JP3923456B2 - Sensor system and sensor signal processing method - Google Patents
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Description
本発明は、センサシステムおよびセンサ信号処理方法に関する。 The present invention relates to a sensor system and a sensor signal processing method.
センサユニットを備えたセンサシステムは、広い用途に用いられている。一般に、センサシステムは、センサユニットの出力信号を処理する信号処理ユニットを備えている。 A sensor system including a sensor unit is used in a wide range of applications. Generally, the sensor system includes a signal processing unit that processes an output signal of the sensor unit.
以下、例えば自動車のドアのオープン・クローズ用スイッチ、シートベルトのバックルスイッチなどに用いられているセンサシステムについて説明する。自動車のバッテリーから直接電源が供給される信号処理ユニットは、イグニッションスイッチの開閉状態に応じて処理動作を変化させることがある。イグニッションスイッチがOFF状態のときは、バッテリーが充電されないため、バッテリー上がりを防止することを目的として信号処理ユニットには低消費電流動作が求められる。通常は、イグニッションスイッチがOFF状態のときは、ON状態のときより簡素な動作処理を行い、消費電流を抑えている。 Hereinafter, a sensor system used for, for example, an automobile door open / close switch, a seat belt buckle switch, and the like will be described. A signal processing unit to which power is directly supplied from an automobile battery may change the processing operation according to the open / close state of the ignition switch. When the ignition switch is in the OFF state, the battery is not charged. Therefore, the signal processing unit is required to operate with low current consumption for the purpose of preventing the battery from running out. Normally, when the ignition switch is in the OFF state, simpler operation processing is performed than in the ON state to suppress current consumption.
例えば、イグニッションスイッチがOFF状態のとき、センサシステムはドアのオープン・クローズ用スイッチを監視し、スイッチがON状態(ドアがオープンになっている状態)になると車内灯を点灯する処理を行ったり、シートベルトのバックルスイッチを監視し、スイッチがON状態(バックルスイッチが装着された状態)になると、チャイルドシートと呼ばれる幼児拘束装置(Child Restraint System:CRS)の装着状態の検知処理を行ったりする。 For example, when the ignition switch is in the OFF state, the sensor system monitors the door open / close switch, and when the switch is in the ON state (the door is in an open state) The buckle switch of the seat belt is monitored, and when the switch is in an ON state (a state where the buckle switch is attached), a detection process of an attachment state of a child restraint system (Child Restraint System: CRS) called a child seat is performed.
また、ドアのオープン・クローズ用スイッチやバックルスイッチなどをセンサユニットの一部であるセンサとして備えたセンサシステムは、センサユニットの通常動作時の出力信号処理だけでなく、センサユニットの故障時の出力信号処理をあわせて行うことが一般的である。ここで、センサユニットの故障とは、センサ配線のバッテリーラインやGNDラインとの短絡、センサ配線の断線などを意味する。 In addition, sensor systems equipped with door open / close switches, buckle switches, etc. as sensors that are part of the sensor unit not only output signal processing during normal operation of the sensor unit, but also output when the sensor unit fails. It is common to perform signal processing together. Here, the failure of the sensor unit means a short circuit with a battery line or a GND line of the sensor wiring, a disconnection of the sensor wiring, or the like.
前述のセンサシステムの信号処理ユニットが処理するセンサユニットの出力信号は、例えば、検出される電圧の低い順に、スイッチハーネスがGNDラインと短絡している状態(故障状態)、スイッチON状態、スイッチOFF状態、スイッチハーネスが開放した状態(故障状態)、スイッチハーネスがバッテリーラインと短絡した状態(故障状態)の5つの状態があり、これらの状態を示す電圧の範囲が明確であれば、信号処理ユニットでセンサユニットの出力信号を処理することによりセンサユニットの通常動作時および故障時の各状態を検知することが可能になる。 The output signal of the sensor unit processed by the signal processing unit of the sensor system described above includes, for example, the state in which the switch harness is short-circuited to the GND line (failure state), switch ON state, switch OFF There are five states: a state where the switch harness is open (failure state), and a state where the switch harness is short-circuited with the battery line (failure state). If the voltage range indicating these states is clear, the signal processing unit By processing the output signal of the sensor unit, it is possible to detect the respective states of the sensor unit during normal operation and at the time of failure.
