特開 2024-16959 処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024016959

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】処理装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 19/0175 20060101AFI20240201BHJP

【ＦＩ】

H03K19/0175 280

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022119275

(22)【出願日】2022-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】池山 友悠

(72)【発明者】

【氏名】松村 能之

【テーマコード（参考）】

5J056

【Ｆターム（参考）】

5J056AA04

5J056BB51

(57)【要約】

【課題】データ通信を行う絶縁回路を簡素化する。
【解決手段】処理装置１０は、入力されたアナログ電圧信号に対してアナログ／デジタル変換を含む処理を行ってデジタルのフィードバック値を生成するサブマイコン１４と、フィードバック値をサブマイコン１４から取得し、取得したフィードバック値に基づくフィードバック制御を行うメインマイコン１６と、を備える。処理装置１０は、サブマイコン１４とメインマイコン１６とを、電気的に絶縁した状態でデータ通信可能に接続する絶縁回路１５をさらに備える。サブマイコン１４とメインマイコン１６とは絶縁回路１５を介して、非同期の単方向２線式でデータ通信を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アナログ信号が入力され、入力された前記アナログ信号に対してアナログ／デジタル変換を含む第１処理を行ってデジタルデータを生成するＡ／Ｄ変換ＩＣと、
前記Ａ／Ｄ変換ＩＣとデータ通信を行って前記デジタルデータを前記Ａ／Ｄ変換ＩＣから取得し、取得した前記デジタルデータに基づく第２処理を行うマイコンと、
前記Ａ／Ｄ変換ＩＣと前記マイコンとを電気的に絶縁した状態でデータ通信可能に接続する絶縁回路と、を備え、
前記Ａ／Ｄ変換ＩＣと前記マイコンとは前記絶縁回路を介して、非同期の単方向２線式で前記データ通信を行う、
処理装置。

【請求項2】

前記マイコンは、メインマイコンであり、前記Ａ／Ｄ変換ＩＣは、サブマイコンである、
請求項１に記載の処理装置。

【請求項3】

前記マイコンと前記Ａ／Ｄ変換ＩＣとのそれぞれは、前記非同期の単方向２線式での前記通信を行うためのＵＡＲＴを備える、
請求項１又は２に記載の処理装置。

【請求項4】

前記Ａ／Ｄ変換ＩＣは、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣを含む、
請求項１に記載の処理装置。

【請求項5】

前記第１処理は、前記アナログ信号をアナログ／デジタル変換する処理と、当該処理にて変換されたデジタルのデータを加工する処理と、を含む、
請求項１に記載の処理装置。

【請求項6】

前記Ａ／Ｄ変換ＩＣは、生成した前記デジタルデータに基づく第３処理を行い、
前記マイコンは、前記Ａ／Ｄ変換ＩＣとの前記単方向２線式でのデータ通信により前記第３処理の処理結果を取得し、取得した処理結果に応じた動作を行う、
請求項１に記載の処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換して処理する処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

上記の処理装置として、入力されたアナログ信号をデジタルデータにＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換するＡ／Ｄ変換ＩＣ（（Integrated Circuit））と、Ａ／Ｄ変換ＩＣとデータ通信してデジタルデータを取得し、取得したデジタルデータに基づく処理を行うマイコンと、を備える処理装置がある。このような処理装置では、Ａ／Ｄ変換ＩＣとマイコンとで基準電位が異なることがある。この場合、Ａ／Ｄ変換ＩＣとマイコンとの間は電気的に絶縁される。

【0003】

他方、２つの回路間を絶縁する絶縁回路として、デジタルアイソレータが知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第７０１９１０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記処理装置では、Ａ／Ｄ変換ＩＣとマイコンとがＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）又はＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）によりデータ通信を行う構成が採用されることが一般的である。このような場合、例えば特許文献１のデジタルアイソレータをそのまま適用できず、Ａ／Ｄ変換ＩＣとマイコンとを絶縁する絶縁回路が複雑化する。例えば、Ｉ２Ｃでは、双方向の信号があるため、絶縁回路に特殊なＩＣを使用する必要があり、絶縁回路が複雑化する。ＳＰＩでは絶縁する信号線が多いため、これによっても絶縁回路が複雑になる。

