JP3922461B2 - 端末制御システム - Google Patents

Description

本発明は、主制御装置と、この主制御装置に制御される端末装置と、これら両装置間を双方向通信可能に接続する通信線とを有する端末制御システムに関する。

このような端末制御システムとして、例えば、マイクロコンピュータ（マイコン、主制御装置に相当する。）と、センサ（端末装置に相当する。）との間に通信線を接続し、この通信線を介してマイコンがセンサに制御データを送信し、センサがマイコンに検出したデータを送信するようなセンサ制御システムがある。昨今では、このようなシステムを用いて人間の感覚に近い情報を入手し、人間の要望に先んじて種々の機器を制御することが多く行われている。人間に違和感を生じさせず、より良い制御を行うには、多くの情報が必要であり、センサ制御システムも一つの機器において数多く使用される。従って、このようなシステムにおいて、システムを大規模にすることはコストの面からも好ましくなく、システム内のマイコンとセンサとは、簡易な通信手段によって接続される。例えば、シリアル通信では、その名の通り、データの転送を１ビット毎のシリアルに行うので、小さなシステムを構築できる。

上述したように、このようなセンサ制御システムは、機器を制御する上で非常に有益であるが、その反面、センサ制御システムに異常が発生した場合には、機器自体の制御が損なわれ、好ましくない。そして、一つの機器には、多くのセンサ制御システムが備えられているため、それらの全ての動作状態を機器本体の制御装置が監視することは現実的ではない。従って、センサ制御システム自身が備えるマイコンを用いて、自己診断を行い、異常があった場合に機器本体の制御装置に報知するようにすることが好ましい。

ところで、このようなセンサ制御システム（端末制御システム）における異常には、マイコン（主制御装置）とセンサ（端末装置）との接続不良がある。一般にセンサは、情報を得たい対象物の近傍に配置されることが多く、その場所が充分な大きさや広さを有していないことは、しばしばである。従って、センサとマイコンとを離して配置し、両者を通信線などによって接続することもよく行われている。この場合、コネクタと電線とを用いて両者を接続したり、プリント基板上の導線で両者を接続したりすることが多い。

そこで、コネクタを用いて両者が接続される場合において、両者の接続をチェックする方法が種々提案されている。例えば、特許文献１には、ケーブルのコネクタ端子部の近傍にコネクタ固定用のネジが設けられ、装置側のコネクタ端子部にこのネジを装着できるネジ穴を有する場合に、このネジ穴の奥に導電部分を設けて、ネジを介してこの導電部分とケーブル端子とが導通することを確認する方法が提案されている。これによると、ネジが充分に締め付けられていない場合には、止着固定が不完全として異常と検出する。

また、特許文献２にはコネクタの脱落を検出する方法が提案されている。これは、端末装置にコネクタの所定の２つのピン間を結ぶコネクタ脱落検出信号線と、これに直列に挿入されて自身の電源電圧の存在時に導通する電圧検出素子とを備えて、主制御装置に上記２つのピン間の導通の有無を検出する手段を備えたものである。

特許文献３には、通信異常発生の防止と、発生時の原因追及の時間の短縮とを目的として、機器間の接続をするケーブルのケーブルチェックを簡単に行う装置が提案されている。これは、ケーブルの両端のコネクタがそれぞれ嵌合される受け側のコネクタと、コネクタの有する各ピンに対応したスイッチと、スイッチのオン操作によってケーブルの配線パターンの導通チェックを行うチェック回路と、チェック回路の結果を表示する表示部とを有したものである。

特開２００２−２５２０６２号公報（第１図、第３頁） 特開平９−８９９７４号公報（第１−２図、第７〜１３段落） 特開平５−４７８９０号公報（第１−２図、第３〜６段落）

しかし、上述した各技術は、ケーブルやコネクタに着目して不良を検出するものであり、例えば、接続後の状態変化により接続異常が発生したような場合の対応は充分とはいえない。
例えば、特許文献１に記載の技術では、コネクタにネジやネジ穴があることが前提である。従って、例えば安価な樹脂成型されたコネクタを用いるようなシステムにおいては、採用できないものである。
また、特許文献２に記載の技術では、コネクタ脱落検出信号線や電圧検出素子等、本来のシステムには不要な配線や部品が必要となる。
さらに、特許文献３に記載の技術では、ケーブルとして異常がないことは検出できるが、それが取り付けられた後には、取り外さない限り、異常を検出することができない。

特にシリアル通信では、通信仕様の規定上、アイドリング状態（非通信状態）の端子電圧の許容幅が大きく、この電圧の検出だけでは異常状態を検出することが困難である。また、通信に安定性を持たせるためにアイドリング状態では、電源電圧付近に信号を吊り上げている。そのため、例え、通信線が断線していたとしても、入力される信号はＨ（High）論理となり、正常な場合や、電源ラインとの間で短絡している場合と区別が付かない。

