホイストの動作を
選択する為の操作スイッチ１４及び通信周波数のチャン
ネルを選択する為のロータリースイッチ１５が各々接続
されたマイクロコンピュータチップであり、前記操作ス
イッチ１４及びロータリースイッチ１５の状態を取り込
む入力ポートと、各通信ユニット固有の呼び出し符号及
びＩＤ等を保存するメモリー１６が接続されるシリアル
ポートと、前記ＲＦモジュール６が接続され無線通信に
伴うデータの入出力を行う通信ポートを装備したもので
ある。該指令モジュール５から出力された制御コード
は、ＲＦモジュール６、アンテナ１７を介して制御通信
ユニット２へ送信される。

【００１０】又、本無線通信装置の制御通信ユニット２
は、図１の如く前記指令通信ユニット４との交信に際し
てキャリアセンスを行い且つ受信した無線通信信号を制
御コードに復調するＲＦモジュール７と、該波形整形手
段９が出力するデジタル信号の制御コードに基いて高負
荷原動機１の制御に必要な駆動信号を出力する制御モジ
ュール８を具備する。ＲＦモジュール７は、無線通信信
号の周波数復調を行う変復調手段２２と、検波して取り
だした検出信号をデジタル化する波形整形手段９を備え
る一方、制御モジュール８は、図４の如く、ホイストの
原動機１を制御する複数のリレー１８が各リレー１８を
駆動するドライバー１９を介して接続され且つ各リレー
１８のドライバー１９に対してコントロールボックス３
からの指令に応じて駆動信号を出力する出力ポートと、
通信周波数のチャンネルを選択する為のロータリースイ
ッチ２０が各々接続され且つその状態を取り込む入力ポ
ートと、前記ＲＦモジュール７が接続され無線通信に伴
うデータの入出力を行う通信ポートを装備するマイクロ
コンピュータチップである。該制御モジュール８は、ア
ンテナ２１及びＲＦモジュール７を介して、コントロー
ルボックス３の指令通信ユニット４で構築された制御デ
ータを受信する。

【００１１】指令通信ユニット４の指令モジュール５
は、図５に示す動作を経て制御データの送信を行う。即
ち、先ずＰＬＬへ受信用データ（ＲＸ）を書き込みロッ
クして受信動作（キャリアセンス）を行う。２ｍｓ毎連
続５回の受信動作においてキャリアの不存在を確認した
らその周波数にキャリアが存在しないものと判断し、Ｐ
ＬＬへ送信用制御データ（ＴＸ）を書き込みロックして
送信動作に入る。送信動作の前にこれら一連の動作を行
うのが送信周波数選定手段１２の役割である。送信動作
時においては、ビット同期信号、フレーム同期信号、呼
出符号信号より成るＲＣＲデータを送出した後に、押さ
れた操作スイッチに対応した制御データを送出する。
尚、２０ｍｓ間のキャリアセンスでキャリアが存在しな
いと判定できなかった場合には、設定周波数を替えて同
じ動作を行う。本実施の形態においては、１チャンネル
に２つの周波数のみが割り当てられているので、周波数
を替えて２秒以上キャリアセンスしてもキャリアの不存
在の判定が出来なかった場合には、ＬＥＤ（図示せず）
を点灯させて報知する。

【００１２】制御通信ユニット２の制御モジュール８
は、図６乃至図７に示す動作を経てデータの受信を行
う。先ず受信周波数選定手段１３によって、指令通信ユ
ニット４との通信周波数が確定するまで使用チャンネル
に割り当てられた複数（前記の如く本実施の形態におい
ては２つ）の周波数を時分割で切り替え（図６参照）、
各周波数において受信データのＩＤチェック及びＣＲＣ
チェックを行い、正常であれば受信確定とし、次いで指
令通信ユニットからの正常なデータを受信することで通
信周波数が確定する（図７参照）。続く受信動作におい
て、正常なデータを１秒以上受信できなくなった場合に
は、通信周波数が不確定になったとして、再度図６の如
く２つの周波数を時分割で切り替え受信信号のチェック
を行う。

