JP2021117398A

JP2021117398A - 音発生装置、音発生プログラムおよび制御装置

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Publication number: JP2021117398A
Application number: JP2020011689A
Authority: JP
Inventors: 和久上村; Kazuhisa Kamimura
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2040-01-28
Also published as: JP7419839B2

Abstract

【課題】故障を抑制しつつ、高音圧を実現することができる音発生装置、音発生プログラムおよび制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】音発生装置において、ＰＷＭ信号に基づき音を発する音発生部と、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、ＰＷＭ信号生成部に対し、ＰＷＭ信号の周波数を変更するよう指示する指示部と、を備え、ＰＷＭ信号生成部は、指示部から周波数を変更するよう指示があった場合、周波数を第１周波数から第２周波数へ変更する前に待機時間を設け、待機時間の信号をＬｏｗに固定する構成とした。
【選択図】図８

Description

本発明は、音発生装置、音発生プログラムおよび制御装置に関するものである。

従来、電子機器において音を発する手段として、圧電ブザーが用いられている。例えば、特許文献１には、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に基づいて音声を発生する圧電ブザーを備えた電子機器が提案されている。

特開２００５−１６４９９６号公報

圧電ブザーの駆動回路を設計する際は、故障などを防ぐために、圧電ブザーへの出力電圧が圧電ブザーの最大定格電圧を超えることがないよう注意する必要がある。一方で、圧電ブザーにおける高音圧を実現するためには、圧電ブザーに印加される電圧は高い方が良い。

本発明は、上記のような課題を背景としたものであり、故障を抑制しつつ、高音圧を実現することができる音発生装置、音発生プログラムおよび制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る音発生装置は、ＰＷＭ信号に基づき音を発する音発生部と、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、ＰＷＭ信号生成部に対し、ＰＷＭ信号の周波数を変更するよう指示する指示部と、を備え、ＰＷＭ信号生成部は、指示部から周波数を変更するよう指示があった場合、周波数を第１周波数から第２周波数へ変更する前に待機時間を設け、待機時間の信号をＬｏｗに固定する。

本発明に係る音発生プログラムは、ＰＷＭ信号に基づき音を発するステップと、ＰＷＭ信号を生成するステップと、ＰＷＭ信号の周波数を変更するよう指示するステップと、をコンピュータに実行させる音発生プログラムであって、ＰＷＭ信号を生成するステップは、周波数を変更するよう指示があった場合、周波数を第１周波数から第２周波数へ変更する前に待機時間を設けるステップと、待機時間の信号をＬｏｗに固定するステップと、を含む。

本発明に係る制御装置は、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、ＰＷＭ信号生成部に対し、ＰＷＭ信号の周波数を変更するよう指示する指示部と、を備え、ＰＷＭ信号生成部は、指示部から周波数を変更するよう指示があった場合、周波数を第１周波数から第２周波数へ変更する前に待機時間を設け、待機時間の信号をＬｏｗに固定する。

本発明に係る音発生装置、音発生プログラムおよび制御装置によれば、ＰＷＭ信号のうち待機時間の信号をＬｏｗに固定することで、音発生部の故障を抑制しつつ、高音圧を実現することができる。

実施の形態１における音発生装置を含む無線通信システムの概略構成図である。実施の形態１における音発生装置の概略構成図である。実施の形態１におけるＣＰＵの機能ブロック図である。実施の形態１におけるＰＷＭ信号生成部が生成するＰＷＭ信号の一例を示す図である。比較例におけるＰＷＭ信号生成部が生成するＰＷＭ信号の一例を示す図である。比較例のブザー駆動回路における電流の流れを説明する図である。実施の形態１のブザー駆動回路における電流の流れを説明する図である。実施の形態１における音発生処理の流れを示すフローチャートである。比較例におけるブザー駆動回路の出力電圧の変化を示すグラフである。実施の形態１におけるブザー駆動回路の出力電圧の変化を示すグラフである。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における音発生装置３を含む無線通信システムの概略構成図である。図１に示すように、本実施の形態の無線通信システムは、親機１と、複数の子機２と、音発生装置３と、で構成される。親機１と、複数の子機２と、音発生装置３とは、無線通信可能に接続される。

