JPS5878298A - 状態感知器インタフエイス装置 - Google Patents

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】 本発明は状態感知器インタフェイス装置に関し、特に２
個のセンサの選択ができ、かつ状態感知器インタフェイ
ス装置への一対の電力供給線をセンサの感知信号の伝送
線に兼用できる状態感知器インタフェイスに間する。

指示や制御を目的として種々の状態を感知することけ古
くｂら行われており、その技術も高い。

通常、状態上ンサは監視されるべき場所に設置され１状
態センサの感知信号を増幅し、利用しやすい形に変換す
る回路を有する変換増幅装置は他の場所に設置され、こ
れらの間は導線で接続される。

複数の状態を監視する必要がある場合は、複数の状態上
ンサが被監視場所に設置され、それぞれの信号伝送線を
経て対応する変換増幅装置に接続されるか、ｔたは単一
の変換増幅装置に切換接続される。しかし）から１、こ
のような方法を用いる場合１センサとセンサの感知信号
を利用する装置との間の配線数が極めて多い。

多くの計装例に於て、２つの状態が感知され、かつ指示
や制御のために利用されている。特に居住空間の制御に
於ては、被制御空間の温度と湿度が重要である。冬期で
は、加熱装置は感知温度に通常は応答し、空間の環境は
適度の湿度レベルになるように監視される。一般に被制
御場所に通常の温度上／すと湿度センサが設置される場
合、これと離れた場所に設置されている指示制御装置と
上記２つのセンサとの間には２組の配線が必要となる。

このような配線方法は、居住空間の環境制御に於ては、
コスト高の原因となっている。

従って本発明の目的は配線コスｔを減少することができ
為状態感知器インタフェイス装置を提供することにある
。

本発明に於ては、抵抗形温度センサと電圧浴温度センサ
の如き、２つの全く異なった性質のセンサが、１枚の基
板上に取付けられる。この基板には集積回路素子とディ
スクＱ　−）素子が該基板上テ電気的に接続されて巣−
の・譬、ケージを形成している状態感知器インタ７エイ
ス装置が取付けられる。この巣−の・臂ツケージには一
対の電力線を経て、直流電圧が供給される。この一対の
電力線はセンサの一方又は両方により感知された状態を
表わす信号を伝送する信号伝送線としても用いられる。

基板上に、接地電位または該基板に供給されてφる正電
位に切換接続される１つの端子が設けられる。これらの
電位はデジタル論理信号のｌとＯを提供し、これらのい
ずれかの選択によって該状態感知器インタフェイス装置
は２つのセンサの一方ｔたは他方を選択する。デシタル
論理回路を利用することによって、２個のセンサから情
報を連続的に出力することも可能であり、またはいずれ
か一方のセンサのみを選択することも可能である。いず
れにしても、基板上に取付けられたセンサけ、一対の導
線によって該基板への供給電力から付勢され、かつ同じ
導線を用いて感知信号を出力する。

センサが基板とは離れた場所に設置される場合も、基板
上に設置された場合七本質的には変らない、基板上にセ
ンサを設置すれば、センサの出力信号を増幅し変換する
電気回路が同一基板上に設置されているから、温度補償
の問題が軽減される。

センサが基板上に取付けられていようといまいと、１□
１１ センサの選択は連続的に交互に自動的に行われるか、ま
たはセンサ選択用入力端子に適切なデジタル電圧を印加
することによりて、特定のセンサの選択が行われる。い
ずれの場合も、センサの出力はデジタル信号に変換され
、状態感知器インタフェイス装置への直流電力ＩＦｃよ
つて伝送される。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第１
図に於て１０は状態感知器インタフェイス装置、１１と
１２は該状態感知器インタフェイス装置に直流低電圧を
供給する電源線である。これらの線１１と１２は電源線
として用いられるだけでなく、軟接感知器の出力線とし
ても用いられる。この点に関しては後述の記載かも明ら
かになるであろう。

状態感知器インタフェイス装置１０は集積回路１３と多
数のディスクリート部品１４．１５．１６．１７を含ん
でいる。集積回路１３と多数のディスクリート部品は装
置全体の絶縁基板であるセラミ、り基板２０上に取付け
られている。このような技術は一般にハイブリッド回路
技術と呼ばれ、本発明装置を製作するのに便利である。