【0006】

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、データ通信を行う絶縁回路を簡素化することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明に係る処理装置は、アナログ信号が入力され、入力された前記アナログ信号に対してアナログ／デジタル変換を含む第１処理を行ってデジタルデータを生成するＡ／Ｄ変換ＩＣと、前記Ａ／Ｄ変換ＩＣとデータ通信を行って前記デジタルデータを前記Ａ／Ｄ変換ＩＣから取得し、取得した前記デジタルデータに基づく第２処理を行うマイコンと、前記Ａ／Ｄ変換ＩＣと前記マイコンとを電気的に絶縁した状態でデータ通信可能に接続する絶縁回路と、を備え、前記Ａ／Ｄ変換ＩＣと前記マイコンとは前記絶縁回路を介して、非同期の単方向２線式で前記データ通信を行う。

【0008】

一例として、前記マイコンは、メインマイコンであり、前記Ａ／Ｄ変換ＩＣは、サブマイコンである。

【0009】

一例として、前記マイコンと前記Ａ／Ｄ変換ＩＣとのそれぞれは、前記非同期の単方向２線式での前記通信を行うためのＵＡＲＴを備える。

【0010】

一例として、前記Ａ／Ｄ変換ＩＣは、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣを含む。

【0011】

一例として、前記第１処理は、前記アナログ信号をアナログ／デジタル変換する処理と、当該処理にて変換されたデジタルのデータを加工する処理と、を含む。

【0012】

一例として、前記Ａ／Ｄ変換ＩＣは、生成した前記デジタルデータに基づく第３処理を行い、前記マイコンは、前記Ａ／Ｄ変換ＩＣとの前記単方向２線式でのデータ通信により前記第３処理の処理結果を取得し、取得した処理結果に応じた動作を行う。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、データ通信を行う絶縁回路を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る処理装置の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態及びその変形例について、図面を参照して説明する。

【0016】

（実施形態）
図１に示す本実施形態に係る処理装置１０は、燃焼システムの温度調節器として構成されている。温度調節器としての処理装置１０は、バーナに供給される燃料の流量を調整するバルブ９１を当該バルブ９１の開度をフィードバック値としてフィードバック制御することで燃焼室内の温度を調節する。

【0017】

処理装置１０は、電源回路１１、端子１２Ａ～１２Ｄ、バッファ回路１３Ａ及び１３Ｂ、サブマイコン１４、絶縁回路１５、メインマイコン１６、駆動回路１７、表示部１８、及び、通信モジュール１９を備える。

【0018】

電源回路１１は、外部電源からの交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を処理装置１０の各回路に供給し、処理装置１０を動作させる。電源回路１１は、端子１２Ａ及び１２Ｂを介して、バルブ９１の開度を検出する開度センサ９２に電圧を印加する。

【0019】

開度センサ９２は、電源回路１１からの前記電圧が印加される抵抗素子と、バルブ９１の駆動モータの回転位置つまりバルブ９１の開度に連動して当該抵抗素子上を摺動する摺動部と、を含む。摺動部は、抵抗素子の両端の電圧をこの摺動部の位置つまりバルブ９１の開度に応じて分圧した電圧を、バルブ９１の開度を示すアナログ電圧信号として端子１２Ｃを介してバッファ回路１３Ａに入力する。

【0020】

バッファ回路１３Ａは、開度センサ９２からのアナログ電圧信号をバッファリングする。

【0021】

サブマイコン１４は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路１４Ａ、処理部１４Ｂ、及び、通信インターフェイス１４Ｃを備える。サブマイコン１４は、Ａ／Ｄ変換ＩＣ（Integrated Circuit）の一種である。メインマイコン１６は、処理部１６Ｂ、及び、通信インターフェイス１６Ｃを備える。通信インターフェイス１４Ｃ及び１６Ｃは、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）からなり、２本の信号線ＴＸ及びＲＸにより通信可能に接続されている。これにより、サブマイコン１４とメインマイコン１６とは、非同期の単方向２線式で互いに通信する。信号線ＴＸ及びＲＸの途中には、絶縁回路１５が設けられている。