また、初期では正常であっても、振動等によるコネクタの接触不良、半田割れ、ゴミ等の付着によって時間の経過に伴って異常が発生する場合もある。特許文献１〜３に記載の技術では、システムを機器に組み込んだ状態でのチェックはできず、このような異常を検出することはできない。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、主制御装置と、この主制御装置に制御される端末装置と、これら両装置間を双方向通信可能に接続する通信線とを有する端末制御システムにおいて、良好に接続状態の検出及び判断を可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る端末制御システムの特徴構成は、
主制御装置と、この主制御装置に制御される端末装置と、これら両装置間を双方向通信可能に接続する通信線とを有するものであって、
前記端末装置から送信され、前記通信線を介して前記主制御装置が受信する端末データの波形の特徴として、デジタル信号である前記端末データの一方の論理状態から他方の論理状態への遷移時間を検出する検出部と、
検出された前記遷移時間と、前記主制御装置が記憶する基準遷移時間とに基づいて前記主制御装置と前記端末装置との接続状態を判断する判断部と、を前記主制御装置に備え、
前記判断部の判断結果に基づいて、前記主制御装置と前記端末装置との通信速度を変更する点にある。

この特徴構成によれば、端末装置から通信線を介して主制御装置へ送信され、主制御装置が受信する端末データの波形の特徴を検出して、この検出結果と主制御装置が記憶する基準とに基づいて両装置間の接続状態を判断するので、端末制御システムを機器に組み込んだ状態で良好に接続状態をチェックすることができる。ここで、波形の特徴とは、例えば、波形の過渡的な遅れや、パルス波形の変形（いわゆる鈍り（なまり））等である。
本特徴構成によれば、前記検出部において、デジタル信号である前記端末データの一方の論理状態から他方の論理状態への遷移時間を検出し、検出された前記遷移時間と、前記主制御装置が記憶する基準遷移時間とに基づいて、前記判断部が、前記主制御装置と前記端末装置との接続状態を判断する。

一般に、抵抗成分や容量成分等の負荷成分が寄生すると遷移時間が長くなる。従って、例えば、基準遷移時間に対して検出した遷移時間が長くなったような場合には、ゴミ等の付着や接続不良によって、負荷成分が増加したことが予想される。端末装置が送信する端末データは所定の論理パターンを有していなくてもよく、従って、通常行われる通信での端末データを用いて接続チェックを行うことができる。その結果、端末制御システムを機器に取り付けた後の任意の時期にチェックを行うことができる。

尚、勿論、上記の端末データを、所定の論理パターンのデータとすることを妨げるものではなく、所定の論理パターンに基づいて遷移時間を検出するようにしてもよい。この場合は、論理パターンが既知であるので、論理状態の変化を監視する必要がなくなり、処理の負荷が軽減されるという利点を有する。

さらに、本特徴構成によれば、前記判断部の判断結果に基づいて、前記主制御装置と前記端末装置との通信速度を変更する。
上述したように、半田割れによる接触不良や、ゴミ等の付着によって負荷成分が増加した場合には、システムを機器に取り付けた後の時間の経過に伴って遷移時間が長くなっていく。これが論理状態をサンプリングするタイミング（ストローブポイント）を超えてしまうと、通信不良を招いてしまう。しかし、遷移時間が長くなったことを検出した時点で、システムの不良と判断するとシステムが取り付けられた機器自体の制御にも影響を与えてしまう。そこで、この特徴構成のようにすると、例えば、通信速度を現時点よりも遅く設定することができる。そうすると、論理状態のストローブポイントを長くなった遷移時間よりも後ろにずらすことができるので、正しい論理状態をサンプリングすることができるようになる。検出された遷移時間や、遷移時間の履歴情報、接続不良の判断結果、通信速度変更の履歴等を記憶しておけば、機器の点検時や調整時、又は非可動中等に不良箇所を修理したり、交換したりすることができる。その結果、不用意に機器の制御に影響を与えることもなく、不良を検出できるので好ましい。

また、上記目的を達成するための本発明に係る端末制御システムの別の特徴構成は、
主制御装置と、この主制御装置に制御される端末装置と、これら両装置間を双方向通信可能に接続する通信線とを有するものであって、
前記端末装置から送信され、前記通信線を介して前記主制御装置が受信する端末データの波形の特徴として、デジタル信号である前記端末データの一方の論理状態から他方の論理状態への遷移時間を検出する第一検出手段、及び、
前記端末データの波形の特徴として、所定の論理パターンを有するデジタル信号である前記端末データから前記論理パターンを検出する第二検出手段、を有する検出部と、
前記第一検出手段により検出された前記遷移時間と、前記主制御装置が記憶する基準遷移時間とに基づいて前記主制御装置と前記端末装置との接続状態を判断する第一判断手段、及び、
前記第二検出手段により検出された前記論理パターンと、前記主制御装置が記憶する基準パターンとに基づいて前記主制御装置と前記端末装置との接続状態を判断する第二判断手段、を有し、
前記第一判断手段又は前記第二判断手段の一方もしくは双方の判断結果に基づいて前記主制御装置と前記端末装置との接続状態を判断する判断部と、を前記主制御装置に備え、
前記判断部の判断結果に基づいて、前記主制御装置と前記端末装置との通信速度を変更する点にある。