２１は状態感知器であり、これを基板２０上に取付ける
と本発明実施例装置は完成する。軟接感知器２１は実際
には２個の別個のセンサ２２と２３から成９、これらは
線２４と２５を夫々経て集積回路１３に接続される。２
個のセンサ２２と２３は基板２０から離れた場所に取付
けることが可能であるが、好ましい実施例では、これら
は基板２０上に取付けられ、従って他の電気部品と同一
の温度下に置かれるから、温度補償の問題を避けること
ができる。これによって、状態感知器インタ７工イス装
置全体に部品取付けが簡単になることにもなる０本発明
装置の重要々特徴は、同一の状態感知器インタフェイス
装置に幻して、２個の別個のセンサ２２と２３が状態感
知器２１を形成することである。状態感知器インタフェ
イス装置１０は、第２図と第３図を参照して後に説明す
るが、センサ２２、センサ２３又はセンサ２２と２３の
組合せのいずれかを選択させる２つの異’ｌｋツた動作
モードを選択することができる。

本発明装置の要点は、状態感知器インタフェイス装Ｍ１
０がセンサ２２と２３の中から選択を行なう２つの選択
可能な動作モードを有するように構成されていること、
及び状態感知器インタフェイス装量は被感知状態の出力
情報の出力線として用いられる一対の線１１と１２によ
って付勢されるということにある。これにより、被感知
状態の情報をそれを解釈したり利用した抄する場所と状
態感知器インタフェイス装置とを結ぶ線を僅か一対の線
で実現すると共に、装債全体の構成も複雑でなくなった
。

第２図は状態較知器インタフェイス装置の回路図を示す
、抵抗形七ン、す２２は導線２４を経て集積回路１３に
接続される。この結線は第１図に示した基板２０上で実
現される。第１図に示された全てのディスクＱ　−シ部
品が、集積回路１３の境界２６の囲りに存在するように
第２図に示されている。集積回路１３の境界２６の囲り
にお−て基板２０上に取付けられて−る特別表部品は通
常の一般的な部品であるので、特別に記号や数字で特定
されていな―し、かつこれらの機能は周知であるので、
ここでは説明を省略する。装置の全体結線とその機能に
ついて以下説明する。

状態センサ２３は電圧形状態センサであり、付勢電圧を
供給するなめの入力導線２７と、感知される状態に対応
しな電圧を取り出すための出力導線２５とを有する。電
圧形センサ２３はホール効果素子、フォトダイオード、
或いは・ぐ−マロイ形センサで実現できる。交流出力を
発生する他の集積化センサ、例えば容量形センサを用い
ることもできる。特定の用途に用いる成る実施例に於て
、センサ２２は抵抗形温度センサであり、センサ２３は
容量形湿度センサである。この構成によって、居住空間
状態制御系の温度と湿度の両方を感知することが可能で
あり、出力導線１１と１２には感知された２つの状態を
表わす出力信号が得られる。

状態センサ２２は集積回路１３の端子３ｏに導線２４を
経て接続される。端子３０はスイッチ手段３１と内部で
接続され、スイッチ手段３１は導線３２、イン・々−タ
ｆ−）３３を経て導線３４に接続される。導線３４は選
択端子３５に接続される。この端子３５は本発明に関し
て成る関係がある。端子３５ｔｉ装置の接地電位或いは
装置のセンサの選択を作動化させるなめに該装置に印加
される正電位のいずれかを提供するものとして用いられ
る。この選択の方法については装置の回路を説明した後
で述べる。

電圧形状＠−ｈンサ２３は導線２５を経て一対の端子３
６と３７に接続される。端子３６と３７はセンサ２３の
感知出力を増幅器４０に提供する。

増幅器４０の出力［４１け、端子３５から導線３４を経
て制御される第２スイ、千手段４２に接続される。スイ
ッチ手段３１と４２はモード選択手段２９の出力部を形
成する。スイッチ手段４２は出力導線４３を有し、これ
はスイッチ手段３１の出力導線４４に接続される。導線
４４と４３はスイッチ手段３１と４２の制御の下に２つ
のセンサ２２と２３からの信号を結合して増幅器４５に
与える。増幅器４５はスケール用増幅器であり、センサ
２２または２３からの被感知状態を表わすアナログ出力
を発生する。増幅器４５Ｆｉその出力信号を導線４６と
４７を経て電圧制御発振器手段即ちデジタル信号出力手
段５０に印加する。導線４６と４７は集積回路１３の外
部で接続されているが、フィルタ回路などの他の必要な
信号処理手段をこの外部接続部分に挿入接続する＆Ｊで
ある。

