CN101569109B

CN101569109B - 光和电机的控制系统

Info

Publication number: CN101569109B
Application number: CN2006800281282A
Authority: CN
Inventors: J·P·斯坦纳; A·多宾斯; E·J·布莱尔
Original assignee: Lutron Electronics Co Inc
Current assignee: Lutron Electronics Co Inc
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2026-06-06
Also published as: BRPI0613236A2; WO2006133152A2; US8471687B2; MX2007015379A; US20070110192A1; EP1889377A2; CA2611576C; US20120068824A1; EP1889377B1; US8068014B2; CN101569109A; JP2009512233A; WO2006133152A3; US20120051444A1; US20080278297A1; CA2611576A1

Abstract

一种用于对电机和电灯进行独立控制的系统，该系统包括多个通过电力线串联耦合在交流(AC)电源和光/电机控制单元之间的两线式壁式装置。所述光/电机控制单元优选地位于与电机和电灯相同的外壳中，并具有用于独立控制所述电机和灯的两个输出端。所述光/电机控制单元和所述壁式装置分别包括控制器和通信电路，所述通信电路通过通信变压器与电力配线耦合并使用回路电流载波技术进行相互间的通信。所述光/电机控制单元和所述壁式装置在通信过程中采用伪随机正交码和中值滤波器。

Description

光和电机的控制系统

相关申请

本申请要求于2005年6月6日提交的共同转让的与本申请名称相同的美国临时申请No.60/687,689的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于独立控制电机和光源的装置，所述电机例如电扇电机，所述光源被包括在与所述电机相同的外壳中，并与电机耦合。本发明还涉及一种通信方案，用于通过电源线进行通信以对诸如电扇电机和光的负载进行控制。

背景技术

在单个外壳中，通常需要包括电灯和电扇电机。由于电灯和电扇电机通常并联连接，因此电灯和电扇电机通常由远离所述电灯和电机的开关共同控制。图1A显示了现有技术的光和电扇电机控制系统10。所述系统10包括耦合于外壳19中的交流(AC)电压源14和两个负载之间的持久开关12，所述两个负载即电扇电机16和照明负载18。电扇电机16和照明负载18并联连接，从而当开关12闭合时，电扇电机16和照明负载18均为开启，且当开关12断开时，所述电扇电机16和照明负载18均为关闭。

针对从远程位置、例如壁式装置对电扇电机和照明负载的独立控制也具有多种方案。图1B显示了现有技术的光和电扇电机控制系统20，该光和电扇电机控制系统20具有与AC电压源14耦合的光和电扇转速双控制22。光和电扇转速双控制22具有两个输出端：第一个输出端与电扇电机16耦合，第二个输出端与照明负载18耦合，从而完成对负载的独立控制。并且，所述光和电扇转速双控制22包括电扇转速电路和调光器电路，所述电扇转速电路用以调节电扇电机16转动的速度，所述调光器电路用以改变照明负载18的强度。所述光和电扇转速双控制22通常装配在标准电气壁盒(electricalwallbox)中并包括用以使用户独立地控制照明负载和电扇电机的用户界面。

但是，所述光和电扇转速双控制22需要用两根单独的导线来连接在电灯和电扇电机之间。如果在壁盒与包括电灯和电扇电机的外壳之间无法建立这两个连接，那么对照明负载18和电扇电机16进行独立控制将不可能实现。并且，在图1B的控制系统20中，只可能具有一个光和电扇转速双控制22，因此，也只可能用一个用户界面来实现对照明负载18的强度和电扇电机16的转速的调节。从多于一个位置对电扇电机16和照明负载18进行控制无法在该系统中实现。

图1C显示了现有技术的电力线载波(PLC)控制系统30。电力线载波控制系统利用电力系统配线来传输高频控制信号(即频率远大于50Hz或60Hz的线频率)。PLC系统30的所有设备都被耦合在AC电源32的两端(从热端到中性端)，以从同一配线接收电力和信息。所述系统30包括耦合至电扇电机36的PLC电扇电机控制器34、耦合至照明负载40的PLC照明控制器38、以及远程控制键盘42。所述远程控制键盘42用于通过电力线向PLC电扇电机控制器34和PLC照明控制器38传输消息以控制各自的负载。针对家用汽车的采用电力线载波技术的通信协议的一个示例为行业标准X10。所述X10协议采用电压载波技术(voltage carrier technique)以在电力系统所连接的设备之间传输消息。通过所述电压载波技术，消息在AC电源32的热端和中性连接端之间的参考电压信号上或AC电源32的热连接端和一接地端之间的参考电压信号上进行传输。X10系统中的设备使用内务地址(house address)和单元地址进行通信。

但是，现有电力线载波系统存在一些局限性。例如，PLC系统中的所有设备要求有中性连接端。同时，由于X10协议利用电压载波技术，因此通信消息通过电力系统进行传输，并且通信信号也难以与该电力系统所连接的其他设备隔绝。最后，由于当接收设备接收到无效消息时没有确认消息被发送至传输设备，该X10协议不是“可靠的”通信方案。

因而，需要提供一种从远程对位于同一外壳中的电扇电机和照明负载进行独立控制的可靠装置。由于用户可能希望将电扇电机和所附电灯放置于先前仅有一个电灯的位置，该电灯由标准单刀单掷(SPST)壁式开关(wallswitch)来控制，也希望能够使用两线式控制设备来对电扇电机和所附电灯独立地进行控制。两线式设备是一种仅具有两个电连接的控制设备，即，一个电连接用于AC电源电压，另一个电连接用于电扇/电灯，且该两线式设备不具有中性线路连接端。如图1A所示，此类系统通常仅包括串联电连接于AC电源12和负载之间的开关12，且在安装该开关的电气壁盒中无中性连接端。由于需要采用现有的建筑物配线(building wiring)来对电扇电机16和照明负载18进行独立控制，必须研发一种能够通过由单配线组成的现有建筑物配线实现独立控制的装置，所述单配线将壁式控制器与电扇电机16和照明负载18的外壳相连，所述壁式控制器即光和电扇转速双控制22。