ところで、上記のようにセンサユニットの通常動作時および故障時の出力信号を信号処理ユニットで検出して処理する場合、複数の比較器を用いて検出することは、しきい値の数が多くなると困難となるので、一般にA/Dコンバータを利用してセンサユニットの出力信号電圧を検出することが一般的である。また、A/Dコンバータは単独であったりマイコン内に組み込まれていたりするが、A/Dコンバータは比較器より消費電流が大きいという問題点があり、例えばこの問題点を解決するために、スイッチのON状態を検知してマイコンの動作モードを低電流動作モードから通常動作モードに切り替えることが知られている(特許文献1参照)。 By the way, when the signal processing unit detects and processes the output signal at the time of normal operation and failure of the sensor unit as described above, detection using a plurality of comparators increases the number of threshold values. Since it becomes difficult, it is general to detect the output signal voltage of the sensor unit using an A / D converter. In addition, although the A / D converter is independent or incorporated in the microcomputer, the A / D converter has a problem that current consumption is larger than that of the comparator. For example, a switch is used to solve this problem. It is known that the microcomputer's operation mode is switched from the low current operation mode to the normal operation mode by detecting the ON state (see Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載された技術を用いても、センサユニットの通常動作時および故障時の出力信号処理を行う際の信号処理ユニットの消費電流を低減させることは困難であり、信号処理ユニットの消費電流を低減させるためには新たな手法が必要となる。
However, even if the technique described in
そこで、本発明は、センサユニットの通常動作時および故障時の出力信号処理を行う際の信号処理ユニットの消費電流を低減させるセンサシステムおよびセンサ信号処理方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a sensor system and a sensor signal processing method that reduce current consumption of a signal processing unit when performing output signal processing during normal operation and failure of the sensor unit.
請求項1の発明は、センサユニットと、該センサユニットの出力信号を処理する信号処理ユニットとを備えたセンサシステムにおいて、前記信号処理ユニットは、前記センサユニットの通常動作時の出力信号処理のみを行う第1の処理動作と、前記センサユニットの通常動作時および故障時の出力信号処理を行う第2の処理動作とを切り替える処理状態切替機能を備えており、前記第1 の処理動作は、前記センサユニットの出力信号の電圧値を所定のしきい値により2 値の電圧値に変換し、前記第2 の処理動作は、前記センサユニットの出力電圧をその電圧値に応じたディジタル信号に変換する動作であることを特徴とする。
The invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記処理状態切替機能は、前記第1の処理動作の時間間隔が前記第2の処理動作の時間間隔より短くなるように処理状態を切り替える機能であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the processing state switching function switches the processing state so that the time interval of the first processing operation is shorter than the time interval of the second processing operation. It is characterized by being.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記センサユニットの出力信号はアナログ電圧信号であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the output signal of the sensor unit is an analog voltage signal.
請求項4の発明は、請求項1〜請求項3の発明において、前記信号処理ユニットは電池に接続されて該電池から直接電源の供給を受けていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the signal processing unit is connected to a battery and is directly supplied with power from the battery.
請求項5の発明は、センサユニットの出力信号を処理するセンサ信号処理方法において、前記センサユニットの通常動作時の出力信号処理のみを行う第1の処理動作と、前記センサユニットの通常動作時および故障時の出力信号処理を行う第2の処理動作とを切り替え、前記第1 の処理動作は、前記センサユニットの出力信号の電圧値を所定のしきい値により2 値の電圧値に変換し、前記第2 の処理動作は、前記センサユニットの出力電圧をその電圧値に応じたディジタル信号に変換する動作であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the sensor signal processing method for processing the output signal of the sensor unit, the first processing operation for performing only the output signal processing during the normal operation of the sensor unit, the normal operation of the sensor unit, and Switching to a second processing operation for performing an output signal processing at the time of failure , wherein the first processing operation converts the voltage value of the output signal of the sensor unit into a binary voltage value by a predetermined threshold; The second processing operation is an operation of converting the output voltage of the sensor unit into a digital signal corresponding to the voltage value .
