CN118074731A - 一种通信信号发送装置和方法、通信信号接收装置、电力线通信系统、智能照明装置及智能负载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通信信号发送装置和方法、通信信号接收装置、电力线通信系统、智能照明装置及智能负载装置，涉及通信领域，通信信号发送装置包括切相模块、信号产生模块及控制模块；在需要产生通信信号时，控制模块根据来自外部交流电源的交流信号确定切相时刻，并在切相时刻控制切相模块切断输入电力线向输出电力线的供电，并在设定的切相时间段内保持切断，在切相时间段内根据待发送信息控制信号产生模块在输出电力线上产生通信信号，本发明降低了电力线通信的技术复杂度，实现了低成本高可靠的交流电力线通信。

Description

一种通信信号发送装置和方法、通信信号接收装置、电力线通 信系统、智能照明装置及智能负载装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种通信信号发送装置和方法、通信信号接收装置、电力线通信系统、智能照明装置及智能负载装置。

背景技术

电力线通信具有广泛的潜在用途，现在已知的电力线通信技术主要是将数据信号经过高频调制后叠加到交流供电线路上，在传输交流电能的同时，利用同一组线路实现通信。

上述技术在发送侧需要将数据信号进行高频调制，接收端需要从交流电中将高频通信信号从交流信号中分离、解调，发送端和接收端的技术都比较复杂，信噪比较低，信号传输的可靠性较差，而且收发端一般都需要使用电磁隔离，体积较大、成本较高。为了提高信噪比，也有技术公开，只在交流过零点附近叠加高频调制信号，但发送端和接收端的电路仍然比较复杂，成本较高。

另一类可见的电力线通信技术是在交流过零点附近对交流信号进行斩波，以斩波宽度等信号传输信息，这类技术虽然成本较低，但传输的信息码率很低，而且斩波宽度等模拟信号易受干扰，信号传输的可靠性较差，而且只要通信的时间距离交流过零点稍远，因为交流电压已经较高，就会产生电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)问题。

另一个问题是，如果利用上述已知技术通信，在信号接收端，如果采用直接从交流电力线上采样的信号接收电路，由于电力线通信大部分应用在较高的交流电压工况下，这样的直接采样电路会有较高的功耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种通信信号发送装置和方法、通信信号接收装置、电力线通信系统、智能照明装置及智能负载装置，可降低电力线通信的技术复杂度，实现低成本高可靠的交流电力线通信，并降低通信信号接收电路的功耗。

为实现上述目的，本发明提供了一种通信信号发送装置，由外部交流电源通过输入电力线供电，所述通信信号发送装置包括：切相模块、信号产生模块及控制模块；

所述切相模块的输入端与输入电力线连接，所述切相模块的输出端与输出电力线连接；所述信号产生模块与所述输出电力线连接；

在需要产生通信信号时，所述控制模块根据来自所述外部交流电源的交流信号确定切相时刻，并在所述切相时刻控制所述切相模块切断所述输入电力线向所述输出电力线的供电，并在设定的切相时间段内保持切断，在所述切相时间段内根据待发送信息控制所述信号产生模块在所述输出电力线上产生通信信号。

为实现上述目的，本发明还提供了一种通信信号发送方法，包括：根据来自外部交流电源的交流信号确定切相时刻；在所述切相时刻切断输入电力线向输出电力线的供电，并在设定的切相时间段内保持切断，并在切相时间段内根据待发送信息在输出电力线上产生通信信号。

为实现上述目的，本发明还提供了一种通信信号发送装置，包括：第四开关、信号产生模块及控制模块；

所述第四开关分别与输入电力线及输出电力线连接；所述信号产生模块的输出端与所述输出电力线连接；

所述通信信号发送装置由外部任意电源通过输入电力线供电；所述控制模块根据除外部交流电源的交流信号之外的任意信号或信息确定切断时刻，并在所述切断时刻控制所述第四开关切断所述输入电力线向所述输出电力线的供电，并在设定的切断时间段内保持切断，在所述切断时间段内控制所述信号产生模块在所述输出电力线上产生通信信号；

或者所述通信信号发送装置由外部交流电源经电能变换电路将交流电转换为非交流电后通过输入电力线供电；所述控制模块根据来自所述外部交流电源的交流信号确定切断时刻，在所述切断时刻控制所述第四开关切断所述输入电力线向所述输出电力线的供电，并在设定的切断时间段内保持切断，在所述切断时间段内控制所述信号产生模块在所述输出电力线上产生通信信号。

为实现上述目的，本发明还提供了一种通信信号发送装置，由外部交流供电装置通过电力线供电，所述通信信号发送装置包括：信号产生模块和控制模块；

所述外部交流供电装置在所述电力线上产生交流切相输出；

所述控制模块根据待发送信息持续控制所述信号产生模块在所述电力线上产生通信信号，或者所述控制模块在所述电力线上检测到交流切相时，控制所述信号产生模块在所述电力线上产生通信信号。

为实现上述目的，本发明还提供了一种通信信号接收装置，包括：第五开关、信号采样模块及接收控制模块；所述通信信号接收装置经过电力线接受外部供电；

所述第五开关的输入端接收来自所述电力线的电信号，所述第五开关的输出端与所述信号采样模块连接；所述接收控制模块接收来自所述电力线的电信号，所述接收控制模块的控制信号输出端与所述第五开关连接；

所述第五开关用于控制所述电力线的信号传输到所述信号采样模块的通断；

所述接收控制模块用于根据来自所述电力线的电信号确定采样起始时刻，并在所述采样起始时刻控制所述第五开关导通设定的采样时间段，使所述信号采样模块采集所述电力线上的通信信号。

为实现上述目的，本发明还提供了一种电力线通信系统，所述电力线通信系统包括通信信号接收装置以及上述的通信信号发送装置；所述通信信号接收装置与上述通信信号发送装置中所述的输出电力线或上述通信信号发送装置中所述的电力线连接。

为实现上述目的，本发明还提供了一种智能照明装置，包括：通信信号接收装置、LED驱动电路及LED发光组件；所述通信信号接收装置、所述LED驱动电路及所述LED发光组件依次连接；所述通信信号接收装置根据接收到的通信信号或信息控制所述LED驱动电路，驱动所述LED发光组件发光；

所述通信信号接收装置为上述的通信信号接收装置；或者所述通信信号接收装置包括信号检测模块及信号处理模块，所述信号检测模块检测电力线上的通信信号并发送给所述信号处理模块，所述信号处理模块根据接收到的通信信号或信息控制所述LED驱动电路；其中，所述电力线上的通信信号为上述的通信信号发送装置产生的。

为实现上述目的，本发明还提供了一种智能负载装置，包括：通信信号接收装置、开关电源及负载；所述通信信号接收装置、所述开关电源及所述负载依次连接；所述通信信号接收装置在通信信号采样时段内控制所述开关电源停振；或者根据接收到的通信信号或信息向所述开关电源发送负载控制信号，所述开关电源根据所述负载控制信号调节向所述负载的供电；

所述通信信号接收装置为上述的通信信号接收装置；或者所述通信信号接收装置包括信号检测模块及信号处理模块，所述信号检测模块检测电力线上的通信信号并发送给所述信号处理模块，所述信号处理模块根据接收到的通信信号或信息控制所述开关电源；其中，所述电力线上的通信信号为上述的通信信号发送装置产生的。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

(1)根据交流信号确定切相时刻，并在切相时刻切断输入电力线向输出电力线的供电，并在设定的切相时间段内保持切断，在切相时间段内根据待发送信息在输出电力线上产生通信信号，采用交流信号与通信信号分时复合的技术，大幅降低了电力线通信的复杂度，从而实现了低成本高可靠的交流电力线通信。

(2)除上述情况外，根据除外部交流电源的交流信号之外的任意信号或信息确定切断时刻，切断任意电源通过输入电力线向输出电力线供电一个设定时段；或根据来自外部交流电源的交流信号确定切断时刻，切断外部交流电源变换为非交流电后通过输入电力线向输出电力线的供电一个设定时段；或在外部交流供电装置已经产生交流切相供电时，在上述供电切断时间段内在输出电力线或电力线上产生通信信号。在上述情况下，实现低成本高可靠的电力线通信。

(3)通信信号接收装置通过采样开关接收交流电压或交流电流的规定相位段中叠加的或复合的通信信号，能达到较高的信噪比，同时降低了通信信号接收装置的功耗。

(4)电力线通信系统包括本发明提供的通信信号发送装置以及通信信号接收装置的任意组合，降低了整个电力线通信系统的技术复杂度，实现低成本高可靠的电力线通信。

(5)本发明提供的通信信号接收装置可以应用在照明装置中，形成智能照明装置，根据通信信号接收装置接收的通信信号或信息控制LED驱动电路驱动LED发光组件发光。

(6)本发明提供的通信信号接收装置也可以应用在含开关电源的负载装置中，形成智能负载装置，所述通信信号接收装置在通信时段控制开关电源停振，保证电力线通信不受开关电源工作的影响，或者进一步根据接收到的通信信号或信息调节开关电源向负载的供电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的通信信号发送装置的示意图；