【００１３】制御通信ユニット２においては、前記の如
くＲＦモジュール７の変復調手段２２と、制御モジュー
ル８の通信ポートとの間に波形整形手段９が介在する。
本実施の形態における波形整形手段９は、図１の如くア
ンプ２３、ローパスフィルタ２４、差動回路１０、コン
パレータ２５を接続したものであり、アンプ２３によっ
て検出信号に適当な振幅を与え、ローパスフィルタ２４
によって高周波数成分を取り除き、差動回路１０によっ
て前記検出信号に発生するオフセット変動を除去してデ
ジタル化し、更にコンパレータ２５によって制御モジュ
ール８たるマイクロコンピュータへ入力するに適した振
幅の方形波に整形するものである。尚、コンパレータの
要否は、差動回路１０の出力波形Ｏ１の状態による。

【００１４】前記差動回路１０は、前記アンプ２３及び
ローパスフィルタ２４を経た検出信号Ｓを差動回路１０
を構成するオペアンプＵの反転入力端子へ入力し、該検
出信号Ｓを加工して成る比較基準電位Ｔ１を非反転入力
端子へ入力したものである。前記比較基準電位Ｔ１を入
力する非反転入力端子には、該端子の比較基準電位Ｔ１
が、検出信号との間に一定の電位差が開いた場合にのみ
該電位差を確保しつつ追従する波形となるように検出信
号Ｓを加工する基準電位設定部１１が設けてあり（図
８）、該基準電位設定部１１は、前記オペアンプＵの両
入力端子間に一対のダイオードＤ１，Ｄ２を相異なる向
きで接続し、非反転入力端子とＧＮＤとの間にコンデン
サＣを介在したものである。前記一対のダイオードＤ
１，Ｄ２の存在によって両入力端子間の電位差が該ダイ
オードＤ１，Ｄ２による順方向の電圧降下（０．７ｖ）
以内に定まり、差動回路の反転入力端子に入力した検出
信号Ｓの変化によるコンデンサＣの充放電で該検出信号
Ｓに追従する比較基準電位波形Ｔ１が形成される。

【００１５】即ち、ここで示す基準電位設定部１１のコ
ンデンサＣは検出信号Ｓの電位が上限に達するまで充電
され続けるが、充電されたコンデンサＣの電位（比較基
準電位Ｔ１の電位）の上限ＶＵは、検出信号Ｓの上限よ
りダイオードＤ１の電圧降下分だけ低いものとなる。そ
の後、検出信号Ｓの電位は下降し始めるが、コンデンサ
Ｃが放電し始めるには、検出信号Ｓが電位ＶＵよりもダ
イオードＤ２の電圧降下分だけ低くならなければならな
いので、それまでの間コンデンサＣは一定の電位ＶＵを
保持し、その間に検出信号Ｓの電位と比較基準電位Ｔ１
のレベルが一致する時点が出来る。その点が本差動回路
１０の出力波形における立ち下がりのタイミングとな
る。検出信号Ｓが電位ＶＵよりもダイオードＤ２の電圧
降下分だけ低くなると、放電によってコンデンサＣの電
位は検出信号Ｓに追従して下降し、Ｓが下限に達した時
に、検出信号Ｓの下限よりダイオードＤ２の電圧降下分
だけ高い電位ＶＬで安定する。

【００１６】更に、検出信号Ｓの電位は上昇し始める
が、コンデンサＣが充電し始めるには、検出信号Ｓが電
位ＶＵよりもダイオードＤ１の電圧降下分だけ高くなら
なければならないので、それまでの間コンデンサＣは一
定の電位ＶＬを保持し、その間に検出信号Ｓの電位と比
較基準電位Ｔ１のレベルが一致する時点が出来る。その
点が本差動回路１０の出力波形における立ち上がりのタ
イミングとなる。検出信号Ｓが電位ＶＬよりもダイオー
ドＤ１の電圧降下分だけ高くなると、充電によりコンデ
ンサＣの電位は検出信号Ｓに追従して上昇し、検出信号
Ｓが上限に達するまで充電され続ける。