この特徴構成によれば、端末装置から通信線を介して主制御装置へ送信され、主制御装置が受信する端末データの波形の特徴を検出して、この検出結果と主制御装置が記憶する基準とに基づいて両装置間の接続状態を判断するので、端末制御システムを機器に組み込んだ状態で良好に接続状態をチェックすることができる。ここで、波形の特徴とは、例えば、波形の表す論理状態のパターンや、波形の過渡的な遅れや、パルス波形の変形（いわゆる鈍り（なまり））等である。

この特徴構成によれば、主制御装置が、受信したデジタル信号である端末データの一方の論理状態から他方の論理状態への遷移時間を検出して、この遷移時間と主制御装置が記憶する基準遷移時間に基づいて接続状態を判断することができる。一般に、抵抗成分や容量成分等の負荷成分が寄生すると遷移時間が長くなる。従って、例えば、基準遷移時間に対して検出した遷移時間が長くなったような場合には、ゴミ等の付着や接続不良によって、負荷成分が増加したことが予想される。
また、この特徴構成によれば、主制御装置が、受信したデジタル信号である端末データが有する所定の論理パターンを検出して、この論理パターンと主制御装置が記憶する基準パターンとに基づいて接続状態を判断することができる。従って、通常の通信において行われるデータ受信と同様にデジタル信号をサンプリングして、受信した端末データの論理パターンを検出することができる。

即ち、この特徴構成によれば、二つの検出手段を有して接続不良を検出するように構成したので、より精度の良い検出が可能となる。

さらに、本特徴構成によれば、前記判断部の判断結果に基づいて、前記主制御装置と前記端末装置との通信速度を変更する。
上述したように、半田割れによる接触不良や、ゴミ等の付着によって負荷成分が増加した場合には、システムを機器に取り付けた後の時間の経過に伴って遷移時間が長くなっていく。これが論理状態をサンプリングするタイミング（ストローブポイント）を超えてしまうと、通信不良を招いてしまう。しかし、遷移時間が長くなったことを検出した時点で、システムの不良と判断するとシステムが取り付けられた機器自体の制御にも影響を与えてしまう。そこで、この特徴構成のようにすると、例えば、通信速度を現時点よりも遅く設定することができる。そうすると、論理状態のストローブポイントを長くなった遷移時間よりも後ろにずらすことができるので、正しい論理状態をサンプリングすることができるようになる。検出された遷移時間や、遷移時間の履歴情報、接続不良の判断結果、通信速度変更の履歴等を記憶しておけば、機器の点検時や調整時、又は非可動中等に不良箇所を修理したり、交換したりすることができる。その結果、不用意に機器の制御に影響を与えることもなく、不良を検出できるので好ましい。

また、本発明に係る端末制御システムは、前記遷移時間の履歴情報を記憶する履歴記憶部を前記主制御装置に備え、前記判断部は、記憶された前記履歴情報に基づいて接続状態を判断する点を特徴構成とすることができる。

システムを機器に取り付けた時点や、通電を開始した時点では正常に動作していても、振動等によるコネクタの接触不良、半田割れ、ゴミ等の付着によって時間の経過に伴って異常が発生する場合がある。しかし、この特徴構成によれば、検出した遷移時間の履歴情報を記憶して、この記憶した履歴情報に基づいて接続状態を判断するので、時間の経過に伴って異常が発生する場合でも良好に検出できる。

上記各構成において、前記端末データが前記所定の論理パターンを有する場合、前記端末データが、前記端末装置への電源投入に応じて前記端末装置から送信されるように構成すると好適である。
このように構成すると、例えば電源投入時の初期化処理の間に接続確認を行うことができる。

ここで、前記主制御装置が、前記端末装置への電源投入を制御するように構成されていてもよい。
電源投入を主制御装置が制御すると、この電源投入に応じて端末装置から主制御装置へ送信される所定の論理パターンの端末データの送信タイミングを、主制御装置側で明確に把握することができる。その結果、受信する所定の論理パターンの端末データの論理状態をサンプリングするためのストローブポイントを正確に設定することができ、所定の論理パターンを良好に検出できる。

本発明に係る端末制御システムは、前記判断部の判断結果に基づいて、前記主制御装置と前記端末装置との接続不良を報知するように構成すると好適である。
端末制御システムが、機器に組み込まれるような場合には、機器の有する制御装置へ接続不良を報知するようにするとよい。そうすると、機器側でこの端末制御システムからのデータを信頼性が無いとして使用しない等の制御を行うことも可能となる。さらに機器側の制御装置から、使用者等へ修理を促すような報知をすることもできる。勿論、端末制御システム自体に、ＬＥＤ（発光ダイオード）等を備えて、直接に接続不良を報知するように構成してもよい。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
〔システム概要〕
図１は、本発明の実施形態に係る端末制御システムの一例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の端末制御システムは、主制御装置１と、この主制御装置１に制御される端末装置２と、これら両装置間を双方向通信可能に接続する通信線３とを有する。本実施形態においては、通信線３は一本で構成され、この通信線３を介して両装置間で半二重の非同期双方向シリアル通信が行われる。両装置は、それぞれ通信インターフェイス部（通信Ｉ／Ｆ部）１１又は２１を有しており、これらを通じてシリアル通信が行われる。尚、主制御装置１、端末装置２は共に自己の装置内に独立して、整数倍比率のシステムクロックを有しており、両者は非同期通信方式で通信を実施している。

