JP5699446B2 - データ収集装置 - Google Patents

Description

本発明は、単一系統のシリアルバスで接続された複数台の測定モジュールを備えたデータ収集装置に関する。

電圧、抵抗、温度等の様々な物理量の信号を測定する場合、複数の測定モジュールを用い、それぞれの測定モジュールに機能を割り当てて測定を行ない、データ収集することが行なわれている。また、同じ物理量の信号測定であっても、多数の測定点で測定する場合には、同一機能の測定モジュールを複数用いて測定を行なってデータ収集することが行なわれている。

測定モジュール間の通信には、一般に、小型化を図ると共にコストを抑えるために単一系統のシリアルバスが用いられている。単一系統のシリアルバスは、１つのシリアルバスを各測定モジュールで共有するため、複数の測定モジュールが同時にデータを送信することができない。

ところで、複数のモジュールを用いて様々な物理量の信号を測定する際に、測定タイミングを時刻に同期させる必要がある場合がある。従来、測定タイミングを時刻に同期させる場合には、図７に示すように、メインとなる測定モジュールが時計を持ち、その時計の時刻を基準に各測定モジュールに測定の開始を順に指示していた。本例では、時計を備えている測定モジュールＭｏｄ０がメインとなり、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、測定モジュールＭｏｄ１、測定モジュールＭｏｄ２、測定モジュールＭｏｄ３に順に測定スタート信号を送ることで時刻に同期させ、さらに、確実に測定開始を伝送するために、各測定モジュールからの応答を確認するようにしていた。

また、測定データの収集では、図８に示すように、メインとなる測定モジュールがポーリングを行なって各測定モジュールから測定データを得ていた。本例では、メインの測定モジュールＭｏｄ０が、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、測定モジュールＭｏｄ１、測定モジュールＭｏｄ２、測定モジュールＭｏｄ３に順にデータを問い合わせ、各モジュールからの応答として測定データを受信する。このように、メインとなるモジュールを定めているため測定スタートの伝送と衝突せずに測定データの収集を行なうことができる。

なお、単一系統のシリアルバスを用いた、測定モジュール以外の機器間通信では、図９に示すように、各モジュールが順番に送信することで、各モジュールでデータを共有する仕組みを用いているものもある。

具体的には、例えば、図１０に示すように、モジュールＭｏｄ０の送信タイミングとして、自身が送信してから１００ｍｓ経過後と定めておき、モジュールＭｏｄ１の送信タイミングとして、モジュールＭｏｄ０が送信してから２０ｍｓ経過後、あるいは自身が送信してから１１０ｍｓ経過後と定めておき、モジュールＭｏｄ２の送信タイミングとして、モジュールＭｏｄ０が送信してから４０ｍｓ経過後、あるいはモジュールＭｏｄ１が送信してから２０ｍｓ経過後、あるいは自身が送信してから１２０ｍｓ経過後と定めておき、モジュールＭｏｄ３の送信タイミングとして、モジュールＭｏｄ０が送信してから６０ｍｓ経過後、あるいはモジュールＭｏｄ１が送信してから４０ｍｓ経過後、あるいはモジュールＭｏｄ２が送信してから２０ｍｓ経過後、あるいは自身が送信してから１３０ｍｓ経過後と定めておくことで、送信データがぶつかることなくデータを共有することができる。

特開平２００４−２９５７４３号公報

メイン装置を定めて、測定スタートの指示を行なったり、ポーリングによって測定データを収集する方式は、各測定モジュールで時刻に同期した測定を行なうことが可能であるが、メイン装置となる装置が必須となり、各測定モジュールに処理を分散させていくことが困難である。

これに対して、他のモジュールの送信タイミングに基づいて定められるタイミングにデータを送信する方式は、メイン装置が不要となり、各モジュールで処理が分散されることになるが、時刻情報を用いていないため、時刻に同期した測定を行なうことができず、測定時刻の概念が重要なデータ収集装置にそのまま適用することはできない。