請求項7の発明は、請求項6の発明において、前記第1の処理動作の時間間隔が前記第2の処理動作の時間間隔より短くなるように処理動作を切り替えることを特徴とする。
The invention of
請求項7の発明は、請求項5または請求項6の発明において、前記第1の処理動作は、前記センサユニットの出力信号の電圧値を所定のしきい値により2値の電圧値に変換し、該変換後の電圧を前記信号処理ユニットで測定した結果に基づいて処理する動作であり、前記第2の処理動作は、前記センサユニットの出力信号の電圧値を前記信号処理ユニットで測定した結果に基づいて処理する動作であることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the invention, in the fifth or sixth aspect of the invention, the first processing operation converts the voltage value of the output signal of the sensor unit into a binary voltage value according to a predetermined threshold value. The second processing operation is a result of measuring the voltage value of the output signal of the sensor unit with the signal processing unit. It is the operation | movement processed based on.
本発明のセンサシステムおよびセンサ信号処理方法によれば、センサユニットの通常動作時の出力信号処理のみを行う処理動作を主に行いつつ、センサユニットの故障時の出力信号処理を必要に応じて行うことができるため、信号処理ユニットにセンサユニットの故障状態の検知機能を持たせたまま、信号処理ユニットの消費電流を効果的に低減することができる。 According to the sensor system and the sensor signal processing method of the present invention, the output signal processing at the time of failure of the sensor unit is performed as necessary while mainly performing the processing operation for performing only the output signal processing at the time of normal operation of the sensor unit. Therefore, the current consumption of the signal processing unit can be effectively reduced while the signal processing unit has a function of detecting the failure state of the sensor unit.
本発明の実施形態を説明する。 An embodiment of the present invention will be described.
図1は、本発明の実施形態であるセンサシステムの一例を概略的に示す説明図である。図1において、センサシステム1は、センサユニット2と信号処理ユニット3とを備えている。
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing an example of a sensor system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the
センサユニット2は、センサ21と電源22とを備えている。電源22は、センサ21の出力信号を発生させるために設けられている。なお、電源22は、電源信号処理ユニット3から電源線等を介して供給されていてもよく、センサユニット2内に設置されている必要はない。
The
ここで、センサ21の出力インピーダンスが高い場合には、図2に示すように、センサ21の出力側に緩衝増幅器23を設けることで、センサユニット2の出力インピーダンスを低下させ、信号処理ユニット3の入力側におけるノイズの影響を最小限にとどめることができる。なお、緩衝増幅器23の電源としては、センサ21に接続されている電源22を共用してもよく、例えば電源信号処理ユニット3から電源線等を介して供給するなど、別の電源を用いてもよい。
Here, when the output impedance of the
また、センサ21は、スイッチ、可変抵抗器、固定抵抗器(以下、単に「抵抗」とする)などを使用して構成することができるが、電圧出力するセンサであれば種類を問わず使用することが可能であり、例えば非接触型センサであるMRセンサやホールセンサなどを使用することもできる。以下、スイッチ、可変抵抗器、固定抵抗器などを使用してセンサ21を構成した例について説明する。
The
図3は、センサ21に2極スイッチを用いた一例を示す説明図であり、図4はセンサ21に3極スイッチを用いた一例を示す説明図であり、図5はセンサ21に可変抵抗器を用いた一例を示す説明図である。なお、本実施形態におけるセンサ21の構成は、図3〜図5に例示された構成には限られない。
3 is an explanatory diagram showing an example using a two-pole switch for the
図3において、センサ21は、電源側からグラウンド(以下、GNDとする)側の順に抵抗R31、R32、R33が直列接続され、抵抗R32と並列に2極スイッチ24が接続されて構成される。センサ21の出力信号は、図3においては2極スイッチ24の電源側(抵抗R31と抵抗R32の間)から取り出しているが、2極スイッチ24のGND側(抵抗R32と抵抗R33の間)から取り出してもよい。
In FIG. 3, the
図4において、センサ21は、電源側からグラウンド(以下、GNDとする)側の順に抵抗R41、R42、R43が直列接続され、抵抗R42と並列に3極スイッチ25が接続されて構成される。
In FIG. 4, the
図5において、センサ21は、電源側からグラウンド(以下、GNDとする)側の順に抵抗R51、可変抵抗器26、抵抗R52が直列接続されて構成される。センサ21の出力信号は、可変抵抗器26の可動部から取り出している。