端末装置２は、例えばセンサやアクチュエータ制御用のマイクロコンピュータ（マイコン）である。通信Ｉ／Ｆ部２１の他、主処理部２２を備えている。主処理部２２では、通信Ｉ／Ｆ２１を介して入力される主制御装置１からの制御データや端末装置２が記憶するプログラムに基づいて端末装置２を制御したり（記憶部は不図示）、センサの特性に応じた情報を検出したり、制御対象のアクチュエータの駆動をしたりするなどの処理を行う機能を有する。

主制御装置１は、例えばマイコンや論理回路を有して構成されており、通信Ｉ／Ｆ部１１の他、主制御部９を備えている。主制御部９は、端末装置２へ送信する制御データを生成したり、端末装置２から送信された端末データを情報処理したり、主制御装置１全体を制御したりする機能を有している。その他、主制御装置２は、プログラムを記憶する記憶部等も有しており（不図示）、このプログラムに基づいて制御を行っている。検出部４、判断部５等については後述する。

本実施形態の端末制御システムは、電源装置６も備えており、この電源装置６から主制御装置１へ電源が供給される。また、図１に示すように、主制御装置１に設けたスイッチング回路７を介して、端末装置２へ電源が供給されるように構成されている。即ち、主制御装置１が、端末装置２への電源投入を制御するようにされている。スイッチング回路７は例えば、トランジスタやＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）やリレー等で構成することができる。

図２は、図１の端末制御システムの通信形態の一例を示す波形図である。本実施形態において、主制御装置１と端末装置２とは、双方向通信可能に接続されているので、両装置は共に送信側装置及び受信側装置となるものである。即ち、一方が送信側装置である場合には、他方が受信側装置となり、一方が受信側装置である場合には、他方が送信側装置となる。

図２に示すように、送信側装置から通信線３を介して送信されるシリアルの通信データは、通信線３が抵抗を介して電源にプルアップされている（図１参照）ため、アイドリング状態（非通信状態）ｂ０においてＨ(high)状態である。送信側装置は、通信を開始すると、初めにスタートビットｂ１として、Ｌ(low)状態の通信データを送信する。そして、スタートビットｂ１に続いて、データビットｂ２を送信する。データビットｂ２は、本実施形態では８ビットのデータとしており、内容に応じてＨ／Ｌ状態を組み合わせて送信する。データビットｂ２の送信が終わると、送信データに応じたパリティビットｂ３を送信する。誤り訂正符合としてのパリティには、偶数パリティと奇数パリティとがあるが、これは端末制御システムの仕様として予め定められたものを用いる。このパリティビットｂ３の演算は、通信Ｉ／Ｆ部１１及び２１で行う（図１参照）。又は、主制御部９や主処理部２２で行っても良い。最後にストップビットｂ４として、Ｈ状態の通信データを送信し、再びアイドリング状態ｂ０のＨ状態となる。

一方、受信側装置は、通信線３を介して受信した通信データが、アイドリング状態のＨ状態から、Ｌ状態に変化したことを検知して、スタートビットｂ１が送信側装置から送信されたことを認識する。尚、このスタートビットｂ１がＬ状態となる状態検知に関しては、通信信号の立ち下がりエッジをエッジ検出で検出する方法を採っている。そして、この検知から所定時間Ｔ１を経過すると、サンプリングパルスを発生させる。そして、これ以降、通信速度に対応したデータピッチＴ２毎に、サンプリングパルスを発生させる。一回の通信で受信するビット数は、端末制御システムの仕様として定められているので、このビット数に応じた数のサンプリングパルスを発生させる。本実施形態では、スタートビットｂ１とパリティビットｂ３とストップビットｂ４とが各１ビットと、データビットｂ２が８ビットとで通信データが構成されているので、合計１１パルスである。このサンプリングパルスの例えば立上がりエッジが通信データを受信するストローブポイントである。尚、本実施形態では、所定時間Ｔ１は、データピッチＴ２の１／２として、各ビットの中央部付近の安定したタイミングがストローブポイントとなるようにしている。例えば、データピッチＴ２を１０ｍｓ（ミリ秒）とした場合は、総通信時間は、１１０ｍｓとなり、その間１０ｍｓ毎にサンプリングパルスを発生する。