现有技术中的系统公知的提供一种独立控制电扇电机和电灯的编码/通信方案。但是，这些系统多是不可靠的，且运行不稳定、有噪音，并需要中性连接端。这就需要提供一种简单可靠的无需中性连接端而独立控制电扇电机和电灯的通信方案。

发明内容

本发明提供了一种用于通过建筑物的电力配线在第一控制电路部分和远程第二控制电路部分之间进行通信的系统。所述第一控制电路部分具有用户可执行控制(user actuable control)，用于对由第二控制电路部分控制的电力负载进行远程控制。所述系统包括在第一电路部分中的发射机和在第二电路部分中的接收机。第一电路部分中的发射机用于通过电力配线将控制信息传输至第二电路部分，而第二电路部分中的接收机则用于接收由第一电路部分通过电力配线所传输的用于控制负载的控制信息。第一和第二电路部分各包括一个电流响应元件，所述电流响应元件耦合至建筑物电力配线以在第一和第二控制电路部分之间的建筑物电力配线中建立电流信号回路以交换控制信息。所述电力负载优选地包括电机。

本发明进一步提供一种两线式负载控制系统，用于控制从AC电压源输送至电力负载的电力。所述两线式负载控制系统包括负载控制设备和两线式远程控制设备。所述负载控制设备与所述电力负载耦合，用以对负载进行控制。所述负载控制设备包括可操作地串联电连接于AC电源和电力负载之间的第一电流响应元件，以及耦合至所述第一电流响应元件以接收消息信号的第一通信电路。所述两线式远程控制设备包括可操作地串联电连接于AC电源和电力负载之间的第二电流响应元件，以及耦合至所述第二电流响应元件以传输消息信号的第二通信电路。所述第一电流响应元件和第二电流响应元件用于传导通信回路电流。所述第一通信电路用于通过所述通信回路电流传输消息信号，所述第二通信电路用于通过所述通信回路电流接收所述消息信号。优选地，所述第一与第二通信电路均用于通过所述通信回路电流传输和接收所述消息信号。

根据本发明的另一个实施方式，用于控制从AC电压源输送至多个电力负载的电力的两线式负载控制系统包括负载控制设备、两线式远程控制设备、以及与多个负载并联电连接的电容。所述多个负载和AC电压源在公共中性连接端耦合在一起。所述负载控制设备与所述多个负载耦合，且用于独立控制多个负载中的每个负载。所述负载控制设备包括串联电连接于AC电源和所述多个负载之间的第一电流响应元件，以及耦合至所述第一电流响应元件以接收用于控制所述多个负载的消息信号第一通信电路。所述两线式远程控制设备包括串联电连接于AC电源和所述多个负载之间的第二电流响应元件，以及耦合至所述第二电流响应元件以传输用于控制所述多个负载的消息信号的第二通信电路。所述电容、AC电源、第一电流响应元件以及第二电流响应元件用于传导通信回路电流。第二通信电路用于通过所述通信回路电流将通信信号传输至第一通信电路。

本发明进一步包括一种用于通过建筑物的电力配线在第一控制电路部分和远程第二控制电路部分之间进行通信以对电机的运行进行控制的方法，所述第一控制电路部分具有第一电流响应元件，所述远程第二控制电路部分具有第二电流响应元件，所述第一控制电路部分具有用户可执行控制器，用以对由第二控制电路部分控制的电机进行远程控制，所述方法包括以下步骤：(1)将所述第一电流响应元件耦合至所述电力配线；(2)将所述第二电流响应元件耦合至所述电力配线；(3)在所述第一和第二电流响应元件之间的电力配线中建立电流信号回路；(4)通过所述电力配线将控制信息从所述第一控制电路部分传输至所述第二控制电路部分；以及(5)在所述第二电路部分接收用以控制电机的控制信号。

此外，本发明提供了一种用于将数字消息从两线式远程控制设备传送至负载控制设备以对从AC电压源输送到多个负载的电力进行独立控制的方法。所述方法包括以下步骤：(1)将所述两线式远程控制设备串联电连接于AC电源和负载控制设备之间；(2)将电容并联电连接于多个负载的两端；(3)通过所述AC电源、两线式远程控制设备、负载控制设备、以及电容来传导通信回路电流；以及(4)通过电流回路将所述数字消息从所述两线式远程控制设备传输至所述负载控制设备。

本发明进一步提供一种用于在负载控制系统中将系统地址分配至控制设备以对从AC电压源输送到电力负载的功率进行控制的方法。所述方法包括以下步骤：(1)通过电力配线将所述控制设备串联电连接于电力负载和AC电压源之间，从而负载电流可通过电力配线从AC电压源通过控制设备流向电力负载；(2)将电力施加到所述控制设备；(3)随后通过电力配线传输地址启动请求；以及(4)通过电力配线接收系统地址。

根据本发明的另一个方面，一种对接收到的具有一序列样本的消息信号进行过滤的方法包括以下步骤：(1)对接收到的消息信号的一组N序列样本进行检验；(2)确定该N序列样本的中值；(3)提供该中值作为输出样本；以及(4)重复所述对一组N序列样本进行检验、确定中值、以及提供中值的步骤。

并且，本发明提供一种将消息信号从第一控制设备传送至第二控制设备的方法。所述消息信号包括一序列样本。所述方法包括以下步骤：(1)从第一控制设备传输所述消息信号；(2)在第二控制设备接收所述消息信号；(3)对接收到的消息信号的一组N序列样本进行检验；(4)确定该N序列样本的中值；(5)提供该中值作为输出样本；以及(6)重复对一组N序列样本进行检验、确定中值、以及提供中值的步骤。