電圧制御発振器手段５０は、増幅器４５の出力導線４６
に現われるアナ四グ出力に対応しをデジタル出力を導線
５１に提供するように付勢され、かつ制御される。実際
、電圧制御発振器手段５０け、被感知状態の関数関係に
ある周波数を有するオン・オフ形デジタル出力を提供す
る。電圧制御Ｓｌ１発振器手段５０の出力導線５１けラ
イン・ドライバ５２を駆動する。該ライン・ト９ライパ
５２の出力端子は出力導線５３を経て端子５４に接続さ
れる。該端子５４はコンデンサ５５を経て、本発明装置
の電源線の正電位線１１に接続される。ライン・ドライ
バ５２け導＃１１のライン電圧を引き込み、電圧制御発
振器手段５０のデジタル出力信号を導線１１と１２に提
供する。このデジタル出力信号の伝送中も、集積回路１
３への付勢電圧は、ダイオード１６を経て充電されてい
るコンデンサ１７の電圧により、一定に維持される。ダ
イオード１６は導線ｌｌ上の出力信号が集積回路１３の
電カ（Ｉｔ給回路に入り込むのを阻止する。電源の出力
インピーダンスは状態感知器インタフェイスに必要な電
力を供給できる程に十分低くなければならないし、かつ
状態感知器インタフェイス用ドライバのシンキング要求
（ｔｈｅ　ｓｉｎｋｉｎｇ　ｒｅｑｕｉｒｅｍ＠ｎｔ　
）を小さくするために十分な高い出力インピーダンスで
なければならない。

集積回路１３には定電流発生器５７が内蔵されており、
これには端子５６から電圧制御抵抗６０とツェナーダイ
オード６１を経て電圧が供給され、従って定電流発生器
５７は定電流をセンサ手段２３に提供できる。

次に第２図回路の動作について説明する。第２図に於て
、２個のセンサ２２と２３は相異なる形式のセンサであ
り、前者は抵抗形センサ、後者は電圧形センサとして示
されている。ここではこれラノセンサが温度センサと容
量形湿度センサテするとして、第２図回路の動作番説明
する。センサ２２と２３は状態感知器インタフェイス装
置１０の状態感知器であり、基板２０上に取付けられて
いる。状態感知器を取付けた該基板は、温度と湿度の両
方を感知すべき居住空間内に設置される。

感知された温度と湿度の状態に基いて、炉や加湿装置が
制御される。導線１１と１２は直流電源とマイクロプロ
セッサの如き制御装置とに接続されて−る・マイクロプ
ロセッサは状態感知器インタフェイス装ＷｔｌＯに現わ
れた温度と湿間を、導線１１と１２により伝送されてｔ
！ナデゾタル出力信号によって知ることができる。

どのセンサを作動させるべきかの選択は状態感知器番増
付けた基板２０の設置されている場所に於ても、端子３
５への導線を用いて遠隔の場所に於ても、行うことがで
きる。説明を複雑にＬカいために、選択動作は基板２０
上で行われるものとする。先ず端子３５は正電源端子５
６に導線で接続されることにより、ダイオード１６を経
て正の電圧が印加されるので、端子３５は端子５６への
結線によって付勢されるものとする。これにより、端子
３５には一定の正電位が得られる。この電位をデノタル
論理１と考えれば、第２図の回路構成により論理ｆ−）
即ちスイッチ手段３１と４２は差動的に付勢される。端
子３５に印加された論理信号ｌけインバータ３３で逆費
換され、従うてスイッチ手段３１には論理信号０が印加
される。するとスイッチ手段３１は閉じてセンサ２２を
スケール用増幅器４５に接続する。導線３４を経てスイ
ッチ手段４２に印加される論理信号１け骸スイッチ手段
４２を開いて、増幅器４０の出力端子、従ってセンサ２
３の出力端子をスケール用増幅器４５０入力端子から切
離す。