【００１７】図９は、前述の動作結果をタイミングチャ
ートとしたものである。この図では前記アンプ２３及び
ローパスフィルタ２４を経た検出信号Ｓ、前記手段を以
て検出信号Ｓに追従する本発明による比較基準電位Ｔ
１、検出信号Ｓに対し比較基準電位Ｔ１を用いた差動回
路１０の出力信号Ｏ１と共に、動作を比較する対象とし
て、一定の比較基準電位Ｔ２、検出信号Ｓに対し比較基
準電位Ｔ２を用いた出力信号Ｏ２を合わせて示した。検
出信号Ｓを一定の比較基準電位Ｔ２に基いてＨｉレベル
とＬｏレベルより成る信号に成形すると、出力信号Ｏ２
のようにＨｉレベル及びＬｏレベルの期間が検出信号の
揺ぎで不安定となり、検出信号Ｓの揺ぎが比較基準電位
Ｔ２の値を超えると信号の一部が欠如する状態も生じ得
る。一方で、検出信号Ｓを、それの追従する比較基準電
位Ｔ１に基いてＨｉレベルとＬｏレベルより成る信号に
成形すると、出力信号Ｏ１のようにＨｉレベル及びＬｏ
レベルの期間（デューティー比）が検出信号Ｓの揺ぎに
かかわらず安定する。図９による説明においては検出信
号Ｓを正弦波に見立てて説明したが、該検出信号が、例
えば、前記出力信号Ｏ１，Ｏ２のように矩形化した波形
であってもほぼ同様の効果が得られる。尚、検出信号波
形への追従が始まる電位差は、検出波形の振幅の半分以
内で適宜選択すればよく、その際の回路構成も適当に定
めれば良い。

【００１８】更に、この無線通信機は、検波後の検出信
号或いは制御コードにのるノイズに対処するために、ス
ペクトラム拡散方式という通信方式を採用している。ス
ペクトラム拡散方式とは、データに疑似雑音たる拡散符
号を掛け算して成るＳＳ（Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒ
ｕｍ）信号を扱うものであり、ここでは図１の如く、指
令モジュール５のマイクロコンピュータチップに拡散変
調手段２８が構築されており、その内部で図１０の如
く、入力データに応じた制御データの形成（情報変調）
を行うのみならず、更に、該制御データの各ビットに対
し複数チップより成る所定の拡散符号の掛け合わせ（拡
散変調）を行い制御コードとしてを出力する。

【００１９】逆に、制御モジュール８マイクロコンピュ
ータチップには、図１の如く制御コードを取り込むサン
プリング手段２６と、それを制御データに復元する拡散
復調手段２７が構築されており、ＲＦモジュールから受
けとった制御コードを、図１１の如く拡散復調手段２７
で前記拡散符号による制御データに復元し、更に情報復
調によって該制御データに応じた駆動信号を出力する。
拡散復調を行うに当たっては、サンプリング手段におい
て、サンプリング周期を１チップの受信時間の１／ｎ倍
に設定することで、１チップに対し等間隔でｎ回のサン
プリングを行って図１２の如く通常のｎ倍の入力コード
列を構築し、所定の拡散符号の各チップについて同じス
テータスがｎ連続した既成コード列との相関を取り、一
定の相関値を敷居値として制御データの各ビットを
「１」と「０」とに振り分ける手法を採っている。この
ような手法を採ることで、前記サンプリング周期で認識
したコード単位で容易に同期を合わせることができる
他、たまたまノイズがのった時期にサンプリングが行わ
れる等、サンプリングタイミングの悪さによる各チップ
のステータス誤認を防止し、更に正確な拡散復調を実現
している。

【００２０】この様に本無線通信機は、電波として存在
する場合にあっては、信号が高帯域に広がっているとい
うスペクトラム拡散方式の特色により狭帯域で発生する
妨害に対する強さを持ち、更に前記拡散復調手法を採用
し且つ前記波形整形手段を備えることにより、復調時及
び復調後、更にはデジタル化した後に加わったノイズや
オフセット変動に対しても適切な制御データを復元し、
正確な動作が保証されるという特色がある。

【００２１】

【発明の効果】以上のごとく前記請求項１乃至２記載の
高負荷原動機制御用無線通信装置を使用すれば、高負荷
原動機の駆動時において検出信号に有害なノイズや大き
な揺ぎが生じた場合であっても、該検出信号を正確にデ
ジタル化することができ、作業に必要な通信距離も十分
に確保されることから作業の安全性並びに作業性の向上
に役立つ。また、請求項３記載の無線通信装置を使用す
れば、更に混信を防止することができるので、実用性を
より高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高負荷原動機制御用無線通信装置の一
例を示すブロック図である。