结合附图，本发明的其他特征和优点将随着本发明的以下描述而显而见。

附图说明

参照附图，本发明将得以更详细的描述，其中：

图1A为现有技术的电灯和电机控制系统的简化框图；

图1B为现有技术的包括光和电机转速双控制的电灯和电机控制系统的简化框图；

图1C为现有技术的用于控制电机和电灯的电力线载波控制系统的简化框图；

图2为根据本发明的用于控制电灯和电机的系统的简化框图；

图3为图2中系统的壁式装置的简化框图；

图4为图2中系统的光/电机控制的简化框图；

图5A显示了图2中系统的表明用于在壁式装置和光/电机控制单元之间进行通信的电流回路的第一实例；

图5B显示了用于独立控制照明负载和电机负载以表明最优通信回路电流的系统的第二示例；

图5C为根据本发明的另一实施方式的用于控制多个负载的系统的简化框图；

图6A显示了图2中系统的波形示例；

图6B显示了图2中系统的传输消息部分；

图7显示了图2中系统的通信电路的简化框图；

图8显示了在图2中系统的控制器中实施的接收机程序(receiverroutine)的流程的简化流程图；

图9A、9B和9C显示的波形表明了图8中接收机程序的中值滤波器的运行；

图9D为图8中接收机程序的中值滤波器的流程的简化流程图；以及

图10A和10B显示了图2中系统的自动地址算法的简化流程图。

具体实施方式

上述发明内容以及下述对优选实施方式的具体说明可以结合附图得以更好的理解。出于解释本发明的目的，在附图中显示了目前优选的实施方式，在实施方式中，相同的数字表示附图的多个视图中的相似部件。然而，应当理解的是，本发明不限于所公开的特定方法和手段。

众所周知，电灯和电扇电机通常被包在同一外壳(housing)中。期望能够由例如壁式装置，从同一远程位置对电灯和电扇电机进行独立控制。但是，用以控制电灯和电扇电机的两个电路通常是不同的。电灯可通过串联开关进行控制，通常通过相角调光器进行控制。电扇电机可以通过与该电扇电机并联的并联开关进行控制，如于2006年6月6日提交的名为“METHOD ANDAPPARATUS FOR QUIET VARIABLE MOTOR SPEED CONTROL”的共同转让的共同未决的代理卷号为No.04-11701-P2的美国专利申请中所公开，其全部内容结合于此作为参考。

根据本发明的用于独立控制光和电扇电机的系统100的框图如图2中所示。所述系统包括多个通过建筑物电力配线串联于AC电压源102和光/电机控制单元105之间以形成电力回路的壁式装置104。所述光/电机控制单元105用于控制电扇电机106的转速和照明负载108的强度。所述电扇电机106和照明负载108优选地都安装在单个外壳109中(有时称为“罩盖”)。

在图2的系统100中，期望为电扇电机106和照明负载108的运行而从AC电压源102向光/电机控制单元105提供基本全部的AC电压。由于壁式装置104处于串联电连接，因此期望将每个壁式装置104两端的电压降最小化。因而，为了对内部电源充电以为壁式装置的低压电路供电而在每个壁式装置104两端施以显著电压是不理想的。

所述壁式装置104的简化框图如图3所示。电源110串联于第一电接线端H1和第二电接线端H2之间。所述电源110提供直流(DC)电压，Vcc，用以向控制器112和通信电路116供电。所述电源110的运行在于2006年6月6日提交的名为“POWER SUPPLY FOR A LOAD CONTROL DEVICE”的共同转让的共同未决的代理卷号为05-12142-P2的美国专利申请中得以更详细的说明，其全部内容结合于此作为参考。

所述控制器112优选为微控制器，但可以是任何合适的处理设备，如可编程逻辑设备(PLD)、微处理器、或特定用途集成电路(ASIC)。用户界面114包括用于接收来自用户的输入的多个按钮以及用于为用户提供可视反馈的多个发光二极管(LED)。所述控制器112从所述用户界面114的按钮接收控制输入，并控制LED的运行。所述LED的运行在于2005年7月28日提交的名为“APPARATUS AND METHOD FOR DISPLAYING OPERATINGCHARACTERISTICS ON STATUS INDICATORS”的共同转让的共同未决的美国专利申请11/191,780中得以更详细的说明，其全部内容结合于此作为参考。

所述控制器112耦合至所述通信电路116，用以向光/电机控制单元105及系统100的其他壁式装置104传输控制信息以及从光/电机控制单元105及系统100的其他壁式装置104接收控制信息。所述通信电路116经由通信变压器118通过电力配线传输和接收所述控制信息，所述电力配线被从AC电压源102耦合到壁式装置104以及光/电机控制单元105。所述通信变压器118具有与壁式装置104的接线端H1和H2串联电连接的初级绕组118A、以及与所述通信电路116耦合的次级绕组(second winding)118B。

所述壁式装置104进一步包括与电源110串联的气隙开关117。当所述气隙开关117断开时，由于系统100的所有设备均耦合于电力回路中，因此系统100的所有设备电力中断。当维修负载、即替换灯泡罩盖时，为保证安全，所述壁式装置104优选地耦合至电力配线的热线(hot line)，从而当气隙开关117断开时，所述热线不提供于罩盖。但是，所述壁式装置104也可与中性线耦合。

所述光/电机控制单元105的简化框图如图4所示。所述光/电机控制单元105包括热(HOT)接线端H、中性接线端N、与所述照明负载108连接的调光热(dimmed hot)接线端DH、以及与所述电扇电机106连接的电扇电机热接线端MH。所述光/电机控制单元105包括用以控制照明负载108的强度的调光器电路150，以及用以控制电扇电机106的转速的电扇电机控制电路152。所述调光器电路150利用半导体开关(未示出)来控制传导至照明负载108的电流量，从而控制该照明负载的强度。所述半导体开关的导通时间由控制器154采用本领域技术人员公知的标准相位控制调光技术进行控制。

电机电压检测电路156确定电扇电机106两端的电机电压的零交点，并为控制器154提供控制信号，控制器154相应地运行电扇电机控制电路152。电机电压的零交点被定义为电机电压在电机电压的每半个周期初始时从正转变为负或从负转变为正的时间。以电机电压探测电路156来运行电扇电机控制电路152的情况在前文提及的代理卷号为04-11701-P2的美国专利申请中得以更详细的说明。

