JPS5885649A - デ−タ通信装置およびデジタルデ−タとアナログデ−タを交互に通信する方法 - Google Patents

デ−タ通信装置およびデジタルデ−タとアナログデ−タを交互に通信する方法

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JPS5885649A
JPS5885649A JP57193277A JP19327782A JPS5885649A JP S5885649 A JPS5885649 A JP S5885649A JP 57193277 A JP57193277 A JP 57193277A JP 19327782 A JP19327782 A JP 19327782A JP S5885649 A JPS5885649 A JP S5885649A
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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】 本発明はデータ通信装置に関する亀のであり、更に詳し
くいえば電源回路を利用する組合わされたアナログデー
タおよびデジタルデータ通信装置に関するものである。
本発明の目的社、電源回路を介してアナログデータまた
けデジタルデータの伝送を行うための改曳したデジタル
データ通信装置を得ることである。
この目的シよびその他の目的は、電圧降下を発生させる
九めに電力伝送回路中に抵抗器を利用する送信器と通信
装置の間の”データ通信装置を提供する本発明によシ達
成される。抵抗器を流れる電源回路電流を予め設定され
ている限界の間で迅速に変化させゐことによ)、送信器
tたは通信装置によ〉選択的なデジタル通信が行われる
。それらの予め設定されている限界の間の各変化は、直
′狗デジタル情報のデジタルビットを回路中で伝えるた
めに用いられる。そのビットはm沖の電圧降下によ)発
生される電圧の変化によって表わされる。アナログデー
タの伝送は、デジタル通信の間に、アナログ値を表わす
電源回路の電流レベルによシ行われる。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
まず、本発明の通信装置の一実施例のプロッタ・図が示
されている第1図を参照する。プ關セス変量送信器2へ
直流電源4から抵抗器6を介して電力が供給される。電
源線の間に過信装置8が接続される。この過信装置8の
接続社電源l1117に沿う任意の点で行うことができ
る。この丸めに、この通信装置8は、第9図を参照して
後で説明するように、回路とデータ入力キーブードおよ
び表示器を備えている手持ち装置とできるから、通信装
置8を最大限に利用できる。ζや装置によ)、通信装置
8は送信器2、九とえばパイプライン中の圧力を監視す
為圧力送信器へ電力を供給する2本の纏を介して送信器
2と通信できることKなる。
この通信の動作は中二重、ビット直列伝送であって、送
信器ループ中に存在する電流と電圧によ)伝えられる。
ループ回路抵抗器6の抵抗値は少くと4250オームで
、通信ループ中に直列に挿入される。通常は、送信器に
より監視されているプロ竜ス変量(pv)、九とえは圧
力がブーセス変胃ダ信号を生ずる。そのような40〜2
01mAのアナログ信号は通常のいわゆる2IIIデー
タ受信器によりモニタされる。その受信器は電61[4
から供給され九電流に応答して、4〜20mAの電流信
号により定められ九ブーセス変量の値を表わす出力を生
ずる。そのような装置は米国特許第3562729号に
示されているように周知である。この装置は第11図を
参照して後で説明する。このPV傷信号デジタルデータ
通信中KL畜れ、を九は変更されてデジタルビット伝送
を行う。デジタルデータ通信は、予め設定されている限
界九とえば4鼓大と20mA□間でループ電流を急速に
変化させる。ループ電流のむの変化は直列デジタルビッ
ト情報を伝える。
この通信装置は通信動作中に1論理「0」に対して16
mムをループから受は石、すな゛わち「減少させ」、論
理「lJK対して0Illlムをループから受ける。送
信s12はこの電流変化を、その入力端子と出力端子の