スクール用増幅器４５はセンサ２２からその抵抗を表わ
す電圧を受信し、適切なアナログ出力信号に変換し、出
力導線４６と４７を経て該アナログ出力信号を電圧制御
発振器に印加してこれを制御する。電圧制御発振器５０
はライン・ドライ・ぐ５２を周期的に付勢し、これによ
ってライン５３は引き込まれ、入力導線１１に結合コン
デンサ５５を経て負荷が与えられる。この負荷の付与は
実際にはデジタル出力信号として導線１１と１２、に現
われ、このデジタル出力信号はマイクロｆ。

七、すの如き、図示されていない制御装置に印加される
。マイクロデロセ、すは炉や他の加熱装置を制御する。

制御されるべき場所の湿度をサンプルすることが要求さ
れたときは、端子３５け接地導線に接続され、従って導
線３４には論理信号Ｏが与えられる。するとスイッチ手
段３１け開き、他方のスイ、チ手段４２け閉じる。抵抗
形温度センサ２２はスケール用増幅器４５から切離され
、代って湿度センサ２３の出力端子が増幅器４０で増幅
され、さらに増幅器４０の出力端子はスケール用増幅器
４５の入力端子に接続される。温度センサ２２について
説明したのと同じ動作を行りて、湿度センサ２３の出力
は導線１１と１２を経て制御装置に印加される。

端子３５は基板２０と離れた場所にある正電位源と接地
電位源に夫々接続することが可能であり、従って遠隔地
からセンサ２２と２３の選択を行うことができる。この
場合、計装の要求に従った特定のノ４ターンでマイクｐ
グロセ、すは制御系の温度と湿度をサンプリングするよ
うに、スイッチ手段の遠隔切換の選択を行う。

第３図回路は本発明の他の実施例回路であり、第２図回
路と同じ構成要素は同じ参照番号が付しである。以下第
２図回路に追加された回路とその機能について説明する
。第２図に於けるモード選択手段２９け基本的にはスイ
ッチ手段３１と４２、インバータ・ｆ−）３３及び導［
３４とを含んでいるが、第３図では著しく変更されてい
る。第３図に於て、モード選択手段２９′はやけやスイ
ッチ手段３１と４２を用いているが、その制御方法は著
しく異なっている。

モード選択手段２９′はセンサ選択論理手段７゜を含み
、これけセンサの選択を制御し、かつどのセンサが選択
されたのかを特定するセンサ選択補助回路７３の一部と
して機能する。センサ選択補助回路７３は第４図に詳細
に開示されている。センサ選択論理手段７０けスイッチ
手段４２を制御する出力線３４′とスイッチ手段３１を
制御する出力線３２′とを有する。センサ選択論理手段
７０け自動マルチ・櫂イブレータ７２で駆動される久方
端子？　’１を有する。自励マルチバイブレータ７２け
センサ選択論理手段７ｏに切換論理信号を提供できるも
の々らば、どのよう表形式のものであってもよい拳自励
マルチ／々イブレータ即ちタイミング手段７２けセンサ
選択論理手段７ｏに交互に切換論理信号を供給するもの
であり、それ以上の実質的機能はない・センサ選択論理
回路７ｏけ導線３４に接続された他の久方端子を有する
。デジタル論理信号Ｏが導線３４に与えられると、セン
サ選択論理手段７ｏは不作動化され、スイッチ手段３１
と４２のどのスイッチを閉じさせるかの事前決定が行わ
れる。センサ選択論理手段７ｏは更に、出力線７４′と
７４＃を有する。出力線７４′と７４１に現われた信号
は同期信号発生器７５を制御して、ライン・ドライバ５
２への入力の制御と入力のコード化とを導線７６とスイ
ッチ手段９３と９４を介して行う。センサ選択論理手段
７ｏの機能は、自励マルチバイブレータ７２と同期信号
発生器７５と共に説明される。自励マルチバイブレータ
７２け一般的なものであや、従ってその詳細は省略する
。同期信号発生器７５はセンサ選択補助回路７３の中に
含まれてｉ？９、第４図にその詳細が開示されている。