所述控制器154耦合至通信电路158，所述通信电路158经由通信变压器160通过电力配线传输和接收控制信息。所述通信变压器160为具有与电机/光控制单元105的热接线端H串联的初级绕组160A以及与所述通信电路158耦合的次级绕组160B的变流器。

电源162耦合至通信变压器160的负载端并产生DC电压Vcc以向控制器154和其他低压电路供电。提供两个二极管164A和164B，从而电源用于仅在正半周期期间进行充电。所述电源162优选地包括具有约为680μF电容值的电容(未示出)。电容165耦合于二极管164A的阴极和中性接线端N之间，并优选地具有2.2μF的电容值。

电容166与电源162并联在通信变压器160的负载端和二极管164A的阴极之间。所述电容166完成与壁式装置104的通信回路，并使通信变压器160与电扇电机106的高阻抗隔绝，尤其当电扇电机106关闭时。所述电容166依大小排列以传送以所述控制信息来调制的回路电流载波信号，同时还阻断AC电压源102的50/60周期电力。所述电容166优选地具有10nF电容值。

零交点检测电路168耦合于通信变压器160的负载端和中性接线端N之间，用以为控制器154提供代表AC电压源102的零交点的信号。AC电压的零交点被定义为AC电压在AC电压源102的每半个周期初始时从正转变为负或从负转变为正的时间。所述控制器154通过从AC供电电压的每个零交点进行计时而确定每半个周期何时开启或关闭调光器电路150的半导体开关。

所述控制系统100优选地使用电流载波(current-carrier)技术来进行壁式装置104和光/电机控制单元105之间的通信。图5A显示了用于独立控制照明负载108和电扇电机106的系统100的第一实例，所述照明负载108和电扇电机106表明用于在壁式装置104和光/电机控制单元105之间进行通信的电流回路172。用于为照明负载108和电扇电机106供电的负载电流流经壁式装置104的通信变压器118的初级绕组118A以及光/电机控制单元105的通信变压器160的初级绕组160A。由于AC电压源102、壁式装置104以及光/电机控制单元105均位于不同的位置，建筑物电力配线170的一部分存在于这些系统元件之间。通信回路电流172流经AC电压源102、壁式装置104的通信变压器118、通信变压器160、以及光/电机控制单元105的电容165和166。电容161完成通信回路并使该通信回路与电扇电机106隔绝。由于当电扇电机106关闭时该电扇电机具有的高阻抗，并且该电扇电机的感应性质导致对通信回路电流172产生的衰减，因此所述隔绝是必需的。

当控制器112从用户界面114的执行按钮接收到用户执行控制信息之后(图3)，通信电路116经由通信变压器118从控制器传输通信消息，所述通信变压器118将控制信息耦合到热线上。由于同样电流流经壁式装置中的变压器118的初级绕组118A以及光/电机控制单元105中的变压器160的初级绕组160A，通信回路电流172在变压器160的次级绕组160B上通过感应产生输出消息。所述输出消息被光/电机控制单元105的通信电路158接收，然后被提供给控制器154以控制电扇电机控制电路152和调光器电路150。

图5B显示了用于独立控制照明负载108和电扇电机106的第二系统180的实例，所述照明负载108和电扇电机106表明其不流经AC电压源102、电扇电机106、或照明负载108的最优通信回路电流182。需要注意的是，在该配置中，AC电压源102的热端被提供于罩盖，即在电扇电机106和照明负载108的安装外壳109处(图2)。所述系统180包括光/电机控制单元184，该光/电机控制单元184包括附加通信接线端C和耦合于所述接线端C和中性接线端N之间的电容186。在系统180的布图中，接线端C与AC电压源102的热端连接以通过电容186完成通信回路，从而通信回路电流182不流经AC电压源102。电容186用以终止所述通信回路，从而防止数据从进入电力系统时在壁式装置104和光/电机控制单元184之间传递。电容186依大小排列以传送包含有控制信息的回路电流载波信号，同时还阻断AC电压源的50/60周期电力。电容186优选地具有10nF的电容值。

图5C为根据本发明的另一实施方式的用于控制多个负载的系统189的简化框图。三个光/电机控制单元105并联电连接。每个光/电机控制单元105耦合至一个电扇电机(未示出)和/或一个照明负载(未示出)。通信回路电流189流经壁式装置104，通信电流189A、189B和189C则流经每个光/电机控制单元105。每个所述通信电流189A、189B和189C的大小均约为所述通信电流189的电流大小的三分之一。每个壁式装置104用于控制所有电扇电机和谐一致以及所有照明负载和谐一致。如果任一壁式装置104的气隙开关117被断开，则在回路上的所有壁式装置104和光/电机控制单元105的电力被移除。

消息信息可以以任何合适的调制方法在热线上进行调制，所述装置例如振幅调制(AM)、频率调制(FM)、频移键控(FSK)、或双移相键控(BPSK)。图6A显示了控制系统100的传输的和接收的信号的实例。传输消息信号190由例如控制器112提供给壁式装置104的通信电路116。所述传输消息信号190由通信电路116在载波上进行调制，例如在载波上进行频率调制以产生调制信号191。在传输过程中，所述调制信号191易受噪声的影响，因而，会通过例如光/电机控制单元105的通信电路158接收到一个噪声调制信号192(其包括某些噪声192A)。因此，通信电路158会将噪声解调消息193提供至光/电机控制单元105的控制器154。为避免产生噪声解调消息193并获得期望接收消息194，根据本发明提供一种用于调制、解调以及过滤的合适方法(下文中将更详细地进行说明)。

根据图6B，传输消息信号190具有三个部分：前同步码196、同步码197、以及消息码198。所述前同步码196长度为千比特(k bits)，并用于协调接收信号的解调和解码。所述同步码197为具有低互相关度的正交伪随机码，且其长度为n比特(n bits)，系统100的回路中的所有设备试图对其进行实时检测。所述同步码还用作地址。所述同步码的存在表明，其随后的消息码198中包含消息。最后，所述消息码198为前向纠错码，其长度为m比特(m bits)，并在所述同步码之后被接收。比特流未进行实时解码，但被传送至消息解析器。