In FIG. 5, the
そして、図3〜図5に例示するようにセンサ21を構成することにより、センサユニット2の通常動作時および故障時に対応する出力信号を得ることができる。
Then, by configuring the
信号処理ユニット3は、センサユニット2の出力信号を検出する機能を備えている。信号処理ユニット3は、この機能を実現するため、A/Dコンバータ31と比較器32と演算器33とを備えている。A/Dコンバータ31はセンサユニット2の出力電圧をその電圧値に応じたディジタル信号に変換する動作を行い、比較器32は特定のしきい値によりセンサユニット2の出力電圧をHレベル(ほぼ電源電圧レベル)またはLレベル(ほぼGNDレベル)に変換する動作を行う。また、演算器33は、A/Dコンバータ31および比較器32の出力電圧を検出してセンサの開閉状態および故障状態を判定する機能を有する。
The
信号処理ユニット3は、演算器33の入力側に入力切替手段34を備えている。この入力切替手段34は、センサユニット2の通常動作時の出力信号処理のみを主に行いつつ、センサユニット2の通常動作時および故障時の出力信号処理を行う第2の処理動作を必要に応じて行うために設けられている。
The
また、信号処理ユニット3は、A/Dコンバータ31に接続された電源35を断続させる電源断続手段36を備えている。この電源断続手段36は、センサユニット2の通常動作時および故障時の出力信号処理を行う第2の処理動作を行うときのみA/Dコンバータ31を動作させるようにするために設けられている。
Further, the
演算器33は監視状態切替機能を備えており、入力切替手段34および電源断続手段36は、演算器33から出力される制御信号により制御される。なお、入力切替手段34および電源断続手段36は、半導体を用いたスイッチ回路、半導体スイッチング素子などを用いて構成してもよい。
The
また、演算器33における監視状態切替機能は、第1の処理動作の時間間隔が第2の処理動作の時間間隔より短くなるように監視状態を切り替えるように設定されることで、A/Dコンバータ31の動作時間を必要最小限の時間に短縮することができ、信号処理ユニット3にセンサユニット2の故障状態の検知機能を持たせたまま信号処理ユニット3の消費電流を低減することができる。
Further, the monitoring state switching function in the
本実施形態によれば、信号処理ユニット3にセンサユニット2の故障状態の検知機能を持たせたまま信号処理ユニット3の消費電流を低減することができるが、以下にその具体的一例をセンサ信号処理方法として説明する。
According to the present embodiment, the current consumption of the
主に図1のセンサシステムを参照して説明する。まず、センサユニット2の出力信号の電圧値を、電圧の低い順に、センサ配線がGNDラインと短絡している状態(故障状態1)、センサ21が正常動作時の低電位である状態(正常状態1)、センサ21が正常動作時の高電位である状態(正常状態2)、センサ配線が開放した状態(故障状態2)、センサ配線が電源ラインと短絡した状態(故障状態3)の5つの状態となるように、センサ21の構成を最適化する。
Description will be made mainly with reference to the sensor system of FIG. First, the voltage value of the output signal of the
電源22の電圧が5Vの場合であれば、故障状態1、正常状態1、正常状態2、故障状態2、故障状態3の電圧を、例えばそれぞれ0〜0.75V、1.25V〜1.75V、2.25V〜2.75V、3.25V〜3.75V、4.25V〜5Vの範囲となるようにする。もちろん、電圧の範囲はこの範囲には限られない。
If the voltage of the
次に、センサユニット2と信号処理ユニット3とを接続し、センサユニット2の出力信号がA/Dコンバータ31および比較器32に入力されるようにする。以下、信号処理ユニット3の処理動作および処理動作の切り替えについて説明する。
Next, the
信号処理ユニット3の第1の処理動作について説明する。比較器32は特定のしきい値Va(例えば2V)を持ち、比較器32の入力電圧に対して、しきい値以上であれば高電位出力を、しきい値以下であれば低電位出力を出力し、2値の電圧値に変換する。そして、演算器33は、その入力側に設けられた入力切替手段34を通して比較器32の出力を検出する。この場合、電源断続手段36はA/Dコンバータ31に電源35からの電力を供給しないようにして、信号処理ユニット3全体の消費電力を低減させる。
A first processing operation of the
信号処理ユニット3の第2の処理動作について説明する。センサユニット2の通常動作時および故障時の出力信号処理を行う場合には、電源断続手段36はA/Dコンバータ31に電源35からの電力を供給し、演算器33は、その入力側に設けられた入力切替手段34を通してA/Dコンバータ31の出力を検出する。
The second processing operation of the
信号処理ユニット3における消費電流の大きさは、例えば、第1の処理動作では数十μA程度であり、第2の処理動作では10〜30mA程度となるので、第1の処理動作では第2の処理動作の数百分の1程度の消費電流で済むため、消費電力の低減が図られる。
For example, the current consumption in the
信号処理ユニット3における第1の処理動作と第2の処理動作との切り替えは、演算器33から出力される制御信号により入力切替手段34および電源断続手段36を制御することで行う。例えば、第1の処理動作を9回連続で行った後で第2の処理動作を1回行うことを繰り返す。この場合、10回に1回のタイミングで故障の検出を行うことになり、第2の処理動作を毎回行うよりも故障の検出時間が長くなるが、第1の処理動作または第2の処理動作を行う時間間隔を数ms〜数百ms程度で行えば、数秒以内には故障検出ができるため、実用上問題となることはない。
Switching between the first processing operation and the second processing operation in the