間の電圧降下として検出する。過信装置IKよ〉と動画
され九16mAが、電流ループに直列接続されている抵
抗器6における4vの電圧降下をひ自起してそO電圧降
下を生じさせる。
この電圧降下〇九めに送信器の入出力端子間の電圧が4
vだけ低くなる。帯域フィルタを用いることによシ、送
信器2はアナ四グ信号送信において許されているものよ
)も急速な電圧変化だけに感する、すなわち、送信器2
はアナレグ信号とデジタル信号を送るが、デジタル信号
だけを受ける。
通信装置8が送信器2との過信を開始すると、プEI−
にス変量(PV)電流を4〜20waムの範囲内の8鼓
大きさKすることもできる。過信装置8はループから更
に16mAをとり出して全ループ電流を20〜36 m
A Kする。この電流と如出しはただ1つのデジタルビ
ット時間に起シ、送信器2との通信が開始されたことを
送信器2へ知らせる大めに用いられる。送信器の入力端
子における電圧は、抵抗器6の電圧降下を表わす4vだ
け低下する。送信器2がその入出力端子における電圧降
下を検出すると、送信器2は1ビット時間だけ待ち、そ
れから以前のプロ竜ス変量からのそれ自身の電流と〉出
しを新しいレベルの4mAtで減少する。この電流減少
は、それと同時に起る通信装置8による電流と)出しの
16mAからOmAへの減少に一致させられる。そうす
ると全ループ電流は20〜36mムの範囲から4鼓大に
減少する。通信動作が終る壜で送信器2は4鼓大のその
とり出し電流を維持する。ループ電流は、通信装置8に
よ〕、スタートビットとパリティビットを含め九各デジ
タルビットに対して4鼓大から20mAへ変えられる。
この電流変化は入出力端子間の電圧の降下として送信器
2によシ検出され、それにより各デジタルビットが検出
される。通信装置8から送信器2への過信が終ると(辷
れは所定時間tだけ持続する定常ループ電流4 mAに
より示される)、送信器はそのとり出し電流を4〜20
mAの範囲内の以前のプロセス変量(pv’)レベルま
で戻す。仁の通信フォーマットを第2図に示す。
pv送信器2から通信装置8へのデジタル通信動作が起
ると、送信器2はそのとシ出す電流をプルセス変量レベ
ルたとえば4〜20Klムから20mAへ増加する。送
信器2はその電流レベルを1ビット時間O1%a11A
持し、それから電流レベルを4mA 1で低下させる。
この4mAの電流レベル41ビット時間だけ維持され、
その時間が経過してから「スタートコビットによ多情報
の伝送が開始される。送信器2から通信装置8へのデジ
タル通信は継続され、その通信動作が終るまでループ電
流は各デジタルビットに対して4mA〜20mAの間で
変化させられる。所定の・時間ic>間ループ電流が4
11mAN:安定して保たれ九時に、通信動作は終了す
る。その通信動作が終り九後で、送信器2mA Oレベ
ルへ戻すようにループ電流を調整する。
第2. 3図に示されていゐスタートビットの期間の前
の時間は、第2.3図の通信波形フォーマットで示され
ているように「スタートビット」、8個のデータビット
、パリティビットおよびストップビットの正常なプ四セ
ス変量伝送フォーマットに先行する「合図ビット」であ
る。この「合図ビット」はいずれかorstiへの送信
の開始時においてのみ用いられる。ある特定の送信が1
バイト以上のデータを要求するものとすゐと、送信器2
と過信装置8の間の通信に対して、第4図に示されてい
るように1過信動作が終る壕では、1つのバイトが送ら
れ走置11Kj!g時間tなしに、次のバイトが送られ
る。
第5図には過信装置11に&ける通信リンクを実現する
ための回路図が示されている。この回路中には3りO基
本的な部分がある。それらの部分は、デジタル信号線1
1によシ並列−直列費換器をよびタインング回路すなわ
ちエニパーナル非同期送受信器(UART)12に接続
されるマイクロプルセッサ(CPU)1GおよびそれK
ll連する回路と、減衰器/フィルタおよび演算増幅器
とパワートランジスタを含むパルス幅賓調器とよ如成る
電流駆動回路26と、入力保護回路網、フィルタおよび
比較器よ)成る電流受信回路24である。送信器2と過
信装置−に用いるCPUプログラムメモリとデータメ量