图2为本发明提供的通信信号发送方法的流程图；

图3为切相时间段内输出电力线上电信号的示意图；

图4为控制模块的第一种实施方式的示意图；

图5为控制模块的第二种实施方式的示意图；

图6为信号产生模块的第一种实施方式的示意图；

图7为图6方案的一个实施例的示意图；

图8为信号产生模块第二种实施方式中包括直流电压源的实施方式的示意图；

图9为信号产生模块第二种实施方式中包括直流电流源的实施方式的示意图；

图10为信号支路的一种实施方式的示意图；

图11为信号支路的另一种实施方式的示意图；

图12为图8方案的一个实施例的示意图；

图13为图6或图8或图9方案中输出电力线两端的典型电压波形图；

图14为通信信号接收装置的第一种实施方式的示意图；

图15为通信信号接收装置的第二种实施方式的示意图；

图16为本发明提供的通信信号接收装置的结构示意图；

图17为包括电信号检测的通信信号接收装置的示意图；

图18为包括采样阻抗网络的通信信号接收装置的示意图；

图19为电力线通信系统的一种示意图；

图20为本发明提供的智能照明装置的示意图；

图21为本发明提供的智能负载装置的示意图。

符号说明：

100-通信信号发送装置，101-外部交流电源，102、103-输入电力线，104、105-输出电力线，106-切相模块，107-信号产生模块，108-控制模块，109-交流信号检测电路，110-控制电路，111-信息源模块，112-第一交流信号检测电路，113-第一控制电路，114-第二交流信号检测电路，115-第二控制电路，116-直流电源，117-第一开关，118-第五电阻，119-第六电阻，120-第七电阻，121-第二比较器，122-限幅电路，123-主信号处理器，124-第一隔离驱动电路，125-第二隔离驱动电路，126-直流电源支路，127-信号支路，128-直流电压源，129-第一电阻，130-第二开关，131-第三开关，132-直流电流源，133-第二电阻，134-第三电阻，135-整流电路，136-主单元，137-第十一电阻；

200-通信信号接收装置，201-信号整流模块，202-第八电阻，203-第九电阻，204-第三比较器，205-信号处理模块，206-信号检测模块，207、208-电力线，209-第五开关，210-信号采样模块，211-接收控制模块，212-电信号检测电路，213-信号处理电路，214-第四电阻，215-第一比较器，216-第十电阻；

301-第二信号产生模块，302-第三控制电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在说明书及权利要求范围中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域的技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及权利要求范围并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及权利要求范围所提及的“包括”为开放式的用语，故应解释成“包括但不限定于”。另外，“连接”在此包括任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件与第二元件连接，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至第二元件。

本发明的目的是提供一种通信信号发送装置和方法、通信信号接收装置、电力线通信系统、智能照明装置及智能负载装置，在电力线上插入切相模块，根据交流信号确定一个切相时刻，控制切相模块切断电力线的供电一个设定的切相时间段，在该切相时间段，信号产生模块在电力线上产生通信信号，以降低电力线通信的技术复杂度，实现低成本高可靠的交流电力线通信，并降低通信信号接收装置的功耗。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的通信信号发送装置由外部交流电源101通过输入电力线102、103供电，通信信号发送装置包括：切相模块106、信号产生模块107及控制模块108。

所述切相模块106的输入端与输入电力线102连接。所述切相模块106的输出端与输出电力线104连接。所述信号产生模块107与所述输出电力线104、105连接。信号产生模块107的输入端或者也可以不区分方向任意与输出电力线104、105分别连接。本发明提供的通信信号发送装置可以通过输出电力线104、105与任意的通信信号接收装置连接，即通信信号接收装置跨接在输出电力线104、105上。

需要说明的是，外部交流电源101可直接与输入电力线102、103连接，也可以经过前置电路变换后，例如经过变压器调压、或EMI滤波电路、或保护电路后，再连接到输入电力线102、103。

图1中显示的控制模块108的连接关系只是一种示例，实际上，控制模块108可以与外部交流电源101的输出端连接，获取外部交流电源101输出端的交流信号；控制模块108还可以与输入电力线102、103连接，获取输入电力线102、103上的交流信号；控制模块108也可以与输出电力线104、105连接，获取输出电力线104、105上的交流信号；控制模块108也可以与前置变换电路的某处连接，获取与所述外部交流电源101存在确定关系的交流信号。综上，无论控制模块108连接在何处，其获取的交流信号均来自外部交流电源101。

在需要产生通信信号时，所述控制模块108根据来自所述外部交流电源101的交流信号确定切相时刻，并在所述切相时刻控制所述切相模块106切断所述输入电力线102向所述输出电力线104的供电，并在设定的切相时间段内保持切断，在所述切相时间段内根据待发送信息控制所述信号产生模块107在所述输出电力线104、105上产生通信信号。

如图2所示，本发明提供的通信信号发送方法包括：根据来自外部交流电源的交流信号确定切相时刻。在所述切相时刻切断输入电力线向输出电力线的供电，并在设定的切相时间段内保持切断，并在切相时间段内根据待发送信息在输出电力线上产生通信信号。如图3所示为输出电力线上带有切相通信信号的电信号的示意图。

本发明中，切相时间段在所述输出电力线104、105的交流信号上形成的切相角小于180°。输入电力线102、103上的交流信号可以是任意AC输入电压，包括市电或经过前置电路的交流信号，例如经过变压装置的低压交流信号，交流信号可以是任意的相数。

通信信号可以包括直流电压数字信号、直流电流数字信号、带信息的模拟信号例如调制信号等。

控制模块108的第一种具体实施方式：

如图4所示，所述控制模块108包括交流信号检测电路109及控制电路110。所述交流信号检测电路109用于检测来自所述外部交流电源101的交流信号，并将检测结果信号传输至所述控制电路110，例如检测结果信号为交流过零信号、或除过零点外的其他交流相位的检测信号、或代表交流极性的信号、或交流信号瞬时值与阈值比较结果的信号等。所述控制电路110用于根据所述交流信号检测电路109输出的检测结果信号确定切相时刻，并在所述切相时刻控制所述切相模块106切断所述输入电力线102向所述输出电力线104的供电，并在设定的切相时间段内保持切断，在所述切相时间段内根据待发送信息控制所述信号产生模块107在所述输出电力线104、105上产生通信信号。

其中，交流信号检测电路109的连接关系可以有以下4种，但不限于此：

(1)交流信号检测电路109与所述外部交流电源101的输出端连接，以检测所述外部交流电源101输出端的交流信号。

(2)交流信号检测电路109与所述输入电力线102、103连接，以检测所述输入电力线102、103上的交流信号。

(3)交流信号检测电路109与所述输出电力线104、105连接，以检测所述输出电力线104、105上的交流信号。这种电路中，控制电路110控制切相模块106导通直至交流信号检测电路109能检测到输出电力线104、105上的交流信号后，确定切相时刻，在切相时刻关断切相模块106，并产生通信信号。

(4)外部交流电源101输出的交流电变换后向输入电力线102、103提供交流电。交流信号检测电路109与所述变换电路连接以检测与所述外部交流电源101存在确定关系的交流信号。具体的，可通过变换电路将外部交流电源101输出的交流电转换为另一种形式的交流电。

交流信号检测电路109也可以同时从上述不同位置检测多个交流信号，提供给控制电路110按设定的方法确定切相时刻或控制通信信号的产生。

进一步地，控制模块108还包括信息源模块111。在所述切相时间段内，所述控制电路110根据来自所述信息源模块111的待发送信息，控制信号产生模块107产生通信信号，并施加到所述输出电力线104、105上。其中，信息源模块111产生或获取待发送信息的方式有以下4种，但不限于此：

(1)信息源模块111由自身或其他电路产生待发送信息。例如信息源模块111从检测到的某种电信号形成待发送信息；或者信息源模块111可以获取传感器产生的感知结果形成待发送信息；或者信息源模块111是信息存储模块，根据设定条件提供待发送信息。

(2)信息源模块111通过接收外部人工操作产生待发送信息。例如信息源模块111是红外信号接收电路，接收外部红外遥控器发出的人工操作信息；或信息源模块111包含机械开关，接收人工对机械开关操作的信息。

(3)信息源模块111通过连接外部设备获得待发送信息。例如信息源模块111包含通信功能，由该通信功能连接外部设备并获取外部设备中包含的待发送信息，例如外部设备存储有控制程序。

(4)信息源模块111通过连接网络获得待发送信息，例如信息源模块111是无线通信模块，通过无线通信连接互联网并从互联网获得待发送信息。无线通信包括wifi或蓝牙或zigbee或红外通信或可见光通信或任何无线通信。