センサ選択補助回路７３は以下に述べるような機能を提
供できるものであれば、どのような構成でもよいが、例
えば第４図に示す実施例回路は代表的な回路であ石。第
５図は本発明装Ｗに於ける各構成要素間のタイミング関
係を示す図である。センサ選択補助回路の内部の動作は
本発明を理解する上で特に重要ではないので、第３図の
動作説明はセンサ選択補助回路７３に含まれている特別
な構成部品の配達の前に行われる。

次に第３図回路の動作を説明する。状態感知器インタフ
ェイス装ｆｉｌｌＩＯ’は第２図と同様に、居住空間の
温度と湿度の制御を行う制御系に適用されるものとする
。第３図回路に於ても、第２図回路に於けると同様に、
端子３５に論理信号ｌ又け０を印加することによって、
２つの選択が行われる。

もし論理信号１が端子３５に印加されると、センサ選択
論理手段７０け作動化され、自振マルチバイブレータ即
ちタイミング装［７２に応答して繰り返しサイクル動作
を行う。この繰り返しサイクル動作はデジタル信号をス
イッチ手段３１と３２の夫々に印加し、次に該デジタル
信号の反転信号を印加するから、これらのスイッチ手段
３１と４２は開と閉を繰り返し、センサ２２と２３をス
ケール用増幅器４５に交互に接続する。この情報は電圧
制御発振器即ち可変周波数発振器５０とライン・ドライ
・４５２に与えられる。これと同時に、同期信号発生器
７５が作動させられる。可変周波数発振器５０の出力端
子と導線９５とは、同期信号発生器７５によって瞬間的
に断続される。これと同時に、同期信号発生器７５は導
線９５を作動化してライン・ドライバ５２に正電位信号
を提供させる。このような構成により、ライン・ドライ
バ５２への信号のコード化が行われ、従って出力導線１
１に提供されるデジタル信号は、それがセンサ２２から
のものか又はセンサ２３からのものかを識別することが
できる。この実施例に於て、自励★ルチ・ヤイブレーク
が出力信号が変るたび毎に、該信号は可変周波数発振器
の出力を不作動化し、かつ導線９５に正電位を与えるよ
うに利用される。これはセンサ２２２．２３からの始動
と停止のデータを識別するための・譬ルス幅弁別動作を
可能にし、従ってマイクロデロセ、すの如き制御装置或
いは出力信号利用装置はどのセンサ°が利用されている
かを識別することができる。端子３５に論理信号１を印
加している限り、２つのセンサは連続して交互にサング
ルされる。

端子３５に論理信号０が印加され逐場合、センサ選択論
理手段７０け不作動化され、センサ２°２と２３のいず
れか一方を連続的にサンプルするために、スイッチ手段
３１と４２の一方を閉にするように予め設定されな信号
が導線３４′と３２′に与えられる。殆んどの居住空間
の制御に於て、温度センサ２２は湿度センサ２３よりも
関心が高い。

このため、端子３５に論理信号Ｏが印加され為と、スイ
ッチ手段３１は閉とたり、スイッチ手段４２は開とな詐
、スケール用増幅器４５には感知された温度を表わすセ
ンサ２２の抵抗値信号が連続的に印加される。従って導
線１１と１２には感知され念温度を表わす出方信号が４
見られる。

第４図はセンサ選択補助回路７３の詳細を示す図である
・この回路の構成要素は一般的なデジタル論理回路であ
るので、これらの個々の説明は簡略に行う、センサ選択
補助回路７３の入力線け３４と７１である・７１は第３
図のマルチ・青イブレータ７２の出方導線でもある。こ
れらの入力線に与えられ次入力信号は、導線３２′と３
４／に夫々接続された一対の出力端子を有する通常のＤ
形フリップ・フロ１．デを駆動する。Ｄ形フリ、！・フ
ロ、デの２つの出力信号は相互に極性を異にしており、
これがスイッチ手段３１と４２を直接駆動して一方を開
、他方を閉にする。導線３２′と３４′を経て伝えられ
るＤ形フリ、！・フロ、デの出力信号はセンサ選択補助
回路７３の一部、即ちセンサ選択論理手段７０をも駆動
する。この論理手段７０は一対の単安定マルチバイブレ
ータ８ｏと８［から□成る。これらマルチ・櫂イブレー
タ８ｏと８’ｌＲ氷ア・ｆｆ−）８２を駆動する。この
オア・ｆ−）８２け、可変周波数発振器５０の出力端子
とライン・ドライバ５２０入力端子とを接続する導線９
５の接続と切断を行う一対のスイッチ９３と９４を駆動
する。