りを有する従来のマイクロブ田セッサを含むことができ
る。格納されているデータの読出しと、入来データの格
納と、 マイクロプルセッサのメモリに格納されている
プログラムまたはアルゴリズムの使用と、アドレスバス
とデータバスの使用と、CPU内の論理回路の動作は公
知のCPUすなわちマイクロプロセッサ製品によ砂夷行
される通常のデジタル・コンピュータ技術である。更に
、関連するノ・−ドクエア装置へ出力信号を与えるため
に希望のCPU機能を行うことをCPU K指令するマ
イクロブ關グフムを含むプログラムと分岐ルーチンの書
込み4ヒの分野で周知である。し九がって、それら公知
技術にりいてのこれ以上の説明は省略する。
CPo 1G は[送信可能化(TX ENABLE)
 J出力を生じ、この出力は2人カナ/ドゲート14の
1つの入力端子へ与えられる。このナントゲート140
1112の入力端子へはUART12のBDO(直列デ
ータ出力)出力端子から出力が与えられる。
ζOす/ドゲート140出力は抵抗回路網Rs。
ml!、1mを介して第1の演算増幅器16の非反転入
力端子と、第1のコンデンサ01の一方の端子へ接続さ
れる。このコンデンfCtの他方の端子はW!地される
。帰還信号抵抗器R6の一方の端子は演算増幅器lll
0反転入力端子へ接続される。
この演算増幅器16の出力端子は抵抗器16を介して電
界効果トランジスタFETIび一トへ接続される。この
FIT 1の一方の電極は抵抗器R4を介して出力端子
1Tへ接続され、FIT1の他方の端子は抵抗器R7を
介して出力端子17の一方へ接続される。
出力端子11の他方は接地され、出力端子17の一方は
、抵抗器R丁とコンデンサC−を含むフィルタ回路を介
して、直列接続ダイオードDiとDtの共通接続点へ接
続される。ダイオードD1O他方の端子は接地され、ダ
イオードD!の他方の端子社正電源+Vへ接続される。
ダイオードDIとD2の共通接続点は抵抗41 RHを
介して第2の演算増幅器180反転入力端子へ接続され
るとともに、抵抗器Rsmを介して正電源+Vへ接続さ
れる。
増幅61@の非反転入力端子は、抵抗帰還回路R・、R
soを介してその出力端子へ接続され、抵抗器Rstを
介して正電源+Vへ接続される。抵抗器R・、Rhは分
圧器を形成すゐ。増幅器18の出力端子はナントゲート
20の第2の入力端子と、CRUIOの入力端子へも接
続され、CPU10へi信号を与える。ナンドゲー)2
0の第10入力端子はCPU1GO出力端子へ接続され
て「受信器動作可能化(RX INAIIIJ)J信号
を受ける。ナンドゲー)2Gの出力は1lDI(直列デ
ータ入力)をgART 12へ与える。第5図の図示を
簡単にする九めに、CPUl0のデジダルメモリはCP
U O外部にあるように示してあ夛、CPUl0とUA
RT12の同期クロック信号と、CPUl0のためのデ
ジタル表示器が省かれていることに注意すべきである。
それらの構成部品の詳しい動作は当業者には周知であシ
、それらを説明することは本発明の完全な理解のためK
は不要であると考えられるが、よシ完全なブロック図を
第8図に示しである。
r TX INABLEJ出力信号を用いることによシ
、予めプルグラムされている!イクロプロセツサCP0
10によって直接発生される「合図ビット」を利用して
駆動回路26は動作する。このCPU出力信号はrOJ
Kセットされ、との「0」はナントゲート14において
UART12からの8DO出力信号に加え合わされて、
ナントゲート14の出力端子に「IJ比出力生ず石。こ
の出力信号を受けた演算増幅器16はFIT lを流れ
る電流を調整して、抵抗@malcおける電圧降下がナ
ントゲート14の出力電圧の215、九とえば約2VK
等しくなるようKする。この動作によJ)FIT1を流
れる電流は約16asAとなる。ζめ電流は送信器ルー
プ電流から直接と夛出され、前記し九ようKそのと9出
された電流は送信器によりその端子間電圧降下として見
られる。次に1マイクロプロ七ツナは「丁XENAII
LICJ償号をrlJレベルにセットし、その九めKF
冨Tlを流れる電流が零壕で減少するから電流ループの
電流は減少させられる。それから、CPUI Oti第
1のバイトをUARτ12にロードする。