控制模块108的第二种具体实施方式：

如图5所示，所述控制模块108包括第一交流信号检测电路112、第一控制电路113、第二交流信号检测电路114及第二控制电路115。第一交流信号检测电路112与外部交流电源101的输出端或输入电力线102、103或输出电力线104、105或前置电路某处连接。第一控制电路113分别与第一交流信号检测电路112及切相模块106连接。第二交流信号检测电路114与外部交流电源101的输出端或输入电力线102、103或输出电力线104、105或前置电路某处连接。第二控制电路115分别与第二交流信号检测电路114及信号产生模块107连接。

所述第一交流信号检测电路112用于检测来自所述外部交流电源101的交流信号。所述第一控制电路113用于根据所述第一交流信号检测电路112的检测结果信号确定切相时刻，并在所述切相时刻控制所述切相模块106切断所述输入电力线102向所述输出电力线104的供电，并在设定的切相时间段内保持切断。

所述第二交流信号检测电路114用于检测来自所述外部交流电源101的交流信号；所述第二控制电路115用于根据待发送信息和/或所述第二交流信号检测电路114的检测结果信号确定到达设定的通信时刻，并在到达通信时刻时，根据待发送信息控制所述信号产生模块107在所述输出电力线104、105上产生通信信号。

通过适当的电路设计或控制软件设计，可保证第二控制电路115将通信信号施加到输出电力线104、105上的时间段在切相时间段内。例如，事先规定的通信时刻为交流过零点，则第一交流信号检测电路112检测到交流过零时，将过零信号发送给第一控制电路113，第一控制电路113据此控制切相模块106断开，第二控制电路115根据第二交流信号检测电路114检测获得的交流过零信号确定通信时刻并控制信号产生模块107在输出电力线104、105上产生通信信号。

图1到图5中，所述切相时刻为根据所述交流信号的交流相位时刻确定的时刻；或者所述切相时刻为根据交流电压瞬时值或交流电流瞬时值与设定阈值的大小关系确定的时刻；或者所述切相时刻为根据交流相位时刻以及交流电压瞬时值或交流电流瞬时值与设定阈值的大小关系确定的时刻。

本发明基于上述切相时刻的几种确定方式，下面给出了一些具体实例：

(1)切相时刻是规定的交流相位时刻。例如交流过零点或交流过零点后的规定相位点。

(2)切相时刻是规定的交流相位时刻后相隔一个确定的时间间隔后的时刻。其中，确定的时间间隔为电路延迟时间或事先规定的时间间隔或规定的相位宽度或任何由电路硬件或软件导致的或确定的时间间隔。

(3)切相时刻是交流电压瞬时值或交流电流瞬时值超过或低于规定的阈值的时刻。

(4)切相时刻是规定的交流相位时刻后交流电压瞬时值或交流电流瞬时值超过或低于规定的阈值的时刻。

(5)切相时刻是与规定的交流相位时刻关联确定的时刻，或与交流电压或电流信号幅值关联确定的时刻。即交流信号与其他任何外部条件结合后或计算后确定的时刻。例如交流过零后在另一参考电压达到阈值后的时刻，又如将交流信号经过变换后确定的与特定交流相位或与特定交流电压或电流幅值点相关联的时刻，又如在规定的交流相位时刻后由通信信息内容决定的时间间隔或相位间隔后的时刻。

所述切相时间段为规定的时间长度；或者所述切相时间段为规定的相位长度；或者所述切相时间段为根据交流电压瞬时值或交流电流瞬时值与设定阈值的大小关系确定结束时刻形成的时间段；或者所述切相时间段为根据待发送信息确定的时间段。

本发明基于上述切相时间段的几种确定方式，下面给出了一些具体实例：

(1)切相时间段是一个规定的时间长度，或一个规定的相位宽度，或由交流电压瞬时值或交流电流瞬时值超过或低于另一个阈值决定此时间段结束的时刻而形成的时间段。

(2)切相时间段是由交流信号确定此时间段结束时刻而形成的时间段。例如与规定的交流相位时刻关联确定结束时刻，或与交流电压或电流信号幅值关联确定结束时刻，形成的一个时间段。例如交流过零信号后经过一个由通信信息内容决定的时间长度为该切相时间段的结束时刻。

(3)切相时间段是由完成所需通信决定的时间长度，即在切相时刻切断交流信号输入后，保持交流切断状态直至所需的通信结束后，结束此时间段，恢复交流输入的导通。切断状态的时间段的时间长度可以随着通信内容的多少而动态改变，或随着通信码率改变而动态改变。或者切相时间段是由待发送信息内容规定的时间长度，或由待发送信息内容规定切相时间段的确定方式。

信号产生模块107的第一种实施方式：

如图6所示，所述信号产生模块107包括直流电源116及第一开关117。所述直流电源116与所述第一开关117串联连接后并联在所述输出电力线104、105上。上述的直流电源116可以是直流电压源，也可是直流电流源。

进一步地，所述信号产生模块107还包括第五电阻118，第五电阻118并联在输出电力线104、105之间。

所述控制模块108在所述切相时间段内，根据待发送信息控制所述第一开关117导通或关断，以在所述输出电力线104、105上产生高电平或低电平信号，作为通信信号。

具体地，在切相时刻，所述控制模块108控制切相模块106切断向输出电力线104的交流电能供应，在切相时间段，所述控制模块108控制第一开关117导通时，直流电源116通过第一开关117将直流电压或直流电流施加到输出电力线104、105两端，在输出电力线104、105上产生高电平的直流信号；当第一开关117关断时，输出电力线104、105与直流电源116分开，由第五电阻118或其他负载释放输出电力线104、105上的电荷，产生低电平的直流信号。所述控制模块108按照待发送信息或待发送信息的编码来控制第一开关117导通和关断，在输出电力线104、105上产生串行输出的通信信号。在切相时间段结束时，或者在规定的数据信号传送完成后，所述控制模块108控制第一开关117断开并保持断开直到下一次切相时刻，切相模块106则恢复导通，向输出电力线104、105与负载输出交流电能。

如图7显示了图6方案的一个实施例。该实施例构造的电力线通信系统包括外部交流电源101、输入电力线102、103、输出电力线104、105、通信信号发送装置100和通信信号接收装置200。外部交流电源101经输入电力线102、103连接到通信信号发送装置100的输入端，通信信号发送装置100的输出端经输出电力线104、105与通信信号接收装置200连接，输出电力线104、105上可连接多个通信信号接收装置200或其他交流电用电负载。通信信号发送装置100将输入的交流电压或交流电流变换为带有通信信号的交流电压或交流电流，通过输出电力线104、105传输给通信信号接收装置200或其他负载。

通信信号发送装置100中包含一个双向可控硅作为切相模块106，切相模块106的两个功率端分别与一条输入电力线102和一条输出电力线104连接。通信信号发送装置100内还包含相互串联的第一开关117和直流电源116，该串联支路并联在输出电力线104、105上。第六电阻119和第七电阻120构成采样电路从输入电力线102、103上对输入的交流信号采样，并将获得的采样信号送至第二比较器121，调整第二比较器121的参考电平，即可使第二比较器121在输入交流信号的规定相位时刻输出翻转产生第一相位信号。第二比较器121的信号输入端还可以并联限幅电路122进行保护。第二比较器121的输出信号送至主信号处理器123，主信号处理器123根据获得的交流相位信号按其内嵌程序控制切相模块106和第一开关117动作，即当收到规定的第一相位信号时，主信号处理器123控制切相模块106关断规定的时间长度，在切相时间段内，主信号处理器123按照信息源模块111产生的待发送信息控制第一开关117导通或关断，通过输出电力线104、105向通信信号接收装置200发送直流通信信号。当主信号处理器123收到规定的第二相位信号时，或者在主信号处理器123判断本次通信结束时，即控制第一开关117关断，同时控制切相模块106导通，保持这两个开关的状态直到收到下一次第一相位信号。当主信号处理器123与切相模块106和第一开关117的控制信号不共地时，主信号处理器123还可以通过第一隔离驱动电路124和第二隔离驱动电路125分别驱动切相模块106和第一开关117。

通信信号接收装置200中，由四个二极管构成信号整流模块201，通信信号接收装置200的两个输入端分别与输出电力线104、105连接，输出电力线104、105上的信号经信号信号整流模块201整流后送至信号检测模块，信号检测模块中包含第八电阻202、第九电阻203和第三比较器204，第八电阻202和第九电阻203串联分压，在第九电阻203上获得采样信号，该采样信号经第三比较器204与参考电平比较整形后最终检出通信信号发送装置100发送的通信信号，然后可以将该通信信号输出至信号处理模块205进行解码。