【0022】

サブマイコン１４のＡ／Ｄ変換回路１４Ａには、バッファ回路１３Ａにバッファリングされているアナログ電圧信号が入力される。Ａ／Ｄ変換回路１４Ａは、アナログ電位信号を、所定のサンプリングレート（例えば、１ｋＨｚ）でサンプリングして、アナログ電位信号が示す電圧をデジタルデータに変換する。

【0023】

処理部１４Ｂは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラム及びデータを記憶するメモリとを含んで構成されている。処理部１４Ｂは、Ａ／Ｄ変換回路１４Ａにより順次Ａ／Ｄ変換された所定個数分（例えば、１００個）の電圧を加算し、加算した電圧値を固定値（例えば、１００）で除算する。処理部１４Ｂは、除算により得られた値をバルブ９１の開度を示すフィードバック値として、通信インターフェイス１４Ｃを介してメインマイコン１６に出力する。前記電圧値の加算により、電圧値のばらつき、ノイズの影響などが低減される。固定値は、フォードバック制御に要求される分解能を確保しつつ、除された値がメインマイコンで扱える数値範囲となるように予め設定される。

【0024】

以上のように、サブマイコン１４は、入力されたアナログ電圧信号に対して、Ａ／Ｄ変換と、Ａ／Ｄ変換により得られたデジタルの電圧値を加工する処理である加算及び除算処理と、を含む処理を行う。サブマイコン１４は、このような処理を行うことで、フィードバック制御に使用されるデジタルのフィードバック値を生成する。

【0025】

メインマイコン１６の処理部１６Ｂは、ＣＰＵと、プログラム及びデータを記憶するメモリと、を含んで構成されている。処理部１６Ｂは、定期的に、通信インターフェイス１６Ｃ及び信号線ＲＸを介して、フィードバック値の送信命令のデータを送信する。

【0026】

サブマイコン１４の処理部１４Ｂは、前記の転送命令のデータを、通信インターフェイス１４Ｃを介して受信すると、フィードバック値を通信インターフェイス１４Ｃ及び信号線ＴＸを介してメインマイコン１６に送信する。

【0027】

送信命令及びフィードバック値は、絶縁回路１５を介してメインマイコン及びサブマイコン間で送受信される。絶縁回路１５は、フォトカプラ又はデジタルアイソレータを含んで構成されている。絶縁回路１５は、サブマイコン１４とメインマイコン１６とを、電気的に絶縁しつつ、信号線ＴＸ及びＲＸによるデータ通信可能に接続する。絶縁回路１５の絶縁により、サブマイコン１４とメインマイコン１６との電位の差が吸収される。また、サブマイコン１４で発生するノイズがメインマイコン１６に伝送されることが抑制される。

【0028】

メインマイコン１６の処理部１６Ｂは、サブマイコン１４からのフィードバック値と、目標値とを比較し、これらの偏差に基づいて、バルブ９１を駆動する駆動回路１７及び端子１２Ｄを介してバルブ９１を駆動してその開度を制御する。このような制御により、バルブ９１の開度がフィードバック制御される。なお、前記の目標値は、燃焼システムの燃焼室の現在の温度と、外部から指定される目標温度との偏差に基づいて処理部１６Ｂにて演算される。温度は不図示の温度計などから通信モジュール１９を介して供給される。温度計がアナログ出力の場合、メインマイコン１６の内部又は外部にＡ／Ｄ変換器が設けられる。目標温度は、通信モジュール１９を介して上位装置などから供給されるか、不図示の操作部を介して入力される。目標温度、現在の温度などは、メインマイコン１６の処理部１６Ｂの制御のもとで、画像を表示するディスプレイからなる又はセグメント表示する複数のＬＥＤからなる表示部１８に表示されてもよい。

【0029】

以上のようにして、メインマイコン１６は、サブマイコン１４とデータ通信を行って、サブマイコン１４が生成したデジタルデータであるフィードバック値をサブマイコン１４から取得する。そして、メインマイコン１６は、取得したフィードバック値に基づいて、バルブ９１を制御するフィードバック制御の処理を行う。