そうするとUAR丁12はそのバイトを直列デジタルデ
ータに変換し、そのデジタルデータにスタートヒツト、
パリティビットおよびストップビットを附加してからl
1OD出力端子を経てナントゲート14へ送る。ζO信
号伝送の九めに、通信ループ電流はFITI K ry
C#iI図に示すように、最終的に変化させられる。ζ
Oループ電流の変化線、CPUI Oがそ0デ一タ格納
01MDK”達するまで、送信器2へ送られる直列情報
の各ビットととに行われる。
受信器24はシステムから過信装置8へ送られる情報を
受けるように動作すゐ。過信装置1sが通信をひと九び
開始すると過信は過信装置8により制御されるから、過
信装置@紘応答を常に検出することが予測され石。過信
装置8から送信器2への通信が終ると、過信装置8内の
CPUIGが受信II−路24からのioo信号を毫二
夕する。とくに、CPU10は、4鵬ムから20mAへ
の最初の変化の後の2011ムから4鵬ムの変化を検出
する。
それから、CPU10a、1ビット時間遅れて「スター
トビットJが供給されることを警告され、CPU10は
1LXD可能化ビツトを「1」にセットすることによシ
受信器回路24C)動作可能化を続行できる。この信号
はナンドゲー)20において、受信11回路24からの
幻■信号に組合わされて、Uム虱テ12へ与えらお、る
rfDIJ入力の正しい論理レベルと、正しい極性を発
生する。それからスタートビットが送信器2から受信さ
れ、送信器2からのデジタルデータの送信が始まる。パ
リティピットが送信された後で、「ストップ」ビットで
通信は終了させられる。その時にはループ電流は4va
ムに減少させられる。送信器2は、予め設定されている
時間「t」だけ待って、 ループ電流を加えることが可
能な変量電流レベルへ戻して、送信1!2から送信する
九めに正常な4鵬ムから20mAのプpセス変量データ
信号を発生する。通信装置6の動作のタイ建ング図を第
6図に示す。
送信器駆動回路/受(111回路のブロック図を第2図
に示す。送信器2の受信器部は通信装置8の受信器回路
24に類似し、かつ、同様に動作する。
送信Wk2の駆動部は、プロセス変量出力電流を制御す
る九めに従来のやり方で送信装置に既に含まれている4
〜20mムアナ冒グ電流(pv)制御器26に附加され
る。この回路をデジタル信号送信器として機能させるた
めに1出力回路の時定数がコンデンサのスイッチングに
よ抄変更される。
いいかえると、プロセス変量出力は出力コンデンサによ
り平均されるP/ム変換器31のパルス幅変調され九出
力の平均である。デジタル出力を迅速に変化させるため
に、出力コンデンサは回路から切p換えられて電流を高
速で変化できるようKする。そのスイッチングはUAR
T 23に接続されているCPU22によ如制御され暮
。このUART23はBDO出力とgDI入力を有する
。8DI入力は難1ζ路24に与えられる。ヒの受信器
回路24は前記し丸ようにして構成され、通信装置8か
らデジタル情報を受けるため、および出力端子17に接
続されている4〜20mA  電流制御器24の出力を
無視する丸めに用いられる。UAR丁23の800出力
は2人力排他的オアゲート2801つの入力端子へ与え
られる。ナントゲート28の第2の入力端子へはCPU
22から出力が与えられる。オアゲート28の出力は単
極双投スイッチ30の1つの接点へ与えられる。スイッ
チ30の他の接点はD/ム 変換器31の出力端子へ接
続される。スイッチ30のスイッチアームは電流制御器
26の制御入力端子へ接続される。時定数コンテン?3
4を電流制御器2@へ接続するために単極単投の第2の
スイッチ32が用いられる。スイッチ30゜32は、送
信器2によりアナpグ(PV)tたはデジタル信号を送
信するためにCPU22によシ同時に動作させられる。
第7図に示すブロック図は、第5図と同様にプロ七−′
変量センナを含む外部CPU入力と、CPUメそりと、
CPU22とtJAR丁23上23させるクロック信号
のようなものは図示を省略して図示を簡単にしである。
それらの詳細は第1O図に示されている。第10図につ
いては後で説明するが、それは本発明の完全な理解には
不必要である。