信号产生模块107的第二种实施方式：

如图8和图9所示，所述信号产生模块107包括直流电源支路126和信号支路127。所述直流电源支路126及所述信号支路127分别并联在所述输出电力线104、105上。所述控制模块108在所述切相时间段内，控制所述直流电源支路126向所述输出电力线104、105提供直流电流或直流电压，并控制调整所述信号支路127的等效电阻的阻值，以调整所述输出电力线104、105上直流电流或直流电压的幅值，作为通信信号。

其中，直流电源支路126存在以下三种形式：

(1)所述直流电源支路126包括直流电流源132。所述直流电源支路126还可以包括与直流电流源132并联的第十一电阻137。

(2)所述直流电源支路126包括直流电压源128及第一电阻129。所述直流电压源128与所述第一电阻129串联后并联在所述输出电力线104、105上。

(3)所述直流电源支路126在(1)或(2)的基础上，还包括第二开关130，所述第二开关130串联在所述直流电源支路126中。在所述切相时间段内，所述控制模块108控制所述第二开关130导通，以向所述输出电力线104、105提供直流电压或直流电流。

以直流电源支路126包括直流电压源128、第一电阻129和第二开关130的方式为例，详述如下。在切相时刻，所述控制模块108控制切相模块106切断向输出电力线104的交流电能供应，在切相时间段内，所述控制模块108控制第二开关130导通，直流电压源128经过第二开关130和第一电阻129向输出电力线104、105提供直流电压。在切相时间段内，所述控制模块108控制信号支路127通过改变其等效电阻的阻值造成输出电力线104、105上的直流电压幅值按控制变化，作为通信信号。

如图10和图11显示了信号支路127的详细电路的示例，信号支路127的形式包括：所述信号支路127包括第三开关131；或者所述信号支路127包括第三开关131及第二电阻133；或者所述信号支路127包括第三开关131及第三电阻134；或者所述信号支路127包括第三开关131、第二电阻133及第三电阻134；或者所述信号支路127包括第三开关131及整流电路135；或者所述信号支路127包括第三开关131、第二电阻133及整流电路135；或者所述信号支路127包括第三开关131、第三电阻134及整流电路135；或者所述信号支路127包括第三开关131、第二电阻133、第三电阻134及整流电路135。

其中，所述第二电阻133与所述第三开关131并联连接。所述第三电阻134与所述第三开关131串联连接。当第二电阻133的阻值高于第三开关131的导通电阻和第三电阻134的阻值时，由第三开关131的导通和关断，就能显著改变所述信号支路127的等效电阻的阻值，在输出电力线104、105上产生足以区分的高低电平，作为通信信号。所述整流电路135的输入端与所述输出电力线104、105连接。所述第三开关131位于所述整流电路135的输出回路中，所述第三开关131或者还与第二电阻133并联、或者还与第三电阻134串联。上述的整流电路135可以为全桥整流电路或半桥整流电路。在所述切相时间段内，所述控制模块108控制所述第三开关131导通或关断，以调整所述信号支路127的等效电阻的阻值，以在输出电力线104、105上产生足以区分的高低电平，作为通信信号。

具体地，在以图10所示电路为例，当第三开关131导通时，图10所示信号支路127的等效电阻的阻值为第三开关131的导通阻抗与第二电阻133的并联阻值与第三电阻134的阻值之和，而第三开关131关断时，该信号支路127的等效电阻的阻值为第二电阻133与第三电阻134的串联阻值。

参考图8，进一步详述调整信号支路等效电阻的阻值产生通信信号的原理如下，第三开关131导通时，记信号支路127的等效电阻的阻值为R_on，第三开关131关断时，记信号支路127的等效电阻的阻值为R_off，记第一电阻129的阻值为R_s，记直流电压源128的电压为V_DC，输出电力线104、105上的其他负载的总阻值记为R_L。R_on与R_L的并联阻值记为R_on//R_L，R_off与R_L的并联阻值记为R_off//R_L。第三开关131导通时，输出电力线104、105上的电压Von为：第三开关131关断时，输出电力线104、105上的电压Voff为：可见只需通过适当设计，使第三开关131导通或关断时信号支路127的等效电阻的阻值R_on和R_off存在差异，第三开关131导通或关断就分别能在输出电力线104、105上产生Von、Voff两种不同幅值的信号，而且只要R_on与R_off差异足够大，就能造成Von、Voff两种信号的幅值差异足够通信信号接收装置进行辨别，从而第三开关131通断产生的输出电力线104、105上的电平变化即可作为通信信号。

更具体的一个实施例是：第三开关131两端分别连接在输出电力线104、105上，记第三开关131的导通电阻的阻值为R_dson，将并联在输出电力线104、105上的所有其他负载形成的等效电阻的阻值记为R_L。当第三开关131导通时，因为通常开关的导通电阻的阻值很小，R_dson与R_L并联阻值R_dson//R_L可约等于R_dson，因此输出电力线104、105上的电压Von为： 当第三开关131关断时，通过适当的设计，可以保证第一电阻129的阻值R_s远小于R_L，因此输出电力线104、105上的电压V_off为：可以通过合理的设计保证R_dson远小于第一电阻129的阻值R_s，则将使Von远小于Voff，即可通过第三开关131导通和关断的变化，在输出电力线104、105上产生足以区分的高电平和低电平，用作通信信号。

同理可推得，图9中当直流电源支路126采用直流电流源132向输出电力线104、105供电时，记直流电流源132的电流值为I_D，记信号支路127的等效电阻的阻值为R_x，输出电力线104、105上其他负载的总阻值为R_L，R_x与R_L的并联阻值为R_x//R_L，则输出电力线104、105上的电压值为I_D*(R_x//R_L)，负载获得的电流为I_D*(R_x//R_L)/R_L，可见第三开关131的导通或关断使R_x变化，就能使输出电力线104、105上的电压或供给负载的电流发生幅值变化，从而用作通信信号。

图12显示了图8方案的一个实施例，包括外部交流电源101、输入电力线102、103、主单元136、输出电力线104、105、信号支路127和通信信号接收装置200。

外部交流电源101通过输入电力线102、103向主单元136供应交流电能，主单元136的输出端连接输出电力线104、105，信号支路127和通信信号接收装置200分别并联在输出电力线104、105上任意位置。第六电阻119、第七电阻120、第二比较器121及限幅电路122组成交流信号检测电路109，该交流信号检测电路109检测输入电力线102、103上的交流相位并将检测获得的相位信号输送给主信号处理器123，主信号处理器123根据收到的相位信号确定规定的切相通信时刻，在规定的切相时刻，主信号处理器123通过第一隔离驱动电路124关断切相模块106，并在设定的切相时间段内保持切相模块106关断，同时通过第二隔离驱动电路125控制第二开关130导通，直流电压源128通过第二开关130和第一电阻129向输出电力线104、105供应直流电压。信号支路127内，整流电路135与第三开关131连接。本实施例中，主信号处理器123的信息输出端口与信号支路127连接，在规定的切相时间段中，主信号处理器123按照从信息源模块111接收到的信息，通过信息输出端口控制第三开关131按照信息内容进行导通或关断，在输出电力线104、105上产生低电平或高电平，作为通信信号。在本实施例中，通信信号接收装置200通过信号整流模块201从输出电力线104、105收取信号，收取的信号经电阻网络(第八电阻202和第九电阻203)采样后送至第三比较器204与参考电平比较，以检出信号，将检出获得的信号送信号处理模块205识别通信信号并解码。

另一种实施例，信号支路127与主信号处理器123之间没有连接，信号支路127内包括波形检测电路或相位检测电路或过零检测电路，或者还包括另一个处理器，根据检测到输出电力线104、105上的信号，确定通信时间段，在该时间段内，根据需要发送的信息内容使信号支路127内的第三开关131导通或关断，在输出电力线104、105上产生通信信号。或者该处理器根据收到的输出电力线104、105上其他通信信号发送装置发送的信号，进行解码，根据解码结果，确定信号支路127产生信号的时刻或相位时刻，在该时刻根据需要发送的信息内容使第三开关131导通或关断，在输出电力线104、105上产生通信信号。

此外，为了保护信号产生模块107，信号产生模块107内，向所述输出电力线104、105发送通信信号的输出路径中，例如所述直流电源支路126中或所述信号支路127中或所述信号产生模块107的输出路径中，包括单向开关或限流开关。当所述输出电力线104、105上的交流电压或交流电流导致所述信号产生模块107向所述输出电力线104、105输出的电信号与所述单向开关规定的方向相反时，所述单向开关关断；或者当所述信号产生模块107输出的电信号超过所述限流开关的限流值时，所述限流开关关断或保持按限流值输出或降低输出电流。

作为具体的实施方式，信号产生模块107的第一种实施方式中的第一开关117可以是单向开关或限流开关。信号产生模块107的第二种实施方式中的第二开关130和/或第三开关131可以是单向开关或限流开关。信号产生模块107的第二种实施方式中的整流电路135也可以是单向开关。