【図２】本発明の高負荷原動機制御用無線通信装置の一
例を示す実施態様図である。

【図３】指令モジュールの一例を示すブロック図であ
る。

【図４】制御モジュールの一例を示すブロック図であ
る。

【図５】送信時における指令通信ユニットの一連の動作
例を示すタイミングチャートである。

【図６】受信周波数を確定する前における制御通信ユニ
ットの動作を示すタイミングチャートである。

【図７】受信時における制御通信ユニットの一連の動作
例を示すタイミングチャートである。

【図８】差動回路の一例を示す回路図である。

【図９】差動回路における入出力状態の一例を示すタイ
ミングチャートである。

【図１０】指令モジュール内における制御コード構築の
過程を示すブロック図である。

【図１１】制御モジュール内における駆動信号構築の過
程を示すブロック図である。

【図１２】コード列の構造を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 高負荷原動機 ２ 制御通信ユニット ３ コントロールボックス ４ 指令通信ユニット ５ 指令モジュール ６，７ ＲＦモジュール ８ 制御モジュール ９ 波形整形手段 １０ 差動回路 １１ 基準電圧設定部 １２ 送信周波数設定部 １３ 受信周波数設定部 ２６ サンプリング手段 ２７ 拡散変調手段

フロントページの続き (72)発明者 坂井 克已 富山県上新川郡大山町下番30番地 立山科 学工業株式会社内 (72)発明者 斉藤 佳郎 富山県上新川郡大山町下番30番地 立山科 学工業株式会社内 (72)発明者 前田 浩 富山県上新川郡大山町下番30番地 立山科 学工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高負荷原動機（１）に付設する制御通信
   ユニット（２）と、コントロールボックス（３）に付設
   され且つ前記制御通信ユニット（２）との無線通信が可
   能な指令通信ユニット（４）で構成され、前記指令通信
   ユニット（４）は、入力データに応じたスペクトラム拡
   散方式の制御コードを出力する指令モジュール（５）
   と、前記制御コードを制御通信ユニット（２）に送出す
   べく該制御コードから無線通信信号を構築するＲＦモジ
   ュール（６）を具備し、前記制御通信ユニット（２）
   は、指令通信ユニット（４）から送出された無線通信信
   号から高負荷原動機（１）の制御を司るスペクトラム拡
   散方式の制御コードを復元するＲＦモジュール（７）
   と、該ＲＦモジュール（７）が出力する制御コードに基
   いて高負荷原動機（１）の制御に必要な駆動信号を出力
   する制御モジュール（８）を具備し、前記制御通信ユニ
   ット（２）のＲＦモジュール（７）に、前記無線通信信
   号を周波数復調した検出信号の変動に追従して比較基準
   電位が増減する波形整形手段（９）を設けると共に、前
   記制御モジュール（８）に、ＲＦモジュール（７）から
   の制御コードを１チップ送出時間の１／ｎ（２以上の整
   数）周期で取り込み且つチップ単位又はビット単位の長
   さを持つ入力コード列を形成するサンプリング手段（２
   ６）と、前記入力コード列に対し拡散符号の各チップに
   ついて同じステータスがｎ連続した既成コード列を用い
   た相関を取り且つチップ単位又はビット単位で「０」又
   は「１」の判定を行う拡散復調手段（２７）を設けたこ
   とを特徴とする高負荷原動機制御用無線通信装置。
2. 【請求項２】 前記波形整形手段（９）は、前記検出信
   号と比較基準電位を入力とする差動回路（１０）を具備
   し、該差動回路（１０）は、前記比較基準電位を、検出
   信号との間に一定の電位差が開いた場合にのみ該電位差
   を確保しつつ追従して増減せしめる基準電位設定部（１
   １）を有することを特徴とする請求項１記載の高負荷原
   動機制御用無線通信装置。
3. 【請求項３】 前記指令通信ユニット（４）の指令モジ
   ュール（５）に、キャリアの不存在が確認できる周波数
   帯を特定するまで複数の周波数帯を時分割で切り替える
   べく前記ＲＦモジュール（６）に対し送信周波数設定デ
   ータを送出する送信周波数選定手段（１２）を設け、前
   記制御通信ユニット（２）の制御モジュール（８）に、
   前記指令通信ユニット（４）からの信号の存在を確認す
   るまで複数の周波数帯を時分割で切り替えるべく前記Ｒ
   Ｆモジュール（７）に対し受信周波数設定データを送出
   する受信周波数選定手段（１３）を設けたことを特徴と
   する請求項１又は２記載の高負荷原動機制御用無線通信
   装置。