〔第一実施形態〕
続いて、通信線３が断線、ショート等した場合の接続不良の検出について説明する。図１に示すように、主制御装置１は、端末装置２から送信され、通信線３を介して主制御装置１の通信Ｉ／Ｆ部１で受信した端末データの波形の特徴を検出する検出部４と、この検出部４の検出結果と、主制御装置１の基準記憶部８が記憶する基準とに基づいて主制御装置１と端末装置２との接続状態を判断する判断部５とを備えている。

図３は、本発明に係る端末制御システムの通信波形の一例を示す波形図である。上述したように、本実施形態においては、主制御装置１が、端末装置２への電源投入を制御している。図３に示すような電源制御信号が、スイッチング回路７に与えられると、このスイッチング回路７を介して、電源が端末装置２へ供給される。端末装置２へ入力された電源電圧は、スイッチング回路７への制御から時間Ｔ３を経過すると、端末装置２の動作開始電圧を超える。動作開始電圧を超えると、端末装置２は動作を開始し、主制御装置１へ、図３に示すようなＬ状態とＨ状態とからなる２ビットの端末データを通常の通信と同じデータピッチＴ２で送信する。即ち、Ｌ状態とＨ状態とからなる所定の論理パターンｂ５を有する端末データが、端末装置２への電源投入に応じて端末装置２から送信される。

主制御装置１は、図３に示すように、スイッチング回路７へ電源制御信号を与えてから、端末装置２が動作を開始するまでの時間Ｔ３に相当する時間と、上記で説明した所定時間Ｔ１（図２参照）とを経過すると、データピッチＴ２の間隔をおいてサンプリングパルスを２回発生する。より詳しくは、主制御部９が検出部４を制御してサンプリングパルスを発生する。そして、検出部４は、このサンプリングパルスによるストローブポイントＡ及びＢにおいて、受信した所定の論理パターンｂ５を有する端末データの論理状態をサンプリングする。このようにすることで、通常の通信時と同様のタイミングで、所定の論理パターンｂ５を有する端末データを受信することができる。尚、スイッチング回路７へ電源制御信号を与えてから、端末装置２が動作を開始するまでの時間Ｔ３は、主制御装置１側では正確には知りえないが、設計上の時間を時間Ｔ３に相当する時間として、予め主制御装置１内に記憶しておけばよい。また、本実施形態では、理解を容易にするために図１に示すように別の検出部４を設けた形としているが、検出部４を通信Ｉ／Ｆ部１１に設けてもよい。

このようにして検出部４において、所定の論理パターンｂ５を有するデジタル信号である端末データから所定の論理パターンを検出すると、検出された論理パターンと、主制御装置１の基準記憶部８が記憶する基準パターンとに基づいて、判断部５が、主制御装置１と端末装置２との接続状態を判断する。本実施形態においては、１ビット目がＬ状態で、続いてＨ状態となる２ビットのデータが基準パターンであり、受信した端末データがこの基準パターンであったか否かによって判断を行っている。

ここで、受信した端末データがＬ状態とＨ状態とからなる２ビットのデータであると検出された場合には、正常と判断する。２ビット共にＬ状態であると検出された場合には、異常と判断する。この場合には、通信線３がグラウンド（ＧＮＤ）とショートしていることが考えられる。２ビット共にＨ状態であると検出された場合にも異常と判断する。この場合は、通信線３が、電源とショートしていたり、断線していたりするようなことが考えられる。また、電源ライン７ａがショートしていて、端末装置２に電源が投入されていないことも考えられる。通信線３や電源ライン７ａが断線している場合にもＨ状態となるのは、主制御装置１内で通信線３がプルアップされているからである（図１参照）。

さらに、２ビットのデータがＨ状態とＬ状態との順に検出された場合も、異常と判断する。この場合は、さらに多くの原因が考えられる。通信線３が切断されていて、別のものと接続されていたり、端末装置２自体が故障していたりすることも考えられる。また、電源ライン７ａやＧＮＤライン７ｂの不具合も考えられる。例えば、主制御装置１と端末装置２とを接続するＧＮＤライン７ｂが断線していると、データが不安定となることがある。また、電源ライン７ａの抵抗性や容量性の負荷が増加して、電源投入が遅くなった場合には、初めにアイドリング状態のＨ状態を検出し、次に端末装置２が出力するＬ状態を検出するということもある。

このように、主制御装置１が、端末装置２への電源投入を制御し、所定の論理パターンを有する端末データが、端末装置２への電源投入に応じて端末装置から送信されると、種々想定される不具合を検出することが可能となる。本実施形態において、サンプリングパルスの発生は、図２に基づいて説明したように、通信線３を介して受信するデータが、Ｌ状態に遷移したことを基準とはしていない。主制御装置１が端末装置２への電源投入を制御するタイミングを基準としている。データが、Ｌ状態に遷移したことを基準とすると、２ビット共にＨ状態であった場合や、Ｈ状態に続いてＬ状態となる場合の検出ができなくなる。従って、本実施形態のように主制御装置１が端末装置２への電源投入を制御するタイミングを基準とすると好ましい。尚、上記説明ではＬ／Ｈ状態の２ビットからなる所定の論理パターンｂ５を用いたが、これに限るものではない。