如图13显示了图6或图8或图9的方案中输出电力线104、105两端的典型电压波形。

由于在通信信号传输时，交流信号被切相模块106切断，因此通信信号接收装置200接收到的信号仅仅是通信信号，而不是与交流叠加的信号，所以不需要通过复杂的电路将通信信号从交流信号中分离出来，而且传输的通信信号可以采用直流数字信号，采用这种通信信号时通信信号接收装置200不需要复杂的电路进行高频解调；同时在通信信号采用直流数字信号时，信号稳定，通信可靠；本发明与已知的电力线通信技术相比，采用交流信号与通信信号分时复合的技术，使技术复杂度大幅下降，从而实现低成本高可靠的交流电力线通信。

当然本发明在切相时间段内，信号产生模块107不仅可发送直流数字信号，也可以发送任意通信信号，包括模拟信号、高频调制信号等，因为交流信号被关断，所以能够使通信信号传输更稳定可靠、简化接收电路、降低成本。

除了利用来自所述外部交流电源101的交流信号外，本发明利用其他信号，还提供了一种通信信号发送装置，包括：第四开关、信号产生模块107及控制模块108。

所述第四开关分别与输入电力线102及输出电力线104连接。所述信号产生模块107的输出端与所述输出电力线104、105连接。

所述通信信号发送装置100由外部任意电源通过输入电力线102、103供电。所述控制模块108根据除所述外部交流电源101的交流信号之外的任意信号或信息确定切断时刻，并在所述切断时刻控制所述第四开关切断所述输入电力线102向所述输出电力线104的供电，并在设定的切断时间段内保持切断，在所述切断时间段内控制所述信号产生模块107在所述输出电力线104、105上产生通信信号。

所述的任意信号可分为以下3种情况，但不限于此：

(1)除所述外部交流电源的交流信号外，电源产生的电能特征信号。例如直流供电装置产生的电压幅值变化的信号。

(2)交流电经过整流后的电信号。例如电压或电流的谷底信号，或电压或电流低于或高于规定阈值的信号。

(3)来自内部或外部的包含通信时刻的信息，或要求通信的信号，或确定了通信时刻的软件程序。

另一种情况，当所述通信信号发送装置100由外部交流电源101经电能变换电路将交流电转换为非交流电后通过输入电力线102、103供电，但所述控制模块108仍然利用所述外部交流电源101的交流信号或其变换后的信号进行控制，本发明为这种情况提供了如下通信信号发送装置。所述控制模块108根据来自所述外部交流电源101的交流信号确定切断时刻，在所述切断时刻控制所述第四开关切断所述输入电力线102向所述输出电力线104的供电，并在设定的切断时间段内保持切断，在所述切断时间段内控制所述信号产生模块107在所述输出电力线104、105上产生通信信号。

再一种情况，通信信号发送装置100由外部交流供电装置通过电力线供电，外部交流供电装置在电力线上产生交流切相输出，例如，所述外部交流供电装置是通过切相方式进行交流调压的装置。这种情况，不再需要通信信号发送装置控制切相，而只需要检测发现电力线上的电信号出现切相时，就可利用外部交流供电装置产生的切相时段在电力线上产生通信信号，通信信号发送装置100只包括信号产生模块107和控制模块108。所述控制模块108根据待发送信息持续控制所述信号产生模块107在电力线上产生通信信号，或者所述控制模块108在电力线上检测到交流切相时，控制所述信号产生模块107在电力线上产生通信信号。

上述的信号产生模块107内，向电力线发送通信信号的输出路径中包括单向开关或限流开关。当所述电力线上的交流电压或交流电流导致所述信号产生模块107向所述电力线输出的电信号与所述单向开关规定的方向相反时，所述单向开关关断；或者当所述信号产生模块107输出的电信号超过所述限流开关的限流值时，所述限流开关关断或保持按限流值输出或降低输出电流。

采用所述单向开关或限流开关，使所述控制模块108根据待发送信息持续控制所述信号产生模块107在电力线上产生通信信号时，保护所述信号产生模块107免受输出电力线104、105上的交流信号的影响。

为了接收本发明的通信信号发送装置产生的通信信号，如图14所示，通信信号接收装置200至少包括一个信号检测模块206及一个信号处理模块205。所述信号检测模块206检测所述输出电力线104、105上的信号并发送给所述信号处理模块205，信号检测模块206检测获得的输出电力线104、105上的信号包括所述的通信信号发送装置产生的通信信号。如图15所示，通信信号接收装置200还可包括信号整流模块201。

或者所述通信信号接收装置200包括信号检测模块206、信号处理模块205及第七开关(图中未示出)。所述信号检测模块206检测所述输出电力线104、105上的通信信号并发送给所述信号处理模块205。所述第七开关的导通或关断使得所述通信信号接收装置200连接于所述输出电力线104、105的输入端的输入电阻的阻值发生变化，以在所述输出电力线104、105上产生通信信号。

信号检测模块206还可以将电力线上的信号转换成信号处理模块205可接受的形式，例如通过限压保证输给信号处理模块205的信号幅值在可接受的范围。信号检测模块206或信号处理模块205根据获得的信号确定可能开始通信的时刻，例如特定的交流相位时刻(如过零时刻)，或信号低于或高于规定的阈值的时刻，或与上述检测结果相关的时刻，从该时刻开始的一个时间段作为通信信号采样时间段，在该时间段内，信号处理模块205对信号检测模块206在该时间段内检测获得的电力线上的信号进行采样读入，判断是否出现通信信号，如果出现通信信号则接收通信内容，或进一步解码。

由于现有的高频调制电力线通信技术或交流斩波通信技术或本发明所述的在通信时段切断电力供应并加载通信信号的技术中，如果采用如图7中所示的通信信号接收装置200中类似的直接从交流信号分压采样的技术，因为需要保证获得的通信信号的信噪比，第八电阻202和第九电阻203不能任意取阻值，而较低的阻值会导致交流电压较高的相位段，在第八电阻202和第九电阻203上产生较高的功耗。本发明中，通信信号都是出现在规定的交流相位段中，典型情况是在交流过零点附近的规定相位段中，因此，本发明提供了一种高信噪比低功耗的新的通信信号接收装置200，其输入端连接外部的电力线，用于接收在电力线上电信号的规定时刻或时间段中叠加或复合的通信信号；或者所述的通信信号接收装置200的输入端连接在图1中的输出电力线104、105上，接收本发明所述通信信号发送装置产生的交流信号与通信信号分时复合后的复合信号。如图16所示，本发明提供的通信信号接收装置200包括：第五开关209、信号采样模块210及接收控制模块211。所述通信信号接收装置200经过电力线207、208接受外部供电。

所述第五开关209的输入端接收来自电力线207、208的电信号，所述第五开关209的输出端与所述信号采样模块210连接。所述接收控制模块211接收来自电力线207、208的电信号，所述接收控制模块的控制信号输出端与所述第五开关209连接。

所述第五开关209用于控制所述电力线207、208的信号传输到所述信号采样模块210的通断。

所述接收控制模块211用于根据来自所述电力线207、208的电信号确定采样起始时刻，并在所述采样起始时刻控制所述第五开关209导通设定的采样时间段，使所述信号采样模块210采集所述电力线207、208上的通信信号。

本发明中，电力线207、208上的信号直接连接接收控制模块211或第五开关209，或者经过整流后再连接到接收控制模块211或第五开关209，或者经过其他电路变换后再连接到接收控制模块211或第五开关209。

本发明只有在设定的可能出现通信信号的时间段对通信信号采样，信号采样模块210可按接收信号的信噪比优化设计，而因为第五开关209在其他时段关断，使得信号采样模块210的平均功耗降低，达到发明目的。

另外，接收控制模块211还用于控制第五开关209的导通或关断，使得通信信号接收装置200连接于电力线207、208的输入端的输入电阻的阻值发生变化，以在电力线207、208上产生通信信号。或者通信信号接收装置200还包括第六开关(图中未示出)，接收控制模块211控制第六开关导通或关断，使得通信信号接收装置200的输入电阻的阻值发生变化，以在电力线207、208上产生通信信号。

上述通信信号接收装置200的控制方法包括：根据电力线207、208上的信号确定采样起始时刻，使第五开关209导通一个设定的采样时间段，在该采样时间段内将电力线207、208上的信号导入采样模块，捡取电力线207、208上的通信信号。

在所述通信信号接收装置200经过电力线207、208接受的外部供电为交流供电或带有通信信号的交流供电时，所述采样起始时刻为根据所述电力线207、208上电信号的交流相位时刻确定的时刻；或者所述采样起始时刻为根据所述电力线207、208上电信号与设定阈值的大小关系确定的时刻；或者所述采样起始时刻为根据所述电力线207、208上电信号的交流相位时刻以及所述电力线207、208上电信号与设定阈值的大小关系确定的时刻；或者所述采样起始时刻是所述电力线207、208上的电信号出现交流切相的时刻。本发明基于上述采样起始时刻的几种确定方式，下面给出了一些具体实例：