電流制御器2・への制御信号入力はD/A fi器31
の出力端子からUART 2 NのgDO出力信号へC
PU22 Kより切如換えられてデジタル通信を行う。
この800出力信号に排他的オアゲート2魯が接続され
る。この排他的オアゲートによl)、CPU22の制御
の下に「合図ビット」を発生できる。
デジタル通信の丸めにスイッチにより切り換えられる時
定数コンデンサ34は4〜201mAの最近のプ■セス
変量電流臘信号に比例する値を貯える。
デジタル通信が終ると、コンデンサ34はスイッチ32
によシ回路へ再び接続され、プ四竜ス変量(pv)電流
送信が、装置の最短安定時間で再開される。
以下に示すのは、第5,7図に示さ□れている本発明の
好適な実施例に用いられる回路部品の一覧表である。
CPU10,22       RCA  1802 
tjIiUART12.23   RCA 1854型
R130にオーム Rz、Rs、R@     IOKオームRs    
        20にオームRa         
    124オームR?            3
12オームEls           IKオームR
e、Rtt         250オームRIO75
0オ一ム mu          100オームRsi    
        I  MオームDI、DI     
      lN4004Cs           
  O,01#fCI             0.
47μfCm             0.0047
μfCa             Zμf増幅器1 
g 、 I II     ICL7641−Int@
rst lナントゲート14.20  40111!−
RCム排他的オアゲート211  4030JS1−R
CA+V            −5V、62オーム
と直列FIT I              VN9
8−1mt*rsll第8図に示すように、通信装置8
はデジタル信号をCPU10へ供給するためのキーボー
ド40を含むことができる。そのようなデジタル信号と
、内蔵されているプログラムを含む他のデジタルデータ
はRAM42とROM44のようなメモリに格納できる
。CPUIGはその動作中に存在するデジタル信号を表
示させる丸めに表示器46を動作させるようにも構成で
きる。通信装置8を第9図に斜視図で示す。この通信装
置8は手持ちケース5Gを含み、このケース50には表
示窓52と押しボタン54が設けられる。ケース50は
通信[17(第1図)に選択的に接続される接続ケーブ
ル5@を含む。第5.8図を参照して説明した回路部品
はケース50の内部に収められて通信装置8を構成する
。第10図に示すように、送信器2はCPU22の°た
めのROM60 、 RAMII 2 のようなメ毫り
を含む。そのメ49は通信!117を介して受は九デジ
タルデータと、予め格納されているプログラムと、CP
U22が使用するデータとを含むことができる。CPU
22に与えられる外部入力は、モニタされるプロセス変
量を検出するセンナ64と、こOセンナ@4のアナログ
出力をCPU22に与えるのに適するデジタル信号に変
換するA/D変換器66とを含む。クロック源68がC
PU22とUART23との動作を同期させるように構
成される。第11図には、通信線17KI&続されてい
る抵抗器6の端子間に生ずるアナログ信号を表わす出力
を含ませる九めに、第1図に示されている通信装置を拡
張し九装置のブロック図が示されている。そのアナログ
信号は抵抗器6の端子間に接続されていゐ入力−を介し
てに勺変換器70へ与えられる。
ζOム/D変換器70の出力は表示器74のような利用
装置へ与えられる。このように、アナログ信号の通信線
、電源4から送信器2と通信装置6へ電力を供給する丸
めに用いられている線を用いて行われる。
アナログ・プロセス変量信号とデジタル信号を、以上説
明した信号処理1回路を用いて送るための4〜20mA
 通信リンクを!j!現する方法はコストが低く、正確
でマイクロプロセッサをペースとする検出装置を通信装
置$にインターフェイスするのに簡単な方法である。こ
の装置は、デジタル通信機能を附加することによ〉、ア
ナログ性質の九めに0.1係の確度に限定されていえ従