图7显示了电机/光控制单元105的通信电路158的简化框图。所述通信电路158与变压器160耦合，该变压器160与电容202一起被用做调谐滤波器，用以基本仅发送频率基本在调制信号192的传输频率上的信号，即200kHz到300kHz之间。电容202两端的电压被提供至电压钳204(voltageclamp)，用以在瞬间高压时进行保护。解调器206接收调制消息信号192，并使用本领域技术人员公知的标准解调技术来产生解调接收消息信号193。所述解调消息信号193被提供至控制器154的接收机程序208，下文中将参照图8对控制器154进行更详细的说明。

图7还显示了通信电路158的发射机部分。所述控制器154执行编码发生器210以产生发射消息190的同步码197和消息码198。可替换地，所述控制器154可使用查找表(look-up table)以基于所需信息产生所述同步码197和消息码198，所述所需信息被传输以控制电扇电机106和照明负载108。

在一个优选实施方式中，所述编码信号其后在曼彻斯特编码器212中被编码。利用曼彻斯特编码，一比特的数据以从高状态向低状态或反之的转变得以表示，为本领域技术人员所公知。尽管曼彻斯特编码已示出，也可采用其他数字编码方案。随后，所述编码信号被调制器214利用如AM、FM、或BPSK的调制方法在载波上进行调制。在由功率放大器218放大之后，调制信号耦合至调谐滤波器(包括电容202和变压器160)并被作为电流信号被在热线传输。电机/光控制单元105的通信电路158如上文所述并由图7示出，壁式装置104的通信电路116将具有同样的实施方式。

图8显示了在控制器154中实施的接收机程序208的过程的简化框图。所述解调信号193(即接收机程序208的输入)首先由流水线多程中值滤波器220进行滤波。图9A、9B和9C所显示的波形表明所述中值滤波器220的运行。图9A显示了原始曼彻斯特编码流250的实例，该原始曼彻斯特编码流250即为传输前由所述控制器154的曼彻斯特编码器212产生的流。

所述原始曼彻斯特编码流250可能在传输过程中被噪声破坏，从而图9B示出的噪声曼彻斯特编码流252(具有噪声脉冲252A)被提供至接收装置的控制器。传输电流载波信号的振幅(约5mA)比照明负载108和电扇电机106使用电流的振幅(约5A)要小很多。由于所述调光器电路150的半导体开关采用相位控制调光来控制输送至照明负载108的电力，通过照明负载108的大电流脉冲被包括在通信变压器118和160中。这些大电流脉冲对调制信号191造成破坏并被检测为在解调比特流中的二元脉冲噪声。这在噪声曼彻斯特编码流252中通过多个噪声脉冲252A得以显示，所述多个噪声脉冲252A不在原始曼彻斯特编码流250中。

绝大多数类型的干扰将仅导致在检测阈值产生瞬间偏移。所产生的信号与数字散射噪声十分类似，并统计地与“随机报务员波形”(randomtelegrapher’s waveform)类似。由此，其本质上是瞬动的，且可被模拟为作为泊松点过程的第一阶(first order)。

所述中值滤波器220用于消除噪声干扰以产生过滤曼彻斯特编码流254，如图9C所示。中值滤波器220理想地适于对二元流进行滤波，如图9B所示。N阶中值滤波器具有宽度为由下式定义的W个样本的滑动窗口：

W＝2N+1。 (等式1)

所述中值滤波器220保存任何通过该窗口的“根信号”。根信号被定义为具有具有单一增长或减少边界的恒定区N+1个点或更多点的任何信号。据此定义，根信号无法包含任何脉冲或振动，即具有小于N+1的宽度的信号。当被破坏的二元信号通过所述中值滤波器时，所述滤波器去除区域中的脉冲，在所述区域中，信号应为二进制的0或二进制的1。

图9D为根据本发明的中值滤波器的简化框图。所述中值滤波器200在一个时刻对被破坏的曼彻斯特编码流252的W个样本进行检验。对于第三阶中值滤波器而言，由下式可知，检验了七个样本

W_(N＝3)＝2N+1＝7。 (等式2)

在中值滤波器220完成对在前的W个样本的处理之后，所述中值滤波器将第N个样本抛弃，即W个样本中的第一个在步骤260由中值滤波器接收到的样本。步骤262中，所述中值滤波器220将样本上移，使W个样本中的第一个留空并使之能够接收新的样本。在步骤266中，所述中值滤波器220从被破坏的曼彻斯特编码流252中接收新的输入样本264，并将该样本移入W个样本顺序的第一位置。

然后，在步骤268中，所述中值滤波器200确定W个样本的中值。根据本发明的第一实施方式，所述中值滤波器200对W个样本的1和0进行分组(即按照顺序排列)，并确定中间样本的值。例如，如果目前W个样本为

1 0 1 1 0 0 1，那么中值滤波器220将对这些1和0进行分组，以形成一个经分类的样本流

0 0 0 1 1 1 1。该经分类的样本流的中值为1，因为其中值或中间值为1。

根据本发明的第二实施方式，在步骤268中，所述中值滤波器220对所述W个样本中的1的数目进行计数以确定其中值。对于第N阶中值滤波器，如果1的计数大于或等于N+1的值，则其中值为1。否则，其中值为0。因而，对于第三阶中值滤波器而言，如果在W个样本中有四个1，那么其中值等于1。因而，中值滤波器220的宽度W必须总为奇数，即2N+1。所述中值滤波器220优选地以查找表来进行实施，该查找表对1进行计数，如果计数大于或等于N+1，则查找表返回一个1，否则返回一个0。通过使用所述查找表，滤波过程在若干指令周期中得以完成，因而使得在微控制器上的计算异常地快。