(1)采样起始时刻是电力线上交流信号的规定的相位时刻，例如交流过零点或交流过零点后的规定相位点。

(2)采样起始时刻是电力线上交流信号的规定的相位时刻后相隔一个确定的时间间隔后的时刻。其中，确定的时间间隔包括电路延迟时间，或事先规定的时间间隔，或规定的相位宽度，或任何由电路硬件或软件导致的或确定的时间间隔。

(3)采样起始时刻是电力线上的电信号超过或低于规定的阈值的时刻。

(4)采样起始时刻是电力线上交流信号的规定相位时刻后输入端上的电信号超过或低于规定的阈值的时刻。

(5)采样起始时刻是与电力线上交流信号的规定相位时刻关联确定的时刻，或与输入端上交流信号的电压或电流信号幅值关联确定的时刻，即交流信号与其他任何外部条件结合后或计算后确定的时刻。例如交流过零后在另一参考电压达到阈值后的时刻，又如将交流信号经过变换后确定的与特定交流相位或与特定交流电压或电流幅值点相关联的时刻，又如在规定的交流相位时刻后由信息内容决定的时间间隔或相位间隔后的时刻。

(6)采样起始时刻是检测到电力线上的电信号出现交流切相的时刻。

所述采样时间段为规定的时间长度；或者所述采样时间段为规定的相位宽度；或者所述采样时间段为根据来自电力线207、208上的电信号的瞬时值决定结束时刻形成的时间段；或者所述采样时间段为根据通信信号或通信信息确定的时间段。

本发明基于上述采样时间段的几种确定方式，下面给出了一些具体实例：

(1)采样时间段是一个规定的时间长度，或是一个规定的相位宽度，或由输入端上电压信号或电流信号超过或低于另一个阈值决定此时间段结束的时刻而形成的时间段。

(2)采样时间段是由输入端上的电信号确定此时间段结束时刻而形成的时间段。例如通信信号接收装置200接收交流供电时，采样时间段是与规定的交流相位时刻关联确定结束时刻，或与交流电压或电流信号幅值关联确定结束时刻，形成的一个时间段。例如交流过零后经过一个由收到的通信信息内容要求的时间长度后为采样结束时刻。

(3)采样时间段是由完成所需通信决定的时间长度。例如由通信协议确定的本次通信的位数需要的时间长度，或通信结束的标识信号确定的通信时间长度，或通信内容要求的通信时间长度。时间长度可以随着通信内容而动态改变，或随着通信码率改变而动态改变。

所述通信信号接收装置200或者可根据事先规定，采用所述采样起始时刻和采样时间段确定方式的一种或多种，以完成通信信号的接收。

为了保证通信信号接收装置200能够正常并完整地接收通信信号发送装置100在电力线上产生的通信信号，应事先通过设计协议使得通信信号接收装置200中的采样起始时刻与通信信号发送装置100中的切相时刻的确定方式相对应，且通信信号接收装置200中的采样时间段包含通信信号发送装置100中的切相时间段。

如图17和图18显示了本发明提供的通信信号接收装置200的两个实施例，其中所述接收控制模块211包括电信号检测电路212和信号处理电路213。

所述电信号检测电路212用于检测来自所述电力线207、208的电信号。所述信号处理电路213用于根据所述电信号检测电路212检测获得的电信号确定采样起始时刻，并在所述采样起始时刻控制所述第五开关209导通设定的采样时间段，使所述信号采样模块210采集所述电力线207、208上的通信信号。所述信号处理电路213还用于处理所述通信信号。

一种具体的实施例为，电信号检测电路212在来自所述电力线207、208的输入信号低于预定阈值时翻转输出过零信号，该过零信号输至信号处理电路213，信号处理电路213根据收到过零信号的时刻确定通信信号采样起始时刻，例如在收到过零信号后根据交流电的周期计算出约定的通信信号出现的时刻并进一步确定通信信号采样起始时刻，或者将收到过零信号的时刻直接用作通信信号采样起始时刻，并根据通信协议约定的方式确定本次通信所需时间长度作为采样时间段。

通过适当设计电信号检测电路212中的阈值，使电信号检测电路212翻转输出过零信号的时刻及过零信号的时间长度与规定的通信时刻与通信时间段保持一致，则可将电信号检测电路212的输出直接用于控制第五开关209。具体地，电信号检测电路212用于检测来自电力线207、208的电信号，并在检测到的电信号落入设定的阈值条件的时间内产生控制信号控制所述第五开关209导通，使信号采样模块210采集电力线207、208上的通信信号。此时信号处理电路213只用于处理信号采样模块210采集到的通信信号，不提供所述第五开关209的控制信号。

如图17所示，所述信号采样模块210包括第四电阻214及第一比较器215。所述第四电阻214与所述第五开关209串联连接。所述第一比较器215连接在所述第四电阻214与所述第五开关209之间。

所述第四电阻214用于采样来自所述电力线207、208的电信号，当第五开关209受控制导通时，第四电阻214得到采样信号。所述第一比较器215用于根据所述采样信号与参考电平确定接收到的通信信号。然后可以将该通信信号输出至信号处理电路213识别及解码、也可以将该通信信号输出至其他处理器进行处理。信号处理电路213或电信号检测电路212在其确定的采样时间段结束时控制第五开关209关断，不再采样。

该方案中的第四电阻214的阻值可按期望的信号质量确定，因为只在通信信号出现的时间段内信号经过第四电阻214，其他时段内没有信号加载其上，因此可在兼顾采样信号信噪比的同时，大幅降低采样电路的功耗。

进一步地，如图17所示，所述通信信号接收装置200还包括信号整流模块201。所述信号整流模块201的输入端与所述电力线207、208连接；所述信号整流模块201的输出端分别与所述接收控制模块211以及所述第五开关209的输入端连接。信号整流模块201由二极管构成。信号整流模块201可以是半波整流或全波整流。

如图18所示方案中，不包含信号整流，信号采样模块210内含采样阻抗网络，包括第四电阻214和第十电阻216，电信号检测电路212将电力线207、208上获得的电信号送至信号处理电路213，由信号处理电路213确定采样起始时刻和采样时间段，在采样起始时刻，信号处理电路213使第五开关209导通，并保持导通采样时间长度，来自电力线207、208的信号经采样阻抗网络分压后，在第四电阻214上获得采样信号，由所述第一比较器215检出信号，该信号中包含通信信号。因为不含信号整流，当所述电力线207、208上的信号为交流信号时，第四电阻214上获得的采样信号也是交流信号，通过适当电路设计，可使所述第一比较器215能接收交流信号。

图16至图18中的通信信号接收装置200可适用于只在某一个时间段内例如特定交流相位段中叠加或复合通信信号的电力线通信系统，特别适合在交流过零点附近相位段中出现通信信号的电力线通信系统。

本发明提供的电力线通信系统包括上述各种实施方式中提及的通信信号发送装置以及各种实施方式中提及的通信信号接收装置的任意组合。

作为一种具体的实施方式，如图19所示，电力线通信系统的通信信号发送装置中的信号产生模块107为第一信号产生模块。所述第一信号产生模块产生的通信信号为第一通信信号。所述第一通信信号中或包括用于产生第二通信信号相关的信息。电力线通信系统的通信信号接收装置200用于接收所述第一通信信号。所述电力线通信系统还包括第二信号产生模块301和第三控制电路302。所述第三控制电路302用于根据所述通信信号接收装置200接收到的第一通信信号或所述第一通信信号的内容控制所述第二信号产生模块301在所述输出电力线104、105上产生第二通信信号。

其工作流程为：当通信信号接收装置200接收到第一通信信号并解码获得其中的信息内容后，根据信息内容中对第二信号产生模块301的通信要求，按事先规定的时刻，或按照收到的信息内容中规定的时刻，控制第三控制电路302及第二信号产生模块301产生第二通信信号并施加到输出电力线104、105上。

例如，在切相时间段，第一信号产生模块在输出电力线104、105上产生的第一通信信号，事先约定的通信协议是收到第一通信信号后间隔规定时间，由通信信号接收装置200、第三控制电路302、第二信号产生模块301共同工作产生第二通信信号，因此当通信信号接收装置200接收到输出电力线104、105上的通信信号并译码发现是第一通信信号时，即按协议间隔规定的时间后，通信信号接收装置200输出控制信号要求第三控制电路302和第二信号产生模块301产生第二通信信号，第三控制电路302即按当时信息源模块111的信息内容或按照第一通信信号的信息内容确定待发送信息，控制第二信号产生模块301产生通信信号并施加到输出电力线104、105上，由连接在输出电力线104、105上的其他通信信号接收装置收取。一种具体的实施方式为，第一通信信号的不同信息编码规定了收到该信号后间隔不同的信息码的位数后产生第二通信信号，则当通信信号接收装置200收到第一通信信号后，根据其编码，由通信信号接收装置200或第三控制电路302在用上述规定的间隔位数和每位时间宽度确定的间隔时间后，控制第二信号产生模块301产生第二通信信号；控制第一信号产生模块107的控制电路110按事先约定的协议计算包含第一通信信号和第二通信信号在内的本次通信所需要的时间长度作为切相模块106的关断时间长度，在该时间长度中保持切相模块106关断，保证两个信号产生电路都能完成工作，将两种通信信号施加到输出电力线104、105上。