子機２は、無線通信機能とセンサとを備える電池駆動の装置であり、親機１のネットワークに複数の子機２が参加することでネットワークが形成される。親機１から子機２への下り通信、および子機２から親機１への上り通信の双方向通信を行うことでネットワークが制御される。子機２は、搭載しているセンサで異常を検出すると、親機１および音発生装置３に警報パケットを送信する。また、各子機２間はマルチホップでの通信が可能である。

図２は、実施の形態１における音発生装置３の概略構成図である。音発生装置３は、無線通信機能と音発生機能とを備えるコンピュータである。音発生装置３は、子機２から警報パケットを受信すると、警報音を発生する。図２に示すように、音発生装置３は、ＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）３１と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）３２と、設定用スイッチ３３と、圧電ブザー３４と、ブザー駆動回路３５と、プッシュスイッチ３６と、リセットＩＣ（Integrated Circuit）３７と、ＣＰＵ（Central processing Unit）３８とを備える。

ＲＦＩＣ３１は、外部機器から無線信号を受信する受信部である。ＲＦＩＣは、常に受信動作を行うことで無線通信ネットワーク内のパケットをモニターし、子機２が送信した警報パケットを受信する。ＬＥＤ３２は、音発生装置３の動作状況を表示する表示部である。ＬＥＤ３２は、例えば音発生装置３が動作中は点灯し、停止中は消灯する。設定用スイッチ３３は、音発生装置３の動作設定を行う際に、使用者により操作されるスイッチである。音発生装置３の動作設定としては、警報音のパターン設定などがある。

圧電ブザー３４は、圧電素子と金属板からなる振動板が振動することにより音を発生する音発生部である。圧電ブザー３４は、子機２から警報パケットを受信した場合に駆動され、警報音を発する。圧電ブザー３４が発する音は、印加される電圧の周波数によって変化する。ブザー駆動回路３５は、インダクタ３５１およびトランジスタ３５２（図７）を備え、ＣＰＵ３８から供給されるＰＷＭ信号に基づき、圧電ブザー３４を駆動する。ブザー駆動回路３５に入力されたＰＷＭ信号がＨｉｇｈの時に、インダクタ３５１に電流が流れ、ＰＷＭ信号がＬｏｗの時にインダクタ３５１への電流が遮断される。なお、信号がＨｉｇｈの時とは、信号が「ＯＮ」または「１」の時であり、信号がＬｏｗの時とは、信号が「ＯＦＦ」または「０」の時である。このようにブザー駆動回路３５をスイッチング動作させることで、電源５が低電圧の場合でも高い出力電圧が得られ、圧電ブザー３４を鳴動させることができる。

プッシュスイッチ３６は、圧電ブザー３４が発する警報音を停止させる際に、使用者に操作されるスイッチである。リセットＩＣ３７は、電源５の電圧を監視し、電圧が決められた値を外れたときにＣＰＵ３８のリセットを行う回路である。

ＣＰＵ３８は、図示しないメモリに記憶されるプログラムを実行することにより、音発生装置３の各部を制御する制御装置である。図３は、実施の形態１におけるＣＰＵ３８の機能ブロック図である。図３に示すように、ＣＰＵ３８は、図示しないメモリに記憶される音発生プログラムを実行することにより実現される機能部として、指示部３８１と、ＰＷＭ信号生成部３８２と、を有する。

指示部３８１は、ＲＦＩＣ３１にて子機２から警報パケットを受信した場合に、ＰＷＭ信号生成部３８２に、ＰＷＭ信号の生成を指示する。子機２からは、警報内容が異なる複数の種類のパケットを受信する。指示部３８１は、受信した警報パケットの種類に応じて、異なる周波数のＰＷＭ信号を生成するようにＰＷＭ信号生成部３８２に指示を行う。これにより、圧電ブザー３４の鳴動パターンを警報の内容によって変化させることができる。