【0030】

サブマイコン１４は、開度センサ９２の断線判定を行う機能も有する。この場合、端子１２Ａの電位を示すアナログ電位信号がバッファ回路１３Ｂによりバッファリングされ、Ａ／Ｄ変換回路１４Ａに入力される。Ａ／Ｄ変換回路１４Ａは、アナログ電位信号が示す電位をデジタルデータにＡ／Ｄ変換する。処理部１４Ｂは、Ａ／Ｄ変換回路１４Ａにより順次Ａ／Ｄ変換された上記所定個数分（例えば、１００個）の電位を加算し、加算した電位を上記固定値（例えば、１００）で除算する。処理部１６Ｂは、除算により得られた値を、上記バルブ９１の開度を示すフィードバック値と比較し、両値が一致しているとき、断線が発生しているとして、その旨を通信インターフェイス１４Ｃ、信号線ＴＸ、及び絶縁回路１５を介してメインマイコン１６に送信する。

【0031】

メインマイコン１６は、前記旨を通信インターフェイス１６Ｃで受信し、処理部１６Ｂにより、当該旨に応じた動作として断線発生の旨を表示部１８に表示する。

【0032】

以上のようにして、サブマイコン１４は、フィードバック値に基づく断線判定の処理を行い、メインマイコン１６は、単方向２線式でのデータ通信により断線判定の処理結果を取得し、取得した処理結果に応じた動作を行う。この動作は、フィードバック制御の中止処理などを含んでもよい

【0033】

フィードバック値としてのバルブ９１の開度は、全閉を０％、全開を１００％とした割合で表現されてもよい。この場合、メインマイコン１６の処理部１６Ｂは、初期設定などのときに、バルブ９１を全閉させるととともにその旨を示すデータを通信インターフェイス１６Ｃ及び信号線ＲＸを介してサブマイコン１４に送信する。サブマイコン１４の処理部１４Ｂは、通信インターフェイス１４Ｃを介して前記データを取得すると、Ａ／Ｄ変換回路１４Ａにより順次Ａ／Ｄ変換された上記所定個数分（例えば、１００個）の電位を加算し、加算した電位を上記固定値（例えば、１００）で除算する。処理部１６Ｂは、このように得た値を、全閉のときのバルブ９１の開度を示す全閉値として自身のメモリに格納する。同様にして、全開のときのバルブ９１の開度を示す全開値も処理部１６Ｂのメモリに格納される（上記説明の「全閉」が「全開」に読み替えられる）。

【0034】

処理部１６Ｂは、上記フィードバック値の算出の際には、デジタルに変換された電圧値を加算及び除算処理して加工した値を、メモリに格納されている前記全閉値及び全開値を参照して、全閉を０％、全開を１００％とした割合に表現されたフィードバック値に加工する。

【0035】

リニア電流など、他の入力がサブマイコン１４に入力されてもよい。この場合、サブマイコン１４内で入力回路を切り替える必要がある。サブマイコン１４は、信号線ＲＸを介してメインマイコン１６からの「入力設定命令」を受ける。サブマイコン１４は、入力設定命令を受けて入力回路を切り替える。このような切り替えは、フィードバック値の測定範囲、バルブの種類等の切り替えが必要な場合も、同様に実行することができる。

【0036】

この実施形態では、サブマイコン１４とメインマイコン１６とを、絶縁回路１５を介して、非同期の単方向２線式でデータ通信を行うようにしたので、通信の方式をＩ２Ｃ又はＳＰＩなどにしたときよりも、絶縁回路１５が簡素化される（例えば、特許文献１の絶縁回路を採用できる）。これにより、処理装置１０の製造コストなども低減される。

【0037】

この実施形態のように、サブマイコン１４の通信インターフェイス１４Ｃとメインマイコン１６の通信インターフェイス１６Ｃを、それぞれＵＡＲＴとするとよい。ＵＡＲＴが搭載されたマイコン（特に、ＡＤ変換機能及びＵＡＲＴを有するマイコン）は、一般に広く流通しているため、処理装置１０の構成を広く流通したマイコンにより実現できる。これにより、処理装置１０のコストが低減される。また、ＵＡＲＴ用の絶縁回路として、高性能で安価な絶縁ＩＣも流通しているので、このような絶縁ＩＣを採用することで処理装置１０のコストがさらに低減される。絶縁回路は、デジタルアイソレータを含む回路が高性能で好ましいが、フォトカプラを含む回路であってもよい。