そこで、本発明は、単一系統のシリアルバスで接続された複数台の測定モジュールを備えたデータ収集装置において、各測定モジュールのデータ送信を制御するメイン装置を設けることなく、データ送信の衝突を防ぐととともに、各測定モジュールで時刻に同期した測定を行なえるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のデータ収集装置は、単一系のシリアルバスに接続された複数台の測定モジュールを備えたデータ収集装置であって、前記測定モジュールのそれぞれが、時刻を計時する時計部と、前記シリアルバスを介したデータの受信を行なう受信部と、他の前記測定モジュールから受信した時刻情報にしたがって前記時計部の計時を修正する時計修正部と、前記時計部の計時を基準に、所定の送信タイミングで測定データを、前記シリアルバスを介して送信する送信部とを備え、複数台の前記測定モジュールのうち１台の前記送信部は、前記時計部の計時に基づく時刻情報を他の測定モジュールに送信することを特徴とする。

ここで、前記送信部における所定の送信タイミングは、他の測定モジュールの送信タイミングと異なるタイミングとすることができる。また、前記測定モジュールのそれぞれが、前記時計部が計時する時刻に同期して測定を行なう測定部を備えることが望ましい。

このデータ収集装置によれば、各測定モジュールが時計部を備え、１台の測定モジュールが送信する時刻情報にしたがって時計部の計時を修正するため、各測定モジュールの時計部が同期することになる。この同期した時計部を基準に所定の送信タイミングで測定データを送信するため、メイン装置を設けることなく、データ送信の衝突を防ぐことができる。また、各測定モジュールが時計部を備えているため、各測定モジュールで時刻に同期した測定を行なえるようになる。

また、前記送信部は、前記所定の送信タイミングで、同一の測定データを複数個送信することで、通信の信頼性を高めることができる。

本発明によれば、単一系統のシリアルバスで接続された複数台の測定モジュールを備えたデータ収集装置において、各測定モジュールのデータ送信を制御するメイン装置を設けることなく、データ送信の衝突を防ぐととともに、各測定モジュールで時刻に同期した測定を行なえるようになる。

本実施形態に係るデータ収集装置の構成を示す図である。 測定モジュールの通信に関する構成を示すブロック図である。 各測定モジュールが測定データを順次送信する様子を示す図である。 測定モジュールの動作について説明するフローチャートである。 時刻情報の送信タイミングと測定データの送信タイミングの例を示す図である。 測定モジュールの通信に関する構成の別例を示すブロック図である。 メインの測定モジュールが各測定モジュールに測定スタート指示を送信し、応答を受信する例を示す図である。 メインの測定モジュールから各測定モジュールにポーリングを行なって測定データを収集する例を示す図である。 各モジュールが順番に送信することで、各モジュールでデータを共有する例を示す図である。 各モジュールの送信タイミングの例を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るデータ収集装置の構成を示す図である。本図に示すように、データ収集装置は、複数台の測定モジュールがシリアルバスによって接続されて構成される。本実施形態では、複数台の測定モジュールのうち、１台の測定モジュールが時刻マスタとして機能し、他の測定モジュールに定期的に時刻情報を送信する。

各測定モジュールは、時刻を計時する時計部を備え、時刻マスタとなった測定モジュールから送られた時刻情報にしたがって、自身の時計部が計時する時刻情報を修正する。これにより、すべての測定モジュールの時計部が同期することになり、メイン装置からの測定開始指示を受信しなくても、自身の時刻情報を基準に、時刻に同期した測定を行なうことができるようになる。

また、各測定モジュールは、自身の時刻情報を基準に、あらかじめ測定モジュール毎に定められた送信タイミングにしたがって送信処理を行なう。具体的には、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、各測定モジュールが測定データ等の送信を、設定された送信タイミングで順次行なうようにする。これにより、メイン装置がポーリングを行なわなくても、各測定モジュールが、他の測定モジュールと衝突せずに、自主的に測定データ等を送信することができるようになる。

したがって、本実施形態では測定開始の指示を行なったり、ポーリングによってデータを収集していたメイン装置を設ける必要がなくなり、各測定モジュールによる処理の分散化を図ることができるようになる。