また、指示部３８１は、ＰＷＭ信号の周波数を変更するよう、ＰＷＭ信号生成部３８２に指示を行う。一般的に警報音の嗚動パターンとしては、単一周波数の音よりも周波数が変動する音の方が、認識率が高くなるため適している。そのため、指示部３８１は、圧電ブザー３４の鳴動中にＰＷＭ信号の周波数を変更するように、ＰＷＭ信号生成部３８２に指示を行う。滑らかな周波数のスイープにするほど、周波数を変更する頻度は増える。

また、指示部３８１は、警報パケットにおける警報内容の緊急度または重要度に応じて優先順位を設けている。そして、指示部３８１は、警報内容の優先順位に応じてＰＷＭ信号の周波数を変更するように、ＰＷＭ信号生成部３８２に指示を行う。例えば、ある周波数で圧電ブザー３４を鳴動させているときに、より優先順位の高い警報パケットを受信した場合、指示部３８１は、ＰＷＭ信号の周波数を優先順位が高い警報内容に対応する周波数に変更するよう、ＰＷＭ信号生成部３８２に指示を行う。

ＰＷＭ信号生成部３８２は、指示部３８１からの指示に基づいてＰＷＭ信号を生成し、ブザー駆動回路３５に出力する。図４は、実施の形態１におけるＰＷＭ信号生成部３８２が生成するＰＷＭ信号の一例を示す図である。図４では、指示部３８１の指示に基づき、ＰＷＭ信号の周波数を第１周波数ｆ_１から第２周波数ｆ_２へ変更した場合の例が示される。図４に示すように、ＰＷＭ信号生成部３８２は、ＰＷＭ信号を第１周波数ｆ_１から第２周波数ｆ_２へ変更する前に、所定の長さの待機時間Ｔを設けている。言い換えると、ＰＷＭ信号生成部３８２は、第１周波数ｆ_１の信号の末尾と、第２周波数ｆ_２への信号の先頭との間に所定の長さの待機時間Ｔを設けている。

音発生装置３は、子機２からの警報パケットを受信するために、常に無線受信動作をしている必要がある。本実施の形態の音発生装置３は、１つのＣＰＵ３８によって装置全体を制御している。そのため、圧電ブザー３４の鳴動中、ＣＰＵ３８は、圧電ブザー３４の駆動制御と、ＲＦＩＣ３１における無線受信動作とを同時に行う必要がある。また、圧電ブザー３４の鳴動中は頻繁に周波数を変更することがある。この場合、周波数の変更とパケット受信のタイミングとが重なると、パケットロスが発生してしまうことがある。そこで、ＰＷＭ信号生成部３８２において、周波数を変更する前に待機時間Ｔを設け、圧電ブザー３４の制御を一時的に停止することで、パケットロスを低減させることができる。

待機時間Ｔの間、ＰＷＭ信号がＨｉｇｈまたはＬｏｗの何れに固定されるかは、待機時間Ｔになるタイミングに依存する。また、待機時間Ｔは、ＰＷＭ信号のスイッチングの時間よりも長く設定されている。図５は、比較例におけるＰＷＭ信号生成部が生成するＰＷＭ信号の一例を示す図である。図５では、待機時間Ｔの間、ＰＷＭ信号がＨｉｇｈに固定された場合の例が示される。また、図６は、比較例のブザー駆動回路における電流の流れを説明する図である。図５に示すように、ＰＷＭ信号がＨｉｇｈで固定された場合、通常のＰＷＭ信号によるＨｉｇｈの時間よりも長い時間、信号がＨｉｇｈのままとなってしまう。これにより、図６に示すように、ブザー駆動回路のインダクタに待機時間Ｔの間、電流が流れ続ける。その結果、ブザー駆動回路の出力電圧が想定よりも高くなり、圧電ブザー３４に印加される電圧が、圧電ブザー３４の最大定格電圧を超えてしまう恐れがある。