如图20所示，本发明提供的智能照明装置包括：上述任一种实施方式中的通信信号接收装置、LED驱动电路及LED发光组件。其中，LED发光组件为LED发光二极管或LED组。所述通信信号接收装置、所述LED驱动电路及所述LED发光组件依次连接。所述通信信号接收装置根据接收到的通信信号或信息控制所述LED驱动电路，驱动所述LED发光组件发光。

通信信号接收装置向LED驱动电路发送的控制信号包括PWM信号、或I2C信号、或任何约定的包含控光信息的信号。

如图21所示，本发明提供的智能负载装置包括：上述任一种实施方式中的通信信号接收装置、开关电源及负载。所述通信信号接收装置、所述开关电源及所述负载依次连接。因为开关电源往往在输入电流中产生较大的高频电流分量，对接收输入端连接的电力线上的通信信号形成干扰，因此，本发明通过通信信号接收装置在通信信号采样时段内控制所述开关电源停振，来保证电力线通信不受开关电源工作的影响；或者根据接收到的通信信号或信息向所述开关电源发送负载控制信号，所述开关电源根据所述负载控制信号调节向所述负载的供电。

通信信号接收装置向开关电源发送的信号包括PWM信号、或I2C信号、或任何约定的包含负载供电控制信息的信号。

所述负载中可进一步包含通信信号发生电路，构成交流供电的智能负载，例如智能传感器。

所述智能照明装置和智能负载装置中的通信信号接收装置可以是图14至图18所示的任一种通信信号接收装置。在采用图14或图15所示的通信信号接收装置时，输出电力线104、105上的通信信号为本发明提供的通信信号发送装置产生的。在采用图14或图15所示的通信信号接收装置时，所述信号处理模块206根据接收到的通信信号或信息控制所述LED驱动电路或所述开关电源。

本发明提及的切相模块106和所有开关是半导体开关器件，包括但不限于二极管、MOSFET、晶体管、可控硅或其他半导体开关器件，也可以是多个半导体器件组成的等效开关电路，例如两个晶体管反向并联构成的双向开关、或由一个MOSFET和一个二极管反向并联构成的双向开关、或由二极管与MOSFET或晶体管串联构成的单向开关、或由MOSFET或晶体管与限流控制电路构成的限流开关。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (25)

1.一种通信信号发送装置，由外部交流电源通过输入电力线供电，其特征在于，所述通信信号发送装置包括：切相模块、信号产生模块及控制模块；

所述切相模块的输入端与输入电力线连接，所述切相模块的输出端与输出电力线连接；所述信号产生模块与所述输出电力线连接；

在需要产生通信信号时，所述控制模块根据来自所述外部交流电源的交流信号确定切相时刻，并在所述切相时刻控制所述切相模块切断所述输入电力线向所述输出电力线的供电，并在设定的切相时间段内保持切断，在所述切相时间段内根据待发送信息控制所述信号产生模块在所述输出电力线上产生通信信号。

2.根据权利要求1所述的通信信号发送装置，其特征在于，所述切相时间段在所述输出电力线的交流信号上形成的切相角小于180°。

3.根据权利要求1所述的通信信号发送装置，其特征在于，所述控制模块包括交流信号检测电路及控制电路；

所述交流信号检测电路用于检测来自所述外部交流电源的交流信号，并将检测结果信号传输至所述控制电路；所述交流信号检测电路与所述外部交流电源的输出端连接，以检测所述外部交流电源输出端的交流信号；或者所述交流信号检测电路与所述输入电力线连接，以检测所述输入电力线上的交流信号；或者所述交流信号检测电路与所述输出电力线连接，以检测所述输出电力线上的交流信号；或者所述外部交流电源输出的交流电变换后向所述输入电力线提供交流电，所述交流信号检测电路检测与所述外部交流电源存在确定关系的交流信号；

所述控制电路用于根据所述交流信号检测电路的检测结果信号确定切相时刻，并在所述切相时刻控制所述切相模块切断所述输入电力线向所述输出电力线的供电，并在设定的切相时间段内保持切断，在所述切相时间段内根据待发送信息控制所述信号产生模块在所述输出电力线上产生通信信号。

4.根据权利要求3所述的通信信号发送装置，其特征在于，所述控制模块还包括信息源模块；所述信息源模块由自身或其他电路产生待发送信息；或者所述信息源模块通过接收外部人工操作产生待发送信息；或者所述信息源模块通过连接外部设备获得待发送信息；或者所述信息源模块通过连接网络获得待发送信息；在所述切相时间段内，所述控制电路根据来自所述信息源模块的待发送信息，控制所述信号产生模块产生通信信号，并施加到所述输出电力线上。

5.根据权利要求1所述的通信信号发送装置，其特征在于，所述控制模块包括第一交流信号检测电路、第一控制电路、第二交流信号检测电路及第二控制电路；

所述第一交流信号检测电路用于检测来自所述外部交流电源的交流信号；所述第一控制电路用于根据所述第一交流信号检测电路的检测结果信号确定切相时刻，并在所述切相时刻控制所述切相模块切断所述输入电力线向所述输出电力线的供电，并在设定的切相时间段内保持切断；

所述第二交流信号检测电路用于检测来自所述外部交流电源的交流信号；所述第二控制电路用于根据待发送信息和/或所述第二交流信号检测电路的检测结果信号确定到达通信时刻，并在到达通信时刻时，根据待发送信息控制所述信号产生模块在所述输出电力线上产生通信信号。

6.根据权利要求1所述的通信信号发送装置，其特征在于，所述切相时刻为根据所述交流信号的交流相位时刻确定的时刻；或者所述切相时刻为根据交流电压瞬时值或交流电流瞬时值与设定阈值的大小关系确定的时刻；或者所述切相时刻为根据交流相位时刻以及交流电压瞬时值或交流电流瞬时值与设定阈值的大小关系确定的时刻；

所述切相时间段为规定的时间长度；或者所述切相时间段为规定的相位长度；或者所述切相时间段为根据交流电压瞬时值或交流电流瞬时值与设定阈值的大小关系确定结束时刻形成的时间段；或者所述切相时间段为根据待发送信息确定的时间段。

7.根据权利要求1所述的通信信号发送装置，其特征在于，所述信号产生模块包括直流电源及第一开关；所述直流电源与所述第一开关串联连接后并联在所述输出电力线上；

所述控制模块在所述切相时间段内，根据待发送信息控制所述第一开关导通或关断，以在所述输出电力线上产生高电平或低电平信号，作为通信信号。

8.根据权利要求1所述的通信信号发送装置，其特征在于，所述信号产生模块包括直流电源支路和信号支路；所述直流电源支路及所述信号支路分别并联在所述输出电力线上；

所述控制模块在所述切相时间段内，控制所述直流电源支路向所述输出电力线提供直流电流或直流电压，并控制调整所述信号支路的等效电阻的阻值，以调整所述输出电力线上直流电流或直流电压的幅值，作为通信信号。

9.根据权利要求8所述的通信信号发送装置，其特征在于，所述直流电源支路包括直流电流源；或者所述直流电源支路包括直流电流源及第二开关；或者所述直流电源支路包括直流电压源及第一电阻；或者所述直流电源支路包括直流电压源、第一电阻及第二开关；

其中，所述直流电压源与所述第一电阻串联后并联在所述输出电力线上；所述第二开关串联在所述直流电源支路中；在所述切相时间段内，所述控制模块控制所述第二开关导通，以向所述输出电力线提供直流电压或直流电流。

10.根据权利要求8所述的通信信号发送装置，其特征在于，所述信号支路包括第三开关；或者所述信号支路包括第三开关及第二电阻；或者所述信号支路包括第三开关及第三电阻；或者所述信号支路包括第三开关、第二电阻及第三电阻；或者所述信号支路包括第三开关及整流电路；或者所述信号支路包括第三开关、第二电阻及整流电路；或者所述信号支路包括第三开关、第三电阻及整流电路；或者所述信号支路包括第三开关、第二电阻、第三电阻及整流电路；

其中，所述第二电阻与所述第三开关并联连接；所述第三电阻与所述第三开关串联连接；所述整流电路的输入端与所述输出电力线连接；所述第三开关位于所述整流电路的输出回路中；