複数の測定モジュールうち、どの測定モジュールが時刻マスタとなるかは、適宜定めることができる。例えば、測定モジュール同士で情報を交換して、最も精度の高い時計部を備えている測定モジュールを時刻マスタとして定めることができる。あるいは、設定されているアドレスが最も小さい測定モジュールを時刻マスタとする等の所定の規則にしたがって定めたり、データ収集装置の管理者があらかじめ定めておくようにしてもよい。

図２は、本実施形態に係る測定モジュールの通信に関する機能構成を示すブロック図である。本図に示すように、測定モジュール１００は、シリアルドライバ１１０、送信部１２０、受信部１３０、データバッファ１４０、受信時刻情報格納部１５０、時計部１６０、時刻修正部１７０、測定部１８０を備えている。これらの機能部は、ＣＰＵ、メモリ、インタフェース、その他のハードウェアあるいはソフトウェアにより構築することができる。

シリアルドライバ１１０は、他の測定モジュールとシリアルバスを介したデータのやり取りを行なうための処理を行なう。送信部１２０は、測定データ等の送信処理を行なう。また、時刻マスタとなった測定モジュール１００の送信部１２０は、自身の時計部１６０が計時する時刻情報の送信処理も行なう。さらに、送信部１２０は、時刻マスタとなる測定モジュール１００を設定したり、測定データ等の送信タイミングを設定したりする送信制御部１２１を備えている。

受信部１３０は、シリアルバスを介して時刻マスタとなった測定モジュール１００から時刻情報を受信したり、他の測定モジュール１００からデータを受信する処理を行なう。データバッファ１４０は、送信部１２０から送信する測定データや受信部１３０が受信したデータを一時的に格納する。

受信時刻情報格納部１５０は、時刻マスタとなった測定モジュール１００から受信した時刻情報を一時的に格納する。時計部１６０は、時刻を計時する。時刻修正部１７０は、時刻マスタとなった測定モジュール１００から送られた時刻情報に基づいて自身の時計部１６０が計時する時刻情報の修正を行なう。測定部１８０は、測定モジュール１００に割り当てられた測定を行なう。このとき、時計部１６０の計時する時刻情報を基準に、時刻に同期した測定を行なうことができる。

次に、上記構成の測定モジュール１００の動作について図４のフローチャートを参照して説明する。まず、データ収集装置を構成する複数台の測定モジュール１００の中から、時刻マスタとなる測定モジュール１００の設定を行なう（Ｓ１０１）。時刻マスタとなる測定モジュール１００の設定は、上述のように、測定モジュール１００同士が情報を交換する等して行なうことができる。

次いで、送信タイミングの設定を行なう（Ｓ１０２）。送信タイミングは、他の測定モジュール１００の送信タイミングとぶつからないように、あらかじめ定められた規則にしたがった設定することができる。例えば、アドレスの順に所定の時間間隔で送信タイミングを割り当てることで設定したり、管理者が適宜設定することができる。なお、時刻マスタとなる測定モジュール１００や各測定モジュール１００の送信タイミングは、規則にしたがって動的に定めるようにしてもよいし、あらかじめ固定的に定めておくようにしてもよい。

そして、データ収集装置における通信を開始すると（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、時刻マスタとなった測定モジュール１００は（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、所定のタイミングで、自身の時計部１６０が計時している時刻情報を、シリアルバスを介して他の測定モジュール１００に送信する（Ｓ１０５）。所定のタイミングは、例えば、一定の周期毎とすることができる。

一方、時刻マスタ以外の測定モジュール１００は（Ｓ１０４：Ｎｏ）、時刻マスタとなった測定モジュール１００が送信した時刻情報を受信すると（Ｓ１０６）、受信した時刻情報を受信時刻情報格納部１５０に格納し、受信した時刻情報に基づいて自身の時計部１６０が計時している時刻情報を修正する（Ｓ１０７）。時刻情報の修正は、例えば、受信した時刻情報と、自身の時計部１６０が計時している時刻情報との差分を算出することにより行なうことができる。

これにより、各測定モジュール１００の時計部１６０の計時する時刻情報が同期することになる。本フローチャートには示していないが、各測定モジュール１００の測定部１８０は、同期した時計部１６０の計時を基準にして、時刻に同期した測定を行なうことができるようになる。