そこで、本実施の形態のＰＷＭ信号生成部３８２は、図４に示すように待機時間Ｔの信号をＬｏｗに固定する処理を行っている。図７は、実施の形態１のブザー駆動回路３５における電流の流れを説明する図である。待機時間Ｔにおいて、信号がＬｏｗで固定されている場合、図７に示すように、ブザー駆動回路３５のインダクタ３５１には電流が流れない。これにより、ブザー駆動回路３５の出力電圧が圧電ブザー３４の最大定格電圧を超えることを抑制できる。

図８は、実施の形態１における音発生処理の流れを示すフローチャートである。音発生処理は、ＣＰＵ３８が音発生プログラムを実行することにより実現される。本処理では、まず子機２から警報パケットを受信したか否かが判断される（Ｓ１）。子機２から警報パケットを受信していない場合は（Ｓ１：ＮＯ）、受信するまで待機する。子機２から警報パケットを受信した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、警報内容に応じた第１周波数ｆ_１のＰＷＭ信号が生成される（Ｓ２）。生成されたＰＷＭ信号は、ブザー駆動回路３５に出力され、ブザー駆動回路３５から圧電ブザー３４に電圧が印加され、警報音が発せられる。

続いて、周波数を変更するか否かが判断される（Ｓ３）。ここでは、鳴動パターンに従って周波数を変更する場合、またはより優先順位の高い警報パケットを受信した場合に、周波数を変更すると判断される。そして、周波数を変更しない場合は（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ７へ移行する。一方、周波数を変更する場合は（Ｓ３：ＹＥＳ）、信号がＬｏｗに固定される（Ｓ４）。ここでは、周波数の変更指示があった時点の信号がＨｉｇｈの場合は、Ｌｏｗに変更され、Ｌｏｗの場合はそのままＬｏｗに維持される。そして、待機時間Ｔが設けられる（Ｓ５）。これにより、待機時間Ｔの信号はＬｏｗに固定される。

待機時間Ｔが経過すると、ＰＷＭ信号の周波数が第１周波数ｆ_１とは異なる周波数（例えば第２周波数ｆ_２）に変更される（Ｓ６）。これにより、圧電ブザー３４が異なる周波数で鳴動する。続いて、プッシュスイッチ３６が操作されたか否かが判断される（Ｓ７）。プッシュスイッチ３６が操作されていない場合は（Ｓ７：ＮＯ）、ステップＳ３に戻り、以降の処理が繰り返される。一方、プッシュスイッチ３６が操作された場合は（Ｓ７：ＹＥＳ）、ＰＷＭ信号の出力が停止され、圧電ブザー３４からの警報音が停止される（Ｓ８）。

上記のように、本実施の形態では、ＰＷＭ信号がＨｉｇｈのタイミングと待機時間Ｔを開始するタイミングとが重なるような場合であっても、ＰＷＭ信号をＬｏｗに固定する処理を行うことで、待機時間Ｔ中は必ず音声信号がＬｏｗとなる。これにより、ブザー駆動回路３５に、長時間電流が流れ続けることを防ぐことができる。その結果、ブザー駆動回路３５の出力電圧が圧電ブザー３４の最大定格電圧を超えないように制御することができ、圧電ブザー３４の故障を抑制できる。

また、ブザー駆動回路３５を設計する際は、入力するＰＷＭ信号と圧電ブザー３４の最大定格電圧のバランスを考慮して、回路定数を決定する必要がある。図９は、比較例におけるブザー駆動回路の出力電圧の変化を示すグラフであり、図１０は、実施の形態１におけるブザー駆動回路３５の出力電圧の変化を示すグラフである。なお、比較例では、ＰＷＭ信号生成部が、待機時間Ｔにおける信号をＬｏｗに固定する処理を行わないものとする。

比較例では、待機時間Ｔにおける信号をＬｏｗに固定する処理が行われないため、待機時間Ｔの信号がＨｉｇｈになる場合がある。そのため、待機時間Ｔの信号がＨｉｇｈになることを前提に、ブザー駆動回路の回路定数を決定する必要がある。すなわち、待機時間Ｔにおける信号がＨｉｇｈになることで発生するパルス状の高電圧が、圧電ブザー３４の最大定格電圧Ｖ_ｍａｘを超えないように回路定数を決定する必要がある。具体的には、図９に示すように、発生し得るパルス状の高電圧と、最大定格電圧Ｖ_ｍａｘとの間に所定の差Ｄが設けられるよう、回路定数を決定する。この場合、出力電圧の値は小さくなる。