最后，在步骤270中，所述中值滤波器220提供在步骤268中所确定的作为输出样本272的中值，以形成过滤曼彻斯特编码流254(如图9C所示)。所述中值滤波器220从被破坏的曼彻斯特编码流252中移除噪声脉冲252A。作为滤波的结果，滤波曼彻斯特编码流254的上升和下落边缘可能发生在与初始曼彻斯特编码流250的上升和下落边缘不同的时刻。由于通过在预定时间期间产生上升边缘或下落边缘，数据在曼彻斯特编码流250中被编码，所以当解码时在滤波曼彻斯特编码流254中产生上升和下落边缘并非十分重要。从编码流中移除错误的上升和下落边缘才是唯一重要的。

参考图8，在一次或多次通过所述中值滤波器220后，信号通过曼彻斯特解码器222以从接收到的曼彻斯特编码比特流产生数字比特流。解码信号和伪随机正交同步码224被供给互相关器226。所述交叉相关器226的输出通过积分器228进行积分，并被提供给阈值检测器230。这一处理与以序列的比特率更新的接收机程序208的输出实时发生。

在交叉相关器226中，来自曼彻斯特解码器222的比特流以及伪随机正交同步码224被输入至“异或非”(XNOR)逻辑门。对XNOR门的输出中的1的数目进行计数，以在积分器228中进行积分。采用查找表在积分过程中对1进行计数。由于编码是正交的，除非编码相符，相关度将会很小。所述相符不必为完全的相符，仅近似地，如75％相符。

如果所述同步码在步骤232中被检测到，来自曼彻斯特解码器222的下一个M解码比特(即消息码198)在步骤234被保存。随后将前向纠错消息码236与所述M解码比特进行比较，从而找到最佳相符度，以确定步骤238的指令，并在步骤240中执行该指令。该步骤作为最大概似法解码而已知，且为本领域技术人员所公知。在步骤232中，如果同步码未被检测到，数据则会丢失且退出该过程。

接收到解码消息之后，控制器将传输应答(ACK)至发送所接收到的消息的设备。发送所述ACK以利于可靠的通信方案。

用于独立控制灯和电扇电机的系统100中的设备均利用系统地址进行通信。为了建立所用的系统地址，壁式装置104以及光/电机控制单元105在电力供应的情况下执行自动寻址算法。图10A和10B显示了所述自动寻址算法的简化框图。

由于系统100中的设备连接于回路拓扑中，因此通过拨动(即打开，然后关闭)其中一个壁式装置104的气隙开关117来使所有设备在同一时间供电是可能的。步骤300中进行供电之后，系统100中的设备将在步骤302中进入寻址模式，这意味着所述设备适合加入所述寻址算法，并将通过使用广播系统地址0与系统的其他设备进行通信。在寻址模式中，设备在传输时使用随机后退时间，以将由于系统中可能存在许多无地址的设备而引起的冲突的可能性最小化。在经过合适的超时周期后，如20秒后，所述设备离开寻址模式。

首先，在步骤304中，当前设备确定系统中所有设备是否具有系统地址。特别地，通电后，所有不具有系统地址的设备将会传输地址启动请求。在步骤304中，所述设备等待预定时间量以确定是否传输任何地址启动请求。在步骤304中，如果所述设备确定系统中所有设备均具有系统地址，则在步骤306中，所述设备将所述系统地址传输至所有设备。

在步骤304中，如果系统中的所有设备均不具有系统地址，则在步骤308中，当前设备将查询消息传输至每个设备。系统中的设备将通过传输所述系统地址及其设备类型(即壁式装置104或光/电机控制单元105)来响应所述查询消息。在步骤310中，当前设备确定所述系统100是否为“有效”系统。有效系统包括至少一个壁式装置104以及至少一个光/电机控制单元105，且不具有一个以上的系统地址，即所述系统中没有任何两个设备具有不同的系统地址。在步骤310中，如果所述系统为有效系统，则在步骤312中，当前设备即确定所述系统100中的所有设备是否具有系统地址。如果至少一个设备具有系统地址，则当前设备在步骤314中将所接收到的地址保存为系统地址，并在步骤316中传输所接收到的地址。

在步骤312中，如果没有设备具有系统地址，则当前设备尝试选择新的系统地址。在步骤318中，所述设备选择随机地址M，即从容许的寻址中随机选择的地址，以作为系统地址备选。例如，可能存在15个可能的系统地址，即1至15。由于可能存在已具有分配地址M的相邻系统，所述设备传输“ping”，即查询消息，并在步骤320中使用地址M来验证该地址的可用性。如果在步骤322中，有任何设备对该ping作出响应，即所述地址M已被分配，则所述设备开始逐步安排所有可用系统地址。如果在步骤324中所有可用系统地址均未被尝试，则在步骤326中，所述设备选择下一个可用地址(如通过增加系统地址备选)，并在步骤320中传输另一个ping。否则，即退出该过程。一旦合适的地址M经验证为可用，即在步骤322中无设备响应，则当前设备在步骤328中将所述系统地址备选设置为系统地址，并在步骤316中在广播信道0上传输地址M。因而，所有处于寻址模式的无地址设备随之将地址M保存为系统地址。随之退出该过程。

如果步骤310中，系统100不是有效系统，则所有目前具有系统地址的系统设备在步骤330中退出所述寻址模式。如果在步骤332中仅进行了一次地址分配，则在步骤308中所述设备传输另一查询消息。否则，即退出该过程。

地址重置作为一种恢复方法被包括在内，其对系统100中的所有设备进行地址重选。在通电后，即当系统中所有设备均处于寻址模式后，用户通过壁式设备104的用户界面114可输入特定密匙序列。从用户界面114接收到该输入之后，壁式装置104的控制器112通过电力配线将含有“重置地址”指令的消息信号传输至所有设备。当处于寻址模式的设备接收到所述重置地址指令时，所述设备将自设为无地址状态，即所述设备在处于寻址模式时将仅对以广播系统地址0进行传输的消息做出响应。如同在系统100中的所有设备均不具有系统地址的情况下，所述地址分配算法随之继续运行。