在所述切相时间段内，所述控制模块控制所述第三开关导通或关断，以调整所述信号支路的等效电阻的阻值。

11.一种通信信号发送方法，其特征在于，所述通信信号发送方法包括：

根据来自外部交流电源的交流信号确定切相时刻；

在所述切相时刻切断输入电力线向输出电力线的供电，并在设定的切相时间段内保持切断，并在切相时间段内根据待发送信息在输出电力线上产生通信信号。

12.一种通信信号发送装置，其特征在于，所述通信信号发送装置包括：第四开关、信号产生模块及控制模块；

所述第四开关分别与输入电力线及输出电力线连接；所述信号产生模块的输出端与所述输出电力线连接；

所述通信信号发送装置由外部任意电源通过输入电力线供电；所述控制模块根据除外部交流电源的交流信号之外的任意信号或信息确定切断时刻，并在所述切断时刻控制所述第四开关切断所述输入电力线向所述输出电力线的供电，并在设定的切断时间段内保持切断，在所述切断时间段内控制所述信号产生模块在所述输出电力线上产生通信信号；

或者所述通信信号发送装置由外部交流电源经电能变换电路将交流电转换为非交流电后通过输入电力线供电；所述控制模块根据来自所述外部交流电源的交流信号确定切断时刻，在所述切断时刻控制所述第四开关切断所述输入电力线向所述输出电力线的供电，并在设定的切断时间段内保持切断，在所述切断时间段内控制所述信号产生模块在所述输出电力线上产生通信信号。

13.一种通信信号发送装置，由外部交流供电装置通过电力线供电，其特征在于，所述通信信号发送装置包括：信号产生模块和控制模块；

所述外部交流供电装置在所述电力线上产生交流切相输出；

所述控制模块根据待发送信息持续控制所述信号产生模块在所述电力线上产生通信信号，或者所述控制模块在所述电力线上检测到交流切相时，控制所述信号产生模块在所述电力线上产生通信信号。

14.根据权利要求13所述的通信信号发送装置，其特征在于，所述外部交流供电装置是通过切相方式进行交流调压的装置。

15.一种通信信号接收装置，其特征在于，所述通信信号接收装置包括：第五开关、信号采样模块及接收控制模块；所述通信信号接收装置经过电力线接受外部供电；

所述第五开关的输入端接收来自所述电力线的电信号，所述第五开关的输出端与所述信号采样模块连接；所述接收控制模块接收来自所述电力线的电信号，所述接收控制模块的控制信号输出端与所述第五开关连接；

所述第五开关用于控制所述电力线的信号传输到所述信号采样模块的通断；

所述接收控制模块用于根据来自所述电力线的电信号确定采样起始时刻，并在所述采样起始时刻控制所述第五开关导通设定的采样时间段，使所述信号采样模块采集所述电力线上的通信信号。

16.根据权利要求15所述的通信信号接收装置，其特征在于，所述接收控制模块还用于控制所述第五开关导通或关断，使得所述通信信号接收装置连接于所述电力线的输入端的输入电阻的阻值发生变化，以在所述电力线上产生通信信号；

或者所述通信信号接收装置还包括第六开关；所述接收控制模块控制所述第六开关导通或关断，使得所述通信信号接收装置连接于所述电力线的输入端的输入电阻的阻值发生变化，以在所述电力线上产生通信信号。

17.根据权利要求15所述的通信信号接收装置，其特征在于，在所述通信信号接收装置经过所述电力线接受的外部供电为交流供电或带有通信信号的交流供电时，所述采样起始时刻为根据所述电力线上电信号的交流相位时刻确定的时刻；或者所述采样起始时刻为根据所述电力线上电信号与设定阈值的大小关系确定的时刻；或者所述采样起始时刻为根据所述电力线上电信号的交流相位时刻以及所述电力线上电信号与设定阈值的大小关系确定的时刻；或者所述采样起始时刻是所述电力线上的电信号出现交流切相的时刻；

所述采样时间段为规定的时间长度；或者所述采样时间段为规定的相位宽度；或者所述采样时间段为根据来自所述电力线上的电信号的瞬时值决定结束时刻形成的时间段；或者所述采样时间段为根据通信信号或通信信息确定的时间段。

18.根据权利要求15所述的通信信号接收装置，其特征在于，所述接收控制模块包括电信号检测电路和信号处理电路；

所述电信号检测电路用于检测来自所述电力线的电信号；所述信号处理电路用于根据所述电信号检测电路检测获得的电信号确定采样起始时刻，并在所述采样起始时刻控制所述第五开关导通设定的采样时间段，使所述信号采样模块采集所述电力线上的通信信号；或者所述信号处理电路还用于处理所述通信信号；

或者所述电信号检测电路用于检测来自所述电力线的电信号，并在检测到的电信号落入设定的阈值条件的时间内产生控制信号控制所述第五开关导通，使所述信号采样模块采集所述电力线上的通信信号；所述信号处理电路用于处理所述通信信号。

19.根据权利要求15所述的通信信号接收装置，其特征在于，所述信号采样模块包括第四电阻及第一比较器；所述第四电阻与所述第五开关串联连接；所述第一比较器连接在所述第四电阻与所述第五开关之间；

所述第四电阻用于采集来自所述电力线的电信号，当所述第五开关导通时所述第四电阻得到采样信号；所述第一比较器根据所述采样信号与参考电平确定接收到的通信信号。

20.根据权利要求15所述的通信信号接收装置，其特征在于，所述通信信号接收装置还包括信号整流模块；所述信号整流模块的输入端与所述电力线连接；所述信号整流模块的输出端分别与所述接收控制模块以及所述第五开关的输入端连接。

21.一种电力线通信系统，其特征在于，所述电力线通信系统包括通信信号接收装置以及权利要求1至10任一项或权利要求12至14任一项所述的通信信号发送装置；所述通信信号接收装置与权利要求1至10任一项或权利要求12所述的通信信号发送装置中所述的输出电力线或权利要求13至14任一项所述的通信信号发送装置中所述的电力线连接。

22.根据权利要求21所述的电力线通信系统，其特征在于，所述通信信号接收装置包括信号检测模块及信号处理模块；所述信号检测模块检测所述输出电力线或所述电力线上的通信信号并发送给所述信号处理模块；

或者所述通信信号接收装置包括信号检测模块、信号处理模块及第七开关；所述信号检测模块检测所述输出电力线或所述电力线上的通信信号并发送给所述信号处理模块；所述第七开关的导通或关断使得所述通信信号接收装置连接于所述输出电力线或所述电力线的输入端的输入电阻的阻值发生变化，以在所述输出电力线或所述电力线上产生通信信号；

或者所述通信信号接收装置为权利要求15至20任一项所述的通信信号接收装置，由接收控制模块检测信号采样模块采集获得的通信信号。

23.根据权利要求22所述的电力线通信系统，其特征在于，所述通信信号发送装置中的信号产生模块为第一信号产生模块；所述第一信号产生模块产生的通信信号为第一通信信号；所述第一通信信号中或包括用于产生第二通信信号相关的信息；所述通信信号接收装置用于接收所述第一通信信号；所述电力线通信系统还包括第二信号产生模块和第三控制电路；所述第三控制电路用于根据所述通信信号接收装置接收到的第一通信信号或所述第一通信信号的内容控制所述第二信号产生模块在所述输出电力线或所述电力线上产生第二通信信号。

24.一种智能照明装置，其特征在于，所述智能照明装置包括：通信信号接收装置、LED驱动电路及LED发光组件；所述通信信号接收装置、所述LED驱动电路及所述LED发光组件依次连接；所述通信信号接收装置根据接收到的通信信号或信息控制所述LED驱动电路，驱动所述LED发光组件发光；

所述通信信号接收装置为权利要求15至20任一项所述的通信信号接收装置；或者所述通信信号接收装置包括信号检测模块及信号处理模块，所述信号检测模块检测电力线上的通信信号并发送给所述信号处理模块，所述信号处理模块根据接收到的通信信号或信息控制所述LED驱动电路；其中，所述电力线上的通信信号为权利要求1至10任一项或权利要求12至14任一项所述的通信信号发送装置产生的。

25.一种智能负载装置，其特征在于，所述智能负载装置包括：通信信号接收装置、开关电源及负载；所述通信信号接收装置、所述开关电源及所述负载依次连接；

所述通信信号接收装置在通信信号采样时段内控制所述开关电源停振；或者根据接收到的通信信号或信息向所述开关电源发送负载控制信号，所述开关电源根据所述负载控制信号调节向所述负载的供电；

所述通信信号接收装置为权利要求15至20任一项所述的通信信号接收装置；或者所述通信信号接收装置包括信号检测模块及信号处理模块，所述信号检测模块检测电力线上的通信信号并发送给所述信号处理模块，所述信号处理模块根据接收到的通信信号或信息控制所述开关电源；其中，所述电力线上的通信信号为权利要求1至10任一项或权利要求12至14任一项所述的通信信号发送装置产生的。