そして、測定モジュール１００は、設定された送信タイミングになると（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、シリアルバスを介して測定データを送信する（Ｓ１０９）。送信すべき測定データがない場合は、その送信タイミングにおける送信を行なわないようにしてもよいし、稼働状態であることを示すために何らかのデータを送信するようにしてもよい。

測定モジュール１００は、以上に示した（Ｓ１０４）〜（Ｓ１０９）の処理を、通信が終了するまで繰り返す（Ｓ１１０）。これにより、周期的に時刻情報の修正が行なわれ、各測定モジュール１００は、他の測定モジュール１００と衝突せずに測定データの送信を繰り返すことができる。

図５は、時刻マスタとなった測定モジュール１００の時刻情報の送信タイミングと各測定モジュール１００の測定データの送信タイミングの例を示す図である。本図の例では、「０」〜「Ｆ」の１６台の測定モジュール１００が通信を行なう場合について示しており、時刻マスタとなった測定モジュール１００は、１０ｍＳ毎に時刻情報を送信する。「０」〜「Ｆ」の１６台の測定モジュール１００は、他の測定モジュール１００と重ならないように送信タイミングが定められ、指定された時刻になると順次測定データを送信する。

以上説明したように、本実施形態によれば、データ収集装置において、各測定モジュールのデータ送信を制御するメイン装置を設けることなく、データ送信の衝突を防ぐととともに、各測定モジュールで時刻に同期した測定を行なえるようになる。

なお、上記の例では、時刻マスタとなった測定モジュール１００は、自身の時計部１６０が計時する時刻情報を他の測定モジュール１００に送信するようにしていたが、ＳＮＴＰ（Simple Network Time Protocol）サーバ等の、外部の時刻に同期する機構を組み入れることで、データ収集装置を外部の時刻に同期させることができるようになる。

また、測定データの送信において、通信が失敗したときのリカバリが行なえるように、一回の送信タイミングで、同じ測定データを複数回送信するようにしてもよい。この場合、受信側の測定モジュール１００では、１個の測定データを受信すれば足りる。

このため、例えば、図６に示すように、受信済データバッファ１９０を、他の測定モジュール１００に対応して設けることで、同一の測定データを複数個受信してしまうことを防ぐことができる。すなわち、同じ測定モジュール１００から送信された測定データは１個のみ格納するようにする。ただし、次の送信タイミングで送信された測定データは格納できるようにするために、受信済データバッファ１９０は、送信タイミングの周期よりも短い間隔で、例えば、時刻マスタとなった測定モジュール１００からの時刻情報の受信を契機にクリアするようにする。

１００…測定モジュール、１１０…シリアルドライバ、１２０…送信部、１２１…送信制御部、１３０…受信部、１４０…データバッファ、１５０…受信時刻情報格納部、１６０…時計部、１７０…時刻修正部、１８０…測定部、１９０…受信済データバッファ

Claims (3)

1. 単一系のシリアルバスに接続された複数台の測定モジュールを備えたデータ収集装置であって、
   前記測定モジュールのそれぞれが、時刻を計時する時計部と、
   前記シリアルバスを介したデータの受信を行なう受信部と、
   他の前記測定モジュールから受信した時刻情報にしたがって前記時計部の計時を修正する時計修正部と、
   前記時計部の計時を基準に、所定の送信タイミングで測定データを、前記シリアルバスを介して送信する送信部とを備え、
   前記複数台の測定モジュールは,測定モジュール同士で情報を交換し、所定の規則にしたがって１台の測定モジュールを時刻マスタとして設定し、
   前記時刻マスタとなった測定モジュールの前記送信部は、前記時計部の計時に基づく時刻情報を他の測定モジュールに送信することを特徴とするデータ収集装置。
2. 前記所定の規則は、最も精度の高い時計部を備えている測定モジュールを時刻マスタとするものであることを特徴とする請求項１に記載のデータ収集装置。
3. 前記所定の規則は、設定されているアドレスが最も小さい測定モジュールを時刻マスタとするものであることを特徴とする請求項１に記載のデータ収集装置。