スイッチ９３と９４が作動すると１．可変周波数発振器
５０はライン・ドライ・４５２を駆動し、かつ導線７６
上に発生するとして第３図に示されている同期化／臂ル
スの印加は阻止される。この回路の動作は第５図のタイ
ミング図の説明にヨリ更に明らかになるであろう。

第５図はセンサの切換についてのタイミング図である。

図示の第１の波形８３はセンサ２３の出力のオン・オフ
選択を示す。この波形はセンサ２３が先ず不作動化され
、次いで導線ｌｌ上に出力が読み出されることを示して
いる。タイミング波形８４はセンサ２２の選択を示す。

これはセンサ２２はセンサ２３が選択されていない期間
に選択されることを示している。第３の波形８５は、セ
ンサ２２と２３によって感知された状態に対応して変化
する可変周波数発振器５０の出力波形を示す、導線７６
上のセンサ同期化・ぐルスは第４波形８６として示され
ている。第５波形８゛７け可変周波数発振器５０の出力
端子とライン・ト９ライ・櫂５２の入力端子を結ぶ導線
上の点９５（第３図、第４図参照）に現われる信号波形
、即ちライン・ドライ・４５２の入力信号波形を示し、
これはデジタル・データを含んでいる。

導線７６上の同期化ノ臂ルスは波形８６に示されている
。第１のタイミング・／ｆルスｔ１は短い時間幅のタイ
ミング・ノｆルスであり、可変周波数発振器５０の出力
が不作動化されている間に、ライン・ドライバ５２の入
力端子に現われる０次の時間間隔ｔ２Ｆｉ最初の時間間
隔よりも長くとってあり、この間にセンサ２３の読み出
しが行われる。これによりて、マイク四プロ七、すの如
き出力制御装置は、どのセンサが読み出されたかを決定
することができる０時間が経過し、センサは再び切換え
られ、かつ短い時間幅の・臂ルスｔ１が発生し、どのセ
ンサが選択されているかが識別される。このような回路
構成により、センサ２２と２３は交互に切換えられ、可
変周波数発振器５０の出力はセンサ切換が行われると瞬
時阻止される。出力が阻止される時間幅がセンサ毎に異
ならせであるから、これが出力制御装置で検出されて、
どのセンサが選択されたかを識別することができる。

開示された回路の検討から明らかな如く、本発明は構成
部品や動作モードを簀更して、種々の態様で実現するこ
とができる０本発明は種々の物理状態に適用できるもの
であや、従って実施例装置に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置全体の概要を示すブロック図、第
２図は本発明の一実施例回路図、第３図は本発明の他の
実施例回路図、第４図は第３図回路の一部の詳細な回路
図、及び第５図は第３図回路の動作を説明する念めのタ
イミング図である。 １０・・・状態感知器インタフ黛イス装置、ｌｌ及び１
２・・・一対の電力供給線、１３・・・集積回路、２０
・・・基板、２１・・・感知器手段、２２・・・抵抗形
温度センサ、２３・・・電圧形湿変センサ、２９・・・
モード選択手段、３５・・・モード選択用入力端子、４
５・・・Ｘ’）−ル用増幅器、５０・・・可変周波数発
振器、５２・・・ライ／・ドライバ、７゜３・・・セン
サ選択補助回路。 特許出Ｓｔ人　　へネウエル・インコーポレーテ、ド代
理人弁理士松下義治

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対の電力供給線を信号送線上、シて兼用する状態感知
   器インタフェイス装置であって、感知されるべき少くと
   も１つの状態に応答する状態感知器が接続される入力手
   段、感知器インタフェイス装置の２つの感知モードを切
   換選択するモード選択手段、該モード選択手段を経て与
   えられる状態感知器からの状態信号をデジタル信号に変
   換して上記一対の電力供給線に出力するデジタル信号出
   力手段、及び上記一対の電力供給線が接続される電力端
   子手段とから成る状態感知器インタフェイス装置。