判断部５で判断された結果は、主制御部９に伝達される。主制御部９は、判断部５の判断結果に基づいて、主制御装置１と端末装置２との接続不良を報知するなど、種々の対応が可能である。報知の方法としては、この端末制御システムに設けたＬＥＤ（発光ダイオード）等を用いて表示してもよいし、このシステムを制御するさらに上位のシステムに通信してもよい。その際に、上述したような検出パターンや、想定される不具合要因をコード化して伝達すると好適である。そうすると、点検や修理の際に確認すべき場所を早期に発見することができ、システムの復旧を早期に行うことが可能となる。

〔第二実施形態〕
図４は、本発明に係る端末制御システムの通信波形の他の例を示す波形図である。図４（ａ）は、通信線３を介して主制御装置１が受信する信号の波形である。通信Ｉ／Ｆ部１１及び検出部４では、この信号をＨ状態として認識するＨしきい値と、Ｌ状態として認識するＬしきい値とを有している。図４（ａ）に破線で示すような標準的な波形であった場合には、これらのしきい値によって、受信信号は図４（ｂ）に示すような論理状態を有する信号として認識される。このとき、１ビットのデータはデータピッチＴ２を有している。

ここで、主制御装置１が受信する信号の波形が、図４（ａ）の実線で示すように立上りに大きななまりを有する波形であった場合には、受信信号は図４（ｃ）に示すような論理状態を有する信号として認識される。このとき、１ビットのデータは、データピッチＴ２ではなく、時間Ｔ４を有するものとなる。

受信したデータの論理状態をサンプリングするためのサンプリングパルスをデータピッチＴ２に合わせて発生することについては上述したが、ここで検出部４において、このサンプリングパルスよりも短時間周期のサンプリングクロックを発生する。例えば、データピッチＴ２が１０ｍｓであったとすれば、クロック周期が０．１ｍｓ程度のサンプリングクロックを発生させる。このサンプリングクロックを用いると、データピッチＴ２の期間を１００等分してサンプリングすることができる。

このサンプリングクロックを用いて、図４（ｂ）や（ｃ）として認識される波形をサンプリングする場合について説明する。図４（ｂ）では、Ｌ状態への遷移を検出した後、Ｌ状態を１００回続けて検出し、続いてＨ状態を検出していく。図４（ｃ）では、Ｌ状態への遷移を検出した後、Ｌ状態を例えば１２０回続けて検出し、続いてＨ状態を検出していく。データピッチＴ２でデータが正しく遷移していく場合、サンプリングクロックによるサンプリング回数は、ほぼ１００回ずつとなる。従って、この理想回数の１００回と、実際にサンプリングクロックによってサンプリングされた回数との差によって、一方の論理状態から他方の論理状態への遷移時間を検出することができる。

接続に異常が無い場合には、実際のサンプリング回数は１００回前後となり、理想回数との差はゼロ前後となる。例えば、図４（ｂ）では、Ｌ状態のサンプリング回数は１００であるので、差はゼロである。よって、Ｌの論理状態からＨの論理状態への遷移時間は、ゼロと検出される。一方、図４（ｃ）では、Ｌ状態のサンプリング回数は１２０であるので、Ｌの論理状態からＨの論理状態への遷移時間は、２０と検出される。ここで、サンプリング誤差や通信線３の負荷の許容値等を考慮して基準遷移時間が、±１０回と基準記憶部に記憶されていたとする。判断部５では、図４（ｂ）に示す波形は、基準遷移時間内であるので、正常と判断し、図４（ｃ）に示す波形は、基準遷移時間を超えているので異常と判断する。

このように、検出部４において、デジタル信号である端末データの一方の論理状態から他方の論理状態への遷移時間を検出し、検出された遷移時間と、主制御装置１の基準記憶部８が記憶する基準遷移時間とに基づいて、判断部５が、主制御装置１と端末装置２との接続状態を判断するように構成することができる。この実施形態では、必ずしも決められたタイミングで所定の論理パターンを端末装置２から送信しなくてもよいので、通常の通信中にも接続状態を確認することができる。勿論、端末データを、所定論理パターンのデータとして、第一実施形態と同様のタイミングで計測を行ってもよい。

通常の通信の任意のタイミングで接続状態を確認する場合について、Ｌ状態からＨ状態への遷移時間を検出する例を具体的に説明する。図２に基づいて説明したように、通常の通信においては、必ずスタートビットｂ１がＬ状態へ遷移することを検出するので、これを起点として遷移時間の検出を開始すると好ましい。上述したように、スタートビットｂ１は、立ち下がりエッジをエッジ検出で検出する方法を採っているのでこれと同じ方法を用いるとよい。このとき、データビットｂ２が全てＬ状態のデータであったとしても、例えば奇数パリティの設定としておけば、パリティビットｂ３が少なくともＨ状態となり、遷移時間の測定が可能である。この場合、スタートビットｂ１がＬ状態となった起点より、９００回でパリティビットｂ３がＨ状態となるのが理想であるので、これとの差を遷移時間とすればよい。尚、サンプリングクロックによるサンプリング回数を積算するカウンタの大容量化を避けるために例えば、１００回毎にカウンタをクリアするようにしてもよい。また、偶数パリティを採用していた場合であっても、少なくともストップビットｂ４がＨ状態となるので問題はない。