一方、本実施の形態では、待機時間Ｔにおける信号をＬｏｗに固定する処理が行われることにより、パルス状の高電圧が発生しにくくなる。そのため、図１０に示すように、出力電圧の最大値と、最大定格電圧Ｖ_ｍａｘとの間に所定の差Ｄが設けられるよう、回路定数を決定した場合、比較例に比べて出力電圧を大きくすることができる。すなわち、本実施の形態では、ＰＷＭ信号をより高い電圧で印加することが可能となる。その結果、圧電ブザー３４の最大定格電圧Ｖ_ｍａｘを超えることなく、より高音圧、大音量で圧電ブザー３４を鳴動させることができる。

以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明は、上記の実施の形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形または組み合わせが可能である。例えば、実施の形態１では、無線機能を備える音発生装置３において、圧電ブザー３４を鳴動させるＰＷＭ信号をＣＰＵ３８で生成した場合について説明したが、これに限定されるものではない。ＣＰＵ３８で圧電ブザー３４のＰＷＭ信号を生成する端末全般への適用が可能である。

また、音発生装置３は、警報パケット以外の信号を外部機器から受信してＰＷＭ信号を生成し、圧電ブザー３４を鳴動させてもよい。さらに、本発明は、音発生装置３に限定されるものではなく、ＰＷＭ信号生成部を備える制御装置において、電位の固定が必要な場合に本発明を適用させてもよい。

さらに、実施の形態１では、音発生装置３のＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を実行することにより信号制御処理を実行する構成としたが、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサにより実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Programmable Logic Device）、およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。

１親機、２子機、３音発生装置、５電源、３１ＲＦＩＣ、３２ＬＥＤ、３３設定用スイッチ、３４圧電ブザー、３５ブザー駆動回路、３６プッシュスイッチ、３７リセットＩＣ、３８ＣＰＵ、３５１インダクタ、３５２トランジスタ、３８１指示部、３８２ＰＷＭ信号生成部。

Claims

ＰＷＭ信号に基づき音を発する音発生部と、
前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記ＰＷＭ信号生成部に対し、前記ＰＷＭ信号の周波数を変更するよう指示する指示部と、を備え、
前記ＰＷＭ信号生成部は、前記指示部から前記周波数を変更するよう指示があった場合、前記周波数を第１周波数から第２周波数へ変更する前に待機時間を設け、前記待機時間の信号をＬｏｗに固定する音発生装置。
外部機器からパケットを受信する受信部をさらに備え、
前記指示部は、前記ＰＷＭ信号の周波数を、前記受信部において受信した前記パケットに対応した周波数とするよう前記ＰＷＭ信号生成部に指示する請求項１に記載の音発生装置。
前記指示部は、前記受信部において前記パケットを受信した後に前記パケットよりも優先順位の高いパケットを受信した場合に、前記ＰＷＭ信号の周波数を変更するよう前記ＰＷＭ信号生成部に指示する請求項２に記載の音発生装置。
ＰＷＭ信号に基づき音を発するステップと、
前記ＰＷＭ信号を生成するステップと、
前記ＰＷＭ信号の周波数を変更するよう指示するステップと、
をコンピュータに実行させる音発生プログラムであって、
前記ＰＷＭ信号を生成するステップは、
前記周波数を変更するよう指示があった場合、前記周波数を第１周波数から第２周波数へ変更する前に待機時間を設けるステップと、
前記待機時間の信号をＬｏｗに固定するステップと、を含む音発生プログラム。
ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記ＰＷＭ信号生成部に対し、前記ＰＷＭ信号の周波数を変更するよう指示する指示部と、を備え、
前記ＰＷＭ信号生成部は、前記指示部から前記周波数を変更するよう指示があった場合、前記周波数を第１周波数から第２周波数へ変更する前に待機時間を設け、前記待機時間の信号をＬｏｗに固定する制御装置。