来のアナログ4〜20 mA鋏装を、附加され九性能の
丸めに演算と制御の確度が、送信器2によシモニタされ
るセンサのデジタル確度分解能のみKよシ制限される装
置に改喪で自る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の通信装置の一実施例の簡略化し九ブロ
ック図、第2図は第1図の回路に用いられる第1の通信
フォーマットの波形図、嬉3図は第1図に示す回路で用
いられる第2の通信フォーマットの波形図、第4図は第
1図に示す回路用の多バイト通信7オーマツトの波形図
、第5図は第1図の通信装置に用いるのに適当な回路の
回路図、第6図は通信装置の駆動回路/受信回路のタイ
ミング図、第7図は本発明に用いるのに適当な送信器回
路のブロック図、188図は第5−の一部を拡張し九ブ
ロック図、第9図は通信装置の一例の斜視図、第1θ図
は第7図の一部の拡張したブロック図、第11図は第1
図に示す装置の拡張され九ブロック図であゐ。 2・・・I送信器、4・・・・電源、8・・・・通信装
置、10.22−−−−  CPU、12.23・・・
・UART、  24・・・・電流受信回路、26e・
・・駆動回路、31・拳・・D/A変換器、42.11
2−−−−RAM、  44−−−−ROM61i、T
O−−−@A/D変換器、74@111111表示器。 特許出願人  ハネウェル・インコーポレーテツド復代
理人 山川政樹(−11名) FIG、3 FIG、6 FIG、7 F + G、8

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電源と、電−電#lll路と、アナログデータを
    表す前記回路における第10電源電@0麦化と、デジタ
    ルデータ管機す前記−路におけゐ第20電源電滝O変化
    とを導入す為えめに前記電源電流a略KIII!続畜れ
    為データ過信器と、前記第1と第鵞O電滝O蜜化を受信
    すゐ九めに曽記刷路に接続され為データ費信響と、を備
    え前記第1と第2の電流の変化は交IK行われることを
    特徴とするデータ通信装置。
  2. (2)対応す為アナログデータを表す値を有する第10
    tto変化を電源回路に導入すみ過程と、第1O電fI
    lo蜜化を終了させゐ過1と、各電流の変化がデジタル
    ビットを表わすような、予め設定されてい為電流限界O
    闘O蜜化を有する第20電流変化を電ll1i回路に導
    入する過1と、固定されている予め設定され走電−レベ
    ルによシ表わされる予め設定され九運嬌を導入すること
    Kより第2の電流の変化を終らせる過程と、第1の電流
    の変化を回復させる過程とを備えることを特徴とするデ
    ジタルデータとアナログデータを交互に通信する方法。
JP57193277A 1981-11-02 1982-11-02 デ−タ通信装置およびデジタルデ−タとアナログデ−タを交互に通信する方法 Granted JPS5885649A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US317083 1981-11-02
US06/317,083 US4520488A (en) 1981-03-02 1981-11-02 Communication system and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5885649A true JPS5885649A (ja) 1983-05-23
JPH0447358B2 JPH0447358B2 (ja) 1992-08-03

Family

ID=23232038

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JP57193277A Granted JPS5885649A (ja) 1981-11-02 1982-11-02 デ−タ通信装置およびデジタルデ−タとアナログデ−タを交互に通信する方法

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