尽管采用“设备”和“单元”来描述本发明中用于控制灯和电扇电机的系统的元件，但是应注意的是，此处所描述的每个“设备”和“单元”无需完全被包括在单一外壳或结构中。例如，所述光/电扇电机控制单元105可包括壁挂设备中的控制器以及处于分离位置的电扇电机控制电路，例如，在所述电扇电机和电灯的罩盖中。同样地，一个“设备”也可被包括在另一个“设备”中。

尽管本发明结合特定实施方式进行描述，许多其它的变化和改进以及其它的用途将为本领域技术人员所公知。因此，本发明不限于此处特定公开的内容，而仅限于所附权利要求。

Claims

1.一种用于通过建筑物电力配线在第一控制电路部分和远程第二控制电路部分之间进行通信的系统，该电力配线从AC电压源接收电力，所述第一控制电路部分具有用于对由所述第二控制电路部分控制的电力负载进行远程控制的用户可执行控制，所述系统包括：

位于所述第一控制电路部分中的发射机，该发射机用于通过所述电力配线将控制信息传输至所述第二控制电路部分；

位于所述第二控制电路部分中的接收机，该接收机用于接收由所述第一控制电路部分通过所述电力配线传输的用于控制负载的所述控制信息；并且其中

所述第一和第二控制电路部分分别包括电流响应元件，所述电流响应元件与所述建筑物电力配线耦合，以用于在所述第一和第二控制电路部分之间的所述建筑物电力配线中建立电流信号回路以交换所述控制信息，所述第一和第二控制电路部分的电流响应元件与所述AC电压源以及电流响应元件互相之间为串联电连接，且电流响应元件还耦合为使得来自AC电压源的用于为负载提供电力的负载电流通过电流响应元件传导；而且其中每个所述电流响应元件都包括变流器，所述变流器具有绕组，电流响应元件的绕组与所述AC电压源以及绕组互相之间为串联电连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述发射机将调制载波信号提供到所述信号回路之上，其中所述载波信号是以所述控制信息来进行调制的。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述接收机接收所述调制载波信号、对所述载波信号进行解调、并生成包含所述控制信息的检波信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述发射机包括编码发生器和调制器，所述编码发生器用于产生编码形式的所述控制信息，所述调制器用于将所述编码形式的所述控制信息调制到所述载波信号之上。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述编码发生器包括伪随机正交码发生器。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述编码控制信息包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分用于提供用于对解码操作进行同步的同步数据，所述第二部分包含同步码，所述第三部分包含用于控制电机的消息信息。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述接收机包括中值滤波器，该中值滤波器用于从所述调制载波信号中移除脉冲噪声信号。

8.根据权利要求5所述的系统，其中所述编码发生器包括前向纠错编码发生器。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述电力负载包括电灯及电机，所述电灯和所述电机能由所述控制信息独立控制。

10.一种用于通过建筑物电力配线在具有第一电流响应元件的第一控制电路部分和具有第二电流响应元件的远程第二控制电路部分之间进行通信以控制电力负载的运行的方法，所述第一控制电路部分具有用户可执行控制，该用户可执行控制用于对由所述第二控制电路部分控制的电机进行远程控制，所述方法包括以下步骤：

将负载电流从AC电压源通过电力负载传导；

将所述第一电流响应元件耦合至所述电力配线，从而使得第一电流响应元件传导所述负载电流；

将所述第二电流响应元件耦合至所述电力配线，从而使得第二电流响应元件传导所述负载电流，所述第一和第二电流响应元件互相之间以及第一和第二电流响应元件与所述AC电压源之间为串联连接；

在所述第一和第二电流响应元件之间的所述电力配线中建立电流信号回路；

通过所述电力配线将控制信息从所述第一控制电路部分传输至所述第二控制电路部分；以及

在所述第二控制电路部分接收用于控制所述电机的所述控制信息；

其中，在所述电力配线中建立电流信号回路的步骤包括：

提供第一和第二变流器分别作为第一和第二电流响应元件，第一和第二变流器中的每一个都具有绕组；以及

将所述第一和第二变流器的绕组耦合到所述电力配线。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述传输步骤包括以下步骤：

以所述控制信息来对载波信号进行调制；以及

将调制载波信号耦合到所述信号回路之上。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述接收步骤包括以下步骤：

对所述调制载波信号进行解调；以及

生成包含所述控制信息的检波信号。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述传输步骤包括以下步骤：

对所述控制信息进行编码；

以编码控制信息来对载波信号进行调制；以及

将调制载波信号耦合到所述信号回路之上。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述编码步骤包括以下步骤：

以伪随机正交码对所述控制信息进行编码。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述编码步骤包括以下步骤：

对所述控制信息进行编码，从而所述控制信息具有第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分用于提供用于对解码操作进行同步的同步数据，所述第二部分包含同步码，所述第三部分包含用于控制所述电机的消息信息。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述接收步骤包括以下步骤：

在所述第二控制电路部分对所述调制载波信号进行中值滤波，以从所述调制载波信号中移除脉冲噪声信号。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述编码步骤包括将所述控制信息编码为前向纠错码。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述电力负载包括电灯及电机，所述方法进一步包括以下步骤：

以所述控制信息来对所述电机和所述电灯进行独立控制。

19.一种用于控制从AC电压源输送到电力负载的电力的负载控制系统，所述系统包括：

负载控制设备，该负载控制设备耦合至所述电力负载以用于控制所述负载，从而使负载电流可操作为通过该负载控制装置从所述AC电压源流向电力负载，该负载控制设备包括第一电流响应元件，该第一电流响应元件可操作地串联电连接在所述AC电压源和所述电力负载之间且可操作为传导所述负载电流，该负载控制设备还包括耦合到第一电流响应元件的第一通信电路以用于接收消息信号；以及

两线式远程控制设备，该两线式远程控制设备包括第二电流响应元件，该第二电流响应元件可操作地串联电连接在所述AC电压源和所述电力负载之间且可操作为传导所述负载电流，该两线式远程控制设备还包括耦合到第二电流响应元件的第二通信电路以用于传输所述消息信号，所述第二电流响应元件与所述第一电流响应元件及所述AC电压源串联电连接；以及