尚、上記説明では、一方の状態から他方の状態へ遷移する時点、即ち、いわゆる立上がりや立下がりの時点を遷移時間として説明したが、例えば、Ｌ状態となったことを検出した時点からＨ状態になるまでの期間そのものを、遷移時間として扱ってもよい。上記の例に適用すると、基準遷移時間が１００回となることになる。

また、第一実施形態と同様に、主制御部９は、判断部５の判断結果に基づいて、主制御装置１と端末装置２との接続不良を報知するなど、種々の対応が可能である。

〔第三実施形態〕
図５は、本発明の実施形態に係る端末制御システムの他の例を示すブロック図である。上記第二実施形態では、通常の通信中にも接続状態の確認が可能であるので、図５のように、遷移時間の履歴情報を記憶する履歴記憶部１０を主制御装置１に備え、判断部５は、記憶された履歴情報に基づいて接続状態を判断するように端末制御システムを構成することができる。履歴記憶部１０を、フラッシュメモリ等の書き換え可能且つ不揮発性の記憶媒体で構成すれば、電源を切った後にも履歴情報が保持され、長期に亘って履歴情報を用いた判断を行うことができる。

既に述べたように、端末制御システムを機器に取り付けた時点や、通電を開始した時点では正常に動作していても、振動等によるコネクタの接触不良、半田割れ、ゴミ等の付着によって時間の経過に伴って異常が発生する場合がある。例えば、上記第二実施形態において説明したような方法で検出された遷移時間が、機器に取り付けられた時点では３であったとする。また、基準遷移時間が、±１０であったとする。端末制御システムを機器に取り付けて使用し始めた後、遷移時間が徐々に５、８と増加していったとする。この時点では、まだ基準遷移時間は、１０を超えてはいないので、第二実施形態と同様の判断を行うと、判断部５では異常とは判断しない。

しかし、遷移時間が徐々に増加していることを考えると、半田割れが発生して接続が不安定になりつつあったり、通信線３が断線しつつあったりするなどの異常を示しているとも考えられる。そこで、このように遷移時間が基準遷移時間を超えていなくとも、この先に越える可能性が高いと判断される場合には、判断部５において、異常の可能性有りとの判断を行うようにする。

このように検出した遷移時間の履歴情報を履歴記憶部１０に記憶して、この記憶した履歴情報に基づいて接続状態を判断するようにすると、時間の経過に伴って異常が発生する場合でも良好に検出できる。勿論、第一実施形態と同様に、主制御部９は、判断部５の判断結果に基づいて、主制御装置１と端末装置２との接続不良を報知するなど、種々の対応が可能である。さらに本第三実施形態では、異常状態には達していなくとも、異常の可能性が有るということを報知することができるので、端末制御システムとしての機能が損なわれる前に、対応することができて好適である。

〔第四実施形態〕
さらに、第二実施形態、第三実施形態の端末制御システムの判断部５による判断結果に基づいて、主制御装置１と端末装置２との通信速度を変更するように構成する実施形態について説明する。

上述したように、半田割れや断線による接触不良や、ゴミ等の付着によって負荷成分が増加した場合には、端末制御システムを機器に取り付けた後の時間の経過に伴って遷移時間が長くなっていく。これが論理状態をサンプリングするタイミング（ストローブポイント）を超えてしまうと、通信不良を招くため、上述した第二実施形態、第三実施形態では、これを異常と判断するようにしていた。

しかし、遷移時間が長くなった状態ではあっても、端末制御システムとしてはまだ機能している場合も多い。遷移時間が長いことを検出した時点で、即端末制御システムを停止すると、このシステムが取り付けられた機器自体の制御にも影響を与えてしまうことがある。そこで、異常個所を修復するまでの間、暫定的に端末制御システムを延命するために、通信速度を変更するとよい。

例えば、上述の実施形態では、データピッチＴ２を１０ｍｓとして説明した。これを２０ｍｓとすると、データピッチＴ２の１／２の時間設定であったストロ−ブポイントは、５ｍｓから１０ｍｓへと変更される。つまり、論理状態の変化点からストローブポイントまでの時間が長くなり、論理状態の変化点での遷移時間が長くなっても、通信不良を起こさず、正しい論理状態をサンプリングすることができるようになる。

また、逆に通常よりも遅い通信速度に設定して延命させていた場合に、遷移時間が基準遷移時間へ復帰したような場合には、元の通信速度へと戻すこともできる。但し、このような場合は、端末制御システムに何らかの不安定要因があることも予想されるので、第三実施形態で説明したような履歴情報に基づいて、修理や点検を促すような報知を行うと好ましい。