【0038】

また、メインマイコン１６の前段に配置されてＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換ＩＣをサブマイコン１４としたことで、従来メインマイコン１６で実行していた処理をサブマイコン１４側に振り分けることができる。これにより、メインマイコン１６側の処理負担が軽減される。上記のＡ／Ｄ変換により得られたデジタルの電圧値の加工、及び、断線判定は、従来メインマイコン１６で実行されていた処理であり、これら処理がサブマイコン１４で実行されることで、メインマイコン１６での処理負担が軽減される。また、デジタルの電圧値の加工である加算をサブマイコン１４側で行うことで、加算をメインマイコン１６側で行うときに比べて、サブマイコン１４からメインマイコン１６へのデータの転送頻度が軽減される。

【0039】

（変形例）
上記実施の形態の構成は、任意に変更可能である。以下変形例を例示する。各変形例は、少なくとも一部同士組み合わせることもできる。

【0040】

（変形例１）
サブマイコン１４の代わりに、他のＡ／Ｄ変換ＩＣが採用されてもよい。Ａ／Ｄ変換ＩＣは、Ａ／Ｄ変換機能を有していればよく、サブマイコン１４が行う上記断線判定、Ａ／Ｄ変換後のデータの加工などの処理を行わなくてもよい。Ａ／Ｄ変換ＩＣの特に処理部は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などからなってもよい。この場合、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣに、上記断線判定、Ａ／Ｄ変換後のデータの加工などの処理を行わせることができる。

【0041】

（変形例２）
サブマイコン１４などのＡ／Ｄ変換ＩＣとメインマイコン１６とは、他の単方向２線式の通信規格により通信を行ってもよい。ただし、ＵＡＲＴは、一般的であり、ＵＡＲＴが採用されることで、単方向２線式の通信のための構成が簡素化及び低コスト化される。

【0042】

（変形例３）
本発明は、温度調節器以外の他の処理装置に適用されてもよい。

【0043】

サブマイコン１４などのＡ／Ｄ変換ＩＣは、例えば、アナログ信号が入力され、入力された前記アナログ信号に対してアナログ／デジタル変換を含む第１処理を行ってデジタルデータを生成すればよく、その具体的態様は任意である。

【0044】

メインマイコン１６は、例えば、Ａ／Ｄ変換ＩＣとデータ通信を行ってデジタルデータをＡ／Ｄ変換ＩＣから取得し、取得したデジタルデータに基づく第２処理を行えばよく、その具体的態様は任意である。

【0045】

絶縁回路１５は、例えば、Ａ／Ｄ変換ＩＣとメインマイコン１６とを電気的に絶縁した状態でデータ通信可能に接続すればよい。例えば、Ａ／Ｄ変換ＩＣとメインマイコン１６とは絶縁回路１５を介して、非同期の単方向２線式でデータ通信を行えばよい。これらの具体的態様も任意である。

【0046】

また、第１処理は、アナログ信号をアナログ／デジタル変換する処理と、当該処理にて変換されたデジタルのデータを加工する処理と、を含んでもよい。後者の加工処理は、アナログ／デジタル変換された複数の値の統計を取る処理などであってもよい。

【0047】

また、サブマイコン１４などのＡ／Ｄ変換ＩＣは、生成したデジタルデータに基づく第３処理を行ってもよい。メインマイコン１６は、Ａ／Ｄ変換ＩＣとの単方向２線式でのデータ通信により第３処理の処理結果を取得し、取得した処理結果に応じた動作を行ってもよい。

【0048】

（本発明の範囲）
以上、実施形態及び変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本発明には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る、上記実施形態及び変形例に対する様々な変更が含まれる。上記実施形態及び変形例に挙げた各構成は、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0049】

１０…処理装置、１１…電源回路、１２Ａ～１２Ｄ…端子、１３Ａ，１３Ｂ…バッファ回路、１４…サブマイコン、１４Ａ…Ａ／Ｄ変換回路、１４Ａ…（アナログ／デジタル）変換回路、１４Ｂ…処理部、１４Ｃ…通信インターフェイス、１５…絶縁回路、１６…メインマイコン、１６Ｂ…処理部、１６Ｃ…通信インターフェイス、１７…駆動回路、１８…表示部、１９…通信モジュール、９１…バルブ、９２…開度センサ。

【図1】