其中所述第一电流响应元件和所述第二电流响应元件可操作为传导通信回路电流，所述第一通信电路和所述第二通信电路分别可操作为通过所述通信回路电流来传输和接收所述消息信号，其中所述第一电流响应元件包括第一变流器，该第一变流器具有与所述AC电压源以及电力负载之间为串联电连接的初级绕组，而次级绕组被耦合到所述第一通信电路；而所述第二电流响应元件包括第二变流器，该第二变流器具有与所述AC电压源以及电力负载之间为串联电连接的初级绕组，而次级绕组被耦合到所述第二通信电路；其中所述第一和第二变流器的主绕组传导负载电流。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述负载控制设备的所述第一通信电路和所述两线式远程控制设备的所述第二通信电路均可操作为通过所述通信回路电流来传输和接收所述消息信号。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一和第二通信电路分别包括编码发生器和调制器，所述编码发生器用于使用曼彻斯特编码来从所述消息信号中产生编码信号，所述调制器可操作为以所述编码信号来对所述通信电流回路进行调制以产生调制信号。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述第一和第二通信电路分别包括解调器和中值滤波器，所述解调器用于对所述调制信号进行解调以生成检波编码信号，所述中值滤波器用于从所述检波编码信号中移除脉冲噪声信号。

23.根据权利要求20所述的系统，其中所述负载控制设备与多个电力负载耦合，并且所述负载控制设备用于单独控制所述多个电力负载的每一个。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述多个电力负载包括电机和电灯。

25.根据权利要求20所述的系统，其中所述电力负载和所述交流电压源在公共中性连接端耦合，并且所述负载控制设备与所述公共中性连接端耦合。

26.根据权利要求25所述的系统，其中所述负载控制设备包括电容，该电容耦合在所述第一电流响应元件和所述公共中性连接端之间，从而所述通信回路电流不流经所述电力负载。

27.根据权利要求20所述的系统，其中所述两线式远程控制设备包括多个状态指示器，所述状态指示器用于提供对所述电力负载的状态的指示。

28.根据权利要求27所述的系统，其中所述第一和第二通信电路适于传输和接收状态信号。

29.根据权利要求20所述的系统，其中所述两线式远程控制设备和所述负载控制设备可操作为使用系统地址来传输所述消息信号；以及

其中所述两线式远程控制设备和所述负载控制设备用于分别响应于将电力供给所述两线式远程控制设备和所述负载控制设备来接收所述系统地址。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述两线式远程控制设备包括气隙开关，从而当所述气隙开关断开时，所述电力被从所述两线式远程控制设备和所述负载控制设备移除，而当所述气隙开关闭合时，所述电力被供给所述两线式远程控制设备和所述负载控制设备。

31.根据权利要求20所述的系统，该系统包括多个两线式远程控制设备，每个所述两线式远程控制设备都包括各自的电流响应元件和各自的通信电路，所述各自的电流响应元件可操作地串联电连接在所述AC电压源和所述电力负载之间，所述各自的通信电路与所述各自的电流响应元件耦合以用于传输和接收所述消息信号。

32.根据权利要求20所述的系统，还包括：

多个两线式远程控制设备，每个所述两线式远程控制设备都包括电流响应元件和通信电路，所述电流响应元件可操作地串联电连接在所述AC电压源和所述电力负载之间，通信电路与所述电流响应元件耦合以用于传输所述消息信号。

33.根据权利要求20所述的系统，还包括：

多个负载控制设备，每个所述负载控制设备都耦合至所述电力负载以用于控制所述负载，每个所述负载控制设备都包括电流响应元件和通信电路，所述电流响应元件可操作地串联电连接在所述AC电压源和所述电力负载之间，所述通信电路与所述电流响应元件耦合以用于接收消息信号。

34.一种用于控制从AC电压源输送至多个电力负载的电力的两线式负载控制系统，所述多个电力负载和所述AC电压源在公共中性连接端耦合，所述系统包括：

与所述多个电力负载耦合的负载控制设备，该负载控制设备可操作为单独控制所述多个电力负载的每一个；该负载控制设备包括第一电流响应元件和第一通信电路，所述第一电流响应元件串联电连接在所述AC电压源和所述多个电力负载之间，所述第一通信电路与所述第一电流响应元件耦合以用于接收用于控制所述多个电力负载的消息信号；

两线式远程控制设备，该两线式远程控制设备包括第二电流响应元件和第二通信电路，所述第二电流响应元件串联电连接在所述AC电压源和所述多个电力负载之间，所述第二通信电路与所述第二电流响应元件耦合以用于传输用以控制所述多个电力负载的消息信号，该第二电流响应元件串联连接到第一电流响应元件及所述AC电压源，而所述第一和第二电流响应元件将负载电流传导到所述多个电力负载；

电容，该电容与所述多个电力负载并联电连接；

其中所述电容、所述AC电压源、所述第一电流响应元件以及所述第二电流响应元件可操作为传导通信回路电流，所述第二通信电路用于通过所述通信回路电流将通信信号传输至所述第一通信电路，另外所述第一和第二电流响应元件其中每一个都包括变流器，所述变流器具有绕组，该绕组与所述AC电压源以及绕组互相之间为串联电连接。

35.一种用于将数字消息从两线式远程控制设备传送至负载控制设备以对从交流电压源输送至多个负载的电力进行独立控制的方法，所述方法包括以下步骤：

将所述两线式远程控制设备串联电连接在所述AC电压源和所述负载控制设备之间；所述两线式远程控制设备包括具有绕组的变流器，该绕组与所述AC电压源以及负载控制设备之间为串联电连接；

将电容并联电连接在所述多个负载的两端；

经由所述AC电压源、所述两线式远程控制设备、所述负载控制设备以及所述电容传导通信回路电流；以及

通过所述回路电流将所述数字消息从所述两线式远程控制设备传输至所述负载控制设备。

36.根据权利要求35所述的方法，还包括以下步骤：

响应于所述数字消息而对所述多个负载的每一个进行独立控制。