〔第五実施形態〕
以上説明した各実施形態はそれぞれ個別に実施してもよいが全てを包含して実施してもよい。特に、第一実施形態と第二実施形態とを共に実施可能に、例えば下記のように構成してもよい。

即ち、端末制御システムが備える検出部４を、デジタル信号である端末データの一方の論理状態から他方の論理状態への遷移時間を検出する第一検出手段と、所定の論理パターンを有するデジタル信号である端末データから論理パターンを検出する第二検出手段とを備えて構成する。
また、判断部５は、検出された遷移時間と、主制御装置１の基準記憶部８が記憶する基準遷移時間とに基づいて主制御装置１と端末装置２との接続状態を判断する第一判断手段と、検出された論理パターンと、主制御装置１の基準記憶部８が記憶する基準パターンとに基づいて主制御装置１と端末装置２との接続状態を判断する第二判断手段とを備えて構成する。
そして、判断部５が、第一判断手段又は第二判断手段の一方もしくは双方の判断結果に基づいて、主制御装置１と端末装置２との接続状態を判断する。

第五実施形態のように構成すると、例えば電源投入時には第二検出手段及び第二判断手段を用いて接続状態を判断し、その後の通常通信状態では第一検出手段及び第位置判断手段を用いて判断するように構成することができる。さらに、これらの判断結果を報知したり、判断結果に基づいて通信速度を変更したりするようにしてもよい。このように複数の方法を用いて、端末制御システムの接続状態を判断するようにすると、より精度の高い判断が可能となる。

以上説明したように、本発明によって、主制御装置と、この主制御装置に制御される端末装置と、これら両装置間を双方向通信可能に接続する通信線とを有する端末制御システムにおいて、良好に接続状態の検出及び判断を可能とすることができる。

本発明に係る端末制御システムは、センサとマイコンとから構成される種々のセンサ制御システムや、モータ等のアクチュエータを駆動するスレーブマイコンと、これらのアクチュエータの動作を包括制御するマスタマイコンとから構成されるアクチュエータ制御システム等に適用することができる。

本発明の実施形態に係る端末制御システムの一例を示すブロック図 図１の端末制御システムの通信形態の一例を示す波形図 本発明に係る端末制御システムの通信波形の一例を示す波形図 本発明に係る端末制御システムの通信波形の他の例を示す波形図 本発明の実施形態に係る端末制御システムの他の例を示すブロック図

符号の説明

１ 主制御装置
２ 端末装置
３ 通信線
４ 検出部
５ 判断部

Claims (5)

1. 主制御装置と、この主制御装置に制御される端末装置と、これら両装置間を双方向通信可能に接続する通信線とを有する端末制御システムであって、
   前記端末装置から送信され、前記通信線を介して前記主制御装置が受信する端末データの波形の特徴として、デジタル信号である前記端末データの一方の論理状態から他方の論理状態への遷移時間を検出する検出部と、
   検出された前記遷移時間と、前記主制御装置が記憶する基準遷移時間とに基づいて前記主制御装置と前記端末装置との接続状態を判断する判断部と、を前記主制御装置に備え、
   前記判断部の判断結果に基づいて、前記主制御装置と前記端末装置との通信速度を変更する端末制御システム。
2. 主制御装置と、この主制御装置に制御される端末装置と、これら両装置間を双方向通信可能に接続する通信線とを有する端末制御システムであって、
   前記端末装置から送信され、前記通信線を介して前記主制御装置が受信する端末データの波形の特徴として、デジタル信号である前記端末データの一方の論理状態から他方の論理状態への遷移時間を検出する第一検出手段、及び、
   前記端末データの波形の特徴として、所定の論理パターンを有するデジタル信号である前記端末データから前記論理パターンを検出する第二検出手段、を有する検出部と、
   前記第一検出手段により検出された前記遷移時間と、前記主制御装置が記憶する基準遷移時間とに基づいて前記主制御装置と前記端末装置との接続状態を判断する第一判断手段、及び、
   前記第二検出手段により検出された前記論理パターンと、前記主制御装置が記憶する基準パターンとに基づいて前記主制御装置と前記端末装置との接続状態を判断する第二判断手段、を有し、
   前記第一判断手段又は前記第二判断手段の一方もしくは双方の判断結果に基づいて前記主制御装置と前記端末装置との接続状態を判断する判断部と、を前記主制御装置に備え、
   前記判断部の判断結果に基づいて、前記主制御装置と前記端末装置との通信速度を変更する端末制御システム。
3. 前記遷移時間の履歴情報を記憶する履歴記憶部を前記主制御装置に備え、前記判断部は、記憶された前記履歴情報に基づいて接続状態を判断する請求項２に記載の端末制御システム。
4. 前記所定の論理パターンを有する前記端末データは、前記端末装置への電源投入に応じて前記端末装置から送信される請求項２に記載の端末制御システム。
5. 前記判断部の判断結果に基づいて、前記主制御装置と前記端末装置との接続不良を報知する請求項１から４の何れか一項に記載の端末制御システム。

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