ここで、故障状態の検出時間を調整したい場合には、第2の処理動作の割合を変えること、第1の処理動作または第2の処理動作を行う時間間隔を調整することなどで対応することができる。 Here, when it is desired to adjust the detection time of the failure state, it is necessary to change the ratio of the second processing operation, or adjust the time interval for performing the first processing operation or the second processing operation. Can do.
本実施形態のセンサシステムおよびセンサ信号処理方法は、例えばドアのオープン・クローズ用スイッチ、シートベルトのバックルスイッチなどに好適に利用できるほか、ドアの開閉検知スイッチなどにも適用することができる。 The sensor system and the sensor signal processing method of this embodiment can be suitably used for, for example, a door open / close switch, a seat belt buckle switch, and the like, and can also be applied to a door open / close detection switch.
1 センサシステム
2 センサユニット
3 信号処理ユニット
21 センサ
22 電源
23 緩衝増幅器
24 2極スイッチ
25 3極スイッチ
26 可変抵抗器
31 A/Dコンバータ
32 比較器
33 演算器
34 入力切替手段
35 電源
36 電源断続手段
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記信号処理ユニットは、前記センサユニットの通常動作時の出力信号処理のみを行う第1の処理動作と、前記センサユニットの通常動作時および故障時の出力信号処理を行う第2の処理動作とを切り替える処理状態切替機能を備えており、
前記第1 の処理動作は、前記センサユニットの出力信号の電圧値を所定のしきい値により2 値の電圧値に変換し、前記第2 の処理動作は、前記センサユニットの出力電圧をその電圧値に応じたディジタル信号に変換する動作である
ことを特徴とするセンサシステム。 In a sensor system comprising a sensor unit and a signal processing unit for processing an output signal of the sensor unit,
The signal processing unit includes a first processing operation that performs only output signal processing during normal operation of the sensor unit, and a second processing operation that performs output signal processing during normal operation and failure of the sensor unit. It has a processing state switching function to switch ,
In the first processing operation, the voltage value of the output signal of the sensor unit is converted into a binary voltage value by a predetermined threshold value, and in the second processing operation, the output voltage of the sensor unit is converted into the voltage value. A sensor system characterized in that it is an operation of converting into a digital signal according to a value .
前記センサユニットの通常動作時の出力信号処理のみを行う第1の処理動作と、前記センサユニットの通常動作時および故障時の出力信号処理を行う第2の処理動作とを切り替え、
前記第1 の処理動作は、前記センサユニットの出力信号の電圧値を所定のしきい値により2 値の電圧値に変換し、前記第2 の処理動作は、前記センサユニットの出力電圧をその電圧値に応じたディジタル信号に変換する動作である
ことを特徴とするセンサ信号処理方法。 In a sensor signal processing method for processing an output signal of a sensor unit,
Switching between a first processing operation that performs only output signal processing during normal operation of the sensor unit and a second processing operation that performs output signal processing during normal operation and failure of the sensor unit ;
In the first processing operation, the voltage value of the output signal of the sensor unit is converted into a binary voltage value by a predetermined threshold value, and in the second processing operation, the output voltage of the sensor unit is converted into the voltage value. A sensor signal processing method, characterized in that the operation is a conversion into a digital signal corresponding to the value .
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